O Capítulo 1 descreve a produção de celulases por 4 linhagens fúngicas de ambiente marinho (Aspergillus sydowii CBMAI 934, A. sydowii CBMAI 935, Penicillium citrinum CBMAI 1186 e Mucor racemosus CBMAI 847) e uma linhagem de ambiente terrestre (Aspergillus sp. CBMAI 1198) cultivados em meio sólido composto por farelo de trigo (5 g) e solução de peptona (0,75 g.L-1) enriquecida com sais inorgânicos. Foram realizadas otimizações da temperatura, pH inicial e umidade do meio de cultura das linhagens obtendo-se maiores atividades celulolíticas na faixa de temperatura entre 25-35 °C, com exceção do fungo A. sydowii CBMAI 935 que foi de 40 °C, e valores diferentes de pH ótimo, desde condições acídicas até alcalinas, bem como valores diferentes de teor de umidade ótima. Quando avaliou-se a influência do pH, da temperatura e do volume de extrato enzimático durante a hidrólise do papel de filtro cada conjunto de celulases produzidas apresentou pontos ótimos diferentes entre elas, e em alguns casos, dois valores ótimos de pH e temperatura. As celulases produzidas nas condições ótimas determinadas foram aplicadas na hidrólise da celulose do bagaço da cana-de-açúcar pré-tratado usando-se 10 U FPU/g de bagaço de cana-de-açúcar. As celulases dos fungos Aspergillus sp. CBMAI 1198 e A. sydowii CBMAI 934 apresentaram a maior capacidade para hidrolisar o bagaço da cana-de-açúcar pré-tratado, 75% e 78% de degradação do material lignocelulósico, respectivamente. No Capítulo 2 foi avaliada a capacidade de 6 bactérias isoladas de turfeira (Bacillus subtilis LQOB-SE1, B. coagulans LQOB-SE2, B. pumilus LQOB-SE3, Brevibacillus brevis LQOB-SE4, Lysinibacillus sp. LQOB-SE5 e Serratia marcescens LQOB-SE6) em produzir 2,3-butanodiol a partir da fermentação de glicerol e a bactéria que apresentou tal capacidade (S. marcescens LQOB-SE6) foi usada para produzir 2,3-butanodiol também a partir da fermentação de glicose visando o reaproveitamento dos resíduos gerados na produção de biodiesel e de etanol. As melhores condições para o uso do glicerol foram: pH inicial 7, Caldo nutriente 8 g.L-1, concentração inicial de glicerol 50 g.L-1 e tempo de cultivo de 7 dias. Foram obtidos bons rendimento (0,30 g.g-1), produtividade (0,13 g.L-1.h-1) e concentração máxima de 2,3-butanodiol (22,4 g.L-1). As melhores condições para a fermentação da glicose foram: pH inicial 7, Caldo nutriente 8 g.L-1, concentração inicial de glicose 75 g.L-1 e tempo de cultivo de 5 dias. Obteve-se um rendimento de 0,42 g.g-1 em 5 dias de fermentação, produtividade de 0,45 g.L-1.h-1 após 2 dias e concentração máxima de 2,3-butanodiol de 31,2 g.L-1. A produção de 2,3-butanodiol a partir do hidrolisado gerado na hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar pelas celulases do fungo de ambiente marinho A. sydowii CBMAI 934 não foi observada devido à baixa concentração de açúcares no hidrolisado. Os resultados obtidos nesta tese mostram o potencial biotecnológico da microbiota fúngica e bacteriana isoladas de diferentes biomas brasileiros. / In Chapter 1 it is reported the cellulase production by 4 marine-derived fungi strains (Aspergillus sydowii CBMAI 934, A. sydowii CBMAI 935, Penicillium citrinum CBMAI 1186 and Mucor racemosus CBMAI 847) and 1 terrestrial fungi strain (Aspergillus sp. CBMAI 1198). They were grown in solid state fermentation using wheat straw as substrate (5 g) and with addition of peptone solution (0,75 g.L-1) enriched with inorganic salts. It was performed the enhancement of the growth conditions by changing the temperature, initial pH and moisture. The optimum temperature for all strains varied between 25-35 °C but A. sydowii CBMAI 935 with 40 °C. The optimum pH was different for each strain, varying from acidic to alkaline conditions. The optimum moisture content also varied accordingly the studied strain. In order enhance the cellulose hydrolysis performed by the produced cellulases, it was varied the pH, temperature and amount of the crude cellulase extract during the filter paper hydrolysis reaction. The obtained optimum values were different among strains and, in some cases, there were two optimum pH and temperature for the hydrolysis of the filter paper. Then, the obtained cellulases, using the best conditions for hydrolysis, were used in the sugarcane bagasse hydrolysis (10 FPU/g of sugarcane bagasse). The cellulases from the strains Aspergillus sp. CBMAI 1198 and A. sydowii CBMAI 934 were capable of degrading 75% and 78% of the sugarcane bagasse, respectively, generating reducing sugars. In Chapter 2, the capability of 6 strains (Bacillus subtilis LQOB-SE1, B. coagulans LQOB-SE2, B. pumillus LQOB-SE3, Brevibacillus brevis LQOB-SE4, Lysinibacillus sp. LQOB-SE5 and Serratia marcescens LQOB-SE6), isolated from peat soil, of producing 2,3-butanediol from glycerol fermentation. The only strain that produced 2,3-butanediol was S. marcescens LQOB-SE6, which was also applied in 2,3-butanediol production from glucose fermentation. Therefore, wastes from biodiesel and bioethanol production can be reused in industrial scale. The best conditions for glycerol fermentation: initial pH 7, Nutrient Broth (8 g.L-1), initial glycerol concentration (50 g.L-1) and fermentation time of 7 days. It were obtained good yield (0.30 g.g-1), productivity (0.13 g.L-1.h-1) and 2,3-butanodiol concentration (22.4 g.L-1). The best conditions for glucose fermentation: initial pH 7, Nutrient Broth (8 g.L-1), initial glucose concentration (75 g.L-1) and fermentation time of 5 days. It were also obtained good yield (0.42 g.g-1) and 2,3-butanodiol concentration (31.2 g.L-1) after 5 days and productivity (0.45 g.L-1.h-1) after 2 days. The 2,3-butanediol production from the hydrolysate of sugarcane bagasse, obtained by using cellulases from A. sydowii CBMAI 934, was not observed due the low sugar concentration in the hydrolysate.

