Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Química Verde
TÍTULO: Avaliação do pré-tratamento ácido do bagaço de cana de açúcar usando espectroscopia de infravermelho(FTIR) e análise térmica.
AUTORES: Silva, V.L. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE) ; Carvalho, L.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE) ; Campos, L.M.A. (UNIVERSIDADE SALVADOR) ; Silva, J.A.B. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE) ; Araujo, B.M.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE) ; Chemmés, C.S. (UNIVERSIDADE SALVADOR) ; Silva, F.C. (UNIVERSIDADE SALVADOR) ; Leal, S.C.S. (UNIVERSIDADE SALVADOR) ; Macedo, G.M.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE) ; Garrido, C.V.S. (UNIVERSIDADE SALVADOR)
RESUMO: O aproveitamento de resíduos agroindustriais, como o bagaço de cana de açúcar (BCA), tem se destacado como fonte renovável para a produção de biocombustíveis, além de produtos de elevado valor agregado. A metodologia empregada neste trabalho baseou-se nas etapas de preparo do bagaço: lavagem, secagem, trituração e separação granulométrica, seguida da extração da hemicelulose, por tratamento com ácido diluído. Análises espectroscópicas (FTIR) foram utilizadas no monitoramento dos resultados, evidenciando as alterações estruturais ocorridas na biomassa, enquanto que na caracterização por análise térmica foi verificado que o pré-tratamento do resíduo (R-2) com H2SO4 1,5% (v/v) e tempo de residência de 45 minutos apresentou maior eficiência quanto à remoção de hemicelulose.
PALAVRAS CHAVES: Bagaço da Cana de Açúcar; Analises Térmica e FTIR; Pré-tratamento ácido
INTRODUÇÃO: Os resíduos agroindustriais são fontes ricas em compostos orgânicos e apresentam grande potencial de uso como matéria prima em processos industriais para produção de bicombustíveis, insumos químicos de alto valor agregado, dentre outros. Esses materiais são denominados matéria vegetal lignocelulósica, que é constituída basicamente por três substâncias principais: a celulose, a hemicelulose e a lignina (PANDEY, 2000). A celulose é uma estrutura cristalina que se adere a outras cadeias por ligações hidrogênio e força de Van der Waals, para formar uma estrutura altamente insolúvel. As hemiceluloses são polissacarídeos de parede celular intimamente associada à celulose compostos por diferentes monossacarídeos. As microfiblilas de celulose ficam cobertas por hemicelulose, que podem estar forte ou fracamente ligadas à celulose através de ligações hidrogênio. A lignina é uma macromolécula composta basicamente de unidades fenilpropano formando uma molécula tridimensional e amorfa (MAEDA,2010). Dentre os resíduos da biomassa, o bagaço de cana se destaca como uma fonte de material de partida na produção de diversas substâncias orgânicas, que servem como insumos nos mais variados processos industriais e na produção de bioprodutos de alto valor agregado. Portanto, este trabalho tem por objetivo, buscar uma alternativa para o aproveitamento sustentável das frações constituintes do resíduo do bagaço de cana de açúcar através de diferentes estratégias de pré-tratamento com ácido sulfúrico diluído buscando incrementar a extração da hemicelulose e sua conversão em produtos de alto valor agregado, onde os resíduos foram monitorados por espectrometria na região do infravermelho e por análise termogravimétricas.
MATERIAL E MÉTODOS: Amostras de 2 g de bagaço (moído e seco a 50 mesh), pesados em balança Shimadzu AY 220 foram transferidas para quatro autoclaves 50 mL e tratados com 20 mL de solução diluída de H2SO4 1,5% (v/v) e 20 mL H2SO4 2% (v/v) respectivamente. Os autoclaves com amostras e solução ácida diluída 1,5% e 2% foram mantidos fechados por 30 e 45 minutos respectivamente em estufa a 115°C. Em seguida, foram retirados, e resfriados à temperatura ambiente. Após a descompressão, a fração sólida foi separada da fração líquida por filtração a vácuo com papel de filtro qualitativo. A fração líquida foi transferida para frasco Scott de 80 mL e armazenada em freezer para análises posteriores. A fração sólida retida no filtro, foi lavada com água destilada até pH neutro. A fração sólida foi seca em estufa por 4 horas a 105°C e mantida em dessecador até atingir temperatura ambiente, sendo posteriormente pesada até massa constante. A fração sólida retida foi caracterizada por espectroscopia na região do infravermelho e por técnicas de análise térmica (TG, DTG e DSC).
