Fracionamento de bagaço de cana-de-açúcar empregando diferentes técnicas de pré-tratamento para a recuperação de glicose.

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dc.contributor.advisorGurgel, Leandro Vinícius Alvespt_BR
dc.contributor.advisorBaeta, Bruno Eduardo Lobopt_BR
dc.contributor.authorFerreira, André Luis Rossoni
dc.contributor.refereeGurgel, Leandro Vinícius Alvespt_BR
dc.contributor.refereeBaeta, Bruno Eduardo Lobopt_BR
dc.contributor.refereePatrocinio, Antonio Otavio de Toledopt_BR
dc.contributor.refereeHerrera Adarme, Oscar Fernandopt_BR
dc.contributor.refereeBarreto, Elisa da Silvapt_BR
dc.date.accessioned2022-08-22T21:26:56Z
dc.date.available2022-08-22T21:26:56Z
dc.date.issued2022pt_BR
dc.descriptionPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Universidade Federal de Ouro Preto.pt_BR
dc.description.abstractA 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.pt_BR
dc.description.abstractenThe recovery of glucose from cellulose contained in sugarcane bagasse is a costly and technically difficult operation, since the enzymatic hydrolysis of cellulose requires the adoption of pretreatments strategically designed to deconstruct the lignocellulosic matrix formed by the interaction of cellulose, hemicelluloses, and lignin in the plant cell. Therefore, in this research, the technical and environmental feasibility of applying a fractionation strategy to sugarcane bagasse using a photocatalytic pretreatment (PP) after hydrothermal pretreatment (HP) followed by alkaline extraction (AE) for the isolation and recovery of cellulose contained in sugarcane bagasse was investigated. This way, the HP was performed under conditions of 183 oC, 41 min, 170 psi, and liquid-to-solid ratio (LSR) of 3.94 mL of water per gram of sugarcane bagasse. Then, the resulting solid fraction was submitted to an AE with an aqueous 0.2 mol L-1 NaOH solution (25 oC, 30 s, LSR of 10 mL g-1 ). The solid fraction resulting from these pretreatment steps was subjected to the photocatalytic pretreatment. For this pretreatment, a Doehlert experimental design was used to investigate the simultaneous variation of the titanium dioxide content (0.5, 8.0, 15.5, 23.0, and 30.5% w w-1 ) and reaction time (15, 40, and 65 min). The solid fractions generated by the photocatalytic pretreatment were submitted to an enzymatic hydrolysis step employing 10 FPU (filter paper units) of cellulolytic and hemicellulolytic enzyme cocktail per gram of pretreated biomass (50 oC, pH 4.8, LSR of 10 mL g-1 , 72 h, 85% Cellic CTec 2, and 15% Cellic HTec 2 (v v-1 )). The response variables enzymatic conversion, residual cellulose, and delignification of the solid fraction resulting from photocatalytic pretreatment assays were statistically analyzed, and empirical models were built. The experimental enzymatic conversion reached values of up to 97.7% and the analysis of the response surface for this variable led to an experimental region where low contents of titanium dioxide and short reaction times favored obtaining higher values for this variable. However, the highest values of enzymatic conversion are not necessarily linked to the highest levels of residual cellulose and delignification. Total demand of 34.4 kWh of electricity and 22.6 L of water was estimated for the best fractionation route studied, which produced a glucose recovery of 163.4 g from 1000 g of raw bagasse. The optimum condition, where higher enzymatic conversion, higher residual cellulose content, and higher degree of delignification was desired, was estimated to be 30.5% TiO2 (w w-1 ) and 59 min of reaction, with an estimated enzymatic conversion of 96.0% and an estimated degree of delignification of 58.2%.pt_BR
dc.identifier.citationFERREIRA, 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.pt_BR
dc.identifier.urihttp://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/15152
dc.language.isopt_BRpt_BR
dc.rightsabertopt_BR
dc.rights.licenseAutorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 11/05/2022 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.pt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/*
dc.subjectBiomassa - biomassa lignocelulósicapt_BR
dc.subjectOxidação - oxidação fotocatalíticapt_BR
dc.subjectHidrólise - hidrólise enzimáticapt_BR
dc.subjectPlanejamentopt_BR
dc.subjectBiorrefinariapt_BR
dc.subjectBalanço hidrológicopt_BR
dc.subjectBalanço energético - geofísicapt_BR
dc.titleFracionamento de bagaço de cana-de-açúcar empregando diferentes técnicas de pré-tratamento para a recuperação de glicose.pt_BR
dc.typeDissertacaopt_BR
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