A lower-alkalinity cement based on MgO and SiO2 blends is analysed to develop clinker-free Fibre Reinforced Cementitious Composites (FRCC) with cellulosic fibres in order to solve the durability problems of this type of fibres when used in FRCC with Portland cement. Hydration evolution from 7 to 28 days of different MgO-SiO2 formulations is assessed. The main hydration products are Mg(OH)2 and M-S-H gels for all the formulations studied regardless of age. Hardened pastes are obtained with pH values < 11 and good mechanical properties compared to conventional Portland cement. 60% MgO-40% SiO2 system is chosen as optimal for the development FRCC since is the most mechanical resistant and is less alkaline compared with 70% MgO-30% SiO2. FRCC based on magnesium oxide and silica (MgO-SiO2) cement with cellulose fibres are produced to study the durability of lignocellulosic fibres in a lower pH environment than the ordinary Portland cement (PC). Flexural performance and physical tests (apparent porosity, bulk density and water absorption) of samples at 28 days and after 200 accelerated ageing cycles (aac) are compared. Two types of vegetable fibres are utilised: eucalyptus and pine pulps. MgO-SiO2 cement preserves cellulosic fibres integrity after ageing, so composites made out of MgO-SiO2 exhibit significant higher performance after 200 cycles of accelerated ageing than Portland cement composites. High CO2 concentration environment is evaluated as a curing treatment in order to optimise MgO- SiO2 matrices in FRCC. Samples are cured under two different conditions: 1) steam water curing at 55°C and 2) a complementary high CO2 concentration (20% by volume). In carbonated samples, Mg(OH)2 content is clearly lowered while new crystals of hydromagnesite [Mg5 (CO3)4⋅(OH) 2⋅4H2O] are produced. After carbonation, M-S-H gel content is also reduced, suggesting that this phase is also carbonated. Carbonation affects positively to the composite mechanical strength and physical properties with no deleterious effects after ageing since it increases matrix rigidity. The addition of sepiolite in FRCC is studied as a possible additive constituent of the binding matrix. Small cement replacement (1 and 2% wt.) by sepiolite is introduced and studied in hardened cement pastes and, later, in FRCC systems. When used only in cement pastes, it improves Dynamic Modulus of Elasticity over time. Bending tests prove the outcome of this additive on the mechanical performance of the composite: it improves composite homogeneity. Ageing effects are reported after embedding sisal fibres in MgO-SiO2 and PC systems and submitting them to different ageing conditions. This comparative study of fibre degradation applied in different cementitious matrices reveals the real compatibility of lignocellulosic fibres and Mg-based cements. Sisal fibres, even after accelerated ageing, do neither suffer a significant reduction in cellulose content nor in cellulose crystallinity and crystallite size, when exposed to MgO-SiO2 cement. Fibre integrity is preserved and no deposition of cement phases is produced in MgO-SiO2 environment. / Um cimento de baixa alcalinidade à base de blendas de MgO e SiO2 é analisado para o desenvolvimento de Compósitos Cimentícios Reforçados com Fibras (CCRF) celulósicas sem clínquer para resolver os problemas de durabilidade de este tipo de fibras quando são usadas em CCRF com cimento Portland. A evolução da hidratação, desde 7 aos 28 dias, das diferentes formulações é avaliada. Os principais produtos hidratados são o Mg(OH)2 e o gel M-S-H para todas as formulações independentemente da idade estudada. As pastas endurecidas apresentam valores de pH < 11 e bom desempenho mecânico comparado com o cimento Portland convencional. O sistema 60% MgO-40% SiO2 é escolhido como a formulação ótima para o desenvolvimento de CCRF já que é a mais resistente e menos alcalina comparada com 70% MgO-30% SiO2. CCRF com cimento à base de óxido de magnésio e sílica (MgO-SiO2) e fibras celulósicas são produzidos para a análise da durabilidade das fibras lignocelulósicas em ambientes com valores de pH mais baixos comparados com o cimento Portland (PC). O desempenho mecânico a flexão e os ensaios físicos (porosidade aparente, densidade aparente e absorção de água) são comparados aos 28 dias e após de 200 ciclos de envelhecimento acelerado. O cimento à base de MgO-SiO2 preserva a integridade das fibras após o envelhecimento. Os compósitos produzidos com este cimento exibem melhores propriedades após 200 ciclos de envelhecimento acelerado que os compósitos produzidos com cimento Portland. Ambientes com alta concentração de CO2 são avaliados como tratamento de cura para otimizar as matrizes MgO- SiO2 nos CCRF. As amostras são curadas sob 2 condições diferençadas: 1) cura com vapor de água a 55oC e 2) cura com alta concentração de CO2 (20% do volume). As amostras carbonatadas apresentam teores reduzidos de Mg(OH)2 enquanto é produzida uma nova fase cristalina: hidromagnesita [Mg5 (CO3)4⋅(OH) 2⋅4H2O]. Após a carbonatação, o conteúdo de gel M-S-H é reduzido também, indicando uma carbonatação desta fase. A carbonatação aumenta a rigidez da matriz o que influi positivamente no desempenho mecânico e as propriedades físicas dos compósitos sem efeitos prejudiciais ao longo prazo. A adição de sepiolita em CCRF é estudada como possível adição na composição da matriz aglomerante. Baixos teores (1 e 2% em massa) de cimento são substituídos por sepiolita para o estudo das pastas de cimento hidratado e, posteriormente, dos compósitos. O Módulo Elástico Dinâmico das pastas é incrementado com o tempo pela adição de sepiolita. Os ensaios a flexão demostram que a adição de sepiolita melhora a homogeneidade dos compósitos. Reportam-se os efeitos das fibras de sisal após da exposição a sistemas MgO-SiO2 e PC e submetidas a diferentes condições de envelhecimento. Este estudo comparativo da degradação das fibras expostas a diferentes matrizes cimentícias mostra a compatibilidade das fibras lignocelulósicas com os cimentos à base de Mg. As fibras de sisal, inclusive após o envelhecimento acelerado, não apresentam nem redução significativa no conteúdo de celulose nem na cristalinidade da celulose assim como do tamanho de cristalito, quando expostas a cimentos MgO-SiO2.

