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dc.creatorSilva, Thiago Alves Lopes-
dc.date.accessioned2025-01-14T14:10:31Z-
dc.date.available2025-01-14T14:10:31Z-
dc.date.issued2024-06-07-
dc.identifier.citationSILVA, Thiago Alves Lopes. Síntese e caracterização de carvões ativados sulfonados obtidos de bagaço de cana-de-açúcar para conversão de xilose em furfural em meio aquoso. 2025. 117 f. Tese (Doutorado em Biocombustíveis) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.1.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44556-
dc.description.abstractFurfural is one of the compounds that can be synthesized from hemicellulosic monosaccharides, and it is considered a platform molecule due to its potential for conversion into other chemicals. In the quest for developing technologies and processes that convert lignocellulosic residues in a green and sustainable manner into biofuels and high-value chemicals, the present study aimed to produce sulfonated activated carbons (AC-S) from sugarcane bagasse for application as heterogeneous catalysts in the dehydration reaction of xylose for furfural production in an aqueous medium. Activated carbons (Acs) were synthesized from sugarcane bagasse impregnated with ZnCl2, NiCl2, or CuCl2 and carbonized at 550°C for 3 hours under nitrogen flow. The sulfonation process was carried out with sulfuric acid (98%), a mass/volume ratio of 1:10, a reaction temperature ranging from 103 to 217 °C, and a reaction time of 70 to 410 minutes. The catalytic activity of the ACs before and after sulfonation was evaluated with a catalyst/xylose mass percentage of 10%, temperature ranging from 128 to 212 °C, and reaction times from 11 to 139 minutes. The catalysts were characterized by nitrogen physical adsorption (BET and BJH), Raman spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM) coupled with energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), elemental analysis, X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), and total acidity (TA). The textural properties determined by BET and BJH methods showed that the activated carbons with ZnCl2 are classified as microporous materials with high surface areas (971 m2 g-1), while the ACs produced with NiCl2 and CuCl2 have lower SBET and are mesoporous materials. After the sulfonation process, all catalysts showed increased sulfur content due to incorporating sulfonic groups (SO3H) into the carbon matrix. DRX analysis revealed that the ACs possess an amorphous structure. SEM-EDS and Raman's analyses indicated that the sulfonation process did not cause significant structural changes in the ACs. The best experimental conditions determined in the central composite rotational design (CCRD) for maximizing the total acidity (TA) of CA-S/ZnCl2 and CA-S/CuCl2 occurred at a temperature of 217 ºC and a time of 240 minutes; however, for CA-S/NiCl2, the best TA was achieved at 120 °C and 120 minutes. The experimental conditions obtained in the CCRD for xylose conversion, furfural yield, and selectivity to furfural, for all sulfonated catalysts, were obtained at 200 °C and 120 minutes. Among the synthesized acidic catalysts, the CA-S/CuCl2 exhibited the highest furfural yield and selectivity (57.03% and 62.97%, respectively), highlighting that the best catalytic activity of this acid solid is likely related to the combination of a small amount of Lewis acid sites (Cu0) with Brönsted acid sites (-SO3H). Finally, it is important to highlight that, to the best of our knowledge, this work represents the first reported approach in the literature to synthesize AC-S without the leaching step of the activating agent before functionalization with H2SO4, thereby enabling the acquisition of catalysts with both Lewis and Brönsted acid sites in a single step. The yields and selectivity obtained with CA-S/CuCl2 are higher than those of various acidic catalysts reported in the literature, making it a promising alternative for furfural production in an aqueous medium.pt_BR
dc.description.sponsorshipIQUFU - Instituto de Química da Universidade Federal de Uberlândiapt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Uberlândiapt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/*
dc.subjectCarvão ativadopt_BR
dc.subjectActivated carbonpt_BR
dc.subjectCatálise Heterogêneapt_BR
dc.subjectHeterogeneous Catalysispt_BR
dc.subjectSulfonaçãopt_BR
dc.subjectSulfonationpt_BR
dc.subjectXilosept_BR
dc.subjectXylosept_BR
dc.subjectFurfuralpt_BR
dc.subjectFurfuralpt_BR
dc.titleSíntese e caracterização de carvões ativados sulfonados obtidos de bagaço de cana-de-açúcar para conversão de xilose em furfural em meio aquosopt_BR
dc.title.alternativeSynthesis and characterization of sulfonated activated carbons obtained from sugarcane bagasse for the conversion of xylose into furfural in aqueous mediumpt_BR
dc.typeTesept_BR
dc.contributor.advisor-co1Silva, Adilson Candido da-
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0028218809741970pt_BR
dc.contributor.advisor1Pasquini, Daniel-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6879704705300161pt_BR
dc.contributor.referee1Aud, Bárbara Nascimento-
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8996325270389445pt_BR
