Preparação de aldeídos furânicos na presença de sólidos ácidos do tipo WOx/ZrO2

Abstract

O objectivo deste trabalho consiste no desenvolvimento de catalisadores ácidos heterogéneos do tipo WOx/ZrO2 para aplicação na reacção de desidratação da xilose em furfural com vista à possível substituição do ácido sulfúrico utilizado no processo industrial. Os materiais foram preparados pelos métodos de impregnação (variou-se a temperatura e calcinação) e co-precipitação (usando o tratamento de refluxo (rfl) ou hidrotérmico (ht) e sais de zircónio) e caracterizados pelas técnicas de difracção de raios-X de pós, microscopia electrónica de varrimento, adsorção de azoto e espectroscopia de Raman. O desempenho destes catalisadores, foi estudado na reacção da xilose, usando sistema bifásico (T/W), a 170 ºC, num micro reactor descontínuo. Dos materiais estudados, o material ZrW(Cl/ht), preparado por coprecipitação, usando o sal de zircónio com contra-ião cloreto e aplicando o tratamento hidrotérmico. Este material possui maior área específica (87 m2/g) e 47% de rendimento em furfural às 6h de reacção. Este catalisador pode ser reutilizado, sem perda de actividade catalítica e não foram observados fenómenos de lixiviação de tungsténio e zircónio, nem alterações significativas da estrutura cristalina. Investigaram-se também, os parâmetros, efeito da quantidade de catalisador e do tipo de solvente na reacção catalítica.

The purpose of this study is to develop WOx/ZrO2 solid acid catalysts for application in the dehydration of xylose into furfural, with the main goal being the possible replacement of sulfuric acid used in the industrial process. The materials were prepared by impregnation (varying the tungsten content and calcination temperature) and co-precipitation (using reflux or hydrothermal (ht) treatments, and different zirconium salts) methods, and characterized by powder X-ray diffraction, scanning electron microscopy, nitrogen adsorption and Raman spectroscopy. The performance of each catalyst was studied in the xylose reaction using a two-phase toluene/water system, at 170 ºC in a batch reactor. Of all the materials studied, ZrW(Cl/ht), which was prepared by co-precipitation (followed by hydrothermal treatment) using zirconyl chloride as the zirconium source, showed the best results. This material possessed the highest specific surface area (87 m2 g-1) and gave 47% furfural yield after 6 h reaction. No significant leaching phenomena (of tungsten or zirconium) or crystal structure changes take place, and the catalyst can be reused without loss of activity. The influence of the type of solvent and the amount of catalyst on the catalytic reaction were also investigated.