UTILIZAÇÃO DE CASCA DE SOJA COMO BIOMASSA PRECURSORA NA SÍNTESE DE COMPOSTOS FURÂNICOS

Resumo

A síntese de compostos furânicos, como o 5-hidroximetilfurfural (HMF) e o furfural (FF) a partir da utilização de biomassa residual usando líquidos iônicos (LIs) como solventes, tende a aumentar o rendimento. Assim, este trabalho teve como objetivo utilizar a casca da soja, na síntese de HMF e FF usando LI. A biomassa foi seca, moída e hidrolisada em meio ácido. A síntese de HMF e FF foi realizada utilizando 2,5ml do hidrolisado, 1g de LI em banho de óleo sob agitação constante, variando o tempo e a temperatura de reação. A maior concentração de HMF e FF foi obtido após 1h e 3h, respectivamente, à 140° C. A análise estatística mostrou que a temperatura tem uma forte influência sobre os rendimentos. Observou-se que a casca de soja possui boa capacidade precursora para a síntese de HMF e FF.

Palavras chaves

Biomassa; Casca de soja; Liquido iônico

Introdução

Em contraposição aos grandes impactos ambientais da atividade petroquímica, as fontes de energia renovável vêm se desenvolvendo, e dentre estas a biomassa tem se destacado no mercado de biocombustíveis. Compostos furânicos, como o 5-hidroximetilfurfural (HMF), obtidos a partir de biomassa, surgiram como importantes plataformas químicas industriais. (VAZ JR, 2017). Nesse contexto, estudos referentes à utilização de resíduos agroindustriais, para a produção de subprodutos diversos tem aumentado em todo o Brasil, neste cenário, a casca de soja ganha destaque por ser proveniente do grão mais produzido no país (CONAB, 2016). Dentre os produtos de interesse que podem ser obtidos com a conversão da biomassa, (HMF). O HMF é uma das plataformas químicas de maior potencial e versatilidade, podendo ser utilizado para a síntese de biocombustíveis e outros compostos valiosos de biomateriais de carboidratos (LEWKOWSKI, 2001; ROMAN-LESHKOV et al., 2007; SUN et al., 2015). Já o (FF), atualmente possui uma produção anual de cerca de 200.000 toneladas, sendo caracterizado como produto químico industrial da série furânica mais importante no mercado. Uma das formas de potencializar a conversão dos açúcares em HMF e FF ocorre através da utilização de líquidos iônicos (LIs) como solvente. Além de que o uso dos LIs permitem o desenvolvimento de processos simples e eficientes devido à recuperação simplificada do solvente e do produto (PELETEIRO et al., 2016). Assim, o presente trabalho visou explorar a produção de HMF e FF em bons rendimentos a partir de biomassa advinda da casca da soja utilizando-se líquido iônico [BMIM][Cl].

Material e métodos

A análise da composição química da casca de soja foi realizada através de pré-tratamentos físicos e químicos, que propiciaram a liberação dos principais componentes químicos da casca de soja. No pré-tratamento físico a casca de soja foi seca em estufa por 24 horas a 60°C e posteriormente foi realizada a moagem da casca usando moinho de facas tipo Willey. Já no pré- tratamento químico foi realizada a hidrólise ácida segundo metodologia desenvolvida por (DUNNING; DALLAS, 1949). Após a moagem foi pesado 2g de biomassa em um béquer de 100 mL, então adicionou-se 10 ml de ácido sulfúrico (H2SO4) a 72%. A mistura foi agitada continuamente com bastão de vidro por 7 minutos em banho de água a 50°C. Após isso adicionou-se 40 mL de água destilada e o conteúdo transferido para um Erlenmeyer de 250 mL. A solução foi levada à autoclave à 121ºC por 15 minutos. Após resfriamento, foi feita a filtragem em papel filtro previamente pesado separando a fração sólida da fração líquida. A síntese de HMF foi realizada segundo adaptação da metodologia desenvolvida por (YI et al., 2012). Utilizou-se 2,5ml de amostra hidrolisada, 1g do liquido iônico [BMIM][Cl] em banho de óleo sob agitação constante variando o tempo e a temperatura reacional. Após completado o tempo de reação, o produto foi lavado três vezes com acetato de etila. O planejamento e análise experimental foi realizado utilizado o programa Protimiza. A influência da temperatura (80, 100, 120, 140 e 160°C) e do tempo reacional (0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 3,5h) foram avaliadas através de um delineamento composto central rotacional (DCCR), ou seja, um 2² incluindo 4 ensaios nas condições axiais e 3 repetições no ponto central, totalizando 11 ensaios.

