Valorization of a Platform Chemicals Issued From Sugars Hydrogenation Reactions Over Supported Metal Catalysts on Functionalized Carbon Materials

Abstract

The worldwide demand of energy and its excessive consumption will lead soon to fuel reserve deficiencies and harmful effects over the climate. All this items have caused a shift of the research interest toward new long-term, green, and sustainable energy sources. Such alternative is the catalytic conversion in liquid phase of carbohydrates originated from the renewable lignocellulosic biomass in biofuels and industrial commodities of high added value. To achieve this is necessary to develop an active, robust, and cost-efficient catalyst for carbohydrates chemical valorization trough dehydration, isomerization and hydrodeoxygenation reactions. In this thesis, commercial and homemade (from residual biomass) carbon materials are functionalized and employed as supports and catalysts in the aforementioned reactions. The material’s structure and reaction parameters are modified in order to obtain high process efficiency: high conversion and desired product yields. Some kinetic aspects of the reaction are also studied as well as the viability of the catalysts in biorefinery processing at large scale.

La demande mondiale et la surconsommation d'énergie vont entrainer bientôt un épuisement des réserves de carburant et une aggravation de la situation climatique. Cela a amené les chercheurs à se concentrer sur de nouvelles sources d'énergie durables et vertes. La conversion catalytique en phase liquide d'hydrates de carbone issus de la biomasse lignocellulosique est une alternative idéale pour la production de biocarburants et de produits industriels à haute valeur ajoutée. Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire de développer un procédé catalytique actif, efficace et rentable de valorisation des carbohydrates par les réactions de déshydratation, isomérisation ou hydrodésoxygénation. Dans cette thèse, des matériaux carbonés commerciaux et préparés en laboratoire à partir de biomasse résiduelle ont été fonctionnalisés. Ces matériaux ont été utilisés comme supports et catalyseurs dans les réactions mentionnées au-dessus. La structure des matériaux et les paramètres de réaction ont été modifiés afin d'obtenir une haute efficacité du procédé à la fois en conversion et en rendement en produits souhaités. Certains aspects cinétiques ont été évalués et la viabilité des carbones fonctionnalisés dans les processus de bioraffinerie à grande échelle a été étudiée.

La demanda mundial y el consumo excesivo de energía conducirán pronto a un agotamiento de las reservas de combustible y a un empeoramiento de la situación climática. Esto ha causado que los investigadores fijen su interés en nuevas fuentes de energía sostenibles y ecológicas. La conversión catalítica en fase líquida de carbohidratos originados a partir de biomasa lignocelulósica es una alternativa ideal para la producción de biocombustibles y productos industriales de alto valor añadido. Para lograr este objetivo, es necesario desarrollar un proceso catalítico activo, eficiente y rentable para la valorización de carbohidratos a través de su deshidratación, isomerización o hidrodesoxigenación. En esta tesis, se han funcionalizado materiales de carbono tanto comerciales como preparados en el laboratorio a partir de biomasa residual. Dichos materiales se han empleado como soportes y catalizadores en las reacciones antes mencionadas. La estructura de los materiales y los parámetros de reacción se han modificado con el fin de obtener una alta eficiencia del proceso tanto en conversión como en rendimiento a los productos deseados. Se han evaluado algunos aspectos cinéticos y se ha estudiado la viabilidad de los carbonos funcionalizados en procesos de biorrefinería a gran escala.