Los resultados obtenidos han mostrado como el CO2 es un agente activante apropiado y muy versátil para la generación de una amplia variedad de carbones activados. De este modo, con una adecuada selección de la materia prima y el tratamiento de la misma, se puede controlar el desarrollo del tamaño de porosidad deseado durante el proceso de activación con CO2: carbones microporosos, carbones mesoporosos y carbones con meso y macroporosidad. La evaluación de dos nuevos precursores lignocelulósicos, ha resultado muy satisfactoria. Así, tanto con la cascarilla del cacao como con el hueso de níspero es posible obtener mediante activación con CO2 carbones activados con elevadas superficies y volúmenes de porosidad específicos. En el caso de la cascarilla del cacao, este precursor ha resultado ser muy interesante para la preparación de monolitos de carbón activados esencialmente microporosos con apropiadas prestaciones mecánicas sin necesidad de agente aglomerante. La materia mineral inherente de la cascarilla del cacao resulta apropiada para el desarrollo de mesoporosidad. Respecto al hueso de níspero, este precursor ha resultado muy interesante dado que permite obtener carbones superactivados tras su activación con CO2.

Atualmente existe uma nova tendência na área da construção civil que visa a utilização de materiais com baixo impacto ambiental e sistemas construtivos que utilizem estruturas leves. Neste contexto, os painéis sanduíche vêm conquistando espaço por ser um material que permite conciliar alta resistência mecânica, isolamento térmico e baixo peso. O presente trabalho teve como objetivo estudar o desempenho físico e mecânico de painéis de partículas no formato sanduíche, constituídos de duas faces planas e núcleo corrugado, ambos de partículas bagaço de cana-de-açúcar e resina poliuretana bicomponente à base de óleo de mamona (PU mamona). O material produzido foi caracterizado por meio da determinação das propriedades densidade aparente, inchamento em espessura, módulo e rigidez de cisalhamento, rigidez à flexão e adesão interna das partículas, seguindo as recomendações estabelecidas pelas normas ASTM D1037:2006 (propriedades físico-mecânicas dos painéis planos); ASTM C393 M:2016 e D7250 M:2016 (propriedades mecânicas de flexão do painel sanduíche). Os resultados obtidos de propriedades mecânicas de flexão foram comparados com valores de diferentes classes de painéis OSB contidos no documento PS-2-10 (APA The Engineered Wood Association, 2011), essa comparação permitiu classificar o material com possibilidade de uso comocomponente construtivo com função estrutural, inclusive para aplicações como laje-piso, sendo que o painel avaliado suportou as cargas típicas residenciais e atendeu aos requisitos de deflexão admissível estabelecidos pelo International Building Code (IBC, 2012). Com relação à densidade, os painéis sanduíche avaliados se enquadram na categoria de painéis de baixa densidade. As propriedades de inchamento em espessura e adesão interna dos tratamentos T1 e T2 atenderam às exigências dos requisitos normativos. / Currently there is a new trend in the area of civil construction that aims to use materials with low environmental impact and construction systems that use lightweight structures. In this context, the sandwich panels have been gaining space because it is a material that allows to reconcile high mechanical resistance, thermal insulation and low weight. The present work had the objective of studying the physical and mechanical performance of sandwich panels, consisting of two flat faces and corrugated core, both of sugarcane bagasse particles and castor oil based bicomponent polyurethane resin ( PU castor). The material produced was characterized by determining the properties of bulk density, thickness swelling, shear modulus and stiffness, flexural stiffness and internal adhesion of the particles, following the recommendations established by ASTM D1037: 2006 (physical-mechanical properties of panels plans); ASTM C393 M: 2016 and D7250 M: 2016 (mechanical properties of sandwich panel flexure). The obtained results of mechanical properties of flexion were compared with values of different classes of OSB panels contained in document PS-2-10 (APA The Engineered Wood Association, 2011), this comparison allowed to classify the material with possibility of use with constructive component with function structural, including for slab-floor applications, and the panel evaluated supported typical residential loads and met the International Building Code (IBC, 2012) deflection requirements. With regard to density, the sandwich panels evaluated fall into the category of low density panels. The swelling properties in thickness and internal adhesion of the treatments T1 and T2 met the requirements of the normative requirements.