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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.75.2011.tde-19052011-110440
Document
Author
Full name
Isac George Rosset
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2011
Supervisor
Committee
Porto, Andre Luiz Meleiro (President)
Andrade, Leandro Helgueira de
Moran, Paulo José Samenho
Title in Portuguese
Produção de biodiesel empregando biocatálise via reações de esterificação e transesterificação
Keywords in Portuguese
Biocatálise
Biodiesel
Lipase de Candida antarctica
Quantificação por RMN 1H e CG-FID
Abstract in Portuguese
Neste trabalho prepararam-se ésteres de ácidos graxos por esterificação do ácido oléico e transesterificação do óleo de soja e do triéster oléico via catálise enzimática. Determinou-se a composição dos produtos obtidos por RMN 1H e CG-FID. Os padrões dos ésteres do ácido oléico via esterificação ácida foram preparados empregando ácido sulfúrico, os padrões dos ésteres do óleo de soja por transesterificação básica com hidróxido de sódio e o padrão do triéster oléico foi sintetizado utilizando ácido p-tolueno sulfônico como catalisador. A melhor enzima para essas reações foi determinada através de reações de esterificação do ácido oléico e transesterificação do óleo de soja com etanol na ausência de co-solventes, sendo que foi selecionada a lipase de Candida antarctica. A mesma enzima foi empregada nas esterificações enzimáticas do ácido oléico com diversos alcoóis (metanol, etanol, n-propanol e n-butanol), na transesterificação enzimática do óleo de soja e do triéster oléico com etanol. Em ambos os estudos, foram avaliados os fatores que influenciam as reações: quantidade de enzima; tempo de reação; água adicionada ao álcool e reuso do biocatalisador. Na esterificação enzimática do ácido oléico, o uso do etanol forneceu o melhor rendimento (96,5%) com 5,0% (m/m) de enzima em 24 horas de reação. Quando uma quantidade de 4,0% de água foi adicionada ao álcool, a reação utilizando metanol mostrou maior eficiência (98,5%) e os rendimentos com os outros alcoóis não foram alterados significativamente (acima de 90%). Também foi possível utilizar a enzima por até 10 ciclos sem perda de rendimento, com exceção do metanol, onde ocorreu um decréscimo acentuado de rendimentos nos ciclos seguintes. Na transesterificação enzimática do óleo de soja, os mesmos fatores foram avaliados e com 5,0% de enzima, após 24 horas, foi obtido um rendimento de 84,1% e com a adição de água o rendimento não foi significativamente alterado (83%). Na transesterificação, os métodos de quantificação por RMN 1H e CG-FID foram comparados sendo que uma maior diferença foi observada para as reações com baixos rendimentos por RMN 1H, porém em altos rendimentos a diferença entre os dois métodos não foi significativa. Monoglicerídeos e diglicerídeos foram quantificados por CG-FID e por RMN 1H onde foi possível calcular a razão dos produtos formados através de uma equação desenvolvida, sendo que a diferença entre esses tipos de análises foi pequena, de apenas 1,4%. A transesterificação enzimática do triéster oléico foi obtida em bom rendimento (90,4%) e uma pequena quantidade de mono- e diglicerídeos foi produzida. Em todas as reações de transesterificação, o glicerol não foi detectado após a lavagem dos produtos. A metodologia empregando a lipase de Candida antarctica mostrou-se eficiente para a produção de biodiesel a partir do óleo de soja e do ácido oléico com diferentes tipos de alcoóis.
Title in English
Biodiesel production employing biocatalysis by esterification and transesterification reactions
Keywords in English
Candida antarctica lipase
1H NMR and GC-FID quantification
Biocatalysis
Biodiesel
Abstract in English
In this work, it was prepared esters of the fatty acid by esterification of the oleic acid and transesterification of the soy oil through enzymatic catalysis. It was determined the composition of the products obtained by 1H NMR and GC-FID. The standards of esters of the oleic acid by acid esterification was prepared employing sulfuric acid, the standards of esters of the soy oil by alkaline transesterification with sodium hydroxide and the standard of the oleic triester was synthesized employing p-toluene sulfonic acid as catalyst. The best enzyme for those reactions was determined through reactions of esterification of the oleic acid and transesterification of the soy oil with ethanol and free co-solvents, and lipase from Candida antarctica was selected. The same enzyme was employed in the enzymatic esterifications of the oleic acid with various alcohols (methanol, ethanol, propanol and butanol), in the enzymatic transesterification of soy oil and the oleic triester with ethanol. In both studies, was assessed the factors that influence the reactions: amount of catalyst, reaction time, water added in the alcohol and the turnover of biocatalyst. In the enzymatic esterification of the oleic acid, the ethanol showed the better yield (96,5%) with 5,0% (m/m) of enzyme at 24 hours of reaction. When 4,0% of water was added to the alcohol, the methanol showed the high efficiency (98,5%) and the yield with another alcohols were not affected. It was also possible to use the enzyme for 10 cycles without lose yield, except for the methanol. In the enzymatic transesterification of the soy oil, the same factors were assessed using 5,0% of enzyme, after 24 hours, a yield of 84,1% was obtained and with the water addition the yield was not modified (83%). On the transesterification, 1H NMR and GC-FID were compared and a great difference was observed for low yields, but on high yields, the difference between methods was small. Monoglycerides and diglycerides were quantified by GC-FID and detected by 1H NMR, it was possible to calculate the ratio between them on the products formed through an equation developed and the difference for this type of analysis was small, only 1.4% . The enzymatic transesterification of the oleic triester was obtained with good yield (90,4%) and a small amount of the monoglycerides and diglycerides was produced. In all the transesterifications reactions, glycerol was not detected after washing mixture of products. The methodology employing Candida antarctica lipase was efficient for biodiesel production by soybean oil and oleic acid with different alcohols.
 
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IsacGeorgeRossetR.pdf (3.11 Mbytes)
Publishing Date
2011-06-21
 
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