Este projeto verificou a influência dos produtos químicos utilizados no processo de preparação de tecidos planos de algodão, para posterior estampa por processo digital com corantes reativos. No processo de preparação verificou-se a influência dos fatores quantidade de espessante, anti-migrante, álcali, agente higroscópico e cloreto de sódio (NaCl), utilizou-se um planejamento fatorial 25, cinco pontos centrais, para estudo dos ensaios, tendo como resposta a intensidade colorística (K S-1) das cores amarelo, vermelho, azul e preto, avaliando os índices de solidezes à água e à fricção. Baseando-se no modelo matemático obtido, aplicou-se receita otimizada com economia de 35 g L-1 e 45 g L-1 de espessante e NaCl, respectivamente. A aplicação gerou maiores valores de K S-1 em três das quatro cores estudadas. Somente a cor azul apresentou menor valor, porém com uma diferença de apenas 0,06 unidades, considerada não significativa. Nas solidezes testadas, a nota mínima obtida foi de 4/5, considerada como satisfatória em uma escala de 1 a 5, onde 1 é o pior resultado e 5 o melhor, ou seja, não houve detrimento nos índices de solidezes testados na receita otimizada em relação à receita de maior K S-1 do planejamento / This project verified the influence of the chemicals used in the process of preparation of cotton fabrics, for subsequent digital printing with reactive dyestuff. In the preparation process, the influence of the factors \'amount of thickener\', \'anti-migrant\', \'alkali\', \'hygroscopic agent\' and \'sodium chloride (NaCl)\' were used, being the answer coloristic intensity (K S-1) of the yellow, red, blue and black colors, evaluating the color fastness to water and friction. Based on the obtained mathematical model, an optimized recipe with savings of 35 g L-1 and 45 g L-1 of thickener and NaCl, respectively, was applied. The application generated higher values of K S-1 in three of the four colors studied. Only the blue color had lower value, but with a difference of only 0.06 units, considered not significant. In the solids tested, the minimum score obtained was 4/5, considered as satisfactory on a scale of 1 to 5, where 1 is the worst result and 5 the best, that is, there was no detriment in the color fastnesstested in the optimized recipe in relation to the recipe of greater K S-1 of the planning

No presente trabalho, dados de ampliacao de escala, de um processo de pre-tratamento alcalino em escala laboratorial (2L) para escala piloto (350L) foram avaliados. Os experimentos realizados previamente em escala laboratorial apontaram duas condições potenciais para a ampliacao de escala, a saber: Ensaio 5 (130°C, 30 min, 1,5% m/v NaOH, 0,15% m/m antraquinona) apresentando a maior conversao enzimatica da polpa obtida (64,5%) e Ensaio 7 (170°C, 1,5 % m/v NaOH, 30 min, 0,15% m/m antraquinona) com a maior solubilizacao de lignina (81,0 %). Os experimentos em escala piloto foram realizados nas condicoes apontadas, com e sem a adicao de antraquinona. A reprodutibilidade dos dados em escala piloto foi satisfatoria, considerando o sistema de aquecimento e agitacao mais eficientes do reator piloto em relacao ao reator usado no laboratorio. O uso da antraquinona diminuiu a solubilizacao de carboidratos durante o pretratamento (evitando 67% de solubilizacao quando comparado a reacao sem antraquinona, a 130°C), mas interferiu negativamente na etapa subsequente de hidrolise, principalmente na reacao a 170°C. Dentre as condicoes testadas, o ensaio 5Pil/AQ (130°C, 30 min, 1,5% NaOH e 0,15% m/m antraquinona) foi eleito como a melhor condicao de pre-tratamento, com maior rendimento em carboidratos apos a hidrolise enzimatica, sendo possivel obter (extrapolando os resultados) 290 kg de glicose e 98 kg de xilose a partir de uma tonelada de bagaco (base seca). Para a obtencao de etanol a partir desse hidrolisado, foram realizadas fermentacoes com tres diferentes leveduras - S. cerevisiae CAT-1, S. stipitis NRRL Y-7124 e S. passalidarum NRRL Y-27907. O melhor resultado foi apresentado para fermentacao em batelada alimentada aplicando reciclo de celulas utilizando a levedura S. passalidarum, produzindo 23,3 g/L de etanol (97 % do teorico) com produtividade de 0,90 g/L.h em 24 h de fermentacao no terceiro reciclo. O processo de pre-tratamento alcalino gera, alem da polpa rica em carboidratos, um hidrolisado rico em lignina. A lignina foi precipitada desse hidrolisado apos cada pre-tratamento realizado e caracterizada, apresentando poder calorifico entre 22,8 e 25,3 MJ/kg. / In this study, data scale up for an alkaline pretreatment process from lab to pilot scale was evaluated. Lab scale experiments indicated two potential conditions for the scale-up, namely: 130°C, 30 min, 1.5% w/v NaOH, 0.15% w/w anthraquinone , presenting the highest enzymatic conversion (64.5%); and 170°C, 30 min, 1.5% w/v NaOH, 0.15% w/w anthraquinone with the highest lignin solubilization (81.0 %). The experiments were performed on pilot scale under the aforementioned conditions, with and without anthraquinone. Data reproducibility on pilot scale was satisfactory considering the more efficient heating and stirring reactor system when compared to the reactor in lab scale. Anthraquinone decreases the solubilization of carbohydrates during pretreatment (avoiding 67% solubilization compared to the reaction without anthraquinone, at 130°C), but