Advertisement

Journal of Thermal Analysis and Calorimetry

, Volume 137, Issue 6, pp 2045–2052 | Cite as

Characterization of biodiesel from frying oil obtained by hydro-esterification using vermiculite as heterogeneous catalyst

  • José Gorete Pedroza de Lacerda
  • Roberlúcia Araújo CandeiaEmail author
  • Luciano Leal de Morais Sales
  • Alfredina dos Santos Araújo
  • Antônio Fernando Portela da Cunha
  • Albaneide Fernandes Wanderley
  • Adriana Fernandes Campos
Article
  • 104 Downloads

Abstract

This study aimed to understand the synthesis of biodiesel from the residual frying oil through the hydro-esterification reaction using vermiculite as heterogeneous catalytic. The hydrolysis was carried out in an autoclave reactor at a temperature of 300 °C for 3 h. Then, the esterification was performed under the molar ratio of 6:1 of ethyl alcohol/fatty acid, in the presence of 5% of the catalyst concerning the oil mass. We analyzed the physicochemical and thermal characteristics of both the biodiesel and the frying oil, and the spectrophotometric parameters of absorption in the UV–visible region. We found a reaction yield relative to the mass of the residual frying oil of 66.65%. The thermogravimetric curve for biodiesel showed two stages of decomposition: the first stage with 83.1% of mass loss, indicating conversion to monoacylglycerols, and the second with 14.3% of mass loss, attributed to the presence of traces of diacylglycerides and triacylglycerides not converted into esters of ethyl fatty acids. The absorption spectra in the infrared region confirmed the presence of ethyl fatty acid esters at 1749.7 cm−1 but also verified the presence of a vibrational band corresponding to the OH group stretching at 3600 to 3300 cm−1, confirming the presence of moisture or the partial conversion of the glyceride hydrolysis. Finally, the results show a satisfactory conversion, although more detailed studies are still required.

Keywords

Biodiesel Heterogeneous catalysis Residual frying oil Thermogravimetry 

Notes

Acknowledgements

The authors are grateful to the Laboratories of the Center of Energy Technologies of the Northeast—CETENE, Department of Nanotechnology, Recife, PE, for the thermal analyses, and the Laboratory of Fuels and Materials—LACOM, UFPB, João Pessoa, PB, by the analyses of Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) spectra.

