Modelação cinética da conversão do furfural utilizando catalisadores multifuncionais

A utilização da biomassa como fonte de matéria-prima renovável para a obtenção de biocombustíveis e produtos de consumo pode reduzir os riscos geopolíticos e de segurança energética. As hemiceluloses – um dos principais componentes da biomassa vegetal - são convertidas industrialmente em furfural (Fur) que tem uma vasta gama de aplicações, sendo, por isso, considerado um dos compostos químicos renováveis de base mais importantes para biorefinarias. Este trabalho está relacionado com a valorização química do Fur, inserindo-se no conceito da Biorefinaria e nos objetivos de investigação do laboratório associado CICECO. Foi investigada a conversão catalítica do Fur em determinados bio-produtos de interesse para diversos setores da indústria química. Em particular, alquilfurfuril éteres, ésteres alquil-4-oxopentanoato, 5-metil-2-furanonas, ácido levulínico e gama-valerolactona são importantes para a produção de bio-aditivos para combustíveis, bio-polímeros, agroquímicos, aromas e fragrâncias, solventes, etc. A conversão do Fur nos bio-produtos envolve mecanismos reacionais complexos e requer o uso de catalisadores ácidos e de redução. A realização das múltiplas etapas num único reator é importante em termos de intensificação de processos. Neste trabalho, investigou-se a conversão do Fur em bio-produtos, num reator descontínuo fechado, a 120 ºC, utilizando catalisadores multifuncionais nanocristalinos do tipo zeólito beta contendo centros ativos de zircónio (Zr) e alumínio (Al). Com base numa revisão bibliográfica, propuseram-se dois modelos cinéticos pseudo-homogéneos para a conversão do Fur. Os modelos foram testados por ajuste das equações diferenciais ordinárias, representativas dos balanços às espécies reativas num reator descontínuo isotérmico, aos resultados experimentais de concentração versus tempo do Fur e cada um dos bio-produtos. Os estudos cinéticos foram combinados com os de caracterização dos catalisadores no estudo da influência das propriedades dos materiais nos diferentes passos do mecanismo global. Os centros ácidos de Al e Zr promoveram as reações ácidas e os de Zr eram essenciais para os passos de redução. No geral, as constantes cinéticas aparentes relativas às reações ácidas desejadas aumentaram com a razão Al/Zr dos catalisadores, e as dos passos de redução aumentaram com a diminuição da razão Si/Zr. O aumento da razão Al/Zr simultaneamente promoveu as reações indesejadas, diminuindo o rendimento total dos bio-produtos.

Selective hydrogenation of furfural on Ir/TiO2 catalysts

Titania-supported Ir catalysts were used in the hydrogenation of furfural. Reactions were carried out in a stirred batch type reactor at 0.62MPa and 363K using a 0.10M solution of furfural in a 1:1 mixture n-heptane -ethanol as solvent. Catalysts containing 2 wt% of Ir were reduced in H2 flow at different temperatures in the range 473-773K. The catalysts were characterized by H2 chemisorption, TEM, TPR, TPD of NH3 and XPS. Conversion of furfural is higher at lower reduction temperatures, but leads to byproducts whereas reduction at higher temperatures shows selectivity to furfuryl alcohol close to 100%.

Determinação do coeficiente de atividade em diluição infinita de hidrocarbonetos em furfural a 298,15 K por SPME-GC/FID

In this work a new method (SPME-GC/FID) was developed to analyze the activity of binary liquid mixtures. The purpose is to demonstrate that SPME is capable to be used to determinate activity coefficients at infinite dilution knowing the fiber properties, with a lower cost than the conventional methods encountered in literature such as GLC. The activity coefficients at infinite dilution in furfural for n-hexane, n-heptane and cyclohexane at 298.15 K was determined using SPME and deviations of literature data was about 7%.

Biomassa em aula prática de Química Orgânica Verde: cravo-da-índia como fonte simultânea de óleo essencial e de furfural

This work presents an optimized integrated experiment for isolation of clove bud essential oil, rich in eugenol, and subsequent utilization of the solid residue for furfural synthesis. The operationally simple laboratory protocols and utilization of water as a solvent in both operations, plus the use of biomass as the starting material for preparation of versatile intermediates in organic synthesis, make the experiments attractive for undergraduate experimental organic chemistry courses in the context of green chemistry. In addition, this is the first description of the use of biomass (clove bud) in the simultaneous preparation of two chemical feedstocks, eugenol and furfural, on experimental organic chemistry courses.

