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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44055
ORCID: | http://orcid.org/0000-0003-4445-0719 |
Document type: | Dissertação |
Access type: | Acesso Embargado |
Embargo Date: | 2026-07-15 |
Title: | Hemiceluloses catiônicas sintetizadas a partir do sabugo de milho por processo oxiorganossolve para aplicação no tratamento de água |
Alternate title (s): | Cationic hemicelluloses synthesized from corncobs by the oxiorganosolve process for application in water treatment |
Author: | Alves, Ana Gabriela Tomé |
First Advisor: | Resende, Miriam Maria |
First coorientator: | Amaral, Fábio Augusto |
First member of the Committee: | Meireles, Carla da Silva |
Second member of the Committee: | Bertolino, Sueli Moura |
Third member of the Committee: | Rocha, Amanda Carmelo |
Summary: | Os polímeros advêm, em sua maioria, do petróleo e a biorrefinaria de resíduos agrícolas surge como aliada para a transição dessa matriz. O sabugo de milho (SM) é uma biomassa lignocelulósica que pode ser fragmentada em lignina, celulose e hemiceluloses, biopolímeros que podem ser refinados para agregação de valor. O objetivo principal deste trabalho foi a valoração do resíduo agroindustrial, SM, para síntese de hemiceluloses catiônicas (HC) para aplicação como floculante polimérico de base natural no tratamento físico-químico de água. A etapa inicial, deslignificação, ocorreu pelo método OxiOrganossolve, em um sistema aberto com uso de solução alcoólica básica (EtOH) e peróxido de hidrogênio (H2O2). Já a cationização das hemiceluloses ocorreu com cloreto de 3-cloro-2-hidroxipropiltrimetilamônio (CHMAC) ou cloreto de 2,3-epoxipropiltrimetilamônio (ETA) como agentes eterificantes. O método NREL/TP-510-42618 foi utilizado para análise do teor de lignina, ácidos e açúcares da polpa celulósica, os polímeros foram caracterizados por FT-IR, viscosidade e massa molar viscosimétrica. Já a extensão da eterificação das HC foi avaliada pelo grau de substituição (GS) definido como o número médio de grupos hidroxila substituídos em uma unidade de anidroxilose. Todas as hemiceluloses naturais e cationizadas foram caracterizadas por FT-IR, viscosidade e massa molecular viscosimétrica. Na etapa de aplicação das HC no tratamento de água foram avaliadas o efeito de três HCs com diferentes GS (0,25, 0,59 e 0,81) quanto à eficiência de remoção de turbidez (ERT) por meio de diagramas de coagulação em diferentes dosagens e pH. Medidas de potencial zeta foram realizadas para inferir sobre o mecanismo de coagulação enquanto a análise morfológica dos flocos foi utilizada para avaliação da distribuição do tamanho de partículas (DTP). Por meio dos resultados obtidos na etapa de deslignificação foi estabelecido a condição reacional, solução alcoólica básica 10% de NaOH, relação volumétrica de 1:1 (EtOH/H2O2), para 10% de SM com eficiência de deslignificação de 91,49 ± 0,53%. O FT-IR das frações poliméricas apresentou comportamento característico, no entanto, foi possível identificar a geração de carbonila na celulose e hemiceluloses devido à quebra de grupos fenólicos presentes na lignina. Na etapa de cationização foram obtidos HC com GS 0,08 a 0,59 (CHMAC) e 0,07 a 0,55 (ETA) contendo grupos quaternários de amônio. A análise de ácidos e açúcares mostrou que a xilose foi o componente predominante, seguido da arabinose. Foi observado a degradação dos polímeros de hemicelulose durante a eterificação nas maiores condições alcalinas por meio da massa molar viscosimétrica. Na etapa de aplicação das HC no tratamento de água as HC com GS 0,81 não promoveram floculação, enquanto as HC com GS 0,59 promoveram ERT superiores a 90 % nas menores dosagens avaliadas (0,5 – 1,5 ppm) em uma ampla faixa de pH, já as maiores dosagens promoveram floculação apenas na faixa de pH básica. As HC com GS 0,25 promoveram ERT superiores a 90 % predominantemente nas maiores dosagens investigadas (3 - 5,5 ppm) em uma ampla faixa de pH. Os dados de potencial zeta permitiram sugerir que o mecanismo de coagulação pelo qual as HC atuam é por adsorção e formação de pontes, enquanto pela análise da morfologia dos flocos e DTP obteve-se maior diâmetro de floco para HC GS 0,25 na ordem de 1,25 mm no tempo final de floculação. Portanto, as maiores vantagens de aplicação do método OxiOrganossolve são: curto tempo de reação e uso de reagentes menos tóxicos que os convencionais. Para cationização o CHMAC apresentou-se vantajoso em relação ao ETA devido ao menor custo e menor periculosidade, viabilizando a obtenção de HC que foram aplicadas no tratamento de água obtendo eficiências de remoção de turbidez na ordem de 99%. |