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-06-04T20:46:40Z No. of bitstreams: 1 DANIEL BARACUY DA CUNHA CAMPOS – TESE (PPGEP) 2015.pdf: 3497658 bytes, checksum: 6dcb8085c55f4c0f3aee4733980bdacd (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-04T20:46:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DANIEL BARACUY DA CUNHA CAMPOS – TESE (PPGEP) 2015.pdf: 3497658 bytes, checksum: 6dcb8085c55f4c0f3aee4733980bdacd (MD5) Previous issue date: 2015-08-27 / Capes / Os resíduos lignocelulósicos são os mais abundantes no mundo e há atualmente uma preocupação mundial em aproveitá-los como matéria-prima na produção de bioetanol, sendo isso possível devido a esses resíduos serem materiais ricos em celulose. A celulose é um polímero de cadeia longa composta de um só monômero a glicose, unidos por uma ligação glicosídica β-1-4. A glicose pode ser transformada em álcool etílico via fermentação, podendo a mesma ser obtida da celulose via hidrólise enzimática ou via hidrólise ácida. O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial da utilização do sorgo sacarino (Sorghum bicolor L. Moench) através da hidrólise enzimática, para produção de açúcares fermentescíveis. O sorgo sacarino foi caracterizado fisico-quimicamente in natura e após as etapas de pré-tratamento através de métodos convencionais e por meio das técnicas DRX, MEV, TG, DSC, também foram realizadas análises granulométricas, ensaios de resistência a flexão e quantificação de açúcares pelo método CLAE. Foram realizadas etapas de pré-tratamento básico e ácido, cujas foram conduzidas em um reator pressurizado, assim como realizado a hidrólise enzimática, em ambos os processos foi utilizado como ferramenta um planejamento experimental 23, no qual foi avaliado o tempo, temperatura e concentração de NaOH e H2SO4 nas etapas de prétratamento, e o efeito da carga enzimática (FPU.g-1), da relação massa de sorgo/volume extrato (g.mL-1) e a rotação do shaker, para etapa de hidrólise. Foram utilizadas na hidrólise enzimática as enzimas comercias Celluclast 1.5L da Novozyme e a betaglicosidase da Proenzyme, 3,00g de substrato, temperatura de 55 °C e pH 4,8. As etapas de pré-tratamento concentraram a alfa-celulose, a qual passou de 32,75% no sorgo in natura para 66,15% no sorgo pré-tratado básico e 54,99% no sorgo pré-tratado básico seguido de pré-tratamento ácido. As análises por DRX comprovaram mudanças na cristalinidade do material e as análises por MEV mostraram modificações na morfologia do bagaço. Por meio das análises de TG/DTG e DSC foi comprovado a degradação da hemicelulose e lignina, quando se utilizou os pré-tratamentos. Através do ensaio de resistência a flexão verificou-se mudanças nas propriedades mecânicas do sorgo in natura, para sorgo após etapas de pré-tratamento. A hidrólise enzimática foi realizada no sorgo sacarino in natura e pré-tratado com NaOH, obteve-se uma concentração de glicose de 16713,7 mg.L-1 para o sorgo sacarino in natura e de 31639,3 mg.L-1 para o bagaço pré-tratado com NaOH, ambos no tempo de hidrólise de 48 horas. / The lignocellulosic residues are the most abundant in the world and currently there is a worldwide concern in reuses them as raw material in the production of bioethanol, its being possible due to these waste materials are rich in cellulose. Cellulose is a long chain polymer composed of one monomer glucose, linked by a glycosidic bond β-1-4. Glucose can be converted into ethyl alcohol via fermentation, and this can be achieved by enzymatic hydrolysis of cellulose and via acid hydrolysis. The main goal of this work was to evaluate the potential use of sweet sorghum (Sorghum bicolor L. Moench) by enzymatic hydrolysis to produce fermentable sugars. The sorghum was characterized physico-chemically in nature and after completes the pretreatment steps by conventional methods and through techniques of DRX, MEV, TG, DSC, It was also held grain size analysis strength flexion assay and sugars quantification by CLAE method. The basic pretreatment steps ware performed and acid, which were conducted in a pressurized reactor, as carried out enzymatic hydrolysis in both cases it was used as an experimental planning tool, design 23, in which was evaluated time, temperature and NaOH and H2SO4 concentration, in the stages of pretreatment, and the effect of the enzyme load (FPU.g-1), the mass of sorghum / volume ratio extract (g.mL-1) and the rotation shaker for hydrolysis step. They were used in the enzymatic hydrolysis of commercial enzymes Celluclast 1.5L and Novozyme beta-glucosidase proenzyme, 3,00g substrate temperature of 55 °C and pH 4.8, The pretreatment steps concentrate alpha-cellulose, which increased from 32.75% to sorghum in nature to 66.15% in the basic pre-treated sorghum and 54.99% in the basic pretreated sorghum followed by pretreatment acid. The DRX analyzes confirmed changes in crystallinity and MEV analysis showed changes in the residue morphology. Through TG/DTG and DSC analysis was confirmed the hemicellulose and lignin degradation, when using pretreatments. Through the flexural strength assay was found that are changes in the mechanical properties of the in nature sorghum after pretreatment steps. Enzymatic hydrolysis was conducted on sweet sorghum in natura and pretreated with NaOH, obtained a glucose concentration of 16713.7 mg l-1 for sweet sorghum in nature and 31639.3 mg L-1 for the pre-treated pulp with NaOH, both in the hydrolysis time was 48 hours.

