No desenvolvimento deste estudo avaliou-se o comportamento térmico do bagaço de cana-de-açúcar, dois carvões minerais (CE4500 e PSOC1451), e suas misturas (75%carvão/25%bagaço) nas seguintes atmosferas: 80%N2/20%O2 (combustão convencional), 80%CO2/20%O2 (simulando oxi-combustão), 100% CO2, 100% N2 e 100% O2. Por meio da caracterização físico-química dos materiais e da análise térmica foram avaliados os perfis de decomposição térmica dos materiais, eventos entálpicos, determinação da energia de ativação, a influência da atmosfera na decomposição, emissões de SO2, CO2, NO e CO, a capacidade de queima, os resíduos e o efeito de sinergismo. As principais técnicas empregadas neste estudo foram análise elementar, análise termogravimétrica (TGA), análise térmica diferencial (DTA) e um reator tubular de queda livre (DTF - Drop Tube Furnace), desenvolvido no decorrer deste estudo. Os resultados termogravimétricos mostraram que a decomposição térmica do bagaço ocorre com maiores taxas de reação e picos exotérmicos mais intensos comparados aos carvões. Tal comportamento é atribuído ao alto teor de material volátil presente no bagaço. Esta característica do bagaço também promove a obtenção de menores valores de energia de ativação (Eα) na etapa inicial da decomposição térmica (30 kJ mol-1 comparados a 126 kJ mol-1 para o CE 4500 e 100 kJ mol-1 para o PSOC 1451), que confirmam a maior facilidade no processo de ignição do bagaço em relação aos carvões. Em relação ao efeito da atmosfera, quando N2 é substituído por CO2 observa-se aumento de 6 vezes nos valores iniciais de energia de ativação para o bagaço de cana (E inicial passa de 30 kJ mol-1 para 170 kJ mol-1). Contudo, efeito contrário é observado para os carvões (E inicial diminui de 200 para 130 kJ mol-1 para o CE 4500 e de 100 para 75 kJ mol-1 para o PSOC 1451). A diferença de comportamento do bagaço em relação aos carvões é atribuída ao mecanismo de difusão do material volátil durante a decomposição térmica considerando a escala de análise aplicada. Os resultados obtidos em DTF mostraram que, quando o processo ocorre sob atmosfera contendo CO2 (típica de oxi-combustão), para todos os materiais as emissões de NO são até 34% inferiores àquelas feitas sob atmosfera de ar. Entretanto, efeito contrário é observado para as emissões de CO. Em relação às emissões de SO2, nenhuma tendência pode ser observada. O rendimento da queima do bagaço foi 50% superior em atmosfera de ar devido à facilidade da ignição nesta atmosfera. Para o carvão CE 4500, os maiores rendimentos de queima foram obtidos em atmosferas contendo CO2 (8% a menos de material não queimado comparado aos resíduos obtidos em ar sintético). Em relação ao estudo de sinergismo, as técnicas de análise utilizadas no desenvolvimento desta pesquisa não apresentaram embasamento suficiente para comprovar positivamente a interação entre os materiais. Para ambas as misturas também não se evidenciaram alterações de comportamento em função da atmosfera utilizada. / This study evaluates the thermal behavior of sugar cane bagasse, two bituminous coals (CE 4500 and PSOC 1451) and blends composed of 75%coal/25%bagasse under 80%N2/20%O2 (conventional combustion), 80%CO2/20%O2 (oxy-fuel combustion simulation), 100% CO2, 100% N2 and 100% O2 atmospheres. The evaluations were conducted by means of ultimate analysis, Thermogravimetric analysis (TGA), Differential Thermal Analysis (DTA) and DTF (developed in this study) – which includes thermal decomposition profiles, determination of activation energy, evaluation of atmosphere and interaction effects on the blends, evaluation of SO2, CO2, NO e CO emissions, burning yield and residues analysis. The results show the high content of volatile matter in the bagasse leads to a high rate reaction during the thermal decomposition of the material in comparison to coals, hence, a higher intensity of exothermic events. Such a characteristic of the bagasse also influences the first step of the thermal decomposition and leads to a lower activation energy (Eα) (30 kJ mol-1) in comparison with the values obtained for coals (126 kJ mol-1 for CE 4500 and 100 kJ mol-1 for PSOC 1451). When N2 was replaced by CO2, the activation values obtained in the first step of the bagasse decomposition increased from 30 kJmol-1 to 170 kJ mol-1. However, an opposite effect was observed for both coals (E decreased from 200 to 130 kJ mol-1 for CE 4500 and from 100 to 75 kJ mol-1 for PSOC 1451). The difference was attributed to the volatile mechanism of the matter diffusivity during the thermal decomposition. The atmospheres applied did not affect the thermal decomposition behavior of the blends. Regarding the DTF results, under CO2 atmosphere, all materials showed lower NO emissions in comparison to air atmosphere - NO emissions were up to 34% lower than those in air atmosphere. However, the CO emissions were lower in the CO2 environment. No trend could be observed regarding SO2 emissions. The bagasse burning efficiency was 50% higher in air environment due to the easy ignition under such atmosphere. For coals, higher burning efficiency and lower activation values were achieved under CO2 atmosphere (8% higher). Regarding the study of synergism, the analytical techniques applied did not confirm the interaction between the materials.