Abstract: | Polymers come mostly from petroleum, and the biorefinery of agricultural waste emerges as an ally for the transition of this matrix. Corncob (CC) is a lignocellulosic biomass that can be fragmented into lignin, cellulose and hemicelluloses, biopolymers that can be refined to add value. The main objective of this work was to value the agro-industrial waste, CC, for the synthesis of cationic hemicelluloses (CH) for application as a natural-based polymeric flocculant in the physicochemical treatment of water. The initial step, delignification, occurred by the OxiOrganosolve method, in an open system using basic alcoholic solution (EtOH) and hydrogen peroxide (H2O2). The cationization of hemicelluloses occurred with (3-Chloro-2-hydroxypropyl) trimethylammonium chloride (CHMAC) or 2,3-epoxypropyl trimethylammonium chloride (ETA) as etherifying agents. The NREL/TP-510-42618 method was used to analyze the lignin, acid and sugar content of the cellulose pulp, and the polymers were characterized by FT-IR, viscosity and viscosimetric molecular mass. The extent of CH etherification was evaluated by the degree of substitution (DS) defined as the average number of hydroxyl groups substituted in an anhydroxylose unit. All natural and cationized hemicelluloses were characterized by FT-IR, viscosity and viscosimetric molecular mass. In the application stage of CH in water treatment, the effect of three CHs with different GS (0.25, 0.59 and 0.81) on the turbidity removal efficiency (TRE) was evaluated by means of coagulation diagrams at different dosages and pH. Zeta potential measurements were performed to infer the coagulation mechanism while the morphological analysis of the flocs was used to evaluate the particle size distribution (PSD). Through the results obtained in the delignification stage, the reaction condition was established, basic alcoholic solution 10% NaOH, volumetric ratio of 1:1 (EtOH/H2O2), for 10% CC with delignification efficiency of 91.49 ± 0.53%. The FT-IR of the polymeric fractions showed characteristic behavior; however, it was possible to identify the generation of carbonyl in cellulose and hemicelluloses due to the breakdown of phenolic groups present in lignin. In the cationization step, CH with GS 0.08 to 0.59 (CHMAC) and 0.07 to 0.55 (ETA) containing quaternary ammonium groups were obtained. The analysis of acids and sugars showed that xylose was the predominant component, followed by arabinose. The degradation of hemicellulose polymers was observed during etherification in the most alkaline conditions through the viscosimetric molar mass. In the step of application of CH in water treatment, CH with GS 0.81 did not promote flocculation, while CH with GS 0.59 promoted TRE higher than 90% in the lowest doses evaluated (0.5 - 1.5 ppm) in a wide pH range, while the highest doses promoted flocculation only in the basic pH range. The CH with GS 0.25 promoted TRE higher than 90% predominantly at the highest doses investigated (3 - 5.5 ppm) in a wide pH range. The zeta potential data suggested that the coagulation mechanism by which the CH act is by adsorption and bridge formation, while the analysis of the morphology of the flocs and DTP showed a larger floc diameter for CH GS 0.25 in the order of 1.25 mm at the final flocculation time. Therefore, the greatest advantages of applying the OxiOrganosolve method are: short reaction time and use of less toxic reagents than conventional ones. For cationization, CHMAC proved to be advantageous in relation to ETA due to its lower cost and lower hazard, enabling the production of CH that were applied in water treatment, obtaining turbidity removal efficiencies in the order of 99%. |
Keywords: | Agroindustrial waste Delignification Biorefinery Natural-based polymeric flocculant Physicochemical treatment |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA |
Subject: | Engenharia química Resíduos agrícolas Polímeros - Biodegradação Biomassa |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Química |
Quote: | ALVES, Ana Gabriela Tomé. Hemiceluloses catiônicas sintetizadas a partir do sabugo de milho por processo oxiorganossolve para aplicação no tratamento de água. 2024. 164 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.477 |
Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.477 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44055 |
Date of defense: | 15-Jul-2024 |
Sustainable Development Goals SDGs: | ODS::ODS 3. Saúde e bem-estar - Assegurar uma vida saudável e promover o bem-estar para todos, em todas as idades. ODS::ODS 6. Água potável e saneamento - Garantir disponibilidade e manejo sustentável da água e saneamento para todos. |
Appears in Collections: | DISSERTAÇÃO - Engenharia Química |
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