Made available in DSpace on 2015-04-01T12:17:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2998252 bytes, checksum: 7aaeae0143740ad4944fe7bcbc9448eb (MD5) Previous issue date: 2013-09-09 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Polymer composites reinforced with agricultural lignocellulosic wastes have been widely studied over the years and increasingly realize the value of its use as an alternative to partial substitution of polymeric materials. Furthermore, the use of lignocellulosic materials in composite adds value to this type of waste which has been used mostly in the feeding of animals and/or fertilization of soils. In this work, corn cob (SM) was used as an alternative particulate filler to polypropylene (PP). PP/SM composites were extruded, injection molded and characterized by thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), tensile, flexural and impact tests, and morphological analysis was performed by scanning electron microscopy (SEM). Composites with 5, 10, 20 and 30 wt.% corncob were prepared in order to evaluate the effect of filler content on composite properties. TGA analyses showed that thermal stability of the composites is not significantly affected by addition of corncob. DSC analyses showed that PP crystallinity increased with the presence of corn cob particles, however its transition temperatures did not change significantly. SEM photomicrographs of the composites indicated poor filler/matrix adhesion without evidence of effective stress transfer between the phases. Mechanical tests showed satisfactory results with a slight reduction in mechanical strength of the composites with up to 20 % corncob and decreases for higher filler content. This shows that corncob (a renewable, biodegradable and inexpensive material) can be used to partly replace PP (a non-biodegradable thermoplastic polymer derived from nonrenewable fossil source). / Compósitos poliméricos reforçados com resíduos lignocelulósicos oriundos da agroindústria vêm sendo amplamente estudados ao longo dos anos e cada vez mais se percebe o valor de sua utilização como alternativa para substituição parcial de materiais poliméricos. Além disso, o uso de materiais lignocelulósicos em compósitos agrega valor a esse tipo de resíduo tão abundante em todo o mundo e que geralmente é subutilizado na alimentação de animais e/ou fertilização de terras. Este trabalho apresenta o sabugo de milho (SM) como alternativa para carga particulada de enchimento em compósito com matriz de polipropileno (PP). Os compósitos PP/SM foram misturados em extrusora, moldados por injeção e caracterizados por termogravimetria (TG), calorimetria exploratória diferencial (DSC), ensaios mecânicos de tração, flexão e impacto e análise morfológica por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Foram utilizados 5, 10, 20 e 30 % em peso de sabugo de milho para avaliar a influência do teor de carga nas propriedades dos compósitos. As caracterizações por termogravimetria demonstraram que a estabilidade térmica dos compósitos não é afetada significativamente com a incorporação do sabugo de milho e as análises de DSC demonstraram que há um aumento da cristalinidade do PP com a presença das partículas de sabugo de milho, porém as faixas de temperatura de transição de fase não sofreram alterações significativas. As fotomicrografias dos compósitos obtidas por MEV indicaram baixa adesão mecânica carga/matriz, com poucos indícios de transferência efetiva de tensões entre as fases, porém, os ensaios mecânicos apresentaram resultados satisfatórios com uma discreta redução na resistência mecânica dos compósitos com até 20 % de teor de carga, prosseguindo com maiores perdas para os compósitos com 30 % de teor de carga de sabugo de milho, indicando que todas as composições são aptas a artigos com aplicações de baixas solicitações mecânicas substituindo parcialmente o polipropileno, um polímero termoplástico com elevado tempo de degradação e oriundo de fonte fóssil não renovável, pelo sabugo de milho, disponível em todo o mundo em abundância, extraído de fonte renovável, é biodegradável e barato, por se tratar de um resíduo.

Orientador: Heloiza Ferreira Alves do Prado / Resumo: Diante do recente interesse em valorizar os fungos degradadores da biomassa lignocelulósica oriunda das atividades agrícolas, agroindustriais e de florestas plantadas, torna-se necessário a prospecção de novos micro-organismos e a partir destes estudar seu potencial, bem como fatores que afetam o seu desenvolvimento, a produção de enzimas, e o rendimento como um todo. Após uma breve introdução e revisão de literatura, tem-se o Capítulo I expondo parte do projeto, onde o objetivo de estudo foi isolar e selecionar fungos da região do Pantanal Sul-mato-grossense, e testar sua eficiência na produção das enzimas xilanase, carboximetilcelulase (CMCase) e avicelase tendo 1% de palha de milho e papelão como substratos indutores no meio líquido de isolamento testados na temperatura de 35 e 45 °C. Neste processo, um total de 111 fungos foram obtidos, onde 80,7% dos isolados em meio contendo palha de milho, cresceram a temperatura de 35 °C e os isolados induzidos meio contendo papelão, 63,0% se manifestaram a 45 °C. O isolado WPPM 922 obteve as maiores atividades enzimáticas com 614,5 U g- 1, e 107,3 U g-1 e 5,37 U g- 1 para atividade de xilanase, CMCase e avicelase respectivamente, fermentado em farelo de trigo em 96 h a 35 °C. Oito isolados e o Trichoderma asperelloides F22, foram selecionados para avaliação do seu potencial na produção enzimática utilizando 6 tipos de resíduos agrícolas e agroindustriais. A casca de arroz foi o substrato que mais induziu as enzimas xilanase e CMCase ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