Neste trabalho a celulose extraída do bagaço de cana-de-açúcar foi convertida para triacetato de celulose que foi utilizado na produção de nanomembranas obtidas através da técnica de eletrofiação. O acetato de celulose foi preparado adicionando-se 100 mL de ácido acético, 1 mL de ácido sulfúrico e 67 mL de anidrido acético para 1g de celulose do bagaço de cana deaçúcar. Foi obtido um rendimento de cerca de 1,3g do produto para cada 1g de bagaço utilizado no processo. O triacetato de celulose produzido foi caracterizado por meio de Análise de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR). Os resultados mostraram um conjunto de bandas de baixa intensidade na região 3700 a 3100, uma banda intensa em 1750 cm-1 e uma banda intensa em 1230 cm-1. O grau de substituição foi de 2,8. Os resultados da Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) para a celulose comercial (Sigma®) apresentou dois picos endotérmico a 200ºC e 320ºC e um pico exotérmico a 340ºC, e a celulose do bagaço de cana-de-açúcar mostrou um pico endotérmico a 190ºC. O acetato de celulose comercial (Sigma®) apresentou dois picos endotérmicos a 185ºC e a 240ºC e o triacetato de celulose do bagaço de cana-de-açúcar mostrou quatro picos endotérmicos a 170ºC, 240ºC, 300ºC e 370ºC, respectivamente. As nanomembranas de triacetato de celulose foram produzidas utilizando-se várias soluções poliméricas, a solução polimérica mais adequada ao processo foi Acetona/Dimetilformamida (DMF 85:15 m/m) a 15% de triacetato de celulose 70/30 m/m Sigma®/Bagaço. Durante o processo de eletrofiação foram testadas as seguintes condições: voltagem (25 KV), fluxo (2-4 mL/h) e distância de (7-12 cm). As nanomembranas foram caracterizadas por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV); citotoxicidade onde os resultados obtidos indicando a biocompatibilidade das nanomembranas eletrofiadas; absorção de água, na faixa de 150% a 350% e perda de massa na faixa de 9% a 28%. Neste trabalho também foi realizado o estudo da incorporação da enzima bromelina, visando agregar propriedades cicatrizantes e anti-inflamatórias às nanomembrana e assim possibilitando sua futura utilização no tratamento de feridas, traumas, queimaduras, entre outros. Os melhores resultados na condição em recuperação de atividade enzimática foram de 67,5 / In this work, the cellulose extracted from sugarcane bagasse was converted to cellulose triacetate which was used in the production of nanomembranes obtained by electrospinning technique. The cellulose acetate was prepared by adding 100 mL of acetic acid, 1 mL of sulfuric acid and 67 mL of acetic anhydride to 1 g of cellulose pulp from sugar cane. A yield of about 1.3 g of product per gram of bagasse used in the process was obtained. The cellulose triacetate produced was characterized by analysis of Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). The results show a set of low intensity bands in the region 3700 - 3100, an intense band at 1750 cm-1 and an intense band at 1230 cm-1. The degree of substitution calculated was 2.8. The results of Differential Scanning Calorimetry (DSC) of the commercial cellulose (Sigma®), presented two endothermic peaks at 200ºC, 320ºC and an exothermic peak at 340ºC, and the cellulose from sugarcane bagasse showed the endothermic peak at 190ºC. The commercial cellulose acetate (Sigma®) showed two endothermic peak 185ºC to 240°C and cellulose triacetate from sugarcane bagasse showed four endothermic peaks at 170°C, 240°C, 300°C and 370ºC respectively. The nanomembranes of cellulose triacetate were produced using some polymeric solutions, the polymeric solutions most appropriated was acetone/ dimethylformamide (DMF 85:15 w / w) to 15% cellulose triacetate, cellulose 70/30 w / w Sigma® / Bagasse. During the electrospinning process the following conditions were tested: voltage (25 kV), flow rate (2 - 4 mL/h) and distance (7 - 12 cm). The nanomembranes were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM); cytotoxicity the results indicate the biocompatibility of the electrospinning nanomembranes; and water absorption, yielding values between 150 and 350% mass loss and to values between 9 and 28%. In this study it was the incorporation of the enzyme bromelain, in order to add healing and anti-inflammatory properties to nanomembrane was also performed and thus allowing their future use in the treatment of wounds, traumas, burns, among others. Provided the best results in recovery of enzyme activity was about 67.5

O presente trabalho teve como objetivo avaliar como algumas condições de pré-tratamento de bagaço de cana-de-açúcar com H2SO4 diluído influenciam a distribuição granulométrica do bagaço de cana, a composição química dos sólidos pré-tratados e hidrolisados hemicelulósicos, além da digestibilidade enzimática dos sólidos pré-tratados. Para isso, previamente, uma amostra de bagaço de cana-de-açúcar in natura foi caracterizada quanto suas composições percentuais; a distribuição granulométrica de suas fibras também foi avaliada antes e após o pré-tratamento. O pré-tratamento do bagaço com H2SO4 diluído foi realizado em reator piloto, aquecido por vapor direto, com capacidade de 100 L, onde o teor inicial de sólidos foi fixado em 15% (p/p). A temperatura (131,91-168,09 °C), tempo de residência (11,90-48,09 min) e concentração ácida (0,19 - 3,81 p/p) variaram de acordo com um planejamento fatorial 23. Após o pré-tratamento, os bagaços pré-tratados e hidrolisados hemicelulósicos foram caracterizados quanto suas composições químicas. A composição química dos bagaços in natura e pré-tratados, assim