O presente estudo teve por objetivo avaliar a eficiência da extração de lignina de cavacos da madeira de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla a partir de pré-tratamentos com xilenosulfonato de sódio (SXS), bem como determinar as condições ótimas destes, com intuito de aumentar a eficiência dos processos de polpação e branqueamento, através da redução da necessidade de reagentes. Primeiramente procedeu-se a caracterização física, química e morfológica da madeira. Na sequência os cavacos foram submetidos à pré-tratamentos a partir da combinação dos fatores: tempo (1, 3, 6, 9 e 12 h), concentração de SXS (0, 10, 20 e 30 %) e temperatura (110, 120 e 130 ºC). Após os pré-tratamentos determinaram-se os parâmetros de rendimento e teor de lignina remanescente nos cavacos, a partir dos quais obtiveram-se os pontos ótimos referentes a cada fator, para o máximo rendimento e extração de lignina. De posse dos pontos ótimos para cada parâmetro, esses foram replicados para obtenção de cavacos pré-tratados que foram utilizados nas curvas de cozimento pelo processo kraft de polpação com e sem a aplicação de antraquinona e comparados a cavacos normais. A partir das curvas de cozimento determinou-se a carga alcalina necessária para obtenção de polpa com número kappa 15 ± 0,5. Na sequência as polpas obtidas foram branqueadas, refinadas e avaliadas quanto as suas características físico-mecânicas. Os resultados da caracterização física, química e morfológica demonstraram que a madeira em questão apresenta valores consoantes com os citados na literatura. Os pré-tratamentos com SXS foram eficientes na extração da lignina. O pré-tratamento que proporcionou o maior rendimento foi 1 h, 0 %, 117,5 ºC; e a maior extração de lignina foi com 12 h, 30 %, 130 ºC, removendo 39,60 % desta. Com base nas curvas de cozimento observou-se que os valores de rendimento da polpa obtida a partir dos cavacos pré-tratados com SXS são muito inferiores aos cavacos normais, porém em contrapartida apresentaram alto grau de deslignificação, sendo possível obter polpa de mesmo número kappa com cargas de álcali ativo consideravelmente menores que para cavacos normais, desta forma aumentando a eficiência do processo de polpação. Para polpa com mesmo número kappa (15 ± 0,5) a carga alcalina necessária foi 34,8 e 37,6 % menor para os cavacos pré-tratados com SXS, sem e com antraquinona, respectivamente, quando comparado com os cavacos normais. As polpas obtidas dos cavacos pré-tratados apresentaram maior eficiência na pré-deslignificação com oxigênio e maior branqueabilidade. Em relação aos testes físicos e mecânicos, as polpas obtidas com o pré-tratamento com SXS apresentaram bom desempenho nas propriedades físicas, porém nas mecânicas foram inferiores. De maneira geral, o pré-tratamento dos cavacos da madeira de E. grandis x E. urophylla com SXS foi eficaz na extração de lignina, reduzindo a necessidade de reagentes químicos nas etapas de polpação e branqueamento, aumentando a eficiência de ambas. Assim recomenda-se o pré-tratamento de 12 h, 30 % SXS, 130 ºC para remoção da maior quantidade de lignina dos cavacos, de maneira a otimizar o processo de polpação kraft, reduzindo a necessidade de reagentes. / The present study aimed evaluate the efficiency of lignin extraction from wood chips of Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla from pretreatments with sodium xylenesulphonate (SXS), and determine the optimum conditions of these, in order to increase the efficiency of the pulping and bleaching processes, by reducing the necessity of reagents. First of all proceeded the physical, chemical and morphological characterization of wood. After the chips were submitted to pretreatments from the combination of factors: time (1, 3, 6, 9 and 12 h), concentration of SXS (0, 10, 20 and 30 %) and temperature (110, 120, and 130 °C). After the pretreatments were determined the yield and the level of remaining lignin in the chips, from which was obtained the optimal points for each factor for maximum yield and lignin extraction. With the optimum points for each parameter, these were replicated to obtain pretreated wood chips that were used in the cooking curves from kraft pulping process, and compared with normal chips, both with and without anthraquinone. From the cooking curves were determined the alkaline charge required to obtain pulp with a kappa number of 15 ± 0.5, which was reproduced for evaluation the characteristics of the pulp obtained from the wood chips with and without pretreatment. Later these pulps were bleached, refined and evaluated for their physical and mechanical characteristics. The results of physical, chemical and morphological characterization showed that the wood in question has consonant with the values reported in the literature. The pretreatments with SXS were efficient to lignin extracting. The pretreatment that provided the highest yield was 1 h, 0 %, 117.5 °C; and the highest extraction of lignin was 12 h, 30 %, 130 °C, removing 39,60 % thereof. Based on the cooking curves was observed that the values obtained for yield of pulp from pretreated wood chips with SXS were much lower than normal chips, but in other hand showed a high delignification degree, being possible obtain pulp with the same kappa number with active alkali charges considerably smaller than for normal chips, thereby increasing the efficiency of the pulping process. For pulp with the same kappa number (15 ± 0.5) the alkaline charge required was 34.8 and 37.6 % lower for pretreated wood chips with SXS, without and with anthraquinone, respectively, when compared with normal chips. The pulps obtained from the pretreated wood chips showed higher efficiency in the pre-delignification with oxygen and higher bleachability. For physical and mechanical tests, the pulps obtained by pretreatment with SXS presented good performance in physical properties, but were lower in mechanical tests. In general way, the pretreatment of the wood chips of E. grandis x E. urophylla with SXS was efficient in the lignin extraction, reducing the necessity of the chemicals in pulping and bleaching stages, increasing the efficiency of both. Thus it is recommended pretreatment of 12 h, 30 % SXS 130 °C to remove as much of the lignin from the chips, in order to optimize the kraft pulping process, reducing the need for reagents.

