Adsorção de furfural em carvão ativado do endocarpo de açaí
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFPE |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/33819 |
Resumo: | O açúcar oriundo da biomassa lignocelulósica é uma das alternativas mais promissoras para a produção de bioprodutos (etanol, xilitol e arabitol). A hidrólise da biomassa antes do ataque biológico é um passo essencial para aumentar sua acessibilidade e biodegradabilidade. Entretanto, alguns compostos indesejáveis, como o furfural são formados. Esses compostos promovem a inibição do crescimento microbiano e afetam o processo de fermentação. A fim de eliminar essa inibição, o hidrolisado ácido de bagaço de sisal foi destoxificado utilizando, como adsorvente, carvão ativado obtido a partir de resíduos do processo de gaseificação do endocarpo de açaí. Para obtenção do adsorvente, o endocarpo de açaí foi gaseificado obtendo o carvão vegetal, que logo em seguida foi submetido ao processo de ativação química com NaOH. As modificações químicas sofridas pelo material foram determinadas por difração de raios-X (DRX), área superficial (BET), análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), microscopia de varredura eletrônica (MEV) e pH do ponto de carga zero (pHPCZ). Avaliou-se a influência de parâmetros importantes no processo de adsorção como velocidade de agitação e relação massa de adsorvente por volume de solução. Com base nos resultados obtidos foram realizados estudos cinéticos e de equilíbrio de adsorção. Por fim, a validação dos experimentos de adsorção foi realizada em licor hidrolisado ácido do bagaço de sisal e os ensaios fermentativos foram realizados utilizando-se a levedura Saccharomyces cerevisiae. Após o processo de ativação, foi observado um aumento na área superficial, fato comprovado pela formação da estrutura porosa observada nas imagens de MEV. Os difratogramas de raios-X apresentaram características de estruturas predominantemente amorfas. Na análise termogravimétrica foi observada que o carvão ativado apresentou maior estabilidade térmica. Pela análise de FT-IR, em ambos os carvões foi possível identificar picos referentes a grupos hidroxilas, carboxílicos e ésteres. A superfície do carvão passou a apresentar caráter básico com pHPCZ igual a 9,46.Os estudos de adsorção apresentaram capacidade máxima de remoção de furfural com velocidade de agitação de 200 e relação massa de adsorvente por volume de solução de 7 g.L⁻¹.O tempo de equilíbrio adsorvente-adsorvato foi atingido em 90 min, além disto, os dados seguiram um modelo cinético de pseudo-seunda ordem. Nos estudos de equilíbrio, o modelo que apresentou melhor ajuste foi o de Sips, apresentando uma capacidade máxima de adsorção de 48,016 mg.g⁻ ¹. De acordo com os resultados da destoxificação, o carvão ativado do endocarpo de açaí conseguiu remover 52% de furfural, 100% de HMF e 40,4% de ácido acético com perda moderada de açúcares (17%). Durante a fermentação a levedura atingiu concentração máxima de células em 96 horas de fermentação para ambas os licores antes e após a destoxificação, em que foi possível observar uma concentração máxima celular de 23,57 g.L⁻¹ e 28,07 g.L⁻¹, respectivamente. Os resultados demonstraram que o adsorvente utilizado apresenta potencial para remoção de furfural e demais inibidores da fermentação. |
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NASCIMENTO, Bruna Figueiredo dohttp://lattes.cnpq.br/0330731044935390http://lattes.cnpq.br/3644581240048018MOTTA SOBRINHO, Maurício Alves daSILVA, Flávio Luiz Honorato da2019-09-26T21:02:43Z2019-09-26T21:02:43Z2019-02-14https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/33819O açúcar oriundo da biomassa lignocelulósica é uma das alternativas mais promissoras para a produção de bioprodutos (etanol, xilitol e arabitol). A hidrólise da biomassa antes do ataque biológico é um passo essencial para aumentar sua acessibilidade e biodegradabilidade. Entretanto, alguns compostos indesejáveis, como o furfural são formados. Esses compostos promovem a inibição do crescimento microbiano e afetam o processo de fermentação. A fim de eliminar essa inibição, o hidrolisado ácido de bagaço de sisal foi destoxificado utilizando, como adsorvente, carvão ativado obtido a partir de resíduos do processo de gaseificação do endocarpo de açaí. Para obtenção do adsorvente, o endocarpo de açaí foi gaseificado obtendo o carvão vegetal, que logo em seguida foi submetido ao processo de ativação química com NaOH. As modificações químicas sofridas pelo material foram determinadas por difração de raios-X (DRX), área superficial (BET), análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), microscopia de varredura eletrônica (MEV) e pH do ponto de carga zero (pHPCZ). Avaliou-se a influência de parâmetros importantes no processo de adsorção como velocidade de agitação e relação massa de adsorvente por volume de solução. Com base nos resultados obtidos foram realizados estudos cinéticos e de equilíbrio de adsorção. Por fim, a validação dos experimentos de adsorção foi realizada em licor hidrolisado ácido do bagaço de sisal e os ensaios fermentativos foram realizados utilizando-se a levedura Saccharomyces cerevisiae. Após o processo de ativação, foi observado um aumento na área superficial, fato comprovado pela formação da estrutura porosa observada nas imagens de MEV. Os difratogramas de raios-X apresentaram características de estruturas predominantemente amorfas. Na análise termogravimétrica foi observada que o carvão ativado apresentou maior