Avaliação do uso de Solventes Eutéticos Profundos (DESs) na extração de lignina do bagaço de cana-de-açúcar
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/30362 |
Resumo: | Lignin has a high interest for the industrial sector once it can be used in the production of a vast number of products in chemical industries such as new polymers and antioxidants. Deep Eutectic Solvents (DESs) can be efficient solvents in the extraction of lignin from renewable sources, such as lignocellulosic biomass, favoring a significant delignification as well as playing an important role in the concept of green chemistry when compared to those using conventional organic solvents, as hexane and/or concentrated inorganic acids and bases, for example, which have some disadvantages due their high vapor pressure and high flammability Thus, this study has the aim to investigate and optimize the use of DESs in lignin recovery from sugarcane bagasse. Three different DESs were evaluated, ChLa (choline chloride: acid lactic), ChGy (choline chloride: glycerol) and ChU (choline chloride: urea), selecting the last one due to its better performance presented in preliminary tests. The experimental design approach, with center point added, was carried out to investigate the effect of DESs volume, water addition and extraction time on the studied recovery. The following techniques were used to understand the recovered lignin structure: Fourier-transform Infrared Spectrometry (FTIR), Thermogravimetry (TG) and X-ray Diffraction (DRX). The hydrothermal treatment of sugarcane bagasse was also carried out to be compared it to DESs treatments. After the extraction procedures, it was noticed the high mitigation of the lignin content using ChU (- 55.05 %). Although ChLa has presented a similar extraction capacity (-57.57%), this DESs also removed a significant content of hemicellulose, what indicated its poor selectivity. The hydrothermal treatment improved the lignin content (25.25 %), what indicate its capacity to remove other constituents instead of the target. After carrying out the experimental design, it was observed that the highest lignin removal was obtained under the following conditions: 0.3g of biomass, 3 mL of DES, 6% of water addition and 2h of extraction, obtaining an extraction of about 58.38% of the target biopolymer. The recovered lignin FTIR spectrum showed that the polymeric structure was preserved after the treatment and the DRX result pointed an increase of crystallinity index, as result of the realized extraction process. The studies carried out in this research reinforce the efficiency of using DES for lignin extraction, enabling faster removal with a reduction in temperature and extraction time. |
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Avaliação do uso de Solventes Eutéticos Profundos (DESs) na extração de lignina do bagaço de cana-de-açúcarLignina - ExtraçãoBiomassa lignocelulósicaCana-de-açúcar - BagaçoSolventes Eutéticos Profundos - DESPlanejamento experimentalLignin - ExtractionLignocellulosic biomassExperimental designCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICALignin has a high interest for the industrial sector once it can be used in the production of a vast number of products in chemical industries such as new polymers and antioxidants. Deep Eutectic Solvents (DESs) can be efficient solvents in the extraction of lignin from renewable sources, such as lignocellulosic biomass, favoring a significant delignification as well as playing an important role in the concept of green chemistry when compared to those using conventional organic solvents, as hexane and/or concentrated inorganic acids and bases, for example, which have some disadvantages due their high vapor pressure and high flammability Thus, this study has the aim to investigate and optimize the use of DESs in lignin recovery from sugarcane bagasse. Three different DESs were evaluated, ChLa (choline chloride: acid lactic), ChGy (choline chloride: glycerol) and ChU (choline chloride: urea), selecting the last one due to its better performance presented in preliminary tests. The experimental design approach, with center point added, was carried out to investigate the effect of DESs volume, water addition and extraction time on the studied recovery. The following techniques were used to understand the recovered lignin structure: Fourier-transform Infrared Spectrometry (FTIR), Thermogravimetry (TG) and X-ray Diffraction (DRX). The hydrothermal treatment of sugarcane bagasse was also carried out to be compared it to DESs treatments. After the extraction procedures, it was noticed the high mitigation of the lignin content using ChU (- 55.05 %). Although ChLa has presented a similar extraction capacity (-57.57%), this DESs also removed a significant content of hemicellulose, what indicated its poor selectivity. The hydrothermal treatment improved the lignin content (25.25 %), what indicate its capacity to remove other constituents instead of the target. After carrying out the experimental design, it was observed that the highest lignin removal was obtained under the following conditions: 0.3g of biomass, 3 mL of DES, 6% of water addition and 2h of extraction, obtaining an extraction of about 58.38% of the target biopolymer. The recovered lignin FTIR spectrum showed that the polymeric structure was preserved after the treatment and the DRX result pointed an increase of crystallinity index, as result of the realized extraction process. The studies carried out in this research reinforce the efficiency of using DES for lignin extraction, enabling faster removal with a reduction in temperature and extraction time.