O hidrogênio é uma fonte de energia limpa, pois sua combustão gera apenas água. Porém, ainda há a necessidade de se encontrar soluções tecnologicamente eficientes, econômicas e seguras para sua geração e uso. A produção do H2 por vias biológicas, conhecido como biohidrogênio, vem ganhando grande destaque nos últimos anos, pois possibilita o uso de materiais renováveis como matéria-prima. Materiais lignocelulósicos são potenciais substratos para a produção de H2 por fermentação, no entanto se faz necessário dispor de métodos de hidrólise que disponibilizem os componentes destes materiais para a fermentação. A maior parte dos métodos disponíveis para hidrolisar materiais lignocelulósicos resulta em produtos de degradação de carboidratos, que são reconhecidamente inibidores de fermentação. Este estudo, primeiramente, avaliou o efeito de 3 diferentes grupos de inibidores sobre a produção de H2 por fermentação: (1) ácido orgânico, como o ácido acético; (2) derivados de furano, tais como o furfural e o 5-hidroximetilfurfural (5-HMF); (3) monômeros fenólicos derivados da lignina, tais como o siringaldeído, vanilina e ácido 4-hidroxibenzóico (AHB). Ensaios de fermentação para a produção de H2 em batelada utilizaram como inóculo uma cultura mista (lodo) e foram realizados na presença de glicose e diferentes concentrações dos mencionados inibidores. O modelo de Gompertz modificado foi utilizado para estimar os parâmetros cinéticos dos ensaios de fermentação, como o volume máximo de H2 (P), velocidade máxima de produção de H2 (Rm) e o tempo necessário para o início da produção de H2 (). A partir destes ensaios foi verificado como a adição de diferentes concentrações de inibidores afetou tais parâmetros cinéticos em relação a um controle (apenas contendo glicose). Desta forma foi possível estimar as concentrações dos inibidores que reduzem em 50% as velocidades máximas de produção de H2 a concentração inibitória 50 (CI 50). Em termos de CI 50, o AHB proporcionou a maior inibição (0,38 g.L-1), seguido do 5-HMF e o furfural, com valores de CI 50 de 0,48 e 0,62 g.L-1, respectivamente. A vanilina, o siringaldeído e o ácido acético apresentaram os menores efeitos inibitórios sobre a produção de H2 dentre os inibidores testados, com CI 50 de 0,71; 1,05; e 5,14 g L-1, respectivamente. Numa segunda etapa do trabalho foi avaliado o efeito inibitório da associação de 3 inibidores, representantes de cada uma das classes de inibidores, o ácido acético, o 5-HMF e o siringaldeído. Foi observado um efeito aditivo da inibição quando o ácido acético foi adicionado juntamente com o 5-HMF, porém em ensaios contendo siringaldeído o efeito inibitório tornou-se sinérgico. Por fim, foi utilizado um hidrolisado de bagaço de cana de açúcar como substrato na produção de H2 por fermentação. A produção de H2 a partir deste substrato só foi possível após o tratamento do hidrolisado com carvão ativado. Portanto, concluiu-se que os compostos inibitórios presentes em hidrolisados de materiais lignocelulósicos condicionam a viabilidade da produção de H2 com estes materiais. Este estudo permitiu concluir que os compostos estudados, exceto os monossacarídeos, resultantes da hidrólise de materiais lignocelulósicos, inibem a produção de H2 pela cultura mista utilizada em diferentes graus, sendo o AHB o mais inibidor. A combinação de compostos inibidores potencializa ainda mais o efeito inibitório sobre a produção de H2. O ácido acético, que pode se originar dos hidrolisados, mas que também é um metabólito da produção de H2 por fermentação aumentou ainda mais a inibição do siringaldeído. Assim, sugere-se que a hidrólise de materiais lignocelulósicos deve ser conduzida de forma a minimizar a presença dos inibidores nos hidrolisados, a fim de maximizar o aproveitamento da biomassa lignocelulósica como matéria-prima no processo fermentativo. / Hydrogen is a clean energy source because its combustion produces only water. However, there is still the need to find technologically efficient, economic and safe solutions for their generation and use. The production of H2 by biological pathways, known as biohydrogen, has gained great prominence in recent years because it enables the use of renewable materials as raw material. Lignocellulosic materials are potential substrates for H2 production by fermentation, however it is necessary to have methods that provide hydrolysis of the components of these materials for fermentation. Most methods are available for hydrolyzing lignocellulosic materials results in carbohydrate degradation products are fermentation