As fibras naturais estao ganhando espaco no mercado como materia-prima por apresentarem caracteristicas desejaveis para aplicacoes industriais, por ser um material renovavel, biodegradavel e de baixo custo. Neste sentido, a exploracao da celulose vem crescendo, inclusive no estudo de compositos polimericos reforcados com fibras naturais. Este trabalho visa primeiramente a obtencao de hibridos celulose/oxido de niobio hidratado a partir do tratamento e modificacao do bagaco de cana-de-acucar, e posteriormente a geracao de compositos de matriz de polietileno de baixa densidade (PEBD) e carga de celulose modificada. O Nb2O5.nH2O foi gerado pelo metodo da precipitacao convencional, partindo-se de niobio metalico. Os hibridos foram produzidos nas proporcoes de 10, 20, 30 e 40% de oxido e caracterizados utilizando-se as seguintes tecnicas: difracao de raios X (DRX), espectroscopia de absorcao no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), termogravimetria (TG), calorimetria exploratoria diferencial (DSC) e microscopia eletronica de varredura (MEV). Os resultados indicam que houve boa interacao entre a fibra de celulose e o oxido de niobio hidratado em todas as proporcoes estudadas. Pelas curvas DSC em atmosfera oxidativa pode-se observar que o Nb2O5.nH2O agiu como um agente retardante a chamas. A proporcao do hibrido definida para a geracao dos compositos foi 90Cel/10Nb2O5.nH2O. Inicialmente foram fabricados os compositos reforcados apenas com celulose branqueada, (x)PEBD/(100-x)Cel, com x = 5, 10, 15 e 20, e realizado o estudo de suas propriedades fisico-quimicas: FTIR, TG, DSC, MEV; e dos testes mecanicos. A partir dos dados obtidos definiu-se a proporcao 5% de reforco para a geracao dos compositos reforcados com o hibrido, 95PEBD:5Cel/Nb2O5.nH2O, e tambem com a adicao do agente compatibilizante: polietileno modificado com anidrido maleico (PE-g-AM), 95PEBD:5Cel/Nb2O5.nH2O+5PE-g-AM. A insercao das fibras de celulose a matriz polimerica gera um material mais resistente e rigido e com menor deformacao, assim como a presenca do Nb2O5.nH2O. O PE-g-AM aumenta o valor do modulo elastico. A utilizacao de uma menor granulometria de carga promove uma maior dispersao e uniformidade da celulose da matriz. A dispersao das fibras na matriz dificulta o processo migracao das cadeias moleculares do PEBD, diminuindo o grau de cristalinidade. Os valores de ?Hf mostram que a adicao do inorganico enfraquece a interacao interfacial da matriz com o reforco, diminuindo a ?Hf e a XC. A presenca do Nb2O5.nH2O nos compositos gera um aumento da Tf. / Natural fibers are in prominent position in the researches as raw material for presenting characteristics desirable for industrial applications; it is a renewable material, biodegradable and low cost. Thus, the exploration of cellulose has been growing, including the study of polymer composites reinforced with natural fibers. This study primarily aims to obtain hybrids cellulose/hydrous niobium oxide from the treatment and modification of sugarcane bagasse, and subsequently the generation of composites with matrix of low density polyethylene (LDPE) and modified cellulose as reinforcement. The Nb2O5.nH2O was generated by the conventional precipitation method, starting from niobium metal. The hybrids were produced in proportions of 10, 20, 30 and 40% of oxide and characterized using the following techniques: x-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetry (TG), differential scanning calorimetry (DSC) and scanning electron microscopy (SEM). The results indicated good interaction between the cellulose fiber and niobium oxide hydrate in all ratios studied. For the DSC curves in oxidative atmosphere can be observed that the Nb2O5.nH2O acted as an agent flame retardant. The proportion of the hybrid set for the generation of composites was 90Cel/10Nb2O5.nH2O. Initially were manufactured composites reinforced only with bleached cellulose, (x)LDPE/(100-x)Cel, with x = 5, 10, 15 and 20, and was conducted the study the physicochemical properties: FTIR, TGA, DSC, SEM; and mechanical properties by the tensile tests. According to this results was defined the percentage of 5% for the generation of composites reinforced with hybrid 95PEBD:5Cel/Nb2O5.nH2O, and also with the addition of compatibilizing, polyethylene modified with maleic anhydride (PE-g-MA), 95PEBD:5Cel/Nb2O5.nH2O+5PE-g-MA. The inclusion of cellulose fibers to the polymer matrix creates a material more resistant and rigid and with a smaller deformation, as well as the presence of Nb2O5.nH2O. The PE-g-MA increases the value of elastic modulus. The use of a smaller particle size of load promotes greater uniformity and dispersion of the cellulose in the matrix. The dispersion of fibers in the matrix hinders the migration process of the molecular chains of LDPE, reducing the degree of crystallinity. ZHf values show that the addition of inorganic weakens the interaction at the matrix with the reinforcement, decreasing ZHf and XC. The presence of the Nb2O5.nH2O in composites generates an increase in Tf.

