Produção simultânea de 5-hidroximetilfurfural e furfural a partir de holocelulose utilizando catalisadores a base de nióbio : otimização das condições reacionais, simulação e viabilidade econômica

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Jesus Junior, Maurino Magno de, 1985-
Data de Publicação: 2024
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/20.500.12733/18617
Resumo: Orientadores: Reginaldo Guirardello, Fábio de Ávila Rodrigues
id UNICAMP-30_56019da645b3b7a88c8e7d2bc92d0387
oai_identifier_str oai::1392625
network_acronym_str UNICAMP-30
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository_id_str
spelling Produção simultânea de 5-hidroximetilfurfural e furfural a partir de holocelulose utilizando catalisadores a base de nióbio : otimização das condições reacionais, simulação e viabilidade econômicaSimultaneous production of 5-hydroxymethylfurfural and furfural from holocellulose using niobium-based catalyst : optimization of reaction conditions, simulation and economic viabilityBiorrefinariaOtimizaçãoViabilidade econômicaLixiviaçãoCatalisadores - ReutilizaçãoBiorefineriesOptimizationYieldLeachingReuse of CatalystsOrientadores: Reginaldo Guirardello, Fábio de Ávila RodriguesTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: Este estudo teve como objetivo avaliar a produção e a viabilidade econômica da síntese de 5-hidroximetilfurfural (HMF) e furfural (FF) simultaneamente a partir da holocelulose obtida após pré-tratamento alcalino do bagaço de cana em catálise heterogênea utilizando catalisadores a base de nióbio. Os trabalhos foram conduzidos em duas etapas distintas: a primeira focada na parte experimental e a segunda dedicada à simulação e análise de viabilidade econômica do processo proposto. A parte experimental foi dividida ainda em duas etapas: pré-tratamento alcalino do bagaço de cana (SCB), para obtenção de holocelulose (fração insolúvel em água - ISRAP) e a conversão do ISRAP a HMF e FF simultaneamente avaliando a atividade catalítica dos catalisadores heterogêneos fosfato de nióbio (PNb), ácido de nióbio (HNb) e a mistura de ambos (1:1). Como resultado, o catalisador PNb apresentou maior atividade catalítica e foi utilizado no estudo da otimização das condições reacionais para maximizar o rendimento de HMF e FF. Para isso, foi desenvolvido um planejamento fatorial e otimização por metodologia de superfície de resposta para avaliar o efeito do tempo (60 a 360 min), temperatura (150 a 200 °C) e teor de sólidos (1 a 6 %). Os valores de rendimento obtidos nas condições reacionais otimizadas para HMF (42,7±0,5 g/kg ISRAP) e FF (68,5±0,9 g/kg ISRAP) nas condições: 200 °C, 60 min e 6 % de teor sólido. Além disso, outros produtos de valor agregado, tais como glicose (68±2 g/kg ISRAP), ácido fórmico (38±2 g/kg ISRAP), ácido levulínico (34±4 g/kg ISRAP) e ácido acético (6,3±0,2 g/kg ISRAP) foram obtidos. Na fase de análise de viabilidade econômica, foi constatado que o processo proposto enfrentava dificuldades em termos de viabilidade econômica. As etapas de separação e purificação dos produtos, assim como os custos associados ao uso de água de resfriamento, exercem uma influência significativa no custo global do processo. Diante dessa constatação, foram elaboradas propostas futuras com o intuito de tornar o processo mais viável economicamente. O preço mínimo de venda obtido foi de 4,63 USD/kg para o HMF, 5,96 USD/kg para o FF e 13,55 USD/kg de ácido levulínico. As etapas de separação de ácido fórmico e glicose foram consideradas inviáveis pois há um aumento de 64 % dos custos dos produtos. Da análise de sensibilidade foi possível averiguar que parâmetros relacionados a conversão de ISRAP e a capacidade de processamento são os que mais influenciaram nos custos para HMF, FF e ácido levulínicoAbstract: This study aimed to evaluate the production and economic viability of synthesizing 5-hydroxymethylfurfural (HMF) and furfural (FF) simultaneously from holocellulose obtained after alkaline pretreatment of sugarcane bagasse in heterogeneous catalysis using niobium-based catalysts. The study was carried out in two distinct stages: the first focused on the experimental part and the second on the simulation and economic feasibility analysis of the proposed process. The experimental part was further divided into two stages: alkaline pre-treatment of sugarcane bagasse (SCB) to obtain holocellulose (water-insoluble fraction - ISRAP) and the conversion of ISRAP to HMF and FF simultaneously evaluating the catalytic activity of the heterogeneous catalysts niobium phosphate (PNb), niobium acid (HNb) and a mixture of both (1:1). As a result, the PNb catalyst showed greater catalytic activity and was used to study the optimization of reaction conditions to maximize the yield of HMF and FF. To do this, a factorial design and optimization using response surface methodology was developed to evaluate the effect of time (60 to 360 min), temperature (150 to 200 °C) and solids content (1 to 6 %). The yield values were obtained under the optimized reaction conditions for HMF (42.7±0.5 g/kg ISRAP) and FF (68.5±0.9 g/kg ISRAP) under the conditions: 200 °C, 60 min and 6% solid content. In addition, other value-added products such as glucose (68±2 g/kg ISRAP), formic acid (38±2 g/kg ISRAP), levulinic acid (34±4 g/kg ISRAP) and acetic acid (6.3±0.2 g/kg ISRAP) were obtained. In the economic feasibility analysis phase, it was found that the proposed process faced difficulties in terms of economic viability. The product separation and purification steps, as well as the costs associated with the use of cooling water, have a significant influence on the overall cost of the process. In view of this finding, future proposals were drawn up with the aim of making the process more economically viable. The minimum selling price obtained was 4.63 USD/kg for HMF, 5.96 USD/kg for FF and 13.55 USD/kg for levulinic acid. The formic acid and glucose separation