Dry polishing of enzymatically produced fatty acid methyl esters through polymeric membrane

Abstract

Os processos enzimáticos de produção de biodiesel têm despertado grande interesse industrial. A maior vantagem do processo enzimático, quando comparado ao processo químico convencional, é que ele pode usar matéria-prima barata e de baixa qualidade com alto teor de ácidos graxos livres (AGL) e água. Além disso, processos enzimáticos apresentam condições de reação suaves, baixo consumo de energia, fácil recuperação do produto e, portanto, são ambientalmente corretos e têm custos de produção reduzidos. No entanto, um grande desafio para o processo enzimático é separar várias impurezas como sabão, ácido graxo não reagido, álcool residual, água, glicerol livre, catalisador, fósforo, enxofre, mono- di- e triacilgliceróis que são formadas após a reação de esterificação e transesterificação devido à matéria-prima de baixa qualidade para produzir um produto final de biodiesel que atenda aos padrões de comercialização. Com base nisso, são necessárias etapas de polimento de biodiesel para remoção das impurezas. Neste trabalho, propomos a aplicação do processo de separação por membrana no polimento de ésteres metílicos de ácidos graxo (FAME) oriundos de processo enzimático industrial. Seis membranas diferentes, poliamida (NF90, NF245, NF8038), fluoreto de polivinilideno (PVDF), politetrafluoretileno (PTFE) e polietersulfona (PES) foram selecionadas e usadas para filtração do FAME. O FAME industrial bruto foi filtrado em um processo de fluxo cruzado à temperatura ambiente e gradiente de pressão de 3 bar. Parâmetros de permeabilidade para o fluxo de ar, água e biodiesel ?on spec? foram avaliados separadamente para cada membrana. Com base no fluxo de permeado e na análise quantitativa do conteúdo nos permeados, o desempenho da membrana foi avaliado. Os resultados obtidos mostraram que a membrana de PES (10 kDa) apresentou o melhor desempenho resultando em isenção de teor de sabão no permeado. Além disso, a membrana de PES foi capaz de reduzir com sucesso a cor, contaminação total e teor de fósforo das amostras de FAME. Acidez e teor de água também foram reduzidos. Portanto, o processo de separação utilizando membrana de PES (10 kDa) é uma alternativa adequada para o polimento de FAME, reduzindo o número de etapas a jusante.

Abstract: Enzymatic biodiesel processes have attracted great interest in industrial production. The greatest advantage of the enzymatic process, when compared to the conventional chemical process, is that it can use low-quality and cheap feedstock with high free fatty acid (FFA) and water contents. Moreover, enzymatic processes present mild reaction conditions, low energy consumption, easy product recovery, and thus are environmentally friendly and low-cost processes. Nevertheless, a major challenge for the enzymatic process is to separate various impurities such as soap, fatty acid unreacted, residual alcohol, water, free glycerol, catalyst, phosphorus, sulfur, mono-, di-, and triglycerides that are formed after esterification and transesterification reaction due to low-quality feedstock to produce a final biodiesel product that meets the standards. Based on this, steps of biodiesel polishing are required to remove impurities. In this work, we propose the application of the membrane separation process to polishing crude industrial enzymatic fatty acid methyl esters (FAME). Six different membranes, polyamide (NF90, NF245, NF8038), Polyvinylidene fluoride (PVDF), Polytetrafluoroethylene (PTFE), and Polyethersulfone (PES) were selected and used for FAME filtration. Crude industrial FAME was filtrated in a crossflow process at room temperature and 3 bar transmembrane pressure. Permeance parameters for the flow of air, water, and ?on spec? biodiesel were evaluated separately for membranes. Based on permeate flux and quantitative content analysis in the permeates, membrane performance was evaluated. The obtained results showed that the 10 kDa PES membrane had the best performance resulting in the exemption of soap content in permeate. Moreover, the PES membrane was successfully able to reduce the color, total contamination, and phosphorus content of FAME samples. Acidity and water content were also reduced. Therefore, the membrane separation process is a suitable alternative for FAME polishing, reducing the number of downstream steps.