Made available in DSpace on 2016-06-02T19:02:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5744.pdf: 5142793 bytes, checksum: 72f54c78f587dd8a944d3e9cfc2aaee2 (MD5) Previous issue date: 2013-09-20 / Financiadora de Estudos e Projetos / The main challenge on the conversion of lignocellulosic biomass into liquid fuels is the economic viability of this process. Thus, the commercialization of lignocellulosic ethanol is hindered mainly by the high costs of the enzyme preparations currently available cellulases - enzymes used in the saccharification step. Some strategies that can be adopted to reduce the enzymes costs include selecting microorganisms, use of cheaper raw materials and more efficient fermentation strategies such as the solid state fermentation (SSF) and efficient techniques for saccharification and fermentation. The aim this work was evaluate the use of the whole fermentation medium containing lignocellulosic biomass, fungal mycelium and enzymes in the hydrolysis of sugarcane bagasse pretreated by steam explosion for cellulosic ethanol production. In this context, a selection of filamentous fungi highly producing cellulases and hemicellulases, optimization operating conditions, such as humidity and temperature, were carried out for in house enzyme production using an instrumented bioreactor. Then, the efficiency of the whole fermentation medium and enzyme extract in enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass for cellulosic ethanol production was evaluated. Among the 40 fungal strains evaluated, two strains of A. oryzae (P6B2 and P27C3A) stood out. In addition, one strain of A. niger 3T5B8 and another of T. reesei RUT C30 were also evaluated in this study. The influence of the substrate initial moisture content and temperature on efficiency of cellulase and xylanase production by strains of A. oryzae, A. niger and T. reesei grown in SSF under conditions of forced aeration and static were evaluated. The initial moisture content of the substrate did not affect the production of cellulases and xylanases by strain of A. oryzae P27C3A, however higher moisture was better for enzyme production by strains of A. oryzae P6B2 and A. niger and lower moisture were better for the production of cellulases and xylanases by T. reesei in both cultive systems. Temperature 28°C was best for xylanase production by all the fungal strains, while higher temperatures was better cellulases production in both culture systems. The use of whole fermented medium of A. niger or T. reesei obtained in the bioreactor were better in the hydrolysis sugarcane bagasse pretreated by steam explosion (BPSE) than the enzymatic extract with a final conversion of 41.3 and 24.9% of theoretical, respectively. The combination of whole fermentation medium of strains of A. oryzae (P6B2 or P27C3A) obtained in flasks and ½ commercial enzyme hydrolysis also were efficient on BPSE hydrolysis (26.1 and 42.4% of theoretical, respectively). Nevertheless, the combination of whole fermented medium of A. oryzae P6B2 and enzymatic extract of A. niger obtained in flasks promoted a conversion of 65% and an ethanol yield of 84% of the theoretical value. As overall conclusion it was found that the use of whole fermented medium produced by fungi cultivated under solid state fermentation (SSF) in the BPSE hydrolysis resulted in similar or higher yields compared to the hydrolysis using the enzyme extract, giving clear indication that the extraction/filtration step of the enzyme can be eliminated. The use of the enzyme complex of A. oryzae P6B2 in combination with the enzymes of A. niger resulted in a BPSE hydrolysis more efficient when compared with other combinations, showing the importance of selecting microorganisms for high enzymes production. Moreover, the use of a single reactor system for performing enzyme production steps by SSF, saccharification and alcoholic fermentation may be performed, avoiding the need for steps separation. / A discussão dominante sobre a transformação da biomassa lignocelulósica a combustível líquido é a sua viabilidade econômica. Assim, a comercialização do etanol a partir de biomassa lignocelulósica é dificultada principalmente pelos custos proibitivos das preparações de celulases enzimas usadas na sacarificação. Algumas estratégias que podem ser adotadas para a redução do custo das enzimas utilizadas na degradação da biomassa incluem a seleção de micro-organismos altamente produtores de celulases e hemicelulases, utilização de matéria-prima mais barata e estratégias de fermentação a um custo efetivo - como a fermentação em estado sólido (FES) e técnicas mais eficientes de sacarificação e fermentação alcoólica. O objetivo deste trabalho foi avaliar a utilização do meio fermentado integral (MFI), contendo biomassa lignocelulósica, micélio fúngico e enzimas na hidrólise do bagaço de cana pré-tratado por