Electroconversion of waste from the biofuel industry into value-added products by electrochemical oxidation and hydrogen cogeneration

Abstract

Os impactos ambientais gerados pela utilização de combustíveis fósseis e a insegurança energética associada a isso têm levado a um aumento na produção de biocombustíveis. Consequentemente, espera-se também um aumento na quantidade de glicerol gerado como subproduto das reações de transesterificação, o que pode resultar em um acúmulo de resíduos contendo esse poliálcool. Diversas técnicas têm sido empregadas para converter o glicerol em produtos de alto valor agregado, entre elas a oxidação eletroquímica, que se destaca pela diversidade de produtos que podem ser formados. Dessa forma, este trabalho propõe investigar a aplicação da oxidação eletroquímica para a conversão de glicerol, visando obter produtos de maior valor agregado, como ácidos carboxílicos e hidrogênio verde. Para isso, a oxidação foi estudada em diferentes condições, buscando-se uma maior produção desses produtos. A conversão do glicerol foi acompanhada por cromatografia iônica e demanda química de oxigênio. Os resultados obtidos estão divididos em dois capítulos. Inicialmente, no segundo capítulo, é apresentado o processo de otimização para a obtenção da condição mais favorável para a oxidação do glicerol. Nesse estudo, foram avaliados os efeitos da densidade de corrente, concentração do eletrólito e tempo de oxidação, utilizando DSA (Dimensionally Stable Anodes) como ânodo para a oxidação de 0.1 mol L⁻¹ de glicerol. Observou-se que a densidade de corrente de 90 mA cm⁻², com concentração de eletrólito suporte de 0.1 mol L⁻¹ e tempo de oxidação de 480 minutos, foi a melhor condição para a conversão do glicerol, gerando 256.21 e 211.17 mg L⁻¹ de ácido fórmico utilizando, respectivamente, célula não dividida e dividida. Também foram produzidos 6.77 L de hidrogênio seco na célula dividida. Neste trabalho, foi também avaliada a oxidação de uma amostra real, obtida a partir do processo de lavagem de biocombustível, que, na melhor condição, produziu 490.69 mg L⁻¹ de ácido fórmico e 47.51 mg L⁻¹ de ácido acético utilizando célula não dividida, e 567.39 e 384.02 mg L⁻¹ de ácido fórmico e ácido acético, respectivamente, ao utilizar célula dividida. Em seguida, no terceiro capítulo, o processo oxidativo foi avaliado utilizando diferentes materiais anódicos, DSA e BDD (Boron Doped Diamond), e a influência de diferentes eletrólitos. Nesse estudo, a produção de ácidos carboxílicos e hidrogênio verde foi observada utilizando as configurações de célula eletroquímica dividida e não dividida, com densidade de corrente de 90 mA cm⁻² e 0.1 mol L⁻¹ de eletrólito suporte durante 360 minutos. A produção de ácidos carboxílicos foi mais eficiente utilizando NaOH como eletrólito suporte para ambos os eletrodos, gerando 958.62 e 928.37 mg L⁻¹ de ácido fórmico e 1358.75 e 1096.91 mg L⁻¹ de ácido oxálico para célula não dividida e dividida, respectivamente, quando BDD foi utilizado como ânodo. A oxidação da amostra real nessa condição resultou em uma produção de 1618.05 mg L⁻¹ de ácido fórmico utilizando célula não dividida e 1462.55 mg L⁻¹ utilizando célula dividida. A produção de hidrogênio foi independente do material anódico e do tipo de eletrólito utilizado. Por fim, conclui-se que o processo de oxidação eletroquímica é uma alternativa eficaz e viável para a produção de ácidos carboxílicos, que são produtos de interesse econômico para as indústrias química e farmacêutica.