00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IQB - Instituto de Química e Biotecnologia Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IQB
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Tipo: Tese
Título: Estudo do processo de interesterificação química de óleos vegetais, com foco na autointeresterificação do óleo de mamona, e avaliação do potencial uso de seus produtos de reação
Autor(es): Melo, Lucas Natã de
Primeiro Orientador: Bortoluzzi, Janaína Heberle
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Meneghetti, Mario Roberto
metadata.dc.contributor.referee1: Miyata, Izabel Cristina Riegel Vidotti
metadata.dc.contributor.referee2: Carvalho, Wagner Alves
metadata.dc.contributor.referee3: Meneghetti, Simoni Margareti Plentz
metadata.dc.contributor.referee4: Botero, Wander Gustavo
Resumo: Óleos e gorduras são importantes fontes biomássicas com diversas aplicações industriais e tecnológicas, na maioria das vezes após processos de modificação. Um exemplo é reação de transesterificação, a qual pode ser influenciada pela composição em termos de ácidos graxos (AGs) das matérias-primas. Desta forma, com o intuito inicial de comparar as reações de misturas de diferentes fontes de triacilgliceróis (TAGs), porém equivalentes em termos de composição em AGs, neste trabalho foram realizados estudos sobre a transesterificação de misturas binárias entre os óleos de mamona (OM), soja (OS) e coco (OC), na presença de metanol e NaOH, antes e após interesterificação química catalisada por CH3OK. Para os casos em que o OM não está presente, os estudos mostraram que a redistribuição aleatória dos fragmentos graxos nos TAGs não afeta significativamente o comportamento cinético da reação de transesterificação. Por outro lado, misturas binárias contendo OM, antes e após interesterificação, mostraram comportamentos cinéticos diferenciados. Em outras palavras, a cinética da reação de transesterificação não depende apenas da composição em AGs dos óleos empregados quando utilizou-se OM como fonte de TAGs, mas também de como estes AGs estão organizados nos acilgliceróis. A partir dos resultados obtidos, verificou-se que durante a interesterificação das misturas contendo este óleo, ocorre uma reação paralela de transesterificação, pois confirmouse que, sob as condições adotadas neste trabalho, o grupo hidroxila presente no 12º carbono da porção ricinoleica do OM atua como agente de transesterifiação. Nestes casos, foram observados aumentos de viscosidade (de 14 a 93%) em relação às misturas físicas contendo OM e surgimento de picos em elevados tempos de retenção em análises por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC). Análises de ressonância magnética nuclear de carbono-13 (RMN 13C) confirmaram que, durante a reação de interesterificação na presença de OM, ocorre a formação de estolides de acilgliceróis, cujas presenças explicam as menores taxas de transesterificação para misturas interesterificadas contendo este óleo. Esta é a primeira vez que a produção de estolides, oligômeros de ésteres de AGs com diversas aplicações industriais, é reportada em condições de interesterificação de TAGs. Estudos quantitativos por RMN 13C apontaram elevados graus de esterificação (72-97%) das hidroxilas presentes no OM. Para entender melhor o processo reacional em estudo, foram realizadas as mesmas reações com OM puro (autointeresterificação). Após as reações de interesterificação do OM (80-120 °C, 15-150 min), mais uma vez observouse a formação de estolides, bem como de di- e monoacilgliceróis, além de glicerol. Verificou-se também o aumento do grau de oligomerização e da viscosidade do material obtido com o aumento do tempo e da temperatura reacional. A amostra com maior viscosidade cinemática a 40 °C apresentou aumento de 146% em relação ao OM. A 120 °C, o processo reacional aparentou seguir cinética de segunda ordem, com constante de velocidade de 0,4984 L mol-1 min-1 , em relação à concentração de TAGs. Os produtos derivados da autointeresterificação do OM demonstraram potencial de aplicação industrial como lubrificantes e antiespumantes após investigação de suas propriedades físico-químicas (viscosidade, ponto de fluidez, ponto de fulgor, cor ASTM, estabilidade termo-oxidativa, tensão superficial) e comparação com produtos similares reportados na literatura ou obtidos comercialmente.