explosão a vapor para produção de etanol celulósico. Neste contexto, realizou-se a seleção de fungos filamentosos isolados do solo de madeira em decomposição da Região Amazônica produtores de celulases e hemicelulases, otimizou-se as condições operacionais, como umidade e temperatura para a produção de enzimas in house utilizando biorreator de coluna instrumentado e por fim, avaliou-se a eficiência do MFI e (EE) na hidrólise enzimática da biomassa lignocelulósica para produção de etanol celulósico. Entre os 40 fungos caracterizados quanto à produção de enzimas envolvidas na degradação da lignocelulose, duas linhagens de A. oryzae (P6B2 e P27C3A) se destacaram em relação às demais. Além das linhagens de A. oryzae outras duas linhagens de fungos, uma de A. niger 3T5B8 e outra de T. reesei RUT C30 foram avaliadas neste trabalho, a fim de verificar a eficiência das linhagens isoladas do solo da Floresta Amazônica. A umidade inicial do substrato não influenciou na produção de celulases e xilanases pela linhagem de A. oryzae P27C3A, no entanto umidades elevadas foram melhores para a produção de enzimas pelas linhagens de A. oryzae P6B2 e A. niger e umidades baixas foram melhores para a produção de celulases e xilanases por T. reesei em ambos os sistemas de cultivo, forçado e estático. Com relação à temperatura de fermentação, 28ºC foi melhor para a produção de xilanases por todas as linhagens fúngicas e temperaturas mais elevadas favoreceram a produção de celulases pelos fungos. A utilização do MFI de A. niger ou T. reesei obtido em biorreator de coluna instrumentado foram melhores na hidrólise do bagaço de cana pré-tratado por explosão a vapor (BEX) do que o EE, com uma conversão final de 41,3 e 24,9% do valor teórico, respectivamente. A combinação de MFI das linhagens de A. oryzae (P6B2 ou P27C3A) obtida em Erlenmeyer e ½ de enzima comercial também favoreceram a hidrólise do BEX (26,1 e 42,4% do valor teórico, respectivamente). No entanto, a combinação de MFI de A. oryzae P6B2 e EE de A. niger obtido em Erlenmeyer promoveram uma conversão final de 65% e um rendimento de etanol de 84% do valor teórico. Vale salientar que foi utilizado na fermentação alcoólica o meio hidrolisado na íntegra, contendo açúcares, enzimas, biomassa lignocelulósica e micélio fúngico. Como conclusões gerais, constatou-se que a utilização de MFI produzido pelos fungos por FES na hidrólise do BEX resultou em rendimentos semelhantes ou mais elevados quando comparado com a hidrólise do BEX utilizando EE, dando a clara indicação de que o passo de extração/filtração das enzimas pode ser eliminado; a utilização do complexo enzimático de A. oryzae P6B2 em combinação com o complexo enzimático de A. niger resultou em uma hidrólise mais eficiente do BEX quando comparado com outras combinações, mostrando a importância da seleção de micro-organismos produtores de enzimas envolvidas na degradação da lignocelulose, para que a produção de etanol celulósico possa se tornar economicamente viável; e por fim, a utilização de um único sistema de reator para a realização das etapas de produção de enzimas por FES, sacarificação e fermentação alcoólica pode ser realizada, evitando-se a necessidade de etapas de filtração.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / In this work, methylcellulose (MC) was produced from sugarcane bagasse cellulose by heterogeneous route in alkaline medium, according to two methodologies: i) reaction with DMS, successive exchange of reagents and a step of mercerization and ii) reaction with iodomethane in two steps of mercerization. The synthesized methylcelluloses and a commercial methylcellulose sample, used as standard, have been evaluated as admixtures for adhesive mortars in civil construction by 2 methods, being added as a suspension in water (method 1) and in the powder form, dispersed in the mortar during its preparation (method 2). One of the main points of innovation of this study was to apply the polymers as a powder during mortar preparation, so that it approaches the commercial adhesive mortars, which consist of mixtures pre-dosed powder. In this study, methylcellulose produced using DMS (MCD), iodomethane (MCI) and commercial methylcellulose (MCC) were characterized according to their degree of substitution (DS) by chemical route, by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-Ray Diffraction (XRD), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric Analysis (TGA) and viscosity measurements. The modifications observed in the FTIR spectra showed the efficiency of methylation processes using DMS and iodomethane. The samples showed differences in water solubility, MCI was more soluble, and related to the crystallinity, the MCD presented more crystalline pattern and MCI more amorphous. The MCD was more thermally stable. The adhesion of mortars prepared by method 1 was close to the values