estabilidade térmica. Pela análise de FT-IR, em ambos os carvões foi possível identificar picos referentes a grupos hidroxilas, carboxílicos e ésteres. A superfície do carvão passou a apresentar caráter básico com pHPCZ igual a 9,46.Os estudos de adsorção apresentaram capacidade máxima de remoção de furfural com velocidade de agitação de 200 e relação massa de adsorvente por volume de solução de 7 g.L⁻¹.O tempo de equilíbrio adsorvente-adsorvato foi atingido em 90 min, além disto, os dados seguiram um modelo cinético de pseudo-seunda ordem. Nos estudos de equilíbrio, o modelo que apresentou melhor ajuste foi o de Sips, apresentando uma capacidade máxima de adsorção de 48,016 mg.g⁻ ¹. De acordo com os resultados da destoxificação, o carvão ativado do endocarpo de açaí conseguiu remover 52% de furfural, 100% de HMF e 40,4% de ácido acético com perda moderada de açúcares (17%). Durante a fermentação a levedura atingiu concentração máxima de células em 96 horas de fermentação para ambas os licores antes e após a destoxificação, em que foi possível observar uma concentração máxima celular de 23,57 g.L⁻¹ e 28,07 g.L⁻¹, respectivamente. Os resultados demonstraram que o adsorvente utilizado apresenta potencial para remoção de furfural e demais inibidores da fermentação.CAPESThe sugar produced from lignocellulosic biomass is one of the most promising alternatives for the production of bioproducts (ethanol, xylitol and arabitol). The hydrolysis of biomass before biological attack is an essential step to increase the accessibility and biodegradability of lignocellulose. However, some undesirable compounds, such as furfural, are formed. These compounds promote inhibition of microbial growth and affect the process of fermentation. In order to remove the inhibition, the acid hydrolyzate of sisal bagasse was detoxified using activated charcoal, obtained from the gasification process of acai endocarp, as an adsorbent in the detoxification of the hydrolyzate liquor of sisal bagasse. The acai endocarp was used to obtain biocharcoal, which later was subjected to the process of chemical activation with NaOH. The chemical modifications suffered by the material were determined by X-ray diffraction (XRD), surface area (BET), thermogravimetric analysis (TGA), infrared spectroscopy in the region (FT-IR), scanning electron microscopy (SEM) and pH at point of zero charge (pHPZC). The influence of important parameters in the adsorption process, such as agitation speed and adsorbent mass per solution volume ratio was evaluated. Based on the results, kinetic and adsorption equilibrium studies were carried out. Finally, validation of adsorption experiments was performed on acid hydrolysates of sisal bagasse and fermentation assays were carried out utilizing Saccharomyces cerevisiae yeast. After the activation process, it was observed an increase in the surface area, a fact demonstrated by the formation of a porous structure observed in the images from SEM. The x-ray diffractograms showed characteristics of predominantly amorphous structures. In the thermogravimetric analysis, it was only observed a loss of mass and more thermal stability to the activated charcoal. By FT-IR analysis, it was possible to identify peaks related to hydroxyl, carboxylic, and ester groups in both charcoals. The surface of the charcoal began to show basic character with pHPZC 9.46. Adsorption studies showed maximum removal of furfural with shaking speed of 200 rpm and adsorbent mass per solution volume ratio of 7 g.L ⁻¹. The time of adsorbent-adsorbate balance was reached in 90 minutes. In addition to that, the data followed a kinetic model of pseudo-second order. In the equilibrium studies, the model that presented best fit was the Sips model, showing a maximum adsorption capacity of 48.016 mg.g ⁻¹. According to the results of the detoxification, the activated carbon made from acai endocarp was able to remove 52% of furfural, 100% of HMF and 40.4% of acetic acid with a moderate loss of sugars (17%). During fermentation, the yeast attained maximum concentration of cells in 96 hours of fermentation for both liquors before and after detoxification, in which it was possible to observe a maximum cell concentration 23.57 g.L ⁻¹ and 28.07 g.L ⁻¹, respectively. The results showed that the adsorbent used presents potential for removing furfural and other fermentation inhibitors.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Engenharia QuimicaUFPEBrasilAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessEngenharia QuímicaSisalDestoxificaçãoAdsorçãoEndocarpo de açaíFurfuralAdsorção de furfural em carvão ativado do endocarpo de açaíinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesismestradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPETHUMBNAILDISSERTAÇÃO Bruna Figueiredo do Nascimento.pdf.jpgDISSERTAÇÃO Bruna Figueiredo do Nascimento.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1197https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/33819/5/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Bruna%20Figueiredo%20do%20Nascimento.pdf.jpga9774d0d15b0a7243dea6a7cceeb8475MD55ORIGINALDISSERTAÇÃO Bruna Figueiredo do Nascimento.pdfDISSERTAÇÃO Bruna Figueiredo do Nascimento.pdfapplication/pdf1694981https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/33819/1/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Bruna%20Figueiredo%20do%20Nascimento.pdf9effe7d2fec9f15de967a1562a12dad0MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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