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESA lignina possui um elevado interesse industrial uma vez que pode ser empregada na produção de variados produtos de interesse da indústria química, tais como novos polímeros e antioxidantes. Os Solventes Eutéticos Profundos (DESs) podem ser eficientes solventes na extração de lignina a partir de fontes renováveis, como as biomassas lignocelulósicas, favorencendo uma significativa deslignificação bem como, desempenhando um importante papel no conceito de química verde quando comparados com os que utilizam os solventes orgânicos convencionais como, hexano, e/ou ácidos e bases inorgânicas concentradas que apresentam algumas desvantagens como, elevada pressão de vapor e alta inflamabilidade. Deste modo, este estudo teve como objetivo avaliar e otimizar o uso dos solventes eutéticos profundos (DESs) na recuperação de lignina do bagaço de cana-de-açúcar. Três tipos de DESs foram avaliados, ChLa (cloreto de colina:ácido lático), ChGy (cloreto de colina:glicerol) e ChU (cloreto de colina:ureia), selecionando-se o último devido ao melhor desempenho apresentado nos ensaios preliminares. Um planejamento experimental com ponto central foi realizado para investigar como os fatores volume do DES, adição de água ao solvente e tempo de extração influenciam no processo de recuperação. As técnicas de espectrometria na região do infravervemelho por transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica (TGA) e difratometria de raios-X (DRX) foram utilizadas para avaliar a estrutura da lignina e das amostras de bagaço. O tratamento do bagaço de cana-de-açúcar utilizando o método hidrotérmico, também foi realizado para comparar com os resultados obtidos com os DESs. Após o processo de extração, observou-se que houve uma diminuição significativa no teor de lignina quando o bagaço foi tratado com ChU quando comparado com o teor da matriz in natura (-55,05 %). Embora o ChLa também tenha sido eficiente na extração, em relação ao polímero estrutural, (-57,57%) ele também removeu significativa quantidade de hemicelulose, o que indica sua baixa seletividade. Já no tratamento hidrotérmico, houve um aumento no teor de lignina, cerca de 25,25%, demonstrando sua preferência em remover outros constituintes. Após a realização do planejamento experimental, observou-se que a maior remoção de lignina foi obtida nas seguintes condições: 0,3g de biomassa, 3 mL de DES, adição de 6% de água ao solvente e tempo de extração de 2h, obtendo-se uma extração de cerca de 58,38% do biopolímero alvo. A partir dos espectros de FTIR foi possível verificar que a estrutura da lignina foi preservada. Com relação aos espectros de DRX, houve um aumento no índice de cristalinidade indicando a remoção de grande parte da lignina amorfa durante o processo estudado. Os estudos realizados nessa pesquisa reforçam a eficiência do uso dos DES para extração da lignina possibilitando uma remoção mais rápida com uma redução de tempo de extração e temperatura.Universidade Federal da ParaíbaBrasilQuímicaPrograma de Pós-Graduação em QuímicaUFPBPontes, Liliana de Fátima Bezerra Lira deLattes não recuperado em 05/06/2024Cunha, Cláudia de OliveiraLattes não recuperado em 05/06/2024França, Vanessa Freire de2024-06-05T10:41:58Z2022-12-282024-06-05T10:41:58Z2022-12-16info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/30362porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2024-06-06T06:09:33Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/30362Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2024-06-06T06:09:33Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false |
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Lignin has a high interest for the industrial sector once it can be used in the production of a vast number of products in chemical industries such as new polymers and antioxidants. Deep Eutectic Solvents (DESs) can be efficient solvents in the extraction of lignin from renewable sources, such as lignocellulosic biomass, favoring a significant delignification as well as playing an important role in the concept of green chemistry when compared to those using conventional organic solvents, as hexane and/or concentrated inorganic acids and bases, for example, which have some disadvantages due their high vapor pressure and high flammability Thus, this study has the aim to investigate and optimize the use of DESs in lignin recovery from sugarcane bagasse. Three different DESs were evaluated, ChLa (choline chloride: acid lactic), ChGy (choline chloride: glycerol) and ChU (choline chloride: urea), selecting the last one due to its better performance presented in preliminary tests. The experimental design approach, with center point added, was carried out to investigate the effect of DESs volume, water addition and extraction time on the studied recovery. The following techniques were used to understand the recovered lignin structure: Fourier-transform Infrared Spectrometry (FTIR), Thermogravimetry (TG) and X-ray Diffraction (DRX). The hydrothermal treatment of sugarcane bagasse was also carried out to be compared it to DESs treatments. After the extraction procedures, it was noticed the high mitigation of the lignin content using ChU (- 55.05 %). Although ChLa has presented a similar extraction capacity (-57.57%), this DESs also removed a significant content of hemicellulose, what indicated its poor selectivity. The hydrothermal treatment improved the lignin content (25.25 %), what indicate its capacity to remove other constituents instead of the target. After carrying out the experimental design, it was observed that the highest lignin removal was obtained under the following conditions: 0.3g of biomass, 3 mL of DES, 6% of water addition and 2h of extraction, obtaining an extraction of about 58.38% of the target biopolymer. The recovered lignin FTIR spectrum showed that the polymeric structure was preserved after the treatment and the DRX result pointed an increase of crystallinity index, as result of the realized extraction process. The studies carried out in this research reinforce the efficiency of using DES for lignin extraction, enabling faster removal with a reduction in temperature and extraction time. |
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