inhibitors known. This study was primarily to evaluate the effect of 3 different groups inhibitors of the H2 production by fermentation: (1) organic acid such as acetic acid; (2) furan derivatives such as furfural and 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF); (3) phenolic derivatives of lignin monomers, such as syringaldehyde, vanillin and 4-hydroxybenzoic acid (HBA). Fermentation tests for H2 production batch used as a mixed culture inoculum (sludge) and were carried out in the presence of glucose and different concentrations of the inhibitors mentioned. The modified Gompertz model was used to estimate the kinetic parameters of the fermentation test, the maximum volume of H2 (H), maximum rate of H2 production (Rm) and the time required for the commencement of production of H2 () . From these tests it was observed how the addition of different concentrations of inhibitors affect these kinetic parameters relative to a control (containing only glucose). Thus it was possible to estimate the concentrations of inhibitors that reduce by 50% the maximum production speeds H2 - The inhibitory concentration 50 (IC 50). In terms of IC 50, the AHB provided the greatest inhibition (0.38 g L-1), followed by 5-HMF and furfural, with IC 50 values of 0.48 and 0.62 g L-1, respectively. Vanillin, syringaldehyde and the acetic acid had minor inhibitory effects on H2 production from the tested inhibitors with IC50 of 0.71; 1.05; and 5.14 g L-1, respectively. In a second stage of work, the inhibitory effect of 3 inhibitors association representatives of each class inhibitors, acetic acid, and 5-HMF syringaldehyde. An additive effect of inhibition when acetic acid was added along with 5-HMF was observed in assays containing syringaldehyde but the inhibitory effect became synergistic. Finally, we used a hydrolyzate of sugarcane bagasse as substrate in H2 production by fermentation. The production of H2 from this substrate was only possible after the hydrolyzate treatment with activated carbon. Therefore, it was concluded that the inhibitory compounds present in hydrolyzed lignocellulosic materials affect the viability of H2 production with these materials. This study concluded that the studied compounds, other monosaccharides resulting from the hydrolysis of lignocellulosic materials, inhibit the production of H2 by mixed culture used in varying degrees, being most AHB inhibitor. The combination of compounds further enhances the inhibitory effect of inhibitors on the production of H2. Acetic acid, which can originate the hydrolysates, but is also a metabolite of H2 production by fermentation further increased inhibition of syringaldehyde. Thus, it is suggested that the hydrolysis of lignocellulosic materials should be conducted to minimize the presence of inhibitors of the hydrolysates, in order to maximize the utilization of lignocellulosic biomass as a raw material in the fermentation process.

A utilização da biomassa para produção de substâncias químicas e energia é um dos principais temas atualmente abordados, tanto na pesquisa básica como na aplicada. No Brasil, o cultivo do sisal é altamente produtivo e o uso como fonte de matéria-prima para a fabricação etanol é, sem dúvida, de grande valia dado que o país é atualmente o maior produtor e que 95% da planta, em média, é considerado rejeito de desfibramento que pode ser usado como fonte de biomassa. A transformação dos polissacarídeos presentes na biomassa em açúcares fermentáveis, visando produção de etanol, vem sendo largamente estudada por duas principais vias, a hidrólise ácida e a enzimática. No presente trabalho, foi desenvolvido um estudo visando à hidrólise de polpa de sisal utilizando ácido sulfúrico como catalisador. Para isso, hidrólises de polpa de sisal foram feitas em reações isotérmicas a temperaturas entre 60-100oC em solução de 30% (v/v) de H2SO4 e reações a 70oC em concentrações de ácido entre 30 e 50% (v/v). A partir dos resultados das reações isotérmicas, uma não isotérmica foi realizada variando-se a temperatura de 100 a 60oC (30% H2SO4), a fim de diminuir a formação de produtos da decomposição a partir dos açúcares gerados no licor. Para acompanhar os processos, em determinados intervalos de tempo, durante 6h, foram retiradas alíquotas dos licores de açúcares e derivados, os quais foram analisados por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE), a fim de avaliar a natureza e o teor dos produtos da hidrólise. As celuloses residuais (não hidrolisadas), suspensas no meio, foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura, massa molar média por viscosimetria capilar e cristalinidade e dimensão de domínios cristalinos por difração de raios X. As massas molares médias das celuloses residuais diminuíram até dez vezes logo nos primeiros minutos de reação e os valores de cristalinidade mostraram que as hidrólises ocorrem primeiramente nas regiões não cristalinas da celulose sendo as regiões cristalinas uma grande barreira frente à hidrólise. Os resultados mostraram que o aumento da temperatura elevou consideravelmente a porcentagem de hidrólise, entretanto temperaturas maiores que 80oC (30% H2SO4) favoreceram