Catalytic Hydrogenation/Hydrogenolysis of Biomass-Derived Platform Chemicals

Abstract

A causa de l'actual escenari polític mundial i a la mancança de fonts d'energia, la biomassa s'ha proposat com a una de les matèries primeres alternatives i sostenibles per a fer front a la urgent necessitat de recursos energètics renovables. Aquesta tesi es centra en el furfural, considerat un dels productes químics de major valor afegit derivats de la biomassa. Hem sintetitzat diferents catalitzadors per a utilitzar-los en la hidrogenació del furfural i posterior conversió a productes químics importants com el 1,2-pentanediol, 1,5-pentanediol, alcohol furfurílic i tetrahidrofurfurílic. Aquests compostos derivats del furfural poden utilitzar-se en la producció de biocombustibles, la producció de polímers, com a additius per a combustibles, dissolvents, etc. Tots els catalitzadors utilitzats es van preparar a base de metalls no nobles (Ni, Co, Cu, Mg, Al), i derivats d'hidròxids dobles laminars (HDL). A continuació, es van calcinar en aire atmosfèric a 673 K durant 4 hores i es van reduir en H2 pur a 773 K durant 1 hora. Finalment es van caracteritzar per XRD, FESEM-*EDX, H2-TPR, TPD-NH3, ICP i BET.

En la actual crisis energética y contexto político, la biomasa ha emergido con fuerza como una de las materias primas alternativas y sostenibles para hacer frente a la urgente necesidad de recursos energéticos renovables. Esta tesis se centra en el estudio del furfural, considerado uno de los productos químicos de mayor valor añadido derivados de la biomasa. Para ello, se sintetizaron diferentes catalizadores diferentes para evaluarlos en la reacción de hidrogenación del furfural y transformarlo en productos químicos de interés industrial como 1,2-pentanodiol, 1,5-pentanodiol, alcohol furfurílico y alcohol tetrahidrofurfurílico. Estos compuestos derivados del furfural pueden ser utilizados en la producción de biocombustibles, la producción de polímeros, como aditivos para combustibles, disolventes, etc. Todos los catalizadores estudiados se sintetizaron con base de metales no nobles (Ni, Co, Cu, Mg, Al), y derivados de hidróxidos doble laminares (HDL). A continuación, se calcinaron en atmósfera de aire a 673 K durante 4 horas, se redujeron en hidrógeno gas puro a 773K durante 1 hora y se caracterizaron por XRD, FESEM-EDX, H2-TPR, TPD-NH3, ICP y BET.

Due to the current worldwide political scenario and lack of energy sources, biomass has been proposed as one of the alternative and sustainable raw materials to address the urgent need for renewable energy resources. This thesis focuses on furfural which is considered one of the most value-added chemicals derived from biomass. We synthesized different catalysts to be used for the hydrogenation of furfural, converting it into commodity chemicals such as 1,2-pentanediol, 1,5-pentanediol, furfuryl alcohol and tetrahydrofurfuryl alcohol. These furfural´s derivatives may utilize in the production of biofuels, the production of polymers, as fuel additives, solvents, etc. All used catalysts were prepared based on non-noble metals (Ni, Co, Cu, Mg, Al), and derived from layered double hydroxides (LDHs). Next, they were calcined under air at 673 K for 4 hours, reduced under pure H2 at 773 K for 1 hour and characterized by XRD, FESEM-EDX, H2-TPR, TPD-NH3, ICP and BET. The catalyst performance was tested in two different types of reactors, the continuous packed-bed reactor (PBR) and the high-pressure slurry reactor (SSR).