Hidrogenação livre de solvente do ácido succínico e da butirolactona: uma abordagem sustentável para obtenção de produtos de alto valor agregado

dc.contributor.advisorCourtial, Camila Gambini Pereirapt_BR
dc.contributor.advisor-co1Gomes, Pedro Miguel Vidinhapt_BR
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1692213009194423
dc.contributor.advisorIDhttps://orcid.org/0000-0003-2472-9755
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8055289812908100
dc.contributor.authorCosta, Carolina da Silva
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3839012933524596
dc.contributor.referees1Nunes, Andréa Oliveira
dc.contributor.referees1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7620659413250570
dc.contributor.referees2Carvalho, Fabíola Correia de
dc.contributor.referees2IDhttps://orcid.org/0000-0001-6101-2441
dc.contributor.referees2Latteshttp://lattes.cnpq.br/4759287276606267
dc.contributor.referees3Oliveira, Paulo Filho Marques de
dc.contributor.referees4Braga, Renata Martinspt_BR
dc.date.accessioned2025-12-18T22:49:58Z
dc.date.available2025-12-18T22:49:58Z
dc.date.issued2025-04-10
dc.description.abstractγ-butyrolactone (GBL) and succinic acid (SUC) are platform molecules widely used in the production of high-value compounds. For this reason, the present study aimed to evaluate the hydrogenation of these compounds in sustainable, solvent-free media, employing supercritical carbon dioxide (scCO₂) conditions, with the use of both micro and macroscale (pellet) catalytic forms of PdRe/SiO₂. The study was divided into three articles. The first article primarily aimed to evaluate the effect of solvent-free reactions with the addition of scCO₂ as a reaction medium in the hydrogenation of GBL in batch processes. These same conditions were tested for the hydrogenation of SUC in batch, including an evaluation of the effects of temperature, H₂ pressure, catalyst mass, and the Re content in the catalyst. The third article focused on the development of technical catalysts in the form of PdRe/SiO₂ pellets for the study of solvent-free hydrogenation of GBL in continuous-flow systems. For this purpose, pellets with different thermal treatments (uncalcined and calcined at 300 and 500 °C) were evaluated and compared with powdered catalysts in batch systems. In fixed-bed reactors, the effects of temperature, pressure, GBL and H₂ flow rates, and bed height were assessed. The results demonstrated that the reaction medium had a significant impact on the selectivity of GBL hydrogenation, acting as a modulating factor for selectivity. Under solvent-free conditions, 93% selectivity for tetrahydrofuran (THF) was achieved. With the addition of scCO₂ (80 bar), selectivity was completely shifted to 1,4-butanediol (BDO), reaching 100%. For SUC, the most severe conditions of temperature (280 °C), pressure (90 bar), and catalyst mass (50 mg) resulted in 75.3% selectivity for THF. In the continuous-flow reactions of GBL, excellent results were obtained with the pellets calcined at 300 °C due to their high surface area. Under the conditions of 175 °C, 50 bar of H₂, a GBL flow rate of 0.1 mL/min, an H₂ flow rate of 0.7 mL/min, and a bed height of 7 cm, 52% GBL conversion and 86% selectivity for BDO were achieved. Overall, the results obtained in this work highlight the effectiveness of solvent-free approaches and the versatility of scCO₂ as a selectivity regulator, reinforcing the potential of these systems in green and sustainable processes with unprecedented selectivities for THF and BDO. Furthermore, the study suggested the development of technical catalysts for large-scale applications.
dc.description.resumoA γ-butirolactona (GBL) e o ácido succínico (SUC) são moléculas-plataforma amplamente utilizadas na produção de compostos de alto valor agregado. Por este motivo, o presente estudo teve como objetivo avaliar a hidrogenação desses compostos em meios sustentáveis, livres de solvente e empregando condições de dióxido de carbono supercrítico (scCO₂), com o uso de formas catalíticas micro e macroscópicas (pellets) de PdRe/SiO₂. Desta forma, o trabalho dividiu-se em três artigos. O primeiro artigo teve como objetivo principal avaliar o efeito de reações livre de solvente e com a adição de scCO2 como meio reacional na hidrogenação da GBL em batelada. Estas mesmas condições foram testadas na hidrogenação do SUC em batelada, que contou com a avaliação do efeito da temperatura, pressão de H2, massa de catalisador e teor de Re no catalisador. No terceiro artigo, foi desenvolvido catalisadores técnicos em forma de pellets de PdRe/SiO2 para o estudo da hidrogenação livre de solvente da GBL em sistemas em fluxo contínuo. Para isto, pellets com diferentes tratamentos térmicos (não calcinados e calcinados a 300 e 500 °C) foram avaliados e comparados com catalisadores em pó em sistemas em batelada. Em reatores de leito fixo, foi avaliado o efeito da temperatura, pressão, fluxo de GBL e de H2 e altura do leito. Os resultados demonstraram que o meio reacional teve grande impacto na seletividade da hidrogenação da GBL, apresentando-se como fator modulador da seletividade. Em condições livres de solvente, obteve-se 93% de seletividade para tetraidrofurano (THF). Já com a adição de scCO₂ (80 bar), a seletividade foi completamente deslocada para 1,4-butanodiol (BDO), alcançando 100%. Para o SUC, as condições mais severas de temperatura (280 °C), pressão (90 bar) e massa de catalisador (50 mg) resultaram em 75,3% de seletividade para THF. Nas reações em fluxo contínuo da GBL, excelentes resultados foram alcançados com os pellets calcinados a 300 °C, devido sua alta área superficial. Nas condições 175 °C, 50 bar de H2, vazão de GBL de 0,1 mL/min, vazão de H2 de 0,7 mL/min e altura do leito de 7 cm, foi atingido 52% de conversão de GBL e 86% de seletividade para BDO. Sendo assim, de um modo geral, os resultados obtidos no presente trabalho evidenciam a eficácia de abordagens livres de solventes e a versatilidade do scCO₂ como regulador de seletividade e reforçam o potencial destes sistemas em processos verdes e sustentáveis com seletividades inéditas para THF e BDO. Além disso, o trabalho sugeriu o desenvolvimento de catalisadores técnicos para aplicação em processos em grande escala.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
dc.identifier.citationCOSTA, Carolina da Silva. Hidrogenação livre de solvente do ácido succínico e da butirolactona: uma abordagem sustentável para obtenção de produtos de alto valor agregado. Orientadora: Dra. Camila Gambini Pereira Courtial. 2025. 168f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2025.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/67274
dc.language.isopt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Norte
dc.publisher.countryBRpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICApt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectHidrogenação seletiva
dc.subjectButanodiol
dc.subjectTetrahidrofurano
dc.subjectFluxo contínuo
dc.subjectPellets
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
dc.titleHidrogenação livre de solvente do ácido succínico e da butirolactona: uma abordagem sustentável para obtenção de produtos de alto valor agregado
dc.typedoctoralThesispt_BR

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