consideravelmente a decomposição da glicose. A 70oC, concentrações de ácido superiores a 30% levaram ao aumento da formação de glicose, e a menores taxas de decomposição. Além desses, mais três experimentos a 100oC e 30% de H2SO4 foram realizados utilizando celuloses de sisal mercerizadas por 1, 2 e 3h. Os resultados mostraram que o pré-tratamento levou a diminuição de até 23% da cristalinidade e de até 21% da massa molar média da celulose além de eliminar polioses presentes. Os rendimentos mostraram um acréscimo de até 50% a mais na formação de glicose. Para cada condição reacional, foi feito um estudo cinético aplicando os teores de glicose obtidos a um modelo proposto para hidrólise de polpas celulósicas. Os resultados mostraram que todas as reações realizadas em 30% de H2SO4, assim como 35% H2SO4, 70oC, se ajustaram ao modelo. Porém, as reações realizadas a 70oC , com concentrações de ácido superiores a 35% H2SO4 não se ajustaram ao modelo. A partir dos resultados obtidos conclui-se que: A 30% H2SO4 e 100oC, é possível obter celulose microcristalina a partir de sisal; A hidrólise que levou a melhores rendimentos (maior formação de glicose e menor decomposição) foi a de 50% de H2SO4 e 70oC; A mercerização da polpa facilita muito a hidrólise ácida, melhorando o rendimento em até 50% no teor de glicose; A hidrólise não isotérmica se mostrou uma boa opção no que diz respeito à diminuição da formação de produtos de decomposição da glicose formada. Os resultados obtidos permitem projetar novas condições de hidrólise ácida, objetivando melhores rendimentos, e inclusive uso como pré-tratamento para hidrólise enzimática com intuito, por exemplo, de eliminar polioses. Até onde se tenha conhecimento, o estudo feito no presente trabalho para polpa de sisal, é inédito. / Biomass conversion into chemicals and energy has promoted great worldwide interest on basic research and industrial application. Sisal cultivation is highly productive and its use as cellulosic biomass source is very important, considering currently Brazil is the larger sisal producer and its fibers are only 5% of the plant while the rest is considered rejects. Among the aspects that demand continuous basic research, cellulosic biomass conversion to fermentable sugars is one of the important steps to produce ethanol. Many studies related to cellulose hydrolysis have been developed by two catalytic ways, enzymatic and acid hydrolysis. In the present work, acid hydrolysis of sisal pulp was studied, using sulfuric acid as catalyst. In order to evaluate the influence of parameters such as temperature and concentration of acid in hydrolysis process, isothermic reactions were made at temperatures between 60 and 100oC, at constant concentration of acid (30%) as well as reactions varying concentration of sulfuric acid between 30 and 50%, at constant temperature (70oC). In addition, some reactions were made with mercerized pulp. Based on the results of isothermic hydrolysis at 30% of H2SO4 a non isothermic experiment was carried out varying temperature from 100 to 60oC aiming to reduce decomposition products. During hydrolysis, samples, in short periods of time, were characterized by high precision liquid chromatography (HPLC) to evaluate sugars and decomposition products. Residual cellulose (not hydrolyzed) were characterized by, viscosimetry, X-Ray diffraction and Scanning Electron Microscopy (SEM). The results showed that: Temperature increasing has greater impact on cellulose hydrolysis, but temperatures of 80oC and up in a 30% of H2SO4 solution increases, considerably, glucose decomposition. Increasing of sulfuric acid concentration can improve cellulose hydrolysis and diminish glucose decomposition. Molar mass average of residual cellulose decreases for about 10 times just in the first minutes. X-Ray diffraction showed hydrolysis occurs initially on non crystalline domains and crystalline domains are a barrier to hydrolysis. To evaluate mercerization process, acid hydrolysis of mercerized pulp for 1, 2 and 3h were performed using 30% H2SO4 at 100oC. The results showed up to 23% less of crystallinity and 21% less of average molar mass on mercerized cellulose and a more effective process with up to 50% more of glucose yield. A kinetic study based on glucose yield was performed for all isothermic studied reaction conditions. The results showed that kinetic model applied to all 30-35% H2SO4 reactions, but superior concentrations of sulfuric acid are not adjustable to kinetic model proposed by Saeman. The results obtained in the presented study, allow to conclude that: Acid hydrolysis using 30% H2SO4 at 100oC can produce sisal microcrystalline cellulose; The conditions that led to the best results are 50% H2SO4 at 70oC; Pulp mercerization facilitate cellulose hydrolysis; Non-isothermic hydrolysis can be a good option for reducing glucose decomposition; The results obtained in this work allow to propose other conditions for acid hydrolysis aiming best glucose yields or even to apply as pre-treatment for enzymatic hydrolysis to eliminate hemicellulose for example. To our knowledge, this is the first study on acid hydrolysis of sisal pulp.

