Orientador: Raphael Soeiro Suppino

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: O álcool furfurílico é um produto químico de grande importância para a indústria de polímeros, tendo aplicação na produção de resinas e fibras sintéticas, além de lubrificantes e agentes plastificantes. Este composto pode ser obtido através da hidrogenação do furfural em uma rota mais...

Resumo: O álcool furfurílico é um produto químico de grande importância para a indústria de polímeros, tendo aplicação na produção de resinas e fibras sintéticas, além de lubrificantes e agentes plastificantes. Este composto pode ser obtido através da hidrogenação do furfural em uma rota mais sustentável, que envolve maior aproveitamento de pentoses oriundas da hidrólise da biomassa. Neste contexto, a presente pesquisa tem por objetivo estudar a hidrogenação catalítica do furfural em fase líquida, com vistas à obtenção de álcool furfurílico. Para tanto, catalisadores de Cu, Ru ou Pd suportados em Al2O3 foram preparados por impregnação úmida e reduzidos por formaldeído ou sob fluxo de H2. Os sólidos foram caracterizados através das técnicas de adsorção de N2, espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS), microscopia eletrônica de varredura e análise espectrométrica de raios X (MEV+EDX) e redução à temperatura programada (TPR). As reações foram conduzidas num reator Parr do tipo slurry, sob pressão de H2 de 5 MPa. Avaliou-se o desempenho dos catalisadores na hidrogenação do furfural através da variação de parâmetros reacionais tais como variação do teor mássico para os catalisadores de Cu, temperatura de reação (100, 150 e 200 °C), natureza dos solventes (2-propanol, 2-metiltetraidrofurano (MTHF) e tolueno), além do efeito da natureza dos metais suportados. A redução por formaldeído levou a sólidos de Ru e Pd mais ativos, enquanto para os sólidos de Cu a redução ex situ sob fluxo de H2 foi a que promoveu melhores desempenhos catalíticos. O aumento do teor mássico nos catalisadores de Cu (de 5 para 20 %) induziu um aumento na conversão e atividade deste catalisador e o aumento na temperatura da reação resultou em um aumento na conversão, porém observou-se uma diminuição da seletividade a álcool furfurílico para os catalisadores de Pd, único catalisador com o qual se observou a formação de subprodutos. Observou-se ainda que os principais fatores determinantes para os desempenhos dos catalisadores foram a natureza do metal impregnado e o solvente empregado no meio reacional. Para os metais nobres, o 2-propanol foi o que apresentou maiores taxas iniciais e conversões, enquanto que para o metal básico foi o MTHF. Por fim, foi proposta uma equação de taxa para o catalisador Ru/Al2O3 reduzido por formaldeído, na qual a reação seguiu uma cinética de pseudo-primeira ordem

Abstract: Furfuryl alcohol is a very important chemical for the polymer industry, having application in the production of resins and synthetic fibers, as well as lubricants and plasticizing agents. This molecule can be obtained by the hydrogenation of furfural in a more sustainable route, which...

Abstract: Furfuryl alcohol is a very important chemical for the polymer industry, having application in the production of resins and synthetic fibers, as well as lubricants and plasticizing agents. This molecule can be obtained by the hydrogenation of furfural in a more sustainable route, which involves the use of pentoses from the hydrolysis of the biomass. In this context, the present research aims to study the catalytic hydrogenation of furfural in the liquid phase in order to obtain furfuryl alcohol. For this purpose, catalysts consisting of Cu, Ru or Pd supported in Al2O3 were prepared by wet impregnation and reduced by formaldehyde or under H2 flow. The solids were characterized by N2 adsorption, X-ray excited photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy and X-ray spectroscopy (SEM + EDX) and temperature programmed reduction (TPR). The reactions were conducted in a slurry Parr reactor under 5 MPa of H2 pressure. The performance of the catalysts in the hydrogenation of furfural was evaluated through the variation of reaction parameters such as the mass content for Cu catalysts, reaction temperature (100, 150 and 200 ° C), solvents (2-propanol, 2-methyltetrahydrofuran (MTHF) and toluene), besides the effect of the nature of the supported metals. The reduction by formaldehyde led to more active Ru and Pd solids, while for the Cu solids the ex situ reduction under H2 flow was the one that led to higher catalytic performances. Increasing the mass content in the Cu catalysts (from 5 to 20%) induced an increase in the conversion and activity of this catalyst and the increase in the reaction temperature resulted in an increase of the conversion, but a decrease in the selectivity to furfuryl alcohol for the catalysts of Pd, the only catalyst that the formation of by-products was observed. It was also observed that the main determining factors for the performance of the catalysts were the nature of the impregnated metal and the solvent employed in the reaction medium. For the noble metals, 2-propanol was the one that presented higher initial rates and conversions, whereas for the basic metal it was the MTHF. Finally, a rate equation for Ru/Al2O3 catalyst reduced by formaldehyde was proposed, in which the reaction followed a pseudo-first order kinetics

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