Hydrogenation of furfural to 2-methylfuran with carbon catalysts

2-methylfuran (2-MF) production through liquid-phase catalytic hydrogenation of furfural using 2-propanol as solvent was investigated over carbon-supported catalysts in a batch reactor. Acceptable values of 2-MF yields and selectivity were achieved using impregnated catalysts supported over activated carbon Norit® RB4C. The best results were observed using 2%/2% CuFe catalysts after 5 hours reaction time at 230°C: 42.8% yield and selectivity. Nevertheless, with some nickel-based catalysts, such as 2% and 10% Ni, almost 33% and 41% yields of 2-MF were achieved, respectively. An important outcome was that copper catalysts, historically the best catalysts suitable for 2-MF production, showed better results when used in combination with other metals, such as Fe or Ni. Moreover, it is advisable to reduce Cu before the reaction at lower temperature (~200°C) in order to improve catalytic performances. Other types of support (i.e. acid-washed Norit® RX3) and preparation techniques (i.e. atomic layer deposition) were tested, showing poor results.

La presente tesi di Laurea Magistrale concerne la produzione del 2-metilfurano (2-MF) attraverso l’idrogenazione catalitica in fase liquida del furfurolo, condotta all’interno di un reattore batch usando 2-propanolo come solvente. A tale scopo sono inoltre stati utilizzati vari catalizzatori supportati su carboni attivi. Sono stati ottenuti buoni valori di resa e selettività in 2-MF usando catalizzatori supportati su carboni attivi Norit® RB4C preparati attraverso la tecnica dell’impregnazione. In particolare, i migliori risultati sono stati osservati con 2%/2% CuFe con una reazione condotta a 230°C per 5 ore: circa 43% sia in resa che in selettività. Tra i migliori catalizzatori si annoverano inoltre quelli a base di nickel, in particolare 2% e 10% Ni, con cui sono stati raggiunti valori di resa in 2-MF di circa 33% e 41%, rispettivamente. Un’importante scoperta riguarda i catalizzatori a base di rame, storicamente i più attivi nella produzione di 2-MF: infatti essi hanno manifestato i risultati migliori quando utilizzati in formulazioni bi-metalliche (tipo CuFe o CuNi). Tutti i catalizzatori sono stati ridotti in situ prima della reazione, generalmente a 250°C; quando presente il rame, è però preferibile condurre tale trattamento intorno ai 200°C, in modo da ottenere una migliore performance catalitica. Lo screening dei catalizzatori ha coinvolto anche un diverso tipo di supporto (carboni attivi Norit® RX3, pretrattati con lavaggio acido) e una diversa tecnica di preparazione (i.e. atomic layer deposition, ALD), che tuttavia hanno prodotto risultati piuttosto scarsi.