Uso de nanopartículas de lignina do sabugo de milho como estabilizante de emulsão Pickering do tipo óleo/água
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFRN |
Texto Completo: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/57156 |
Resumo: | A biomassa vegetal possui três principais componentes estruturais: celulose, hemicelulose e lignina. Produtos à base de celulose são amplamente consumidos pela população, desde embalagens, até aparatos para armazenamento de energia, enquanto a hemicelulose é utilizada na obtenção de solventes industriais, como o furfural. A lignina tem sido aplicada para obtenção de calor e eletricidade em usinas de papel e celulose. Contudo, é estimado que a energia advinda de 15%-30% da lignina Kraft, a principal lignina técnica, é suficiente para manter o funcionamento das plantas industriais de papel e celulose, de modo que há excedente do biopolímero. Assim, o aprimoramento da lignina e o desenvolvimento de novas aplicações têm se mostrado como um campo de pesquisas em expansão. Nesse contexto, o presente trabalho visa agregar valor à lignina, particularmente na função de estabilizante. O estudo investiga o desempenho de nanopartículas de lignina como estabilizantes de emulsões Pickering do tipo óleo-água e formação de microcápsulas de policaprolactona. Para tanto, foi utilizada a lignina do sabugo de milho, obtida via extração alcalina. Para melhorar as propriedades emulsificantes do composto, foram realizadas reações químicas de oxidação e acetilação, além da adição de surfactante dodecil sulfato de sódio (SDS), de forma a obter quatro tipos diferentes de lignina. Além disso, as emulsões Pickering foram preparadas com diferentes concentrações de nanopartículas de lignina e utilizando diferentes líquidos hidrofóbicos: óleo de milho, tolueno e n-octanol, de forma a avaliar tanto o desempenho da lignina, como a estabilidade dos diferentes sistemas. As emulsões com maior concentração de lignina demonstraram ser mais estáveis, motivo pelo qual foram usadas na constituição das microcápsulas de PCL. Inicialmente, foram realizados ensaios para caracterizar as ligninas, tais como seu perfil UV, espectros FTIR e Termogravimetria. Os resultados desses ensaios, apoiados na literatura, indicam a ocorrência das modificações químicas esperadas, observadas por alterações no perfil das ligninas oxidada, acetilada e com SDS, em comparação com a lignina não modificada. Em seguida, para avaliar o desempenho das nanopartículas de ligninas, mediu-se o potencial zeta e a polidispersividade das ligninas oxidadas, acetiladas e com adição de SDS, bem como o tamanho das partículas após a modificação. Os resultados demonstram que as ligninas modificadas, em geral, possuem um potencial zeta maior em módulo do que a não modificada, já que esta apresentou um potencial de 0.18 e as demais de -2.13, -20.44 e 0.9. Um aumento semelhante foi observado na polidispersividade, que apresentara valores de 38.3 % na lignina não modificada, de 41.1% na acetilada, de 94.65% na lignina com SDS e de 30.3% na oxidada, que foi uma exceção à tendência de aumento e apresentou valores em comparação a lignina não modificada. Quanto ao tamanho, houve aumento no tamanho das ligninas modificadas, o que não era esperado e pode ter derivado de uma aglomeração das partículas. Após a análise das emulsões Pickering, os resultados mostram que, em geral, quanto maior a concentração de lignina, maior o índice de emulsificação e menor o diâmetro das gotículas das emulsões, o que converge para uma alta eficiência do biopolímero na estabilização dos sistemas. Além disso, quanto aos sistemas, o tolueno teve melhor desempenho nos índices de emulsificação, seguido pelo óleo de milho e pelo n-octanol. Comparando os tipos de ligninas, verificou-se que as acetilada e com surfactante obtiveram índices de emulsificação superiores e diâmetros consideravelmente menores das partículas em comparação com as ligninas oxidada e não modificada, cujos diâmetros alcançaram o dobro do diâmetro da lignina acetilada e com SDS, nas mesmas condições. Em relação às microcápsulas de PCL, apenas com a lignina acetilada de 1 g/L houve precipitação. A somatória dos resultados convergem para a conclusão de que a lignina tem propriedades tais que favorecem sua utilização como surfactante e, em especial, possibilitam a formação de microcápsulas biodegradáveis. Por fim, deixa-se aberto um campo de possibilidades para futuros trabalhos capazes de desenvolver usos e aplicações de microcápsulas formadas a partir da lignina. |
id |