como a composição química dos hidrolisados, foi determinada por gravimetria, espectrofotometria e cromatografia líquida de alta eficiência. De acordo com a condição de pré-tratamento, os teores de celulose, hemicelulose e lignina nos bagaços pré-tratados diferiram substancialmente sendo que a maior variação foi observada para hemicelulose (0,14-17,62 %). Os três fatores avaliados no pré-tratamento influenciaram a composição química do bagaço pré-tratado, sendo que a variável com maior poder de influência no teor de celulose, hemicelulose e lignina dos sólidos foi a concentração ácida, seguida da temperatura e tempo de reação. Xilose foi o açúcar predominante nos hidrolisados hemicelulósicos variando de 1,43 a 21,05 g/L, de acordo com o planejamento. A concentração de furfural variou entre 0,08 e 4,68 g/L. Condições severas de pré-tratamento acarretaram na maior remoção de hemicelulose dos bagaços pré-tratados, porém nestas mesmas condições foram encontradas baixas concentrações de xilose e altas concentrações de furfural nos hidrolisados. A concentração de xilose no hidrolisado se mostrou dependente da temperatura e da concentração ácida. A variável com maior influência na formação de furfural foi a temperatura, seguida pela concentração ácida e tempo. A digestibilidade enzimática dos bagaços obtidos de acordo com planejamento experimental em 24 h variou de 25,35 a 63,76%, conforme a composição química dos sólidos. A temperatura de pré-tratamento foi o fator que exerceu maior influência na conversão da celulose dos sólidos. Com o intuito de avaliar o efeito da lavagem dos sólidos na digestibilidade enzimática da celulose, bagaços pré-tratados obtidos nas condições mais branda e severa de pré-tratamento, lavados e não-lavados, foram submetidos à sacarificação enzimática. A sacarificação de bagaços não-lavados foi prejudicada pela presença de inibidores nos hidrolisados hemicelulósicos, variando entre 0- 23,9%, em 72h. As condições de pré-tratamento do bagaço de cana-de-açúcar que maximizam a concentração de xilose no hidrolisado hemicelulósico e a sacarificação enzimática do bagaço pré-tratado são diferentes. O pré-tratamento com H2SO4 diluído acarretou na diminuição do tamanho das partículas do bagaço de cana. / This study aimed to evaluate how certain pretreatment conditions of sugarcane bagasse with dilute H2SO4 influence the size distribution of sugarcane bagasse, the chemical composition of solids pretreated and hemicellulosic hydrolysate, as well the enzymatic digestibility of pretreated solids. For that, previously, a sample of in natura sugarcane bagasse was characterized in terms of chemical composition; the size distribution of fibers was also evaluated before and after the pretreatment. The experiments of pretreatment of bagasse with dilute H2SO4 were conducted in a pilot reactor, heated by direct steam, with a capacity of 100 L, where the initial solids content was fixed at 15% (w / w). The temperature (131.91 to 168.09 ° C), residence time (11.90 to 48.09 min) and acid concentration (0.19 to 3.81 w / w) varied according to a factorial design 2³ . After pretreatment, the pretreated bagasse and hemicellulosic hydrolysates were characterized in terms of their chemical compositions. The chemical composition of in natura and pretreated bagasse , as well the chemical composition of the hydrolysates, was determined by gravimetry, spectrophotometry and high-efficiency liquid chromatography. According to the condition of pretreatment, cellulose, hemicellulose and lignin content in pretreated bagasse differed substantially, and the major variation was observed for hemicellulose content (0.14 to 17.62%).The three factors evaluated in the pretreatment influenced the chemical composition of pretreated bagasse, and the variable with greatest influence on the content of cellulose, hemicellulose and lignin concentration of solids was acid concentration, followed by temperature and reaction time.. Xylose was the predominant sugar in hemicellulose hydrolysates ranging from 1.43 to 21.05 g / L, according to the experimental design. Furfural concentration varied between 0.08 and 4.68 g / L. Severe conditions of pretreatment resulted in greater removal of hemicellulose from pretreated bagasse, but under these conditions were found low concentrations of xylose and high concentrations of furfural in the hydrolysates. The concentration of xylose in the hemicellulosic hydrolyzate were dependet of temperature and acid concentration. The variable with greatest influence on the formation of furfural was temperature, followed by acid concentration and time. The enzymatic digestibility of the pretreated solids, obtained according to experimental design, in 24 h, ranged from 25.35 to 63.76% depending on the chemical composition of solids. The temperature of the pretreatment was the factor that showed greater influence on the conversion of cellulose solids. In order to evaluate the effect of washing the solids in the enzymatic digestibility of cellulose, pretreated bagasses obtained in milder and severe conditions of pretreatment, non-washed and washed solids, were submitted to enzymatic saccharification. Saccharification of non-washed solids was impaired by the presence of inhibitors in hemicellulosic hydrolysates, ranging from 0 to 23.9% in 72h. The pretreatment conditions of sugarcane bagasse that maximize the concentration of xylose in the hemicellulosic hydrolyzate and enzymatic saccharification of pretreated bagasse are different. Pretreatment with dilute H2SO4 resulted in the decrease of particle size of bagasse.