obtained for reference mortar, particularly only to the MCD sample that increased by about 28% compared to reference. For the mortars produced by method 2, the direct addition of polymers effectively changed the properties of mortars, especially in relation to the adhesion, that increased by approximately 23% to mortar containing MCI, about 70% for MCD and 20% for MCC. It is observed that MCD samples perform best in all tests, this may be related to the higher DS for this sample, which favors the gel formation and the water retention, making the mortar more viscous and \"sticky\", altering the interactions between mortar and substrate and increasing the adhesion. / Neste trabalho, a metilcelulose (MC) foi produzida a partir da celulose extraída do bagaço de cana-de-açúcar pela rota heterogênea em meio alcalino. Foram empregadas duas metodologias de síntese: i) reação com sulfato de dimetila (DMS), troca sucessiva de reagentes e uma etapa de mercerização e ii) reação com iodometano e duas etapas de mercerização. As amostras de MC produzidas e uma amostra de MC comercial, utilizada como padrão, foram avaliadas como aditivos para argamassas colantes na construção civil por 2 métodos, sendo adicionadas às argamassas como uma suspensão em água (método 1) e na forma de pó, disperso diretamente na argamassa durante sua preparação (método 2). Um dos principais pontos de inovação deste trabalho foi a aplicação dos polímeros na forma de pó durante a preparação das argamassas, forma essa que se aproxima das argamassas colantes comerciais que consistem em misturas pré-dosadas em pó. Neste estudo, as amostras de metilcelulose produzidas usando DMS (MCD), iodometano (MCI) e a amostra de metilcelulose comercial (MCC) foram caracterizadas quanto ao seu Grau de Substituição (GS) por via química, pelas técnicas de Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Difratometria de Raios-X (DRX), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Análise Termogravimétrica (TGA), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e por medidas de viscosidade. As modificações observadas nos espectros de FTIR mostraram a eficiência dos processos de metilação usando DMS e iodometano. As amostras apresentaram diferenças quanto à solubilidade em água, sendo a amostra MCI mais solúvel, e quanto à cristalinidade, a MCD apresentou um padrão mais cristalino e a MCI mais amorfo. A amostra MCD apresentou a maior estabilidade térmica. A adesão das argamassas preparadas pelo método 1, foi próxima dos valores da argamassa de referência, com destaque apenas para a MCD que apresentou aumento de cerca de 28%. Para as argamassas produzidas pelo método 2, a adição direta dos polímeros modificou efetivamente as propriedades das argamassas, principalmente em relação à aderência, que aumentou cerca de 23% para a argamassa com MCI, 70% para MCD e 20% para MCC. A amostra MCD apresentou o melhor desempenho em todos os ensaios, fato que pode estar relacionado ao seu maior GS, que favorece a formação de gel e a retenção de água pela argamassa, tornando-a mais viscosa e pegajosa , alterando as interações da argamassa com o substrato e consequentemente, aumentando a aderência. / Doutor em Química

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In the present dissertation, the synthesis and characterization of cellulose acetate membranes as well as cellulose acetate and polystyrene blends, were studied. Recycled materials were used to produce the blends. Cellulose acetate (CA) was produced from sugarcane bagasse, and waste plastic cups were used as polystyrene (PS) source. Blends, produced with different CA/PS ratios, were characterized regarding the miscibility of their components. The techniques utilized for membrane characterization were Fourier Transform Infrared Spectrometry (FTIR), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric Analysis (TGA), Scanning Electron Microscopy (SEM) and measurements of water diffusion through the membranes. The results confirmed the existence of miscibility microregions in the blends and indicated a region of transition when 30% PS was used, indicating a limit for a possible phase inversion between the matrix and the disperse phase. The membranes were also characterized regarding their properties of water flux, PEG rejection (utilizing an aqueous solution 1% w/v of polyethylene glycol, PEG, 45 kDa and 80 kDa) and ion diffusion by dialysis. The experiment of ion diffusion by dialysis showed that the coefficients of ion diffusion of both the pure CA and the CA/PS blends were comparable to previously reported values for commercial cellulose triacetate membrane. These results showed that the membrane produced from recycled materials, sugarcane bagasse and polystyrene cups, behaves likewise the commercial material. Regarding permeation driven by difference of pressure, 12% w/w membrane showed the best