interferes negatively in the subsequent hydrolysis step, mostely at 170°C. Among the conditions tested, the test performed at 130°C, 30 min, 1.5% w/v NaOH and with 0.15% w/w anthraquinone was chosen as the best pretreatment condition, with the highest carbohydrate conversion after enzymatic hydrolysis, allowing 290 kg of glucose and 98 kg of xylose per a dry base ton of bagasse. In order to produce ethanol from this hydrolyzate, fermentations with three different yeasts were performed - S. cerevisiae CAT-1, S. stipites NRRL Y-7124, S. passalidarum NRRL Y-27907. Fed-batch fermentation with S. passalidarum cell recycling provided the best result, yielding 23.3 g/L ethanol, 97 % (theoretical yield) with 0.90 g/L.h productivity within 24 h of fermentation. The alkaline pretreatment process generates, besides the pulp rich in carbohydrates, a lignin-rich hydrolyzate. Lignin was precipitated from the hydrolyzate obtained after each pretreatment carried out and characterized, presenting heating values between 22.8 and 25.3 MJ/kg.

Neste trabalho buscou-se otimizar a obtenção de três diferentes filmes polissilânicos, a base de bis-1,2-(trietoxisilil)etano (BTSE), bis-(-trimetoxisililpropil)amina (BTSPA) e bis-1,2-[(trietoxisilil)propil]tetrassulfeto (BTESPT), com o intuito de proporcionar maior resistência à corrosão para o aço carbono e para o aço galvanizado. Foi variada a concentração do silano, o tempo de hidrólise e dopantes (íons de cério (III) e cério (IV)), sendo estes últimos adicionados na solução precursora. Estes parâmetros foram testados sobre dois tipos de superfícies: uma a base de ferro (aço carbono) e outra a base de zinco (aço galvanizado) obtendo, desta forma, condições para que cada filme polissilânico fornecesse a melhor proteção contra corrosão do substrato. As técnicas eletroquímicas usadas para esta avaliação foram espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), resistência de polarização linear (Rp) e curvas de polarização (CP); também foram utilizadas a microscopia de força atômica (AFM) e a microscopia eletrônica de varredura (MEV). Com a otimização do processo de obtenção dos filmes de silano, foram pré-tratados os corpos-de-prova (cdp) e submetidos ao processo de pintura, objetivando a comparação entre o pré-tratamento a base de silano e o de fosfatização, ambos atuando como promotores de resistência à corrosão e aderência entre os substratos e a camada de tinta. Os cdps pintados foram avaliados por EIE, testes físicos de aderência e flexibilidade e também por ensaios acelerados de corrosão atmosférica (névoa salina). Os resultados mostraram que todas as camadas a base de polissilanos estudadas proporcionaram ao aço carbono e ao aço galvanizado aumento em suas respectivas resistências à corrosão em solução de NaCl 0,1 mol.L-1 e que, pela adição de íons de Ce3+ ou Ce4+, é observada uma maior eficiência no efeito barreira do filme devido à formação de óxidos e/ou hidróxidos de cério e pela melhor reticulação do filme de silano, respectivamente. Os resultados mostraram que a utilização de pré-tratamentos a base de polissilanos em aço carbono e em aço galvanizado em processos de pintura industrial é possível, sendo esta uma potencial alternativa no aumento da resistência à corrosão para o aço e na minimização de impactos ambientais gerados nos processos de tratamentos de superfícies e de pintura. / The aim of the present study was to optimize the process to obtain three different silane films, based on the bis-1,2-(trietoxysilyl)ethane (BTSE), bis-(-trimetoxysilylpropyl)amine (BTSPA) and bis-1,2-[(trietoxysilyl)propyl]tetrasulphide (BTESPT), seeking superior corrosion resistance for carbon and galvanized steel. Silane concentration, time of hydrolysis and dopant (Ce3+ and Ce4+ ions) addition the latter being added in the precursor solution -were varied. These parameters were tested in two different surfaces: iron based (steel) and zinc base (galvanized steel), to obtain conditions for each silane film providing superior corrosion protection for the substrate. The electrochemical techniques used were electrochemical impedance spectroscopy (EIS), linear polarization resistance (Rp) and polarization curves; also was used the atomic force microscopy (AFM) and scanning electron microscopy (SEM) techniques. In order to compare silane and phosphate based, pre-treated panels were painted with both acting as adhesion and corrosion resistance promoters between the substrate and the paint. Painted panels were evaluated by electrochemical impedance spectroscopy, adhesion and flexibility tests and also accelerated atmospheric corrosive tests (salt spray). The results showed that all the silane based films studied provided an increase of corrosion resistance in 0.1 mol.L-1 NaCl solution to the carbon and galvanized steel; with the addition of Ce3+ or Ce4+ ions better efficiency was observed for the barrier effect of the film due to the formation of cerium oxides and/or hydroxides and the better crosslinking of silane film, respectively. In addition, the experiences results that the use of silane based pre-treatments on carbon and galvanized steel in industrial painting processes is feasible and could be one of the potential alternative processes to increase the corrosion resistance for steel, reducing the environmental impacts generated in surface pretreatment and painting processes.

