OBTENÇÃO DA CELULOSE ORIUNDA DO BAGAÇO DA CANA DE AÇÚCAR (SACCHARUM OFFICINARUM) E CARACTERIZAÇÃO POR FTIR/DRX.

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Iniciação Científica

Autores

Andrade, J.C.F. (UFRN) ; Silva, V.L. (UFRN) ; Carvalho, L.S. (UFRN) ; Oliveira, K.G. (UFRN) ; Costa, G.I.Q. (UFRN) ; Silva, E.G. (UFRN) ; Câmara, A.B.F. (UFRN) ; Silva, T.M.G. (UFRN) ; Lima, R.R.S. (UFRN) ; Campos, L.M.A. (UFBA/UNIFACS)

Resumo

O bagaço de cana de açúcar (BCA), que é um resíduo da agroindústria, foi submetido a um processo de polpação soda/antraquinona com o objetivo de separar a fração celulose, para posterior conversão em bioprodutos de alto valor agregado. A celulose produzida do BCA foi comparada com a celulose comercial. Os espectros de infravermelho – FTIR, obtidos para ambas as amostras, apresentaram bandas características, identificando semelhanças entre os materiais, o que demonstra a eficiência da obtenção por polpação. As amostras foram também caracterizadas por difratometria de raios-X (DRX).

Palavras chaves

Biomassa; bagaço; celulose

Introdução

A biomassa residual da agroindústria, rica em materiais lignocelulósicos, tem sido utilizada para aproveitamento das frações de celulose, e derivados de celulose a partir de resíduos como, palha de trigo (SUN, 2004), palha de arroz (LIM et al., 2001), casca de arroz (BISWAS et al., 2006). Uma das vertentes atuais está na utilização do bagaço de cana de açúcar - BCA, que se constitui como maior resíduo lignocelulósico da agroindústria brasileira, além de ser matéria-prima sustentável, de baixo custo, com possibilidade de gerar produtos obtidos em escala industrial. O uso do BCA contribui para a preservação ambiental, além de agregar valor ao resíduo, que hoje é queimado, em sua maioria, para geração de energia elétrica nas usinas (CGEE, 2009). Os principais componentes lignocelulósicos da biomassa residual são constituídos de 40-50% de celulose, 20-30% de hemicelulose e 20-28% de lignina (ROGALINSKI et al., 2008), além de outras substâncias em menores teores (cinzas e extrativos) (BADHAN et al, 2007). A celulose é um polímero de glicose, formada por regiões amorfas e cristalinas, a hemicelulose tem natureza amorfa (heteropolímero de pentoses e hexoses), com diversas ramificações, e a lignina uma estrutura macromolecular e amorfa, hidrofóbica e muito complexa (CURVELO, 1992). Para uso dos resíduos lignocelulósicos, torna-se necessário separação de seus constituintes. Neste trabalho, foi efetuada otimização do processo de polpação soda (NaOH)/antraquinona, que apresentou elevada eficiência na obtenção de celulose. A polpação objetiva remover hemicelulose, lignina e componentes minerais sem degradar a cadeia celulósica, que deve apresentar propriedades adequadas para aplicações posteriores, mediante reações químicas, processos mecânicos e aquecimento.

Material e métodos

O bagaço de cana-de-açúcar, BCA, utilizado neste trabalho, é oriundo da Usina Estivas Arêz (RN), cedido pela LCD Bioenergia S.A. Inicialmente, o BCA foi lavado em água corrente até retirar o máximo de sujicidades e exposto ao sol durante três dias. Em seguida, foi seco em estufa à 100°C, até massa constante e, posteriormente, triturado e separado em um sistema de peneiras, sendo utilizada neste trabalho o material com granulometria de 50 mesh. Após os processo de lavagem, secagem e trituração obteve-se o BCA pré-tratado. Para obtenção da celulose foi utilizado 10 g de BCA triturado e seco e, em seguida, adicionou-se uma solução aquosa de NaOH 5,0 mol/L em antraquinona 0,15% m/v, na razão licor:fibra de 10:1, e aquecido à 160°C por 1h. Após a polpação, o material bruto foi lavado com solução de NaOH 1%, sob pressão reduzida, com posterior adição de água destilada, para redução do pH. A polpa celulósica é extraída com água quente, sob agitação, filtrada utilizando água destilada, para lavagem, até pH neutro, e segue para secagem em estufa. Esta foi submetida ao processo de branqueamento, adaptado de CARASCHI (1997), que consiste na mistura com água destilada numa proporção 1:40 (m/v), sob agitação, até a desintegração dos aglomerados. Em seguida foi aquecida à temperatura de 70°C, com posterior adição de 3 mL de ácido acético glacial, seguido de 3 g de clorito de sódio. A mistura reacional foi mantida sob agitação por 1h e, logo após resfriada em banho de gelo, filtrada e lavada com água destilada até neutralidade. O material obtido foi denominado “Celulose do BCA”.