performance and rejected 27% PEG 80 kDa. These preliminary results showed that this membrane should be better evaluated in the range of application comprehending ultrafiltration or microfiltration processes. / Nesta dissertação estudou-se a síntese e caracterização de membranas de acetato de celulose e blendas de acetato de celulose com poliestireno. Foram utilizados materiais reciclados, sendo o acetato de celulose (AC) obtido pela reciclagem do bagaço de cana-de-açúcar, e o poliestireno (PS) de copos plásticos descartados. As blendas, produzidas com diferentes proporções de AC/PS, foram caracterizadas quanto a miscibilidade dos seus componentes. As técnicas utilizadas foram a Espectrometria de Infravermelho com Transformada de Fourrier (FTIR), Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC), Análise Termogravimétrica (TGA), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e medidas de difusão de água através das membranas. Os resultados confirmaram a existência de microrregiões de miscibilidade nas blendas, e também evidenciaram uma região de transição na proporção de 30% de PS, indicando um limite para uma possível inversão de fases entre a matriz e a fase dispersa. As membranas também foram caracterizadas por fluxo de água, rejeição ao PEG (de diferentes massas molares) e difusão de íons por diálise, visando apontá-las para possíveis processos de separação. Os experimentos de difusão de íons por diálise mostraram que o coeficiente de difusão de íons, tanto das membranas de AC puro quanto das blendas AC/PS, foram comparáveis ao valor encontrado na literatura para uma membrana de triacetato de celulose comercial. Estes resultados demonstram que as membranas produzidas a partir de materiais reciclados, bagaço de cana-deaçúcar e copos de poliestireno, apresentaram performance comparável àquela produzida de um material comercial. Com relação ao experimento por diferença de pressão, a membrana de AC 12% mostrou a melhor performance e rejeitou 27 % do PEG 80 kDa. Estes resultados preliminares mostram que esta membrana pode ser indicada para uma melhor avaliação em uma faixa de aplicação que compreende os processos de ultrafiltração e microfiltração. / Mestre em Química

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a study of the use of sugarcane bagasse as an alternative source of cellulose, for obtaining cellulose triacetate (CTA) and consequently production of membranes for use in controlled release system (CRS) of the drugs naproxen (water insoluble) and doxycycline (water soluble). The sugarcane bagasse was delignified from three successive reflux of a mixture 80/20 (v/v) nitric acid concentrated and ethanol, subsequently treated in NaOH solution. From the analysis of Klason Lignin, noted that in delignified bagasse (DB) there was a reduction in lignin content of 98% compared with gross bagasse. CTA produced presented degree of substitution (DS) 2.80 ± 0.09, what classifies as cellulose triacetate (CTA). The formulations used, CTA/dichloromethane/drug and CTA/dichloromethane/water/drug led to the production of symmetric and asymmetric I membranes, respectively. The formulation with the system solvent dioxane/acetone resulted in asymmetric II membranes with pores in thickness and dense surface, morphologies observed from the analysis of scanning electron microscopy (SEM). The results of the thermal analysis showed that there are interactions between drugs and the CTA. The polymeric matrices showed Swelling index (Si) approximately 12%, a result that will influence on the release kinetics of drugs. The content of naproxen released was 8, 50 and 25% from symmetric, asymmetric I and asymmetric II membranes, respectively. Doxycycline presented release content 14% in experiments with symmetric membranes and 80% with asymmetric I membranes. The study of CRS of drugs showed that membrane morphology has great influence on drugs desorption and the release occurs predominantly by diffusion. / Esse trabalho apresenta um estudo da utilização de bagaço de cana de açúcar como fonte alternativa de celulose, para a obtenção de triacetato de celulose (TAC) e consequentemente produção de membranas para o uso em sistema de liberação controlada (SLC) dos fármacos naproxeno (lipossolúvel) e doxiciclina (hidrossolúvel). O bagaço de cana de açúcar foi deslignificado a partir de três refluxos sucessivos de uma mistura 20/80 (v/v) de ácido nítrico concentrado e etanol hidratado, e posteriormente tratado em solução NaOH. A partir da análise de Lignina Klason, observou se que no bagaço deslignificado (BD) houve uma redução no teor de lignina de 98 % em relação ao bagaço bruto. O TAC produzido apresentou grau de substituição 2,80 ± 0,09, classificando-o como triacetato de celulose (TAC). As formulações utilizadas, TAC/diclorometano/ fármaco e TAC/diclorometano/água/ fármaco levaram à produção de membranas simétricas