No presente trabalho o bagaço de cana-de-açúcar foi pré-tratado quimiotermomecanicamente (QTM) com três concentrações de solução sulfito alcalino (g/100 g de bagaço): 2,5% Na2SO3 e 1,25% NaOH (QTM2,5%); 5% Na2SO3 e 2,5% NaOH (QTM5%), 10% Na2SO3 e 5% NaOH (QTM10%), e posteriormente refinado num refinador de discos, visando incrementar a acessibilidade da parede celular para extrair enzimaticamente as hemiceluloses. O bagaço também foi pré-tratado com clorito ácido por 2 horas (D2) e 4 horas (D4), para gerar um substrato modelo com baixo teor de lignina. A composição original do bagaço de cana-de-açúcar foi de 32,3% de celulose, 28,5% de hemicelulose e 22,0% de lignina (g/100 g de bagaço original). Depois de pré-tratados, as remoções de lignina foram de 18%; 31% e 48% para os bagaços QTM2,5%, QTM5% e QTM10%, respectivamente. Parte das hemiceluloses foi removida, em níveis de 22% para os bagaços QTM2,5% e QTM5% e 17% para o QTM10%. O pré-tratamento clorito ácido removeu lignina em níveis de 55% e 75% para os bagaços D2 e D4, respectivamente; e 10% da hemicelulose no bagaço D4. As hemiceluloses de todos os bagaços pré-tratados foram extraídas com 3 diferentes preparados de endo-xilanases comerciais, usando 20UI/g de bagaço, em pH=8.0 (tampão fosfato 50 mM), 50°C e uma relação sólido:líquido de 1:20. Após 24h de reação, a xilanase Luminase apresentou os melhores rendimentos de extração de xilana com valores de: 4%, 7% e 32% para os bagaços QTM2,5%, QTM5% e QTM10%, respectivamente; e de: 34% e 55% para os bagaços D2 e D4, respectivamente. A extração se correlacionou linearmente com a remoção de lignina (R2=0,97) e ácidos hidroxicinâmicos (R2=0,88 para ácido ferúlico; R2=0,80 para ácido p-coumárico), e com o aumento da área superficial accessível de celulose (R2=0,95). Não foi observada a produção de açúcares monoméricos nas xilanas extraídas. Aumentando a carga enzimática em 20 vezes (100 UI) no bagaço QTM10% e em 12 vezes (60 UI) no bagaço D4 a extração da xilana aumentou 29% e 21%, respectivamente, sugerindo que além da lignina e ácidos hidroxicinâmicos, existem outros impedimentos a extração. O bagaço QTM10% foi extraído sequencialmente duas vezes com 100UI de Luminase por grama de bagaço, e posteriormente sacarificado com celulases comerciais. Os resultados mostraram que primeiro são extraídas as xilanas mais substituídas com arabinose e que a extração da xilana favorece a sacarificação da celulose residual, quando comparado com um material simplesmente pré-tratado. Entretanto, para aceder a toda a xilana do bagaço, é necessário hidrolisar parte da celulose, indicando que o pré-tratamento QTM10% não consegue quebrar por completo a alta interação celulose-hemicelulose. A pré-incubação do bagaço QTM10% por 8h com endoglucanase, seguida da reação com xilanase por 24h, aumentou a extração de xilana em 17,6%. As xilanas extraídas podem ser recuperadas por precipitação com etanol. Análises de ressonância magnética nuclear mostraram que a xilana extraída corresponde a glucurono-arabinoxilana, sendo detectados também ácido pcoumárico, baixas quantidades de lignina e proteínas, derivados do processo de extração. / In the present work, the sugarcane bagasse was pretreated with a chemithermomechanically (CTM) process using three concentrations alkaline-sulfite solution (g/100 g of bagasse): 2,5% Na2SO3 e 1,25% NaOH (QTM2,5%); 5% Na2SO3 e 2,5% NaOH (QTM5%), 10% Na2SO3 e 5% NaOH (QTM2,5%), and disk refining with the aim of increasing cell wall accessibility for subsequent extraction of the hemicellulose fraction. Besides, bagasse was delignified with acidic sodium chlorite for 2 hours (D2) and 4 hours (D4), to produce a model with low lignin content. The original composition of sugarcane bagasse was 38.3% of cellulose, 28.5% of hemicellulose and 22.0% of lignin (g/100 g of original bagasse). After pretreatment, the lignin removal were 18%; 31% e 48% for the bagasse CTM2,5%, CTM5% e CTM10%, respectively. A part of the hemicellulose was removed at levels of 22% for the bagasse CTM2,5%, CTM5% and 17% for QTM10%. Acid chlorite pretreatment removed lignin at 55% and 75% levels for D2 and D4, respectively; and 10% of hemicellulose in D4 bagasse. Hemicelluloses from all pre-treated bagasses were extracted with 3 different commercial endoxylanases preparations using 20UI/g of bagasse, at pH 8.0 (phosphate buffer 50 mM), 50°C and solid:liquid ratio of 1:20. After 24h of reaction, Luminase xylanase showed the best xylan extraction yields of: 4%, 7% and 32% for QTM2,5%, QTM5% and QTM10%, respectively; and of: 34% and 55% for D2 and D4, respectively. The xylan extraction correlated linearly with lignin (R2=0.97) and hidroxicinamic acid (R2=0.88 for