Conversão de carboidratos em ácidos orgânicos empregando catálise ácida

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Lima, Rafael Duarte de
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/87862
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Luiz Pereira Ramos
id UFPR_f3fa18bdb213559779697854e8f23854
oai_identifier_str oai:acervodigital.ufpr.br:1884/87862
network_acronym_str UFPR
network_name_str Repositório Institucional da UFPR
repository_id_str 308
spelling Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em QuímicaRamos, Luiz Pereira, 1960-Lima, Rafael Duarte de2024-05-07T17:04:17Z2024-05-07T17:04:17Z2018https://hdl.handle.net/1884/87862Orientador: Prof. Dr. Luiz Pereira RamosDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa : Curitiba, 27/03/2018Inclui referênciasResumo: O uso de matérias-primas renováveis para a produção de insumos para a indústria de química fina, farmacêutica e de biocombustíveis é crescente devido à necessidade de substituição de produtos derivados do petróleo e a conversão de carboidratos a ácidos orgânicos constitui um importante avanço nesse sentido. Os ácidos orgânicos constituem uma fração importante desse mercado, pois a partir deles é possível obter uma diversa gama de compostos e polímeros com alto valor agregado. Nesse trabalho, o principal produto obtido foi o ácido lático, produzido através de uma reação retro-aldólica a partir da frutose em meio aquoso e empregando um ácido de Lewis (Al(NO3)3) como catalisador. A produção de ácido lático a partir da glucose foi favorecida ao se empregar temperaturas entre 180 e 200 °C em tempos de 2,9, 5, e 10 min, com rendimentos de 54,3, 55,1 e 55,8 mol%, respectivamente, em um reator de Teflon® com camisa de inox, os experimentos foram realizados seguindo um planejamento fatorial do tipo 22, com duplicata do ponto central e projeção para os seus pontos axiais. Além do ácido lático, também foram obtidos ácido fórmico (29,9 mol%), ácido levulínico (12,7 mol%) e 5- (hidroximetil)-furfural (HMF) (11,0 mol%), porém, seus melhores rendimentos, inferiores aos obtidos para o ácido lático, foram observados em temperaturas superiores (200 °C) e maiores tempos de reação (15 min). Seguindo os efeitos de maior relevância e predição observados no planejamento fatorial do tipo 22, o estudo da atividade catalítica do Al(NO3)3 para diferentes tipos de carboidratos (glucose, frutose e sacarose) foi também avaliado para diferentes tempos de reação. Esse estudo, realizado em reator Parr, mostrou que a sacarose forneceu os melhores resultados, com cerca de 30 mol% em 10 min de reação, enquanto frutose e glucose geraram cerca de 20 e 7 mol% no mesmo tempo reacional, respectivamente. No estudo envolvendo melaço de cana-de-açúcar, os resultados mostraram que, para se alcançar um rendimento próximo ao apresentado pela sacarose em 10 min, é preciso quadruplicar o tempo de reação para aproximadamente 40 min. Esses estudos, realizados em reator Parr, mostraram importantes características de seletividade quando empregadas diferentes temperaturas na conversão da sacarose que podem ajudar em etapas futuras de purificação dos produtos. Assim como mostrou que as duas rotas distintas que formam o ácido lático e o HMF competem pelo reagente. Nas reações a 140 °C, o sistema produziu majoritariamente os ácidos lático e fórmico, sendo esse último provavelmente oriundo da degradação do próprio ácido lático. A 160 °C, o sistema mostrou maior seletividade à formação de ácido lático e HMF, enquanto que temperaturas maiores (180 e 200 °C) resultaram em maiores rendimentos molares de uma mistura mais complexa de ácidos orgânicos. A diferença de rendimento observada para as reações de glucose (7 mol% no reator Parr e 55,5 mol% no reator de Teflon®), nas mesmas condições, pode ser causada pela diferença de eficiência térmica entre ambos e deverá ser estudada futuramente.Abstract: The increasing use of renewable feedstocks to produce fine chemicals, pharmaceuticals and biofuels to the industry is due to the need of replacement of petroleum derived products and the conversion of carbohydrates into organic acids. Organic acids compose an important fraction of this market since it is possible to convert it in several high added value products and polymers. In this study, the main product obtained was the lactic acid, produced by the retro-aldol reaction from fructose in aqueous medium using a Lewis acid (Al(NO3)3) as catalyst. The production of lactic acid from glucose was favored by the use of temperatures between 180 and 200 °C in 2.9, 5, and 10 min, achieving yields of 54.3, 55.1 and 55.8 mol%, respectively, in a Teflon® reactor with stainless steel jacket. The experiments were carried out following the 22 central composite design, with duplicates of central points. Besides lactic acid, formic