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2. Avaliação Experimental e Modelagem do Processo de Remoção de Corante Têxtil Remazol Preto B de Fase Aquosa por Adsorção com Carvão Ativado
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NEVES, Henrique John Pereira, primary, LIMA FILHO, Nelson Medeiros de, additional, MEDEIROS, Eliane Bezerra de Moraes, additional, and ROCHA, Otidene Rossiter Sá da, additional
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- 2019
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3. Design de experimento no estudo comparativo de adsorção de corante sintético em quitosana e em carvão ativado comercial / Design of experiment in the comparative study of synthetic dye adsorption on chitosan and on commercial activated carbon
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Silva, Dayane Caroline Tenório e, primary, Silva, Michael Lopes Mendes da, additional, Medeiros, Eliane Bezerra de Moraes, additional, and Filho, Nelson Medeiros de Lima, additional
- Published
- 2022
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4. Avaliação experimental da cinza da casca de arroz como suporte catalítico de níquel-rutênio para hidrogenação da sacarose / Experimental evaluation of rice husk ash as a nickel-ruthenium catalytic support for sucrose hydrogenation
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Bem, Andressa Alexsangela Pires Cavalcante, primary, Medeiros, Eliane Bezerra de Moraes, additional, Filho, Nelson Medeiros Lima, additional, E Silva, Dayane Caroline Tenório, additional, and Da Silva, Michael Lopes Mendes, additional
- Published
- 2022
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5. Estudo de um reator tipo anular de contato direto aplicado na degradação de cor de efluentes têxteis
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SILVA SOBRINHO, Nelson Alves da, LIMA FILHO, Nelson Medeiros de, and MEDEIROS, Eliane Bezerra de Moraes
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Corantes têxteis ,Luz UVC ,Reator anular ,Remoção ,Degradação ,Engenharia Química ,POA - Abstract
A implantação de indústrias têxteis, grandes consumidoras de água, no agreste pernambucano contrasta com a realidade da região, que historicamente sofre com a escassez desse recurso. Nesse âmbito, o processamento têxtil é gerador de uma grande quantidade de efluente caracterizado por uma elevada carga orgânica, cor acentuada e compostos químicos tóxicos, que, dependendo do corante empregado, pode também conter substâncias mutagênicas, carcinogênicas e genotóxicas. Existem vários processos de tratamentos para esse tipo de poluentes, sendo destaque nas 2 últimas décadas os processos oxidativos avançados (POA), que apresentam como vantagem a sua eficiência na remoção de grande número de compostos orgânicos a baixos custos operacionais, além da possibilidade de uma total degradação dos poluentes. O objetivo do presente estudo, foi construir e avaliar o desempenho de um reator de fluxo anular de contato direto com a lâmpada ultravioleta-C (UVC), onde foram aplicados três tipos de procedimentos diferentes, no intuito da otimização da geração de radicais hidroxila (.OH), que são espécies altamente oxidantes, que, em quantidade suficiente, provocam a mineralização dos corantes. Os resultados obtidos comprovam que a associação da radiação da luz UVC e o H₂O₂ é mais eficiente na geração de radicais hidroxilas. Para o corante Preto Remazol os resultados da remoção de cor, para uma condição de 1mL H₂O₂/L, vazão volumétrica de 15,0x10⁻⁶ m³.s⁻¹, temperatura de 28ºC e irradiação UVC, nos processos estudados H₂O₂/UV, foto UVC (sem H₂O₂), apenas H₂O₂, foram 100%, 13,07% e 1,25%, respectivamente. Avaliação hidrodinâmica do sistema reativo foi obtida através da distribuição dos tempos médios de residência – DTR, para a vazão volumétrica da fase fluida compreendida entre 5,0x10⁻⁶ a 15,0x10⁻⁶ m³.s⁻¹, que contribuiu para a aquisição dos seguintes parâmetros: i) número de misturadores, J (8, sistema água-corante); ii) número de Damköhler, Da (2,64x10⁻³, sistema água-corante); iii) número de dispersão, 1/Pe (0,13 - 0,08 sistema água-corante). Os resultados obtidos através dos modelos propostos e avaliados, se mostraram satisfatórios apontando para o comportamento do tipo tanques em série. Nestas condições, a função objetivo corresponde ao