As resinas do tipo fenólica são amplamente utilizadas devido à sua diversidade de aplicações. Considerando as inúmeras vantagens desta resina (estabilidade térmica e dimensional, alta resistência à chama, etc.), este trabalho teve como um dos objetivos melhorar as propriedades mecânicas do termorrígido fenólico, pois estes são frágeis quando não reforçados. Fibras lignocelulósicas naturais foram usadas como reforço no termorrígido fenólico, o que levou a obtenção de biocompósitos. Devido a grande disponibilidade de fibras de bagaço de cana de açúcar no país, como subproduto de agroindústrias, estas fibras foram utilizadas na produção dos compósitos (sendo substituído em até 70% da matriz termorrígida por fibra natural), com a finalidade de atribuir maior valor agregado que o tradicionalmente encontrado para estas fibras. Tendo em vista que atualmente estas fibras podem ser obtidas como resíduo da agroindústria na forma queimada e não queimada, um estudo comparativo foi feito usando ambas as fibras. Compósitos fenólicos foram preparados com as fibras queimadas e não queimadas e os resultados obtidos de resistência ao impacto, módulo de armazenamento e absorção de água mostraram que não há diferenças significativas entre as propriedades de ambos. Considerando estes resultados, a continuidade do trabalho foi realizada com as fibras de bagaço de cana queimado, devido à maior disponibilidade atual destas fibras. Também foram utilizadas fibras de sisal, tradicionalmente conhecidas pelas excelentes propriedades mecânicas e disponibilidade em grande escala no país, para fins comparativos. Adicionalmente, visando aumentar a proporção de uso de matéria prima oriunda de fonte renovável, o lignossulfonato de sódio (NaLS) e lignina organossolve (LO), macromoléculas obtidas a partir de fibras lignocelulósicas, substituíram em 100% o fenol nas reações de obtenção de resinas do tipo resol (obtidas em meio alcalino). Ainda, o formaldeído foi substituído pelo glutaraldeído, um dialdeído, visando-se síntese de resinas alternativas a fenol-formaldeído, tradicionalmente usada. Também, as fibras de bagaço de cana queimadas foram tratadas em solução de NaLS, em banho de ultrassom. Este tratamento foi escolhido por se tratar do uso de macromolécula oriunda de fontes renováveis, assim como pelo fato de a fibra (bagaço de cana) conter alto teor de lignina, o que leva à perspectiva de intensificação da afinidade fibra/agente de tratamento, além de intensificar as interações fibra/matriz, devido à presença de anéis do tipo fenólico em ambas, superfícies das fibras e matriz. As fibras foram caracterizadas quanto à composição química e analisadas via termogravimetria (TG), calorimetria exploratória diferencial (DSC), microscopia eletrônica de varredura (MEV), cromatografia gasosa inversa (IGC), espectroscopia na região de infravermelho (IV), cromatografia liquida de alta performance (HPLC, para determinação do teor de açúcares no bagaço de cana queimado) e difração de raios X. O termorrígido fenólico (não reforçado) e compósitos (matriz fenólica e matrizes baseadas em LO e NaLS reforçados por fibras com distribuição aleatória, em diferentes proporções e comprimentos) foram caracterizados por TG, DSC, IV, MEV, DMTA, resistência ao impacto Izod, resistência à flexão quanto à capacidade de absorção de água. Termorrígidos preparados a base de NaLS apresentaram grande fragilidade após a moldagem, tendo sido apenas submetidos a análises de TG, DSC e cromatografia gasosa inversa (IGC), devido à impossibilidade de realizar outros ensaios. As análises de IGC foram realizadas para fibras e matriz, obtendo-se parâmetros relacionados à energia de superfície e disponibilidade de sítios ácidos e básicos. Os resultados de IGC obtidos para as fibras, tratadas e não tratadas, confirmaram que houve a adsorção do lignossulfonato sódio à superfície destas devido ao aumento de sítios ativos (ácidos e básicos) disponíveis. Os valores de IGC obtidos para as matrizes sugerem que as interações fibra/matriz são favorecidas, principalmente quando o NaLS está presente em ambos os componentes (fibra/matriz). Os resultados obtidos na caracterização dos compósitos indicaram que o lignossulfonato de sódio e a lignina organossolve podem substituir o fenol na formulação de resinas. A utilização de fibras como reforço melhorou as propriedades mecânicas dos materiais, comparativamente aos termorrígidos. Dentre os compósitos preparados com bagaço de cana, a amostra que apresentou melhor desempenho nos ensaios de impacto foram os compósitos de matrizes baseadas em glutaraldeído-LO (112 J m-1) e glutaraldeído-NaLS (82 J m-1). Os compósitos de matriz baseada em formaldeído-NaLS reforçados com fibras de sisal apresentaram melhor desempenho no ensaio de resistência ao impacto (1029 J m-1) e menor quantidade de água absorvida quando imerso em água, comparado aos demais compósitos preparados neste trabalho. As análises de MEV comprovaram a intensificação da adesão entre as fibras de sisal e a matriz, quando esta é preparada a partir de NaLS. Compósitos reforçados com fibras de sisal foram os que apresentaram melhor desempenho mecânico, tanto em resistência ao impacto quanto em flexão, provavelmente devido às propriedades intrínsecas das fibras de sisal. No geral, quando os termorrígidos foram reforçados com as fibras lignocelulósicas, bagaço de cana ou sisal, apresentaram resultados de estabilidade térmica e mecânica satisfatórios. Destaca-se que compósitos preparados com alto teor de material proveniente de fonte renovável, como os compósitos reforçados com até 70% de fibra, e os compósitos com matriz baseada em 100% de lignossulfonato de sódio e lignina organossolve, apresentaram grande potencial para diferentes aplicações, tais como no setor de embalagens e automotivo, neste caso para aplicações não estruturais. / Phenolic resins are widely known due to their diverse applications. Considering the many advantages of this type of resin (flame resistance, thermal and dimensional stability, etc), this study has one objective: the improvement of the mechanical properties of the phenolic thermoset, because this material is fragile when it is not reinforced. Natural lignocellulosic fibers were used as reinforcement in the phenolic thermoset leading to the obtaining of biocomposites. Because the fibers from sugarcane bagasse are byproducts widely available by agricultural industries in this country, these fibers were used in the production of the composites (the thermoset phenolic was replaced by up to 70% natural fibers) - the purpose was to assign greater value than traditionally found for these fibers. Currently, sugarcane fibers can be obtained from natural and burned bagasse. A comparative study was realized using both fibers. Phenolic composites were prepared with the burned fibers and the results obtained from the impact resistance, storage modulus and water absorption showed that they are not significantly different when it comes to the properties of both. Considering these results, the continuity of this study was realized with the burned fibers of sugarcane due to the higher and current availability of this fiber. Lignocellulosic fibers, are traditionally known because of their excellent mechanical properties and wide availability, like the sisal ones used in the present work for comparative