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

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)