CONVERSÃO DE FURFURAL A ÁLCOOL FURFURÍLICO VIA HIDROGENAÇÃO CATALÍTICA POR TRANSFERÊNCIA EM FASE LÍQUIDA

Abstract

Diante da urgência em mitigar a crise climática e fomentar a economia circular bio-baseada, este trabalho investigou a conversão de furfural em álcool furfurílico (FuOH) por meio da reação de Meerwein–Ponndorf–Verley (MPV) em fase líquida. O estudo combinou experimentação laboratorial com simulações computacionais no simulador Aspen Plus, visando avaliar a viabilidade do processo e elucidar os fatores limitantes envolvidos. Como catalisador, foi utilizada argila maranhense previamente submetida a tratamentos de ativação ácida e básica, seguidos de calcinação. Os experimentos foram conduzidos a 120 °C por 1 h, utilizando uma razão molar furfural/isopropanol de 1:2, com 1,5 mL de furfural, 3 mL de isopropanol e 1,5 g de catalisador. Os resultados foram comparados ao desempenho do óxido de zircônio (ZrO₂), que também foi utilizado como catalisador nos ensaios de bancada. As análises por GC–MS revelaram que a argila proporcionou 45,1 % de conversão de furfural, sem formação de FuOH, principal produto de interesse, mas com predominância de oligômeros e produtos de transesterificação. Já o ZrO₂ apresentou conversão de 8,2 %, com perfil de subprodutos mais limpo, porém também sem geração de FuOH. Esses dados evidenciam que taxas de conversão isoladas não explicam os mecanismos moleculares envolvidos: a acidez moderada da argila favorece reações de condensação e oligomerização, enquanto o ZrO₂, apresenta sítios ácidos mais dispersos nessa conversão e induz processos de etoxilação e ciclização, ambos desviando da rota MPV. Considerando a ausência de FuOH nos produtos, foram realizadas simulações termodinâmicas em um reator RGIBBS, equipamento que simula a reação no equilíbrio termodinâmico de fases e químico, que confirmaram a baixa viabilidade do processo sob equilíbrio, indicando produção insignificante do álcool. Buscando alternativas, simulou-se um reator CSTR (do inglês Continuous Stirred Tank Reactor, modelo contínuo ideal com mistura completa) sob condições otimizadas (20 bar, 180 °C), utilizando o modelo termodinâmico NRTL (Non-Random Two-Liquid, considera interações não ideais entre os componentes da mistura). Nessas condições, com razão furfural/isopropanol 1:1 a 133,3 °C e 50 kg de catalisador (ρcat = 1500 kg/m³), obtiveram-se conversão de 99,86 % e seletividade de 99,82 % para FuOH. Quando testadas novamente no RGIBBS, essas condições mostraram que apenas com a introdução de barreiras cinéticas e controle de difusão, o produto permanece estável em níveis significativos, sendo utilizadas equações do tipo power law e todas as reações com ordem zero. Conclui-se, portanto, que a formação de FuOH pela rota MPV não é termodinamicamente favorecida, inexistindo uma janela operacional espontânea para sua síntese. Assim, o uso de catalisadores eficazes é fundamental para direcionar vias reacionais mais seletivas. Embora o FuOH não tenha sido formado, os produtos obtidos apresentam potencial em aplicações industriais, como fragrâncias, aditivos e solventes verdes. As argilas maranhenses se mostram promissoras como catalisadores, mas ainda requerem otimizações para viabilização prática do processo.