reasons. Sisal fibers are available in large scale, facilitating their use. Additionally, sodium lignosulphonate (NaLS) and organosolv lignin (LO), which are macromolecules obtained from the lignocellulosics fibers were used to increase the proportion of the raw materials from renewable sources for a possible phenol substitute in resin reaction, resol type (an alkaline medium). Also, formaldehyde was replaced by glutaraldehyde aiming at the synthesis alternative resin to phenol-formaldehyde, which is traditionally used. Furthermore, burned sugar cane bagasse fibers were treated in NaLS solution, in ultrasonic bath. This treatment was chosen because this macromolecule is from renewable resources and as well as the fibers (sugarcane bagasse) have high content of lignin, which leads to the perspective of affinity intensification between fibers/lignin and fibers/matrix, due to the presence of the aromatics rings in both surfaces. The fibers were characterized in terms of chemical composition and analyzed by thermogravimetry (TG), differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy (SEM), inverse gas chromatography (IGC), infrared spectroscopy (IV), high performance liquid chromatography (HPLC, determination of the sugar content in the burned sugar cane bagasse) and X-ray diffraction. The lignin and resin were characterized by SEC, RMN 1H and RMN 31P. The thermosets (not reinforced) and composites (phenolic matrix and LO and NaLS matrix reinforced with randomly dispersed fibers) were characterized by TG, DSC, IV, Izod impact strength, MEV, flexural strength, DMTA and also the water absorption capacity was evaluated. Thermoset prepared based on NaLS showed great weakness after molding, being submitted only to analysis by TG, DSC and inverse gas chromatography (IGC), due to the impossibility of doing other tests. IGC analysis were realized for fibers and matrix. Parameters related to surface energy and availability of acids and basics sites were obtained. IGC results obtained for the fibers, treated and untreated, confirm that there was adsorption of lignosulphonate in these surfaces due to the increase of available active sites (acids and basics). IGC values obtained for matrix suggest that fiber/matrix interactions are favored, mainly when the NaLS is present in both components (fiber/matrix). The results obtained in the characterization of the composites indicated that lignosulphonate sodium and organosolv lignin can substitute the phenol in the resin formulation. Fibers used as reinforcement improved the mechanical properties of materials, compared to thermosets. Among the composites prepared with sugarcane bagasse, the sample that showed better performance in the impact test were the composites based on glutaraldehyde -LO (112 J m-1) and glutaraldehyde -NaLS (82 J m-1). Composites based on formaldehyde -NaLS reinforced with sisal fibers showed better performance in impact test (1009 J m-1) and less water absorbed when immersed in water, compared to others composites prepared in this study. SEM analysis confirmed the adhesion intensification between the sisal fibers and the matrix, when this is prepared from NaLS. Composites reinforced with sisal fibers showed the best mechanical performance, such as impact strength and flexural strength, probably due to the intrinsic properties of sisal fibers. In general, when the thermosets were reinforced with lignocellulosic fibers, sugarcane bagasse or sisal, they showed satisfactory results of the thermic and mechanical stability. It should be highlighted that composites prepared with high content of material from renewable sources, as the composites reinforced up to 70% fibers and composites with matrix based on 100% lignosulphonate and organosolv lignin, they showed great potential to different applications, such as in the packaging sector and the automotive one, in this case to non-structural applications.

Orientadores: Aline Carvalho da Costa, José Geraldo da Cruz Pradella / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T15:37:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gelain_Lucas_M.pdf: 1331794 bytes, checksum: 116fec6e0222b23e24403c80d7c5c885 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Modelos matemáticos são necessários para o desenvolvimento de processos, pois permitem o entendimento dos fenômenos envolvidos e podem ser usados para scale-up e otimização das condições de operação. O objetivo deste trabalho foi propor um modelo matemático para descrever a cinética de crescimento celular, consumo de substrato e produção de enzimas utilizando o Trichoderma harzianum em diferentes concentrações de bagaço de cana-de-açúcar (fonte de carbono). Além disso, realizaram-se testes utilizando uma sonda de capacitância para estimação on-line da concentração de células no meio. As concentrações de bagaço de cana-de-açúcar empregadas foram de: 5; 10; 20; 30; e 40 g L-1, onde a concentração 10 g L-1 foi utilizada para validar o modelo e as demais concentrações para a estimação dos parâmetros. As enzimas analisadas foram: celulase (FPase), beta-glicosidase e xilanase. A estimação da concentração de células utilizando a sonda de capacitância mostrou ser uma alternativa interessante, indicando que há boa correlação entre o sinal da sonda e a concentração de células em meio solúvel. No entanto, o meio insolúvel (contendo bagaço de cana-de-açúcar) causou interferências, impedindo seu uso para uma análise quantitativa. Modelos matemáticos foram construídos para descrever as cinco variáveis de estado (concentrações de células e substrato, assim como atividades de celulase (FPase), beta-glicosidase e xilanase). Os modelos parecem representar bem a cinética com um bom ajuste para a maioria dos ensaios. Alterações nos modelos e novos ensaios com concentrações diferentes de substrato ainda precisam ser realizados com a finalidade de melhorar o ajuste e aumentar confiabilidade dos modelos / Abstract: Mathematical models are necessary to processes development, because they enable the understanding of the involved phenomena and can be used to scale-up and optimization of operation conditions. The aim of this work was to propose a mathematical model to describe the kinetics of the cellular growth, substrate consumption and enzyme production using Trichoderma harzianum in different sugar cane bagasse concentrations (carbon source). Besides, tests using a capacitance probe to on-line cellular estimation were performed. The sugar cane bagasse concentrations employed were: 5; 10; 20; 30; e 40 g L-1. The 10 g L-1 concentration was used to validate the model and the others to parameters estimation. The enzymes analyzed were cellulase; beta-glucosidase; and xylanase. The estimation of cellular concentration using the capacitance probe is an interesting alternative indicating good correlation between the sign of the probe and the cells in soluble medium. However, the insoluble medium (with sugar cane bagasse) caused interferences that prevented quantitative analysis. Mathematical models were built to describe the five dependents variables (concentrations of cells and substrate, as well as activities of cellulase (FPase), beta-glucosidase and xylanase). The models seem to represent well the kinetics with a good fit for the majority of the assays. Alterations in the models and new assays with