Orientador: Claudio Airoldi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-22T05:25:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Melo_JulioCesarPerinde_D.pdf: 28431838 bytes, checksum: 0460daaa92bb9d6b56903affddf613c8 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O trabalho foi realizado com biopolímeros orgânicos naturais: celulose e lignocelulósicos, modificados quimicamente aumentando a capacidade de sorção de contaminantes em líquidos. Foram caracterizados por IV, RMN de C, DRX, MEV and TG. Assim, as inércias química e física foram superadas através dos seguintes procedimentos sintéticos: esterificação com anidridos de celulose (maleato: 2,82, succinato: 3,07, ftalato: 2,99 mmol g) e de mesocarpo de babaçu (maleato: 141,79, succinato:176,99, ftalato:149,27 mg g); cloração da celulose com cloreto de tionila (4,95 mmol g); aminação de celulose com etileno-1,2-diamina (3,03 mmol g); reação de etilenossulfeto com mesocarpo (86,7 mg g) e epicarpo de babaçu (20,2 mg g). Com as modificações químicas dos biopolímeros as propriedades de sorção se tornaram superiores as dos biopolímeros de partida e as novas capacidades máximas de remoção de contaminantes foram: anidridos de celulose [maleato (Ni = 1,75 e Co = 2,40 mmol g), succinato: (Ni = 2,46 e Co = 2,46 mmol g) e ftalato: (Ni = 2,26 e Co = 2,43 mmol g)]; anidridos com mesocarpo de babaçu (maleato: (Cu = 19,88 mg g), succinato: (Cu = 38,58 mg g) e ftalato: (Cu = 30,63 mg g) soluções hidroalcoólicas); aminação de celulose com etileno-1,2-diamina (Cu = 2,32, Co = 1,35, Ni= 1,70 e Zn = 1,65 mmol g); reação de etilenossulfeto com mesocarpo (Cu = 39,6 mg g) e epicarpo (Cu = 39,2 mg g) de babaçu. A celulose também foi oxidada com metaperiodato aquoso para dar origem à celulose em sua forma oxidada, o 2,3-dialdeídocelulose, material de partida para outras reações, as quais foram: redução dos grupos aldeído do 2,3-dialdeídocelulose, seguido da reação deste material com os anidridos malêico, succínico e ftálico; em seguida cada um dos materiais na forma ácida foi reagido separadamente com etileno-1,2-diamina, dietil-1,2,4-triamina, trietil-1,2,4,6-tetramina. A outra rota foi a reação do 2,3-dialdeído-celulose com as poliaminas etileno-1,2-diamina, dietil-1,2,4-triamina, trietil-1,2,4,6-tetramina e em seguida, com cada um dos materiais aminados obtidos, reagí-los separadamente com os anidridos malêico, succínico e ftálico. / Abstract: The natural organic biopolymers, cellulose and lignocellulosics, were chemically modified in order to increase their sorption capacities for contaminants from liquids. The technics employed for characterization were IR, C NMR, XDR, SEM and TGA. Chemical modification and the degree of substitution were: esterification of cellulose with anhydrides [maleate: 2,82 mmol g, succinate: 3,07 mmol g, phthalate: 2,99 mmol g) and esterification of babassu mesocarp coconut with anhydrides (maleate: 141,79 mg g, succinate: 176,99 mg g, phthalato: 149,27 mg g); chlorination of cellulose with thionyl chloride (4,95 mmol g); amination of cellulose with ethylene-1,2-diamine (3,03 mmol g); reaction of ethylenesulfide with babaçu coconut mesocarp (86,7 mg g) and epicarp (20,2 mg g) The sorption capacities of these chemically modified biopolymers were outlighted as confirmed by the maxima sorption results and were: cellulose with anhydrides (maleate: (Ni = 1,75 e Co = 2,40 mmol g), succinate: (Ni = 2,46 e Co= 2,46 mmol g) e ftalate: (Ni = 2,26 e Co = 2,43 mmol g)); babassu mesocarp coconut with anhydrides [maleate: (Cu = 19,88 mg g), succinate: (Cu = 38,58 mg g) e ftalate: (Cu = 30,63 mg g) hydroalcoholic solution]; aminated cellulose (Cu = 2,32, Co = 1,35, Ni = 1,70 e Zn = 1,65 mmol g); babaçu coconut thyol-mesocarp (Cu = 39,6 mg g) e epicarp (Cu = 39,2 mg g). Cellulose was also oxidized with aqueous methaperiodate to produce cellulose-2,3-dialdehyde, which was used in other reactions: reduction of aldehyde groups, followed by reacting it with maleic, succinic and phthalic anhydrides; each of these materials in their acid form was reacted with ethylene-1,2-diamine, diethyl-1,2,4-triamine, triethyl-1,2,4,6-tetramine. The 2,3-dialdehyde-cellulose was also reacted with ethylene-1,2-diamine, diethyl-1,2,4-triamine, triethyl-1,2,4,6-tetramine and the aminated cellulose was separately reacted with maleic, succinic and phthalic anhydrides. / Doutorado / Quimica Inorganica / Doutor em Ciências

Made available in DSpace on 2017-07-21T20:43:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernanda Izabelle Ditzel.pdf: 4089923 bytes, checksum: 47704f1f43b93ae17b2605e30dc4d650 (MD5) Previous issue date: 2016-07-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nanocrystalline cellulose is an aqueous suspension containing whiskers which have high crystallinity and high specific surface area. This material can be obtained from lignocellulosic fibers by means of an acid hydrolysis process. The characteristics of the nanocrystalline cellulose depends of the hydrolysis conditions, which may vary according to the following parameters: concentration of acid, fiber to acid ratio, temperature and reaction time. Therefore, the influence of these parameters was evaluated in a study conducted for the microcrystalline cellulose. From this, optimized conditions were determinated for obtaining nanocrystalline cellulose suspensions with maximum yield or high crystallinity index or high zeta potential. The nanocrystalline cellulose suspension which showed maximum yield was selected for the surface modification with a cationic surfactant and posteriorly submitted to the spray-drying process. The produced, microparticles are suitable for use in the composite processing by extrusion. Based on the optimized hydrolysis conditions, residues of pine wood and corncob were submitted to the process of nanocrystalline cellulose