acid (29.9 mol%), levulinic acid (12.7 mol%) and 5-(hydroxymethyl)-furfural (HMF) (11.0 mol%) were also obtained, however, its best results were observed in higher temperatures (200 °C) and longer reaction times (15 min), which were lower than lactic acid results. Following the effects of greater relevance and the predictable values observed at the 22 central composite design, the catalytic activity of Al(NO3)3 applied to different carbohydrates (glucose, fructose and sucrose) was also evaluated in different reaction times. This study, carried out in a Parr reactor, showed the best results for sucrose, which were around 30 mol% in 10 min of reaction, while fructose and glucose produced approximately 22 and 7 mol% at the same reaction time, respectively. Study of sugarcane molasses showed that, to obtain molar yields similar to those achieved by sucrose in approximately 10 min reaction, it is needed to quadruplicate the time to 40 min. These experiments, performed in the Parr reactor, showed important selectivity characteristics when different temperatures were applied to sucrose conversion and can be useful in further products purification steps. At 140 °C reactions, lactic and formic acids were the main products and in this case, formic acid was probably obtained from the lactic acid degradation. At 160 °C reactions, the system showed greater selectivity to lactic acid and HMF, whereas higher temperatures (180 and 200 °C) resulted in higher molar yields of a complex organic acids mixture. The observed difference in molar yields in glucose reactions, 7 mol% (Parr reactor) and 55.5 mol% (Teflon® reactor), using the same reaction conditions, can be caused by the distinct thermal efficiencies between both reactors and will be investigated in further steps.1 recurso online : PDF.application/pdfCarboidratosCataliseÁcidos orgânicosAlimentos - DesidrataçãoMelaçoQuímicaConversão de carboidratos em ácidos orgânicos empregando catálise ácidainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - RAFAEL DUARTE DE LIMA.pdfapplication/pdf3322452https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/87862/1/R%20-%20D%20-%20RAFAEL%20DUARTE%20DE%20LIMA.pdf65c30d01254473e8e3d96ac1b198d0f8MD51open access1884/878622024-05-07 14:04:17.834open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/87862Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082024-05-07T17:04:17Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
dc.title.pt_BR.fl_str_mv Conversão de carboidratos em ácidos orgânicos empregando catálise ácida
title Conversão de carboidratos em ácidos orgânicos empregando catálise ácida
spellingShingle Conversão de carboidratos em ácidos orgânicos empregando catálise ácida
Lima, Rafael Duarte de
Carboidratos
Catalise
Ácidos orgânicos
Alimentos - Desidratação
Melaço
Química
title_short Conversão de carboidratos em ácidos orgânicos empregando catálise ácida
title_full Conversão de carboidratos em ácidos orgânicos empregando catálise ácida
title_fullStr Conversão de carboidratos em ácidos orgânicos empregando catálise ácida
title_full_unstemmed Conversão de carboidratos em ácidos orgânicos empregando catálise ácida
title_sort Conversão de carboidratos em ácidos orgânicos empregando catálise ácida
author Lima, Rafael Duarte de
author_facet Lima, Rafael Duarte de
author_role author
dc.contributor.other.pt_BR.fl_str_mv Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em Química
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Ramos, Luiz Pereira, 1960-
dc.contributor.author.fl_str_mv Lima, Rafael Duarte de
contributor_str_mv Ramos, Luiz Pereira, 1960-
dc.subject.por.fl_str_mv Carboidratos
Catalise
Ácidos orgânicos
Alimentos - Desidratação
Melaço
Química
topic Carboidratos
Catalise
Ácidos orgânicos
Alimentos - Desidratação
Melaço
Química
description Orientador: Prof. Dr. Luiz Pereira Ramos
publishDate 2018
dc.date.issued.fl_str_mv 2018
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2024-05-07T17:04:17Z
dc.date.available.fl_str_mv 2024-05-07T17:04:17Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://hdl.handle.net/1884/87862
url https://hdl.handle.net/1884/87862
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv 1 recurso online : PDF.
application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFPR
instname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)
instacron:UFPR
instname_str Universidade Federal do Paraná (UFPR)
instacron_str UFPR
institution UFPR
reponame_str Repositório Institucional da UFPR
collection Repositório Institucional da UFPR
bitstream.url.fl_str_mv https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/87862/1/R%20-%20D%20-%20RAFAEL%20DUARTE%20DE%20LIMA.pdf
bitstream.checksum.fl_str_mv 65c30d01254473e8e3d96ac1b198d0f8
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1813898752729022464

Registros relacionados