Furfural - da biomassa ao laboratório de química orgânica

The goal of this manuscript is provide to students of Chemistry and related areas an alternative experiment in which they can obtain a compound and learn to observe and interpret properties and predict organic structure by obtaining furfural from biomass. Furfural is an organic compound, obtained through acid hydrolysis of pentosans, commonly used in the chemical and pharmaceutical industries. Students are guided to get furfural through extractive procedures and chemical reactions adapted to semi-micro laboratory scale. Characterization of furfural was done by chemical tests and physical properties. Identification was accomplished by a series of spectroscopic and spectrometric techniques.

Mechanism of electrical conduction in plasma polymerized furfural thin films

Polyfurfural thin films lying in the thickness range of 1300–2000 A˚ were prepared by ac plasma polymerization technique. The current–voltage characteristics in symmetric and asymmetric electrode configuration were studied with a view to determining the dominant conduction mechanism.It was found that the Schottky conduction mechanism is dominant in plasma polymerized furfural thin films.The predominance of Schottky mechanism was further confirmed based on the thermally stimulated current measurements.

Phenol-furfural resins to elaborate composites, reinforced with sisal fibers - Molecular analysis of resin and properties of composites

Resol type resins were prepared in alkaline conditions (potassium hydroxide or potassium carbonate) using furfural obtained by acid hydrolysis of abundant renewable resources from agricultural and forestry waste residues. The structures of the resins were fully determined by H-1, C-13, and 2D NMR spectrometries with the help of four models compounds synthesized specially for this study. MALDI-Tof mass spectrometry experiments indicated that a majority of linear oligomers and a minority of cyclic ones constituted them. Composites were prepared with furfural-phenol resins and sisal fibers. These fibers were chosen mainly because they came from natural lignocellulosic material and they presented excellent mechanical microscopy images indicated that the composites displayed excellent adhesion between resin and fibers. Impact strength measurement showed that mild conditions were more suitable to prepare thermosets. Nevertheless, mild conditions induced a high-diffusion coefficient for water absorption by composites. Composites with good properties could be prepared using high proportion of materials obtained from biomass without formaldehyde. (c) 2008 Wiley Periodicals, Inc.

Síntese, análise e caracterização do filme polimérico da eletrorredução do furfural sobre platina em acetonitrila

O presente trabalho apresenta um estudo sistemático para obter um filme polimérico a partir da eletrooxidação e eletrorredução do furfural. O filme foi crescido sobre a superfície do eletrodo usando-se três técnicas eletroquímicas: voltametria cíclica (VC); a cronoamperometria e a cronopotenciometria. Estas técnicas foram usadas em ambos os processos. Inicialmente foi testada a eletrooxidação e polimerização do furfural sobre o eletrodo de platina brilhante em solução aquosa de ácido sulfúrico 0,50 mol L-1. A influência de algumas variáveis como a concentração de furfural e o tempo de polarização foram estudadas. Os resultados confirmam a formação de um filme fino sobre a superfície do eletrodo, entretanto com uma aderência ruim. Este efeito foi atribuído à solubilidade do filme em meio aquoso. Devido a isto, realizou-se experimentos em meio não aquoso, usando acetonitrila como solvente. O eletrodo de trabalho usado neste caso foi a platina platinizada, este foi usado com o objetivo de se aumentar a superfície ativa do eletrodo e o eletrólito suporte usado foi o cloreto de tetrametilamônio 0,1 mol L-1. Neste caso a polarização anódica foi realizada pelas três técnicas com objetivo de melhorar a aderência do filme sobre a superfície do eletrodo. Entretanto a qualidade do filme diminui com o aumento da concentração de água presente no meio. Uma nova estratégia foi adotada, entretanto, envolvendo a formação de um filme por eletrorredução do furfural, sobre a superfície do eletrodo de platina, em acetonitrila e cloreto de lítio como eletrólito suporte. Os resultados confirmam um filme polimérico poroso e espesso, sobre a superfície do eletrodo usando as técnicas eletroquímicas. A aderência deste filme foi melhor se comparada com a do filme obtido anteriormente. O filme foi caracterizado por medidas eletroquímicas, por Ressonância Magnética Nuclear, por espectroscopia de Ultra-violeta, por espectroscopia de Infra-vermelho, Cromatografia de permeação em gel e, por DSC. Os dados obtidos permitiram estabelecer uma proposta de mecanismo que inclui a presença da acetonitrila na formação do filme polimérico obtido sobre a superfície do eletrodo de platina.