extraction. For this, it was necessary to carry out a procedure for the isolation of cellulose, which consisted of acetosolv pulping and bleaching. The results showed that was possible to extract nanocrystalline cellulose with suitable characteristics for use in industrial applications. Compared with the commercial microcrystalline cellulose, the residues provided a yield approximately 76.0% lower in the nanocellulose extraction. Therefore, further studies are necessary to improve this characteristic. Finally, the black liquor from acetosolv pulping was used for the lignin recovery. It is suggested that lignin can be used economically for the production of aromatic compounds. / A celulose nanocristalina é uma suspensão aquosa contendo whiskers, os quais possuem elevadas cristalinidade e área superficial específica. Esta pode ser obtida a partir de fibras lignocelulósicas por meio de um processo de hidrólise ácida. As características da celulose nanocristalina dependem das condições de hidrólise, as quais podem variar de acordo com os seguintes parâmetros: concentração de ácido, razão fibra/ácido, temperatura e tempo de reação. Desta forma, a influência destes parâmetros foi avaliada em um estudo realizado para a celulose microcristalina. A partir disto, foram determinadas condições otimizadas para a obtenção de suspensões de celulose nanocristalina com máximo rendimento ou com elevado índice de cristalinidade ou com superior valor de potencial zeta. A suspensão de celulose nanocristalina que apresentou máximo rendimento foi selecionada para a modificação superficial com um surfactante catiônico e posterior secagem por atomização. Com isso, foram produzidas micropartículas para aplicação no processamento por extrusão de compósitos. Com base nas condições otimizadas de hidrólise, resíduos de madeira de pinus e de sabugo de milho foram submetidos ao processo de extração de celulose nanocristalina. Para isto, foi necessária a realização de um procedimento para o isolamento de celulose, o qual consistiu dos pré-tratamentos de polpação acetosolv e de branqueamento. A análise dos resultados mostrou que, a partir dos resíduos considerados, foi possível extrair celulose nanocristalina com características adequadas para uso em aplicações industriais. Contudo, em comparação com a celulose microcristalina comercial, os resíduos proporcionaram um rendimento aproximadamente 76,0 % inferior na extração de nanocelulose. Desta forma, estudos adicionais são necessários para a melhoria desta característica. Por fim, o licor negro proveniente da polpação acetosolv foi utilizado para a recuperação de lignina. Sugere-se que a lignina possa ser utilizada economicamente para a produção de compostos aromáticos.

O presente trabalho teve como objetivo contribuir para o desenvolvimento de uma tecnologia de obtenção de etanol por via biotecnológica, verificando o comportamento da levedura Spathaspora arborariae UFMG-HM19.1 na fermentação de xilose em hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-deaçúcar para etanol. Foram elaborados três planejamentos fatoriais 2³ completos com objetivo de determinar condições favoráveis de suplementação nutricional e fermentação do hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar. O primeiro experimento teve o intuito de a avaliar o efeito da aeração durante a fermentação de etanol, sendo que as melhores condições para aeração foram a agitação em 200 rpm, volume de hidrolisado 25 ml em frascos de 125 ml. Após obtenção desses dados, foram utilizados sulfato de amônio, sulfato de magnésio e extrato de levedura como fatores em um segundo delineamento experimental, onde obteve-se como melhor combinação a utilização de extrato de levedura na concentração de 1g.l-1. Finalmente, realizou-se o ultimo planejamento experimental, utilizando os dados experimentais anteriores, utilizando como fatores o pH, a temperatura e a concentração inicial de inóculo, chegando ao resultados das condições ideais de pH (pH=4), temperatura (40°) e concentração inicial de inóculo (0,5g.l-1). Apesar das condições indicadas e do satisfatório fator de rendimento de etanol (Yp/s= 0,50), a levedura cultivada nessas condições mostrou-se com uma baixa produtividade (Qp=0,15), assim como suas vantagens, tais como a fermentação em temperatura elevada e baixo pH, assim como um fator de rendimento adequado e uma razoável assimilação de açúcares. / The aim of this study is to contribute to the technological development of ethanol production by biotechnological pathways, studying the behavior of the yeast Spathaspora arborariae UFMG-HM19 in the fermentation of xylose in hemicellulosic hydrolyzate of sugarcane bagasse for ethanol. Three experimental designs were made to determine the satisfatory set of factors to produce ethanol from the lignocellulosic material. The first experiment was designed to evaluate the effect of aeration during fermentation to ethanol, that would be better under this conditions: agitation at 200 rpm, 25 ml volume of hydrolyzed in 125 ml bottles. After obtaining these data, we used ammonium sulphate, magnesium sulphate and yeast extract as factors in a second experiment, which was obtained as the best combination to use yeast extract in a concentration of 1 g.l-1. Finally, there was the last experimental design, using previous experimental data, using factors such as pH, temperature and initial concentration of inoculum, even to the results of the ideal conditions of pH (pH = 4), temperature (40 °C) and initial concentration of inoculums (0,5 g.L-1). Despite the good conditions indicated and ethanol yield factor (Yp/s =0,50), the yeast grown under these conditions was shown with a low productivity (Qp=0,14 g.l-1h-1) as well as its advantages, such as fermentation at high temperature and low pH, as well as a adequate efficiency and a reasonable sugar assimilation.