O presente trabalho teve como objetivo, a caracterizacao da composicao quimica de diferentes variedades de bagaco de cana-de-acucar (CTC-9; CT99-1906; SP81-3250; RB86-7515 e CT99-1902), e posterior hidrolise enzimatica para averiguacao de acucares redutores e sacarificacao da biomassa. As analises composicionais foram realizadas utilizando biomassa nas condicoes in natura, celulignina e polpa celulosica. As condicoes de pre-tratamento das amostras para hidrolise com acido sulfurico diluido (relacao s/l: 1,5:10; temperatura: 150 °C; concentracao acida: H2SO4 2% m/v; tempo: 30 minutos); e deslignificacao com hidroxido de sodio (1:10 s/l; 100 °C; 1% NaOH; 30 minutos) foram pre-estabelecidas de modo a determinar uma analise comparativa das diferentes variedades de bagaco de cana-de-acucar estudadas. A hidrolise enzimatica das amostras obtidas apos os pre-tratamento foram realizadas em frascos Erlenmeyers de 125 mL, contendo tampao citrato (50 mM; pH 5; 1:20 s/l) e carga enzimatica (Celluclast 1.5 L - 75 FPU/mL e 13,5 UI/mL de ?-glicosidase; e Novozym 188 - 65 UI/mL de ?-glicosidase), e surfactante Tween 20 (0,15 g/g de bagaco). A composicao quimica das variedades de bagaco de cana-de-acucar, acucares redutores e sacarificacao da biomassa foram determinados por metodos cromatograficos, espectrofotometricos e gravimetricos tradicionais. Quanto a analise das variedades de cana tratada, a media dos valores observados: in natura - celulose (40,84%), hemicelulose (24,07%), lignina (33,7%) e cinzas (0,68%); extraido - celulose (38,83%), hemicelulose (27,32%), lignina (25,92), cinzas (0,32%) e extrativos (10,24%); celulignina - celulose (54,17%), hemicelulose (5,3%), lignina (37,28%), cinzas (0,54%) e polpa celulosica - celulose (77,48%), hemicelulose (6,07%), lignina (15,4%) e cinzas (0,32%). Os processos de hidrolise acida e deslignificacao demonstraram remocao eficaz da hemicelulose e da lignina (80% e 58%, respectivamente), e solubilizacao da biomassa (45% e 14%, em media). Os percentuais de sacarificacao da celulose das amostras apos 24 horas de reacao foram de 9,7% para bagaco extraido, 50,4% para celulignina e 72,87% para polpa celulosica. Nao foram observadas variacoes significativas na composicao quimica das cinco amostras estudadas, bem como diferenciacao na sacarificacao das mesmas. Evidenciou-se que emprego de variedades de bagaco de cana-de-acucar distintas utilizando pre-tratamentos em condicoes fixas nao alteram os percentuais quimico-estruturais do vegetal, bem como a recuperacao da glicose e dos acucares redutores presente na celulose. / The present work had as objective the chemical characterization of different varieties of sugarcane bagasse (CTC-9; CT99-1906; SP81-3250; RB86-7515 e CT99-1902) in different pretreatment conditions and the influence of pretreatments concerning varieties, reducing sugars recovery and biomass saccharification. Different pretreated biomass were obtained from in natura bagasse as it follows: extracted bagasse (24 hours/24 hours water/ethanol extraction in Sohxlet equipment), cellulignin (solid/liquid ratio: 1.5/10; temperature: 150 °C; acid concentration: H2SO4 2% w/v; residence time: 30 minutes); and cellulose pulp (1:10 solid/liquid ratio; 1% NaOH w/v; 100°C; 30 minutes). Enzymatic hydrolysis experiments were performed in 125 mL Erlenmeyers containing citrate buffer (50 mM; pH 5; 1:20 solid/liquid ratio), Tween 20 surfactant (0.15 g/g of bagasse) and commercial enzymatic loads of Celluclast 1.5 L (75 FPU/mL and 13,5 IU/mL of ?- glicosidase) and Novozym 188 (65 IU/mL of ?-glucosidase). Chemical composition of varieties, reducing sugars and biomass saccharification were determined by chromatographic, spectrometric and gravimetric traditional methods. Biomass presented an average composition in each condition as it follows: In natura - cellulose (40.84%), hemicellulose (24.07%), lignin (33.7%) and ashes (0.68%); Extracted - cellulose (38.83%), hemicellulose (27.32%), lignin (25.92), ashes (0.32%) and extractives (10.24%); Cellulignin - cellulose (54.17%), hemicellulose (5.3%), lignin (37.28%) and ashes (0.54%). Cellulose pulp - cellulose (77.48%), hemicellulose (6.07%), lignin (15.4%) and ashes (0.32%). Acid and alkaline hydrolysis presented effective removal of hemicellulose and lignin (80% and 58% respectively), showing as average biomass solubilization 45% and 14%. Saccharification after 24 hours of reaction presented 9,7% for extracted bagasse, 50.4% for cellulignin and 72.87% for cellulose pulp. There were no significant observations in chemical-structural composition and at cellulose saccharification of the five studied samples, showing that the variety did not present any relevant influence on pretreated sugarcane bagasse.

O objetivo desta Tese é preparar e caracterizar nanopartículas de TiO2 e SiO2@ TiO2 e obter filmes finos baseados nesses materiais nanoestruturados usando a metodologia de preparação de filmes conhecida como layer-by-layer (LbL). Primeiramente, TiO2 amorfo sintetizado a partir de sulfato de titanila (TiOSO4) foi cristalizado por método de tratamento hidrotérmico brando (HTT). O efeito da temperatura e tempo de tratamento hidrotérmico na cristalinidade, tamanho de partícula e fotoatividade de TiO2 foi estudado. A análise de MET, DRX e área de superfície confirmou que o HTT a temperatura tão baixa quanto 105°C pode ser utilizada para obter as nanopartículas de anatase com boa cristalinidade (~95%), pequeno tamanho de cristalito (<10 nm), alta área de superfície (>200 m2.g-1) e excelente seletividade da fase. Em uma segunda etapa do projeto, o nanocatalisador de TiO2 foi depositado, via rota sol-gel, na superfície de NPs de sílica Stöber (diâmetro 200 nm), formando um sistema core@shell (SiO2@ TiO2). O objetivo desse processo foi de se obter melhor estabilidade térmica (1000°C), boa dispersão e menor aglomeração do nanocatalisador (TiO2). As análises de microscopia eletrônica (MEV e MET) confirmaram a formação de uma camada porosa (espessura 10-30 nm) de TiO2 formadas por cristalitos com cerca de 5 nm. Um estudo das propriedades ópticas das amostras SiO2@ TiO2 mostrou que o deslocamento no onset de absorção é função do espalhamento Rayleigh. Finalmente, desenvolveu-se um novo e versátil procedimento LbL para a preparação de filmes multicamadas, porosos e uniformes de TiO2 empregando fosfato de celulose (CP) como polieletrólito eficiente e não convencional. A formação dos filmes (CP/ TiO2 e CP/ TiO2/HPW) foi monitorada por espectroscopia UV/Vis e a interação entre os componentes