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Síntese de carbonos porosos ácidos para a conversão de glicose em HMF

Processo: 20/04109-0
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
Vigência (Início): 01 de agosto de 2020
Vigência (Término): 29 de fevereiro de 2024
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Química Inorgânica
Pesquisador responsável:Jean Marcel Ribeiro Gallo
Beneficiário:José Lucas Vieira
Instituição-sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
Assunto(s):Catálise heterogênea   Biomassa lignocelulósica   Carbono   Frutose   Glicose   Ácidos de Lewis   Hidroximetilfurfural

Resumo

A biomassa lignocelulósica é a fonte renovável e verde mais promissora para substituir o petróleo, sendo capaz também de produzir produtos químicos e combustíveis. Um dos produtos obtidos a partir dela é o 5-hidroximetilfurfural (HMF), intermediário muito importante na indústria química. Ele é obtido a partir da desidratação de monossacarídeos, como glicose e frutose, utilizando catálise ácida. No caso da frutose, catalisadores ácidos de Brønsted são empregados e altas seletividades para HMF são obtidas. Dentre os catalisadores sólidos utilizados nessa reação, as resinas sulfonadas Amberlyst 15 e Amberlyst 70 são as que apresentam melhores rendimentos e maiores velocidades de reação para a formação de HMF, no entanto a primeira resina comumente é utilizada acima da sua temperatura ótima de operação, e a segunda parou de ser produzida recentemente. Portanto, nesse projeto, propomos a síntese de diferentes carbonos sulfonados com acidez de Brønsted e alta estabilidade térmica para desidratar frutose diretamente para HMF. No caso da glicose, por outro lado, uma combinação de ácido de Lewis e Brønsted deve ser empregada para se produzir HMF com altas seletividades. Nesse caso o sítio de Lewis isomeriza in situ glicose para frutose, a qual é posteriormente desidratada para HMF nos sítios de Brønsted. Dentre os sólidos bifuncionais empregados nessa reação, as resinas sulfonadas modificadas por troca iônica parcial dos prótons por metais com acidez de Lewis apontam-se como catalisadores promissores. Por conta disso, nesse projeto, propomos a troca iônica parcial dos prótons dos carbonos sulfonados ácidos de Brønsted por nós sintetizados por complexos catiônicos com característica ácido de Lewis, a fim de se obter um material bifuncional capaz de produzir HMF a partir da glicose. Todos os materiais sintetizados serão caracterizados por Difração de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), fissisorção de nitrogênio a -196°C, Ressonância Nuclear Magnética no estado sólido para o núcleo de 13C (ssRMN 13C), Análise Termogravimétrica (TGA) e Análise Térmica Diferencial (DTA) sob fluxo de oxigênio, espectroscopia de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES) e adsorção de moléculas sondas monitoradas por espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Além disso, propomos a otimização de parâmetros experimentais pelo uso da ferramenta estatística quimiometria e o entendimento das rotas reacionais de desidratação dos monossacarídeos utilizando ferramentas da cinética química e modelagem cinética para a obtenção de parâmetros físico-químicos como ordem de reação das espécies, constantes de velocidade e energias de ativação das reações. (AU)