UFRN_950f441107903ff32a1c363f9b3f975a |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/57156 |
network_acronym_str |
UFRN |
network_name_str |
Repositório Institucional da UFRN |
repository_id_str |
|
spelling |
Lopes, Arielle Joice Fonsecahttp://lattes.cnpq.br/7418235885018411https://orcid.org/0000-0002-1594-6814http://lattes.cnpq.br/7400460833577257Padilha, Carlos Eduardo de Araújohttps://orcid.org/0000-0002-9532-3026http://lattes.cnpq.br/1186888955341616Jesus, Anderson Alles deOliveira, Jackson Araújo deSouza, Domingos Fabiano de Santana2024-01-04T16:46:30Z2024-01-04T16:46:30Z2023-12-01LOPES, Arielle Joice Fonseca. Uso de nanopartículas de lignina do sabugo de milho como estabilizante de emulsão Pickering do tipo óleo/água. Orientador: Dr. Domingos Fabiano de Santana Souza. 2023. 72f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/57156A biomassa vegetal possui três principais componentes estruturais: celulose, hemicelulose e lignina. Produtos à base de celulose são amplamente consumidos pela população, desde embalagens, até aparatos para armazenamento de energia, enquanto a hemicelulose é utilizada na obtenção de solventes industriais, como o furfural. A lignina tem sido aplicada para obtenção de calor e eletricidade em usinas de papel e celulose. Contudo, é estimado que a energia advinda de 15%-30% da lignina Kraft, a principal lignina técnica, é suficiente para manter o funcionamento das plantas industriais de papel e celulose, de modo que há excedente do biopolímero. Assim, o aprimoramento da lignina e o desenvolvimento de novas aplicações têm se mostrado como um campo de pesquisas em expansão. Nesse contexto, o presente trabalho visa agregar valor à lignina, particularmente na função de estabilizante. O estudo investiga o desempenho de nanopartículas de lignina como estabilizantes de emulsões Pickering do tipo óleo-água e formação de microcápsulas de policaprolactona. Para tanto, foi utilizada a lignina do sabugo de milho, obtida via extração alcalina. Para melhorar as propriedades emulsificantes do composto, foram realizadas reações químicas de oxidação e acetilação, além da adição de surfactante dodecil sulfato de sódio (SDS), de forma a obter quatro tipos diferentes de lignina. Além disso, as emulsões Pickering foram preparadas com diferentes concentrações de nanopartículas de lignina e utilizando diferentes líquidos hidrofóbicos: óleo de milho, tolueno e n-octanol, de forma a avaliar tanto o desempenho da lignina, como a estabilidade dos diferentes sistemas. As emulsões com maior concentração de lignina demonstraram ser mais estáveis, motivo pelo qual foram usadas na constituição das microcápsulas de PCL. Inicialmente, foram realizados ensaios para caracterizar as ligninas, tais como seu perfil UV, espectros FTIR e Termogravimetria. Os resultados desses ensaios, apoiados na literatura, indicam a ocorrência das modificações químicas esperadas, observadas por alterações no perfil das ligninas oxidada, acetilada e com SDS, em comparação com a lignina não modificada. Em seguida, para avaliar o desempenho das nanopartículas de ligninas, mediu-se o potencial zeta e a polidispersividade das ligninas oxidadas, acetiladas e com adição de SDS, bem como o tamanho das partículas após a modificação. Os resultados demonstram que as ligninas modificadas, em geral, possuem um potencial zeta maior em módulo do que a não modificada, já que esta apresentou um potencial de 0.18 e as demais de -2.13, -20.44 e 0.9. Um aumento semelhante foi observado na polidispersividade, que apresentara valores de 38.3 % na lignina não modificada, de 41.1% na acetilada, de 94.65% na lignina com SDS e de 30.3% na oxidada, que foi uma exceção à tendência de aumento e apresentou valores em comparação a lignina não modificada. Quanto ao tamanho, houve aumento no tamanho das ligninas modificadas, o que não era esperado e pode ter derivado de uma aglomeração das partículas. Após a análise das emulsões Pickering, os resultados mostram que, em geral, quanto maior a concentração de lignina, maior o índice de emulsificação e menor o diâmetro das gotículas das emulsões, o que converge para uma alta eficiência do biopolímero na estabilização dos sistemas. Além disso, quanto aos sistemas, o tolueno teve melhor desempenho nos índices de emulsificação, seguido pelo óleo de milho e pelo n-octanol. Comparando os tipos de ligninas, verificou-se que as acetilada e com surfactante obtiveram índices de emulsificação superiores e diâmetros consideravelmente menores das partículas em comparação com as ligninas oxidada e não modificada, cujos diâmetros alcançaram o dobro do