Desenvolvimento tecnológico de produtos e processos para o aproveitamento integral da fibra de coco

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Química Verde

Autores

Silva de Almeida, J. (UECE) ; Magalhães do Nascimento, D. (UFC) ; Ferreira Dias, A. (IFCE) ; Cléa Brito de Figueirêdo, M. (EMBRAPA AGROINDÚSTRIA TROPICAL) ; Paulo Saraiva Morais, J. (EMBRAPA ALGODÃO) ; de Freitas Rosa, M. (EMBRAPA AGROINDÚSTRIA TROPICAL)

Resumo

A fibra da casca de coco verde é um resíduo abundante, principalmente nas regiões tropicais e é composta majoritariamente por lignina, hemiceluloses e celulose. Este trabalho aborda a obtenção de celulose, extração de nanocristais de celulose, recuperação da lignina e produção de biogás visando o aproveitamento integral da fibra. As amostras foram caracterizadas por meio de espectroscopia de infravermelho com transformada em Fourier (FTIR), calorimetria exploratória diferencial (DSC), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET), difração de raio-x (DRX), potencial zeta e potencial de produção de metano (PPM).

Palavras chaves

Resíduo; Fibra da casca de coco; Aproveitamento integral

Introdução

O Brasil possui um grande potencial para o reaproveitamento de biomassa, devido sua biodiversidade, agricultura desenvolvida e elevada produção resíduos agroindustriais. A fibra da casca do coco verde (FC) apresenta um baixo teor de celulose, hemiceluloses e lignina. Entretanto o aproveitamento integral de todos os seus macrocomponentes pode viabilizar seu uso industrial e contribuir para reduzir o impacto ambiental de sua deposição inadequada em lixões. A FC é uma fonte viável para a obtenção de celulose, nanocristais de celulose (CNC), lignina e metano. Os nanocristais de celulose pode ser aplicados em diversas áreas por exemplo são: embalagens ativas e inteligentes (AZEREDO et al., 2012), filmes biodegradáveis (ARRIETA et al., 2014) e bionanocompósitos (MEDEIROS et al., 2014; SARALEGI et al., 2013). Para a obtenção dos nanocristais, a celulose deve ser separada, tanto quanto possível, dos outros componentes da parede celular. Os CNC são obtidos geralmente por meio de hidrólise ácida. Basicamente, a cinética da reação favorece a região amorfa mantendo a região cristalina da celulose intacta. A lignina e as hemiceluloses atuam como uma barreira física, diminuindo a acessibilidade do ácido à região amorfa da celulose e aumentando o consumo de reagentes. Contudo, a lignina e as hemiceluloses podem ser recuperadas e reutilizadas para a obtenção de biomateriais e energia (metano), respectivamente.

Material e métodos

A FC foi submetida a um pré-tratamento químico com ácido acético 93%, catalisado por 0,3% de ácido clorídrico, em refluxo durante 3h. A mistura foi filtrada e seu efluente foi separado para posterior recuperação da lignina (licor negro). Em seguida a FC foi submetida a etapas adicionais de branqueamentos com peróxido de hidrogênio 30% e hidróxido de sódio 4% e hidróxido de potássio 6%, para a obtenção da polpa celulose (PC). Para a obtenção dos nanocristais a PC foi submetida a dois métodos de extração: (I) utilizando H2SO4 30% durante 6h e (II) H2SO4 60% durante 45 min. As amostras obtidas foram centrifugadas, dialisadas e ultrassonicadas. Os nanocristais obtidos no processo I são chamados de CNC3O e os do processo II CNC60. O efluente do tratamento com ácido acético foi concentrado em evaporador rotativo, diluído para a precipitação da lignina e filtrado. O efluente do pré-tratamento e das etapas de branqueamento foram analisados em um respirômetro automáticos para avaliar o seu potencial de produção de metano (PPM).

Resultado e discussão

Os resultados de MEV mostraram um aumento na rugosidade das fibras após cada tratamento químico, causada pela remoção dos componentes macromoleculares (JOHAR; AHMAD; DUFRESNE, 2012). (Figura 1) Os resultados do FTIR da fibra antes e depois do pré-tratamento e etapas de branqueamento mostraram o desaparecimento das bandas referentes a lignina e das hemiceluloses, indicando a remoção desses componentes. Foi observado por DRX um aumento no índice de cristalinidade com o avanço dos processos de tratamento devido a remoção dos componentes não-celulósicos e amorfos das amostras. Estes resultados confirmam a remoção dos componentes não-celulósicos da fibra e obtenção da polpa de celulose. O espectro de FTIR da LR mostrou picos em torno de 1718cm-1, indicando a deformação de cetonas conjugadas e ácidos carboxílicos, indicando a presença de fragmentos de hemicelulose e a possível acetilação da lignina. Foi observado a presença de bandas referentes a lignina tipo G-S. A temperatura de transição vítrea da LR determinada pela análise da curva de DSC foi aproximadamente 110°C. O PPM do efluente em 30 dias de digestão anaeróbia foi de 2 Lmetano/Kgefluente. Os resultados de potencial zeta, índice de cristalinidade e comprimento e largura (determinados por MET) para CNC30 e CNC60, são mostrados na tabela 1. De acordo com a análise de MET, observou-se que os CNC30 são menores que os CNC60, porém ambos apresentam dimensões na escala nanométrica. O IC dos CNC30 foi menor do que o dos CNC60, pois processos com H2SO4 concentrado geram nanocristais com elevado IC (MARIANO; EL KISSI; DUFRESNE, 2014).

MEV para a FC (a), fibra tratada com ácido acético (b) e PC (c-d). Escala de 50 µm para (a), (b) e (c) e 20 µm para (d).


Valores de potencia zeta e tamanho de partícula para os CNC30 e CNC60.

Conclusões

Foi possível obter nanocelulose, lignina e avaliar o PPM a partir de fibra de coco. A metodologia de extração com H2SO4 60% foi a mais eficiente, uma vez que os nanocristais apresentaram maior largura e maior índice de cristalinidade (indicando maior integridade dos cristais). A fibra de coco pode ser utilizada como fonte de nanocelulose, tendo como coprodutos lignina e metano, contribuindo assim para um balanço de massa favorável, desenvolvimento de materiais de alto valor agregado e sustentáveis.

Agradecimentos

Agradeço à EMBRAPA, ao CNPq e à CAPES.

Referências

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