Idrolisi acida diretta di biomasse lignocellulosiche e cellulosiche: confronto tra catalizzatori a base di Zr/P/O e Nb/P/O

La trasformazione di biomasse lignocellulosiche in sostanze chimiche utili è strategica nello sviluppo del concetto di bio-raffineria. Il punto di partenza di questa trasformazione è la destrutturazione della lignocellulosa, con conseguente depolimerizzazione delle frazioni cellulosiche ed emicellulosiche in monosaccaridi, o la successiva trasformazione di questi zuccheri in bio-molecole piattaforma. Le difficoltà principali in questo processo sono rappresentate dalla resistenza della guaina esterna di lignina e dall’elevato impaccamento delle catene cellulosiche. Per questo motivo, vi è un grande interesse nello sviluppo di sistemi catalitici acidi eterogenei efficaci nell’idrolisi di biomassa lignocellulosa. Nel nostro lavoro sono state confrontate le prestazioni catalitiche di diversi sistemi acidi eterogenei, zirconio e niobio fosfato, impiegati nell’idrolisi diretta di farina di conifera grezza e di cellulosa pretrattata. Dalle prove di reattività condotte sia sulla farina di conifera grezza che sulla cellulosa pretrattata in mulino a sfere, è possibile osservare che entrambi i sistemi catalitici presentano conversioni simili della matrice lignocellulosica. Il sistema niobio fosfato risulta però maggiormente attivo nella conversione della parte emicellulosica, mentre il sistema zirconio fosfato è attivo nella trasformazione sia della frazione cellulosica che emicellulosica. Diverse sono invece le prestazioni dei due sistemi in termini di prodotti ottenuti: mentre il sistema zirconio fosfato presenta rese molto più alte in monosaccaridi (specialmente in glucosio), il sistema niobio fosfato è maggiormente attivo nella formazione dei successivi prodotti di idratazione/condensazione (in particolare 5-idrossimetilfurfurale, furfurale e acido levulinico). Quando si utilizza l’irraggiamento microonde anziché quello tradizionale, si ottiene una significativa diminuzione del tempo di reazione, a parità di selettività; questo conferma perciò i benefici dell’irraggiamento microonde nell’idrolisi delle biomasse. Le diverse prestazioni catalitiche ottenute sono state correlate alle proprietà acide dei due sistemi a base di metallo-fosfato.