Síntese de metil levulinato: conversão renovável da biomassa, estudo cinético e otimização da produção

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Silva, Leonete Cristina de Araújo Ferreira Medeiros
• Orientador(a): Barros Neto, Eduardo Lins de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
• Programa de Pós-Graduação: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Valorização da biomassa; Ésteres levulínicos; Biocombustíveis; Esterificação
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/49441

O aproveitamento da biomassa lignocelulósica (BLI) é uma alternativa sustentável a indústria petrolífera na produção de químicos sustentáveis. O Ácido Levulínico (ALV) é considerado um bloco de construção química (BCQ) versátil, podendo gerar diversos produtos com aplicações industriais. O Metil levulinato (MLV) é um dos ésteres levulínicos (EVUs) considerado como químico promissor na indústria de biocombustíveis. O desenvolvimento do presente estudo foi dividido em três etapas: revisão bibliográfica de escopo, estudo cinético e otimização da síntese do MLV a partir da esterificação do ALV em metanol utilizando Al2(SO4)3 como catalisador. Na primeira etapa, foram estudadas as possíveis rotas de síntese, os parâmetros de reação e os catalisadores empregados. A literatura aponta que o MLV pode ser produzido desde o aproveitamento de resíduos da biomassa lignocelulósica, com e sem prétratamento; a partir de açúcares C5 e C6, de monossacarídeos (glicose e frutose), de derivados da decomposição dos açúcares e de intermediários das reações (5-hidroximetilfurfural, furfural, álcool furfurílico, furanos, entre outros) e da esterificação do ALV. Os parâmetros investigados que podem afetar as conversões das matérias-primas e o rendimento do ML detectados foram: pré-tratamento da biomassa; tipo de reator; temperatura e tempo da reação; proporção entre solventes e substratos e o catalisador utilizado. Na segunda etapa, foram realizadas reações nas temperaturas de 120 ºC, 140 ºC e 160 ºC. A partir do ajuste dos dados experimentais, o modelo cinético de pseudo primeira ordem foi utilizado para calcular a energia de ativação, cujo valor obtido foi de 10,19 kcal.mol-1 . Na terceira etapa, foi aplicado um planejamento experimental do tipo Box-Behnken (PBB) de três fatores, tendo como resposta a conversão do ALV. O modelo de regressão obtido foi significativo e preditivo com R² igual a 0,86. As reações ocorreram na temperatura de 140 ºC em reator inox Parr Instruments, com capacidade de 300 mL e as amostras foram analisadas em HPLC. Os resultados indicaram que o efeito mais significativo sobre a conversão do ALV foi a interação entre a razão molar e a concentração do catalisador. Os níveis escolhidos para análise forneceram conversões que variaram de 86,83% a 99,27%, demonstrando a eficiência de um catalisador de baixo custo em baixas concentrações.