Controle analítico das perdas ligno(hemi)celulósicas durante a derivatização química do bagaço de cana
The cane sugar bagasse from the sugarcane mills has been used to generate electricity by burning and steam generation, and in the near future it will also be directed to the production of cellulosic ethanol. The bagasse is main composed of cellulose (50%), hemicellulose (30%) and lignin (20 %). In o...
| Autor principal: | Scremin, Lucas Blitzkow |
|---|---|
| Formato: | Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2020
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| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/9099 |
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riut-1-90992020-11-11T19:06:57Z Controle analítico das perdas ligno(hemi)celulósicas durante a derivatização química do bagaço de cana Scremin, Lucas Blitzkow Fontana, Jose Domingos Martins, Lucia Regina Rocha Bagaço de cana Bagaço de cana - Indústria Hemicelulose Bagasse Bagasse industry Hemicellulose Química The cane sugar bagasse from the sugarcane mills has been used to generate electricity by burning and steam generation, and in the near future it will also be directed to the production of cellulosic ethanol. The bagasse is main composed of cellulose (50%), hemicellulose (30%) and lignin (20 %). In order to apply this byproduct for other purposes such as the removal of environmental contaminants, it is proposed a comparative partial derivatization of the bagasse in order to obtain a dipolysaccharide-aromatic ether-linked complex with epichlorohydrin ("cross-linked cane bagasse " - CLCB). The target in the native substrate are the alcoholic or phenolic groups plenty available and this reaction is carried out in a strongly alkaline medium. Except for a tiny fraction, cellulose is insoluble in alkali while the lignin is largely and hemicellulose (heteroxylan) is the almost completely, depending on the reaction kinetics (alkali concentration, temperature and time). Thus, loss of native bagasse are unavoidable but can be minimized. The goal of this work was then monitor such losses by determination of total carbohydrates and alkali- soluble lignin fraction being solubilized under the drastic alkaline conditions, and monitoring of resistance to enzymatic hydrolysis. Exploring factorial design with respect to the volume and concentration of alkali, temperature, bagasse grammature and reaction time, we were able selecting the most important factors influencing these procedural losses and the variables and the more appropriate conditions for both the preliminary step of mercerization as well as the subsequent one derivatization of the mercerized bagasse with covalently linking agent, epichlorohydrin. The results indicated that for the mercerization step, the NaOH concentration was the most significant variable for increased procedural losses and less resistance to enzymatic hydrolysis. As for the step of cross-linking with epichlorohydrin, the temperature was most significant for the reduction of procedural losses and increased resistance to enzymatic hydrolysis variable, indicating that in temperatures between 20 and 40 °C the desired reaction of cross-linking must have occurred with greater intensity. Although well explored the use of bagasse for similar applications in the literature, the issue of procedural losses explored here is not reported, assuming such authors work with full bagasse when in fact they should refer to residual cellulose. O bagaço de cana-de-açúcar proveniente das usinas sucroalcooleiras vem sendo utilizado para geração de energia elétrica através da queima e geração de vapor, sendo que em um futuro próximo estará também direcionado para a produção de etanol celulósico. Resumidamente o bagaço é constituído de celulose (50%), hemicelulose (30%) e lignina (20%). Com o intuito de aplicar este subproduto para outros fins como a remoção de contaminantes ambientais, se propõe a derivatização parcial e comparativa do bagaço a fim de se obter um complexo bipolissacarídico-aromático éter-interligado com epicloridrina (cross-linked cane bagasse – CLCB). O alvo no substrato nativo são os grupos alcoólicos ou fenólicos fartamente disponíveis, sendo que esta reação é conduzida em meio fortemente alcalino. Salvo por uma ínfima fração, a celulose é insolúvel em álcali enquanto a lignina o é em boa parte e a hemicelulose (heteroxilana) o é quase que completamente, dependendo da cinética reacional (concentração alcalina, temperatura e tempo). Logo, perdas do bagaço nativo são inevitáveis, mas podem ser minimizadas. O objetivo deste trabalho foi monitorar tais perdas através de determinação de carboidratos totais e lignina álcali-solúvel na fração solubilizável pela reação em meio alcalino, bem como o monitoramento da resistência