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ORCID:  http://orcid.org/0000-0003-0403-1528
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Pré-tratamento organossolve com glicerina bruta em resíduos florestais de Pinus e Eucalipto no conceito de biorrefinarias
Alternate title (s): Organosolve pretreatment with crude glycerin in pinus and eucalyptus forest residues in the biorefinery concept
Author: Lima, Izabela da Silva
First Advisor: Soares, Ricardo Reis
First member of the Committee: Rezende, Mylene Cristina Alves Ferreira
Second member of the Committee: Camargo, Eduarda Cristina de Matos
Third member of the Committee: Pompêu, Gabriela Ciribelli Santos
Fourth member of the Committee: Rossa, Vinicius
Summary: O elevado consumo de energia proveniente de fontes fósseis atrelado ao agravamento das questões ambientais em todo o mundo, têm destacado a necessidade de desenvolvimento rápido e consolidação de métodos eficientes para produzir combustíveis e produtos avançados a partir de recursos renováveis. Biomassas lignocelulósicas surgem como alternativas viáveis para substituir fontes fósseis, não apenas como forma de suprir a demanda energética crescente, mas também para mitigar impactos ambientais associados à emissão de gases de efeito estufa. No entanto, devido à sua complexa estrutura, as biomassas e seus resíduos requerem tratamentos específicos para possibilitar seu uso de forma eficaz. O pré-tratamento que utiliza solventes orgânicos, denominado organossolve, têm se mostrado eficiente no fracionamento dos componentes principais das biomassas que são celulose, hemicelulose e lignina, e na obtenção de bioprodutos de valor agregado. Porém, ainda são poucos os trabalhos que visam investigar o efeito desse pré- tratamento em biomassas florestais e, principalmente, em seus resíduos. Logo, este trabalho teve como objetivo promover e avaliar o pré-tratamento de biomassas residuais das duas principais espécies florestais cultivadas no país, pinus e eucalipto, utilizando a glicerina bruta como solvente para promover a deslignificação da biomassa e o fracionamento dos componentes, além de gerar outros bioprodutos de interesse econômico. Os experimentos foram conduzidos em reator batelada sob condições previamente determinadas: temperatura à 220 °C, concentração de 40% glicerina bruta/água, por 120 minutos. Após o pré-tratamento, a fração sólida (biomassa pré-tratada) e a fase líquida (licor negro) foram separadas por meio de filtração. As biomassas in natura e pré-tratadas foram caracterizadas química e estruturalmente (DRX) para avaliar a eficiência do pré-tratamento, e a lignina foi recuperada do licor negro, quantificada e caracterizada (FT-IR). O licor negro também foi analisado por cromatografia líquida (HPLC) para detecção de outros produtos formados durante o pré-tratamento. Como resultado, foram obtidas altas taxas de deslignificação para ambas as biomassas residuais, com índices de 71,79% para o pinus e 83,77% para o eucalipto. As biomassas pré-tratadas apresentaram aumento no índice de cristalinidade, indicando a remoção de materiais amorfos como lignina e hemicelulose. Nos testes de lavagem das biomassas pré-tratadas, os métodos de solução de NaOH (1%) e acetona em refluxo foram eficientes na remoção do solvente e obtenção de uma biomassa sem resíduos. Como forma de validação do potencial e uso da glicerina bruta como solvente, foram realizados testes comparativos com a forma purificada, o solvente escolhido se apresentou superior gerando uma maior deslignificação e preservação da celulose. As ligninas removidas das biomassas pré- tratadas foram recuperadas do licor negro, e mesmo sendo provenientes de espécies distintas, apresentaram semelhanças consideráveis com a lignina comercial. Outros produtos de interesse comercial foram identificados no licor negro como HMF, furfural, ácido acético, e formas de aproveitamento e aplicabilidade precisam ser investigadas. De acordo com os resultados obtidos, o pré-tratamento organossolve foi eficiente e atingiu os objetivos propostos, principalmente por utilizar resíduos florestais e glicerina bruta como solvente, sendo um processo relevante na geração de bioprodutos, biocombustíveis e consolidação de biorrefinarias lignocelulósicas.
Abstract: The high consumption of energy from fossil sources, coupled with worsening environmental issues worldwide, has underscored the urgent need for rapid development and consolidation of efficient methods to produce advanced fuels and products from renewable resources. Lignocellulosic biomasses emerge as viable alternatives to replace fossil sources, not only to meet the growing energy demand but also to mitigate environmental impacts associated with greenhouse gas emissions. However, due to their complex structure, biomass and its residues require specific treatments for effective utilization. The pretreatment using organic solvents, known as organosolv, has proven to be efficient in fractionating the main components of biomass, which are cellulose, hemicellulose, and lignin, and in obtaining value-added bioproducts. Nevertheless, there are still few studies aiming to investigate the effect of this pretreatment on forest biomass and residues. Therefore, this study aimed to promote and evaluate the pretreatment of residual biomass from the country's two main cultivated forest species, pine and eucalyptus, using crude glycerin as a solvent to facilitate biomass delignification and component fractionation, as well as to generate other economically valuable bioproducts. The experiments were conducted in a batch reactor under previously determined conditions: 220°C, 40% crude glycerin/water ratio, for 120 minutes. After pretreatment, the solid fraction (pretreated biomass) and the liquid phase (black liquor) were separated through filtration. The in nature and pretreated biomasses were chemically and structurally characterized (XRD) to evaluate the efficiency of the pretreatment, and the lignin was recovered from the black liquor, quantified, and characterized (FT-IR). The black liquor was also analyzed by liquid chromatography (HPLC). As a result, high delignification rates were achieved for both residual biomasses, reaching 71.79% for pine and 83.77% for eucalyptus. The pretreated biomasses showed an increase in crystallinity index, indicating the removal of amorphous materials such as lignin and hemicellulose. In washing tests of the pretreated biomasses, methods involving NaOH solution and refluxing acetone were effective in solvent removal and obtaining residue-free biomass. As a means to validate the potential and usage of crude glycerin as a solvent, comparative tests were conducted with the purified form. The chosen solvent demonstrated superiority by achieving greater delignification and preserving cellulose to a higher degree.Lignins extracted from the pretreated biomasses were recovered from the black liquor and exhibited significant similarities to commercial lignin despite originating from different species. Other commercially valuable products identified in the black liquor included HMF, furfural, acetic acid, and their potential utilization and applicability require further investigation. Based on the results obtained, the organosolv pretreatment proved efficient and met the proposed objectives, particularly by using forest residues and crude glycerin as a solvent, thus representing a significant process in generating bioproducts, biofuels, and advancing lignocellulosic biorefineries.
Keywords: Biomassas residuais
Residual biomasses
Pré-tratamento organossolve
Organosolv pretreatment
Glicerina bruta
Crude glycerin
Biorrefinarias lignocelulósicas
Lignocellulosic biorefineries
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::PRODUTOS NATURAIS
Subject: Biocombustível
Biomassa florestal
Combustíveis fósseis
Solventes
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Biocombustíveis
Quote: LIMA, Izabela da Silva. Pré-tratamento organossolve com glicerina bruta em resíduos florestais de pinus e eucalipto no conceito de biorrefinarias. 2024. 107 f. Tese (Doutorado em Biocombustíveis) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.701.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.701
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44197
Date of defense: 12-Aug-2024
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 12. Consumo e produção responsáveis - Assegurar padrões de produção e de consumo sustentáveis.
Appears in Collections:TESE - Biocombustíveis

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