diâmetro da lignina acetilada e com SDS, nas mesmas condições. Em relação às microcápsulas de PCL, apenas com a lignina acetilada de 1 g/L houve precipitação. A somatória dos resultados convergem para a conclusão de que a lignina tem propriedades tais que favorecem sua utilização como surfactante e, em especial, possibilitam a formação de microcápsulas biodegradáveis. Por fim, deixa-se aberto um campo de possibilidades para futuros trabalhos capazes de desenvolver usos e aplicações de microcápsulas formadas a partir da lignina.Plant biomass has three main structural components: cellulose, hemicellulose and lignin. Cellulose-based products are widely consumed by the population, from packaging, fuels to energy storage devices, while hemicellulose is used to obtain industrial solvents, such as furfural. Lignin has been applied to obtain heat and electricity in pulp and paper mills. However, it is estimated that the recommended energy of 15%-30% of Kraft lignin, the main lignin technique, is sufficient to maintain the operation of industrial pulp and paper plants, so there is a surplus of the biopolymer. Thus, the improvement of lignin and the development of new applications have been shown to be an expanding field of research. In this context, the present work aims to add value to lignin, particularly as a stabilizer. The study investigates the performance of lignin nanoparticles as stabilizers of Pickering oil-water emulsions and the formation of PCL microcapsules. To this end, corn cob lignin, obtained through alkaline removal, was used. To improve the emulsifying properties of the compound, chemical oxidation and acetylation reactions were carried out, in addition to the addition of sodium dodecyl sulfate (SDS) surfactant, in order to obtain four different types of lignin. Furthermore, Pickering emulsions were prepared with different concentrations of lignin nanoparticles and using different hydrophobic liquids: corn oil, toluene and n-octanol, in order to evaluate both the performance of the lignin and the stability of the different systems. Lignins with higher concentrations are more beneficial, which is why they were included in the PCL microcapsules. Initially, tests were carried out to characterize the lignins, such as their UV profile, FTIR spectra and thermogravimetry. The results of these tests, supported by the literature, indicate the occurrence of the expected chemical modifications, observed by changes in the profile of oxidized, acetylated and SDS lignins, compared to unmodified lignin. Then, to evaluate the performance of lignin nanoparticles, the average zeta potential and polydispersity of oxidized, acetylated and SDS-added lignins, as well as the particle size after modification. The results demonstrate that modified lignins, in general, have a higher zeta potential in modulus than the unmodified one, as the latter presented a potential of 0.18 and the others of -2.13, -20.44 and 0. 9. A similar increase was observed in polydispersity, which presented a rate of 38.3% in unmodified lignin, 41.1% in acetylated lignin, 94.65% in lignin with SDS and 30.3% in oxidized lignin, which was an exception to the increasing trend and presented values in comparison with unmodified lignin. Regarding size, there was an increase in the size of the modified lignins, which was not expected and may have resulted from particle agglomeration. After analyzing the Pickering emulsions, the results show that, in general, the higher the lignin concentration, the higher the emulsification index, the smaller the diameter of the emulsion droplets, which converge to a high efficiency of the biopolymer in stabilizing the systems. Furthermore, regarding the systems, toluene had the best performance in emulsification rates, followed by corn oil and n-octanol. Comparing the types of lignins, it was found that the acetylated and surfactant lignins obtained higher emulsification rates and considerably smaller particle diameters compared to the oxidized and unmodified lignins, whose diameters reached twice the diameter of the acetylated lignin and with SDS, under the same conditions. In relation to PCL microcapsules, only 1 g/L of the acetylated lignin presented. The sum of the results converges to the conclusion that lignin has properties that favor its use as a surfactant and, in particular, enable the formation of biodegradable microcapsules, leaving open a field of possibilities for future work capable of developing uses and applications of microcapsules formed from lignin.