Submitted in fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Technology: Chemistry, Durban University of Technology, Durban, South Africa, 2015. / This thesis forms part of the Council for Scientific and Industrial Research, Forestry and Forest Products Research Centre (CSIR-FFP) biorefinery project which aims at developing and implementing novel industrial processes production of cellulose textile fibres. The focus of this study is to investigate the dissolution of South African Eucalyptus raw (unbleached) and final (bleached) dissolving pulp and saw dust wood in an ionic liquid (IL) 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate [Emim][OAc] and the co-solvents [dimethylsulfoxide (DMSO)] or [dimethylformamide (DMF)] mixtures, to obtain regenerated cellulose by the further addition of water and acetone. The IL/co-solvent mixtures were able to dissolve the raw and final pulp samples at 120 ˚C for 6 hours whereas the sawdust wood dissolved in 10 hours. The IL/DMF mixture gave higher cellulose recoveries of 41.88 % for the raw pulp, 49.89 % for the final pulp sample and 32.50 % for sawdust wood while the IL/DMSO mixture gave a recovery of 15.25 % for the raw pulp sample, 36.25 % for the final pulp sample and 17.83 % for the sawdust wood sample. The regenerated cellulose materials were characterized by Fourier Transformer Infrared Spectroscopy (FTIR), Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Scanning Electron Microscopy (SEM), Thermo gravimetric Analysis (TGA) and Powder X-Ray Diffraction (pXRD), and compared with a standard microcrystalline of cellulose. It was observed that the FTIR and NMR spectra of the regenerated cellulose and MCC were similar which then indicates that no chemical reaction occurred during the dissolution and regeneration process of cellulose. SEM and X-ray diffraction (XRD) patterns of the results showed that after dissolution the cellulose I (native form), the crystalline structure was completely converted into cellulose II (amorphous) structure, and this was due to the removal of lignin and decrease in cellulose crystallinity. TGA results showed that the regenerated cellulose samples have higher char yields compared to the MCC which is due to the IL remaining in the regenerated cellulose. It was also observed that the addition of the co-solvents decreased the viscosity of the IL mixture, facilitating dissolution of the cellulose that led to additional swelling and reduction of the recalcitrant nature of the cellulose crystalline structure and intermolecular interactions. This led to increased accessibility and dissolution of the cellulose. The findings in this study have the potential to bring ILs closer to applications for biomass technology in particular for an economically viable dissolution method for biomass because ILs have a benefit of being easily separated from the anti-solvent, which provides a simple solution for IL recycle ability and re-use. The novel aspect of this study is: . This is the first study in the South African context to examine the influence of the lignin on the dissolution and regeneration of Eucalyptus sawdust wood and dissolving pulp. / D

Estudou-se, in vitro, a dissolução do tecido pulpar bovino, promovida pela solução de hipoclorito de sódio nas concentrações de 0,5; 1,0; 2,5 e 5,0 por cento com e sem lauril dietilenoglicol éter sulfato de sódio analisando-se, também, o potencial hidrogeniônico (pH), a tensão superficial, a condutividade iônica e o teor de cloro, antes e depois da utilização dessas soluções. Secionava-se um fragmento da porção central da polpa de incisivos centrais inferiores de bovinos e sua massa era anotada. Para a realização do teste de dissolução, confeccionou-se um dispositivo conectado a uma bomba peristáltica que promovia a agitação da solução. Colocava-se um fragmento pulpar no interior desse dispositivo e ligava-se a bomba peristáltica. O tempo de dissolução total foi medido com um cronômetro. Usando o tempo de dissolução do fragmento de polpa e a massa deste, calculava-se a velocidade de dissolução do tecido pulpar. Concluiu-se que: a) a velocidade de dissolução dos fragmentos de polpa bovina é diretamente proporcional à concentração da solução de hipoclorito de sódio e maior sem tensoativo; b) a redução do pH, entre o início e o final do processo de dissolução pulpar, é inversamente proporcional à concentração da solução de hipoclorito de sódio, com ou sem tensoativo; c) a redução da condutividade iônica, entre o início e o final do processo de dissolução pulpar, ocorreu da mesma forma nas diferentes concentrações da solução de hipoclorito de sódio, com ou sem tensoativo; d) a variação da tensão superficial, entre o início e o final do processo de dissolução pulpar, é diretamente proporcional à concentração da solução de hipoclorito de sódio e maior nas soluções sem tensoativo. As soluções sem tensoativo apresentaram redução da tensão superficial e as com tensoativo, elevação; e) os menores teores de cloro remanescente ocorreram com a solução de hipoclorito de sódio a 0,5 por cento e, os maiores, com o grupo formado pelas soluções a 1,0 - 2,5 e 5,0 por cento; e f) as soluções de hipoclorito de sódio com tensoativo apresentaram os menores teores de cloro remanescente após o processo de dissolução. / The dissolution of bovine pulp tissue by 0.5, 1.0, 2.5 and 5% sodium hypochlorite with and without lauryl-diethylene-glycol-ether sodium sulfate was studied, in vitro. The pH, surface tension, ionic conductivity and chlorine level were also analyzed before and after use of these solutions. A fragment from the central portion of bovine mandibular central incisors was sectioned and its mass was recorded. The pulp fragment was placed in a hydraulic apparatus with a peristaltic pump for agitation of the solution. The time for total dissolution of the pulp segment was recorded with a chronometer. Using the pulp mass and the dissolution time, the velocity of pulp dissolution was calculated. It is concluded that: a) the velocity of dissolution of the bovine pulp fragments is directly proportional to the concentration of the sodium hypochlorite solution and is greater without the surfactant; b) the decrease in pH, from the beginning to the end of pulp dissolution, is inversely proportional to the concentration of the sodium hypochlorite solution and is greater with or without the surfactant; c) the decrease in ionic conductivity, from the beginning to the end of pulp dissolution, is similar with the different concentrations of the sodium hypochlorite solution, with and without the surfactant; d) the variation of surface tension, from the beginning to the end of pulp dissolution, is directly proportional to the concentration of the sodium hypochlorite solution and is greater in the solutions without surfactant. Solutions without surfactant presented a decrease in surface tension and those with surfactant an increase; e) the smallest levels of residual chlorine occurred with the 0.5% sodium hypochlorite solution, and the greatest with the group formed by 1.0, 2.5 and 5.0% sodium hypochlorite solutions; f) the sodium hypochlorite solutions with surfactant presented the lowest levels of residual chlorine after the dissolution process.