ferulic acid; R2=0.80 for p-coumaric acid) removal, and with the increase of accessible surface area of the cellulose (R2=0.95). The production of monomeric sugars in the extracted xylan was not observed. Increasing enzimatic loading by 20 times (100 UI) for the bagasse CTM10% and 12 times (60 UI/) for the D4 bagasse, the xylan extraction was increased 29% and 21%, respectively, suggesting that besides lignin and hydroxycinnamic acids, there are other impediments to enzymatic extraction. The QTM10% bagasse was extracted sequentially twice with 100UI of Luminase per gram of bagasse, and then saccharified with commercial cellulases. The results showed that the xylanes most substituted with arabinose are extracted first and that the extraction of the xylan favors the saccharification of the residual cellulose as compared to a simply pretreated material. However, to access all the bagasse xylan, it is necessary to hydrolyze part of the cellulose, because the QTM10% pretreatment was not enough to completely disintegrate the high cellulose-hemicellulose interaction. Pre-incubation of the QTM10% bagasse for 8h with endoglucanase, followed by xylanase reaction for 24h, increased the xylan extraction by 17.6%. Extracted xylans were recovered by precipitation with ethanol and characterized. Chemical and nuclear magnetic resonance analysis showed that extracted xylan corresponds to a glucurono-arabinoxylan with residues of p-coumaric acid and low amounts of lignin and proteins, derived from the extraction process.

O bagaço de cana de açúcar é um resíduo lignocelulósico que, após a sua hidrólise, pode ser utilizado como substrato para a produção de hidrogênio (H2) por fermentação. O objetivo deste trabalho foi realizar pré-tratamentos do bagaço de cana com os ácidos clorídrico (HCl) e fosfórico (H3PO4) para a solubilização de carboidratos, produzindo o mínimo de inibidores, bem como para tornar a sua estrutura mais suscetível à hidrólise enzimática. Além disso, foi verificada a possibilidade de utilização dos hidrolisados na produção biológica de H2 por uma cultura mista de micro-organismos. A otimização das condições de pré-tratamento com os ácidos foi feita por meio de um planejamento experimental, variando-se a concentração entre 0,64 e 7,36 % (m/v), a temperatura de 63,20 a96,80°C e o tempo de 38,40 a 441,60 min. Nos hidrolisados obtidos foram determinadas as concentrações de açúcares redutores totais (ART) e de monossacarídeos, tais como a glicose, a xilose e a arabinose, além de potenciais inibidores de fermentação, o furfural, o hidroximetilfurfural (HMF) e o ácido acético. As condições de pré-tratamento do bagaço, nas quais foram obtidas as maiores concentrações de ART (13,88 g/L) foi utilizando 6,0 % (m/v) de HCl, em 360,00 min., a 90°C. Entretanto, sob estas condições, também foram detectadas as concentrações mais elevadas dos inibidores. A condição ótima para a hidrólise com o HCl, obtida através da análise estatística, na qual a concentração de inibidores foi minimizada e a de ART maximizada foi de 96,80ºC, 441,6 min e 7,36 % (m/v) de ácido. Para o pré-tratamento com o H3PO4, as condições ótimas foram as mesmas encontradas para o HCl, obtendo-se 4,98 g/L de ART. Os bagaços pré-tratados foram submetidos à hidrólise enzimática com a enzima Celluclast® e um extrato enzimático bruto com atividade de xilanases. A maior concentração de ART (20,98 g/L) obtida pelas duas hidrólises (ácido/enzimática) foi no bagaço pré-tratado com HCl no tempo de 360,00 min., 6,0 % (m/v) de ácido a 90°C, o qual também apresentou a maior concentração de inibidores (total de 1,23 g/L). O hidrolisado obtido com HCl que apresentou maior concentração de ART foi utilizado em ensaios de fermentação para a produção de H2 por cultura mista. / Sugarcane bagasse is a lignocellulosic residue that can be used as substrate to produce hydrogen (H2) by fermentation after hydrolysis. This study aimed to optimize the pretreatment of sugarcane bagasse with hydrochloric acid (HCl) and phosphoric acid (H3PO4), to solubilize carbohydrates and produce the minimal amount of inhibitors as well as make its structure more susceptible to enzymatic hydrolysis. In addition, we verified the possibility of using hydrolysates in the biological production of H2 by a mixed culture of microorganisms. We optimized the conditions for bagasse pretreatment with acids using an experimental designwe varied the concentration between 0.64 and 7.36% (w/v), the temperature from 63.20 to 96.80 °C, and the time from 38.40 to 441.60 min. In the hydrolysates, we determined the concentrations of total reducing sugars (TRS); monosaccharides such as glucose, xylose, and arabinose; and potential inhibitors