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https://hdl.handle.net/1822/44969
Título: | Valorização da biomassa: Oxidação dos hidratos de carbono utilizando métodos eletroquímicos |
Autor(es): | Muiuane, Venceslau Pedro |
Orientador(es): | Parpot, Pier |
Data: | 11-Nov-2016 |
Resumo(s): | A sustentabilidade dos recursos necessários para fornecer energia e matéria
prima na escala mundial está a tornar-se um assunto de grande importância. Projeta-se
para o futuro o conceito de biorefinarias para produzir simultaneamente combustíveis
e matéria-prima para a indústria a partir da biomassa.
A abundante vida vegetal do nosso planeta é armazenadora da energia solar e
de substâncias químicas, sendo um recurso renovável que chamamos de biomassa. Os
recursos renováveis representam atualmente cerca de 20% do fornecimentos total de
energia no mundo, com cerca de 14% proveniente da biomassa.
No que diz respeito a sua definição, biomassa é a fração biodegradável de
produtos e resíduos da agricultura (incluindo substâncias vegetais e animais), da floresta
e das indústrias relacionadas, bem como a fração biodegradável dos resíduos industriais
e urbanos. É desejada a transição para um sistema de produção mais “bio” entretanto,
esta transição está, infelizmente, limitada por uma variedade de obstáculos. Atualmente
as matérias-primas fósseis são mais económicas, e a tecnologia dos processos para a sua
conversão em produtos químicos orgânicos está bem desenvolvida e é muito diferente
daquela requerida para transformar por exemplo hidratos de carbono em produtos com
perfil para aplicação industrial. De longe, a classe mais importante de compostos
orgânicos renováveis, em termos de volume produzido, é constituída pelos hidratos de
carbono, que representam cerca de 75 % da biomassa renovável que é de
aproximadamente 200 biliões de toneladas anuais. Os hidratos de carbono, são a matéria-prima para produtos químicos orgânicos básicos. O desafio atual reside em se
conseguir uma oxidação direta e eletro-mediada dos hidratos de carbono. Os métodos
eletroquímicos podem surgir como uma via alternativa que permite ultrapassar as
barreiras tecnológicas existentes. Neste contexto é de relevante interesse a
transformação dos hidratos de carbono nos correspondentes compostos com grupos
carboxílicos. Neste contexto foi investigada a transformação de alguns compostos
poliméricos e não poliméricos disponíveis em larga escala como a maltose, glucose,
celobiose, maltotriose, a galactose, amido e celulose em produtos com interesse
industrial nos elétrodos de níquel, DSA e carbono vítreo com recurso a uma célula
eletroquímica do tipo “filter press”com circulação de eletrólito (FM01-LC).
Os produtos de eletrólise obtidos nestes elétrodos foram analisados utilizando
métodos cromatográficos. Os resultados mostraram que na oxidação direta, a
distribuição dos produtos dependia do material do elétrodo. A análise dos produtos
das eletrólises de polissacarídeos como, amido e celulose foi efetuada utilizando
diversos métodos analíticos como FTIR, RMN, SEM, LEX-SEC, ESI-MS, análise
elementar, titulação ácido-base, entre outros. Os resultados mostraram uma
quantidade significativa de produtos de oxidação acídicos e neutrais que podem
constituir-se precursores para futuros compostos de valor acrescentado. A oxidação
eletro-mediada do amido e da celulose foi efectuado utilizando o radical TEMPO. Os
resultados mostram uma oxidação mais seletiva do grupo do álcool primário neste
último caso. The sustainability of resources necessary for energy and raw materials production is becoming a crucial matter. The concept of Biorefinery for the simultaneous production of fuels and raw materials is being designed already. The wide botanical resources which being part of the biomass allow to store the solar energy in form of chemical products. The renewable resources represent approximately 20 % of total energy supply, with a share of biomass in order of 14 %. Biomass includes the biodegradable fraction of products and rests of agriculture, forests, domestic and industrial residues. The transition for a more bio orientated economy is expected but also actually limited due to some obstacles. Some of these obstacles have to do with the low price of fossil fuels and difference of technologies for the transformation of fossil fuels and biomass into useful products, fuel and energy. Carbohydrates constitute one of the most important categories of chemical compounds in term of volume produced annually and represent approximately 75 % of terrestrial biomass. One of the challenges is to develop a direct or mediated oxidation of biomass without previous preparation steps. Electrochemical products may constitute an alternative in order to surpass the existing technological barriers. In this context the transformation of carbohydrates into corresponding carboxylic acids and/or aldehydes and ketones is important. For this purpose the electrochemical oxidation of some readily available carbohydrates like maltose, glucose, cellobiose, maltotriose, galactose, starch and cellulose into useful compounds on Ni electrode and dimensionally stable anode (Ruthenium oxides on Titanium) was investigated. The analysis of products of the non-polymeric compounds was carried out by chromatographic methods. The oxidation products of starch and cellulose were analyzed using several analytical techniques like FTIR, NMR, SEM, LEX-SEC, ESIMS, Elementary analysis etc… A significant amount of acidic and neutral oxidation products was identified. The electro-mediated oxidation of starch and cellulose was carried out using the radical TEMPO. The results in this case show more selective oxidation concerning the primary alcohol group. |
Tipo: | Tese de doutoramento |
Descrição: | Tese de doutoramento em Ciências (área de especialização em Química) |
URI: | https://hdl.handle.net/1822/44969 |
Acesso: | Acesso aberto |
Aparece nas coleções: | CDQuim - Teses de Doutoramento |
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