valor de 0,0111 podendo constituir os primeiros indicadores de possibilidades de processamento contínuo processos oxidativos avançados (POA). The implantation of textile industries, big consumers of water, in the agreste of Pernambuco contrasts with the reality of the region, which historically suffers from the scarcity of this resource. In this context, textile processing generates a large amount of effluent characterized by high organic load, sharp color and toxic chemical compounds, which, depending on the dye used, may also contain mutagenic, carcinogenic and genotoxic substances. There are several treatment processes for this type of pollutants, being the highlight in the last two decades the advanced oxidative processes (POA), which have the advantage of their efficiency in the removal of large numbers of organic compounds at low operating costs, besides the possibility of a total degradation of pollutants. The objective of the present study was to construct and evaluate the performance of a direct-flux annular flow reactor with ultraviolet-C lamp (UVC), where three different types of procedures were applied in order to optimize hydroxyl radical generation ( .OH), which are highly oxidizing species, which, in sufficient quantity, cause the mineralization of the dyes. The results obtained prove that the association of UVC light radiation and H₂O₂ is more efficient in the generation of hydroxyl radicals. For the Black Remazol dye the color removal results, for a condition of 1mL H₂O₂ / L, volumetric flow rate of 15.0x10⁻⁶ m³.s⁻¹, temperature of 28ºC and UVC irradiation, in the studied processes H₂O₂ / UV, photo UVC (without H₂O₂), only H₂O₂, were 100%, 13.07% and 1.25%, respectively. In the case of the Remazol Blue dye the color removal results, for a condition of 1mL H₂O₂ / L, volumetric flow rate of 15.0x10⁻⁶ m³.s⁻¹, temperature of 28ºC and UVC irradiation, in the studied H₂O₂ / UV processes, Direct photolysis (without H₂O₂) and H₂O₂ alone were 89.59%, 5.90% and 2.02%, respectively. Hydrodynamic evaluation of the reactive system was obtained through the distribution of mean residence times (DTR) for the volumetric flow rate of the fluid phase from 5.0x10⁻⁶ to 15.0x10⁻⁶ m³.s⁻¹, which contributed to the acquisition of following parameters: i) number of mixers, J (8, water-color system); ii) number of Damköhler, Da (2.64x10⁻³, water-color system); iii) dispersion number, 1 / Pe (0.13 - 0.08 water-dye system). The results obtained through the models proposed and evaluated, were satisfactory pointing to the behavior of the tanks type in series. Under these conditions, the objective function corresponds to the value of 0.0111 and may be the first indicator of continuous processing possibilities for advanced oxidative processes (POA).
- Published
- 2019
6. Hidrólise-hidrogenação do amido com produção direta de sorbitol e derivados
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SILVA, Thiago Emanoel Pereira da, LIMA FILHO, Nelson Medeiros de, and MEDEIROS, Eliane Bezerra de Moraes
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Hidrogenação ,Catalisador ,Hidrólise ,Carvão ativado ,Hidrogenólise ,Engenharia Química - Abstract
CAPES O presente trabalho avaliou o processo de hidrólise, hidrogenação e hidrogenólise a partir do amido de milho, levando em consideração diferentes tipos de catalisadores, o teor de metal na sua superfície, a pressão, a temperatura e a influência do meio ácido/básico sobre as reações. Foram preparados, pelo método de impregnação úmida, catalisadores monometálicos (níquel), bimetálicos (níquel-rutênio) e trimetálico (níquel-rutênio-cálcio) suportados em dois tipos de carvão ativado comercial: 141-S (C1) e o 118-L (C2), avaliando-se a influência do teor dos metais sobre as reações. A caracterização dos catalisadores foi realizada pelas técnicas de adsorção/dessorção de N2, difração de raios-x, análise termogravimétrica, espectroscopia de infravermelho, absorção atômica, determinação da acidez pelo método de Boehm e ponto de carga zero. Na reação de hidrólise do amido, foi obtido um valor máximo de 62,0 g.L⁻¹ de glicose a 170ºC. Nas reações de hidrogenação, em meio aquoso neutro, observou-se um aumento da conversão de glicose com o aumento da temperatura, que correspondeu a um valor máximo de 99,3% com seletividade em sorbitol de 86,6% para o