Cerâmicas meso/macroporosas para conversão catalítica de biomassa lignocelulósica em produtos químicos de interesse industrial

• Processo: 16/14165-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de outubro de 2016
• Data de Término da vigência: 31 de dezembro de 2021
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Eduardo Bellini Ferreira
• Beneficiário: Maria José Fonseca Costa
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 13/07793-6 - CEPIV - Centro de Ensino, Pesquisa e Inovação em Vidros, AP.CEPID
• Bolsa(s) vinculada(s): 19/12884-7 - Aplicações de novos sistemas catalíticos para conversão de biomassa lignocelulósica em produtos químicos de interesse industrial, BE.EP.PD
• Assunto(s): Cerâmica (materiais cerâmicos) Catálise Lignocelulose Biomassa
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Biomassa | catálise | cerâmicas porosas | hidroximetilfurfural | Lignocelulose | Vitrocerâmicas | Cerâmicas

Resumo

A conversão de biomassa em combustíveis e produtos de química fina via catálise heterogeneamente é um novo campo de pesquisa particularmente atraente e de relevância para a economia brasileira. Embora uma grande variedade de catalisadores (como zeólitos e materiais mesoporosos) tenha sido estudada em escala laboratorial, não há até o momento nenhuma instalação industrial de larga escala utilizando tais catalisadores no Brasil. O transporte de moléculas pesadas de biomassa para dentro dos poros do catalisador é muito complicado e prejudicado por graves limitações de transferência de massa. Para ser transformada a biomassa requer um dispersante como meio de reação e materiais catalisadores estáveis hidroliticamente e dotados de um grande sistema de macroporos interconectados. O presente projeto visa atingir este objetivo utilizando scaffolds cerâmicos macroporosos baseados em composições de aluminosilicatos e aluminofosfatos, preparados via processamento cerâmico e química sol-gel. Em especial o processamento de vidros em pó com cristalização concorrente será usado no desenvolvimento de vitrocerâmicas com microestrutura macroporosa e propriedades mecânicas e químicas projetadas. A superfície interligada dos macroporos será funcionalizada encrustando-a com óxidos e/ou oxifosfatos mesoporosos de vanádio e nióbio sintetizados no interior dos macroporos, ou cobrindo-a com camadas dos óxidos/oxifosfatos cataliticamente activos correspondentes. Estratégias de modelagem dupla serão investigadas para gerar materiais monofásicos hierarquicamente ordenados combinando meso e macroporosidade. As propriedades catalíticas dos materiais resultantes serão caracterizadas utilizando a reação da celulose em hidroximetilfurfural (HMF), em parceria com pesquisadores especialistas em catálise do Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE). As relações estrutura/função serão elucidadas por métodos de caracterização estrutural em várias escalas dimensionais. Em particular, a organização atômica e microestrutural da matriz e das espécies cataliticamente ativas serão examinadas em detalhes utilizando espectroscopia de ressonância magnética nuclear avançada (RMN), simples e dupla, e de ressonância paramagnética eletrônica (EPR). Tais técnicas e análises serão realizadas em parceria com os colegas do CeRTEV no IFSC/USP, especialmente o Prof. Hellmut Eckert, promovendo intercâmbio e sinergia entre os pesquisadores do Centro. (AU)

Publicações científicas

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(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

DE SOUZA, LUIZ K. C.; MARTINS, JOAO CARLOS; OLIVEIRA, DIOGO PADILHA; FERREIRA, CARLOS SERGIO; GONCALVES, ALEXANDRE A. S.; ARAUJO, RAYANNE O.; DA SILVA CHAAR, JAMAL; COSTA, MARIA J. F.; SAMPAIO, DAVID V.; PASSOS, RAIMUNDO R.; et al. Hierarchical porous carbon derived from acai seed biowaste for supercapacitor electrode materials. JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE-MATERIALS IN ELECTRONICS, v. 31, n. 15, JUN 2020. (16/15962-0, 16/14165-0)

ANDRADE-FERREIRA, ANDRE; COSTA-MARRERO, YAILEN; AUTIE-CASTRO, GISELLE; FARIAS, TANIA; DUQUE-RODRIGUEZ, JULIO; FONSECA-COSTA, MARIA JOSE; ELLENA, JAVIER; PRIMERANO-MASCARENHAS, YVONNE. Study of secondary porosity by SAXS and N(2)adsorption in composite materials obtained from a Cuban natural clinoptilolite. SURFACE AND INTERFACE ANALYSIS, JUL 2020. (13/07793-6, 16/14165-0)

COSTA, MARIA J. F.; GONCALVES, ALEXANDRE A. S.; RINALDI, ROBERTO; BRADTMUELLER, HENRIK; ECKERT, HELLMUT; FERREIRA, EDUARDO B.. Highly porous niobium-containing silica glasses applied to the microwave-assisted conversion of fructose into HMF. Catalysis Communications, v. 174, p. 10-pg., 2022-12-06. (16/14165-0, 19/26399-3, 13/07793-6, 19/12884-7)

ANDRADE-FERREIRA, ANDRE; COSTA-MARRERO, YAILEN; AUTIE-CASTRO, GISELLE; FARIAS, TANIA; DUQUE-RODRIGUEZ, JULIO; FONSECA-COSTA, MARIA JOSE; ELLENA, JAVIER; PRIMERANO-MASCARENHAS, YVONNE. Study of secondary porosity by SAXS and N₂ adsorption in composite materials obtained from a Cuban natural clinoptilolite. SURFACE AND INTERFACE ANALYSIS, v. 52, n. 11, p. 7-pg., 2020-07-12. (16/14165-0, 13/07793-6)