Produção eficiente de biodiesel a partir de ácido oleico e palmítico usando um novo metal molibdênio

Dec 23, 2023

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 10338 (2022) Citar este artigo

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Neste estudo, uma estrutura metal-orgânica baseada em molibdênio e ácido piperidina-4-carboxílico foi sintetizada através de um método solvotérmico simples e empregada como um catalisador eficaz para a produção de biodiesel a partir de ácido oleico e ácido palmítico via reação de esterificação. O catalisador preparado foi caracterizado por XRD, FTIR, TGA, DSC, BET, SEM, TEM, ICP-OES, mapeamento de raios X e análise EDX. O catalisador Mo-MOF resultante exibe uma morfologia semelhante a um bastão, área superficial específica de 56 m2/g e estabilidade térmica de até 300 °C. O catalisador sólido exibiu altas atividades para esterificação de ácido oleico e ácido palmítico. Além disso, o catalisador poderia ser simplesmente recuperado e reutilizado eficientemente várias vezes sem perda significativa em sua atividade, e os resultados obtidos também revelaram que a estrutura metal-orgânica poderia ser usada para a produção rápida e apropriada de biodiesel.

Devido ao aumento da poluição ambiental e ao aquecimento global causado pelos combustíveis fósseis, muitos estudos buscam desenvolver tecnologias de energias renováveis. Neste contexto, considera-se que o biodiesel tem o maior potencial para reduzir a quantidade de partículas1, CO22 e emissões de gases com efeito de estufa3 devido ao elevado número de octanas4 e à baixa viscosidade5, o que o torna uma alternativa promissora e economicamente viável aos combustíveis fósseis comuns6. O biodiesel é uma energia renovável que pode ser produzida pela transesterificação de triglicerídeos em óleo de biomassa (como óleo vegetal e gordura animal) com metanol7. Os métodos tradicionais de produção de biodiesel utilizam condições homogêneas na presença de bases ou de um catalisador ácido, como ácido sulfúrico e hidróxido de sódio8. Esses sistemas homogêneos sofrem de limitações como corrosão de reatores, difícil recuperação e reciclabilidade do catalisador e poluição ambiental9,10. Nesse contexto, os catalisadores heterogêneos apresentam mais vantagens sobre os catalisadores homogêneos, como recicláveis10,11, facilidade no processo de separação-purificação12, alta pureza do glicerol13 e não corrosivos14. Até o momento, numerosos catalisadores sólidos ácidos e básicos com funcionalidades estruturais e de superfície ajustáveis ​​têm sido oferecidos, e muitos deles apresentam alta atividade catalítica para rendimento na produção de biodiesel. Catalisadores de base sólida heterogêneos geralmente fornecem taxas mais altas em comparação com os equivalentes ácidos sob condições de reação mais suaves. No entanto, eles não podem ser empregados diretamente para óleos com mais de 2% em peso de AGL devido a reações secundárias, como saponificação e hidrólise, e diminuem tanto a atividade do catalisador quanto o rendimento do éster. Conseqüentemente, catalisadores ácidos sólidos são aplicados quando se trata de óleos vegetais de baixa qualidade ou não comestíveis contendo quantidades significativas de AGL e água . Os compostos de molibdênio têm sido reconhecidos como catalisadores versáteis, devido à capacidade deste metal de estar na superfície sólida em diferentes estados de oxidação, variando de Mo6+ ao Mo metálico (Mo0)16.

Molibdato de sódio anidro17, MoO318 a granel, sílica MoO3/B-ZSM-519 molibdênio suportado em alumina20, sílica, sílica-alumina e titânia21,22, bem como carbono23 têm sido utilizados como catalisadores de esterificação e transesterificação para produção de biodiesel a partir de diversos óleos, incluindo óleo usado. Gandía et al., descreveram a aplicação de óxido de molibdênio a granel e suportado em Al2O3 para a produção de biodiesel a partir de petróleo. Experimentos de controle mostraram que o MoO3 a granel é muito ativo para reações de transesterificação e esterificação, mas sofreu lixiviação severa de molibdênio no meio de reação.

Comparado ao MoO3 a granel, o MoO3 suportado por alumina leva a uma utilização mais eficiente da fase ativa e a uma maior estabilidade em relação à lixiviação do molibdênio pelo meio de reação . Neste estudo, apresentamos um novo MOF como um catalisador separável altamente eficiente para a produção de biodiesel a partir de ácido oleico e ácido palmítico através de uma reação de esterificação. Nos últimos anos, as estruturas metal-orgânicas (MOFs) estão atraindo cada vez mais atenção devido às suas propriedades importantes, como composição controlável25, grande área superficial26,27, estabilidade térmica28, flexibilidade e fácil preparação29. Os MOFs são construídos a partir de SBU conectados por ligantes orgânicos para formar redes de coordenação estendidas. Os ligantes amplamente utilizados em MOFs são quelantes orgânicos rígidos, como aminoácidos, ácido tereftálico e ligantes de policarboxilato. Muitos fatores afetam a atividade dos MOFs, como o ligante orgânico, o tipo de solvente, o tamanho das partículas e o tipo de metal. Estruturas metal-orgânicas (MOFs) conhecidas como polímeros de coordenação, sendo estudadas por muitos pesquisadores para aplicações avançadas, incluindo catálise30,31,32, separação33,34, armazenamento de gás35, captura de dióxido de carbono36. Os MOFs têm principalmente nanoestruturas ajustáveis ​​e propriedades porosas. Porém, como um bom transportador, o MOF também possui seu desempenho catalítico inerente. Além disso, os materiais catalíticos funcionais baseados em MOF apresentam grande potencial na produção de biodiesel e outras biorrefinarias relevantes. Na Tabela 1, catalisadores bifuncionais heterogêneos típicos foram escolhidos para comparação com catalisadores bifuncionais baseados em MOF para produção de biodiesel. Estes estudos revelaram que o MOF com grupos amino (base de Brønsted) apresentou alta atividade catalítica e condições suaves para a produção de biodiesel do que outro catalisador ácido-base heterogêneo (Tabela 1).