dos filmes (CP, TiO2 e HPW) foi estudada pelas técnicas MET, XPS e FTIR. Estes filmes LbL apresentaram boa fotoatividade para degradação de ácido esteárico, cristal violeta e azul de metileno sobre irradiação UV. Os filmes CP/HPW formados em celulose bacteriana apresentaram boa resposta fotocrômica, que é aumentada pela presença do TiO2 devido a uma transferência eletrônica interfacial do TiO2 para o HPW. A interface entre nanopartículas de titânia e nanopartículas de ácido fosfotungstico foi pela primeira vez caracterizada por Microscopia Eletrônica de Transmissão como sendo não-cristalina. Este método simples e ambientalmente amigável pode ser utilizado para formar recobrimentos em uma grande variedade de superfícies com filmes fotoativos de TiO2 e TiO2/HPW. / The aim of the present investigation was to prepare and characterize TiO2 and core@shell (SiO2@TiO2) nanoparticles (CSNs) and form layer-by-layer (LbL) films with these nanoparticles (NPs) on various substrates. Firstly, amorphous TiO2 were prepared from oxotitanium (IV) sulfate (TiOSO4) and crystallized by low-temperature hydrothermal treatment (HTT). The effect of hydrothermal temperature and treatment time on crystallinity, particle size and photoactivity of TiO2 was studied. The TEM, XRD and BET surface area analysis confirmed that HTT at temperature as low as 105°C can be used to obtain phase-pure anatase nanoparticles with good crystallinity (~95%), small crystallite size (<10 nm), high surface area (>200 m2.g-1) and excellent phase selectivity. Secondly, TiO2 nanocatalyst was directly deposited, via sol-gel route, on the surface of Stöber silica NPs of around 200 nm in a core@shell (SiO2@ TiO2) configuration to obtain better thermal stability, good dispersion and less agglomeration of the nanocatalyst. SEM and TEM observation confirmed the formation of a porous anatase shell of crystalline TiO2 consisting of around 5-8 nm small crystallites, in accordance with XRD results. The shell thickness was varied between 10-30 nm by varying the quantity of precursor titanium (IV) isopropoxide (TiP). Compared to the uncoated silica, the BET surface area also increased by 147-365% depending on the amount of TiP added during synthesis step. The effect of shell morphology and TiO2 loading on surface area and photoactivity has been studied and compared among different CSNs. Finally, a new and versatile LbL procedure for the preparation of porous and highly dispersed multilayer films of TiO2 and phosphotungstic acid (HPW) on different substrates was developed using Cellulose Phosphate (CP) as an efficient and non-conventional binder. The films formation was monitored by UV/Vis spectroscopy and the interaction between the films components (CP, TiO2 and HPW) was studied by HRTEM, XPS and FTIR techniques. These CP/ TiO2 and CP/ TiO2/HPW LbL films showed good photoactivity against stearic acid (SA), crystal violet (CV) and methylene blue (MB) under UV irradiation. The CP/HPW films formed on bacterial cellulose showed good photochromic response, which is enhanced in presence of TiO2 due to an interfacial electron transfer from TiO2 to HPW. This simple and environmentally safe method can be used to form coatings on a variety of surfaces with photoactive TiO2 and TiO2/HPW films.

Neste trabalho avaliou-se o comportamento coloidal de suspensões nasais contendo micropartículas de celulose (MCC-NaCMC) com o objetivo de desenvolver um produto genérico compatível com o produto referência de mercado. As propriedades reológicas destas formulações possuem alta influência nos atributos críticos de qualidade do produto, como uniformidade de dose, devido sedimentação durante estocagem em prateleira, e também na performance in-vitro/ in-vivo. Realizaram-se testes com diferentes concentrações de MCC-NaCMC e diferentes parâmetros de processo (tempo e taxa de cisalhamento) utilizando um planejamento de experimentos (DoE) de superfície de respostas através de um modelo composto central. As respostas avaliadas foram tamanho de partículas (quantidade em porcentagem de partículas menores que 1&#181;m e D90) através da técnica por difração a laser e viscosidade/tixotropia através de um reômetro rotacional. Influências significativas dos três fatores e efeitos sinérgicos entre eles nas respostas analisadas foram observadas. Desta maneira foi possível obter respostas próximas ao do produto referência de mercado através deste mapeamento. Observou-se também uma alta correlação entre as respostas, pois este estudo mostrou que o tamanho das partículas coloidais controla a viscosidade e tixotropia das dispersões coloidais. Este trabalho mostrou a significativa influência das etapas de processo no comportamento coloidal das formulações. Idealmente o processo deveria ser monitorado por medidas reológicas, porém este controle é inviável devido ao tempo para a reestruturação do sistema (24 horas). Portanto, a melhor alternativa seria o monitoramento do processo por análise de tamanho de partículas online. / In this work, the colloidal behavior of nasal suspensions containing cellulose microparticles (MCC-NaCMC) was evaluated, in order to develop a generic product compatible with the brand-name product. The rheological properties of these formulations have high influence on the critical quality attributes of the product, such as dose uniformity, due to sedimentation during shelf life, and also on in-vitro/in-vivo performance. Tests were performed with different concentrations of MCC-NaCMC and different process parameters (time and shear rate) using a Design of Experiments (DoE) with response surface by central composite design. The responses evaluated were particle size (amount in percentage of particles smaller than 1m and D90) by means of laser diffraction, and viscosity / thixotropy using a rotational rheometer. Significant influences of the three factors and synergic effects among responses were observed. Through this mapping it was possible to obtain nearby responses to the brand-name product. There was also a strong correlation between the responses, because the size of colloidal particles controlled the dispersion viscosity and thixotropy. This study showed the significant influence of the process steps on the colloidal behavior of the formulations. Ideally the process should be monitored by rheological measurements, but this control is not feasible due to the time required for the system rebuilding (24 hours). Therefore, the best alternative would be monitoring the process by the online particle size analysis.

