Resumo O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do tratamento térmico na síntese do catalisador Ni0,5Zn0,5Fe2O4 e o desempenho catalítico em reações de transesterificação e esterificação simultânea (TES) do óleo de fritura. Os catalisadores foram sintetizados por reação de combustão sem e com tratamento térmico sequencial a 800 °C com taxas de aquecimento de 30, 20 e 2 °C/ min. As caracterizações dos catalisadores indicaram presença majoritária da fase cristalina do espinélio inverso e de fases secundárias de ZnO e Fe2O3, porém a calcinação com taxas de 2 e 20 ºC/min promoveu a obtenção do espinélio monofásico. O catalisador polifásico foi mais efetivo do que o monofásico na produção de biodiesel, apresentando conversões de 84,1% e 76,8% em ésteres metílicos e etílicos, respectivamente, uma evidência da influência das fases secundárias na efetividade catalítica. Assim, o sistema polifásico de baixa cristalinidade obtido na combustão é promissor no processo catalítico de TES do óleo de fritura.

Abstract The objective of this work was to evaluate the effect of the thermal treatment on the synthesis of Ni0.5Zn0.5Fe2O4 catalyst and its catalytic performance in simultaneous transesterification and esterification (STE) reactions of the frying oil. The catalysts were synthesized by combustion reaction without and with sequential heat treatment at 800 °C with heating rates of 30, 20 and 2 °C/min. The characterization of the catalysts indicated the presence of the crystalline phase of the inverse spinel and the secondary phases of ZnO and Fe2O3. However, the calcination with rates of 2 and 20 ºC/min promoted the obtention of single-phase spinel. The polyphasic catalyst was more effective than the monophasic one in the production of biodiesel, showing conversions of 84.1% and 76.8% in methyl and ethyl esters, respectively, an evidence of the influence of the secondary phases on the catalytic effectiveness. Thus, the polyphasic low-crystallinity system obtained in the combustion is promising in the STE catalytic process of the frying oil.

Resumo Óxido de zinco puro (ZnO) e dopado com 5% de Al (ZNAL) foram sintetizados pelo método Pechini modificado e caracterizados por difração de raios X (DRX), fluorescência de raios X (FRX), espectroscopia Raman, espectroscopia no infravermelho e espectroscopia UV-visível. A análise por FRX confirmou a relação estequiométrica teórica, enquanto DRX e espectroscopia Raman indicaram que o Al3+ foi incorporado no retículo de wurtzita do ZnO sem fases secundárias, conduzindo a uma diminuição no valor do band gap e a um aumento significativo dos sítios básicos de Lewis. ZnO puro e dopado foram utilizados como catalisadores na transesterificação etanólica do óleo de algodão utilizando um planejamento fatorial para determinar as melhores condições de síntese. Os índices de conversão do óleo em biodiesel foram avaliados através de medidas da viscosidade e por espectroscopia RMN 1H. Os resultados analisados pelo planejamento fatorial indicaram que o tipo de catalisador e a temperatura foram os fatores determinantes nos índices de conversão. O aumento do caráter básico do catalisador ZNAL conduziu a um aumento significativo do potencial catalítico, atingindo uma redução da viscosidade do óleo próxima de 71% a 130 °C e superior a 85% a 200 °C.

Abstract Pure zinc oxide (ZnO) and 5% Al-doped ZnO (ZNAL) were synthesized using the modified Pechini method and characterized by X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF), Raman spectroscopy, infrared spectroscopy and UV-visible spectroscopy. XRF confirmed the theoretical stoichiometry, while XRD and Raman spectroscopy indicated that Al3+ was incorporated into the ZnO wurtzite lattice with no secondary phases, leading to a decrease in the band gap value and to a meaningful increase of the Lewis basic sites. Pure and doped ZnO were used as catalysts in the ethylic transesterification of cottonseed oil using a factorial design to determine the best synthesis conditions. Oil conversion into biodiesel was evaluated by viscosity measurements and 1H NMR spectroscopy. The results analyzed by factorial design indicated that the catalyst type and temperature were the determinant factors in the conversion indices. The highest basicity of the ZNAL lead to a significant increase of the catalytic potential, reaching a reduction of the oil viscosity next to 71% at 130 °C and greater than 85% at 200 °C.

ResumoA versatilidade de materiais naturais como as argilas tem chamado a atenção para a sua aplicação em estudos científicos. Neste trabalho foi avaliado o enriquecimento dessas propriedades com a impregnação de SnO2 na superfície desse material, e seu comportamento como catalisador para a reação de transesterificação de óleo de soja. Para isso, uma bentonita foi selecionada, considerando os valores de capacidade de troca catiônica e teor de quartzo. A bentonita foi utilizada na forma pura e impregnada com SnO2 por dois métodos: solvotermal assistido por micro-ondas e Pechini modificado. Para avaliar a eficiência da impregnação, foram realizadas algumas caracterizações, como difração de raios X, adsorção de N2 e microscopia eletrônica de varredura, que mostraram uma melhor dispersão do SnO2no suporte utilizando o método Pechini modificado, o qual também apresentou melhor eficiência no teste catalítico para obtenção de biodiesel, reduzindo em 41,3% a viscosidade do óleo utilizado.

AbstractThe versatility of natural materials such as clays has drawn attention for their application in scientific studies. This study evaluated the enrichment of these properties with the impregnation of SnO2 on the surface of the material and its behavior as a catalyst for the transesterification of soybean oil. With this purpose, a bentonite was selected considering the values of cation exchange capacity and quartz content. The bentonite has been used in the pure form and impregnated with SnO2 by two methods: the microwave-assisted solvothermal and the modified Pechini. Impregnation efficiency was evaluated by X-ray diffraction, N2 adsorption and scanning electron microscopy, which showed a better dispersion of the SnO2 when the modified Pechini method was used, and also showed higher efficiency for the catalytic production of biodiesel, reducing by 41.3% the viscosity of the used oil.