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Dissertações de Mestrado Defendidas: 2012

Produção de 5-hidroximetilfurfural por Desidratação de Frutose através da Catálise Heterogênea e Homogênea.

Autora: Laiza Villarinho Pereira Mendes.
Orientadores: Mariana de Mattos Vieira Mello Souza, Nielson Fernando da Paixão Ribeiro.

Resumo

Diferentes catalisadores ácidos foram avaliados na reação de desidratação da frutose para obtenção de 5-hidroximetilfurfural (HMF).

O catalisador homogêneo avaliado foi o ácido fosfórico (H3PO4), tradicionalmente utilizado nas reações de desidratação de hexoses, com o qual ensaios foram conduzidos em meio aquoso e orgânico (acetona e MIBK).

Em meio orgânico foram testados modificadores de fase, dimetilsulfóxido (DMSO) na fase aquosa e 2-butanol na fase orgânica, e ainda a utilização da técnica de salting out na presença de cloreto de sódio (NaCl) e cloreto de magnésio (MgCl2).

Na busca por um potencial catalisador para aplicação industrial, catalisadores ácidos heterogêneos também foram empregados, dentre eles: o ácido nióbico, ácido nióbico fosfatado e peroxidado, zeólitas ZSM-5 e mordenita e zircônia sulfatada, onde os procedimentos de fosfatação, sulfatação e peroxidação dos catalisadores foram realizados no laboratório.

Para os testes com catalisador homogêneo um planejamento experimental foi elaborado para fornecer os melhores parâmetros reacionais de temperatura, concentração de catalisador, concentração de substrato e tempo.

De uma forma geral, os catalisadores heterogêneos demonstraram desempenho reacional inferior, com favorecimento da formação de subprodutos e baixo rendimento em HMF. Dentre os ensaios utilizando o ácido fosfórico a condição reacional de melhor desempenho foi com a acetona como meio reacional e utilização da técnica de salting out com o cloreto de sódio, onde rendimento de 71,89% foi alcançado.

Com relação à utilização dos modificadores de fase, o melhor desempenho reacional alcançado foi na presença de ambos os modificadores de fase (DMSO e 2-Butanol) tendo como solvente MIBK e na presença de cloreto de sódio (64,81% de rendimento). Entretanto, a utilização de cloreto de magnésio não se mostrou satisfatória para o rendimento em HMF.

A formação de subprodutos como os de reidratação, principalmente os ácidos levulínico e fórmico, e polímeros insolúveis, como as huminas, foi o parâmetro mais crítico na reação, afetando de forma decisiva a seletividade e o rendimento em HMF.