References

  1. 1.
    Xia Y, Tang Z. A novel perspective for techno-economic assessments and effects of parameters on techno-economic assessments for biodiesel production under economic and technical uncertainties. RSC Adv. 2017;7:9402–11.  https://doi.org/10.1039/c6ra25754b.CrossRefGoogle Scholar
  2. 2.
    Foley A, Smyth BH, Pukšec T, Markovska N, Duić N. A review of developments in technologies and research that have had a direct measurable impact on sustainability considering the Paris agreement on climate change. Renew Sustain Energy Rev. 2017;68:835–9.  https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.11.215.CrossRefGoogle Scholar
  3. 3.
    Wako FM, Reshad AS, Goud VV. Thermal degradation kinetics study and thermal cracking of waste cooking oil for biofuel production. J Therm Anal Calorim. 2018;131:2157–65.  https://doi.org/10.1007/s10973-017-6760-z.CrossRefGoogle Scholar
  4. 4.
    De Paulo AA, da Costa RS, Rahde SB, Vecchia FD, Seferin M, Santos CA. Performance and emission evaluations in a power generator fuelled with Brazilian diesel and additions of waste frying oil biodiesel. Appl Therm Eng. 2016;98:288–97.  https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.12.036.CrossRefGoogle Scholar
  5. 5.
    Silva NL. Produção de biodiesel: Processo e caracterizações. 2010. 201 f. Tese (Doutorado)—Curso de Engenharia Química, São Paulo: Universidade Estadual de Campinas; 2010.Google Scholar
  6. 6.
    Valente OS, Pasa VMD, Belchiorc CRP, Sobré JR. Exhaust emissions from a diesel power generator fuelled by waste cooking oil biodiesel. Sci Total Environ. 2012;431(1):57–61.  https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2012.05.025.CrossRefPubMedGoogle Scholar
  7. 7.
    Kumar M, Sundaram S, Gnansounou E, Larroche C, Thakura IS. Carbon dioxide capture, storage and production of biofuel and biomaterials by bacteria: a review. Biores Technol. 2018;247:1059–68.  https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.09.050.CrossRefGoogle Scholar
  8. 8.
    Souza RH de. Obtenção de ésteres etílicos e metílicos, por reações de transesterificação, a partir do óleo da palmeira Latino Americana macaúba - Acrocomia aculeata. 2007. 236 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Curso de Química, Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto, São Paulo, 2007.Google Scholar
  9. 9.
    Corro G, Sánchez N, Pal U, Bañuelos F. Biodiesel production from waste frying oil using waste animal bone and solar heat. Waste Manag. 2016;747:105–13.  https://doi.org/10.1016/j.wasman.2015.02.001.CrossRefGoogle Scholar
  10. 10.
    Araújo CDM, Andrade CC, Silva ES, Dupas FA. Biodiesel production from used cooking oil: a review. Renew Sustain Energy Rev. 2013;27:445–52.  https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.06.014.CrossRefGoogle Scholar
  11. 11.
    Choe E, Min DB. Chemistry of deep-fat frying oils. J Food Sci. 2007;72(5):77–86.  https://doi.org/10.1111/j.1750-3841.2007.00352.x.CrossRefGoogle Scholar
  12. 12.
    Zhang J, Jiang L. Acid-catalyzed esterification of Zanthoxylum bungeanum seed oil with high free fatty acids for biodiesel production. Biores Technol. 2008;99:8995–8.  https://doi.org/10.1016/j.biortech.2008.05.004.CrossRefGoogle Scholar
  13. 13.
    Phan AN, Phan TM. Biodiesel production from waste cooking oils. Fuel. 2008;87:3490–6.  https://doi.org/10.1016/j.fuel.2008.07.008.CrossRefGoogle Scholar
  14. 14.
    Alberici RM, De Souza V, De Sá GF, Morelli SR, Eberlin MN, Daroda RJ. Used frying oil: a proper feedstock for biodiesel production? Bioenergy Research. 2012;5:1002–8.  https://doi.org/10.1007/s12155-012-9216-0.CrossRefGoogle Scholar
  15. 15.
    Yakkob Z, Mohammad M. Overview of the production of biodiesel from waste cooking oil. Renew Sustain Energy Rev. 2013;18:84–193.  https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.10.016.CrossRefGoogle Scholar
  16. 16.