stages were considered unfeasible as there is a 64% increase in product costs. The sensitivity analysis showed that parameters related to ISRAP conversion and processing capacity had the greatest influence on costs for HMF, FF and levulinic acidAbertoDoutoradoEngenharia QuímicaDoutor em Engenharia QuímicaCAPES88887.505928/2020-00[s.n.]Guirardello, Reginaldo, 1961-Rodrigues, Fábio de ÁvilaCosta, Aline Carvalho daSuppino, Raphael SoeiroPaiva, Jose Luis deUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia QuímicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASJesus Junior, Maurino Magno de, 1985-20242024-03-27T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (122 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/18617JESUS JUNIOR, Maurino Magno de. Produção simultânea de 5-hidroximetilfurfural e furfural a partir de holocelulose utilizando catalisadores a base de nióbio: otimização das condições reacionais, simulação e viabilidade econômica. 2024. 1 recurso online (122 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/18617. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1392625Cover: https://repositorio.unicamp.br/capa/capa?codigo=1392625Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2024-06-27T14:22:22Zoai::1392625Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2024-06-27T14:22:22Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
dc.title.none.fl_str_mv Produção simultânea de 5-hidroximetilfurfural e furfural a partir de holocelulose utilizando catalisadores a base de nióbio : otimização das condições reacionais, simulação e viabilidade econômica
Simultaneous production of 5-hydroxymethylfurfural and furfural from holocellulose using niobium-based catalyst : optimization of reaction conditions, simulation and economic viability
title Produção simultânea de 5-hidroximetilfurfural e furfural a partir de holocelulose utilizando catalisadores a base de nióbio : otimização das condições reacionais, simulação e viabilidade econômica
spellingShingle Produção simultânea de 5-hidroximetilfurfural e furfural a partir de holocelulose utilizando catalisadores a base de nióbio : otimização das condições reacionais, simulação e viabilidade econômica
Jesus Junior, Maurino Magno de, 1985-
Biorrefinaria
Otimização
Viabilidade econômica
Lixiviação
Catalisadores - Reutilização
Biorefineries
Optimization
Yield
Leaching
Reuse of Catalysts
title_short Produção simultânea de 5-hidroximetilfurfural e furfural a partir de holocelulose utilizando catalisadores a base de nióbio : otimização das condições reacionais, simulação e viabilidade econômica
title_full Produção simultânea de 5-hidroximetilfurfural e furfural a partir de holocelulose utilizando catalisadores a base de nióbio : otimização das condições reacionais, simulação e viabilidade econômica
title_fullStr Produção simultânea de 5-hidroximetilfurfural e furfural a partir de holocelulose utilizando catalisadores a base de nióbio : otimização das condições reacionais, simulação e viabilidade econômica
title_full_unstemmed Produção simultânea de 5-hidroximetilfurfural e furfural a partir de holocelulose utilizando catalisadores a base de nióbio : otimização das condições reacionais, simulação e viabilidade econômica
title_sort Produção simultânea de 5-hidroximetilfurfural e furfural a partir de holocelulose utilizando catalisadores a base de nióbio : otimização das condições reacionais, simulação e viabilidade econômica
author Jesus Junior, Maurino Magno de, 1985-
author_facet Jesus Junior, Maurino Magno de, 1985-
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Guirardello, Reginaldo, 1961-
Rodrigues, Fábio de Ávila
Costa, Aline Carvalho da
Suppino, Raphael Soeiro
Paiva, Jose Luis de
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Química
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
dc.contributor.author.fl_str_mv Jesus Junior, Maurino Magno de, 1985-
dc.subject.por.fl_str_mv Biorrefinaria
Otimização
Viabilidade econômica
Lixiviação
Catalisadores - Reutilização
Biorefineries
Optimization
Yield
Leaching
Reuse of Catalysts
topic Biorrefinaria
Otimização
Viabilidade econômica
Lixiviação
Catalisadores - Reutilização
Biorefineries
Optimization
Yield
Leaching
Reuse of Catalysts
description Orientadores: Reginaldo Guirardello, Fábio de Ávila Rodrigues
publishDate 2024
dc.date.none.fl_str_mv 2024
2024-03-27T00:00:00Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://hdl.handle.net/20.500.12733/18617
JESUS JUNIOR, Maurino Magno de. Produção simultânea de 5-hidroximetilfurfural e furfural a partir de holocelulose utilizando catalisadores a base de nióbio: otimização das condições reacionais, simulação e viabilidade econômica. 2024. 1 recurso online (122 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/18617. Acesso em: 3 set. 2024.
url https://hdl.handle.net/20.500.12733/18617
identifier_str_mv JESUS JUNIOR, Maurino Magno de. Produção simultânea de 5-hidroximetilfurfural e furfural a partir de holocelulose utilizando catalisadores a base de nióbio: otimização das condições reacionais, simulação e viabilidade econômica. 2024. 1 recurso online (122 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/18617. Acesso em: 3 set. 2024.
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.relation.none.fl_str_mv https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1392625
Cover: https://repositorio.unicamp.br/capa/capa?codigo=1392625
Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDF
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
1 recurso online (122 p.) : il., digital, arquivo PDF.
dc.publisher.none.fl_str_mv [s.n.]
publisher.none.fl_str_mv [s.n.]
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
instname_str Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron_str UNICAMP
institution UNICAMP
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository.mail.fl_str_mv sbubd@unicamp.br
_version_ 1809189198948728832

Registros relacionados