A VOLTAS CO BIODIESEL: LAVANDO O PRODUCTO

Seguindo con este proceso paralelo para conseguir biodiesel a partir do noso aceite usado de cociña, hoxe martes, despois das clases, volvemos a quedar no laboratorio para levar a cabo a nosa 5ª sesión práctica.

Hoxe tocaba para algúns rematar de transvasar a fase menos densa da reacción (en teoría o biodiesel) a un Erlenmeyer. Para outros implicaba pasar o contido completo porque o último día aínda fixeran a síntese. 

En definitiva o primeiro obxectivo do día tería que ser ter o biodiesel obtido en cada proba introducido nun Erlenmeyer.

Antes de empezar fixámonos nas probas de Carla e Verónica do último día. Foron feitas sen case que tempo de axitación, co cal temos sospeitas de que non se completase o proceso de síntese. Canto menos o aspecto que presenta o medio de reacción é curioso: vese a fase do biodiesel separada da glicerina pero nadando no biodiesel tamén se observa unha especie de escuma que ben poderían ser pequenas formacións de xabóns. Ademáis a fase máis densa acobou formando un "pegote" denso, case sólido, que pode ser mestura de glicerina con metanol, xabóns, ou graxas semiesterificadas (monoglicéridos ou diglicéridos). A proba de Juan, que tamén tivo pouco tempo de axitación, presentaba mellor aspecto. O tela no funil de decantación favoreceu a separación. A fase máis densa era un sólido case negro, glicerina (que funde sobre os 18ºC, co cal pode chegar a solidificar, como en efecto fixo) e o biodiesel era máis transparente. 

A de Juan tiña bo aspecto

Pero a de Carla non. Moita escuma...¿xabón?

Por arriba

A de Verónica mellor, pero tamén con escumas

Desde arriba observábanse mellor nadando sobre o biodiesel

A Juan, Verónica e Carla aínda lles quedaba transvasar o biodiesel producido nas súas probas.
Aquí vemos a Juan quitándoo do funil. Non puido separalo abrindo a chave porque a glicerina negra solidificara e non podía saír. Mirade o que pasou:

Pois nada...por arriba logo:

A glicerina formou un tapón solificado que conservaba a súa forma cónica incluso despois de despegalo das paredes:

Como pesaran antes os Erlenmeyers baleiros, agora puideron ver canto pesaba este "cru" de biodiesel obtido, co obxecto de ter unha estimación do rendemento da reacción. 

Unha vez illados os "crus" de biodiesel, tamén se lles mediu o pH para saber se quedaban ou non restos de sosa. Os resultados foron os seguintes:

Proba	Masa biodiesel (g estimados)*	Rendemento estimado	pH
1 (Carlos)	200	90%	8
2 (David)	175	80%	7-8
3 (Antón)	80	38%	8-9
4 (Nazaret)	220	98%	9
5 (Bieito)	220	98%	9
6 (Marta)	200	98%	8
7 (Adrián)	100	45%	7-8
8 (Nerea)	215	96%	7-8
10 (Carla)	200	90%	9
11 (Verónica)	130	58%	7
12 (Juan)	225	100%	9

O cálculo do rendemento é estimado. As cantidades non son exactas pero da unha idea o ben que foi a reacción.

Hai que ter en conta que as densidades do aceite de partida e do biodiesel son moi similares e que como se puxeron a reaccionar 250mL sería de esperar que se obtivesen uns 250mL tamén de biodiesel, o cal corresponde a uns 225 g  teóricos, xa que a súa densidade estará sobre os 0'9 g/mL, de aí as porcentaxes especificadas na táboa.

Aquí temos por exemplo a medición co indicador Universal do pH da proba 8, que resultou ser lixeiramente básico.

Aquí Bieito e compañía ensínannos como levaron a cabo a determinación de pH

Polo tanto quedaba clara unha cousa: o biodiesel aínda non estaba puro.

