Biomassa lignocelulósica como fonte de açúcares fermentescíveis e de materiais: sacarificação de fibras de sisal e preparação de membranas para aplicação em células solares a partir de derivado de celulose

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Kaschuk, Joice Jaqueline
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: acetato de celulose; cellulose acetate; célula solar sensibilizada por corante; dye-sensitized solar cell; electrolytic membranes; enzymatic hydrolysis; hidrólise enzimática; ibras lignocelulósica de sisal; membranas eletrolíticas; mercerização; mercerization; sisal lignocellulosic fiber
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-10052021-112431/

O presente estudo teve como meta primária a valorização de fibras lignocelulósicas de sisal (FLS) através da produção de açúcares fermentescíveis via hidrólise enzimática. FLS foram mercerizadas (solução aquosa 20% NaOH) e a influência da razão massa de fibra/volume NaOH, temperatura (T) e tempo (t), durante o tratamento, foram avaliadas estatisticamente. Foram obtidas FLS com maior deslignificação em: < t (1,5h) e < razão (10g.L-1); maior extração de hemiceluloses em: > T (80oC) e < razão (10g.L-1); maior teor de celulose em: < T (40oC) e >razão (30g.L-1), e >t (4,5h). Inicialmente, fibras de sisal não mercerizadas (SNM) foram hidrolisadas (1g de FLS, 0,5 mL de enzima, 50mL de tampão citrato, 48h) na ausência e na presença dos surfactantes ramnolipídeo (SNM-R, 60 mg L-1,80 mg L-1, 108 mg L-1) e lignosulfonato de sódio (SNM-LS, 5,0 g L-1 e 7,5 g L-1), Posteriormente, a partir dos resultados obtidos, a condição de mercerização 10 gL-1, 40oC, 1,5h foi selecionada para pré-tratamento, e as fibras de sisal mercerizadas (SM) foram submetidas a hidrólise enzimática (mesmas condições de SNM) na ausência ou na presença de surfactantes (ramnolipídeo, 80 mg L-1, e lignosulfonato, 5,0 g L-1). Durante as reações, alíquotas foram retiradas e o licor foi separado da fibra não reagida por filtração, sendo posteriormente ambos analisados. Comparando SNM e SNM-R não foram observadas diferenças para comprimento e espessura ao longo da reação, já para SNM-LS5 a hidrólise foi favorecida a partir das extremidades e para SNM-LS7,5 a partir da superfície. As fibras de SM não reagidas apresentaram variações mais significativas em cristalinidade, e em comprimento/espessura, comparativamente a SMN. A conversão de SNM a glicose levou a um rendimento de 44&plusmn;5, e os melhores resultados na presença de surfactantes foram para SNM-R80 (51,0&plusmn;3,0), e SNM-LS5,0 (62,60&plusmn;0,04). A mercerização aumentou significativamente o rendimento de glicose (SM: 93,5±3,3), os rendimentos usando R (SM-R80: 96,5&plusmn;6,0) e LS (SM-LS5: 95,7&plusmn;2,0) foram estatisticamente iguais a SM. Os resultados mostraram que as fibras lignocelulósicas de sisal apresentam alto potencial como fonte alternativa de etanol. Adicionalmente, um derivado de biomassa celulósica, um acetato de celulose (AC) com grau de substituição em torno de 1, foi usado para obtenção de membranas eletrofiadas constituídas por fibras submicrométricas e nanofibras, visando aplicações em células solares sensibilizadas por corantes (Sensitized Solar Cells - DSSC). Foram obtidas também membranas após a desacetilação de AC, (ACD), e ambas foram utilizadas como membranas eletrolíticas em DSSC, sendo comparadas com DSSC de referência (sem membranas). As membranas AC e ACD aumentaram a eficiência média do dispositivo em até 14%. A presença das mesmas aumentou a transferência de carga no contra-eletrodo (avaliada pela resistência ôhmica e de transferência de carga e pela capacitância de Helmholtz correspondente). Simultaneamente, o fotoeletrodo não sofreu interferência no desempenho medido pela densidade de corrente de curto-circuito, tensão de circuito aberto, fator de enchimento e eficiência de conversão. Por fim, os testes de estabilidade mostraram que as DSSC AC e ACD apresentaram estabilidade por pelo menos 500 h. Para uso a longo prazo e/ou para servir como um suporte para outros fins, ACD tem um desempenho melhor do que AC. Os resultados levam a perspectiva que acetatos de celulose possam ser usados na montagem rápida e contínua de DSSC, agregando um material biobaseado a estes dispositivos.