à hidrólise enzimática. Mediante planejamentos fatoriais no que diz respeito à concentração e volume de álcali, temperatura, gramatura do bagaço e tempo reacional, se pode eleger os fatores que mais influenciaram nessas perdas processuais e as condições mais apropriadas tanto para a etapa preliminar de mercerização quanto à subsequente de derivatização do bagaço mercerizado com o agente de interligação covalente, a epicloridrina. Os resultados indicaram que para a etapa de mercerização, a concentração de NaOH foi a variável mais significativa para o aumento das perdas processuais e menor resistência à hidrólise enzimática. Já para a etapa de interligamento com epicloridrina, a temperatura foi a variável mais significativa para a redução das perdas processuais e aumento da resistência à hidrólise enzimática, indicando que em condições com temperaturas entre 20 e 40 °C a pretendida reação de interligação covalente ou cross-linking deve ter acontecido com maior intensidade. Embora bem explorado o uso de bagaço de cana para aplicações semelhantes na literatura, a questão das perdas processuais aqui exploradas não esta relatada, assumindo tais autores trabalharem com bagaço integral quando de fato deveriam referir-se a celulose residual. 2020-11-11T19:06:57Z 2020-11-11T19:06:57Z 2014-03-10 bachelorThesis SCREMIN, Lucas Blitzkow. Controle analítico das perdas ligno(hemi)celulósicas durante a derivatização química do bagaço de cana. 2014. 64 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2014. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/9099 por application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Departamento Acadêmico de Química e Biologia |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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Português |
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Bagaço de cana Bagaço de cana - Indústria Hemicelulose Bagasse Bagasse industry Hemicellulose Química |
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The cane sugar bagasse from the sugarcane mills has been used to generate electricity by burning and steam generation, and in the near future it will also be directed to the production of cellulosic ethanol. The bagasse is main composed of cellulose (50%), hemicellulose (30%) and lignin (20 %). In order to apply this byproduct for other purposes such as the removal of environmental contaminants, it is proposed a comparative partial derivatization of the bagasse in order to obtain a dipolysaccharide-aromatic ether-linked complex with epichlorohydrin ("cross-linked cane bagasse " - CLCB). The target in the native substrate are the alcoholic or phenolic groups plenty available and this reaction is carried out in a strongly alkaline medium. Except for a tiny fraction, cellulose is insoluble in alkali while the lignin is largely and hemicellulose (heteroxylan) is the almost completely, depending on the reaction kinetics (alkali concentration, temperature and time). Thus, loss of native bagasse are unavoidable but can be minimized. The goal of this work was then monitor such losses by determination of total carbohydrates and alkali- soluble lignin fraction being solubilized under the drastic alkaline conditions, and monitoring of resistance to enzymatic hydrolysis. Exploring factorial design with respect to the volume and concentration of alkali, temperature, bagasse grammature and reaction time, we were able selecting the most important factors influencing these procedural losses and the variables and the more appropriate conditions for both the preliminary step of mercerization as well as the subsequent one derivatization of the mercerized bagasse with covalently linking agent, epichlorohydrin. The results indicated that for the mercerization step, the NaOH concentration was the most significant variable for increased procedural losses and less resistance to enzymatic hydrolysis. As for the step of cross-linking with epichlorohydrin, the temperature was most significant for the reduction of procedural losses and increased resistance to enzymatic hydrolysis variable, indicating that in temperatures between 20 and 40 °C the desired reaction of cross-linking must have occurred with greater intensity. Although well explored the use of bagasse for similar applications in the literature, the issue of procedural losses explored here is not reported, assuming such authors work with full bagasse when in fact they should refer to residual cellulose. |
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SCREMIN, Lucas Blitzkow. Controle analítico das perdas ligno(hemi)celulósicas durante a derivatização química do bagaço de cana. 2014. 64 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2014. |
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