Para arrastrar eses restos de hidróxido sódico e tamén algunha traza de metanol que podía haber no biodiesel (lembramos que o metanol é soluble no biodiesel e empregouse bastante exceso na reacción co cal é razoable supoñer que parte pode atoparse no seo do biodiesel) tiñan que levar a cabo a seguinte gran etapa do proceso: O LAVADO.

Vista a bibliografía que hai ao respecto é unha fase polémica. Hai xente que non lava o biodiesel e outra que si é partidaria de facelo.

Mesturar agora o biodiesel con auga para que esta arrastre restos de metanol e sosa pode derivar na formación dunha emulsión tremenda que despois lle leve moito tempo estabilizarse e nos proporcione o biodiesel de novo ben separado da fase acuosa. Pero, por outra banda, se sae ben o producto final será máis puro. 

Nos optamos por facelo pero tendo a precaución de mesturar de xeito homoxeneo e non violento porque deste xeito non emulsionamos moito o medio, simplemente axitamos en circulo as fases para que entren ben en contacto e despois deixamos repousar para que a gravidade faga o resto do traballo...

Na fase de lavado introducimos 3 posibles variantes: 

• auga destilada.
• disolución de acético en auga ao 6% (ácida).
• disolución de cloruro sódico (sal) en auga ao 1%. 

As probas foron distribuídas do seguinte xeito:

Proba	LAVADO con...
1 (Carlos)	75 mL auga
2 (David)	75mL de AcOH ao 6%
3 (Antón)	75mL de AcOH ao 6%
4 (Nazaret)	75mL de AcOH ao 6%
5 (Bieito)	75mL de AcOH ao 6%
6 (Marta)	75 mL auga
7 (Adrián)	75 mL auga
8 (Nerea)	75 mL auga
10 (Carla)	75 mL de disolución NaCl ao 1%
11 (Verónica)	75mL de AcOH ao 6%
12 (Juan)	75 mL auga

Hai que sinalar que a cantidade de 75mL da fase acuosa non era a que en principio se pensou porque nos atopamos cun problema: ao transvasar o biodiesel aos Erlenmeyers de 250mL quedaban case cheos co cal non había espacio para introducir a fase acuosa e proceder á decantación. ¿Que fixemos? pois baleirar parte do biodiesel de cada proba para que quedaran no Erlenmeyer uns 150 mL de biodiesel. As fraccións que se quitaron das distintas probas foron xuntadas todas nun botella de litro para facer un lavado conxunto.

Como curiosidade podemos xuntar a foto dun fenómeno que produxo moito interese entre os rapaces. Á hora da preparación da disolución nai de ácido acético nunha botella de vidro, na fase de axitación para homoxeneizar o contido da disolución, prodúxose un remuíño no seo do fluído similar a un "tornado", loxicamente polo movemento circular que se lle deu áo recipiente da disolución. é innegable que resultaba atractivo

Para ver como levaron a cabo a extracción podemos fixarnos en David

E xa despois de lavados así quedaron repousando

Despois de lavados...

3-4-5-6-7

1-2-3-4-5-6

8-10-11-12

Repousando

ÁS 17 HORAS DE REACCIÓN

Agora, o que observamos ao día seguinte:
Hoxe martes pasamos a comprobar como quedaron os medios de reacción despois de deixalos repousar durante 17 horas a ver se había 2 capas ou non...

A cantidade posta de aceite a reaccionar no era moi grande e o medio no que se deixou decantar non era o máis axeitado para a observación das 2 fases insolubles (biodiesel e glicerina) porque non dispoñíamos dos funís de decantación apropiados, pero aínda así foi posible comprobar a glicerina negra na parte inferior.

As probas onde observamos os medios de reacción máis limpos e cristalinos foron a 1,4,5,6 e 8

Mentres que a 2,3 e 7 presentaban un aspecto espumoso e emulsionado

A glicerina observámola ben no fondo de todos os recipientes, sobre todo na proba 8

O pH era un parámetro importante a controlar no biodiesel sintetizado, de cara á etapa final de lavado. Evidentemente hai que lavar...o pH é bastante básico, entre 8 e 9

Queda moito exceso de sosa no biodiesel pero iso sexá obxecto de estudio nunha 4ª sesión.