e assimétricas I, respectivamente. A formulação com o sistema solvente dioxano/acetona resultou em membranas assimétricas II com poros na espessura e superfície mais densa, morfologias observadas a partir das análises de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Os resultados da análise térmica mostraram que há interações entre os fármacos e o TAC. As matrizes poliméricas apresentaram Índice de Intumescimento (Ii) de aproximadamente 12 %, resultado que influenciou na cinética de liberação das drogas. O teor do naproxeno liberado foi 8, 50 e 25 % a partir das membranas simétricas, assimétricas I e assimétricas II, respectivamente. A doxiciclina apresentou teor de liberação de 14 % nos experimentos com as membranas simétricas e 80 % com as assimétricas I. O estudo do SLC das drogas mostrou que a morfologia das membranas exerce grande influência na dessorção dos fármacos e a liberação ocorre predominantemente por difusão. / Mestre em Química

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:07:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Grasielli Orso Graebin.pdf: 4087959 bytes, checksum: aec4bf3fcd0a76a2390801b14ddefce0 (MD5) Previous issue date: 2014-02-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The growth of the sugarcane sector has enhanced the generation of large amounts of waste such as bagasse from sugar cane, a fact that has encouraged the search for new alternatives of it's use. This study aimed to kiln drying and convective dryer bagasse sugarcane and its application in the removal of metal nickel. Fluorescence spectra of X- rays detected the presence of C, O and Si in the biosorbents, and a fibrous structure and apparently fragmented. Thermal analysis has demonstrated that the bagasse has thermal stability up to 80 °C and four stages of weight loss and decomposition of its components. The point of zero charge was 5,38. The ash content of 4,4%. The kiln drying showed the best results obtained by the experimental desing 22 with 4 center points were showed the temperature of 80 °C as more suitable for balancing the end of the drying process of sugar cane bagasse in 140 minutes. In convective drying the best results were at a temperature of 80 °C and the drying air speed of 2,0 m s-1 reaching the equilibrium moisture content (Xe) in 85±8,66 minutes. Page's model represented better the kinetics, with R2 of 0,9948. The coefficient of diffusivity and activation energy for the best drying conditions investigated were 1,4340 x 10-12 m2 s-1 and 0,58 kJ mol-1. In the adsorption process optimized variables by Experimental Desing Full 23 values showed the following: pH = 5,0, temperature = 25°C, agitation rate = 75 rpm and adsorbent mass of 0,1 g. The adsorption kinetics of bagasse presented a qeq of 1,43 ± 0,024 mg g-1 in a time of 120 minutes. The sugar cane bagasse being a low cost, renewable and biodegradable agroindustrial by product, proves to be a potential adsorbent for the removal of nickel metal. / O crescimento do setor sucroalcooleiro tem potencializado a geração de grandes quantidades de resíduos como o bagaço de cana-de-açúcar, fato que tem incentivado a pesquisa de novas alternativas para sua aplicação. Este trabalho teve como objetivo a secagem em estufa e em secador convectivo do bagaço de cana-de-açúcar e sua aplicação na remoção do metal níquel. Os espectros de fluorescência de raios-X detectaram a presença de C, O e Si no biossorvente, além de uma estrutura fibrosa e fragmentada aparentemente. A análise térmica demonstrou que o bagaço possui estabilidade térmica até 80 °C e quatro estágios de perda de massa e decomposição de seus componentes. O ponto de carga zero (PCZ) do bagaço de cana-de-açúcar foi de 5,38. A secagem em estufa apresentou a temperatura de 80 °C como mais apropriada para estabelecer o equilíbrio ao final do processo de secagem do bagaço de cana em 140 minutos. Na secagem convectiva os melhores resultados obtidos pelo planejamento experimental 22 com 4 pontos centrais foram a temperatura de 80 °C e velocidade do ar de secagem de 2,0 m s-1 atingindo a umidade de equilíbrio (Xe) em 85±8,66 minutos. O modelo de Page representou melhor a cinética de secagem do bagaço de cana com coeficiente de determinação de 0,9948. O coeficiente de difusividade e a energia de ativação para as melhores condições de secagem investigadas foram de 1,4340 x 10-12 m2 s-1 e 0,58 KJ mol-1. No processo de adsorção de níquel as variáveis otimizadas pelo Planejamento Experimental Completo 23 foram pH de 5,0, temperatura de 25 °C e velocidade de agitação de 150 rpm. A cinética de adsorção do níquel pelo bagaço de cana foi de 1,43 ± 0,024 meq g-1 para um tempo de equilíbrio de 120 minutos. O bagaço de cana-de-açúcar por ser um subproduto agroindustrial de baixo custo, renovável e biodegradável, demonstra ser um adsorvente potencial para a remoção do metal níquel.

