Desenvolvimento de catalisadores heteropoliácidos e sua aplicação para a produção de hidroximetilfurfural a partir de celulose

Resumo

A crescente busca por alternativas sustentáveis, que possam suprir as necessidades dos diversos setores da atividade humana, tem levado à substituição de fontes de matérias-primas fósseis por materiais renováveis em tradicionais processos industriais. Com esta busca, a biomassa lignocelulósica vem ganhando relevância como uma das alternativas mais promissoras. Os materiais lignocelulósicos podem ser empregados tanto para a produção de combustíveis líquidos quanto para a produção de insumos com ampla aplicação na indústria química. Estes materiais apresentam como principais vantagens o caráter renovável, a redução do impacto ambiental, além do baixo custo, uma vez que estão disponíveis na forma de resíduos agroindustriais e florestais como o bagaço ou palha de cana-de-açúcar, palha de milho, trigo ou arroz, entre outros. No centro de uma das possíveis rotas químicas para o aproveitamento de materiais lignocelulósicos em processos industriais, encontram-se as moléculas classificadas como furanos, como o 5-hidroximetilfurfural (HMF), as quais possuem elevado potencial para diversas aplicações. Por ser classificada como uma molécula plataforma, o HMF tem grande importância para o desenvolvimento de biorrefinarias baseadas em biomassa lignocelulósica, principalmente por ser servir como base para diversos processos químicos industriais (como a produção de bioplásticos ou combustíveis líquidos). A produção de HMF consiste na desidratação de hexoses na forma de furanose e em presença de catalisadores ácidos. Açúcares como a glicose possuem baixo teor de furanose em meio aquoso, o que na maioria das vezes leva a baixos rendimentos em HMF. Elevados rendimentos podem ser obtidos quando se utiliza frutose como matéria-prima, entretanto, devido ao alto custo deste açúcar, o processo utilizando frutose torna-se menos atrativo para a produção em grande escala. Dentro deste contexto, o presente projeto tem como objetivo desenvolver tecnologias voltadas à obtenção de hidroximetilfurfural utilizando celulose como matéria-prima na presença de catalisadores ácidos. Como primeira etapa do projeto, serão realizados estudos das condições de preparo dos catalisadores heteropoliácidos visando otimizar as variáveis de maior influência para a obtenção de HMF. Em uma etapa seguinte serão realizados estudos de avaliação dos parâmetros reacionais capazes de influenciar o processo de obtenção de HMF a partir de celulose e de glicose. Posteriormente, serão determinados os parâmetros cinéticos da reação para a obtenção de HMF e, como etapa final, o projeto propõe avaliar a ampliação de escala e a viabilidade técnico-econômica do processo, empregando ferramentas de simulação. O presente projeto é relevante do ponto de vista tecnológico e ambiental, uma vez que promove o desenvolvimento de processos voltados à utilização de biomassa lignocelulósica para a obtenção de moléculas plataforma para a produção de insumos químicos que atualmente são obtidos por meio de matéria-prima derivada do petróleo. Desta forma, o desenvolvimento de tecnologias voltadas para a produção de HMF é um passo importante para a consolidação de biorrefinarias baseadas em biomassa lignoceluósica. (AU)