catalisador Ni (10%)/C1 na melhor temperatura de 160ºC. Para o catalisador Ni-10%-Ru-2%/C1, em meio neutro a 160ºC, a conversão chegou a 97,8%, com seletividade em sorbitol de 91,6% e rendimento da reação de 91,4%; quando em meio aquoso acético a conversão foi de 97,8%, seletividade em sorbitol de 87,0% e rendimento de 85,2%, que evidenciou a estabilidade do catalisador em meio ácido. No processo de hidrólise-hidrogenação, realizado de forma direta, observou-se uma conversão do amido de 100%, com a concentração de sorbitol chegando a 71,1 g.L⁻¹ com o catalisador Ni-(10%)-Ru-(2%)/C2 na temperatura de 200ºC, em 4h de reação. Nestas reações, o aumento da temperatura e do teor de rutênio favoreceram a formação de sorbitol. Para as reações de hidrogenólise, com o catalisador bimetálico, observou-se que o aumento da temperatura favoreceu a conversão do sorbitol que chegou até 71,6%, com seletividades de 40,7% em 1,2-propanodiol, 26,5% em etileno glicol e 25,8% em glicerol a 220ºC. Para o catalisador trimetálico, a conversão do sorbitol foi a mais baixa observada dentre os três catalisadores avaliados, com a seletividade mais alta em produtos voláteis (44,8%). O mecanismo proposto de modelo cinético levou em consideração os efeitos do meio reacional homogêneo, responsável pela hidrólise ácida, associado aos efeitos de superfície, responsáveis pelas etapas de hidrogenação-hidrogenólise, segundo à hipótese de Langmuir-Hinshelwood, e considerando todas as etapas reacionais de primeira ordem, com um bom ajuste das equações diferenciais do modelo, e obtendo erro relativo da ordem de 4,31%. The present work evaluated the hydrolysis, hydrogenation and hydrogenolysis process from corn starch, taking into account different types of catalysts, the metal content on its surface, the pressure, the temperature and the influence of the acid / basic medium on the reactions. Monomethyl (nickel), bimetallic (nickel-ruthenium) and trimetallic (nickel-ruthenium-calcium) catalysts were prepared by the wet impregnation method supported on two types of commercial activated carbon: 141-S (C1) and 118-L (C2), evaluating the influence of the metal content on the reactions. The characterization of the catalysts was carried out by N2 adsorption / desorption techniques, X-ray diffraction, thermogravimetric analysis, infrared spectroscopy, atomic absorption, Boehm acid determination and zero load point. In the hydrolysis reaction of the starch, a maximum value of 62.0 g.L-1 of glucose was obtained at 170 ° C. In the hydrogenation reactions, in neutral aqueous medium, an increase of the conversion of glucose with the temperature increase was observed, which corresponded to a maximum value of 99.3% with sorbitol selectivity of 86.6% for the Ni (10%)/C1 at the best temperature of 160oC. For the Ni-10% -Ru-2%/C1 catalyst, in neutral medium at 160 ° C, the conversion reached 97.8%, with sorbitol selectivity of 91.6% and reaction yield of 91.4%; when in aqueous acetic medium the conversion was 97.8%, selectivity in sorbitol of 87.0% and yield of 85.2%, which evidenced the stability of the catalyst in acid medium. In the direct hydrolysis-hydrogenation process, a 100% starch conversion was observed, with the sorbitol concentration reaching 71.1 gL-1 with the Ni- (10%) - Ru- (2 %)/C2 at the temperature of 200oC, in 4h of reaction. In these reactions, the increase in temperature and the ruthenium content favored the formation of sorbitol. For the hydrogenolysis reactions, with the bimetallic catalyst, it was observed that the temperature increase favored the conversion of sorbitol to 71.6%, with selectivities of 40.7% in 1,2-propanediol, 26.5% in ethylene glycol and 25.8% in glycerol at 220 ° C. For the trimetallic catalyst, the conversion of sorbitol was the lowest observed among the three catalysts evaluated, with the highest selectivity in volatile products (44.8%). The proposed mechanism of kinetic model took into account the effects of the homogenous reaction medium, responsible for the acid hydrolysis, associated to the surface effects, responsible for the hydrogenation-hydrogenolysis stages, according to the Langmuir-Hinshelwood hypothesis, and considering all the reaction stages of first order, with a good adjustment of the differential equations of the model, and obtaining a relative error of the order of 4.31%.