    Azeredo WA. Otimização da produção de biodiesel metílico a partir de óleos de fritura residuais (OFR). 2014. 166 p. Dissertação (Mestrado em Química) – Programa de Pós-Graduação em Química – PGQ, Goiânia: Universidade Federal de Goiás; 2014.Google Scholar
  17. 17.
    Encarnação APG. Geração de biodiesel pelos processos de transesterificação e hidroesterificação, uma avaliação econômica. 2008. 144. Dissertação (Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos), Rio de Janeiro: Programa de Pós-graduação em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos, da Escola de Química da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ); 2008.Google Scholar
  18. 18.
    Santos LK dos. Avaliação da Aplicação do Processo de Hidroesterificação na Produção de Biodiesel a partir de Matérias-Primas de Baixa Qualidade. 2016 136f. Dissertação (Mestrado em Química). Araraquara: Instituto de Química, Universidade Estadual Paulista; 2016.Google Scholar
  19. 19.
    Silva RAO, Silva MCC, de Sousa HR, Silva MGO, de Santos MRMC, de Brandim AS. Prospecção tecnológica do uso de argila vermiculita como Adsorvente de contaminantes oleosos em processo de produção do biodiesel. Cad Prospec Salvador. 2015;8(3):544–51.  https://doi.org/10.9771/s.cprosp.2015.008.060.CrossRefGoogle Scholar
  20. 20.
    Suzuki N, Ozawa S, Ochi K, Chikuma T, Watanabe Y. Approaches for cesium uptake by vermiculite. J Chem Technol Biotechnol. 2013;88(9):1603–5.  https://doi.org/10.1002/jctb.4145.CrossRefGoogle Scholar
  21. 21.
    Wegrzyn A, Chmielarz L, Zjezdzalka P, Jablonska M, Kowalczyk A, Zelazny A, Michalik M. Vermiculite-based catalysts for oxidation of organic pollutants in water and wastewater. Acta Geodynamica et Geomaterialia. 2013;10(3):341–52.  https://doi.org/10.13168/AGG.2013.0033.CrossRefGoogle Scholar
  22. 22.
    Ugarte JFO, Monte MBM. Estudo da Vermiculita como adsorvente de óleo e metal passado. Centro de Tecnologia Mineral - Ministério da Ciência e Tecnologia - Rio de Janeiro – 2005. http://mineralis.cetem.gov.br/handle/cetem/336. Accessed 15 Mar 2018.
  23. 23.
    Oliveira DS, Fonseca XDS, Farias PN, Bezerra VS, Pinto CHC, Souza LD, Santos AGD, Matias LGO. Obtenção do biodiesel através da transesterificação do óleo de Moringa oleifera Lam. HOLOS. 2012;1:49–61, ISSN:1807-1600.Google Scholar
  24. 24.
    Moretto E, Felt R. Tecnologia de óleos e gorduras na indústria de alimentos. Varela: São Paulo; 1998.Google Scholar
  25. 25.
    ANP. Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustível. 2012. O biodiesel obrigatório. Disponível em: http://www.anp.gov.br. Accessed Mar 2017.
  26. 26.
    Geris R, Santos NAC dos, Amaral BA, Maia I de S, Castro VD, Carvalho JRM. Biodiesel de soja: reação de transesterificação para aulas práticas de química orgânica. Quím. Nova. 2007;30(5):1369–1373. doi:http://dx.doi.org/10.1590/S0100-40422007000500053. ISSN 0100-4042.
  27. 27.
    Rossi GZ, Borges IR, Perego TF, Toledo VDM, Ferreira LFP. Technical analysis of biodiesel production from residual fry oil. J Eng Exact Sci. 2018.  https://doi.org/10.18540/jcecv14iss1pp0101-0108.CrossRefGoogle Scholar
  28. 28.
    dos Santos LK, Hatanaka RR, de Oliveira JE, Flumignam DL. Experimental factorial design on hydroesterification of waste cooking oil by subcritical conditions for biodiesel production. Renewable Energy. 2017;114:574–80.CrossRefGoogle Scholar
  29. 29.
    Encarnação APG. Geração de biodiesel pelos processos de transesterificação e hidroesterificação, uma avaliação econômica. 2008. 144f. Dissertação (Mestrado Processos Químicos e Bioquímicos). Escola de Química da Universidade Federal do Rio de Janeiro. Rio de janeiro, RJ. Disponível em: http://www.tpqb.eq.ufrj.br/download/biodiesel-via-trans-e-hidroesterificacao.pdf. Accessed Nov 2018.
  30. 30.
