Obtenção do ácido 2,5-furanodicarboxílico por meio de catálise heterogênea a partir de 5-hidroximetilfurfural

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Santos, Celso Luiz de Aquino
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: 2.5-Furandicarboxylic acid; 5-Hidroximetilfurfural; 5-Hydroxymethylfurfural; Ácido 2.5-furanodicarboxílico; Catálise heterogênea; FDCA; Heterogeneous catalysis; HMF; Nickel oxide; Óxido de níquel
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97139/tde-27062025-080142/

O ácido 2,5-furanodicarboxílico (FDCA) destaca-se como uma plataforma química derivada de biomassa, com potencial para substituir o ácido tereftálico na produção de polímeros como o polietileno tereftalato (PET). O polietileno furanoato (PEF), polímero derivado do FDCA, apresenta propriedades superiores ao PET em termos de barreira a gases, estabilidade térmica e reciclagem na mesma cadeia do PET. Uma das rotas promissoras para a síntese do FDCA é a oxidação seletiva do HMF com oxigênio molecular. Contudo, os catalisadores mais efetivos normalmente constituídos por metais nobres como Pt, Ru, Au e Pd, possuem custos mais elevados, além de necessitarem de meios reacionais fortemente básicos, resultando em degradação do HMF e geração de resíduos salinos após neutralização. Nesse contexto, óxidos de níquel são alternativas de mais baixo custo e de menor impacto ambiental. Assim, o presente trabalho teve como principal objetivo avaliar a aplicação de catalisadores heterogêneos com base em níquel na produção de FDCA a partir da oxidação seletiva do 5-hidroximetilfurfural (HMF). Em uma primeira etapa, diferentes catalisadores baseados em níquel foram sintetizados e avaliados na oxidação do HMF. Nesta etapa, o catalisador de melhor desempenho (NiOx), sintetizado pela rota B sem tratamento térmico, apresentou desempenho superior em termos de rendimento (11,77%), seletividade (27,41%) e concentração de FDCA (0,9 g/L). Em uma segunda etapa, estudos cinéticos demonstraram que a adição controlada do oxidante NaClO, em um período total de 30 min, foi capaz de proporcionar um aumento no rendimento em FDCA de 2,28 vezes. Na etapa seguinte, foi realizado o estudo da avaliação dos parâmetros reacionais para a produção de FDCA a partir de HMF, por meio de um planejamento 23 com triplicata no ponto central, utilizando o catalisador de melhor desempenho, NiOx. A condição de melhor ajuste foi estabelecida com concentração de catalisador de 6% (m/v), temperatura de 25 °C e proporção molar NaClO:HMF de 12:1, alcançando rendimento e seletividade em FDCA de 34,14% e 42,57%, respectivamente, com produtividade média de 0,05g/L.min. Além disso, o catalisador NiOx também foi avaliado quanto à sua estabilidade no meio reacional por meio de reações de reciclo, mostrando elevada estabilidade ao manter o desempenho catalítico em cinco reações consecutivas, nas quais foi possível alcançar o rendimento de 37,60%. Como etapa final do trabalho, o desempenho do catalisador foi avaliado na produção de FDCA a partir de HMF bruto obtido por meio da desidratação da glicose, sendo possível constatar a atividade catalítica do NiOx também em reações de oxidação do HMF bruto. Os resultados obtidos neste trabalho evidenciam o potencial de uso dos catalisadores heterogêneos à base de níquel na produção do FDCA, por meio da oxidação seletiva do HMF. Além disso, o estudo contribui para o avanço tecnológico na produção de FDCA, reforçando a necessidade da busca por processos alternativos mais sustentáveis.