PREPARANDO BIODIESEL

Enlazamos hoxe este blog con outro paralelo no que analizamos específicamente o tema do aceite usado no noso colexio, coa esperanza de convertelo en biodiesel e darlle unha saída útil para todos. Se tedes ganas visitade
http://arrancandoconbiodiesel.blogspot.com.es/

O caso é que hoxe pasamos cun grupo de alumnos de 4ºESO e fóra de horario escolar estivemos filtrando, secando e determinándolle a acidez ao aceite de partida, paso previo á síntese que pretendemos.
Aquí tedes o relato do que sucedeu...

Hoxe martes tivemos a primeira sesión de traballo experimental, a segunda reunión do grupo.

Asistiron Marta, Bieito, Antón, Carlos, David, Adrián, Juan, Verónica e Carla. Estivemos de 5 a 7 da tarde.

A verdade é que foi un día duro, no que os rapaces fixeron un esforzo por estar, apesar das tremendas condicións meteorolóxicas que estamos a vivir, con continuas alertas laranxas, vermellas, de todos os colores...

A sesión empezou algo antes porque tiven que deixar todo o material preparado para que poñerse mans á obra fose inmediato.

Primeiro colocamos os clakis creos de aceite que nos trouxeron os rapaces das súas casas dentro da campaña do "Plan Proxecta" que estamos a levar no centro (http://www.etisustentas.blogspot.com.es/). Uns 13 kg aproximadamente.

aceite usado sen purificar

Pero había que ter a man, probetas, Erlenmeyers, pipetas, vasos de precipitados, soportes con aros, reactivos, etc. A verdade é que parecía pouco pero aínda levou o seu tempo...

Usamos as garrafas esas de auga (ben secas por suposto) para introducir o aceite filtrado dos clakis. Polo momento mantíñanse á espera do grupo

Abrimos o blog do grupo para "contarlle ao material o que estabamos a facer" ;-)

E os clakis responderon cun sorriso, encantados de participar

Chega o grupo a iso das 17:05h. Despois dunha breve introducción sobre como iamos planificar a tarde (aínda que xa tiñan a "chuletilla" no correo do día anterior para vir sobre aviso), pasamos á acción.

O primeiro: FILTRAR O ACEITE USADO. O obxectivo era quitarlle o máis "gordo". Para iso empregamos diferentes filtros, uns cun tamaño de poro máis grandes e outros máis pequenos.

Marta e Antón empezan.

Marta e Antón empezando a filtrar

A súa filtración foi rápida, porque o filtro non se lles tupiu case nada.

Carla e Verónica tiveron máis dificultades. Elas e Adrián tiñan un coador deses de tela e ao aceite leváballe o seu tempo pasar ao seu través. O lado positivo: saía limpiño, limpiño.

Verónica e Carla

Ao grupo de Carlos e David tamén lles custou pouco porque dsipoñían dun coador de malla bastante grande. O lado negativo: o filtrado non era tan "fino".

Carlos e David filtrando

Nunha media hora remataron de filtrar o aceite dispoñible. Por Verónica, Carla e Adrián houbo que esperar un pouco...

Xa estaban listos para pasar á segunda fase: SECADO DO ACEITE DE PARTIDA.

Aquí xa tocaba ensaiar diferentes estratexias e algunhas implicaba toma de datos.

Primeiro, tomamos a mostra-problema: 500 mL de aceite filtrado. Para iso empregaron a probeta de medio litro.

