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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
ENGENHARIA QUÍMICA (31002013014P5)
Educação Presencial
SÍNTESE DE MATERIAIS A PARTIR DOS HIDRÓXIDOS DUPLOS LAMELARES DE NÍQUEL E ZINCO VISANDO A OBTENÇÃO DE CATALISADORES HETEROGÊNEOS PARA A PRODUÇÃO DE BIODIESEL
JULIA RODRIGUES MACHADO
DISSERTAÇÃO
19/12/2024

O biodiesel, combustível renovável obtido a partir de óleo vegetal e gordura animal, destaca-se pelo potencial sustentável e como alternativa aos combustíveis fósseis. Sua produção utiliza recursos naturais, contribuindo para questões socioambientais e econômicas, como a redução do êxodo rural e a diversificação da matriz energética brasileira. O Brasil possui vantagens competitivas para sua produção, como clima favorável à produção de óleo vegetal e políticas de incentivo que promovem o uso de matérias-primas da agricultura familiar. Na reação de transesterificação, uma das principais tecnologias de produção de biodiesel, é necessária a presença de catalisadores para que ela se processe. A partir deste ponto de vista, os hidróxidos duplos lamelares (HDLs), também conhecidos como compostos do tipo hidrotalcita, são muito aplicados devido às propriedades químicas que podem apresentar dependendo da metodologia de síntese adotada. Neste trabalho, o foco do estudo, foi o desenvolvimento, caracterização e avaliação catalítica destes materiais para ampliar a viabilidade da substituição parcial e/ou total dos combustíveis fósseis. Adotou-se o método da co-precipitação à pH constante para produzir os HDLs por ser uma técnica amplamente utilizada na literatura. Os difratogramas de DRX confirmaram tanto as estruturas lamelares dos HDLs intercalados com CO32- quanto a formação de óxidos do tipo periclásio (NiO e ZnO) após a calcinação. Os espectros de FTIR-ATR permitiram identificar grupos funcionais, analisar a estrutura molecular e detectar eventuais impurezas nos materiais. As análises de composição química, realizadas por MP-AES e EDS, confirmaram a presença dos elementos esperados, possibilitando a comparação entre as razões molares teóricas e experimentais e a determinação das fórmulas químicas. A caracterização textural, com base na adsorção e dessorção de N2, revelou que a calcinação aumentou a área específica da maioria dos materiais, e a mesoporosidade, evidenciada através do método BJH, foi consolidada a partir da classificação das isotermas sendo do tipo IV com histerese H3. O TPD revelou a força e a distribuição dos sítios básicos dos materiais por meio dos perfis de dessorção de CO2, enquanto que as micrografias evidenciaram a morfologia, forma, dispersão e características da superfície das partículas vistas a partir de imagens em altas resoluções. Nos testes catalíticos, os catalisadores apresentaram desempenho inferior às hidrotalcitas, indicando que ajustes nas condições reacionais, como maior temperatura, tempos prolongados e excesso de álcool, são necessários para explorar seu potencial. Estudos futuros devem focar na otimização dessas condições para confirmar a viabilidade industrial dos catalisadores e impulsionar a produção sustentável de biodiesel, reduzindo a dependência de fontes energéticas não renováveis.

HDLs,;transesterificação;biodiesel;combustíveis fósseis;sustentabilidade
Biodiesel, a renewable fuel obtained from vegetable oil and animal fat, stands out for its sustainable potential and as an alternative to fossil fuels. Its production uses natural resources, contributing to socio-environmental and economic issues such as reducing rural exodus and diversifying Brazil's energy matrix. Brazil has competitive advantages for its production, including favorable climate conditions to the production of vegetable oil and incentive policies that promote the use of raw materials from family farming. In the transesterification reaction, one of the main technologies for biodiesel production, the presence of catalysts is necessary for it to proceed. From this perspective, layered double hydroxides (LDHs), also known as hydrotalcite-like compounds, are particularly applied due to the chemical properties they can exhibit depending on the synthesis methodology. This study focused on the development, characterization, and catalytic evaluation of these materials to enhance the feasibility of partially or completely replacing fossil fuels. The constant pH co precipitation method was employed to produce the LDHs, as it is a widely used technique in the literature. XRD diffractograms confirmed both the lamellar structures of LDHs intercalated with CO32- and the formation of periclase-type oxides (NiO and ZnO) after calcination. FTIR ATR spectra allowed the identification of functional groups, molecular structure analysis, and detection of possible impurities in the materials. Chemical composition analyses performed using MP-AES and EDS confirmed the presence of the expected elements, enabling comparisons between theoretical and experimental molar ratios and the determination of chemical formulas. Textural characterization, based on N2 adsorption and desorption, revealed that calcination increased the specific surface area of most materials, with mesoporosity confirmed through the BJH method and classified as type IV isotherms with H3 hysteresis. TPD analysis revealed the strength and distribution of basic sites through CO2 desorption profiles, while micrographs showed the morphology, shape, dispersion, and surface characteristics of the particles in high-resolution images. In catalytic tests, the developed catalysts performed below hydrotalcites, indicating that adjustments in reaction conditions, such as higher temperatures, extended reaction times, and excess alcohol, are necessary to explore their potential. Future studies should focus on optimizing these conditions to confirm the industrial feasibility of the catalysts and drive sustainable biodiesel production, reducing dependence on non-renewable energy sources.
LDHs;transesterification;biodiesel;fossil fuels,;sustainability
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
O trabalho possui divulgação autorizada
Dissertação de Mestrado - Julia Machado (Versão Final com a Ficha Catalográfica e Assinaturas).pdf

Contexto

TECNOLOGIA QUÍMICA
PROCESSOS QUÍMICOS, CATALÍTICOS E BIOTECNOLÓGICOS
Síntese de peneiras moleculares mesoporosas com propriedades básicas

Banca Examinadora

LINDOVAL DOMICIANO FERNANDES
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
BRUNO LOBATO AUGUSTO Participante Externo
LINDOVAL DOMICIANO FERNANDES Docente - PERMANENTE
RENATA DE NAZARE VILAS BOAS Pós-Doc

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Demanda Social 16

Vínculo

Bolsa de Fixação
Instituição de Ensino e Pesquisa
Ensino e Pesquisa
Não
Capes
  • Compatibilidade
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  • Copyright 2022 Capes. Todos os direitos reservados.

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