Polimerização eletroquímica do furfural em meio aquoso de ftalato ácido de potássio sobre platina e carbono vítreo reticulado

O presente trabalho apresenta um estudo sistemático para a obtenção de um filme polimérico a partir da eletrooxidação do furfural (2-furanoaldeído). O filme foi crescido sobre a superfície do eletrodo de platina (Pt) e sobre carbono vítreo reticulado (CVR). Três técnicas eletroquímicas foram usadas: cronopotenciometria com correntes de 10 mA, voltametria cíclica por ciclagens sucessivas no intervalo de potencial de 2,0 V à 2,70 V (Ag/AgCl) e a cronoamperometria, no potencial de 2,65 V (Ag/AgCl). Diferentes eletrólitos foram testados em solução aquosa sobre Pt. O sal biftalato de potássio foi o eletrólito suporte mais adequado para formação do filme sobre ambos eletrodos, Pt e CVR. Os resultados obtidos confirmam a formação de um filme branco sobre a superfície dos eletrodos, entretanto, com alguma solubilização no próprio meio. Esta solubilidade do filme em meio aquoso permitiu atribuir-lhe características de polieletrólito. Evidências desta característica se confirmam pelas propriedades físico-químicas das soluções do filme testadas resultando no aumento da acidez e no aumento da condutividade do meio, quando se comparam as soluções de biftalato ácido de potássio com as do filme polimérico Os resultados revelam a formação de um filme poroso e espesso sobre a superfície dos eletrodos, com características que dependem do método eletroquímico empregado, bem como do tempo de polarização. A visualização do filme foi registrada por fotografias digitais e caracterizada por microscopia eletrônica de varredura. O crescimento do filme pelo método cronopotenciométrico forneceu os melhores resultados em termos de aderência e volume. Uma observação importante refere-se ao caráter condutor do filme formado, uma vez que medidas eletroquímicas dos eletrodos modificados não acusaram um decaimento significativo das correntes. Além das medidas eletroquímicas, a condutividade do polímero, determinada pelo método das quatro pontas, resultou num valor de 100 µS cm-1 para o obtido potenciostaticamente e de 150 µS cm-1 para o obtido galvanostaticamente. A caracterização do filme envolveu as medidas térmicas de calorimetria diferencial de varredura (DSC) e a análise termogravimétrica (TGA). As medidas espectroscópicas como o ultravioleta, infravermelho, Raman, ressonância magnética nuclear de H1 e de C13 diretamente com o filme formado ou através de suas soluções em solventes adequados, confirmaram a participação de ambos os anéis ftálico e furânico na estrutura do filme.

Análisis microeconómico de las características del cambio tecnológico y del proceso de innovaciones: el caso de Furfural y Derivados, SA México

Incluye Bibliografía

Detecção eletroquímica de furfural e hidroximetilfurfural em bagaço de cana-de-açúcar utilizando cromatografia líquida de alta eficiência

Pós-graduação em Química - IQ

Sistemas de screening para detecção de furfural e hidroximetilfurfural e amostras de cachaça por espectroscopia de reflectância difusa

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

New catalytic processes for the upgrading of furfural and 5-hydroxymethylfurfural to chemicals and fuels

