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https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/14816
Tipo de Documento: | Tese |
Título: | Pré-tratamento de biomassa pelo método organosolv utilizando glicerol para obtenção de açúcares redutores |
Título(s) alternativo(s): | Pre-treatment of biomass by the organosolv method using glycerol to obtainment reducing sugars |
Autor(es): | Santana, Joselaine Carvalho |
Data do documento: | 27-Fev-2020 |
Orientador: | Romão, Luciane Pimenta Cruz |
Coorientador: | Wisniewski Junior, Alberto |
Resumo: | A produção do etanol celulósico ainda não é economicamente viável, o principal entrave é a força intrínseca entre os componentes da biomassa. De modo que um pré-tratamento precisa ser realizado para desagregar a lignocelulose e disponibilizar os carboidratos para os processos de hidrólise enzimática e fermentação. Nesse contexto, o pré-tratamento organosolv com glicerol vem sendo investigado. O uso do glicerol mostra-se promissor devido ao seu aspecto sustentável econômico e ambientalmente. Nesse estudo, reações de prétratamento organosolv com glicerol, inicialmente aplicadas ao aguapé (Eichhornia crassipes), foram realizadas com avaliação dos efeitos das seguintes variáveis: tempo (10-120 min), temperatura (100-220 °C), razão sólido/líquido (1-6%), porcentagem de água (0-40%) e catalisador ferrita de cobalto (CoFe2O4) (0-10%). O objetivo foi otimizar o processo, a fim de maximizar o rendimento em açúcares na subsequente hidrólise enzimática. A condição otimizada, pelo delineamento experimental 25-1 , foi a seguinte: tempo de 10 min, temperatura de 220 °C, razão sólido/líquido de 6%, 0% de água e 0% de catalisador, que resultou em 37% de açúcares liberados. Outras fontes de ferro também foram testadas (FeCl3 e FeSO4). Diferentemente do CoFe2O4 esses sais de ferro, adicionados na condição ótima, apresentaram atividade. O uso de FeSO4 e FeCl3 a 0,1 mol.L-1 aumentou a liberação de açúcares para 41 e 51%, respectivamente. Evidenciando que a atividade do ferro é determinada pela forma em que se encontra disponível no meio reacional. Diante dessa otimização, foi realizado um planejamento fatorial 23 para investigar o sinergismo entre o tamanho de partícula (< 0,85 - >2,0 mm), a concentração de FeCl3 (0,025- 0,175 mol.L-1 ) e a temperatura (160-220 °C), na desconstrução do aguapé, bagaço de cana, palha de milho e casca de coco verde. A análise dos efeitos indicou que o tipo de lignocelulose interfere na ação das variáveis, mas encontrou-se uma condição ótima em comum (< 0,85 mm; 0,025 mol.L-1 ; 220 °C), viável por usar pequena quantidade de catalisador. Para o aguapé essa nova otimização além de reduzir em 75% a quantidade usada de FeCl3, aumentou em 64% a quantidade de glicose produzida por 100 gramas de biomassa in natura, passando de 14 g/100 g para 23 g/100 g após 48 h de hidrólise enzimática, devido a maior recuperação de celulose na biomassa pré- tratada. As biomassas pré-tratadas com essa combinação de fatores exibiram digestibilidade enzimática superior a 93% após 48 h, reflexo de uma eficiente redução da recalcitrância, devido à alta remoção de hemicelulose, aproximadamente 90%, relacionada ao uso do FeCl3 que favoreceu a sua decomposição, também ocorreu considerável deslignificação. Ocorreu baixa formação de inibidores no hidrolisado, indicando que pode ser diretamente fermentado. Nos licores a fermentação poderá ser realizada após a separação do ácido acético, e a lignina removida para esses pode ser facilmente recuperada apenas por centrifugação. Testes realizados na condição ótima revelaram que o FeCl3 é mais viável que o HCl, e que após o pré-tratamento a biomassa pode ser diretamente submetida a hidrólise enzimática sem lavagem e úmida. Além disso, o glicerol bruto, após tratamento simples, proporcionou a mesma eficácia do glicerol comercial. |
