Produção de biodiesel a partir de óleos alimentares usados e sua purificação por membranas.

Abstract

O biodiesel é considerado como uma fonte energia renovável, biodegradável que tem atraído interesse crescente em todo o mundo, principalmente devido a questões ecológicas relacionadas com as mudanças climáticas. Uma destas medidas de maior interesse tem sido a produção do biodiesel a partir de resíduos de óleos alimentares usados (WCO). Durante a transesterificação, ocorrem reações secundárias de formação de glicerol e sabão que são inevitáveis, tornando assim desafiador a etapa da purificação.O objetivo deste trabalho é a produção de biodiesel a partir de WCO e a sua purificação através de membranas. Para a transesterificação, o metóxido de sódio foi usado como catalisador e o metanol como solvente, conduzindo-se a reação à temperatura (60℃), segundo uma razão molar metanol/óleo (6:1(m/m)) e quantidade de catalisador (1%(m/m)) durante 1h. A qualidade do biodiesel obtido na transesterificação foi analisado por 1HRMN. Após se ter verificado a boa conversão do óleo em biodiesel, avançou-se para o processo de separação entre o biodiesel, os subprodutos e os reagentes não reagidos. Efetuou-se primeiro a separação por peras de decantação durante 12h. Para reduzir a quantidade de água e metanol passou-se o biodiesel por um evaporador rotativo. O processo de purificação usado foi a ultrafiltração testando dois tipos de membranas, as de polietersulfona e de celulose regenerada, todas com cut-off de 10Kda em três diferentes tipos de ensaio: 1) avaliação da influência da pressão fixa e tempo fixo no volume de permeado e quantidade de glicerol com a membrana de polietersulfona; 2) avaliação do efeito de diferentes pressões transmembranares no fluxo de permeado e na quantidade de glicerol com a membrana de polietersulfona e 3) avaliação do efeito de diferentes pressões transmembranares no fluxo de permeado e na quantidade de glicerol com a membrana de celulose regenerada. Por fim analisaram-se propriedades como a densidade através de um densímetro de tubo vibrante, o rendimento em metil-esteres dos ácidos gordos (FAMES) por RMN, o pH, a quantidade de H2O por Karl Fischer e a percentagem de glicerol no biodiesel por HPLC, antes e depois da purificação pelas membranas.Nas reações obtiveram-se rendimentos em percentagem de FAMES de 86.4 e 78.2, demonstrando uma ótima conversão do WCO em biodiesel. Em algumas propriedades como o pH e a densidade não foi possível observar diferenças entre o biodiesel antes e depois da purificação. A quantidade de água excedeu os valores permitidos pelas normas europeias nas duas amostras. A quantidade de glicerol no biodiesel tratado dá-nos a eficiência das membranas testadas e entre estas, a membrana de celulose regenerada apresentou uma excelente eficiência, com um coeficiente de rejeição de 98% a que correspondeu uma percentagem mássica de glicerol livre de 0.006% (m/m) contendo a alimentação de biodiesel bruto 0.315% (m/m) deste componente.

Biodiesel is considered as a renewable, biodegradable energy source that has attracted increasing interest worldwide, mainly due to ecological issues related to climate change. One of these measures of greatest interest has been the production of biodiesel from residues of used cooking oil (WCO). During transesterification, side reactions of glycerol and soap formation occur that are unavoidable, thus making the purification step challenging.The objective of this work is the production of biodiesel from WCO and its purification through membranes. For transesterification, sodium methoxide was used as catalyst and methanol as solvent, conducting the reaction at temperature (60℃), according to a methanol/oil molar ratio (6:1(w/w)) and amount of catalyst (1%(w/w)) for 1h. The quality of biodiesel obtained from transesterification was analyzed by 1HNMR.After verifying the good conversion of the oil into biodiesel, the separation process between the biodiesel, the by-products and the non-reacted reagents was carried out. The separation was carried out first by decanting pears for 12 hours. To reduce the amount of water and methanol, the biodiesel was passed through a rotary evaporator. The purification process used was ultrafiltration, testing two types of membranes, polyethersulfone and regenerated cellulose, all with a cut-off of 10Kda in three different types of tests: 1) evaluation of the influence of fixed pressure and fixed time on the volume of permeate and amount of glycerol with the polyethersulfone membrane; 2) evaluation of the effect of different transmembrane pressures on the permeate flux and the amount of glycerol with the polyethersulfone membrane and 3) evaluation of the effect of different transmembrane pressures on the permeate flux and the amount of glycerol with the regenerated cellulose membrane. Finally, properties such as density were analyzed using a vibrating tube densimeter, the yield of fatty acid methyl esters (FAMES) by NMR, the pH, the amount of H2O by Karl Fischer and the percentage of glycerol in biodiesel by HPLC, before and after membrane purification.In the reactions, yields in percentage of FAMES of 86.4 and 78.2 were obtained, demonstrating an excellent conversion of WCO into biodiesel. In some properties such as pH and density it was not possible to observe differences between biodiesel before and after purification. The amount of water exceeded the values allowed by European standards in both samples. The amount of glycerol in the treated biodiesel gives us the efficiency of the membranes tested and among these, the regenerated cellulose membrane showed excellent efficiency, with a rejection coefficient of 98% which corresponded to a mass percentage of free glycerol of 0.006% (w/w) crude biodiesel feed containing 0.315% (w/w) of this component.