- Published
- 2019
7. Produção seletiva de ácido acrílico a partir da desidratação catalítica do ácido lático em sistemas batelada homogêneo e leito fixo
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SANTOS, Bruno Ferreira dos, LIMA FILHO, Nelson Medeiros de, and MEDEIROS, Eliane Bezerra de Moraes
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Desidratação catalítica ,Ácido acrílico ,Ácido lático ,Reator de leito fixo ,Engenharia Química - Abstract
Programa de Recursos Humanos em Petróleo e Gás Natural (PRH-28) O ácido acrílico é uma importante matéria-prima para a produção de diversos produtos e tem perspectiva de crescimento da sua demanda em torno de 5% por ano. Porém, a produção de ácido acrílico ainda está ligada diretamente à produção de petróleo. Há uma crescente tendência mundial de substituição de produtos oriundos do petróleo em produtos baseados em fontes renováveis. Logo, a desidratação do ácido lático em ácido acrílico pode ser uma alternativa para a substituição do propeno que é proveniente do petróleo. O objetivo deste trabalho foi à obtenção de ácido acrílico através da desidratação do ácido lático em sistema descontínuo e contínuo. Inicialmente, foram feitos ensaios em reator batelada nas seguintes temperaturas: 280°C (7 Mpa), 300°C (10 Mpa) e 320°C (13 Mpa). Sendo a temperatura de 300°C, a que proporcionou melhor resultado com rendimento em ácido acrílico igual a 24,7%. Nessa temperatura, foram realizados testes com adição de ácido sulfúrico e ácido fosfórico nas concentrações de 5, 10 e 20 mM. A adição do ácido fosfórico foi mais efetiva do que o ácido sulfúrico, onde se observou um aumento da conversão, rendimento em 2,3 – Pentadiona e acetaldeído. Entretanto, ambos os ácidos proporcionaram rendimento inferiores ao rendimento em ácido acrílico em comparação a reação sem adição de ácido. O maior rendimento em ácido acrílico obtido, para a reação com ácido fosfórico, foi igual a 19,7% para concentração igual a 5 mM. A modelagem matemática para a reação em batelada apresentou uma correlação com erro médio igual a 6,8% para a temperatura de 280°C. As caracterizações da hidroxiapatita sintetizada em laboratório usadas como catalisador mostraram que o material sintetizado consistia realmente de hidroxiapatita principalmente devido a composição química mostrada na fluorescência de raios-X e à comparação dos picos do espectro do IV e do difratograma de DRX entre as amostras e a literatura. Em sistema contínuo, foi observada a formação de coque no reator que este pode favorecer a produção de ácido acrílico provavelmente por diminuir a degradação do ácido lático e do ácido acrílico, assim melhorando o rendimento da reação, onde os rendimentos em ácido acrílico com reator sem coque e o reator coqueado foram iguais a 9% e 51%, respectivamente, ambas com vazão do gás de arraste igual a 20 mL.min⁻¹. No estudo do efeito da temperatura na reação, o aumento da temperatura alterou a vazão do gás de arraste ótima para 25 mL.min⁻¹, o teste na temperatura de 380°C apresentou o maior valor de rendimento igual a 25,5%. Um estudo da temperatura de calcinação foi realizado nas temperaturas de 450°C, 550°C e 650°C, onde se observou que o aumento da temperatura de calcinação na hidroxiapatita de cálcio reduz a conversão e o rendimento em ácido acrílico. Em relação ao rendimento em ácido acrílico, as temperaturas de calcinação de 450°C, 550°C e 650°C apresentaram valores iguais a 9%, 6,6% e 6,2%, respectivamente. O sistema de leito fixo possibilita a obtenção de rendimento em ácido acrílico maiores que o rendimento em sistema batelada. Acrylic acid is an important raw material for the production of various products and has a prospect of growing its demand by around 5% per year. However, the production of acrylic acid is still directly linked to the production of oil. There is a growing worldwide trend of replacing petroleum products with products based on renewable sources. Therefore, the dehydration of lactic acid in acrylic acid may be an alternative to the substitution of propene that is derived from petroleum. The objective of this work was to