Primeira estratexia de secado: emprego do microondas. ¿Por qué non? Sabemos que nos microondas as moléculas polares como as da auga bailan ao son desenfrenado do campo do campo magnético do aparello e xiran a unha velocidade tola que as leva a romper eses enlaces entre elas e escapar á fase gasosa. As moléculas do aceite, porén, non son polares; son máis ben apolares, xa que a carga eléctrica distribúese de xeito bastante homoxéneo pola súa estrutura. En base a iso apenas lle afectará o quecemento por microondas. Por iso entendemos este método como magnífico para desfacernos desa auga que hai no aceite xa usado, e que nos pode fastidiar bastante na reacción que pretendemos levar a cabo de transesterificación.

De paso imos saciar unha curiosidade ¿quecerá moito o aceite ao sometelo a microondas?

O grupo de Carlos fai a comprbación experimental:

Toma a temperatura de partida: 17ºC. Pesa o recipiente de plástico sen aceite (71,2 g) e despois co medio litro de aceite (499,2 g), co cal xa sabemos que o que imos poñer a quentar son uns 428 g. Algúns gramiños quedaron na probeta. Non importa; o importante agora era meter a quentar unha cantidade fixa e coñecida.

O quecemento prolongouse ata os 5 minutos (cronometrados) a máxima potencia.

Era o momento de quitar o recipiente do microondas

Algunha burbulla apareceu desde logo, sinal inequívoco de que se formou un gas, posiblemente vapor de auga. Debeu ser pouco porque o peso do conxunto apenas diminuiu uns 0,2g, pero algo é algo. 

Carlos toma a temperatura e resulta ser duns 100ºC. Posiblemente máis porque o seu grupo perdeu un par de minutos nos cales se enfriou algo o aceite xa que o seu primeiro termómetro non chegaba máis aló de 100ºC e a temperatura do aceite superaba ese valor. Cambiaron de termómetro e rexistraron 100ºC

Non nos convenceu una diminución de peso tan pequena e fomos ambiciosos...demasiado ambiciosos. Pensamos que non lle deramos tempo suficiente á auga para evaporarse así que puxémolo 10 min máis...e mirade o que pasou

"great plastic", si señor.

¡¡¡derretéusenos o recipiente¡¡¡ 

E iso que na etiqueta dicía que era apto para microondas; ja, ja.

Non pasou nada grave, pero o aceite esparramouse pola mesa e polo aparello de microondas, co fastidio de ter que limpar. Algún aceite introdúxose no aparello, pero en principio non afectou ao seu funcionamento.

Mentras, o grupo de Antón, Bieito e Marta seguimos un segundo método: axitación  mecánica a temperatura ambiente.

Para iso axitaron insistentemente durante un cuarto de hora uns 500 mL de aceite. Para iso empregaron un funil de decantación de 1 L. Ao final deixárono repousar e puideron comprobar que se formaban burbulliñas que emulsionaban o aceite (poñíano turbio) pero no fondo empezaba a aparecer algo distinto máis claro (¿auga?). Quedamos en deixalo ato o día seguinte a ver se aparecía máis agua.

Quedaba o grupo de Carla, Verónica e Adrián. Eles quentarían o aceite pero nun matraz Erlenmeyer, sobre unha placa calefactora e con axitación magnética.

Verónica toma a temperatura de partida e obtén 19ºC. 

Pesa o Erlenmeyer coa variña (165,7 g) e con aceite (438,7 g). Polo tanto poñer a quentar 273 g. Iso non é o medio litro que estaba previsto. Tiveron que rectificar porque a balanza electrónica dispoñible chega a 600g como máximo e botando medio litro saíaselles de escala.

Mantiveron o quecemento a máxima potencia e forte axitación co Erlenmeyer suxeito por unha noz e unha pinza ao soporte universal, case pegado á superficie da placa calefactora pero sen contactar directamente para evitar un quecemento violento.

Ao final o eso descendeu ata os 437,1 g, o cal representa 1,6 g menos. Cantidade moi significativa porque xa representa un 0,6% do total, algo a ter en conta.

A temperatura final resultou ser de 110ºC. Isto implica que a auga tive que ferver e escapar do medio.