Abstract: | The production of the cellulosic ethanol is not yet economically viable, the main obstacle is the intrinsic strength between the components of biomass. Therefore, a pretreatment needs to be carried out to break down lignocellulose and make carbohydrates available for the enzymatic hydrolysis and fermentation processes. In this context, the organosolv pretreatment with glycerol has been investigated. The use of glycerol is promising due to its economically and environmentally sustainable aspect. Organosolv pretreatment reactions with glycerol, applied to water hyacinth (Eichhornia crassipes), were performed with evaluation of the effects of the following variables: time (10-120 min), temperature (100-220 °C), solid/liquid ratio (1-6%), water percentage (0-40%), and cobalt ferrite (CoFe2O4) catalyst (0-10%). The objective was to optimize the process in order to maximize the yield of sugars in subsequent enzymatic hydrolysis. The optimized condition obtained using a 25-1 experimental design was as follows: time of 10 min, temperature of 220 °C, solid/liquid ratio of 6%, 0% water, and 0% catalyst, which resulted in 37% release of sugars. Others sources of iron were also tested (FeCl3 and FeSO4). Unlike CoFe2O4, these added iron salts presented activity, under the optimal condition. The use of FeSO4 and FeCl3 at 0.1 mol.L-1 increased the release of sugars to 41 and 51%, respectively. It was evident that the activity of the iron was determined by the form in which it was present. In view of this optimization, a factorial design 23 was carried out to investigate the synergism between particle size (<0.85 - > 2.0 mm), FeCl3 concentration (0.025- 0.175 mol.L-1 ) and temperature (160-220 ºC), in the deconstruction of water hyacinth, sugarcane bagasse, corn straw and green coconut shell. The analysis of the effects indicated that the type of lignocellulose interferes with the action of the variables, but an optimal condition in common (<0.85 mm; 0.025 mol.L-1 ; 220 ° C) was found, viable for using a small amount of catalyst. For water hyacinth, this new optimization, besides reducing the amount of FeCl3 used by 75%, increased the amount of glucose produced per 100 grams of fresh biomass by 64%, from 14 g / 100 g to 23 g / 100 g after 48 h of enzymatic hydrolysis, due to greater cellulose recovery in the pre-treated biomass. Biomasses pretreated with this combination of factors exhibited enzymatic digestibility greater than 93% after 48 h, reflecting an efficient reduction in recalcitrance, due to the high removal of hemicellulose, approximately 90%, related to the use of FeCl3 that favored its decomposition, also occurred considerable delignification. There was low formation of inhibitors in the hydrolyzate, indicating that it can be directly fermented. In liqueurs, fermentation can be carried out after the separation of acetic acid, and the lignin removed for them can be easily recovered only by centrifugation. Tests carried out in the optimum condition revealed that FeCl3 is more viable than HCl, and that after pre-treatment the biomass can be directly subjected to enzymatic hydrolysis without washing and moist. In addition, crude glycerol, after simple treatment, provided the same effectiveness as commercial glycerol. |
Palavras-chave: | Química Aguapé (Planta) Bagaço de cana Palha Coco Hidrólise Enzimas Palha de milho Casca de coco Pré-tratamento organosolv Hidrólise enzimática Water hyacinth Sugarcane bagasse Corn straw Coconut shell Organosolv pre-treatment Enzymatic hydrolysis |
área CNPQ: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA |
Agência de fomento: | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Fundação de Apoio a Pesquisa Tecnológica do Estado de Sergipe - FAPITEC/SE |
Idioma: | por |
Sigla da Instituição: | Universidade Federal de Sergipe |
Programa de Pós-graduação: | Pós-Graduação em Química |
Citação: | SANTANA, Joselaine Carvalho. Pré-tratamento de biomassa pelo método organosolv utilizando glicerol para obtenção de açúcares redutores. 2020. 138 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, SE, 2020. |
URI: | https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/14816 |
Aparece nas coleções: | Doutorado em Química |
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