obtain acrylic acid through the dehydration of lactic acid in a continuous and discontinuous system. Initially, testes in batch reactor were carried out at the following temperatures: 280°C (7 MPa), 300°C (10 MPa) and 320°C (13 MPa). The temperature chosen was 300 ° C, which the best result with an yield in acrylic acid of 24,7%. At this temperature, tests were carried out with addition of sulfuric acid and phosphoric acid at concentrations of 5, 10 and 20 mM. The addition of phosphoric acid was more effective than sulfuric acid, where an increase in conversion, 2,3 - Pentadione yield and acetaldehyde was observed. However, both acids provided yields less than the yield of acrylic acid compared to the reaction without addition of acid. The highest yield of acrylic acid obtained for the reaction with phosphoric acid was equal to 19.7% at concentration equal to 5 mM. The mathematical modeling for the batch reaction showed a correlation with mean error of 6,8% for the temperature of 280 ° C. The characterizations of the synthesized hydroxyapatite in laboratory used as catalyst showed that the synthesized material actually consisted of hydroxyapatite due to the chemical composition shown in the X-ray fluorescence and the comparison of the IR spectrum and the X-ray diffraction diffractogram between the samples and literature. In system continuous, the formation of coke in the reactor was observed that it can favor the production of acrylic acid probably by reducing the degradation of lactic acid and acrylic acid, thus improving the yield of the reaction, where the yields of acrylic acid with coke-free reactor and coked reactor were equal to 9% and 51%, respectively, both with drag gas flow of 20 mL.min⁻¹. In the study of the effect of temperature on the reaction, the increase in temperature changed the flow of the optimum drag gas to 25 mL.min⁻¹, the test at 380 ° C showed the highest yield value of 25,5%. A study of the calcination temperature was carried out at temperatures of 450 ° C, 550 ° C and 650 ° C, where it was observed that increasing the calcination temperature in the calcium hydroxyapatite reduces the conversion and the yield in acrylic acid. Regarding the acrylic acid yield, the calcination temperatures of 450 ° C, 550 ° C and 650 ° C presented values equal to 9%, 6,6% and 6,2%, respectively. The fixed bed system makes it possible to obtain an acrylic acid yield higher than the yield in a batch system.
- Published
- 2018
8. Otimização do pré-tratamento do bagaço de cana-de-açúcar via extração ácida,alcalina e por solvente
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SIMÕES, Ivana Taciana de Almeida, LIMA FILHO, Nelson Medeiros de, and MEDEIROS, Eliane Bezerra de Moraes
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Etanol ,Lignina ,Pré-tratamento ,HCl ,Engenharia Química ,Bagaço de cana ,NH₄OH - Abstract
CAPES O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, e com isso é também o maior gerador de biomassa residual – bagaço e palha. Uma grande parte dessa biomassa é utilizada na co-geração de energia, sendo queimada nas caldeiras das usinas, porém ainda há um enorme excedente, gerando problemas ambientais e sociais. Uma das maneiras de aproveitamento é a utilização dos compostos que compõem a fibra do bagaço: lignina, celulose, hemicelulose e extrativos. Para viabilizar a utilização desses compostos são necessárias técnicas com custo reduzido. Além disso, é importante que durante o processo de extração, haja pouca alteração estrutural dos compostos, ou que as alterações sofridas sejam benéficas para sua utilização posterior. O presente trabalho visou otimizar métodos de extração de uma das frações dessa fibra, a lignina oriunda do bagaço. O bagaço de cana-de-açúcar utilizado neste trabalho foi preparado de acordo com as seguintes etapas: lavagem, secagem, moagem e granulometria, por peneiramento. A moagem foi realizada através do moinho de facas e a secagem a 60°C, na estufa. A granulometria do material foi de 28 mesh (0,595 mm). Após a preparação da biomassa, o bagaço passou pelas seguintes etapas, na seguinte sequência: extração ácida (HCl, 5% v/v), extração alcalina (NH₄OH 5% v/v) e extração por solvente (etanol, 95%). O espectrômetro de UV-VIS foi utilizado para caracterizar a lignina solúvel provenientes das três etapas de extração. Os resultados mostraram um efeito significativo da concentração do meio alcalino (hidróxido de amônio) para um maior rendimento do processo de extração de lignina solúvel. The Brazil is the world's largest producer of sugarcane, and with it is also the largest generator of residual biomass - bagasse and straw. A large part of this biomass is used in the co-generation of energy, being burned in the plant's boilers, but there is still a huge surplus, generating environmental and social problems. One of the ways of utilization is the use of the compounds that compose the bagasse fiber: lignin, cellulose, hemicellulose and extractives. To make feasible the use of these compounds, techniques with reduced cost are necessary. Furthermore, it is important that during the extraction process, there is little structural change of the compounds, or that the changes undergone are beneficial to their subsequent use. The present work aimed to optimize methods of extraction of one of the fractions of this fiber, the lignin from the bagasse. The sugarcane bagasse used in this work was prepared according to the following steps: washing, drying, grinding and granulometry by sieving. The grinding was performed through the knife mill and drying at 60 ° C in the oven. The granulometry of the material was 28 mesh (0.595 mm). After preparation of the biomass, the bagasse underwent the following steps in the following sequence: acid extraction (HCl, 5% v/v), alkaline extraction (5% v/v NH₄OH) and solvent extraction (ethanol, 95%). The UV-VIS spectrometer was used to characterize the soluble lignin from the three extraction stages. The results showed a significant effect of the concentration of the alkaline medium (ammonium hydroxide) for a higher yield of the soluble lignin extraction process.
- Published
- 2018
9. Intensificação do processo hidrotérmico do glicerol catalisado para produção de ácidos lático e acrílico
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SOUZA, Delma Sarmento, LIMA FILHO, Nelson Medeiros de, and MEDEIROS, Eliane Bezerra de Moraes
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Ácido acrílico ,Glicerol ,Ácido lático ,Tratamento hidrotérmico ,Modelagem cinética ,Engenharia Química - Abstract
CAPES O glicerol é uma substância de grande importância industrial, por ser amplamente utilizado nos setores de alimentação, cosméticos, fármacos entre outros. A reestruturação do modelo energético mundial, que progressivamente investe em economia verde, resultou no excesso de glicerol no mercado, visto que é o maior subproduto da indústria do biodiesel. A fim de conter a depreciação e agregar valor ao produto, novas pesquisas foram publicadas acerca da conversão do glicerol em compostos de maior valor agregado, dentre esses destaca-se o ácido lático, que adquiriu certa relevância por ter aplicações promissoras, como a produção de poli(ácido lático) e de ácido acrílico. O objetivo desta pesquisa foi desenvolver o processamento hidrotérmico para a produção de ácido acrílico a partir do ácido lático proveniente da conversão do glicerol. O presente estudo foi dividido em três etapas, primeiramente foi realizado o estudo da conversão hidrotérmica alcalina de uma solução de 100 g.L⁻¹ de glicerol em ácido lático, no qual foi verificado a influência da razão molar hidróxido de sódio/glicerol (entre 1,0 e 1,4) e da temperatura (entre 280ºC e 320ºC) no rendimento do produto. Também foi desenvolvido um modelo matemático considerando uma cinética de primeira ordem para este processo. Na segunda etapa foi avaliada a influência da temperatura (280ºC a 320ºC) na desidratação hidrotérmica de ácido lático comercial (50 g.L⁻¹) em ácido acrílico, nesta etapa também foi determinado o ácido mineral utilizado para neutralização da solução final da conversão do glicerol a ácido lático, foram selecionados dois ácidos fortes para este estudo, ácidos sulfúrico e