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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
CIÊNCIA E TECNOLOGIA (33144010003P0)
Educação Presencial
SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DE CARVÕES MODIFICADOS DE GLICEROL E APLICAÇÃO NA SÍNTESE DE HMF SOB MICROONDAS
LETICIA FERREIRA LIMA MACHADO
DISSERTAÇÃO
27/05/2024

A demanda por combustíveis fósseis é uma questão preocupante, assim, a busca por novas fontes renováveis vem crescendo cada vez mais, em especial pelo uso da biomassa. Hexoses, como frutose e glicose, podem ser desidrogenadas ao produto de alto valor agregado 5-hidroximetilfurfural (5-HMF). Contudo, estas conversões são comumente catalisadas por ácido sulfúrico no caso da frutose, e por ácidos de Lewis, no caso da glicose, o que dificulta e torna o processo prejudicial ao meio ambiente. Assim, carvões com a superfície modificada quimicamente vêm ganhando espaço como promissores catalisadores sólidos, muito embora introduzir simultaneamente acidez de Lewis e de Brønsted não seja um processo trivial. Carvões com propriedades ácidas e magnéticas foram preparados pelos métodos de carbonização hidrotérmica e pirólise do glicerol, um co-produto da produção de biodiesel, com ácido sulfúrico (H2SO4) e magnetita (Fe3O4), cloreto de ferro (III) (FeCl3) ou nitrato de ferro (III) (Fe(NO3)9H2O), como precursores magnéticos. Por meio de diferentes técnicas de caracterização, foi possível elucidar propriedades físico-químicas favoráveis ao processo catalítico, entre elas, a inserção de 4,89 mmol g-1 de grupos sulfônicos, carboxílicos, fenólicos e lactônicos, dispostos uniformemente e em maiores proporções na superfície dos catalisadores derivados do processo de carbonização hidrotérmica e sulfonação “in situ”. Essas características, aliadas ao menor desenvolvimento da área superficial, permitiram converter 93% da frutose e obter 5- HMF com 95% de seletividade em apenas 10 min sob aquecimento micro-ondas a 140 oC, utilizando dimetilsulfóxido (DMSO) como solvente. Um dos sólidos obtidos, identificado como HCC-20%Fe3O4, demonstrou estabilidade quando reutilizado por 4 ciclos consecutivos. Houve redução na conversão e na seletividade (respectivamente 16% e 2%) somente após o primeiro uso, o que foi associada a lixiviação de grupos ácidos não incorporados ao sólido, mas apenas adsorvidos nos microporos e mesoporos desenvolvidos durante a síntese. Portanto, o presente trabalho contribuiu significativamente para a valorização do glicerol, evidenciando a eficácia do carvão sintetizado como catalisador na reação de desidratação da frutose.

Carbonização hidrotérmica;Pirólise;Glicerol;Carvão sulfonado;Acidez de Brønsted;Acidez de Lewis;5-Hidroximetilfurfural
The increasing demand for fossil fuels has raised serious concerns, leading to a growing emphasis on exploring alternative renewable sources, particularly through biomass utilization. Hexoses, such as fructose and glucose, can be dehydrogenated to the high-value-added product 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF). However, the conventional catalytic conversion processes for these hexoses involve sulfuric acid (for fructose) and Lewis acids (for glucose), making the process difficult and harmful to the environment. To address these challenges, researchers have focused on carbons with chemically modified surfaces, which have shown promise as solid catalysts. It has proven challenging to simultaneously incorporate both Lewis and Brønsted acidity into carbons.. In response, new approaches were taken to prepare magnetic and acidic carbons. Coals with acidic and magnetic properties were prepared by the methods of hydrothermal carbonization and pyrolysis of glycerol, a co-product of biodiesel production, with sulfuric acid (H2SO4) and magnetite (Fe3O4), iron (III) chloride (FeCl3) or nitrate of iron (III) (Fe(NO3)9H2O), as magnetic precursors. Through different characterization techniques, it was possible to elucidate physicochemical properties favorable to the catalytic process, including the insertion of 4.89 mmol g-1 of sulfonic, carboxylic, phenolic, and lactonic groups, uniformly arranged and in greater proportions on the surface of the catalysts derived from the hydrothermal carbonization and "in situ" sulfonation process. These characteristics, in conjunction with a lower surface area development, enabled the conversion of 93% of fructose and the production of 5-HMF with 95% selectivity within just 10 minutes under microwave heating at 140°C, using dimethyl sulfoxide (DMSO) as the solvent. One of the resulting solids, HCC-20%Fe3O4, exhibited stability over 4 consecutive reuse cycles. There was a decrease in conversion and selectivity (16% and 2%, respectively) only after the initial use, attributed to the leaching of acid groups that were not integrated into the solid but were merely adsorbed in the micropores and mesopores formed during synthesis. Therefore, this study significantly contributed to the valorization of glycerol, demonstrating the effectiveness of synthesized charcoal as a catalyst in the fructose dehydration reaction.
Hydrothermal Carbonization;Pyrolysis;Glycerol;Sulfonated Carbon;Bronsted Acidity;Lewis Acidity;5-Hydroxymethylfurfural
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
O trabalho possui divulgação autorizada
CTQ - LETÍCIA FERREIRA LIMA MACHADO.pdf

Contexto

QUÍMICA
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Banca Examinadora

WAGNER ALVES CARVALHO
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
THIAGO DE MELO LIMA Participante Externo
LEONARDO JOSE STEIL Participante Externo
WAGNER ALVES CARVALHO Docente - PERMANENTE

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Demanda Social 17
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC - Pró reitoria de Pós Graduação 1

Vínculo

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Sim
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