Orientador: Ivonete Ávila / Resumo: A biomassa apresenta-se como uma promissora alternativa aos combustíveis fósseis por ser renovável, de baixo custo e amplamente disponível. Esta pode ser obtida a partir de resíduos agroindustriais mostrando-se como um importante modelo de energia sustentável. Os principais componentes da biomassa são hemicelulose, celulose e lignina e, por possuírem diferentes propriedades químicas, influenciam diretamente na eficiência de um processo de conversão termoquímica. Metodologias convencionais atualmente aceitas na determinação dos principais componentes da biomassa requerem maior tempo e possuem alto custo. A análise termogravimétrica (TG) é uma técnica rápida e de baixo custo, resultando em curvas TG/DTG que fornecem uma indicação do percentual de cada um dos componentes da biomassa. Entretanto, não há uma metodologia aceita no sentido de substituir o método convencional por via úmida na determinação dos constituintes de materiais lignocelulósicos. Portanto, o objetivo deste estudo é avaliar o efeito da interação entre os componentes do bagaço e da palha de cana-de-açúcar (hemicelulose, celulose e lignina), isolados por diferentes tratamentos químicos, por meio da análise de sinergismo em ensaios termogravimétricos. Este estudo contribuirá para a elaboração de uma metodologia para determinação dos teores desses componentes por meio da análise termogravimétrica, com precisão similar aos métodos convencionais. Os resultados da caracterização química e a caracterização físico-quími... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Biomass presents itself as a promising alternative energy source to replace or reduce the use of fossil fuels because it is renewable, low cost and widely available. This can be obtained from agro-industrial waste, showing itself as an important model of sustainable energy. The main components of biomass are hemicellulose, cellulose and lignin and, due to their different chemical properties, they directly influence the efficiency of a thermochemical conversion process. Currently, the accepted methodologies for determining the main components of biomass require time and are expensive. Thermogravimetric analysis (TGA) is a fast and low-cost technique, resulting in TGA/DTG curves that provide an indication of the percentage of each biomass components. However, there is no accepted methodology in the sense to replace the conventional wet method use to determining the lignocellulosic materials components. Therefore, the objective of this study is to evaluate the effect of the interaction between the components of sugarcane bagasse and straw (hemicellulose, cellulose and lignin), isolated by different chemical treatments, through the analysis of synergism in thermogravimetric tests. This study will contribute to the development of a methodology for determining the content of these components through thermogravimetric analysis, with precision similar to conventional methods. The results of chemical characterization and physico-chemical characterization by FTIR and DRX technique of t... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: José Luz Silveira / Banca: Celso Eduardo Tuna / Banca: José Antonio Perrella / Banca: Wendell de Queiróz Lamas / Banca: Ricardo Alan Verdú Ramos / Resumo: Os níveis significativamente elevados dos subprodutos disponíveis (bagaço e palha) no processamento da cana-de-açúcar oferecem um potencial atrativo para o uso de sistemas que utilizem um gaseificador de biomassa integrado a um ciclo combinado (BIG - GTCC). Neste trabalho propõe-se estudar a incorporação do processo de gaseificação de biomassa para uso em sistema de cogeração com ciclo combinado aplicado ao setor sucroalcooleiro. Foram realizados estudos energéticos, econômicos e ecológicos da incorporação do sistema BIG - GTCC como alternativa para o aumento da oferta de produção de eletricidade em uma típica indústria sucroalcooleira do Brasil. Propõe-se o suo de uma tecnologia de pré-tratamento do bagaço para superar os problemas técnicos existentes ao alimentar, de forma contínua, o reator de gaseificação de bagaço. Na análise econômica, determina-se, inicialmente, o custo de produção de gás de síntese, permitindo alocar os custos de produção de eletricidade, energia mecânica e calor de processo no sistema proposto, considerando três configurações. Na etapa final, são determinadas as emissões de poluentes, o dióxido de carbono equivalente, o indicador de poluição e a eficiência ecológica da planta utilizando o processo de gaseificação com ciclo combinado ao setor. Conclui-se que a aplicação do processo de gaseificação apenas do excedente de bagaço em fluxo de arraste com pré-tratamento de torrefação apresenta-se como a melhor das opções propostas, tanto do ponto de vista termodinâmico, como do econômico e do ecológico / Abstract: The significantly elevated levels of byproducts (bagasse and trash) currently available in the sugar cane industries offer an attractive potential for the use of the BIG - GTCC in the sugar industry. This work aims to make an energetic, economic and ecological studies of the BIG -GTCC (Biomass Integrated Gasifier - Gas Turbine Combined Cycle) system incorporation in the sugar cane industry, as an alternative to increase the levels of electricity generation in this sector. A new technology for the bagasse pre-treatment is proposed in order to overcome the technical problems observed during the continuous feeding of gasifier with sugarcane bagasse as a setting for coupling the gasifier with the sugarcane mill. An energetic analysis of the proposed system was performed. The study also identified the production cost of the synthesis gas, as well as allocated the electricity, heat, and mechanical energy production cost in the proposed system, considering the three studied cases. In the final phase, the pollutant emissions, the carbon dioxide equivalent, the pollution indicator, and the ecological efficiency of the incorporation of the cogeneration process with combined cycle in the traditional Brazilian sugar industries were determined. The main result of the study was that the application of the configuration, where only the surplus bagasse of the conventional plant is gasified in an entrained flow reactor, after pretreatment of the bagasse through a torrefaction process, appears to be economically, ecologically, and technically the best of the proposed options / Doutor

