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O projecto tem como objectivo o desenvolvimento de catalisadores metálicos suportados para a oxidação selectiva em fase líquida de substratos orgânicos renováveis, tais como hidratos de carbono, usando oxigénio molecular em condições moderadas de temperatura e pressão. Pretende-se usar matérias-primas derivadas da biomassa na síntese de produtos de química fina e intermediários. Os hidratos de carbono são uma fonte importante de compostos que podem ser usados como produtos químicos de base no contexto das Bio-refinarias. Em particular, os açúcares como a glucose, xilose e arabinose, que podem ser obtidos a partir da biomassa celulósica, podem ser transformados por oxidação em produtos interessantes (ácidos aldónicos). Entre as vias alternativas que se podem usar para a oxidação dos hidratos de carbono (química, bioquímica e catalítica), a catálise heterogénea com catalisadores de ouro surge como uma tecnologia muito promissora, uma vez que se baseia em oxidantes e solventes amigos do ambiente (oxigénio e água), em condições operatórias suaves. As propriedades catalíticas do ouro dependem da sua preparação sob a forma de nanopartículas ou cristalites de tamanho nanométrico dispersas num suporte adequado. Os materiais de carbono são suportes de eleição para este tipo de catálise, pois apresentam estabilidade em meios ácidos e básicos, as suas propriedades texturais e de superfície podem ser afinadas à medida das necessidades, e os métodos de preparação de catalisadores de ouro nestes suportes não exigem tratamentos a temperaturas elevadas. Ora a catálise com materiais de carbono é precisamente a principal área de investigação do grupo LCM, no qual existe já uma experiência considerável no que respeita à produção de vários tipos de materiais (xerogeis, réplicas, nanofibras e nanotubos de carbono) com propriedades texturais e de superfície apropriadas para a sua utilização como catalisadores e suportes. O desempenho dos catalisadores Au/C depende sobretudo das propri  |
Summary
O projecto tem como objectivo o desenvolvimento de catalisadores metálicos suportados para a oxidação selectiva em fase líquida de substratos orgânicos renováveis, tais como hidratos de carbono, usando oxigénio molecular em condições moderadas de temperatura e pressão. Pretende-se usar matérias-primas derivadas da biomassa na síntese de produtos de química fina e intermediários. Os hidratos de carbono são uma fonte importante de compostos que podem ser usados como produtos químicos de base no contexto das Bio-refinarias. Em particular, os açúcares como a glucose, xilose e arabinose, que podem ser obtidos a partir da biomassa celulósica, podem ser transformados por oxidação em produtos interessantes (ácidos aldónicos). Entre as vias alternativas que se podem usar para a oxidação dos hidratos de carbono (química, bioquímica e catalítica), a catálise heterogénea com catalisadores de ouro surge como uma tecnologia muito promissora, uma vez que se baseia em oxidantes e solventes amigos do ambiente (oxigénio e água), em condições operatórias suaves. As propriedades catalíticas do ouro dependem da sua preparação sob a forma de nanopartículas ou cristalites de tamanho nanométrico dispersas num suporte adequado. Os materiais de carbono são suportes de eleição para este tipo de catálise, pois apresentam estabilidade em meios ácidos e básicos, as suas propriedades texturais e de superfície podem ser afinadas à medida das necessidades, e os métodos de preparação de catalisadores de ouro nestes suportes não exigem tratamentos a temperaturas elevadas. Ora a catálise com materiais de carbono é precisamente a principal área de investigação do grupo LCM, no qual existe já uma experiência considerável no que respeita à produção de vários tipos de materiais (xerogeis, réplicas, nanofibras e nanotubos de carbono) com propriedades texturais e de superfície apropriadas para a sua utilização como catalisadores e suportes. O desempenho dos catalisadores Au/C depende sobretudo das propriedades do suporte de carbono e do método de preparação do catalisador, em que a natureza e concentração dos grupos funcionais na superfície do material desempenham um papel fundamental. Propomos aplicar aqui os conhecimentos adquiridos nesta área, de forma a melhorar a actividade (cristalites de ouro pequenas e bem dispersas) e estabilidade (impedir a lixiviação do metal) dos catalisadores de ouro suportados em carbono.
Assim, o objectivo específico deste projecto consiste em desenvolver catalisadores suportados de ouro (eventualmente com promotores) para a oxidação selectiva de hidratos de carbono em fase líquida usando oxigénio molecular em condições suaves. Prepararemos materiais de carbono com poros na gama dos mesoporos, que são convenientes para evitar limitações difusionais. A funcionalização da superfície destes suportes proporcionará centros de fixação das fases activas ou dos seus precursores, de forma a conseguir catalisadores suportados com elevada dispersão da fase metálica (cristalites pequenas) que são essenciais para se conseguir uma actividade elevada. Usaremos diferentes metodologias para a incorporação das fases activas, de forma a conseguir elevada actividade, selectividade e estabilidade, que são requisitos fundamentais para uma tecnologia catalítica de sucesso. Além disso abordaremos alguns aspectos de engenharia que são importantes para o eventual scale-up do processo, nomeadamente a produção do catalisador sob uma forma estruturada (monólito ou módulo de fibras) que permita a sua utilização posterior em operação contínua. |