The demand of energy, fuels and chemicals is increasing due to the strong growth of some countries in the developing world and the development of the world economy. Unfortunately, the general picture derived sparked an exponential increase in crude oil prices with a consequent increase of the chemical, by-products and energy, depleting the global market. Nowadays biomass are the most promising alternative to fossil fuels for the production of chemicals and fuels. In this work, the development of three different catalytic processes for the valorization of biomass-derived has been investigated. 5-hydroxymethylfurfural oxidation was studied under mild reaction condition using gold and gold/copper based catalysts synthetized from pre-formed nanoparticles and supported onto TiO2 and CeO2. The analysis conducted on catalysts showed the formation of alloys gold/copper and a strong synergistic effect between the two metals. For this reason the bimetallic catalysts supported on titania showed a higher catalytic activity respect to the monometallic catalysts. The process for the production of 2,5-bishydroxymethyl furan (BHMF) was also optimized by means the 5-hydroxymethylfurfural hydrogenation using the Shvo complex. Complete conversion of HMF was achieved working at 90 °C and 10 bar of hydrogen. The complex was found to be re-usable for at least three catalytic cycles without suffering any type of deactivation. Finally, the hydrogenation of furfural and HMF was carried out, developing the process of hydrogen transfer by using MgO as a catalyst and methanol as a hydrogen donor. Quantitative yields to alcohols have been achieved in a few hours working in mild condition: 160 °C and at autogenous pressure. The only by-products formed were light products such as CO, CO2 and CH4 (products derived from methanol transformation), easily separable from the reaction solution depressurizing the reactor.

The electron-furfural scattering dynamics for 63 energetically open electronic states

We report on integral-, momentum transfer-and differential cross sections for elastic and electronically inelastic electron collisions with furfural (C5H4O2). The calculations were performed with two different theoretical methodologies, the Schwinger multichannel method with pseudopotentials (SMCPP) and the independent atom method with screening corrected additivity rule (IAM-SCAR) that now incorporates a further interference (I) term. The SMCPP with N energetically open electronic states (N-open) at either the static-exchange (N-open ch-SE) or the static-exchange-plus-polarisation (N-open ch-SEP) approximation was employed to calculate the scattering amplitudes at impact energies lying between 5 eV and 50 eV, using a channel coupling scheme that ranges from the 1ch-SEP up to the 63ch-SE level of approximation depending on the energy considered. For elastic scattering, we found very good overall agreement at higher energies among our SMCPP cross sections, our IAM-SCAR+I cross sections and the experimental data for furan (a molecule that differs from furfural only by the substitution of a hydrogen atom in furan with an aldehyde functional group). This is a good indication that our elastic cross sections are converged with respect to the multichannel coupling effect for most of the investigated intermediate energies. However, although the present application represents the most sophisticated calculation performed with the SMCPP method thus far, the inelastic cross sections, even for the low lying energy states, are still not completely converged for intermediate and higher energies. We discuss possible reasons leading to this discrepancy and point out what further steps need to be undertaken in order to improve the agreement between the calculated and measured cross sections. (C) 2016 AIP Publishing LLC.

Integral elastic, electronic-state, ionization, and total cross sections for electron scattering with furfural

We report absolute experimental integral cross sections (ICSs) for electron impact excitation of bands of electronic-states in furfural, for incident electron energies in the range 20-250 eV. Wherever possible, those results are compared to corresponding excitation cross sections in the structurally similar species furan, as previously reported by da Costa et al. [Phys. Rev. A 85, 062706 (2012)] and Regeta and Allan [Phys. Rev. A 91, 012707 (2015)]. Generally, very good agreement is found. In addition, ICSs calculated with our independent atom model (IAM) with screening corrected additivity rule (SCAR) formalism, extended to account for interference (I) terms that arise due to the multi-centre nature of the scattering problem, are also reported. The sum of those ICSs gives the IAM-SCAR+I total cross section for electron-furfural scattering. Where possible, those calculated IAM-SCAR+I ICS results are compared against corresponding results from the present measurements with an acceptable level of accord being obtained. Similarly, but only for the band I and band II excited electronic states, we also present results from our Schwinger multichannel method with pseudopotentials calculations. Those results are found to be in good qualitative accord with the present experimental ICSs. Finally, with a view to assembling a complete cross section data base for furfural, some binary-encounter-Bethe-level total ionization cross sections for this collision system are presented. (C) 2016 AIP Publishing LLC.