of fermentation like furfural, hydroxymethylfurfural (HMF), and acetic acid. The conditions of bagasse pretreatment 6.0% (w/v) HCl, 360 min. and 90 °C led to the highest TRS concentrations (13.88 g L-1), but also to the highest concentrations of inhibitors. Statistical analysis revealed that the optimum conditions for the hydrolysis of sugar cane bagasse with HCl that minimized the concentration of inhibitors while maximizing the TRS concentration were: 96.80 °C, 441.6 min, and 7.36% (w/v) of acid. The optimum conditions for pre-treatment with H3PO4 were the same as those found for HCl; which yielded 4.98 g L-1 TRS. We subjected the pretreated bagasse to enzymatic hydrolysis with Celluclast® enzyme and to a crude enzyme extract with xylanase activity. For both hydrolyses (acid and enzymatic), the highest TRS concentration (20.98 g L-1) was achieved with the bagasse pretreated with HCl 6.0% (w/v) at 90 °C for 360.00 min., which also furnished the highest concentration of inhibitors (total 1.23 g L-1). The hydrolysate obtained with HCl contained higher TRS concentration was used as substrate in fermentation assays for the production of H2 by mixed culture.

A kinetic study of the pyrolysis of municipal solid waste (MSW) was carried out bythermogravimetric analysis (TGA). Different runs were performed at heating rates of 5, 10and 150C/min. The effect of the N2, CO2 and O2 gas with different combination in theprocess was also evaluated. The results show that the most weight loss was obtained whenthe MSW was treated at a temperature interval of (20-750)0C which led to a weigh loss of95%. The kinetic study of the pyrolysis process showed also the gas mixture used in theprocess effect also the activation energy of the process and the presence of the CO2 in theincreased the activation energy (Ea) to 56 kJ/mol. Higher concentration of CO2 in the processlead to increase in the activation energy which is not optimal for the reaction. The treated andthe untreated samples were incubated and the biological activity was observed. The resultsshow that the pretreated samples did not have any biological activity. From these results itcould be concluded that the thermal pretreatment could be an alternative way for of waste forlong period of time, which could have significant impact in i.e. for transportation anddurability during storage. / Program: Högskoleingenjörsutbildning i kemiteknik

Textile is a global product used by all people in the world. These textiles after the use are thrown into the trash for incineration or land filling. However an efficient way that can be used to produce more energy, in an environmentally friendly process is anaerobic digestion. Waste textiles which contain cellulosic fibers (e.g. Cotton and viscose) can be converted to biogas. In this study, the performance of a two-stage anaerobic digestion process for biogas production from four different materials, including untreated jeans, treated jeans, cotton, and starch was studied. Starch was used as an easy-to-digest material to compare its digestion with that of cellulosic materials.The two-stage processes were composed of a CSTR (for hydrolysis) and a UASB (for methanogenisis) which were investigated in two different configurations, namely (closed and open systems). In the closed system, the outlet of UASB was completely returned back to the CSTR, while in the open system the UASB outlet was sent to sewage. In a stepwise progress, the OLR was aimed to increase from 2 to 20 g Vs per L per day along with reduction in hydraulic retention time from 10 days to 1 day.The results showed that the closed system was more stable when compared to the open system. The pre-treatment of jeans by NMMO helped to produce methane as that of cotton. The hydraulic retention time was decreased to less than 9 days for treated jeans and less than 5 days for starch. The overall methane yield at OLR of 4 gVS per L per day for starch and treated jeans was 98.5% and 97.4% in the closed system, whereas in the open system the yield was 77.0% and 35.5%, respectively.Another experiment was conducted to compare the performance of two-stage process with that of a single stage process of anaerobic digestion of textiles containing polyester and cotton or viscose. Viscose textiles produced more gas compared to the cotton textile; it may be due to the higher crystalline of cotton which makes it hard to be degraded by the microorganisms. Furthermore, two-stage process could able to produce more methane than the single stage process.The parameters like total solids, volatile solids, pH, gas production, gas composition, concentration of nutrients, and COD were also analyzed for both of the experiments.

