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Tipo: Tese
Título: Valorization of Eucalyptus urograndis lignin: mechanistic approaches of different delignification methods and chemical modifications via sustainable methodology
Título(s) alternativo(s): Valorização da lignina de Eucalyptus urograndis: abordagens mecanísticas de diferentes métodos de deslignificação e modificações químicas via metodologia sustentável
Autor(es): Oliveira, Davi Rabelo de
Orientador: Oliveira, Diego Lomonaco Vasconcelos de
Coorientador: Mazzetto, Selma Elaine
Palavras-chave em português: Deslignificação;Eucalyptus urograndis;Acetilação;Microondas
Palavras-chave em inglês: Delignification;Eucalyptus urograndis;Acetylation;Microwave
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Data do documento: 2025
Citação: OLIVEIRA, Davi Rabelo de. Valorization of Eucalyptus Urograndis lignin: mechanistic approaches of different delignification methods and chemical modifications via sustainable methodology. 2025. 137 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumo: A lignina, um biopolímero aromático complexo e abundante, representa um recurso renovável ainda subutilizado no conceito de biorrefinarias. A valorização eficaz da lignina depende criticamente de sua estrutura química, a qual é fortemente influenciada pelo método de extração empregado, e de modificações químicas que modulem suas propriedades para aplicações específicas. Contudo, métodos tradicionais de extração podem levar a estruturas alteradas e modificações químicas frequentemente envolvem reagentes perigosos e longos tempos de reação. Esta tese teve como duplo objetivo: (1) investigar comparativamente o impacto dos métodos de deslignificação Kraft, Pirólise Rápida (FP) e Organosolv Assistido por Micro-ondas (MWAOD) nas características estruturais, térmicas e antioxidantes da lignina de Eucalyptus urograndis, utilizando a Lignina de Madeira Moída (MWL) como referência; e (2) desenvolver e avaliar um método de acetilação sustentável e seletivo para a lignina Kraft, empregando ácido acético como reagente sob irradiação de micro-ondas. As ligninas foram caracterizadas extensivamente por FTIR, RMN (2D HSQC, ³¹P), GPC, TGA, DSC e ensaio de atividade antioxidante (DPPH). Os resultados da deslignificação revelaram que os métodos produziram ligninas com rendimentos variados (33-69%), e purezas elevadas (76-93%). A severidade do processo (FP>Kraft>MWAOD) demonstrou influenciar diretamente a estrutura da lignina, resultando em menores pesos moleculares (657-1959 g/mol), maior grau de condensação (ligações β-5', 5-5') e maior teor de hidroxilas fenólicas, com consequentes alterações nas propriedades térmicas e na capacidade antioxidante. O estudo de modificação demonstrou que a acetilação assistida por micro-ondas com ácido acético é uma alternativa rápida e eficiente, permitindo a acetilação parcial e seletiva (preferencialmente em hidroxilas fenólicas) da lignina Kraft, modificando sua solubilidade, estabilidade térmica e atividade antioxidante de forma controlada. Com os resultados obtidos, foi possível concluir que a seleção do método de extração é fundamental para definir as propriedades da lignina técnica e que abordagens de modificação inovadoras e sustentáveis, como a acetilação por micro-ondas com ácido acético, são promissoras para adequar a lignina a aplicações de maior valor agregado, contribuindo para a economia circular e o desenvolvimento de biorrefinarias.
Abstract: Lignin, a complex and abundant aromatic biopolymer, represents a renewable resource that is still underutilized in the concept of biorefineries. The effective valorization of lignin depends critically on its chemical structure, which is strongly influenced by the extraction method employed, and on chemical modifications that modulate its properties for specific applications. However, traditional extraction methods can lead to altered structures, and chemical modifications often involve dangerous reagents and long reaction times. This thesis had the following two objectives: (1) to comparatively investigate the impact of the Kraft, Rapid Pyrolysis (FP) and Microwave-Assisted Organosolv (MWAOD) delignification methods on the structural, thermal and antioxidant characteristics of Eucalyptus urograndis lignin, using Milled Wood Lignin (MWL) as a reference; and (2) to develop and evaluate a sustainable and selective acetylation method for Kraft lignin, employing acetic acid as a reagent under microwave irradiation. The lignins were extensively characterized by FTIR, NMR (2D HSQC, ³¹P), GPC, TGA, DSC, and antioxidant activity assay (DPPH). The results of delignification revealed that the methods produced lignins with varying yields (33-69%), and high purities (76-93%). The severity of the process (FP>Kraft>MWAOD) has been shown to directly influence the structure of the lignin, resulting in lower molecular weights (657-1959 g/mol), higher degree of condensation (β-5', 5-5' bonds) and higher content of phenolic hydroxyls, with consequent changes in thermal properties and antioxidant capacity. The modification study demonstrated that microwave-assisted acetylation with acetic acid is a fast and efficient alternative, allowing partial and selective acetylation (preferably in phenolic hydroxyls) of Kraft lignin, modifying its solubility, thermal stability and antioxidant activity in a controlled manner. With the results obtained, it was possible to conclude that the selection of the extraction method is fundamental to define the properties of technical lignin and that innovative and sustainable modification approaches, such as microwave acetylation with acetic acid, are promising to adapt lignin to higher value-added applications, contributing to the circular economy and the development of biorefineries.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/81534
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0000-0003-0928-1315
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/2552214646757712
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0001-5763-4336
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/7933690327810611
ORCID do Coorientador: https://orcid.org/0000-0002-6879-3209
Currículo Lattes do Coorientador: http://lattes.cnpq.br/5542552498627352
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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