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Tipo: Tese
Título: Aplicação conjunta de processos para melhoria técnica e ambiental da obtenção de nanoceluloses a partir das fibras de dendê
Título em inglês: Joint application of processes for the technical and environmental improvement of obtaining nanocelluloses from palm fibers
Autor(es): Souza, Nágila Freitas
Orientador: Rosa, Morsyleide de Freitas
Coorientador: Figueirêdo, Maria Cléa Brito de
Palavras-chave: Engenharia química;Lignina;Fibras;Celulose;Nanocelulose;Vegetable fibers;Cellulose;Lignin
Data do documento: 2018
Citação: SOUZA, Nágila Freitas. Aplicação conjunta de processos para melhoria técnica e ambiental da obtenção de nanoceluloses a partir das fibras de dendê. 2018. Tese (Doutorado em Engenharia Química)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Resumo: Os resíduos da agroindústria vêm, ao longo dos anos, se destacando como uma excelente fonte lignocelulósica. Nesse contexto, as fibras da prensagem do mesocarpo do dendê (FPMD) vêm sendo estudadas como fonte de celulose e lignina com promissoras aplicações. Entretanto, os pré-tratamentos apresentam-se como um fator crítico para obtenção dessas macromoléculas. Dessa forma, o presente estudo avaliou o emprego do processo de explosão a vapor nas fibras naturais objetivando promover uma melhor desfibrilação do material e facilitar a descompactação da biomassa nos pré-tratamentos organosolv (acetosolv e etanosolv) subsequentes. Estudou-se, ainda, a obtenção de nanoceluloses cristalinas substituindo a etapa de diálise, tão dispendiosa de água, por neutralização com hidróxido de sódio diluído. Os processos vinculados a obtenção das nanoceluloses resultantes desses pré-tratamentos foram, também, avaliados quanto ao seu desempenho ambiental, proporcionando agregar os desempenhos técnicos e ambientais de toda a cadeia de elaboração das nanoestruturas. Os efeitos da concentração de ácido acético, de hidróxido de sódio, do tempo (polpação acetosolv e etanosolv) foram avaliados usando um delineamento composto central rotacional (DCCR). A influência da etapa de explosão a vapor no processo de desfibrilação das fibras foi comprovada por meio dos resultados obtidos, quando aplicada a mesma condição otimizada da polpação acetosolv nas fibras naturais (35 min. e concentração de ácido acético de 80% (m/m)). Após otimização, a polpação acetosolv mostrou-se mais eficaz que a etanosolv (60 min. e concentração de NaOH 4%) para remoção de lignina. Assim, o processo de explosão a vapor aplicado nas fibras naturais de dendê seguido do pré-tratamento, acetosolv e branqueamento, apresentou melhor deslignificação frente ao pré-tratamento etanosolv aplicado nas fibras explodidas. Tal fato, foi evidenciado tanto nos aspectos técnicos quanto no melhor desempenho ambiental, discutido através da avaliação do ciclo de vida (ACV) para obtenção de nanocelulose cristalina (NCC). Foi comprovado que a substituição da etapa de diálise por neutralização via NaOH não afetou os parâmetros físico-químicos das nanoceluloses cristalinas (NCCAOH), que apresentaram boa cristalinidade (68%), atrativa razão de aspecto (26), alto rendimento (87%) e melhor estabilidade térmica frente às NCC dialisadas. A polpação acetosolv proporcionou, ainda, a obtenção nanocelulose fibrilada (NFC) com excelente alvura, boa estabilidade (Zeta = -26 mV) e bom índice de cristalinidade (58%).
Abstract: The residues of agroindustry have, over the years, been outstanding as an excellent lignocellulosic source. In this context, the fibers of the palm mesocarp (FPMD) have been studied as a source of cellulose and lignin with promising applications. However, pre-treatments are a critical factor for obtaining these macromolecules. Thus, the present study added the steam explosion process in the natural fibers to promote a better defibrillation of the material and facilitate the decomposition of the biomass in the subsequent organosolv (acetosolv and ethanosolv) pre-treatments. It was also possible to obtain crystalline nanocelluloses by substituting the so expensive dialysis step of water by neutralization with dilute sodium hydroxide. The processes involved in obtaining the nanocelluloses resulting from these pre-treatments were also evaluated for their environmental performance, allowing the technical and environmental performance of the entire nanostructures processing chain to be aggregated. The effects of acetic acid, sodium hydroxide, time (pulping acetosolv and ethanosolv) were evaluated using a central rotational compound design (DCCR). The influence of the vapor blast stage on the fiber defibrillation process was confirmed by the results obtained when the same optimized acetosolv pulping condition was applied to the natural fibers (35 min and acetic acid concentration of 80% (m / m)). After optimization, the acetosolv pulping proved to be more effective than etanosolv (60 min and 4% NaOH concentration) for lignin removal. Thus, the steam explosion process applied on natural palm fiber followed by pre-treatment, acetosolv and bleaching, presented better delignification compared to the pre-treatment of ethanosolv applied on the exploded fibers. This fact was evidenced both in the physical-chemical aspects and in the better environmental performance, discussed through the life cycle assessment (LCA) to obtain crystalline nanocellulose (NCC). It was verified that the replacement of the dialysis stage by NaOH neutralization did not affect the physicochemical parameters of the crystalline nanocelluloses (NCCAOH), which presented good crystallinity (68%), attractive aspect ratio (26), high yield (87%), and better thermal stability against dialyzed NCC. The acetosolv pulping also provided fibrillated nanocellulose (NFC) with excellent brightness, stable surface loads (-26 mV) and good crystallinity index (58%).
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/35223
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