dc.contributor.referee2Amaral, Fábio Augusto do-
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/7993900569181366pt_BR
dc.contributor.referee3Brienzo, Michel-
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/8251885707409794pt_BR
dc.contributor.referee4Assunção, Rosana Maria Nascimento de-
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/9826939189216731pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/3469568984829364pt_BR
dc.description.degreenameTese (Doutorado)pt_BR
dc.description.resumoO furfural é um dos compostos que podem ser sintetizados a partir dos monossacarídeos hemicelulósicos, sendo este considerado uma molécula plataforma devido a possibilidade de ser convertido em outros químicos. Diante da busca pelo desenvolvimento de tecnologias e processos que convertam resíduos lignocelulósicos de forma verde e sustentável em biocombustíveis e produtos químicos de valor agregado, o presente trabalho objetivou produzir carvões ativados sulfonados (CA-S) a partir do bagaço de cana-de-açúcar para aplicação como catalisadores heterogêneos na reação de desidratação de xilose para produção de furfural em meio aquoso. Os carvões ativados (CAs) foram produzidos utilizando bagaço de cana-de-açúcar impregnado com solução aquosa ZnCl2, NiCl2 e CuCl2 e carbonizado a 550 ºC por 3 h sob fluxo de nitrogênio. O processo de sulfonação foi realizado com ácido sulfúrico (98%), razão massa/volume de 1:10, temperatura reacional na faixa de 103 - 217 ºC e tempo reacional de 70 – 410 minutos. A avaliação da atividade catalítica dos CAs antes e após sulfonação foi realizada com um percentual mássico de catalisador/xilose correspondente a 10%, temperatura variando de 128 a 212 ºC e tempos reacionais entre 11 e 139 minutos. Os catalisadores foram caracterizados por adsorção física de nitrogênio (BET e BJH), espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura (MEV) acoplada com espectroscopia de energia dispersiva por Raios-X (EDS), análise elementar, difração de Raios-X (DRX), análise termogravimétrica (TGA) e acidez total (AT). As propriedades texturais determinadas pelos métodos BET e BJH mostraram que os carvões ativados com ZnCl2 são classificados como um material microporoso e apresentam elevadas áreas superficiais (971 m2 g-1), enquanto os CA produzidos com NiCl2 e CuCl2 possuem menores SBET e são materiais mesoporosos. Após o processo de sulfonação todos os catalisadores apresentaram um aumento no teor de enxofre devido a incorporação de grupos sulfônicos (SO3H) na matriz carbônica. A análise de DRX mostrou que os CAs possuem uma estrutura amorfa. As análises MEV-EDS e Raman evidenciaram que o processo de sulfonação não causou alterações estruturais significativas nos CAs. As melhores condições experimentais obtidas no delineamento do composto central rotacional (DCCR) 22 para a maximização da acidez total (AT) do CA-S/ZnCl2 e CA-S/CuCl2 ocorreram na temperatura de 217 ºC e tempo de 240 minutos, entretanto para o CA-S/NiCl2 a melhor AT foi alcançada em 120 ºC e 120 minutos. Já as condições experimentais obtidas no DCCR 22 para conversão xilose, rendimento e seletividade ao furfural, para todos os catalisadores sulfonados foram obtidas em 200 ºC e 120 minutos. Dentre os catalisadores ácidos sintetizados o CA-S/CuCl2 apresentou maior rendimento e seletividade de produção de furfural (57,03% e 62,97%), evidenciando assim que a melhor atividade catalítica desse sólido ácido, provavelmente, está relacionada à associação de uma pequena quantidade de sítios ácidos de Lewis (Cu0) com os sítios ácidos de Brönsted (-SO3H). Por fim, cabe elucidar que até onde sabemos este trabalho consiste na primeira abordagem relatada na literatura que sintetizou AC-S sem realizar a etapa de lixiviação do agente ativante antes da funcionalização com H2SO4, permitindo assim a obtenção em uma única etapa de catalisadores com sítios ácidos de Lewis e Brönsted. Os rendimentos e a seletividade obtidos com o CA-S/CuCl2 são superiores aos de diferentes catalisadores ácidos reportados na literatura, tornando-o uma alternativa promissora para a produção de furfural em meio aquoso.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Biocombustíveispt_BR
dc.sizeorduration117pt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::CINETICA QUIMICA E CATALISEpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::BIOQUIMICA::QUIMICA DE MACROMOLECULASpt_BR
dc.identifier.doihttp://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.1pt_BR
dc.orcid.putcode175774850-
dc.crossref.doibatchid72d78f57-aed2-4ad5-bb68-92e19bc636f0-
dc.subject.autorizadoBiocombustívelpt_BR
dc.subject.odsODS::ODS 7. Energia limpa e acessível - Garantir acesso à energia barata, confiável, sustentável e renovável para todos.pt_BR
dc.subject.odsODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.pt_BR
dc.subject.odsODS::ODS 12. Consumo e produção responsáveis - Assegurar padrões de produção e de consumo sustentáveis.pt_BR
dc.subject.odsODS::ODS 13. Ação contra a mudança global do clima - Tomar medidas urgentes para combater a mudança climática e seus impactos.pt_BR
Appears in Collections:TESE - Biocombustíveis

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