Orientador: Celso Eduardo Tuna / CoOrientador: José Luz Silveira / Banca: Eliana Vieira Canettieri / Banca: João Andrade de Carvalho Júnior / Banca: Christian Jeremi Coronado Rodriguez / Banca: Carlos Manuel Romero Luna / Resumo: O bagaço e a palha são resíduos do processamento industrial da cana-de-açúcar que constituem uma importante fonte de recurso para cogeração de energia no setor sucroalcooleiro. Os sistemas de cogeração neste setor geram potência mecânica ou elétrica e vapor, que são utilizados no próprio processo e o excedente é vendido as concessionárias de energia. Porém, estes sistemas encontram-se bem abaixo do potencial real. Uma alternativa tecnológica que poderá contribuir com a oferta de excedentes de energia elétrica é a introdução da tecnologia BIG-GT (gaseificadores de biomassa associados a turbina a gás e caldeira de recuperação). O presente trabalho, tem como objetivo o estudo termoeconômico da incorporação desta tecnologia em usinas sucroalcooleiras como alternativa para o aumento de geração de eletricidade. As análises energéticas e exergéticas foram realizadas para quatro possíveis configurações de uma usina sucroalcooleira com a integração da tecnologia BIG-GT com o objetivo de avaliar a eficiência de geração de eletricidade e vapor de processo, bem como o aproveitamento global de energia de cada uma delas. Na análise termoeconômica, é determinado o custo de produção de gás de gaseificação, eletricidade e vapor do processo no sistema proposto, assim como, tempo de recuperação do investimento. Na parte final do trabalho foi realizada a otimização multiobjetiva do sistema considerando três funções objetivo: tecnológica, econômica e ambiental, para identificar a configuração com... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Bagasse and straw are residues from the industrial processing of sugarcane that constitute an important source for cogeneration of energy in the sugar-alcohol sector. The cogeneration systems in this sector generate mechanical or electrical power and steam, which are used in the process itself and the surplus is sold to energy distribution companies. However, these systems are well below real potential. One of the technological alternatives that may improve the supply of surplus electricity is the introduction of BIG-GT technology (biomass gasifier associated with gas turbine and Heat recovery steam generator). In this work, it is proposed to conduct thermoeconomic studies of the incorporation of this technology in the sugarcane ethanol plants as an alternative to increasing the supply of electricity generation. The energetic and exergetic analyses were performed for four possible configurations of a sugarcane ethanol plant with the integration of BIG-GT technology with the objective of evaluating the efficiency of electricity generation and process steam as well as the global energy utilization of each one of them. In the thermoeconomic analysis, it is determined the cost of production of producer gas, electricity and steam of the process in the proposed system, as well as the investment payback period. In the final part of the work, it is developed the multiobjective optimization of the system considering three objective functions: technological, thermoeconomic and environmental, for identifying the configuration with better behavior. According to the results obtained in the study, it is concluded that case III and case IV are presented as the best of the proposed options / Doutor

Um dos grandes desafios nas indústrias alimentícia, farmacêutica e agropecuária é a busca por novos compostos para substituir os antibióticos. Como possíveis candidatos estão as bacteriocinas para serem utilizados paralelamente aos antibióticos ou até substituí-los. As bactérias ácido-láticas podem produzir substâncias inibitórias semelhantes às bacteriocinas (BLIS - bacteriocin-like inhibitory substances) que possuem efeito bacteriostático ou bactericida contra diferentes grupos de bactéria sendo largamente utilizadas como bioconservantes alimentares. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi o emprego de um resíduo agroindustrial, o hidrolisado de bagaço de cana-de-açúcar, como fonte de carbono em cultivos fermentativos para produção do BLIS pela cepa Pediococcus pentosaceus ET 34. Resultados revelaram que as células de ET34 foram capazes de crescer utilizando este resíduo agroindustrial como fonte de carbono e ensaios utilizando planejamento fatorial demonstraram que a agitação não influencia na produção de BLIS. Ao escalonar o cultivo em biorreatores, foi verificado que tanto o crescimento como a atividade antimicrobiana foram semelhantes aos obtidos em bancada com exceção da condição de 25% (v/v) de HBC (hidrolisado de bagaço de cana) que devido a maior viscosidade do meio, resultou em uma diminuição no crescimento e de produção de BLIS. O BLIS produzido por células de ET34 utilizando o HBC como fonte de carbono foi parcialmente purificado por sulfato de amônio e demonstrou atividade