fosfórico (concentrações entre 5 mM e 20 mM). Por fim, foi realizado o tratamento da solução final da conversão do glicerol em ácido lático e esta foi submetida às melhores condições de processo determinadas na segunda etapa para, então, produzir ácido acrílico. O maior rendimento de ácido lático na primeira etapa foi igual a 73,2%, obtido com uma razão molar de NaOH/glicerol igual a 1,2 a uma temperatura de 290ºC, foi verificado um bom ajuste ao modelo cinético de primeira ordem desenvolvido a partir dos dados experimentais, sendo observado o maior coeficiente de determinação (R²) do modelo igual a 0,98, também foram determinados a energia de ativação e o fator pré-exponencial, respectivamente, iguais a 118,39 kJ.mol⁻¹ e 1,58x109 min⁻¹. O maior rendimento da desidratação de ácido lático em ácido acrílico foi de 24,7% obtido na temperatura de 300ºC e o ácido mineral escolhido para a neutralização na terceira etapa foi o ácido fosfórico concentrado, no qual foi utilizado um volume suficiente para neutralizar a solução da primeira reação. A investigação da conversão do ácido lático, formado no processamento hidrotérmico alcalino do glicerol, em ácido acrílico, resultou em um rendimento de 23,8% em ácido acrílico, ou seja, resultado semelhante ao obtido pelo ácido lático comercial (igual a 24,7%). Glycerol is a chemical of great industrial importance because it is widely used in key sectors, like food, cosmetic, pharmaceutical and others. The restructuring of the global energy model, which progressively invests in Green Economy, has resulted in excess glycerol in the market, as it is the largest by-product of the biodiesel industry. In order to contain depreciation and add value to the product, new research was published on the conversion of glycerol into higher value-added compounds, such as lactic acid, which has acquired some relevance for having promising applications, such as the production of poly(lactic acid) and acrylic acid. The aim of this research is to develop the hydrothermal processing for the production of acrylic acid by converting lactic acid produced by the conversion of glycerol. The present study was divided in three stages, firstly the study of the alkaline hydrothermal conversion of a 100 g.L⁻¹ solution of glycerol into lactic acid was carried out, the influence of the molar ratio of sodium hydroxide/glycerol (between 1.0 and 1.4) and the temperature (between 280ºC and 320ºC) in the yield of the product was verified. The first order kinetic model was also developed for this process. In the second step, the influence of temperature (280ºC to 320ºC) on the hydrothermal dehydration of commercial lactic acid (50 g.L⁻¹) in acrylic acid was evaluated, furthermore the mineral acid used to neutralize the final glycerol conversion solution was determined. Two strong mineral acids were selected for this study, sulfuric and phosphoric acids (concentrations between 5 mM and 20 mM). Lastly, the treatment of the final solution of the conversion of glycerol to lactic acid was carried out, and then this solution was submitted to the best process conditions determined in the second stage to produce acrylic acid. The highest yield of lactic acid in the first step was 73.2%, obtained with a molar ratio of 1.2 at a temperature of 290°C; a good adjustment of the kinetic model developed from the experimental data was verified, with the highest coefficient of determination (R²) of the model equal to 0.98. The activation energy and the pre-exponential factor were also determined and, respectively, equal to 118.39 kJ.mol⁻¹ and 1.58x109 min⁻¹. The highest yield of dehydration of lactic acid in acrylic acid was 24.7% obtained at the temperature of 300°C and the mineral acid chosen for neutralization in the third step was phosphoric acid, in which a sufficient volume was used to neutralize the solution of the first reaction. The investigation of the conversion of lactic acid from the hydrothermal treatment of glycerol to acrylic acid resulted in a yield of 23.8% of acrylic acid, that is, a result similar to that obtained by commercial lactic acid (equal to 24.7%).
