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Aplicação de lodo de tratamento de água como catalisador de baixo custo e ecologicamente correto na



Resumo

Uma das formas de produzir biodiesel é através da esterificação de ácidos graxos via catálise heterogênea. As estações de tratamento de água de Manaus - Amazonas/Brasil produzem cerca de 20 toneladas de lodo por dia. A fim de estabelecer uma aplicação para este resíduo abundante como um novo catalisador heterogêneo , tratamentos ácidos e térmicos foram realizados e caracterizados por difração de raios X, fluorescência de raios X, espectroscopia de infravermelho, análise termogravimétrica, área de superfície e microscopia eletrônica de varredura. A lama é composta principalmente de Si, Al e Fe. Apenas o lodo sem tratamento térmico apresentou teores de S após o tratamento ácido, comprovando a sulfataçãonestes materiais. Os materiais obtidos foram aplicados como catalisadores, onde a atividade foi avaliada pela esterificação de ácidos graxos com metanol. O processo foi otimizado utilizando o melhor catalisador (WTS3M) e ácido oleico, onde nas seguintes condições de reação: 15:1 metanol:ácido razão molar , 5% em peso de catalisador, 100 °C e 3 h de reação, resultou em conversões superiores de 97%. a aplicação de lodo de tratamento de água como catalisador com alta atividade catalítica para síntese de oleato de metila e possibilidade de regeneração. for methyl oleate synthesis and the possibility of regeneration were demonstrated. This study will thus aid in the cost-effective reduction of water treatment sludge and increase the potential for additional biofuel production.


Resumo gráfico


Introdução Com o declínio das reservas globais de combustíveis fósseis, bem como a crescente conscientização sobre os danos ambientais causados ​​pela emissão de gases de efeito estufa e gases tóxicos provenientes de sua combustão, tem havido uma crescente demanda mundial por fontes renováveis ​​para substituir os combustíveis fósseis [[1] , [2], [3]]. Nesse contexto, o biodiesel é uma alternativa de matriz energética renovável e menos poluente que o diesel fóssil [[4], [5], [6]]. Pode ser preparado por reação de esterificação de ácidos graxos ou transesterificação de triacilglicerídeos na presença de álcoois de cadeia curta juntamente com um catalisador ácido ou básico, que pode ser homogêneo ou heterogêneo [[7], [8], [9]]. Os catalisadores heterogêneos têm múltiplas vantagens, incluindo fácil separação do meio de reação, problemas de corrosão reduzidos, número reduzido de etapas de purificação do produto e maior potencial de reutilização [10,11]. Vários desses catalisadores ácidos sólidos foram desenvolvidos para reduzir o preço da produção de biodiesel [12,13]. Estes incluem, por exemplo, nanotubos de carbono [2], óxido de nióbio [14], resinas sintetizadas em laboratório [15], mas também funcionalizados catalisadores de base natural, como caroço de açaí [16], casca de cacau [17], resíduo de café [18], resíduo de casca de caroço de murumuru [19], resíduo de sabugo de milho [20], troncos de dendê e bagaço de cana-de-açúcar [21]. . No entanto, a sulfatação em condições extremas é normalmente necessária para obter altas conversões de ácido para éster (acima de 90% [22,23]). Além disso, muitos desses materiais são difíceis de obter, Uma alternativa potencialmente viável é o lodo de tratamento de água (ETA), do qual 762.500 toneladas são produzidas diariamente no Brasil [24]. Além disso, o WTS é composto principalmente por aluminossilicatos, que possuem atividade catalítica comprovada e que estão presentes em vários catalisadores bem conhecidos (como metacaulim [23], óxido de titânio suportado em sílica [25], óxido de lantânio suportado em HZSM-5 zeólita [22], óxido de zircônio [26] e ZnAl 2 O 4 [27]). Portanto, o reaproveitamento e reciclagem do lodo de tratamento de água (ETA) demanda grande interesse dos pesquisadores, pois é um resíduo abundante e novas aplicações minimizariam seus impactos ambientais causados ​​pelo seu descarte permitido, como aumento do teor de metais pesados ​​na água e solos, alta turbidez em ambientes aquáticos, entre outras consequências negativas que podem alterar a biota local, além de representar risco à saúde humana devido à presença de agentes patogênicos e metais pesados ​​[[24], [25], [26]]. A aplicação de WTS tem sido relatada na literatura na fabricação de diversos produtos, como cimento [27], materiais cerâmicos [28,29], geopolímeros [30] e tijolos [31]. Também tem sido usado como coagulante no tratamento de água [32] e águas residuais de lagares [33], como adsorvente na remoção de corantes [34] e metais pesados ​​[35,36], entre outras aplicações. No entanto, até onde sabemos, dados sobre aplicações de WTS como base para a síntese de catalisadores heterogêneos ainda não foram relatados na literatura. Assim, o presente trabalho teve como objetivo sintetizar oleato de metila a partir da metanólise do ácido oleico catalisada por WTS sulfatado, dando outra aplicação a este resíduo abundante e perigoso.