    Santos LK dos, Calera GC, Stringaci, JCT, Vilaça SM, Viviani VE, Flumignan DL. Estado da arte da aplicação do processo de hidroesterificação na produção de biodiesel a partir de matérias-primas de baixa qualidade. Revista Principia. João Pessoa, PB, Dezembro, 2015. No 28 - EDIÇÃO ESPECIAL. Disponível em: www.periodicos.ifpb.edu.br/index.php/principia/article/download/456/342. Accessed Nov 2018.
  31. 31.
    Wanderley AF. Vermiculitas Reestruturadas por Tratamento Ácido como Suportes para Silanos, Aminas Alifáticas e Aromáticas para Fins Adsortivos. 2009, 140p. Tese (Doutorado em Química). João Pessoa: Universidade Federal da Paraíba.Google Scholar
  32. 32.
    Vieira JSC, Sousa TL, Rosas LS, Lima AL, Ronconi CM, Mota CJA. Esterificação e transesterificação homogênea de óleos vegetais contendo alto teor de ácidos graxos livres. Quim. Nova. 2018;41(1):10–6.  https://doi.org/10.21577/0100-4042.20170148.CrossRefGoogle Scholar
  33. 33.
    Moura BS. Transesterificação Alcalina de Óleos Vegetais para Produção de Biodiesel: Avaliação Técnica e Econômica. 2010. 166f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química). Seropédica: Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro; 2010.Google Scholar
  34. 34.
    Gaio LM. Preparação, caracterização e uso de dolomita mineral como catalisador heterogêneo na produção de biodiesel via reação de transesterificação de óleo de fritura. 2014. 72p. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Química e Biológicas, Brasília: Instituto de Química da Universidade de Brasília.Google Scholar
  35. 35.
    Candeia RA, Sinfrônio FSM, Bicudo TC, Queiroz N, Barros Filho AKD, Soledade LEB, Santos IMG, Souza AL, Souza AG. Influence of the storage on the thermo-oxidative stability of methyl and ethyl esters by PDSC. J Therm Anal Calorim. 2011;106(2):581–6.  https://doi.org/10.1007/s10973-011-1287-1.CrossRefGoogle Scholar
  36. 36.
    Conceição MM, Fernandes VJ, Araújo AS, Farias MF, Santos IMG, Souza AG. Thermal and oxidative degradation of castor oil biodiesel. Energy Fuels. 2007;21(3):1522–7.  https://doi.org/10.1021/ef0602224.CrossRefGoogle Scholar
  37. 37.
    Ouanji F, Nachid M, Kacimi M, Liotta LF, Puleo F, Ziyad M. Small scale biodiesel synthesis from waste frying oil and crude metanol in Morocco. Chin J Chem Eng. 2016;24:1178–85.  https://doi.org/10.1016/j.cjche.2016.02.008.CrossRefGoogle Scholar
  38. 38.
    Pavia DL, Lampman GM, Kriz GS, Vyvyan JR. Introdução à Espectroscopia. 4ªedição. Tradução de Pedro Barros. Cengage Learning: São Paulo. 2010.Google Scholar
  39. 39.
    Silverstein RM, Webster FX, Kiemle DJ. Identificação Espectrométrica de Compostos Orgânicos. 7ª Edição. Tradução de Ricardo Bicca de Alencastro, Rio de Janeiro:LTC; 2012.Google Scholar
  40. 40.
    Oliveira JS, Montalvão R, Daher L, Suarez PAZ, Rubim JC. Determination of methyl ester contents in biodiesel blends by FTIR-ATR and FTNIR spectroscopies. Talanta. 2006;69:1278–84.  https://doi.org/10.1016/j.talanta.2006.01.002.CrossRefPubMedGoogle Scholar
  41. 41.
    Silva TAR. Biodiesel de óleo residual: Produção através da transesterificação por metanólise e etanólise básica, caracterização físico-química e otimização das condições reacionais. 2011. 151p. Tese (Doutorado em Química). Uberlândia: Universidade Federal de Uberlândia.Google Scholar

Copyright information

© Akadémiai Kiadó, Budapest, Hungary 2019

Authors and Affiliations

  • José Gorete Pedroza de Lacerda
    • 1
  • Roberlúcia Araújo Candeia
    • 2
    Email author
  • Luciano Leal de Morais Sales
    • 1
  • Alfredina dos Santos Araújo
    • 2
  • Antônio Fernando Portela da Cunha
    • 1
  • Albaneide Fernandes Wanderley
    • 1
  • Adriana Fernandes Campos
    • 3
  1. 1.Teacher Training CenterFederal University of Campina GrandeCajazeirasBrazil
  2. 2.Center for Food Science and TechnologyFederal University of Campina GrandePombalBrazil
  3. 3.Department of Nanotechnology, CETENE - Center of Energy Technologies of the NortheastFederal University of PernambucoRecifeBrazil

Personalised recommendations