Síntese de novos líquidos iônicos e misturas eutéticas a partir de matérias-primas renováveis para conversão química de biomassa

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Gomes, Gustavo Rodrigues, 1992-
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1968
Resumo: Orientador: Julio Cezar Pastre
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spelling Síntese de novos líquidos iônicos e misturas eutéticas a partir de matérias-primas renováveis para conversão química de biomassaSynthesis of novel ionic liquids and deep eutectic solvents from renewable sources for biomass chemical conversionLíquidos iônicosSolventes eutéticos profundosBiomassaMoléculas plataformaAminoácidosIonic liquidsDeep eutectic solventsBiomassPlatform moleculesAminoacidsOrientador: Julio Cezar PastreTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de QuímicaResumo: O aproveitamento integral de recursos renováveis na obtenção de energia, combustíveis e insumos químicos é uma necessidade mundial para o desenvolvimento de processos mais sustentáveis e esse segue o conceito de biorrefinaria. Nos últimos anos, o uso de sistemas não-convencionais (líquidos iônicos e misturas eutéticas) para o processamento de biomassa, pré-tratamento e conversão química, tem ganhado atenção na literatura. Nesta tese são apresentados quatro estudos que relacionam o uso de sistemas não-convencionais a base de aminoácidos na conversão química de carboidratos em compostos de alto valor agregado. O primeiro estudo está relacionado com a aplicação de misturas eutéticas a base de cloridrato de betaína (BHC) como aceptor de ligação de hidrogênio (HBA), ácidos orgânicos naturas como doadores de ligação de hidrogênio (HBD) e água como terceiro componente, na produção de 5-(hidroximetil)-furfural (HMF) a partir de açúcares hidrossolúveis sob irradiação de micro-ondas. Sob condições otimizadas, a mistura BHC/MA/H2O forneceu o melhor desempenho na produção de HMF tanto para frutose (94%) quanto para sacarose (72%). Entretanto, experimentos de reuso mostraram a limitação do sistema devido à degradação térmica dos componentes da mistura, confirmada pelas análises termogravimétricas acopladas a espectrometria de massas (TG-MS). O segundo estudo está relacionado com a produção de levulinato de etila (EL) a partir de melaço de cana-de-açúcar mediada por hidrogenossulfato de taurina e a influência de componentes inorgânicos (cinzas) na produção de levulinato de etila. O tratamento do melaço com a resina Dowex® 50WX2 diminuiu o conteúdo de cinzas em 97% após duas percolações, fornecendo um material capaz de gerar EL em 82% de rendimento. O terceiro projeto está relacionado com o uso de um líquido iônico imidazólico derivado de taurina na produção de EL a partir de matrizes lignocelulósicas. Dentre as sete biomassas avaliadas, bagaço e palha de cana-de-açúcar, palha e casca de arroz, folhas e colmo de capim elefante, e resíduos de milho, o bagaço de cana-de-açúcar foi o material que forneceu os melhores rendimentos em EL (59%). Os rendimentos mássicos em EL apresentaram uma correlação linear com o conteúdo de hemiceluloses presentes nas biomassas, ou seja, maiores percentuais de hemiceluloses resultaram em rendimentos mais elevados, o que por sua vez é vantajoso pois dispensa a necessidade de um pré-tratamento prévio para se obter bons rendimentos em EL quando empregado o líquido iônico [TauIm][HSO4]. O último estudo está relacionado com o aproveitamento de licores, obtidos através do pré-tratamento ácido de bagaço de cana-de-açúcar, na produção de furfural. O emprego do líquido iônico imidazólico derivado de glicina forneceu o furfural em excelentes rendimentos (90%) a partir dos licores ácidos. Experimentos com meios sintéticos mostraram que não foi observado nenhum efeito de matriz, em especial da lignina solúvel em ácido, na desidratação das hemiceluloses mediada pelo líquido iônico [GlyIm][HSO4]Abstract: The integral use of renewable feedstocks to obtain energy, fuels and chemicals is a pivotal role to achieve environmentally friendly processes. In recent years, the use of non-conventional solvent systems for biomass pretreatment and/or chemical conversion has emerged, such as deep eutectic solvents and ionic liquids. In this Thesis, four projects related to the use of amino acid-based non-conventional systems applied to sugar conversion into value-added compounds are presented. In the first study, 5-(hydroxymethyl)-furfural (HMF) was produced from fructose-based carbohydrates using a NADES system composed of betaine hydrochloride (BHC) as the hydrogen bond acceptor (HBA), carboxylic acids as hydrogen bond donors (HBDs) and water as the third component of the mixture under microwave irradiation. Under optimized conditions, the NADES system composed of BHC/MA/H2O afforded HMF in 94% and 72% yield from fructose and sucrose, respectively. However, recycling experiments indicated that the reuse was hampered by thermal degradation of both HBA and HBD species, proved by thermogravimetric-mass spectrometry analysis (TG-MS). In the second study, a bio-based amino acid derivative, taurine hydrogen sulfate was applied as Brønsted-acid catalyst for the conversion of sugarcane molasses to ethyl levulinate (EL) under microwave irradiation, and the effect of the inorganic matter (ashes) on EL yields was also evaluated. When the molasses is treated with Dowex® 50WX2 resin, the ash content reduced by 97% in two percolations, providing a feedstock able to produce 82% of EL. The third study, EL was produced from lignocellulosic matrices mediated by a taurine-based imidazolium ionic liquid, under microwave irradiation. From the seven evaluated lignocellulosic biomass, sugarcane bagasse and straw; elephant grass leaves and stem; and corn biomass; sugarcane bagasse provided the best results on EL (59% EL yield). The EL mass yields from the evaluated biomass have a good linear correlation with the hemicellulosic content on the lignocellulosic materials, which means the higher hemicelluloses percentage the higher the EL yields. This correlation is advantageous because no pretreatment step is needed to achieve good EL yields from biomass mediated by [TauIm][HSO4]. The last study, furfural was produced from acid hydrolysates obtained from sugarcane bagasse pretreatment mediated by glycine-based imidazolium ionic liquid, under microwave irradiation. Excellent furfural yields (90%) could be obtained from the acid hydrolysates. Experiments with synthetic media showed that no matrix effect was observed, especially from the acid soluble lignin, on the hemicelluloses dehydration mediated by [GlyIm][HSO4]DoutoradoQuímica OrgânicaDoutor em CiênciasFAPESP2018/09861-2CNPQ142278/2017-3CAPES001[s.n.]Pastre, Júlio Cezar, 1979-Rabelo, Sarita CândidaLima, Thiago de MeloCosta, Aline Carvalho daSalles Junior, Airton GonçalvesUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de QuímicaPrograma de Pós-Graduação em QuímicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASGomes, Gustavo Rodrigues, 1992-20212021-11-03T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (197 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1968GOMES, Gustavo Rodrigues. Síntese de novos líquidos iônicos e misturas eutéticas a partir de matérias-primas renováveis para conversão química de biomassa. 2021. 1 recurso online (197 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1968. 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