| Resumo: |
As autoridades mundiais têm tentado pôr em prática o conceito de economia circular e autossuficiente. O projeto LigTech está alinhado com este conceito, visando desbloquear a lignina do licor negro, a corrente residual do processamento da polpa da madeira, para a produção de produtos químicos de valor acrescentado - vanilina e siringaldeído - através do desenvolvimento de uma tecnologia fotoeletrocatalítica de ponta. A indústria da pasta de papel é um dos maiores produtores mundiais de lignina, no entanto, quase toda a lignina está a ser queimada como um combustível de baixo valor. Para mudar este cenário, é urgente disponibilizar soluções tecnológicas eficientes e verdes de valorização da lignina. O projeto envolverá a demonstração da viabilidade da tecnologia desde os seus princípios básicos até à prova experimental do conceito (TRL de 3). A nova tecnologia será verde, escalável, robusta e potencialmente capaz de gerar as quantidades de vanilina e siringaldeído máximas predeterminadas pela estrutura da lignina, ou pelo menos valores próximos dos máximos. De modo a alcançar o objetivo global, três objetivos específicos devem ser atingidos: (1) Desenvolvimento de fotoânodos transparentes inovadores, (2) Desenvolvimento de um reactor fotoeletrocatalítico de fluxo, e (3) Aplicação da tecnologia fotoeletrocatalítica (fotoânodos + reator) para a oxidação seletiva da lignina do licor negro. O projeto irá iniciar-se com o fabrico e caracterização dos fotoânodos (Tarefa 1). Estes serão constituídos por um substrato de vidro revestido por uma camada condutora e uma camada com um fotocatalisador. O óxido de estanho dopado com flúor (FTO) será priorizado como camada condutora uma vez que é um material já bem estabelecido e quimicamente estável. Serão usados diferentes materiais como fotocatalisador, nomeadamente hematite, óxido de zinco e dióxido de titânio, pelo menos, na presença ou ausência de um dopante ou co-catalisador. Os fotoânodos serão caracterizados quanto às pr  |
Resumo
As autoridades mundiais têm tentado pôr em prática o conceito de economia circular e autossuficiente. O projeto LigTech está alinhado com este conceito, visando desbloquear a lignina do licor negro, a corrente residual do processamento da polpa da madeira, para a produção de produtos químicos de valor acrescentado - vanilina e siringaldeído - através do desenvolvimento de uma tecnologia fotoeletrocatalítica de ponta. A indústria da pasta de papel é um dos maiores produtores mundiais de lignina, no entanto, quase toda a lignina está a ser queimada como um combustível de baixo valor. Para mudar este cenário, é urgente disponibilizar soluções tecnológicas eficientes e verdes de valorização da lignina. O projeto envolverá a demonstração da viabilidade da tecnologia desde os seus princípios básicos até à prova experimental do conceito (TRL de 3). A nova tecnologia será verde, escalável, robusta e potencialmente capaz de gerar as quantidades de vanilina e siringaldeído máximas predeterminadas pela estrutura da lignina, ou pelo menos valores próximos dos máximos. De modo a alcançar o objetivo global, três objetivos específicos devem ser atingidos: (1) Desenvolvimento de fotoânodos transparentes inovadores, (2) Desenvolvimento de um reactor fotoeletrocatalítico de fluxo, e (3) Aplicação da tecnologia fotoeletrocatalítica (fotoânodos + reator) para a oxidação seletiva da lignina do licor negro. O projeto irá iniciar-se com o fabrico e caracterização dos fotoânodos (Tarefa 1). Estes serão constituídos por um substrato de vidro revestido por uma camada condutora e uma camada com um fotocatalisador. O óxido de estanho dopado com flúor (FTO) será priorizado como camada condutora uma vez que é um material já bem estabelecido e quimicamente estável. Serão usados diferentes materiais como fotocatalisador, nomeadamente hematite, óxido de zinco e dióxido de titânio, pelo menos, na presença ou ausência de um dopante ou co-catalisador. Os fotoânodos serão caracterizados quanto às propriedades elétricas, óticas, estruturais e morfológicas. Paralelamente, o sistema fotoeletrocatalítico será desenvolvido, bem como um sistema simples para testes preliminares (Tarefa 2). O reator será baseado nas células eletroquímicas de filtro-prensa convencionais, mas empregando (i) um fotoânodo e uma janela numa das faces para iluminação do fotoânodo, e (ii) um cátodo de aço inoxidável com uma rede mecanicamente impressa, chamada NETmix, para circulação de fluido, com um distribuidor de fluxo exclusivo e um permutador de calor. O licor negro será fornecido pela The Navigator Company e a lignina será isolada (Tarefa 3) para preparação de soluções puras a serem usadas como precursor. Posteriormente, a eficiência dos fotoânodos será preliminarmente avaliada e melhorada por uma abordagem teórica e experimental combinada (Tarefa 4). Por fim, será avaliado o desempenho da tecnologia fotoeletrocatalítica para a valorização da lignina (Tarefa 5). O projeto reunirá investigadores com competências complementares. A IR possui conhecimento em sistemas eletroquímicos e fotocatalíticos; a co-IR, V. Vilar e R.Boaventura desenvolveram/estão a desenvolver sistemas baseados no NETmix para remediação de água/ar e redução de CO2; M. Dias possui um grande conhecimento em todos os recursos e aplicações do NETmix como sua co-inventora; A. Rodrigues tem uma vasta experiência na valorização da lignina do licor negro; e D. Morais é uma aluna de doutoramento da FCT com foco na fotoeletrocatálise aplicada à síntese orgânica. Para além disso, um bolseiro será contratado e serão estabelecidas quatro colaborações (três internacionais e uma nacional) para apoiar a preparação, caracterização e validação dos fotoânodos. A IR foi contratada como Investigadora Júnior pela FCT (CEECIND 02196/2017) para desenvolver um plano de trabalhos com objetivos semelhantes aos contemplados neste projeto, o qual fornecerá parte dos recursos necessários. A co-PI e V. Vilar possuem contratos FCT(CEECIND/01386/2017 e CEECIND/01317/2017) para o desenvolvimento de tecnologias com base no NETmix. |
| Resultados: |
Espera-se que os fotoânodos desenvolvidos apresentem elevada conversão e seletividade para a oxidação da lignina em vanilina e siringaldeído. A aplicação deste fotoânodos no reator fotoeletrocatalítico com transferência de massa intensificada, ou seja, a aplicação da nova tecnologia fotoeletrocatalítica, potencialmente induzirá os rendimentos máximos atingíveis de produção de vanilina e siringaldeído, predeterminados pela estrutura da lignina ou, pelo menos, valores próximos dos máximos. A nova tecnologia irá também favorecer a utilização de um processo sustentável de síntese de vanilina e siringaldeído, tendo em conta as suas características verdes: (i) capacidade de usar temperatura e pressão ambiente, (ii) capacidade de usar uma baixa voltagem, (iii) uso de regime laminar, (iv) uso de elétrodos com materiais seguros, e (v) ausência de produção de produtos químicos nocivos. Para além disso, os fotoânodos produzidos também podem inspirar uma série de aplicações em optoeletrónica, sensores, ciências de materiais, etc., e o reator fotoeletrocatalítico desenvolvido pode ser útil não só na oxidação seletiva de compostos orgânicos, mas também na fixação de azoto e redução de dióxidos de carbono. |