Levavamos máis dunha hora xa traballando e aínda quedaba a terceira fase: A DETERMINACIÓN DA ACIDEZ DO ACEITE.

Para iso propuxémonos determinar primeiro o pH do aceite a ver que había ou non ácidos graxos libres nel. Se os houbese o pH tería que descender por debaixo de 7 porque o medio sería ácido. E isto tamén suporía un problema na síntese posterior...

Esta parte implica xa uns conceptos químicos máis avanzamos e podemos atopar problemas no camiños...e abofé que os atopamos.
Verónica, Adrián e Carla colleron as tiras de pH e medirono DIRECTAMENTE sobre o aceite en crú. Obtiveron un valor arredor de 6, o cal pode ser coherente e esperable, pero a priori é un pouco alto...

pH 6: ácido pero suave

Visto isto prantexábasenos unha dúbida: ¿Iso de medir directamente pódese facer?
Hai que investigar máis sobre o tema, pero para obter outro resultado decidimos empregar o pH metro pero non sobre aceite directamente senón sobre unha disolución de 1 mL de aceite en 10 mL de etanol absolto.
Pero os resultados non son nada esperanzadores (¿mal calibrado o pHmetro? ¿non se pode medir co aparello se non é sobre auga?...)

pH=7,38 non pode ser...aceite ¿básico? non, non , non.

Por iso fixemos un intento final: intentamos reproducir unha valoración ácido-base típica que se pode atopar na literatura para determinar a acidez dun aceite. Pero como non tiñamos alcohol isopropílico empregamos etanol absoluto. Porén, non nos convenceu demasiado tampouco este cambio porque neste disolvente observamos bastante emulsión. A disolución non era perfecta. Parécenos que a auga xa está facendo das súas...

Pero seguimos adiante de todos os xeitos:
introduciron 1 mL de aceite (medido en pipeta de 1 mL) nun Erlenmeyer con 10 mL de etanol absoluto.

Por outro lado prepararon a disolución de fenolftaleína (o indicador da valoración), con 0,1 g en 10 mL de etanol (é dicir, do 1 %). E engadiron 2 gotas á disolución de aceite

engadindo a fenolftaleína

Tamén prepararon o patrón da valoración: a disolución de hidróxido sódico en agua destilada ao 0,1%. Para iso pesaron 1 g de NaOH (axiña porque é higroscópico, é dicir absorbe auga) e metérono nun matraz aforado de 1L, completando con auga destilada ata ese litro.
Taparon, mesturaron ben e encheron unha bureta con ela. Despois de enxuagar, enrasaron e empezaron a valoración.
Outros dous grupos fixeron o mesmo pero a adición da base fixérona cunha xiringa.
¿Cal foi o resultado? Pois non foi determinante ou concluínte porque atopános cun problema inesperado: a cor rosa indicativa do final da valoración "parecía aparecer" pero despois de axitar ben, acababa desaparecendo. Isto fixo que non estivera moi claro cando había que para de adicionar.
A causa estivo no medio de reacción que estaba emulsionado: posiblemente o etanol absoluto non é o mellor disolvente para levar a cabo o proceso, por iso se non están disolto perfectamente todos os ácidos graxos libres, nos poden reaccionar coa sosa; por iso ao axitar ben poñémolos en contacto e consúmese a sosa.
Ao final obtivemos un consumo de disolución de NaOH entre 5 e 7 mL, o cal tampouco é tan esaxerado. Confírmanos que o aceite de partida ten ácidos graxos libres e bastantes. Haberá que empregar un bo
exceso de NaOH para levar a cabo a reacción.

Despois de 2 horas de traballo concluímos que temos un aceite de partida con bastante auga e ácidos graxos libres, o cal é esperable porque despois de cociñar pasa isto co aceite. Haberá que probar diferentes condicións de reacción a ver qué pasa.
Tamén concluimos que estamos cansos...e que o laboratorio queda como se pasara o 7º de cabalería por alí...pero alomenos creo que todos aprendemos unhas cantas cousas de química...e da vida.