Biomass Valorization for the Production of Value-Added Chemicals and Bio-Fuels

Two series of mixed oxide catalysts with nominal composition M13-xM2xO4 have been synthesized with non-noble metals, wherein M1=Co and M2=Fe or M1=Cu and M2=Mn, by cost effective co-precipitation method. Each serie consists of 5 catalysts with the cation fractions M2/(M1+M2) of 0.00, 0.33, 0.50, 0.67, 1.00. The catalysts have been characterised using XRD, EDX, N2 physisorption, FT-IR, UV-VIS, TEM and TPR techniques, then employed in the successive oxidation reactions of biomass derived 5-hydroxymethylfurfural (HMF) to several value added chemicals, which have a diverse portfolio of applications in various industries, including maleic anhydride (MA), 2,5-furandicarboxaldehyde (DFF), 5-Hydroxymethyl-2-furancarboxylic acid (HMFCA), 5-formyl-2-furancarboxylic acid (FFCA) and 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA), which can serve as an alternative substitute for fossil fuel derived terephthalic acid in the production of polyethylene terephthalate (PET) plastics. The oxidation reaction products of HMF were analyzed by HPLC then kinetics study has been performed. The ultimate goal is not only to investigate the correlations between physicochemical properties and catalytic performances of the aformentioned catalysts on the complex cascade HMF to FDCA oxidation process but also to make a humble contribution to the scientific literature for a sustainable, renewable and greener world.

Due serie di catalizzatori a base di ossidi misti con composizione nominale M13-xM2xO4 sono stati sintetizzati con metalli non nobili, in cui M1=Co e M2=Fe o M1=Cu e M2=Mn, con il metodo della co-precipitazione. Ogni serie è composta da 5 catalizzatori con rapporti tra i cationi pari a M2/(M1+M2) 0.00, 0.33, 0.50, 0.67, 1.00. I catalizzatori sono stati caratterizzati attraverso tecniche XRD, EDX, fisisorbimento di N2, FT-IR, UV-VIS, TEM e TPR, e successivamente testati nelle reazioni di ossidazione del 5-idrossimetilfurfurale (HMF) derivante da biomasse a diversi intermedi ad elevato valore aggiunto, che hanno importanti applicazioni in vari settori dell’industria chimica, tra cui l'anidride maleica (MA), la 2,5-furandicarboxaldeide (DFF), l'acido 5-idrossimetil-2-furancarbossilico (HMFCA), e l’acido 5-formil-2-furancarbossilico (FFCA) e l’acido 2,5-furandicarbossilico (FDCA), che è importante come un sostituto alternativo all’acido tereftalico derivato da materie prime fossili per la produzione di polietilenetereftalato (PET). I prodotti di reazione derivanti dall’ossidazione del HMF sono stati analizzati mediante HPLC ed è stato eseguito un approfondito studio cinetico. L'obiettivo finale è stato non solo quello di trovare una correlazione tra proprietà fisico-chimiche ed attività catalitica dei catalizzatori presi in esame per la complessa trasformazione dell’HMF a FDCA, ma anche quello di dare un contributo consistente ai processi chimici industriali alla base di uno sviluppo sostenibile della società.