doctoralThesis
Desenvolvimento de aditivos bifuncionais derivados do cardanol hidrogenado para aplicação em mistura diesel/biodiesel
Registro en:
NASCIMENTO, Tássio Lessa do. Desenvolvimento de aditivos bifuncionais derivados do cardanol hidrogenado para aplicação em mistura diesel/biodiesel. Orientador: Maria Aparecida Medeiros Maciel. 2023. 138f. Tese (Doutorado em Biotecnologia) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.
Autor
Nascimento, Tássio Lessa do
Resumen
Biodiesel is used in the vehicular fleet through its insertion together with diesel, which has
high oxidative stability when compared to this biofuel. However, in the diesel/biodiesel
blend, instability to oxidation predominates, which in the long term can cause wear and/or
corrosion in the mechanical devices of vehicles fueled with this combination. In this
scenario, agents with antioxidant and lubricity properties stand out, in which a byproduct
of the cashew nut processing industry, cardanol, is present in the Cashew Nut Liquid
(CNSL). In the present study we aimed to evaluate the potential of hydrogenated cardanol,
3-pentadecylphenol (compound 1), and some of its derivatives as fuel additives. Tert-butyl
chloride (2) was produced in the laboratory to be the alkylating agent to obtain 2-tert-butyl5-pentadecylphenol (3). The other additives synthesized were: 2-nitro-5-pentadecylphenol
(4), diethyl-3-pentadecylphenyl phosphate (5), 3-pentadecylphenyl diphenyl (6), tri (3-
pentadecylphenyl) phosphate (7), 2-tert-butyl-5-pentadecylphenyl diethyl phosphate (8),
and 2-tert-butyl-5-pentadecylphenyl diphenyl phosphate (9). During the syntheses of these
compounds, reproduced with modification, principles of green chemistry were employed.
The reproduced compounds were characterized by Gas Chromatography Coupled to Mass
Spectrometer (GC/MS) and by Infrared (IR) and Nuclear Magnetic Resonance (1H and 13C
NMR) spectroscopies. The soy biodiesel used in the diesel/biodiesel blend in the ratio 8:2,
was synthesized through the methyl route using the potassium methoxide catalyst, and was
characterized according to the ANP Resolution No
. 45 of 08/25/2014. The antioxidant
activity of hydrogenated cardanol and its derivative compounds (2000 mg/kg), was
evaluated using the DPPH• and Rancimat methods, and lubricity by the Four Ball
technique. The results of the antioxidant analysis showed that all compounds stabilized the
DPPH• radical, especially 3 (81.1), 1 (46.5), and 7 (43%) for the highest percentages of
free radical reduction. In the Rancimat test, the compounds that showed the greatest
increases in induction time were 7 (32.8%), 3 (31%), and 9 (31%). For lubricity, the 3-
pentadecylphenyl diphenyl compound (6) provided the highest percentage (70.4%) of
lubricity, observed as a result of its higher torque-reducing effectiveness when compared
to the additive-free soy biodiesel. In a comprehensive way, the phosphorus additives (5, 7,
8 and 9) were the most efficient and represent a class of semi-synthetic eco-compatible
compounds, therefore, they are inserted in the energy sector that seeks to develop efficient
and low-polluting fuels, thus, if commercialized, they will add biotechnological value to the fuel industries. O biodiesel é utilizado na frota veicular através da sua inserção junto ao diesel, que possui
elevada estabilidade oxidativa quando comparado a este biocombustível. Porém, na
mistura diesel/biodiesel a instabilidade à oxidação predomina podendo causar a longo
prazo, desgaste e/ou corrosão nos dispositivos mecânicos de veículos abastecidos com esta
combinação. Neste cenário, tem destaque os agentes com propriedades antioxidante e
lubricidade, em que se encontra um subproduto da indústria de processamento da castanhado-caju, o cardanol, que está presente no Líquido da Castanha-do-Caju (LCC). No presente
estudo objetivou-se avaliar o potencial do cardanol hidrogenado, 3-pentadecilfenol
(composto 1), e alguns dos seus derivados como aditivos de combustível. Foi produzido o
cloreto terc-butila (2), em laboratório, para ser o agente alquilante para obter o 2-terc-butil5-pentadecilfenol (3). Os demais aditivos sintetizados foram: 2-nitro-5-pentadecilfenol (4),
dietil-3-pentadecilfenil fosfato (5), 3-pentadecilfenil difenil (6), tri (3-pentadecilfenil)
fosfato (7), 2-terc-butil-5-pentadecilfenil dietil fosfato (8) e 2-terc-butil-5-pentadecilfenil
difenil fosfato (9). Durante as sínteses destes compostos, reproduzidas com modificação,
empregou-se princípios da química verdes. Os compostos reproduzidos foram
caracterizados por Cromatografia Gasosa Acoplada ao Espectrômetro de Massas (CG/EM)
e pelas espectroscopias de Infravermelho (IV) e Ressonância Magnética Nuclear (RMN de
1H e de 13C). O biodiesel de soja utilizado na mistura diesel/biodiesel na proporção 8:2, foi
sintetizado através da rota metílica utilizando o catalisador métoxido de potássio, tendo
sido caracterizado conforme a Resolução ANP Nº 45 de 25/08/2014. A atividade
antioxidante do cardanol hidrogenado e seus compostos derivativos (2.000 mg/kg), foi
avaliada através dos métodos DPPH• e Rancimat, e a lubricidade pela técnica de Four Ball.
Os resultados das análises antioxidante mostrou que todos os compostos estabilizaram o
radical DPPH•, com destaque para 3 (81,1), 1 (46,5) e 7 (43%) pelos maiores percentuais
de redução do radical livre. No teste via Rancimat os compostos que apresentaram os
maiores acréscimos no tempo de indução foram 7 (32,8%), 3 (31%) e 9 (31%). Para
lubricidade, o composto 3-pentadecilfenil difenil (6) proporcionou maior percentual
(70,4%) de lubricidade, observado em função da sua maior eficácia de redução do torque
quando comparado ao biodiesel de soja isento de aditivo. De forma abrangente, os aditivos
fosforados (5, 7, 8 e 9) foram os mais eficientes e representam uma classe de compostos
semissintéticos ecocompatíveis, portanto, estão inseridos no setor energético que busca
desenvolver combustíveis eficazes e pouco poluentes, assim, se comercializados,
agregarão valor biotecnológico as indústrias de combustíveis.