different substrate concentration are needed to provide better fit and increase the model trustworthiness / Mestrado / Engenharia Química / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Aline Carvalho da Costa, Sindelia Freitas Azzoni / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T08:50:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bussamra_BiancaConsorti_M.pdf: 2624016 bytes, checksum: d09caf6db1941dc3b8ff17c802bb5ddb (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O alto custo da hidrólise enzimática para a conversão de biomassa lignocelulósica é um problema recorrente que limita a produção de bioetanol a partir desta fonte renovável e altamente energética. Muitos fatores afetam a eficiência do processo de hidrólise, como a recalcitrância do substrato lignocelulósico, eficiência do pré-tratamento, proporções e cargas das enzimas, inibidores e perda de atividade devido à adsorção não específica. Somado a estes fatores, o alto custo de produção de coquetéis enzimáticos limita a carga enzimática, o que contribui para a inviabilização técnica e econômica do processo. Dentre as abordagens consideradas promissoras para otimizar a reação de hidrólise, pode-se destacar o desenvolvimento de coquetéis artificiais bem balanceados envolvendo diferentes classes de enzimas. Este projeto estuda coquetéis enzimáticos otimizados para a hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado, onde as enzimas provieram tanto de fonte comercial quanto de cultivos microbianos (Trichoderma reesei e Escherichia coli geneticamente modificada), seguidas de purificação. Planejamento experimental de mistura lattice simplex, seguido de planejamento fatorial, foram utilizados para a otimização da proporção enzimática. Em ambos os experimentos, a concentração de glicose liberada (g/L) foi a resposta avaliada. A fim de se reduzir o consumo de reagente, as hidrólises foram conduzidas em escala reduzida, cuja metodologia foi validada neste trabalho. A mistura enzimática otimizada, compreendida da fração T. reesei (80%), endoglucanase (10%) e ?-glicosidase (10%), foi capaz de converter 68,36% ± 5,57 da celulose contida no bagaço hidrotérmico, enquanto que os coquetéis comerciais Cellic CTec H2 e Celluclast converteram 70,43% ± 5,03 e 49,11% ± 0,49 do mesmo material, respectivamente, sob as mesmas condições de operação. Desta forma, este trabalho contribuiu com a identificação de atividades necessárias e de suas proporções ótimas para melhorar o coquetel enzimático de T. reesei, resultando no aumento da conversão do bagaço hidrotérmico. As estratégias de purificação de proteínas e análises de planejamento experimental e de sinergismo podem ser empregadas para a obtenção de coquetéis melhorados feitos sob medida para a hidrólise de outros materiais / Abstract: The high cost of converting lignocellulose by enzymatic hydrolysis is a recurring problem that limits the production of bioethanol from a renewable and highly energetic source. Many factors affect the efficiency of the hydrolysis process, such as lignocellulosic substrates recalcitrance, pretreatment efficiency, enzyme ratios and loadings, inhibitors and non-productive adsorption. Furthermore, the high production costs of enzyme cocktails limit the enzyme loads, which contribute to technical and economic infeasibility of this process. Among the promising approaches to optimize hydrolysis reaction, there is the development of well-balanced cocktails involving different classes of enzymes. This project studies optimized enzyme cocktails for hydrolysis of pretreated sugar cane bagasse, where the enzymes were provided from both commercial source and microorganism cultivation (Trichoderma reesei and genetically modified Escherichia coli), followed by purification. Experimental simplex lattice design, followed by factorial design, were performed to optimize the enzymatic proportion. In both experiments, released glucose concentration was the result evaluated. To reduce reagent consumption, the hydrolysis was carried out in micro assays scale, which methodology was validated in this study. The optimized enzyme mixture, comprised of T. reesei fraction (80%), endoglucanase (10%) and ?-glucosydase (10%), was capable of converting 68,36% ± 5,57 of the cellulose present in hydrothermal pretreated bagasse, whereas commercial cocktails Cellic CTec H2 and Celluclast converted 70,43% ± 5,03 e 49,11% ± 0,49 of the same material, respectively, under the same conditions. Thus, the work reported here contributed to the identification of needed activities and their optimal proportions to improve T. reesei enzymatic cocktail, enhancing hydrothermal bagasse conversion. Protein purification strategies and analyses of experimental design and synergism can be used to obtain improved cocktails to hydrolyze other materials / Mestrado / Engenharia Química / Mestra em Engenharia Química

Orientador: Paulo Sergio Franco Barbosa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-19T05:23:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MolinariFilho_Rodolfo_M.pdf: 7749913 bytes, checksum: 9e12842a3c1cda7369553d9184fedb39 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: As fontes alternativas de energia estão cada vez mais delineando seu espaço na matriz elétrica nacional, e parte desta evolução pode ser atribuída aos mecanismos regulatórios, fiscais e financeiros desenvolvidos para auxiliar tais fontes nessa trajetória. A presente dissertação vislumbra analisar e quantificar o impacto que tais mecanismos proporcionam na atratividade de investimentos em fontes alternativas e na sustentabilidade do movimento de inserção destas fontes na matriz elétrica nacional. Dessa maneira, primeiramente desenvolveu-se uma análise qualitativa destes instrumentos, identificando os marcos regulatórios associados, os parâmetros de ingerência nos projetos, e as expectativas associadas à manutenção dos mesmos no longo prazo. Por conseguinte, realizou-se um estudo de caso para uma usina termelétrica movida a biomassa advinda do bagaço da cana de açúcar, visando quantificar o impacto em termos de atratividade ao investidor. Os resultados encontrados apontam que, para as fontes estudadas, a isenção destes mecanismos, até o presente momento, implicaria em baixa competitividade frente às fontes convencionais térmicas de energia, sinalizando que, mesmo com os avanços tecnológicos incorridos, ainda há necessidade de existência destes mecanismos / Abstract: Alternative sources of energy are increasingly outlining their space in the national energy matrix, and part of that can be attributed to regulatory, financial and fiscal mechanisms, designed to help those sources in their trajectory. This work aims to analyze and to quantify the impact that these mechanisms have in the attractiveness of investments and in the sustainability of the insertion movement of these sources in the Brazilian electrical matrix. Within this context, first a qualitative analysis of such instruments is developed, identifying relevant points of the regulatory framework, the parameteres of influence in alternative energy projects and also the maintenance of these mechanisms in the long term. At second, a case study of a biomass plant that makes use of sugar cane bagasse is developed in order to quantify the impact of these mechanisms in terms of investors attractiveness. Results show that, for the sources studied, the exemption of these mechanisms, so far, would imply in low competitiveness against conventional thermal sources of energy, indicating that, even with the occurred technological advances, these mechanisms are still needed / Mestrado / Recursos Hidricos, Energeticos e Ambientais / Mestre em Engenharia Civil

