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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/42071
ORCID: | http://orcid.org/0000-0002-5161-7356 |
Document type: | Dissertação |
Access type: | Acesso Embargado |
Embargo Date: | 2026-04-01 |
Title: | Produção de carvão ativado sulfonado a partir do bagaço de cana-de-açúcar para conversão de glicose e celobiose à hidroximentilfurfural |
Alternate title (s): | Production of sulfonated activated carbon from sugarcane bagasse for converting glucose and cellobiose to hydroxymentylfurfural |
Author: | Silva, Ludimila Marques |
First Advisor: | Pasquini, Daniel |
First member of the Committee: | Faria, Anizio Marcio de |
Second member of the Committee: | Rosa, Joyce Rover |
Summary: | A importância de novas técnicas de catalisadores heterogêneos para obtenção de compostos furânicos é fundamental na busca por fontes renováveis de energia e produtos químicos sustentáveis. A síntese de açucares C6 a partir de biomassa lignocelulósica tem despertado considerável interesse na comunidade científica, devido à capacidade desses compostos de servirem como moléculas plataforma na obtenção de uma variedade de produtos químicos substitutos aos derivados fósseis. Nesse contexto, investigou-se a viabilidade da produção de hidroximetilfurfural (HMF) por meio da desidratação de celobiose e glicose utilizando catalisadores heterogêneos à base de carvão ativado sulfonado. Os carvões ativados foram preparados a partir de bagaço de cana-de-açúcar impregnado com soluções de ZnCl2 e NiCl2, seguido de carbonização em uma mufla a 550 ºC por 3 horas sob atmosfera de nitrogênio. A sulfonação foi realizada diretamente com ácido sulfúrico (98%), utilizando uma relação líquida de 1:10 sob refluxo a 160 ºC por 2 horas para o catalisador CA/NiCl2 e a 217°C por 4 horas para o catalisador CA/ZnCl2. Os catalisadores foram caracterizados por técnicas de adsorção de nitrogênio (B.E.T), espectroscopia Raman, análise termogravimétrica (TGA), difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) acoplada com espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS), análise elementar e capacidade de troca iônica. Os resultados demonstraram a obtenção de carvão ativado com uma elevada área superficial (1.100 m2. g-1), e após o processo de sulfonação, o catalisador CA-S/NiCl2 apresentou a maior concentração de grupos sulfônicos inseridos na matriz carbônica. As reações de desidratação da celobiose e glicose para a obtenção de 5-HMF foram otimizadas considerando como variáveis o tempo de reação de 60, 120 e 180 horas, e temperatura de 140°C,160°C e 180°C. O catalisador CA-S/ZnCl2 demonstrou um rendimento e seletividade superiores (70,69% e 72,87%, respectivamente) em comparação a diferentes catalisadores ácidos reportados na literatura. Por fim, destaca-se que os catalisadores ácidos desenvolvidos neste estudo surgem como alternativas promissoras para aplicação em diversas rotas catalíticas ambientalmente mais seguras, visando a obtenção de produtos químicos de alto valor agregado como substitutos aos derivados de combustíveis fósseis. |
Abstract: | The importance of new heterogeneous catalyst techniques to obtain furanic compounds is fundamental in the search for renewable sources of energy and sustainable chemical products. The synthesis of C6 sugars from lignocellulosic biomass has aroused considerable interest in the scientific community, due to the ability of these compounds to serve as platform molecules to obtain a variety of chemical substitutes for fossil derivatives. In this context, the feasibility of producing hydroxymethylfurfural (HMF) through the dehydration of cellobiose and glucose using heterogeneous catalysts based on sulfonated activated carbon was investigated. Activated carbons were prepared from sugarcane bagasse impregnated with ZnCl2 and NiCl2 solutions, followed by carbonization in a muffle furnace at 550 ºC for 3 hours under a nitrogen atmosphere. Sulfonation was carried out directly with sulfuric acid (98%), using a liquid ratio of 1:10 under reflux at 160 °C for 2 hours for the CA/NiCl2 catalyst and at 217 °C for 4 hours for the CA/ZnCl2 catalyst. The catalysts were characterized by nitrogen adsorption techniques (B.E.T), Raman spectroscopy, thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) coupled with energy dispersive X-ray spectroscopy ( EDS), elemental analysis and ion exchange capacity. The results demonstrated the obtaining of activated carbon with a high surface area (1,100 m2. g-1), and after the sulfonation process, the CA-S/NiCl2 catalyst presented the highest concentration of sulfonic groups inserted in the carbon matrix. The dehydration reactions of cellobiose and glucose to obtain 5-HMF were optimized considering the reaction time of 60, 120 and 180 hours, and temperature of 140°C, 160°C and 180°C as variables. The CA-S/ZnCl2 catalyst demonstrated superior yield and selectivity (70.69% and 72.87%, respectively) compared to different acid catalysts reported in the literature. Finally, it is highlighted that the acid catalysts developed in this study appear as promising alternatives for application in several environmentally safer catalytic routes, aiming to obtain chemical products with high added value as substitutes for those derived from fossil fuels. |
Keywords: | 5-HMF desidratação celobiose glicose biomassa catalisadores heterogêneos cellobiose dehydration glucose biomass heterogeneous catalysts |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA |
Subject: | Biocombustível |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Biocombustíveis |
Quote: | SILVA, Ludimila Marques. Produção de carvão ativado sulfonado a partir do bagaço de cana-de-açúcar para conversão de glicose e celobiose à hidroximentilfurfural. 2023. 80 f. Dissertação (Mestrado em Biocombustíveis) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.250 |
Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.250 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/42071 |
Date of defense: | 8-Dec-2023 |
Sustainable Development Goals SDGs: | ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação. |
Appears in Collections: | DISSERTAÇÃO - Biocombustíveis |
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