Caracterização e utilização do bagaço de cana-de-açúcar e capim-elefante para produção de polpa solúvel e papel de impressão e escrita

• Ano de defesa: 2014
• Autor(a) principal: Andrade, Marcela Freitas
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Viçosa; BR; Manejo Florestal; Meio Ambiente e Conservação da Natureza; Silvicultura; Tecnologia e Utilização de; Doutorado em Ciência Florestal; UFV
• Palavras-chave em Português: Cana-de-açúcar; Capim-elefante; Celulose; Cane sugar; Elephant grass; Cellulose; CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::RECURSOS FLORESTAIS E ENGENHARIA FLORESTAL::TECNOLOGIA E UTILIZACAO DE PRODUTOS FLORESTAIS
• Link de acesso: http://locus.ufv.br/handle/123456789/601

Nos últimos anos, tem havido crescente tendência para se utilizar mais eficientemente os resíduos e culturas agroindustriais tais como o bagaço de cana-de-açúcar e o capim elefante. Alguns exemplos de aplicações desses materiais incluem produção de bioenergia, de bioetanol e de polpas celulósicas para papéis e para dissolução. Dada a grande variabilidade do bagaço de cana e do capim elefante, suas aplicações requerem estudo detalhado da composição química e morfológica de suas fibras; no caso particular do bagaço-de-cana, é também importante conhecer as diferenças entre as frações principais dessas fibras, o córtex e a medula. Um dos componentes menos conhecidos do bagaço (córtex e medula) é a lignina, sendo esse desconhecimento uma grande barreira ao sucesso dos processos de desconstrução dessa biomassa. O uso da técnica de Ressonância Magnética Nuclear Bidimensional (2D RMN) permite avaliação pormenorizada da lignina desses materiais e foi usada com sucesso nesse estudo. O objetivo principal dessa tese foi caracterizar, pormenorizadamente, a química e a morfologia das fibras do bagaço de cana (córtex e medula) e do capim elefante e avaliar os seus potenciais na produção de polpa celulósica para papel (bagaço e capim) e para dissolução (bagaço). A tese está dividida em 5 capítulos distintos, a saber: (1) caracterização química e morfológica do bagaço de cana (córtex e medula) e do capim elefante; (2) caracterização detalhada da estrutura da lignina do córtex do bagaço de cana pela técnica de 2D RMN; (3) avaliação do córtex do bagaço de cana para produção de polpa solúvel; (4) avaliação do córtex do bagaço de cana para produção de papéis de impressão e escrita; (5) avaliação do capim elefante para produção de papéis de impressão e escrita. O capítulo 1 teve como objetivo caracterizar, detalhadamente, a composição química das duas frações do bagaço (córtex e medula) e determinar a morfologia das fibras e a composição estrutural da lignina do córtex. O conteúdo de celulose, hemiceluloses e lignina das frações córtex e medula do bagaço variaram significativamente entre si, com o córtex apresentando mais celulose e hemiceluloses e menos lignina, minerais e extrativos. A lignina da fração córtex apresentou ixelevados teores de PCAs (ácidos cinâmicos). A análise morfológica da fração córtex do bagaço indicou ser um material composto por fibras curtas, semelhante às de madeiras de folhosas. O objetivo do capítulo 2 foi obter preparações de lignina do bagaço (córtex e medula) por técnica de alto rendimento e analisar suas estruturas detalhadas pela espectroscopia semi-quantitativa de RMN bidimensional. Duas frações de lignina foram isoladas, lignina de madeira moída (MWLc) e lignina de enzima celulolítica (CEL96), do material original (córtex e medula) como tal e após ele ter sido extraído com álcali para remover os ácidos p-cumárico e ferúlico. As quatro amostras de lignina e os dois extratos alcalinos foram analisadas por RMN 2D. O rendimento do isolamento da lignina da preparação CEL96 foi muito maior do que o da preparação MWLc. O conteúdo de ácido p- coumárico presente no extrato alcalino foi maior que o conteúdo de ácido ferúlico. O pico de correlação da ligação β-O-4' foi o sinal de ligação entre unidades mais importante encontrado em todas as frações da lignina isolada. Foi verificado que ambas as preparações, MWLc e CEL96, do córtex e da medula contêm elevadas quantidades de ácidos p- hidroxicinâmicos (pHCAs). O objetivo do capítulo 3 foi avaliar a o potencial do córtex do bagaço (fração fibras) para a produção de polpas para dissolução. A fração córtex foi quimicamente caracterizada e convertida em polpa marrom com dois diferentes graus de deslignificação (número kappa 16,9 e 9,2) pelo processo de pré-hidrólise seguido de polpação soda (PHS). As polpas resultantes foram completamente branqueadas pela sequência O-D-(EP)-D-P e avaliadas quanto as suas principais características para polpa solúvel. A produção de polpa solúvel foi possível pelo processo PHS independente do número kappa inicial, sendo o kappa 16,9 mais desejável, pelo maior rendimento de polpa solúvel. A polpa solúvel do córtex de bagaço, produzida pelo processo PHS em qualquer dos dois níveis de kappa, apresenta baixa viscosidade e teor relativamente alto de cinzas, o que limita seu uso para certas aplicações de polpa solúvel; algum sistema de desmineralização da polpa no final do branqueamento é requerido. O objetivo do capítulo 4 foi avaliar o potencial da fração córtex do bagaço de cana de açúcar para a produção de polpas para papéis de imprimir e escrever. A fração córtex do bagaço (fração fibras) foi convertida em polpas marrons com dois diferentes graus de deslignificação (número kappa 17,5 e 10,8) pelo processo soda e as polpas resultantes foram completamente branqueadas pela sequência O-D*-(EP)-D e caracterizadas quanto as suas refinabilidades, drenabilidades xe propriedades físico-mecânicas. As polpas branqueadas e cozidas pelo processo soda com números kappas 17,5 e 10,8 apresentaram similares valores de refinabilidade, resistência à drenagem e propriedades de resistência (tração, arrebentamento e rasgo). Ambas as polpas marrons obtidas a partir do córtex do bagaço de cana-de-açúcar foram apropriadas para a produção de papéis de imprimir e escrever, no entanto, a polpa marrom de maior número kappa foi economicamente mais atraente dado o seu rendimento de polpação superior. O principal objetivo do capítulo 5 foi caracterizar química e morfologicamente o capim elefante e avaliar o potencial das suas fibras para a produção de polpa para papéis de impressão e escrita. O capim elefante foi convertido em polpas marrons com dois diferentes graus de deslignificação (número kappa 17,5 e 10,6) pelo processo soda e as polpas resultantes foram completamente branqueadas pela sequência O-D*-(EP)-D e caracterizadas quanto as suas refinabilidades, drenabilidades e propriedades físico- mecânicas. O capim elefante se caracterizou pelo baixo teor de lignina e relativamente alto teor de minerais e extrativos, em relação à madeira de eucalipto, por exemplo. A análise morfológica do capim elefante indicou ser um material de fibra curta, semelhante a madeiras de folhosas. As polpas cozidas pelo processo soda até números kappa 17,5 e 10,6 e branqueadas apresentaram valores similares de refinabilidade e resistência à drenagem, mas o índice de tração e arrebentamento foram maiores para a polpa com número kappa 17,5. Porém, ambas as polpas são apropriadas para a produção de papéis de imprimir e escrever, sendo a de maior número kappa economicamente mais atraente dado o seu rendimento de polpação superior, sem significativo aumento da demanda de reagentes químicos de branqueamento.