contra Listeria monocytogenes ATCC 934 e Salmonella enterica CECT 724. Desta maneira, pode-se concluir que Pediococcus pentosaceus ET34 foi capaz de crescer em meio contendo HBC como fonte de carbono produzindo BLIS em seu sobrenadante com ação frente a diferentes bactérias patogênicas. A possibilidade de utilizar uma fonte alternativa de carbono pode diminuir o custo de processo consideravelmente. Além disso, ensaios de planejamento fatorial, superfície de resposta e escalonamento em biorreator de bancada indicaram que concentrações baixas de HBC (5-15%, v/v) a 35 °C resultaram na maior produção de BLIS. / The great challenge in the food, pharmaceutical and agricultural industries is the search for new compounds to replace antibiotics. Bacteriocins are possible candidates that can be used in parallel with the antibiotics or even to replace them. Lactic-acid bacteria can produce bacteriocin inhibitory substances (BLIS - bacteriocin-like inhibitory substances) that have a bacteriostatic or bactericidal effect against different bacterial species and are widely used as food bioconservatives. In this context, the aim of this work was to use of an agroindustrial waste, hydrolyzed sugarcane bagasse, as a carbon source in fermentative cultures for the production of BLIS by Pediococcus pentosaceus ET 34 strain. Results revealed that ET34 cells were able to grow using this agroindustrial residue as a carbon source, and trials using factorial design showed that agitation did not influence on the production of BLIS. When it was perform cultivation scale up in bioreactors, it was verified that both the growth and the antimicrobial activity were similar to those obtained in the workbench with the exception of the condition of 25% (v/v) of HBC (sugarcane bagasse hydrolyzate) that due to its higher viscosity, resulted in a decrease in growth and BLIS production. BLIS produced by ET34 cells using HBC as a carbon source that was partially purified by ammonium sulfate showed activity against Listeria monocytogenes ATCC 934 and Salmonella enterica CECT 724. Thus, it can be concluded that Pediococcus pentosaceus ET34 was able to grow in medium containing HBC as carbon source producing BLIS in its supernatant with action against different pathogenic bacteria. The possibility of using an alternative carbon source can greatly reduce the process cost. In addition, factorial design, response surface and scale up trials in bench bioreactors indicated that low concentrations of HBC (5-15% v/v) at 35 ºC resulted in higher BLIS production.

Orientador: Márcia Cristina Bisinoti / Coorientador: Odair Pastor Ferreira / Coorientador: Camila de Almeida Melo / Banca: Etelvino Henrique Novotny / Banca: Maurício Boscolo / Resumo: Durante o processo de obtenção de açúcar e álcool são geradas quantidades elevadas de resíduos, tais como bagaço de cana-de-açúcar e vinhaça. Neste trabalho foi produzido hidrochar, utilizando a mistura bagaço de cana-de-açúcar e vinhaça, que possa ser empregado como fornecedor de nutrientes ao solo. Para tal, o processo de carbonização hidrotérmica (CHT) dos resíduos foi conduzido na presença de aditivos ácidos (H2SO4, H3PO4, H3BO3), básicos (NaOH, KOH) e salinos (FeCl2, (NH4)2SO4), em três temperaturas e tempo de reação fixo. Nos hidrochars foram determinados o rendimento em massa, teor de umidade, cinzas, matéria orgânica, e foram feitas as caracterizações por espectroscopia no infravermelho (FTIR), análise elementar (CHNS), difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e quantificação de nutrientes (K, Ca, P, Mg, B, Zn, Cu, Mn, Fe). As águas de processo geradas na CHT, foram caracterizadas quanto ao pH, cor, turbidez, condutividade elétrica, concentração de carbono orgânico total (COT) e concentração de nutrientes. Os resultados indicaram que na presença dos aditivos, principalmente do H3PO4e (NH4)2SO4, o rendimento do hidrochar aumentou à medida que o teor de cinzas aumentou devido à precipitação de fosfatos e sulfatos conforme observado por DRX. A temperatura de carbonização hidrotérmica teve influência no grau de carbonização dos hidrochars, os quais apresentaram maior teor de carbono na maior temperatura. O aumento da temperatura proporcionou... / Abstract: During the process of obtaining sugar and alcohol, high amounts of residues are generated, such as sugarcane bagasse and vinasse. This work proposes to produce hydrochar, using the sugarcane bagasse and vinasse mixture, which can be used as a supplier of nutrients to the soil. The hydrothermal carbonization process (HTC) of the residues was conducted in the presence of acidic (H2SO4, H3PO4, H3BO3), basic (NaOH, KOH) and saline (FeCl2, (NH4)2SO4) additives, at three temperatures and fixed reaction time. On the hydrochars was determined the mass yield, moisture content, ash, organic matter, and characterizations were made by Infrared spectroscopy (FTIR), elemental analysis (CHNS), X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) and quantification of nutrients (K, Ca, P, Mg, B, Zn, Cu, Mn, Fe). The process water generated in the HTC were characterized as pH, color, turbidity, electrical conductivity, concentration of total organic carbon (TOC) and nutrient concentration. The results indicated that in the presence of the additives, mainly H3PO4 and (NH4)2SO4, the yield of the hydrochar increased as the ash content increased due to the precipitation of phosphates and sulphates as observed by XRD. The temperature of hydrothermal carbonization influenced the degree of carbonization of the hydrochars, which they presented higher carbon content at the higher temperature. The increase in temperature caused higher immobilization of Ca, Mg, K, Mn, Zn, B, P and Fe in all ... / Mestre