Resultado e discussão

Em todas as reações foram variados o tempo e a temperatura reacional conforme planejamento fatorial 2², cujos níveis de variação são descritos na Tabela 1(a). A partir da quantificação de HMF e Furfural realizada por análise de CLAE Tabela 1(b) foi possível realizar a análise estatística dos dados obtidos. As Figuras 1(a) e 1(b) apresentam o Diagrama de Pareto para os dados de rendimento de HMF e furfural, respectivamente, a partir da reação da casca de soja, com base do qual foi possível observar que neste experimento a variável temperatura é significativa, possuindo forte influência nos rendimentos de furfural bem como no de HMF. As figuras 2(a) e 2 (b) apresentam as superfícies de resposta geradas para o rendimento de HMF e de Furfural. A figura 2(a) demonstra que para o sistema estudado, as condições de temperatura e tempo mostram um máximo de rendimento de HMF na região central do gráfico.

Valores utilizados no DCCR para a produção de HMF e furfural e Matriz

Conclusões

As concentrações da casca de soja encontra-se dentro dos parâmetros esperados para as concentrações de HMF e FF produzidos nos diferentes tempos, temperaturas e LI. As análises das amostras nas concentrações de HMF demonstraram melhor rendimento nas temperaturas de 140ºC, com o tempo variando entre 1 à 3 horas ambos utilizando o LI [BMIM][Cl]. Porém, obteve-se baixa concentração de HMF na temperatura de 80°C no tempo de 2 h, e de FF à 120°C no tempo de 30 min. No processo de síntese de compostos furânicos destaca-se a efetividade do LI [BMIM][Cl], devido as altas concentrações dos mesmos.

Agradecimentos

Agrademos à universidade Federal do Tocantins (Uft) e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico Tecnologica (CNPq)

Referências

CONAB, Companhia Nacional de Abastecimento. Acompanhamento da safra brasileira de grãos. 2016. Disponível em : http://www.conab.gov.br/OlalaCMS/uploads/arquivos/16_01_12_09_00_46_boletim_graos_janeiro_2016.pdf.>Acesso em 01 de agosto 2019.
DUNNING, J. W.; DALLAS, D. E. Analytical procedures for control of saccharification operations. Analytical Chemistry, v. 21, n. 6, p. 727-729, 1949.
LEWKOWSKI, J. Síntese, química e aplicações de 5-hidroximetil-furfural e seus derivados. 2001.
PELETEIRO, Susana et al. Furfural production using ionic liquids: A review. Bioresource Technology, v. 202, p. 181-191, 2016.
ROMAN-LESHKOV, Y., BARRETT, C. J., LIU, Z. Y., DUMESIC, J. A. Production of dimethylfuran for liquid fuels from biomass-derived carbohydrates. Nature, v.447, p. 982–987, 2007.
SUN, J. et al. Conversion of bamboo fiber into 5-hydroxymethylfurfural catalyzed by sulfamic acid with microwave assistance in biphasic system. Industrial Crops And Products, [s.l.], v. 70, p.266-271, 2015.
VAZ JR, S., Rumo a uma Química Renovável Brasileira a partir da Biomassa Vegetal. Revista Virtual de Química, v. 9, n. 1, 2017.
YI, Young-Byung et al. New role of choromium fluoride: Its catalytic on the synthesis of hydroxymethylfurfural in ionic liquid using raw plant biomass and characterization of biomass hydrolysis. Chemical Engineering Journal. Busan, South Korea, p. 370-375, 2012.