Resultado e discussão

Os espectros de FTIR da celulose do BCA após o processo de polpação e da celulose comercial estão apresentados na Figura 1(a) e 1(b). Através da análise comparativa dos espectros, observa-se existência de bandas atribuídas aos grupos hidroxílicos (estiramento O-H celulósico) em 3400 cm-1 e 3355 cm-1, respectivamente, deformação axial dos grupos C-H em 2910 cm-1, deformação angular dos grupos C-H em 1375cm-1, deformação angular de ligações C-O de alcoóis primários em 1160 cm-1, banda de absorção das ligações C-O-C, que representa a vibração do anel de piranose em 1050 cm-1 e ligações β-glicosídicas entre unidades de glicana em 903 cm-1, características de celulose. Pode-se observar a semelhança entre os espectros da celulose do BCA e da celulose comercial, evidenciando, qualitativamente, que a polpação soda/antraquinona foi eficiente na extração da hemicelulose e lignina produzindo celulose comparável à celulose comercial. No difratograma do BCA pré-tratado (figura 2a) observa-se dois picos na região dos ângulos de Bragg de intensidade do sinal em 2θ igual a 18° atribuído as regiões amorfas, e outro pico em 2θ igual a 21° atribuído as regiões cristalinas. No difratograma da celulose do BCA (figura 2b) são apontados dois picos na região de intensidade do sinal em 2θ=20,5° e 22,4° atribuído a regiões cristalinas (LI & RENNECKAR, 2011). Apresenta-se também um pico em 2θ igual a 16,1° e outro em 34,3° mostrados no difratograma, onde tais eventos são atribuídos a fração da celulose. A observação destes dois picos revela a remoção de lignina e hemicelulose do BCA. De forma similar, o pico de difração em 22,4° é mais evidente e estreito na celulose do BCA em relação ao BCA pré-tratado (pouco perceptível), indicando a remoção de lignina e hemicelulose.

Figura 1. Espectros FTIR (a) da celulose do BCA e (b) da celulose comercial (padrão).


Figura 2. Difratograma de raios X (a) do BCA pré- tratado e (b) da celulose do BCA.

Conclusões

A análise dos espectros (FTIR) da celulose do BCA e comercial apresentaram bandas de absorção semelhantes, mostrando que o processo de polpação foi eficiente quanto ao isolamento da celulose. O DRX da celulose do BCA apresentou picos característicos típicos de uma celulose comercial, e indicaram um possível aumento de cristalinidade que pode ser atribuído a remoção da lignina e hemicelulose, evidenciando a eficácia do processo soda/antraquinona. Propõe-se que a celulose, proveniente do BCA, pode ser utilizada como matéria prima de baixo custo para a obtenção de produtos de valor agregado.

Agradecimentos

A UFRN, aos Laboratórios de Pesquisa da UFRN-RN, Laboratório de Processos da UNIFACS/BA, Laboratórios de Pesquisa da UFAL-AL, PRH PB-222 e CNPq.

Referências

BADHAN, A. K.; CHADHA, B. S.; KAUR, J.; SAINI, H. S.; BHAT, M. K.; Production of multiple xylanolytic and cellulolytic enzymes by thermophilic fungus Myceliophthora sp. IMI 387099. Biore¬source Technology, vol. 98, p. 504-510, 2007.
BISWAS, A.; SAHA, B. C.; LAWTON, J. W.; SHOGREN, R. L.; & WILLETT, J. L. Process for obtaining cellulose acetate from agricultural by-products. Carbohydrate Polymers, vol. 64, p. 134–137, 2006.
CARASCHI, J. C. Estudo das relações estrutura/propriedades de carboximetilcelulose obtida por derivatização de polpa de bagaço de cana-de-açúcar. Tese de Doutorado - Instituto de Química de São Paulo – Universidade de São Paulo, São Carlos/SP, 1997.
CGEE – CENTRO DE GESTÃO E ESTUDOS ESTRATÉGICOS. Estudo Sobre as Possibilidades e Impactos da Produção de Grandes Quantidades de Etanol Visando à Substituição Parcial da Gasolina no Mundo - fase 1. Campinas: Núcleo Interdisciplinar de Planejamento. (Nipe/Unicamp) e Centro de Gestão de Estudos Estratégicos, 2009.
CURVELO, A. A. S. Processo de Deslignificação Organossolve. 1992. Tese de Doutorado - Instituto de Química de São Carlos, USP, São Carlos, 1992.
LI, Q.; RENNECKAR, S. Supramolecular structure characterization of molecularly thin cellulose I nanoparticles. Biomacromolecules, vol. 12, p. 650-659, 2011.
LIM, S. K.; SON, T. W.; LEE, D. W.; PARK, B. K.; & CHO, K. M. Novel regenerated cellulose fibers from rice straw. Journal of Applied Polymer Science. vol. 82, p. 1705–1708, 2001.
ROGALINSKI, T.; INGRAM, T.; BRUNNER, G. J. Hydrolysis of lignocellulosic biomass in water under elevated temperatures and pressures. Supercritical Fluids, vol. 47, p. 54-63, 2008.
SUN, X. F.; SUN, R. C.; SU, Y. Q.; & SUN, J. X. Comparative study of crude cellulose from wheat straw. Journal of Agricultural and Food Chemistry, vol. 52, p. 839-847, 2004.