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ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-7026-6021
Document type: Tese
Access type: Acesso Embargado
Title: Estudo de pré-tratamento de bagaço de cana pela associação do ɣ-valerolactona (GVL) e glicerol visando a sacarificação
Alternate title (s): Pre-treatment study of sugarcane bagasse by the combination of ɣ-valerolactone (GVL) and glycerol aiming at saccharification
Author: Amorim, Fausto Rodrigues de
First Advisor: Coutinho Filho, Ubirajara
First coorientator: Castro, Carlos Frederico de Souza
First member of the Committee: Batista, Fabiana Regina Xavier
Second member of the Committee: Lemos, Diego Andrade
Third member of the Committee: Lopes, Verônica dos Santos
Summary: O rápido consumo dos combustíveis fósseis, aliado aos problemas ambientais atribuídos a eles, e a crescente demanda por energia têm direcionado à busca de energias renováveis. A biomassa surge como a alternativa mais viável, mas sua característica recalcitrante exige um pré-tratamento, cujo destaque aponta para aqueles utilizando solventes orgânicos (organosolv). Este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos da associação do ɣ-valerolactona (GVL) com glicerol no pré-tratamento do bagaço de cana visando melhorar a sacarificação. Os experimentos foram realizados em sete diferentes condições de pré-tratamento variando as proporções GVL e glicerol na solução de reação: 80% GVL/0%Gli, 70%GVL/10%Gli, 60%GVL/20%Gli, 50%GVL/30%Gli, 40%GVL/40%Gli, 20%GVL/ 60%Gli, 0%GVL/80%Gli. Após a biomassa do bagaço de cana ter sido pré-tratada foram realizadas análises de hidrólise ácida, hidrólise enzimática para verificar a disponibilidade de açúcares fermentáveis (glicose e xilose) e de subprodutos inibidores da fermentação (furfural e hidroximetilfurfural). Além disso, foi verificada a recuperação do solvente GVL e dos açúcares na fase solvente e aquosa formadas após a indução de solução bifásica do hidrolisado. A alteração estrutural da biomassa sólida depois do pré-tratamento também foi analisada utilizando técnicas de espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier – FT-IR, difração de raio X e microscopia de varredura eletrônica – MEV. Os resultados da composição e recuperação da biomassa, digestibilidade e rendimento da glicose mostraram de uma forma geral que os melhores resultados foram encontrados nos pré-tratamentos com maiores porcentagens de GVL (60, 70 e 80%). A recuperação do solvente GVL também apresentou melhores resultados nos pré-tratamentos com maiores porcentagens do solvente (60, 70 e 80%) e sua distribuição se concentrou na fase solvente da solução bifásica, chegando a 77% de recuperação. A distribuição da glicose foi de 100% na fase aquosa em todos pré-tratamentos e a xilose, apesar de ter aparecido na fase solvente, se concentrou na fase aquosa com resultados variando de 70 até 87%. Os espectros do FT-IR apresentaram picos em comprimentos de onda 2,915, 1726, 1606, 1507, 1230 e 833 cm-1. Todas bandas identificadas caracterizam a remoção da lignina pelos pré-tratamentos, com exceção da primeira que está relacionada com a celulose e/ou hemicelulose. As imagens do MEV são congruentes com os resultados do FT-IR pois mostram que o revestimento de lignina e hemicelulose nas fibras de celulose foram removidas em maior ou menor grau conforme cada pré-tratamento. O índice de cristalinidade, calculado através da DRX, demonstrou que houve diminuição da cristalinidade da biomassa pré-tratada quando comparada com a biomassa sem pré-tratamento. Com esses resultados, pode-se concluir que a associação de GVL ao glicerol favoreceu o aumento da digestibilidade da glicose em até 8,3 vezes quando comparado com o bagaço sem pré-tratamento. As técnicas de FT-IR, DRX e MEV foram capazes de mostrar que o pré-tratamento GVL/Gli geraram alterações nas fibras e estado cristalino do bagaço pré-tratado. E que o GVL pode ser recuperado em proporções superiores à 74% sem a destilação do mesmo na fase aquosa.
Abstract: The rapid consumption of fossil fuels, coupled with the environmental problems attributed to them, and the growing demand for energy have driven the search for renewable energies. Biomass appears as the most viable alternative, but its recalcitrant characteristic requires a pre-treatment, whose prominence points to those using organic solvents (organosolv). This work aimed to evaluate the effects of the association of ɣ-valerolactone (GVL) with glycerol in the pre-treatment of sugarcane bagasse in order to improve saccharification. The experiments were carried out in seven different pretreatment conditions varying the GVL and glycerol proportions in the reaction solution: 80%GVL/0%Gly, 70%GVL/10%Gly, 60%GVL/20%Gly, 50%GVL/30%Gly, 40%GVL/40%Gly, 20%GVL/60%Gly, 0%GVL/80%Gly. After the biomass of the sugarcane bagasse was pretreated, acid hydrolysis, enzymatic hydrolysis analyzes were performed to verify the availability of fermentable sugars (glucose and xylose) and fermentation inhibiting byproducts (furfural and hydroxymethylfurfural). In addition, the recovery of the solvent GVL and the sugars in the solvent and aqueous phase formed after the induction of biphasic hydrolysis solution was verified. The structural alteration of the solid biomass after pretreatment was also analyzed using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction and SEM-scanning electron microscopy techniques. The results of the composition and recovery of biomass, digestibility and glucose yield showed in general that the best results were found in the pre-treatments with higher GVL percentages (60, 70 and 80%). The GVL solvent recovery also showed better results in the pre-treatments with higher solvent percentages (60, 70 and 80%) and their distribution was concentrated in the solvent phase of the biphasic solution, reaching 77% recovery. The glucose distribution was 100% in the aqueous phase in all pre-treatments and xylose, although it appeared in the solvent phase, was concentrated in the aqueous phase with results ranging from 70 to 87%. FT-IR spectra showed peaks at wavelengths 2,915, 1726, 1606, 1507, 1230 and 833 cm -1. All identified bands characterize the removal of lignin by pre-treatments, except for the first one that is related to cellulose and / or hemicellulose. SEM images are congruent with FT-IR results as they show that the lignin and hemicellulose coating on the cellulose fibers were removed to a greater or lesser extent according to each pretreatment. The crystallinity index, calculated by XRD, showed that the crystallinity of the pretreated biomass decreased when compared to the biomass without pre-treatment. With these results, it can be concluded that the association of GVL to glycerol favored the increase of glucose digestibility by up to 8.3 times when compared to bagasse without pre-treatment. The FT-IR, DRX and MEV techniques were able to show that the GVL / Gli pretreatment generated changes in the fibers and crystalline state of the pretreated bagasse. And that the GVL can be recovered in proportions higher than 74% without the distillation thereof in the aqueous phase.
Keywords: Bagaço de cana
Organosolv
valerolactona (GVL)
Glicerol
Engenharia química Teses
Bagaço de cana Teses
Biomassa Teses
Lignocelulose Teses
Sugarcane bagasse
Valerolactone (GVL)
Glycerol
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS BIOQUIMICOS
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::ALCOOL
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: AMORIM, Fausto Rodrigues de. Estudo de pré-tratamento de bagaço de cana pela associação do ɣ-valerolactona (GVL) e glicerol visando a sacarificação. 2018. 105 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, 2018. Disponível em: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2018.789.
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2018.789
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/29366
Date of defense: 25-May-2018
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