Abstract: Oils and fats are important biomass sources with several industrial and technological applications, most often after modification processes. An example is the transesterification reaction of these materials, which can be influenced by the composition of the raw materials in terms of fatty acids (FAs). Thus, with the initial aim of comparing the reactions of mixtures of different sources of triacylglycerols (TAGs), but equivalent in terms of FA composition, in this work, studies on the transesterification of binary mixtures of castor (OM), soybean (OS) and coconut (OC) oils, in the presence of methanol and NaOH, before and after CH3OK-catalyzed chemical interesterification, were carried out. For cases in which OM is not present, studies have shown that random redistribution of fatty fragments in TAGs does not significantly affect the kinetic behavior of the transesterification reaction. On the other hand, binary mixtures containing OM, before and after interesterification, showed different kinetic behaviors. In other words, the kinetics of the transesterification reaction does not depend only on the FA composition of the oils used when utilizing OM as a source of TAGs, but also on how these FAs are organized in the acylglycerol molecules. From the results obtained, it was found that during interesterification of the mixtures containing this oil, parallel transesterification reaction occurs. It was confirmed that the hydroxyl group present on the 12th carbon of the ricinoleic portion of the OM acts as a transesterification agent under the interesterification conditions adopted in this work. In these cases, increases in viscosity in relation to physical mixtures containing OM (from 14 to 93%) and emergence of peaks of high retention times in high performance liquid chromatography (HPLC) determinations were observed. Carbon-13 nuclear magnetic resonance (13C NMR) analyzes confirmed that during the interesterification reaction in the presence of OM, acylglycerol estolides are formed, which explains the lower transesterification rates for interesterified mixtures. This is the first time that the production of estolides, FA-based ester oligomers with several industrial applications, has been reported under TAG interesterification conditions. Quantitative 13C NMR studies indicated high degrees of esterification (72- 97%) for the samples produced. In order to better understand the reaction process studied, the same reactions were carried out with neat OM. After OM interesterification (80-120 °C, 15-150 min), once again the formation of estolides was observed, as well as the formation of di- and monoacylglycerols, in addition to glycerol. There was also an increase in the degree of oligomerization and in the viscosity of the material obtained with the increase in reaction time and temperature. The sample with the highest kinematic viscosity at 40 °C showed an increase of 146% compared to OM. At 120 °C, the reaction demonstrated to follow second-order kinetics and a rate constant of 0.4984 L mol-1 min-1 , with relation to TAG concentration. The products derived from the chemical interesterification of OM showed potential for industrial application as lubricants and antifoams after investigation of their physicochemical properties (viscosity, pour point, flash point, ASTM color, thermo-oxidative stability, surface tension) and comparison with similar products reported in the literature or obtained commercially.
Palavras-chave: Transesterificação
Biodiesel
Biolubrificantes
Estolides
Triacilgliceróis
Diacilgliceróis
Monoacilgliceróis
Óleo de soja
Óleo de coco
Ácido ricinoleico
Viscosidade
Transesterification
Biolubricants
Triacylglycerols
Diacylglycerols
Monoacylglycerols
Soybean oil
Coconut oil
Ricinoleic acid
Viscosity
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Química e Biotecnologia
Citação: MELO, Lucas Natã de. Estudo do processo de interesterificação química de óleos vegetais, com foco na autointeresterificação do óleo de mamona, e avaliação do potencial uso de seus produtos de reação. 2024. 221 f. Tese (Doutorado em Química e Biotecnologia) – Programa de Pós-graduação em Química e Biotecnologia, Instituto de Química e Biotecnologia. Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2023.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/12992
Data do documento: 10-jul-2023
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