Orientador: Marcio Luiz de Souza-Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T18:18:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Beninca_WilsondeAguiar_M.pdf: 3799010 bytes, checksum: d8da0795b64b4d278429706654c3206b (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Um estudo visando maximizar a eficiência global de um processo combinado avançado de geração termelétrica combinada é desenvolvido. Tal processo utiliza caldeira pressurizada de leito fluidizado borbulhante alimentada com bagaço de cana na forma de lama. O vapor gerado é dirigido a um ciclo Rankine com reaquecimento e o gás efluente da caldeira a um processo baseado em turbinas a gás. Várias premissas foram admitidas, entre elas: a geometria da caldeira, a pressão de operação do seu combustor, a taxa de consumo de combustível sólido, a pressão do vapor produzido, a temperatura de injeção de gás nas turbinas e a temperatura de exaustão de gás do processo. Os parâmetros tomados como variáveis no presente estudo foram: teor de sólido na lama, vazão mássica de água passante pelos bancos de tubos e de ar injetado no combustor da caldeira. O software CeSFaMB© foi utilizado para otimizar a operação da caldeira, tendo o rendimento exergético como função objetivo. O software IPES foi empregado para simular e otimizar o ciclo Rankine, o processo a Gás e suas combinações. Para esses, a eficiência de Primeira Lei da Termodinâmica foi adotada como função objetivo. O rendimento global máximo alcançado neste estudo para a unidade geradora ficou em torno de 36,0 %. Este valor é significativo, visto que o rendimento de processos mais convencionais utilizados atualmente na maioria das usinas sucroalcooleiras fornece rendimentos próximos a 30% / Abstract: A study aiming maximizing the efficiency of an advanced combined power generation process has been developed. The process applies a pressurized fluidized bed boiler consuming sugar cane bagasse fed as slurry. The generated steam is diverted to a reheated Rankine cycle while the gas exiting the boiler is directed to a gas turbine process. Many assumptions have been taken, among them: the boiler design, the pressure inside its combustion chamber, the rate of fuel consumption, the pressure of produced steam, the gas turbine injection temperature and the temperature of gas exiting the whole plant. The parameters taken as variables were: the concentration of dry solid in the slurry, the mass flow of water pumped into the boiler tube banks and the rate or air injection into the boiler combustion chamber. The CeSFaMB© software has been applied for the boiler optimization, having the exergy efficiency as objective function. The software IPES has been used for the optimization of Rankine cycle, the gas turbine process and theirs combination. The achieved overall power generation efficiency was around 36 %. Having in mind that the efficiency found at present sugar-cane conventional processes are around 30%, the value arrived at this study is significant / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Submitted by Nathália Faria da Silva (nathaliafsilva.ufv@gmail.com) on 2017-07-12T14:48:33Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 420337 bytes, checksum: b716997ea739661f6b442ce3e6352641 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-12T14:48:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 420337 bytes, checksum: b716997ea739661f6b442ce3e6352641 (MD5) Previous issue date: 2001-06-08 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / No presente trabalho avaliou-se o emprego de resinas de troca iônica quanto a sua capacidade em adsorver ácido acético, furfural e hidróximetil furfural presentes no hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-áçúcar obtido por hidrólise ácida. A metodologia empregada consistiu em determinar, inicialmente, as curvas cinéticas de adsorção para cada um destes compostos. Em seguida foram construídas as isotermas de adsorção, também para estes compostos. O mesmo procedimento foi utilizado para três diferentes tipos de resinas (A-500, A-103S e C-155S – PUROLITE®). Nos experimentos de cinética de adsorção encontrou-se que dez minutos de contato, entre a resina e o hidrolisado hemicelulósico, foram suficientes para que o equilíbrio do processo de sorção fosse atingido. Observou-se também, nos testes referentes à determinação das isotermas, que a resina que apresentou uma melhor capacidade em adsorver os compostos foi a resina aniônica A-500, visto que esta apresentou um maior valor de q - quantidade de composto adsorvido (mg) por quantidade de resina (g), para ácido acético e para hidróximetil furfural. Estes valores foram, aproximadamente: 5,7 mg· g^-1 para o ácido acético, 0,2 mg· g^-1 para o furfural e 0,57 mg· g^-1 para o hidróximetil furfural. Foi possível observar, nas condições estudadas, que a resina aniônica A-103S também adsorve ácido acético 3,9 mg· g^-1 , furfural 0,31 mg· g^-1 e hidróximetil furfural 0,3 mg· g^-1 , porém em menor quantidade que a resina A-500. No entanto, a resina catiônica C-155S, não apresentou bom desempenho para adsorver esses compostos. Os valores de q para esta resina foram, aproximadamente, 2,5mg· g^-1 para o ácido acético, 0,11 mg· g^-1 para o furfural e 0,05 mg· g^-1 para o hidróximetil furfural. / In this work, it was evaluated the use of ionic exchange resins in relation to its capacity to adsorb acetic acid, furfural and hydroxymethyl furfural present in sugar cane bagasse hemicellulose hydrolysate obtained through acidic hydrolysis. The methodology employed consisted in determining, initially, the kinetic curves of adsorption for each one of these compounds as well as the adsorption isothermals. The same procedure was equally done for three different resins. (A- 500, A-103S, and C-155S - PUROLITE®). In the experiments of kinetics of adsorption, it was found that ten minutes of contact between the resin and the hemicellulose hydrolysate, were enough to attain balance in the adsorption process. It was also observed, in the experiments of the determination of the isotherms, that the resin wich presented a better capacity in adsorbing the compounds was the anionic resin A-500, because this one presented a higher q value- amount of adsorbed compound (mg) per quantity of resin (g), for acetic acid and for hydroxymethyl furfural. These values were approximately 5,7 mg· g^-1 for the acetic acid, 0,2 mg· g^-1 for the furfural and 0,57 mg· g^-1 for the hydroxymethyl furfural. It was possible to observe, under the studied conditions, that the anionic resin A-103S, also adsorbs acetic acid 3,9 mg· g^-1, furfural 0,31 mg· g^-1 and hydroxymethyl furfural 0,3 mg· g^-1, but in smaller quantity than the resin A-500. Nevertheless, the cationic resin C-155S did not present a good performance in adsorbing these compounds. The q values were, approximately, 2,5mg· g^-1 for the acetic acid, 0,11 mg· g^-1 for the furfural, and 0,05 mg· g^-1 for the hydroxymethyl furfural.