A hidrólise enzimática de celulose representa, em relação à hidrólise ácida, uma alternativa limpa para produção de etanol. No entanto, existem duas dificuldades: o alto custo das enzimas e recalcitrância das regiões cristalinas da celulose. Para o primeiro problema, propomos a imobilização de celulase, um complexo enzimático que sinergicamente promove a degradação da celulose em glicose e celobiose, sobre wafers de silício. Apesar da atividade enzimática de celulase adsorvida ser em geral menor que a de celulase livre, a imobilização de celulases provou ser vantajosa, pois permite até seis reusos, mantendo um nível de atividade apenas 20% inferior ao original. Quanto à questão da recalcitrância das regiões cristalinas da celulose, utilizamos diferentes pré-tratamentos de celulose, a fim de reduzir a sua cristalinidade e o seu grau de polimerização, além de também modificar a estrutura supramolecular da celulose e a quantidade de poros que esta apresenta, avaliando todos estes parâmetros quantitativamente frente à atividade enzimática livre e imobilizada. A sacarificação enzimática de celulase livre e imobilizada foi determinada na hidrólise de celulose microcristalina (Avicel), e dois tipos de celulose nativa, algodão e eucalipto. Avicel foi pré-tratada a partir da (i) dissolução e degradação em ácido fosfórico, (ii) dissolução em acetato de 1-etil-3-metil-imidazólio (EMIMAc), e (iii) da hidrólise por endoglucanases adsorvidas, uma enzima do complexo enzimático celulase. Celulose de eucalipto e algodão foram mercerizadas a fim de se retirar contaminantes. A hidrólise com celulase livre levou a taxas de conversão de celulose à glicose que não apresentaram correlação com o índice de cristalinidade, nem com o grau de polimerização, mas apresentaram correlação direta com a capacidade de absorção de água, também chamada de constante de capilaridade. As taxas de conversão obtidas na presença de celulase adsorvida apresentaram correlação inversa com a constante de capilaridade, evidenciando que o mecanismo de hidrólise neste caso é fortemente dependente da camada de hidratação da celulose. / Enzymatic hydrolysis of cellulose represents, in relation to acid hydrolysis, a clean alternative for production of ethanol. However, there are two difficulties: the high cost of enzymes and the recalcitrance of the crystalline regions of cellulose. For the first problem, we propose the immobilization of cellulase, an enzymatic complex which synergistically promotes the degradation of cellulose to glucose and cellobiose, onto Si wafers. Although the enzymatic activity of immobilized cellulase is generally lower than that of free cellulase, immobilization has proven to be advantageous since it allows up to six reuses maintaining the activity level at 80% of the original one. Concerning the recalcitrance of the crystalline regions of cellulose, we used different cellulose pretreatments in order to reduce its crystallinity and degree of polymerization, and to modify the cellulose supramolecular structure along with the amount of pores. All these parameters were quantitatively correlated with the activity of free and immobilized cellulase. The enzymatic activity of free and immobilized enzyme was determined by the hydrolysis of microcrystalline cellulose (Avicel), and two types of native cellulose, cotton and eucalyptus. Avicel was pretreated in three different ways: (i) dissolution and degradation in phosphoric acid, (ii) dissolution in 1-ethyl-3-methyl-imidazolium acetate (EMIMAc), and (iii) hydrolysis by immobilized endoglucanase, an enzyme that is part of the cellulase enzyme complex. Eucalyptus and cotton pulp were mercerized in order to remove contaminants. Hydrolysis with free cellulase yielded cellulose to glucose conversions that were neither correlated with the crystallinity index nor with the degree of polymerization, but were directly correlated with the cellulose ability to absorb water (capillary constant). The conversion rates obtained in the presence of immobilized cellulase correlated inversely with the capillary constant values, indicating that hydrolysis mechanism in this case is strongly dependent on the hydration layer of cellulose

A presente tese analisa a configuração, a reestruturação e a dinâmica do setor de celulose e papel no Brasil (em especial o seu mercado de trabalho), mostrando que esses processos foram distintos para as indústrias desse setor, que são: a indústria de celulose, a indústria de papéis e a indústria de artefatos de papéis. A tese está organizada em quatro capítulos, incluindo a Introdução. O segundo capítulo, Análise do processo de configuração do setor de celulose e papel no Brasil, destaca como a conduta das empresas multinacionais, as políticas públicas e o dinamismo dos mercados doméstico e externo geram evoluções e dinâmicas distintas para as indústrias desse setor, desde sua origem até 2009, e implicaram em suas distintas inserções na Divisão Internacional do Trabalho - DIT ao longo do tempo. Demonstra-se que a configuração dessas indústrias foi diferenciada nos últimos cinquenta anos, sendo que a expansão da indústria de celulose foi para atender o mercado internacional e as indústrias de papéis e artefatos de papéis são mais centralizadas em atender o mercado doméstico em resposta à forma como os países se organizaram dentro da DIT. O terceiro capítulo, Impactos da reestruturação do setor de celulose e papel no Brasil sobre o desempenho de suas indústrias, usou dados em painel e estimou equações visando identificar se as variáveis de estrutura e de abertura comercial tiveram influência sobre o desempenho das indústrias do setor no período de 1986 a 2007 com base nos dados da PIA IBGE, da BRACELPA e do Sistema ALICE-Web. Pode-se concluir que a variável de concentração de mercado (HHI) teve impacto positivo sobre a medida de desempenho margem preço-custo; o aumento na taxa de importação tem relação negativa com a margem preço-custo; e a origem do capital tem relação positiva com a medida de desempenho considerada. O quarto artigo, Impactos da liberalização comercial e da reestruturação industrial sobre o mercado de trabalho do setor de celulose e papel no Brasil, analisa a dinâmica do mercado de trabalho desse setor entre 1996 e 2008 usando dados da RAIS. Verificou-se: 1) aumento no número de empregados no setor de celulose e papel nesse período, mas redução desse número para a indústria de celulose e para a indústria de papéis; 2) a indústria de celulose emprega proporcionalmente mais trabalhadores com maior escolaridade e idade do que a indústria de artefatos de papéis; 3) os salários pagos na indústria de celulose foram maiores que nas outras duas indústrias e no setor de celulose e papel como um todo; 4) predomínio do uso da mão de obra masculina e diferencial salarial entre homens e mulheres nas três indústrias, entretanto, esse diferencial foi menor na indústria de celulose em 2008; 5) a maioria das variáveis explicativas propostas para analisar o impacto sobre os salários apresentou o sinal esperado nas regressões. As variáveis abertura comercial, proporção de