Teses

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Yuri Gontijo Rosa

Vânya Márcia Duarte Pasa

Conversão de Compostos Fenólicos em Biohidrocarbonetos

Conversion Of Phenolic Compounds Into Biohydrocarbons

Química

Química para Inovação Industrial

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16/10/2025

Auditório I - Sala 120

14:00

Profa. Vânya Márcia Duarte Pasa - Orientadora (Dr. (UFMG))
Profa. Patrícia Alejandra Robles-Azocar (Dr. (UFMG))
Prof. Marcelo Machado Viana (Dr. (UFMG))
Prof. Marcos Juliano Prauchner (Dr. (UNB))
Profa. Gisele Cristina Rabelo Silva (Dr. (UFSJ))

Nesta tese de doutorado foram desenvolvidos e avaliados três catalisadores de paládio, rutênio e níquel impregnados em fosfato de nióbio para a conversão dos compostos fenólicos provenientes do bio-óleo de eucaliptos destilado e do líquido da casca da castanha-de-caju (LCC) em hidrocarbonetos. Os catalisadores foram caracterizados por diversas técnicas, incluindo XPS, MET, espectroscopia Raman, TPR-H2 e DRX, e testados nas reações de hidrodesoxigenação sob condições livres de solventes. Optou-se pela eliminação da etapa de ativação prévia dos catalisadores, medida que pode contribuir para a redução dos custos dos processos desenvolvidos. O catalisador Ru/NbOPO4 apresentou notável formação de nanocristais de RuO2 com morfologias semelhantes a nanoestrelas, que favoreceu as reações de hidrogenação. Por sua vez, o catalisador NiPNb demonstrou excelente dispersão metálica, sugerindo a presença de átomos únicos, o que resultou em uma excelente atividade de transalquilação. As reações realizadas na presença dos catalisadores desenvolvidos nesta tese apresentaram excelente desempenho catalítico, atingindo conversão completa dos compostos fenólicos do LCC e do bio-óleo, com elevado rendimento de hidrocarbonetos saturados e/ou fenóis alquilados. Os resultados indicaram que o controle das condições reacionais, da carga de Ru e da massa dos catalisadores permite direcionar a composição dos produtos, favorecendo a formação preferencial de alquilfenóis ou cicloalcanos. O ajuste do teor de Ru mostrou-se fundamental para prevenir e controlar a formação de coque e a lixiviação do metal. A combinação do catalisador Ru/NbOPO4 com zeólita Hβ revelou-se eficiente em processos tandem de hidrodesoxigenação, isomerização e craqueamento, promovendo a produção de hidrocarbonetos lineares, ramificados, cicloalcanos e alcenos adequados para uso como combustível sustentável de aviação (SAF). Pela primeira vez, foi relatada a obtenção de uma fração de SAF a partir do líquido da casca da castanha-de-caju, com propriedades físico-químicas compatíveis às do querosene fóssil de aviação. Além dos catalisadores inéditos desenvolvidos e dos excelentes resultados obtidos, esta tese demonstra que os processos desenvolvidos são promissores para a descarbonização do setor de transporte aéreo, representando avanços significativos para a transição energética e a valorização de resíduos lignocelulósicos, além de possibilitar a integração destes recursos abundantes na matriz energética global.

Aviação, Biocombustíveis, Biomassa, Biorefinaria, Sustentabilidade

In this doctoral thesis, three palladium, ruthenium, and nickel catalysts impregnated in niobium phosphate were developed and evaluated for the conversion of phenolic compounds from distilled eucalyptus bio-oil and cashew nutshell liquid (CNSL) into hydrocarbons. The catalysts were characterized by various techniques, including XPS, TEM, Raman spectroscopy, H2-TPR, and XRD, and tested in hydrodeoxygenation reactions under solvent-free conditions. It was decided to eliminate the catalyst reduction step, a measure that may contribute to reducing the costs of the processes developed. The Ru/NbOPO4 catalyst showed remarkable formation of RuO2 nanocrystals with nanostar-like morphologies, which favored the hydrogenation reactions. In turn, the NiPNb catalyst demonstrated excellent metal dispersion, suggesting the presence of single atoms, which resulted in excellent transalkylation activity. The reactions carried out in the presence of the catalysts developed in this thesis showed excellent catalytic performance, achieving complete conversion of the phenolic compounds of CNSL and bio-oil, with high yields of saturated hydrocarbons and/or alkylated phenols. Adjusting the Ru loading proved to be essential for preventing and controlling coke formation and metal leaching. The combination of the Ru/NbOPO4 catalyst with Hβ zeolite proved to be efficient in tandem hydrodeoxygenation, isomerization, and cracking processes, promoting the production of linear, branched, cyclic, and alkenes hydrocarbons for use as sustainable aviation fuel (SAF). For the first time, the production of SAF fraction from cashew nutshell liquid with physical and chemical properties compatible with those of fossil aviation kerosene was reported. In addition to the novel catalysts developed and the excellent results obtained, this thesis demonstrates that the processes developed are promising for the decarbonization of the air transport sector, representing significant advances for the energy transition and the valorization of lignocellulosic waste, as well as enabling the integration of these abundant resources into the global energy matrix.

Aviation, Biofuels, Biomass, Biorefinery, Sustainability