Production of furfural from xylose using innovative heterogeneous acid-catalysts and simultaneous furfural separation

Zusammenfassung

Esta tesis se ha centrado en el diseño de catalizadores heterogéneos ácidos innovadores y métodos avanzados de separación aplicados a la producción de furfural a través de azúcares extraídos de biomasa, como la xilosa. En el apartado de la síntesis de los catalizadores heterogéneos, se han probado tres catalizadores diferentes, con propiedades fisicoquímicas diferentes: Amberlyst 70, soportes de SBA-15 modificados y fluoruros de magnesio parcialmente hidroxilados. Según los resultados obtenidos en operación en modo batch, la actividad catalítica de deshidratación de xilosa y el rendimiento de furfural están directamente correlacionados con la estructura de los catalizadores (comprobados mediante el Amberlyst 70 y el SBA-15) así como con las propiedades ácidas del soporte, sobre todo por la relación de centros ácidos Lewis y Bronsted en la superficie del catalizador. Asimismo, se han realizado ensayos de stripping simultáneo de furfural mediante nitrógeno. Los resultados demostraron que el rendimiento y selectividad obtenidos pueden ser tan altos como en el caso de la extracción con tolueno. La ventaja que tiene este proceso es el bajo coste debido a la alta reciclabilidad que tiene el nitrógeno respecto al vapor de agua, utilizado en el proceso actual de producción de furfural. Además de ello, se han realizado ensayos con mezclas de azúcares (xilosa+glucosa) y biomasa sin tratar (mazorcas de maíz) que corroboran el alto rendimiento que el proceso diseñado combinando métodos avanzados de separación junto con catalizadores ácidos heterogéneos. El estudio económico realizado señala que los costes de operación pueden ser significativamente reducidos si el proceso actual es modificado por el stripping con nitrógeno. Este trabajo ha permitido la publicación de los resultados en varias revistas de alto índice de impacto.