Trechos de seção Materiais Os reagentes foram adquiridos e usados ​​sem modificações: H 2 SO 4 (95–98%, Nuclear) usado na síntese de catalisadores. Metanol (99,8%, Alphatec), ácido oleico (98%, Vetec), ácido esteárico (98%, Cromoline), ácido caprílico (98%, Cromoline), etanol (95%, Vetec) e NaOH (98%, alphatec) aplicado na síntese de oleato de metila. Piridina (>99%, sigma-aldrich) foi aplicada na caracterização dos sítios ácidos. O lodo de tratamento de água (sólido úmido) utilizado neste trabalho foi obtido de uma estação de tratamento de água localizadaXRF A fim de identificar a composição química elementar de WTS e as alterações composicionais subsequentes que ocorreram devido à calcinação e tratamento ácido com H 2 SO 4 , a análise de XRF foi realizada. A Tabela 1 mostra a composição elementar de WTS, WTS sulfatado (com soluções aquosas de H 2 SO 4 1 M e 3 M , ou seja, WTS1M e WTS3M, respectivamente) e CWTS calcinado e sulfatado (CWTS1M e CWTS3M). WTS continha silício (43,04%), ferro (24,78%), alumínio (18,27%) e potássio (7,49%) em maiores quantidades,Conclusões Com o objetivo de reduzir os impactos ambientais do uso do biodiesel por meio da aplicação de um resíduo abundante e altamente poluente, este trabalho investigou a síntese de um novo catalisador ácido sólido derivado do lodo de tratamento de água (consistindo principalmente de Al, Si, Fe e K); Pela análise de XRF, observou-se que o enxofre estava presente apenas no WTS tratado com ácido, onde maior acidez resultou em maior teor de S e o tratamento térmico inibe a sulfatação. Os seis materiais foram testados como catalisadores, avaliando suaDeclaração do autor do crédito Wanison AG Pessoa Junior: Investigação e Redação - Rascunho Original; Mitsuo L. Takeno: Metodologia e Análise Formal; Francisco X. Nobre: ​​Análise Formal e Visualização; Silma de S. Barros: Conceituação e Recursos; Ingrity SC Sá; : Validação; Edson P. Silva: Validação; Lizandro Manzato: Aquisição de financiamento; Stefan Iglauer: Redação - rascunho original e Redação - Revisão e edição; Flávio A. de Freitas: Redação - redação original, Redação - revisão e edição e Supervisão.Declaração de interesse concorrente Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes conhecidos ou relacionamentos pessoais que possam parecer influenciar o trabalho relatado neste artigo.Agradecimentos Os autores agradecem ao INMETRO, Fernando Morais pela elaboração do resumo gráfico, NMR-LAB (UFAM) por todas as análises de NMR, Prof. Antonio José Felix de Carvalho pela análise microscópica e LAMAC/UFAM pela análise XRF. Esta pesquisa não recebeu nenhum subsídio específico de agências de financiamento nos setores público, comercial ou sem fins lucrativos.


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There are more references available in the full text version of this article.


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