Os materiais lignocelulósicos, devido ao seu importante potencial de conversão em açúcares e biocombustíveis, estão sendo extensivamente estudados, nas últimas três décadas. O uso de sabugo de milho como matéria-prima lignocelulósica oferece possibilidades promissoras para a produção de energia renovável. A lignocelulose normalmente consiste em celulose, hemicelulose e lignina. A celulose e a hemicelulose podem ser convertidas em açúcares através de processos químicos ou biológicos, e estes açúcares (principalmente glicose, xilose e arabinose) podem ser fermentados a produtos químicos valiosos como o bioetanol. Na conversão de biomassa em biocombustíveis, o pré-tratamento é o primeiro passo para desestruturar a lignocelulose, deixando-a mais acessível para enzimas que convertem os carboidratos em açúcares fermentescíveis. A tecnologia de extrusão por dupla rosca é comumente usada nas indústrias de polímeros e alimentos, podendo ser um método de pré-tratamento viável, uma vez que possui capacidade de expor a biomassa a uma variedade de condições de cisalhamento sob diferentes temperaturas em um processo de fluxo contínuo, com grande quantidade de sólidos (40-60% em massa). Neste trabalho, foi avaliada a hidrólise enzimática do sabugo de milho pré-tratado em extrusora de dupla rosca para obtenção de açúcares. O pré-tratamento por extrusão, a 115-130°C e 14 rpm (velocidade da dupla rosca), empregou uma relação sólido:líquido de 1:1, onde a fração líquida foi estudada variando-se a relação dos aditivos água e glicerol. O sabugo de milho extrudado, na melhor relação água e glicerol, foi hidrolisado pelo complexo enzimático Cellic CTec2, associado ou não ao Cellic HTec2, empregando-se carga de sólidos de 10%. Na sequência, a dosagem de enzimas e a carga de sólidos foram otimizadas pela metodologia de superfície de resposta (RSM), a fim de se obter elevados valores de conversão de celulose em glicose (y1) e produtividade em glicose (y2). A extrusão do sabugo de milho foi favorecida com o uso de água e glicerol na relação 25:25 (% m/m). O glicerol presente no meio não causou inibição na hidrólise enzimática dispensando a etapa de lavagem dos sólidos. O complexo enzimático comercial Cellic Ctec2 favoreceu a conversão de celulose em glicose. Através da metodologia de análise de superfície de resposta (RSM), foram estabelecidas a dosagem do complexo enzimático comercial Cellic Ctec2 (32 FPU/gmaterial lignocelulósico seco) e a carga de sólidos (17,8% m/m) para maximizar as conversões de celulose em glicose (90,4% m/m) e de hemicelulose em xilose e arabinose (44,0% m/m) e produtividade em glicose (0,69 g/L.h). O rendimento em açúcares totais (323 Kg de glicose e 148 Kg de xilose e arabinose) foi de 471 Kg para cada tonelada de sabugo de milho seco. Nesta condição, as constantes cinéticas para a conversão de celulose em glicose foram: Vmax de 6,00 % (m/m)/h e Km de 22,59 gcelulose/Lsolução. Estes resultados são promissores para obtenção de um hidrolisado de sabugo de milho com elevado teor de monossacarídeos para uso em bioprocessos, de forma sustentável e com mínimo impacto ambiental. / Lignocellulosic materials due to their significant conversion potential in sugars and biofuels have been extensively studied in the last three decades. The use of corn cob as a lignocellulosic feedstock offers promising possibilities for the production of renewable energy. Lignocellulose usually consists of cellulose, hemicellulose and lignin. Cellulose and hemicellulose can be converted into sugars by chemical or biological processes, and these sugars (especially glucose, xylose and arabinose) can be fermented to valuable chemicals such as bioethanol. In the conversion of biomass to biofuels, pretreatment is the first step in de-structuring lignocellulose, making it more accessible to enzymes that convert carbohydrates to fermentable sugars. Twin screw extrusion technology is commonly used in the polymer and food industries, and it may be a viable pretreatment method due to its ability to simultaneously expose biomass to a variety of shear conditions at different temperature in a flow continuous process using large amount of material (40-60% of biomass). In this work, the enzymatic hydrolysis of corn cob was evaluated after its pretreatment in a twin-screw extruder to obtain sugars. Extrusion pretreatment, at 115-130°C and 14 rpm (double screw velocity), employed a solid: liquid ratio of 1: 1, where the liquid fraction was studied by varying the ratio of water and glycerol additives. Extruded corn cob, in the best water and glycerol ratio, was hydrolyzed by the Cellic CTec2 enzymatic complex, associated or not to Cellic HTec2, using 10% solids loading. In the sequence, the dosage of enzymes and the solids loading were optimized by response surface methodology (RSM) to obtain high values of cellulose