- Published
- 2018
10. Produção seletiva de mono, di e tri acetatos de glicerol via catálise homogênea
- Author
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GOMES, Jadiete Thaylana dos Santos, LIMA FILHO, Nelson Medeiros de, and MEDEIROS, Eliane Bezerra de Moraes
- Subjects
Glicerol ,CLAE ,Seletividade dos produtos ,Modelagem cinética ,Engenharia Química ,Acetilação - Abstract
CNPq Entre os processos químicos que buscam valorizar a cadeia produtiva do glicerol, obtido em sua grande parte como subproduto na produção de biodiesel (cerca de 10% em volume), a reação de acetilação do glicerol para obtenção dos produtos monoacetina, diacetina e triacetina tem se mostrado como uma rota tecnológica atrativa, cujo interesse de estudo é justificado, principalmente, pela vasta aplicação industrial dos produtos formados. A fim de possibilitar a caracterização desses produtos através da técnica de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE), uma metodologia de análise dos acetatos de glicerol foi desenvolvida e validada, a partir da avaliação do gradiente de eluição favorável à separação desses compostos, usando detecção por UV-VIS, coluna de fase reversa C18, fase móvel acetonitrila: diclorometano: água (59,6: 0,4: 40/ v:v:v) e eluição com fluxo de 0,5 mL/min. Os experimentos reacionais foram conduzidos em um reator do tipo batelada de 250 mL, com controle de temperatura, em pressão atmosférica. As reações de acetilação do glicerol via catálise homogênea com anidrido acético foram realizadas em condições brandas, a fim de se obter maiores quantidades do produto monoacetilado. Os efeitos da temperatura, que variou de 80ºC a 110ºC, do tempo de reação, da razão molar inicial (anidrido acético: glicerol) e da presença do catalisador acetato de sódio foram analisados. Testes reacionais utilizando ácido acético como reagente foram conduzidos na temperatura de 105ºC. Observou-se que quando realizada com anidrido acético, nas condições estudadas, a acetilação do glicerol apresentou maior seletividade para a diacetina, sendo a seletividade para monoacetina mais favorecida em conversões mais baixas de glicerol, ou seja, nos minutos iniciais da reação. Usando-se o ácido acético, a seletividade para monoacetina se manteve elevada (acima de 39%), mesmo nas avaliações experimentais em que foram obtidas conversões acima de 85%. O comportamento cinético da acetilação do glicerol com anidrido acético, em presença de catalisador acetato de sódio, foi avaliado segundo o modelo matemático proposto, considerando-se a formação de intermediários instáveis nas etapas consecutivas de acetilação do glicerol. A partir do modelo proposto foi possível prever o comportamento dos perfis de concentração do glicerol e dos produtos monoacetina, diacetina e triacetina, ao longo do tempo, com coeficientes de correlação (R²) acima de 0,92 e desvio médio de 4,29%. Among the chemical processes that seek to value the glycerol production chain, largely obtained as a by-product in the production of biodiesel (about 10% in volume), the acetylation reaction of glycerol, in order to obtain monoacetin, diacetin and triacetin as products, has been an attractive technological route, mainly because those products have a wide range of application in industrial processes. To make possible the characterization of those products through the High Performance Liquid Chromatography (HPLC) technique, a methodology was developed and validated from the evaluation of the favorable gradient of elution (with the purpose to analyze the glycerol acetates), using a UV-VIS detection, a reverse phase column (C18), acetonitrile: dichloromethane: water (59.6: 0.4: 40 / v: v: v) as mobile phase with a flow solution of 0.5 mL/min. The experiments were carried out in a 250 mL batch reactor with temperature control at atmospheric pressure. The acetylation reactions of glycerol through homogeneous catalysis with acetic anhydride were performed under mild conditions in order to obtain larger amounts of the monoacetylated product. The effects of temperature (ranging from 80 to 110ºC), reaction time, initial molar ratio (acetic anhydride: glycerol) and the presence of the sodium acetate catalyst, were analyzed. The reaction tests using acetic acid as reagent were conducted at 105ºC. It was observed that when conducted with acetic anhydride, under the conditions studied, the acetylation of glycerol showed higher selectivity for the diacetin, the selectivity for the monoacetin was favoured in lower conversions of glycerol, in other words, in the first minutes of the reaction. On the other hand, when the reaction was conducted using acetic acid, the selectivity to monoacetin remained high (above 39%), even in experimental evaluations where conversions above 85% were obtained. The kinetic behavior of acetylation of glycerol with acetic anhydride, in the presence of sodium acetate as catalyst, was evaluated through the proposed mathematical model, considering the formation of unstable intermediates in the consecutives steps of glycerol acetylation. From the proposed model it was possible to predict the development of the concentration profiles of the glycerol and the products (monoacetin, diacetin and triacetin) over time, with correlation coefficients (R²) above 0.92 and average deviation of 4,29%.
- Published
- 2017
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