mulheres em relação aos homens e escolaridade média dos trabalhadores foram as que apresentaram melhor significância estatística. As duas primeiras atuam para reduzir o salário e a última para aumentá-lo. / The present thesis analyzes the configuration, the restructuring and the dynamics of the pulp and paper sector in Brazil (paying a special attention to its labor market), showing that these processes were different to the industries of this sector: the industry of pulp, industry of papers and industry of paper-made products. The thesis is organized in four chapters, including the Introduction. The second, Analysis of configuration process of pulp and paper sector in Brazil, highlights how the conduct of multinational companies, the public policies and the dynamism of domestic and external markets generate distinct evolutions and dynamics for the three industries inside the pulp and paper sector in Brazil since the origin of this sector until 2009 and implicated in distinct insertions of these industries in the International Work Division - DIT along time. It is demonstrated that the configuration of these industries was differentiated during the last fifty years, pointing out the expansion of pulp industry, from 1970 on, to attend the international market and the paper and paper artifacts industries are more focused in attending the domestic market in response to the way the countries organized themselves inside DIT. The third chapter, Impacts of pulp and paper sector´s restructuring in Brazil on the performance of its industries, organized data in panel and run equation to determine if the variables of structure and commercial openness that had influence the performance of industries under analysis. The period of time considered was from 1986 to 2007 and data utilized came from PIA IBGE, from BRACELPA and from Alice-Web System. It can be concluded that the variable of market concentration (HHI) had positive impact on the performance measure cost-price margin; the increase in the importation rate has negative relation with price-cost margin; and the capital´s origin has positive relation with the performance measure considered. The fourth chapter, Impacts of trade liberalization and industrial reorganization the market place of pulp and paper sector in Brazil, analyses the labor market dynamics of this sector between 1996 and 2008 using data from RAIS. The main findings are: 1) increase in the number of employees of the pulp and paper sector in this period, but reduction of this number to the pulp industry and to the paper industry; 2) the pulp industry employs proportionally more workers with higher scholarity and age than the paper-made products industry; 3) salaries paid in the pulp industry were higher than in the other two industries and in the pulp and paper sector as a whole; 4) predominance of masculine labor force and salary differential between men and women in the three industries, however, this differential was lower in the pulp industry in 2008; 5) the majority of the explicative variables proposed to analyze the impact on the salaries presented the expected signal in regressions. The variables commercial openness, proportion of women in relation to men and workers average scholarity were the ones that presented better statistic significance. The first two act to reduce salaries and the third one to increase salaries.

A madeira é muito empregada em diferentes campos, dentre os principais tem-se a construção civil, visto que a relação entre resistência mecânica e densidade, para a madeira, é das mais altas no caso dos materiais empregados na construção civil. Neste sentido, o Brasil se encontra em posição favorável, pois já dispõe diversas áreas certificadas para extração de madeiras, no âmbito da Floresta Amazônica. A fim de obter as melhores respostas na utilização desse material, necessita-se de sua completa caracterização. Entretanto, com a anisotropia e a heterogeneidade da madeira, muitas propriedades devem ser determinadas, o que exige equipamentos específicos, técnicos especializados e, por conseguinte, o tempo despendido é considerável. Neste contexto, é urgente a definição de procedimentos que tornem mais expedita e igualmente confiável a caracterização. No presente estudo foi avaliada, de forma inédita, a possibilidade de propriedades físico-mecânicas da madeira se relacionar com parâmetros como porosidade, densidade aparente e componentes químicos (celulose, hemicelulose, lignina, extrativos e cinzas). Foram caracterizadas dez espécies tropicais de madeira, por meio dos ensaios descritos no Anexo B da Norma ABNT NBR 7190/1997. Os componentes químicos foram determinados pelo método Klason modificado, a partir da norma TAPPI T-222 om-02, e a porosidade pela intrusão de mercúrio. A partir dos resultados, foram aplicados modelos de regressão multivariadas, dos quais se obtiveram equações para estimar cada propriedade a partir das diversas variáveis fixas (densidade aparente, porosidade e componentes químicos). Nas relações encontradas verificaram-se ótimos resultados como, por exemplo, a equação que estima a resistência à compressão paralela às fibras (fc0) levou a R² 99,69%. Deste modo, a hipótese inicial se confirmou, o que possibilita a estimativa confiável das propriedades estudadas com os parâmetros citados. / Wood is a very used material in different fields, among them civil construction can be highlighted, since the relation between mechanical strength and density for wood is the highest in the case of building materials. In this sense, Brazil is in a favorable position, as it already has several areas certified for timber extraction, within the Amazon Forest. In order to obtain the best responses in the use of this material, its complete characterization is required. However, due to wood anisotropy and heterogeneity, many properties must be determined, which requires specific equipment sets, technical expertise and therefore time spent is considerable. In this context, it is urgent to devise procedures that make more expeditious and equally reliable the wood characterization. In the present study, it was considered the possibility of wood physical-mechanical properties can be estimated in an unprecedented way, based on parameters such as porosity, chemical components (cellulose, hemicellulose, lignin, extractives and ash) and density. Ten tropical wood species were characterized by tests described in Annex B of ABNT NBR 7190/1997. Chemical components were determined by the modified Klason method, from TAPPI standard T-222 om-02 and the porosity by the intrusion of mercury. To the results, multivariate regression models were applied and equations were obtained to estimate each property from the several fixed variables (apparent density, porosity and chemical components). Very great results were reached from these relationships, for example, the equation that estimates strength in compression parallel to the grain (fc0) led to R² 99.69%. Thus, the initial hypothesis was confirmed, which allows the reliable estimation of the studied properties with the mentioned parameters.