Catalytic hydrogenation: novel process for valorization of 3-hydroxybutyric acid and advanced in situ infrared spectroscopy applied to CO2 conversion

dc.contributor.advisor1Corrêa Bueno, José Maria
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0157452280626031
dc.contributor.authorMarques Barros, João Lucas
dc.contributor.authorlatteshttps://lattes.cnpq.br/7204432143271628
dc.contributor.refereeCorrêa Bueno, José Maria
dc.contributor.refereeOliveira dos Santos, João Batista
dc.contributor.refereePetrolini, Davi
dc.contributor.refereeda Silva, Adriana Maria
dc.contributor.refereeZanchet, Daniela
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/0157452280626031
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/0285313473901330
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/2838981344399281
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/6404331228160073
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/0601216568829240
dc.date.accessioned2026-05-27T20:51:56Z
dc.date.issued2026-02-26
dc.description.abstractA novel aqueous-phase hydrogenation reaction was developed for the conversion of 3-hydroxybutyric acid (HBA) to 1,3-butanediol (1,3-BDO) over catalysts composed of Ru supported on TiO2, SiO2, and C. Analyses using XRD and Raman spectroscopy indicated strong metal-oxide interaction in the Ru/TiO2 samples, while weak interaction of Ru with SiO2 led to crystallization of the Ru species. Preliminary catalytic tests with a commercial Ru/C catalyst showed that higher H2 pressure and low temperature (130 ºC) enabled selective hydrogenation of HBA to 1,3-BDO. Compared to the commercial catalyst, the synthesized Ru/TiO2 and Ru/SiO2 catalysts were more selective towards 1,3-BDO, achieving 38% selectivity with a catalyst composed of 2.0% Ru supported on TiO2. The SiO2-supported catalyst was significantly more active (62% HBA conversion at 150 ºC) than the TiO2-supported counterpart, but was also more prone to side reactions leading to 2-propanol and 2-butanol. Stability experiments with the 1,3-BDO product revealed that the Ru-based catalysts promoted side reactions originating from 1,3-BDO, especially over the SiO2-supported catalyst, which could explain the lower selectivity observed in the catalytic HBA hydrogenation. A mechanistic investigation indicated that 1,3-BDO could undergo dehydration to 2-butanol and dehydrogenation to 4-hydroxy-2-butanone, a possible intermediate in the formation of 2-propanol by a C-C cleavage pathway.eng
dc.description.resumoUm novo processo de reação em fase aquosa foi desenvolvido para a conversão do ácido 3-hidróxibutírico (HBA) para 1,3-butanodiol (1,3-BDO) sobre catalisadores de Ru suportados em TiO2, SiO2 e C. As análises de DRX e espectroscopia Raman indicaram forte interação metal-óxido nas amostras Ru/TiO2, enquanto interações fracas no Ru com SiO2 levaram a cristalização das espécies de Ru. Os testes catalíticos preliminares com um catalisador comercial Ru/C mostraram que alta pressão de H2 e baixa temperatura (130 ºC) promoveram a hidrogenação seletiva do HBA para 1,3-BDO. Em comparação ao catalisador comercial, os catalisadores sintetizados Ru/TiO2 e Ru/SiO2 foram mais seletivos para 1,3-BDO, atingindo 38% de seletividade com um catalisador contendo 2.0% Ru suportado em TiO2. O catalisador suportado em SiO2 for significativamente mais ativo (62% de conversão de HBA a 150 ºC) que o TiO2, mas também mais suscetível a reações laterais resultado em 2-propanol e 2-butanol. Experimentos de estabilidade do produto 1,3-BDO revelaram que os catalisadores baseados em Ru promoveram reações laterais a partir do 1,3-BDO, especialmente sobre o catalisador suportado em SiO2, o que pode explicar a baixa seletividade observada na hidrogenação catalítica do HBA. Uma investigação do mecanismo reacional indicou que o 1,3-BDO pode sofrer desidratação para 2-butanol e desidrogenação para 4-hidróxi-2-butanona, um possível intermediário na formação de 2-propanol através de um mecanismo de clivagem da ligaçao C-C.
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.identifier.citationMARQUES BARROS, João Lucas. Catalytic hydrogenation: novel process for valorization of 3-hydroxybutyric acid and advanced in situ infrared spectroscopy applied to CO2 conversion. 2026. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, Campus São Carlos, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/24175.*
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/24175
dc.language.isoeng
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.centerCentro de Ciências Exatas e de Tecnologia - CCET
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ
dc.relation.urihttps://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsengineeringau.5c00049
dc.rightsAttribution 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/
dc.subjectValorização do ácido 3-hidróxibutírico
dc.subjectProdução de 1,3-butanodiol
dc.subjectHidrogenação
dc.subjectCatalisadores de Ru
dc.subject3-hydroxybutyric acid valorizationeng
dc.subject1,3-butanediol productioneng
dc.subjectHydrogenationeng
dc.subjectRu catalystseng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
dc.subject.ods9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
dc.titleCatalytic hydrogenation: novel process for valorization of 3-hydroxybutyric acid and advanced in situ infrared spectroscopy applied to CO2 conversioneng
dc.title.alternativeHidrogenação catalítica: novo processo para valorização do ácido 3-hidróxibutírico e espectroscopia no infravermelho in situ avançada aplicada à conversão de CO2
dc.typeTese

Arquivos

Pacote Original

Agora exibindo 1 - 1 de 1
Carregando...
Imagem de Miniatura
Nome:
Tese_Joao_Lucas_2026.pdf
Tamanho:
6.4 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format