conversion to glucose (y1), and glucose productivity (y2). The extrusion of corn cob was favored by using water and glycerol in the ratio of 25:25 (% m/m). The glycerol present in the medium did not cause inhibition in the enzymatic hydrolysis dispensing the washing step of the solids. The commercial enzymatic complex Cellic Ctec2 favored the conversion of cellulose to glucose. By the response surface methodology (RSM) were established the dosage of the commercial enzymatic complex Cellic Ctec2 (32 FPU/g dry lignocellulosic material) and solids loading (17.8% m/m) to maximize the conversions of cellulose to glucose (90.4% w/w) and of hemicellulose to xylose and arabinose (44.0% w/w) and glucose productivity (0.69 g/Lh). The yield of total sugars (323 kg of glucose and 148 kg of xylose and arabinose) was 471 kg for each ton of dried corn cob. In this condition, the kinetic constants for the conversion of cellulose to glucose were: Vmax of 6.00% (m/m)/h and Km of 22.59 gcellulose/Lsolution. These results are promising for obtaining a corn cob hydrolysate with high content of monosaccharides to be used in bioprocesses, in a sustainable manner and with minimal environmental impact.

O bagaço de cana de açúcar é uma fonte de energia renovável e matéria prima promissora na produção de biocombustível, pois representa cerca de 30% de glicose contida na planta com potencial de ser hidrolisado e convertido em etanol. Os principais constituintes do bagaço de cana são a celulose, formada por cadeia linear de glicose, a hemicelulose, um polímero amorfo constituído de xilose, arabinose, galactose e manose e a lignina, um polímero complexo formado por unidades de fenilpropanos que atuam como revestimento impermeabilizante nas fibras, difícil de ser removido por sua característica recalcitrante. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a eficiência da irradiação com feixe de elétrons como pré-tratamento do bagaço de cana para hidrólise enzimática da celulose. O pré-tratamento do bagaço de cana é uma das etapas mais importante para torná-lo economicamente viável e competitivo na produção de energia. Como pré-tratamento o processamento por feixe de elétrons pode fragilizar a estrutura da hemicelulose e lignina, pela ação de radicais altamente reativos que quebram as ligações químicas, reduzindo o grau de polimerização das fibras. Foram avaliados os efeitos da radiação na estrutura e composição do bagaço, assim como a combinação do processamento por feixe de elétrons com o pré-tratamento de esplosão à vapor. Para hidrólise enzimática utilizou-se enzimas comerciais fornecidas pela Novozymes. O processamento por feixe de elétrons levou a alterações na estrutura e composição do bagaço de cana aumentando a solubilidade pela degradação de celulose alfa e hemicelulose e aumentando também o rendimento da hidrólise enzimática. No caso do bagaço explodido, não houve alteração no rendimento da hidrólise enzimática, mas o processamento por feixe de elétrons promoveu uma redução de 67% no furfural, que é formado no processo de explosão a vapor. / The sugar cane bagasse is a renewable energy source and a raw material promise in the biofuel production, once represents about 30% of glucose contained in the plant with the potential to be hydrolyzed and then converted to ethanol. The bagasse is composed of cellulose, straight chain of glucose, of hemicellulose, an amorphous polymer consisting of xylose, arabinose, galactose, and mannose, and of lignin, a complex polymer consisting of fenilpropans units that acts as waterproof coating on the fibers, which is hard to remove due its recalcitrant nature. The aim of this work was to study the electron beam processing as a pretreatment of sugarcane bagasse to enzymatic hydrolysis of cellulose. The pretreatment of sugarcane bagasse is one of the most importante steps to make this material economically viable and competitive on the energy production. As a pretreatment the electron beam processing can weak the hemicellulose and lignin structures by the action highly reactive radicals that breaks the links, reducing the degree of polymerization fibers. It was evaluated the chemical and structural modifications on fibers caused by the irradiation, the enzymatic hydrolysis of electron beam as the only pretreatment and combined to steam explosion. For enzymatic hydrolysis it was used the commercial enzymes from Novozymes. The radiation processing promotes changes in structure and composition of sugarcane bagasse, increasing the solubility, that is related to hemicellulose and cellulose cleavage, and also increasing the enzymatic conversion yield. In the case of exploded bagasse there is no changes in the enzymatic hydrolysis yield, however the electron beam processing promoted a 67% reduction of furfural, that is formed in the steam explosion process.

