Catalisadores heterogêneos suportados em materiais de carbono porosos partindo de rejeitos de uma rocha ornamental carbonática : preparação, caracterização e aplicação para obtenção de biodiesel

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dc.contributor.advisor-co1Silveira, Leonardo Luiz Lyrio da
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5020611563370937
dc.contributor.advisor1Freitas, Jair Carlos Checon de
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0002-4474-2474
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3074997830683878
dc.contributor.authorAleixo, Fábio da Costa
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0001-5554-5575
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/5940065747018743
dc.contributor.referee1Labat, Gisele Aparecida Amaral
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0003-3745-6119
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9764742132401600
dc.contributor.referee2Zagôto, Juliano Tessinari
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0002-2878-4615
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/8321874088120679
dc.contributor.referee3Machado, Marta Albuquerque
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0001-8335-3351
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/5991893415892784
dc.contributor.referee4Santos, Reginaldo Bezerra dos
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0003-2966-7231
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/6265396050660132
dc.date.accessioned2025-06-02T22:39:58Z
dc.date.available2025-06-02T22:39:58Z
dc.date.issued2025-03-27
dc.description.abstractThe processing of carbonate rocks generates substantial amounts of waste, which are frequently mismanaged—either discarded into the environment or irregularly deposited in landfills—posing significant environmental concerns. This study explores the synthesis of heterogeneous catalysts supported on a carbonaceous matrix, using carbonate ornamental stone tailings (OST) as a low-cost source of calcium and magnesium oxides. Various chemicals routes were initially evaluated, with all materials subjected to thermal treatment at 800 °C for 3 hours under an inert atmosphere. Among them, the wet impregnation method involved mixing OST and coconut shell-activated carbon (CSAC) powders with a NaOH solution under constant stirring. In a subsequent step, the synthesis parameters for this method were optimized using a full factorial experimental design. The catalytic performance of the resulting materials was assessed in the transesterification of soybean oil with methanol for biodiesel production. Conversion efficiency was monitored and quantified by proton nuclear magnetic resonance spectroscopy in solution. Among the tested synthesis routes, wet impregnation yielded the highest conversion rates. In the optimization study, a maximum conversion of 85% was achieved using an OST/CSCA mass ratio of 50:20, followed by thermal treatment at 800 °C for 1 hour. Further optimization of the reaction conditions, performed via a central composite design, led to a maximum biodiesel yield of 91% under the following conditions: 5 wt% catalyst loading (relative to oil mass), 3 hours of reaction time, and a temperature of 60 °C. The catalysts demonstrated excellent activity, attributed to the formation of CaO, MgO, Na₂CO₃, and Na₂CO₃·CaCO₃ phases, as confirmed by X-ray diffraction, depending on the thermal treatment parameters. Analysis of the Ca and Mg content in the biodiesel revealed significantly reduced metal leaching when CACO was used as the support, with concentrations remaining below or only slightly above the 5.0 mg/kg threshold established by the European standard EN 14214. These findings confirm the feasibility of employing OST and coconut shells as sustainable feedstocks for the development of efficient, carbon-supported heterogeneous catalysts. The wet impregnation route emerged as the most effective strategy for depositing calcium and magnesium oxides onto the CSCA matrix, offering both economic and environmental advantages due to its reliance on waste-derived materials and minimal generation of secondary residues
dc.description.resumoO beneficiamento de rochas carbonáticas gera toneladas de rejeitos que são descartados no meio ambiente ou depositados de forma irregular em aterros, tornando-se graves problemas ambientais. Este trabalho teve como objetivo investigar a síntese de catalisadores heterogêneos suportados em matriz carbonosa, utilizando rejeitos de rochas ornamentais carbonáticas (RRO) como fontes de óxidos de cálcio e magnésio. Inicialmente, diferentes rotas químicas foram exploradas, sendo todos os materiais tratados termicamente a 800 °C por 3 h, em atmosfera inerte. O catalisador obtido por impregnação úmida foi preparado pela mistura dos pós de RRO e de carvão ativado de casca de coco (CACO) com uma solução de NaOH, sob agitação constante. Em etapa posterior, as variáveis do processo de síntese do catalisador por impregnação úmida foram otimizadas por planejamento fatorial completo. A atividade catalítica dos materiais foi avaliada na reação de transesterificação de óleo de soja com metanol, visando à obtenção de biodiesel. A conversão foi monitorada e quantificada por espectroscopia de ressonância magnética nuclear de hidrogênio em solução. Comparando-se os catalisadores obtidos por diferentes rotas, a impregnação úmida mostrou-se a mais eficiente em termos de conversão de biodiesel. No estudo de otimização da síntese do catalisador, a conversão de 85% foi alcançada com a proporção mássica RRO/CACO de 50:20, tratada termicamente a 800 °C por 1 h. Os parâmetros para obtenção do biodiesel foram otimizados por planejamento composto central. A maior conversão (91%) foi obtida utilizando 5% de carga de catalisador (em relação à massa de óleo), com tempo e temperatura de reação de 3 h e 60 °C, respectivamente. Os catalisadores apresentaram excelente atividade catalítica, atribuída à presença das fases CaO, MgO, Na₂CO₃ e Na₂CO₃·CaCO₃, identificadas por difratometria de raios X, dependendo das condições de tratamento térmico. A análise dos teores de Ca e Mg nas amostras de biodiesel revelou que a concentração de metais lixiviados foi significativamente reduzida com o uso de CACO como suporte, ficando abaixo ou pouco acima do limite estabelecido pela norma europeia EN 14214 (5,0 mg/kg de Ca + Mg). Os resultados obtidos demonstram a viabilidade do uso de RRO e casca de coco para o desenvolvimento de catalisadores heterogêneos suportados em carvão ativado. A rota de impregnação úmida foi identificada como a mais eficiente para a deposição de óxidos de cálcio e magnésio sobre o suporte de CACO, evidenciando-se como uma alternativa promissora tanto sob a perspectiva econômica, devido à utilização de resíduos como matérias-primas, quanto sob a perspectiva ambiental, por não gerar subprodutos ou resíduos adicionais durante o processo de síntese
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa e Inovação do Espírito Santo (Fapes)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/19666
dc.languagepor
dc.language.isopt
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Química
dc.publisher.departmentCentro de Ciências Exatas
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química
dc.rightsopen access
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
dc.subjectRejeitos de rocha ornamental
dc.subjectDolomita
dc.subjectCasca de coco
dc.subjectCarvão ativado
dc.subjectBiodiesel
dc.subjectPlanejamento experimental
dc.subjectOrnamental stone tailings
dc.subjectDolomite
dc.subjectCoconut shells
dc.subjectActivated carbon
dc.subjectBiodiesel
dc.subjectFactorial design
dc.subject.cnpqQuímica
dc.titleCatalisadores heterogêneos suportados em materiais de carbono porosos partindo de rejeitos de uma rocha ornamental carbonática : preparação, caracterização e aplicação para obtenção de biodiesel
dc.title.alternativeHeterogeneous catalysts supported on porous carbon materials produced from the tailings of a carbonate ornamental stone : preparation, characterization, and application in biodiesel production
dc.typedoctoralThesis
foaf.mboxaleixofc@live.com
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