Hidrólise-hidrogenação do amido com produção direta de sorbitol e derivados

Abstract

O presente trabalho avaliou o processo de hidrólise, hidrogenação e hidrogenólise a partir do amido de milho, levando em consideração diferentes tipos de catalisadores, o teor de metal na sua superfície, a pressão, a temperatura e a influência do meio ácido/básico sobre as reações. Foram preparados, pelo método de impregnação úmida, catalisadores monometálicos (níquel), bimetálicos (níquel-rutênio) e trimetálico (níquel-rutênio-cálcio) suportados em dois tipos de carvão ativado comercial: 141-S (C1) e o 118-L (C2), avaliando-se a influência do teor dos metais sobre as reações. A caracterização dos catalisadores foi realizada pelas técnicas de adsorção/dessorção de N2, difração de raios-x, análise termogravimétrica, espectroscopia de infravermelho, absorção atômica, determinação da acidez pelo método de Boehm e ponto de carga zero. Na reação de hidrólise do amido, foi obtido um valor máximo de 62,0 g.L⁻¹ de glicose a 170ºC. Nas reações de hidrogenação, em meio aquoso neutro, observou-se um aumento da conversão de glicose com o aumento da temperatura, que correspondeu a um valor máximo de 99,3% com seletividade em sorbitol de 86,6% para o catalisador Ni (10%)/C1 na melhor temperatura de 160ºC. Para o catalisador Ni-10%-Ru-2%/C1, em meio neutro a 160ºC, a conversão chegou a 97,8%, com seletividade em sorbitol de 91,6% e rendimento da reação de 91,4%; quando em meio aquoso acético a conversão foi de 97,8%, seletividade em sorbitol de 87,0% e rendimento de 85,2%, que evidenciou a estabilidade do catalisador em meio ácido. No processo de hidrólise-hidrogenação, realizado de forma direta, observou-se uma conversão do amido de 100%, com a concentração de sorbitol chegando a 71,1 g.L⁻¹ com o catalisador Ni-(10%)-Ru-(2%)/C2 na temperatura de 200ºC, em 4h de reação. Nestas reações, o aumento da temperatura e do teor de rutênio favoreceram a formação de sorbitol. Para as reações de hidrogenólise, com o catalisador bimetálico, observou-se que o aumento da temperatura favoreceu a conversão do sorbitol que chegou até 71,6%, com seletividades de 40,7% em 1,2-propanodiol, 26,5% em etileno glicol e 25,8% em glicerol a 220ºC. Para o catalisador trimetálico, a conversão do sorbitol foi a mais baixa observada dentre os três catalisadores avaliados, com a seletividade mais alta em produtos voláteis (44,8%). O mecanismo proposto de modelo cinético levou em consideração os efeitos do meio reacional homogêneo, responsável pela hidrólise ácida, associado aos efeitos de superfície, responsáveis pelas etapas de hidrogenação-hidrogenólise, segundo à hipótese de Langmuir-Hinshelwood, e considerando todas as etapas reacionais de primeira ordem, com um bom ajuste das equações diferenciais do modelo, e obtendo erro relativo da ordem de 4,31%.