Orientador: Luís Augusto Barbosa Cortez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola / Made available in DSpace on 2018-08-28T23:42:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BaldassinJunior_Ricardo_D.pdf: 7640744 bytes, checksum: d5dd82917b9ece7e8fac5e0eaf729326 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A transformação eficiente e sustentável de materiais lignocelulósicos em bioenergéticos e bioquímicos modernos é um dos grandes anseios da sociedade moderna, haja vista as vantagens competitivas, os potenciais de redução da expansão da fronteira agrícola e a redução da dependência do petróleo que somente as culturas bioenergéticas podem proporcionar. Neste contexto, o Brasil apresenta um cenário propício para o desenvolvimento de uma indústria inovadora e moderna de produção de biocombustíveis e bioquímicos verdes, por ser um dos maiores produtores mundiais de alimentos, florestas plantadas e biocombustíveis. Visando promover a conversão eficiente de materiais lignocelulósicos, resíduos estes abundantes no Brazil, este trabalho apresenta os primeiros resultados da experimentação de pirólise rápida de cana-de-açúcar (cana integral, palha e bagaço) em uma unidade experimental da Feagri/Unicamp. Este estudo teve por objetivo avaliar as características químicas das biomassas empregadas e quantificar e qualificar os produtos da pirólise obtidos (bio-óleo e carvão). As análises químicas das biomassas (imediata, elementar e fibras/lignina) apontaram que não há diferenças significativas entre as diferentes biomassas analisadas. Os processos de pré-tratamento (picagem e trituração) foram conduzidos de forma satisfatória usando tecnologias comerciais e processo de secagem ao sol mostrou ser eficiente na redução da umidade das biomassas. Após a realização de ajustes e adequações em alguns componentes da planta, os experimentos de pirólise foram conduzidos satisfatoriamente e os rendimentos mássicos de produção de bio-óleo e carvão observados estiveram entre 12% e 17% e entre 25% e 27%, respectivamente, que em termos energéticos, representaram conversões variando entre 42% e 67%. As análises químicas dos bio-óleos e dos carvões mostraram não haver diferenças significativas entre os produtos obtidos. Entretanto, as análises cromatográficas dos bio-óleo sinalizaram haver diferenças nas composições orgânicas do bio-óleo, mas com as predominâncias de ácidos carboxílicos e fenóis. Em vista da baixa recuperação de bio-óleo, elevada produção de carvão e a elevada presença de voláteis no carvão (entre 20% e 25%) verificaram-se necessidades de melhorias e as realizações de novos estudos na unidade experimental desenvolvida / Abstract: The efficient and sustainable conversion of lignocellulosic feedstocks in modern biofuels and biochemicals is one of the great desires of the whole world, in view of the competitive advantages, potential of reduction of frontier agriculture expansion and reduction of oil dependence that only the bioenergy cultures may provide. In this context, Brazil shows an attractive scenery to develop an innovative and modern industry for biofuels and biochemical production, since it is one of the most important food, planted forest and biofuels world producer. Aiming to provide a better use and conversion of lignocellulosic feedstocks (largely available in Brazil), this work shows the first experimental results of the fast pyrolysis of sugarcane (whole sugarcane, trash and bagasse) conducted in a small scale fast pyrolysis plant from Feagri/Unicamp. The main objectives of this work were to evaluate the chemicals compositions of the biomasses and to quantify and to qualify the main fast pyrolysis products (charcoals and bio-oils). The biomasses analysis (proximate, ultimate and fiber/lignin analysis) showed there were no significant differences between the biomasses. The pretreatment process (chopping and grinding process) were conducted well using conventional technologies, and the sun drying process was able reducing the biomasses water contents to the level needed. After some adjustments and improvements, the fast pyrolysis were conducted well, with bio-oil yield productions between 12% and 17%, charcoal yield productions between 25% and 27%, and energy conversions between 42% and 67%. The bio-oils and charcoals proximate and ultimate analysis showed that there were no relevant differences among the products. However, the chromatography analysis demonstrated there were differences in the bio-oils organic compositions (distribution percentages of chemical groups), but with prevalence of carboxilic acids and phenols. In view of low bio-oils production, high charcoals productions and the high volatiles presences in the charcoals (between 20% e 25% in %wt), it was demonstrated that improvements and new studies are needed / Doutorado / Construções Rurais e Ambiencia / Doutor em Engenharia Agrícola