Development of heterogeneous catalytic processes for the valorization of biomass-derived carbohydrates into 5-hydroxymethylfurfural and biofuels.

Abstract

En esta tesis doctoral se aborda la valorización de biomasas lignocelulósicas y algales, ambas con un alto contenido en sacáridos, para la producción de 5-hidroximetilfurfural (HMF), una molécula plataforma clave en la obtención de monómeros para polímeros y biocombustibles. Se han estudiado diversos materiales con propiedades catalíticas para la transformación de sacáridos a HMF y derivados de interés como biocombustibles. Para ello, se desarrollaron y caracterizaron distintos catalizadores mediante diversas técnicas experimentales. Óxidos mixtos con propiedades ácidas se emplearon para facilitar la deshidratación de glucosa y galactosa a HMF. El HMF obtenido durante el proceso catalítico fue estabilizado utilizando un sistema bifásico agua-metilisobutilcetona. Óxidos mixtos de Zr y Nb se emplearon junto con una sal de calcio para la valorización de glucosa, mientras que nanoesferas de sílica dopadas con alúmina produjeron buenos resultados para el tratamiento de sacáridos derivados de algas. También se exploraron catalizadores con alta acidez de Brønsted para producir directamente biocombustibles como el 5-etoximetilfurfural (EMF) desde sacáridos y HMF. Las zeolitas, especialmente la zeolita beta con alto contenido de aluminio, mostraron alta actividad, beneficiadas por efectos de confinamiento de su microestructura. El uso de metilisobutilcetona como codisolvente ayudó a suprimir reacciones secundarias, permitiendo obtener altos rendimientos de EMF desde glucosa en un solo paso. Las resinas sulfónicas también fueron útiles en la conversión de HMF a EMF, aunque fue necesario un ácido de Lewis para transformar directamente glucosa en EMF. Finalmente, se modificó una zeolita beta mediante dealuminación y dopado con Zr para aumentar la acidez de Lewis y facilitar la transferencia catalítica de hidrógeno. Esto permitió transformar HMF en 2,5-bis(hidroximetil)furano y posteriormente en 2,5-bis(isopropoximetil)furano, otro biocombustible de interés.