Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The beginning of the 21st century has been characterized by a great interest about the use of renewable raw materials for the production of industrial feedstocks and technological products. This trend is followed by the concern about the huge amount of waste generated by the always increasing agricultural production. In this sense, the reuse of the residual rice husks (RH) of the rice production, which by inadequate management affects negatively the environment in several ways, can constitute an environmental solution and a source of income. In this work, it was used RH as a source of cellulose for the production of levulinic acid (AL), a versatile chemical
intermediate with many industrial applications, produced usually via chemical synthesis. The cellulose hydrolysis in acidic medium releases glucose monomers, which by heating under pressure dehydrate and form the intermediary 5-hydroxymethyl-2-furfural (5-HMF) - that, in turn, degraded generating AL. For the AL production, a 1.00 g of RH previously comminuted, selected, washed and dried in an oven, was hydrolyzed with 10.0 mL of HCl 4.5% (v/v) or 4%
H2SO4 (v/v) in a batch reactor under pressure (51 to 62 atm). The concentration of AL, as well as of 5-HMF, present in the acidic hydrolysate, were analyzed by HPLC-UV. The solid residue of the hydrolysis was characterized by SEM and FTIR. In order to evaluate the effect of the variables temperature, pressure and hydrolysis time
on the yield of the process of AL production, two factorial designs were performed: one, for the process using HCl, and another for the process using H2SO4, keeping constant the mass of RH and the used acid volume. After optimization of the time, pressure and temperature of hydrolysis, it was studied the effects of the acid concentration and of the RH pre-treatment on the production
of AL. It was investigated, therefore, the pre-treatment with hydrogen peroxide, sodium hypochlorite, oxalic acid, Soxhlet extraction in aqueous medium and Soxhlet extraction with a mixture of benzene-ethanol 1:1 (v/v).
It was verified that the AL production is maximum when the hydrolytic process was carried out at temperatures 160 °C, under pressure of 53 atm and reaction time of 70 min. The
best catalyst for the process was hydrochloric acid at a concentration of 4.5% (v/v). Among the pre-treatments applied to the RH, the Soxhlet aqueous extraction provided the best yield of AL (59.4%, w/w). / O início do século 21 tem se caracterizado por um grande interesse na utilização de matérias-primas renováveis para a produção de insumos e produtos tecnológicos. A esta
tendência soma-se à preocupação com a enorme quantidade de resíduos gerada pela sempre crescente produção agrícola. Neste sentido, o aproveitamento das cascas residuais da produção de arroz (CA) - cuja disposição inadequada leva a prejuízos ao meio ambiente, de várias maneiras pode constituir uma solução ambiental e possível fonte adicional de renda. Neste trabalho utilizou-se a CA como fonte de celulose para o processo de produção de ácido levulínico (AL),
intermediário químico muito versátil, com diversas aplicações industriais, produzido, em geral, via síntese química.
A hidrólise da celulose em meio ácido leva à liberação de monômeros de glicose, que, por aquecimento à pressão, se desidrata e forma o intermediário 5-hidroximetil-2-furfural (5-HMF) que, por sua vez, se degrada gerando o AL. Para o processo de produção do AL, uma fração de 1,00 g de CA, previamente cominuída, selecionada, lavada e seca em estufa, foi hidrolisada com 10,0 mL de HCl 4,5% (v/v) ou de
H2SO4 4% (v/v), em batelada, em reator à pressão (51 a 62 atm). A concentração de AL, bem como de 5-HMF, presente no hidrolisado ácido, foram analisadas por HPLC-UV. Já, o resíduo sólido da hidrólise foi caracterizado por meio de MEV e FTIR. Os efeitos da temperatura, pressão e tempo de hidrólise no processo de produção de AL foram avaliados através de planejamento fatorial utilizou-se metodologia de superfície resposta. Foram feitos dois planejamentos: um para o processo com HCl e outro para o processo com H2SO4, mantendo-se constantes a massa da CA e o volume de ácido utilizado. Após otimização do tempo, da pressão e da temperatura reacional, foram estudados os efeitos da concentração de ácido e do pré-tratamento inicial da CA na produção de AL. Foram investigados, assim, os prétratamentos
com peróxido de hidrogênio, clorito de sódio, ácido oxálico, extração por soxhlet em meio aquoso e extração por soxhlet com mistura benzeno-etanol 1:1 (v/v). Verificou-se que a produção de AL é máxima quando o processo hidrolítico foi realizado em temperatura de 160 °C, sob pressão de 53 atm e tempo reacional de 70 min. O melhor catalisador para o processo foi o ácido clorídrico, na concentração de 4,5% (v/v). Entre os prétratamentos aplicados à biomassa, a extração aquosa da CA, em soxhlet, levou ao melhor
rendimento em AL (59,4%, m/m).
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/10465 |
| Date | 08 February 2010 |
| Creators | Bevilaqua, Daiane Balconi |
| Contributors | Martins, Ayrton Figueiredo, Cardoso, André de Lima, Silveira, Djalma Dias da |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Química, UFSM, BR, Química |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 100600000000, 400, 500, 500, 300, 500, ade6000d-a348-4d49-a531-6500a65a153a, 486bc091-1e85-4d81-bbae-50f40b6604ad, 270fbaac-8935-4c80-aace-db715d28d65a, 350f856f-fa7d-44e9-9946-1d1e2ad582e2 |
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