No presente trabalho, dados de ampliacao de escala, de um processo de pre-tratamento alcalino em escala laboratorial (2L) para escala piloto (350L) foram avaliados. Os experimentos realizados previamente em escala laboratorial apontaram duas condições potenciais para a ampliacao de escala, a saber: Ensaio 5 (130°C, 30 min, 1,5% m/v NaOH, 0,15% m/m antraquinona) apresentando a maior conversao enzimatica da polpa obtida (64,5%) e Ensaio 7 (170°C, 1,5 % m/v NaOH, 30 min, 0,15% m/m antraquinona) com a maior solubilizacao de lignina (81,0 %). Os experimentos em escala piloto foram realizados nas condicoes apontadas, com e sem a adicao de antraquinona. A reprodutibilidade dos dados em escala piloto foi satisfatoria, considerando o sistema de aquecimento e agitacao mais eficientes do reator piloto em relacao ao reator usado no laboratorio. O uso da antraquinona diminuiu a solubilizacao de carboidratos durante o pretratamento (evitando 67% de solubilizacao quando comparado a reacao sem antraquinona, a 130°C), mas interferiu negativamente na etapa subsequente de hidrolise, principalmente na reacao a 170°C. Dentre as condicoes testadas, o ensaio 5Pil/AQ (130°C, 30 min, 1,5% NaOH e 0,15% m/m antraquinona) foi eleito como a melhor condicao de pre-tratamento, com maior rendimento em carboidratos apos a hidrolise enzimatica, sendo possivel obter (extrapolando os resultados) 290 kg de glicose e 98 kg de xilose a partir de uma tonelada de bagaco (base seca). Para a obtencao de etanol a partir desse hidrolisado, foram realizadas fermentacoes com tres diferentes leveduras - S. cerevisiae CAT-1, S. stipitis NRRL Y-7124 e S. passalidarum NRRL Y-27907. O melhor resultado foi apresentado para fermentacao em batelada alimentada aplicando reciclo de celulas utilizando a levedura S. passalidarum, produzindo 23,3 g/L de etanol (97 % do teorico) com produtividade de 0,90 g/L.h em 24 h de fermentacao no terceiro reciclo. O processo de pre-tratamento alcalino gera, alem da polpa rica em carboidratos, um hidrolisado rico em lignina. A lignina foi precipitada desse hidrolisado apos cada pre-tratamento realizado e caracterizada, apresentando poder calorifico entre 22,8 e 25,3 MJ/kg. / In this study, data scale up for an alkaline pretreatment process from lab to pilot scale was evaluated. Lab scale experiments indicated two potential conditions for the scale-up, namely: 130°C, 30 min, 1.5% w/v NaOH, 0.15% w/w anthraquinone , presenting the highest enzymatic conversion (64.5%); and 170°C, 30 min, 1.5% w/v NaOH, 0.15% w/w anthraquinone with the highest lignin solubilization (81.0 %). The experiments were performed on pilot scale under the aforementioned conditions, with and without anthraquinone. Data reproducibility on pilot scale was satisfactory considering the more efficient heating and stirring reactor system when compared to the reactor in lab scale. Anthraquinone decreases the solubilization of carbohydrates during pretreatment (avoiding 67% solubilization compared to the reaction without anthraquinone, at 130°C), but interferes negatively in the subsequent hydrolysis step, mostely at 170°C. Among the conditions tested, the test performed at 130°C, 30 min, 1.5% w/v NaOH and with 0.15% w/w anthraquinone was chosen as the best pretreatment condition, with the highest carbohydrate conversion after enzymatic hydrolysis, allowing 290 kg of glucose and 98 kg of xylose per a dry base ton of bagasse. In order to produce ethanol from this hydrolyzate, fermentations with three different yeasts were performed - S. cerevisiae CAT-1, S. stipites NRRL Y-7124, S. passalidarum NRRL Y-27907. Fed-batch fermentation with S. passalidarum cell recycling provided the best result, yielding 23.3 g/L ethanol, 97 % (theoretical yield) with 0.90 g/L.h productivity within 24 h of fermentation. The alkaline pretreatment process generates, besides the pulp rich in carbohydrates, a lignin-rich hydrolyzate. Lignin was precipitated from the hydrolyzate obtained after each pretreatment carried out and characterized, presenting heating values between 22.8 and 25.3 MJ/kg.