Oxidation of sugar mixtures on gold nanoparticle extrudates

El presente trabajo fue realizado en el laboratorio de química industrial e ingeniería de la reacción en Åbo Akademi University (Turku, Finlandia) con la colaboración de la Universidad de Valladolid (Valladolid, España) en posesión de una beca de movilidad Erasmus. El trabajo fue supervisado por Tapio Salmi, Dmitry Murzin y Juan García Serna. El proyecto enfocado en la revalorización de la biomasa proveniente de residuos forestales tiene como objetivo el estudio de la reacción de oxidación de azucares sobre un catalizador con nano partículas de oro. Los azucares, provenientes de la hidrólisis de la biomasa, pueden ser revalorizados mediante la fijación de un átomo de oxígeno en un grupo hidroxilo originando un grupo carboxilo en la molécula. Los azúcares ácidos obtenidos son compuestos de valor añadido usados en la industria farmacéutica, alimentaria y de la construcción como aditivos. El creciente desarrollo de nuestra sociedad ha obligado a la industria a buscar nuevas fuentes de materias primas, alternativas al petróleo y más sostenibles. Es por ello que la investigación está orientada al progreso de procesos eficientes y sostenibles, procesos que favorezcan el desarrollo sostenible como la teoría “Green chemistry”. Dentro de esta teoría encontramos conceptos como el aplicado en este proyecto, el concepto de biorrefinería. El concepto de biorrefinería hace referencia al conjunto de procesos y tecnologías que convierten la biomasa en energía y productos de valor añadido. Durante el desarrollo de este proyecto se llevaron a cabo experimentos en un reactor semi-batch a 70oC, pH 8 y presión atmosférica equipado con un sistema de adicción automática de hidróxido sódico que permitía controlar de una forma precisa el pH. La reacción de oxidación de dos azúcares básicos C5 y C6 (arabinosa y glucosa respectivamente) gracias a la presencia de nanopartículas de oro sobre alúmina que actuaban como catalizador. El sistema disponía de una tecnología nueva conocida como SpinChe
The current work was carried out at the Laboratory of Industrial Chemistry and Reaction Engineering, Department of Chemical Engineering at Åbo Akademi University (Turku/Åbo, Finland) in collaboration with University of Valladolid within the framework of Erasmus mobility. The supervisors were Academy Professor Tapio Salmi and Professor Dmitry Murzin from the host university and Professor Juan García Serna from the home university. The project was focused on the valorization of biomass from forest-based feedstock. The aim was the catalytic oxidation of sugar mixtures on gold nanoparticles supported on alumina. The sugars, originating from biomass hydrolysis, can be valorized by oxidation of a hydroxyl group to a carboxyl group, giving the corresponding sugar acid. These sugar acids are useful for the alimentary, pharmaceutical and construction industry as additives. Nowadays, alternative feedstock and more sustainable technologies are continuously under development and research, avoiding the use of oil feedstock in future. Green chemistry and green process technology are the areas of chemical engineering focusing on the design of products and processes, which minimize the environmental impact. Biorefinery belongs to this concept concerning the biomass conversion starting with non-petroleum feedstock and developing more sustainable processes. During this work, several experiments were conducted in a laboratory-scale semi-batch reactor at 70oC, pH 8 and atmospheric pressure. The system was equipped with a titrator, which automatically added sodium hydroxide into the reaction mixture to maintain a constant alkaline pH. The oxidation of two C5 and C6 sugars, arabinose and glucose, on gold nano-particles were studied in this project. One of the novelties of this oxidation process is the application of SpinChemTm technology, which allows the use of immobilized catalyst and high turbulence to suppress external mass transfer limitations around the catalyst particles and givin
Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente
Máster en Ingeniería Química