Estudou-se, in vitro, a dissolução do tecido pulpar bovino, promovida pela solução de hipoclorito de sódio nas concentrações de 0,5; 1,0; 2,5 e 5,0 por cento com e sem lauril dietilenoglicol éter sulfato de sódio analisando-se, também, o potencial hidrogeniônico (pH), a tensão superficial, a condutividade iônica e o teor de cloro, antes e depois da utilização dessas soluções. Secionava-se um fragmento da porção central da polpa de incisivos centrais inferiores de bovinos e sua massa era anotada. Para a realização do teste de dissolução, confeccionou-se um dispositivo conectado a uma bomba peristáltica que promovia a agitação da solução. Colocava-se um fragmento pulpar no interior desse dispositivo e ligava-se a bomba peristáltica. O tempo de dissolução total foi medido com um cronômetro. Usando o tempo de dissolução do fragmento de polpa e a massa deste, calculava-se a velocidade de dissolução do tecido pulpar. Concluiu-se que: a) a velocidade de dissolução dos fragmentos de polpa bovina é diretamente proporcional à concentração da solução de hipoclorito de sódio e maior sem tensoativo; b) a redução do pH, entre o início e o final do processo de dissolução pulpar, é inversamente proporcional à concentração da solução de hipoclorito de sódio, com ou sem tensoativo; c) a redução da condutividade iônica, entre o início e o final do processo de dissolução pulpar, ocorreu da mesma forma nas diferentes concentrações da solução de hipoclorito de sódio, com ou sem tensoativo; d) a variação da tensão superficial, entre o início e o final do processo de dissolução pulpar, é diretamente proporcional à concentração da solução de hipoclorito de sódio e maior nas soluções sem tensoativo. As soluções sem tensoativo apresentaram redução da tensão superficial e as com tensoativo, elevação; e) os menores teores de cloro remanescente ocorreram com a solução de hipoclorito de sódio a 0,5 por cento e, os maiores, com o grupo formado pelas soluções a 1,0 - 2,5 e 5,0 por cento; e f) as soluções de hipoclorito de sódio com tensoativo apresentaram os menores teores de cloro remanescente após o processo de dissolução. / The dissolution of bovine pulp tissue by 0.5, 1.0, 2.5 and 5% sodium hypochlorite with and without lauryl-diethylene-glycol-ether sodium sulfate was studied, in vitro. The pH, surface tension, ionic conductivity and chlorine level were also analyzed before and after use of these solutions. A fragment from the central portion of bovine mandibular central incisors was sectioned and its mass was recorded. The pulp fragment was placed in a hydraulic apparatus with a peristaltic pump for agitation of the solution. The time for total dissolution of the pulp segment was recorded with a chronometer. Using the pulp mass and the dissolution time, the velocity of pulp dissolution was calculated. It is concluded that: a) the velocity of dissolution of the bovine pulp fragments is directly proportional to the concentration of the sodium hypochlorite solution and is greater without the surfactant; b) the decrease in pH, from the beginning to the end of pulp dissolution, is inversely proportional to the concentration of the sodium hypochlorite solution and is greater with or without the surfactant; c) the decrease in ionic conductivity, from the beginning to the end of pulp dissolution, is similar with the different concentrations of the sodium hypochlorite solution, with and without the surfactant; d) the variation of surface tension, from the beginning to the end of pulp dissolution, is directly proportional to the concentration of the sodium hypochlorite solution and is greater in the solutions without surfactant. Solutions without surfactant presented a decrease in surface tension and those with surfactant an increase; e) the smallest levels of residual chlorine occurred with the 0.5% sodium hypochlorite solution, and the greatest with the group formed by 1.0, 2.5 and 5.0% sodium hypochlorite solutions; f) the sodium hypochlorite solutions with surfactant presented the lowest levels of residual chlorine after the dissolution process.