Oxidação fotoeletrocatalítica de glicose a compostos orgânicos com maior valor agregado empregando fotoeletrodos de nanotubos de dióxido de titânio

Abstract

A produção de etanol e açúcar a partir de cana-de-açúcar é um atividade de grande importância no Brasil, mas também fonte de grande preocupação ambiental devido ao grande acúmulo de biomassa na forma de bagaço e vinhaça gerados como rejeitos. A biomassa lignocelulósica é constituída de celulose, com estrutura formada de unidades de glicose polimerizadas, deste modo estudos voltados para a conversão de glicose em compostos químicos com maior valor agregado seria relevante para buscar novas formas de aproveitamento destes rejeitos. O objetivo do presente trabalho é investigar a aplicabilidade da técnica de fotoeletrocatálise para promover a oxidação de glicose em meio aquoso utilizando nanotubos de dióxido de titânio (NT-Ti/TiO2) como fotoanodos com vistas a obtenção de compostos com maior valor agregado. Os eletrodos de nanotubos de dióxido de titânio (NT-Ti/TiO2) foram preparados por oxidação eletroquímica de Ti em solução 1,0 mol L-1 de NaH2PO4 + 0,3% (m/m) HF como eletrólito de suporte sob potencial de 20V por 2 h e calcinado a 450 °C. Um método analitico baseado em cromatografia de troca iônica com detecção amperométrica foi desenvolvido para análise de glicose, acido glicônico, acido glicárico, arabitol e arabinose e curvas analíticas foram construídas em concentrações de 1,00 a 20,0x10-6 mol L-1, r = 0,9995, e o método alcançou limites de detecção e determinação ao redor de LD = 0,03x10-6 mol L-1 e LQ = 0,08x10-6 mol L-1 para a determinação de glicose. O método foi utilizado para monitoramento dos produtos gerados durante oxidação fotoeletrocatalítica de 10,0 mmol L-1 de glicose sob potencial de +1,5 V vs Ag/AgCl e irradiação UV/Vis que alcançou 72% de conversão após 180 min de tratamento. Medidas de remoção de carbono orgânico total mostraram que 28% da glicose foi convertida a CO2 e o restante foi transformado em outro produtos, tais como Arabinose, arabinitol, 4-cetoglicose, glucohexodialdose, glucona-δ-lactona, 6-desoxiglucose e o ácido glicônico, cuja maioria foi confirmada por espectrometria de massas. Os resultados demonstram que a técnica de fotoeletrocatálise pode ser uma alternativa simples, econômica e promissora para promover a conversão da glicose em alguns produtos de interesse econômico.

The production of sugar and ethanol from sugarcane is an activity very important in Brazil, but it is also a source of great environmental concern due to the large accumulation of biomass in form of bagasse and vinasse generated as waste of this process. The lignocellulosic biomass is made up of cellulose, wich structure is made of polymerized glucose units. Thereby studies focused on the conversion of glucose into added value chemical compounds would be relevant to seek new ways to use these waste. This work describes the construction electrodes of titanium dioxide nanotubes (NT-Ti / TiO2) and its application in photoeletrocatalytic oxidation of glucose in aqueous media aimed at converting glucose into compounds with higher added value. The electrodes were prepared by electrochemical oxidation of Ti in solution of 1.0 mol L-1 NaH2PO4 + 0.3% (m/m) HF as supporting electrolyte under a potential of 20V for 2 h and calcined at 450 ° C. An analytical method based on ion exchange chromatography with amperometric detection was developed for glucose, gluconic acid, glucarico acid, arabitol and Arabinose analysis and analytical curves were constructed at concentrations of 1.00 to 20,0x10-5 mol L-1, r = 0.9995, and the method achieved detection limits and determination around 0,03x10-6 mol L-1 and 0,08x10-6 mol L-1 for glucose determination, respectively. The method was used for monitoring the generated products due the oxidation photoeletrocatalytic 10.0 mmol L-1 glucose solution under potential of +1.5 V vs Ag / AgCl and irradiating UV / Vis that achieved 72% conversion after 180 min of treatment. Measurements of total organic carbon removal showed that 28% of the glucose was converted to CO2 and the rest was transformed into other products, such as arabinose, arabinitol, 4- ketoglicose, glucohexodialdose, Glucone-δ-lactone, 6-deoxyglucose and acid gluconic, most of which was confirmed by mass spectrometry. The results demonstrate that photoelectrocatalysis technique may be a simple, economical and attractive alternative to promote glucose conversion into some products of economic interest.