As análises de espectroscopia na região do infravermelho foram efetuadas em um equipamento Spectrum 65 FT-IR Spectrometer Perkin Elmer com um Universal ATR Sampling Acessory da Perkin Elmer acoplado. Foram realizadas 12 varreduras para cada amostra na faixa de análise de 650 a 4000 cm-1. As análises termogravimétricas foram obtidas em um equipamento SDTQ 600 da TA Instruments com análises simultâneas (TG/DTA/DSC) e taxa de aquecimento de 20 ºC/min, em atmosfera de ar com fluxo de 100 mL/min com aquecimento de 25 a 600 ºC.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: As principais bandas identificadas na Figura 1, para os constituintes do bagaço, estão descritas a seguir: em 3343 cm-1, deformação axial do grupo (O-H), resultante da associação polimérica, em 2917 cm-1 vibrações de deformação axial do (C-H), em 1729 cm-1 característica da carbonila (C=O), atribuída à hemicelulose, em 1423 cm-1 deformação simétrica (CH2) da celulose. As ligações (C-O-C) aparecem tanto na cadeia da celulose e da lignina, em 1242 cm-1. A banda 1160 cm-1 é relativa às ligações (C-O) de álcoois primários (celulose) e em 1033 cm-1 relativa a ligações (C-O-C) da vibração do anel de piranase (celulose), (VIEIRA et al., 2007). Os espectros fornecem uma análise qualitativa da constituição do bagaço, onde se observou diferença nas características dos picos das bandas mencionadas e dos espectros dos resíduos secos (R-1, R-2, R-3 e R-4) após o pré-tratamento com ácido diluído evidenciando mudanças na estrutura da biomassa.
As curvas TG, Figura 2(a), e DTG, Figura 2(b), para o bagaço e resíduos pré-tratados evidenciaram a ocorrência de três estágios de perda de massa, relati¬vos à umidade, hemicelulose/celulose e lignina respectivamente. Observa-se nas curvas DTG, do bagaço in natura, a presença de um ombro a 300°C (hemicelulose), que desaparece após o pré-tratamento evidenciando a retirada da hemicelulose. A análise térmica DSC, para o bagaço in natura e o pré-tratado, Figura 2(c), apresentam três eventos térmicos: o primeiro, com temperatura inferior a 100°C, é endotérmico, corresponde à umidade da amostra, o segundo, com pico de temperatura em torno de 350°C, é exotérmico, atribuído à degradação da hemicelulose/celulose e o terceiro, com temperatura superior a 430°C, relacionado à degradação da lignina.
Figura 1
Espectros na Região do Infravermelho dos bagaços (BCA)in natura e após pré-tratamento ácido.
Figura 2
Curvas TG, DTG e DSC do bagaço in natura e após pré-tratamento ácido do BCA.
CONCLUSÕES: Os resultados de caracterização do BCA in natura e resíduos pré-tratados através dos espectros de IR observou-se grupos funcionais característicos da biomassa lignocelulósica. Os resultados de TG e DTG mostraram que o ombro característico da decomposição da hemicelulose não foi observado nos resíduos pré-tratados evidenciando que houve redução da hemicelulose após o pré-tratamento ácido. Conclui-se que pré-tratamento ácido com H2SO4, 1,5% (v/v), tempo de residência 45 minutos (resíduo R-2) apresentou maior eficiência quanto à remoção de hemicelulose e preservação da estrutura celulósica.
AGRADECIMENTOS: Aos grupos dos Laboratórios das Universidades: UFRN e UNIFACS, ao PRH PB222, a Capes, ao Programa de Pós Graduação de Química da UFRN e ao CNPQ.
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