Fracionamento de bagaço de cana-de-açúcar empregando diferentes técnicas de pré-tratamento para a recuperação de glicose.
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Date
2022
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Abstract
A recuperação de glicose a partir da celulose contido no bagaço da cana-de-açúcar é uma tarefa
difícil e onerosa, pois, a hidrólise enzimática da celulose requer a adoção de pré-tratamentos
delineados estrategicamente para desarranjar a matriz lignocelulósica concebida pela interação da
celulose, hemiceluloses e lignina na célula vegetal. Portanto, na pesquisa descrita nesta dissertação
foi avaliada a viabilidade técnica e ambiental da aplicação de uma estratégia de fracionamento do
bagaço de cana empregando um pré-tratamento fotocatalítico (FC) após o pré-tratamento
hidrotérmico (HT) seguido de extração alcalina (EA) para o isolamento e recuperação da celulose
contida no bagaço de cana. Assim, o pré-tratamento hidrotérmico foi executado sob as condições
de 183oC, por 41 min, 170 psi e relação líquido-sólido (RLS) de 3,94 mL de água por grama de
bagaço de cana. Em seguida, a fração sólida resultante foi submetida a uma extração alcalina com
solução aquosa de NaOH 0,2 mol L-1 (25oC, 30 s e RLS de 10 mL g-1
). A fração sólida resultante
das etapas de HT seguida de EA foram submetidas ao pré-tratamento fotocatalítico em temperatura
ambiente (20-25°C) onde o teor de dióxido de titânio (0,5, 8,0, 15,5, 23,0 e 30,5% m m-1
) e o tempo
de reação (15, 40 e 65 min) foram variados simultaneamente em seis condições únicas delineadas
por um planejamento experimental Doehlert, com triplicata no ponto central, em um total de nove
experimentos. As frações sólidas geradas ao final do fracionamento do bagaço de cana foram
submetidas a uma etapa de hidrólise enzimática catalisada por 10 FPU de enzimas celulolíticas e
hemicelulolíticas por grama de biomassa (50oC, pH 4,8, RLS de 10 mL g-1
, 72 h, 85% de Cellic
CTec 2 e 15% de Cellic HTec 2 (v v-1
)). As variáveis resposta conversão enzimática, teor de
celulose residual e deslignificação dos ensaios de pré-tratamento fotocatalítico foram analisadas
estatisticamente e modelos empíricos foram construídos. A conversão enzimática experimental
alcançou valores de até 97,7% e a análise da superfície de resposta levou a uma região experimental
onde baixas concentrações de dióxido de titânio e curtos tempos de reação favoreceram a obtenção
de maiores valores dessa variável. No entanto, os maiores valores de conversão enzimática não
estão necessariamente atrelados aos maiores teores de celulose residual e deslignificação. A
demanda total de 34,4 kWh de energia elétrica e de 22,6 L de água foi estimada ao fim dos pré-
tratamentos fracionados na condição que produziu a biomassa que proporcionaria a melhor
recuperação de glicose (163,4 g) a partir de 1000 g de bagaço bruto. A condição ótima para maior
conversão enzimática, maior teor de celulose residual e maior deslignificação foi estimada com o
emprego de 30,5% TiO2 (m m-1
) e 59 min de reação, com conversão enzimática e deslignificação
estimadas em 96,0% e 58,2%, respectivamente.
Description
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Universidade Federal de Ouro Preto.
Keywords
Biomassa - biomassa lignocelulósica, Oxidação - oxidação fotocatalítica, Hidrólise - hidrólise enzimática, Planejamento, Biorrefinaria, Balanço hidrológico, Balanço energético - geofísica
Citation
FERREIRA, André Luis Rossoni. Fracionamento de bagaço de cana-de-açúcar empregando diferentes técnicas de pré-tratamento para a recuperação de glicose. 2022. 109 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) – Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2022.