Publicação: Estudo do pré-tratamento do bagaço de cana-de-açúcar com ácido acético diluído em sistema pressurizado
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
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Resumo
O bagaço de cana-de-açúcar representa uma importante fonte de materiais
lignocelulósicos que podem ser convertidos, a partir de pré-tratamentos, em
compostos com alto valor agregado, utilizados pelas indústrias de materiais, papel e
celulose, cosmética, farmacêutica e de energia. Neste estudo, o bagaço de cana-deaçúcar
(SCB) foi pré-tratado com ácido acético em reator batelada pressurizado.
Inicialmente, foi realizado um estudo comparativo para avaliar os efeitos do uso da
pressão sobre o pré-tratamento do bagaço de cana. Após esta etapa, um
planejamento experimental avaliou os efeitos de tempo (15-100 min), temperatura
(100-180ºC), razão sólido-líquido (1:250 -1:62,5) e concentração de ácido acético (1-
5 % v/v) sobre a perda de massa e a recuperação de açúcares e de produtos de
degradação. O bagaço de cana pré-tratado foi caracterizado através das análises
elementar, termogravimétrica, difração de raios-X, calorimetria exploratória diferencial,
análise de superfície e de poder calorífico. Os hidrolisados foram analisados por
cromatografia líquida para quantificação dos principais açúcares e produtos de
degradação formados. O efeito da concentração de ácido acético e da razão sólidolíquido
não apresentaram significância estatística, porém os efeitos do tempo e
principalmente da temperatura, foram relevantes para a perda de massa, recuperação
de açúcares e formação de produtos de degradação. A análise da superfície de
resposta revelou que os maiores percentuais de perda de massa e recuperação de
xilose, foram obtidos nas condições de 176 °C / 104 min (SCB1) e 155 °C / 62 min
(SCB2), respectivamente. O uso de condições mais severas mostrou maior eficiência
na deslignificação e recuperação de moléculas comercialmente relevantes, enquanto
que condições mais brandas promoveram maior hidrólise e recuperação de açúcares.
Ambos pré-tratamentos influenciaram a cristalinidade e o poder calorífico dos resíduos
sólidos, e também sua estabilidade térmica e área superficial. A remoção de
compostos oxigenados derivados das hemiceluloses e da lignina, também foram
observadas. A análise dos hidrolisados revelou a formação de produtos com
importante interesse comercial, como o furfural, hidroximetilfurfural, os ácidos lático,
levulínico, glicólico e fórmico, além dos açúcares como xilose, arabinose e glicose. A
partir dos resultados obtidos, observou-se a possibilidade de aplicação do método
proposto em biorrefinarias, criando uma alternativa para o reaproveitamento desta
biomassa pelas indústrias sucroalcooleiras.
Abstract
Sugarcane bagasse represents an important source of lignocellulosic compounds,
which can be converted, by pretreatments, in high added value chemicals, used by
materials, paper and pulp, cosmetics, pharmaceutical and energy industries. In this
study, sugarcane bagasse (SCB) was pretreated with acetic acid in a batch reactor
pressurized. Initially, a comparative study was performed to evaluate the effects
caused by pressure over sugarcane bagasse pretreatment. Then, an experimental
design evaluated the effects of time (15-100 min), temperature (100-180 ºC), solid-toliquid
ratio (1:250 -1:62.5) and acetic acid concentration (1-5 % v/v) over the weight
loss, besides sugars and degradation products recovery. Sugarcane bagasse after
pretreatment were characterized by elemental, thermogravimetric, X-ray powder
diffraction, differential calorimetry scanning and calorific value analysis. The
hydrolysates were analyzed by liquid chromatography to quantify the major sugars and
degradation products formed. The influence of acetic acid concentration and solidto-
liquid ratio were not statistically significant, but time and mostly temperature showed
significance over weight loss, xylose recovery and degradation products formation.
The response surface analysis revealed that the highest percentages of weight loss
and sugars recovery were obtained under conditions of 176 °C / 104 min (SCB1) and
155 °C / 62 min (SCB2), respectively. The use of severe conditions showed greater
efficiency in the delignification and recovery of molecules commercially relevant, while
milder conditions promoted greater hydrolysis and recovery of sugars. Both pretreatments
influenced the crystallinity and the calorific value of the solid residues, an
also their thermal stability and surface area. Oxygenated compounds removal from
hemicellulose and lignin were also observed. Hydrolysates analysis revealed the
formation of products with important commercial interest, such as furfural,
hydroxymethylfurfural, lactic, levulinic, glycolic and formic acids, as well as sugars such
as xylose, arabinose and glucose. From the obtained results, it was observed the
possibility of application of the proposed method in biorefineries, creating an alternative
for the reuse of this biomass by the sugar and alcohol industries.
Palavras-chave
Biocombustíveis, Bagaço de cana, Ácido acético, Bagaço de cana-de-açúcar, Pré-tratamento pressurizado, Planejamento experimental, Sugarcane bagasse, Acetic acid, Pressurized pretreatment, Experimental design
Citação
OLIVEIRA, Carlos Alberto Petersen de. Estudo do pré-tratamento do bagaço de cana-de-açúcar com ácido
acético diluído em sistema pressurizado. 2016. 123 f. Dissertação (Mestrado em Biocombustíveis) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2016. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2016.636