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqUniversidade Federal do Rio Grande do NortePROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICAUFRNBrasilCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICALigninaNanopartículasNanoemulsão pickeringUso de nanopartículas de lignina do sabugo de milho como estabilizante de emulsão Pickering do tipo óleo/águaUse of corncob lignin nanoparticles as a stabilizer for Pickering oil/water emulsionsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALUsonanoparticulaslignina_Lopes_2023.pdfapplication/pdf10423859https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/57156/1/Usonanoparticulaslignina_Lopes_2023.pdf5b150b70259baa10118e1f82073bec72MD51123456789/571562024-01-04 13:47:09.93oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/57156Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2024-01-04T16:47:09Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
dc.title.pt_BR.fl_str_mv |
Uso de nanopartículas de lignina do sabugo de milho como estabilizante de emulsão Pickering do tipo óleo/água |
dc.title.alternative.pt_BR.fl_str_mv |
Use of corncob lignin nanoparticles as a stabilizer for Pickering oil/water emulsions |
title |
Uso de nanopartículas de lignina do sabugo de milho como estabilizante de emulsão Pickering do tipo óleo/água |
spellingShingle |
Uso de nanopartículas de lignina do sabugo de milho como estabilizante de emulsão Pickering do tipo óleo/água Lopes, Arielle Joice Fonseca CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA Lignina Nanopartículas Nanoemulsão pickering |
title_short |
Uso de nanopartículas de lignina do sabugo de milho como estabilizante de emulsão Pickering do tipo óleo/água |
title_full |
Uso de nanopartículas de lignina do sabugo de milho como estabilizante de emulsão Pickering do tipo óleo/água |
title_fullStr |
Uso de nanopartículas de lignina do sabugo de milho como estabilizante de emulsão Pickering do tipo óleo/água |
title_full_unstemmed |
Uso de nanopartículas de lignina do sabugo de milho como estabilizante de emulsão Pickering do tipo óleo/água |
title_sort |
Uso de nanopartículas de lignina do sabugo de milho como estabilizante de emulsão Pickering do tipo óleo/água |
author |
Lopes, Arielle Joice Fonseca |
author_facet |
Lopes, Arielle Joice Fonseca |
author_role |
author |
dc.contributor.authorLattes.pt_BR.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/7418235885018411 |
dc.contributor.advisorID.pt_BR.fl_str_mv |
https://orcid.org/0000-0002-1594-6814 |
dc.contributor.advisorLattes.pt_BR.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/7400460833577257 |
dc.contributor.referees1.none.fl_str_mv |
Jesus, Anderson Alles de |
dc.contributor.referees2.none.fl_str_mv |
Oliveira, Jackson Araújo de |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Lopes, Arielle Joice Fonseca |
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv |
Padilha, Carlos Eduardo de Araújo |
dc.contributor.advisor-co1ID.fl_str_mv |
https://orcid.org/0000-0002-9532-3026 |
dc.contributor.advisor-co1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/1186888955341616 |
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv |
Souza, Domingos Fabiano de Santana |
contributor_str_mv |
Padilha, Carlos Eduardo de Araújo Souza, Domingos Fabiano de Santana |
dc.subject.cnpq.fl_str_mv |
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA |
topic |
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA Lignina Nanopartículas Nanoemulsão pickering |
dc.subject.por.fl_str_mv |
Lignina Nanopartículas Nanoemulsão pickering |
description |
A biomassa vegetal possui três principais componentes estruturais: celulose, hemicelulose e lignina. Produtos à base de celulose são amplamente consumidos pela população, desde embalagens, até aparatos para armazenamento de energia, enquanto a hemicelulose é utilizada na obtenção de solventes industriais, como o furfural. A lignina tem sido aplicada para obtenção de calor e eletricidade em usinas de papel e celulose. Contudo, é estimado que a energia advinda de 15%-30% da lignina Kraft, a principal lignina técnica, é suficiente para manter o funcionamento das plantas industriais de papel e celulose, de modo que há excedente do biopolímero. Assim, o aprimoramento da lignina e o desenvolvimento de novas aplicações têm se mostrado como um campo de pesquisas em expansão. Nesse contexto, o presente trabalho visa agregar valor à lignina, particularmente na função de estabilizante. O estudo investiga o desempenho de nanopartículas de lignina como estabilizantes de emulsões Pickering do tipo óleo-água e formação de microcápsulas de policaprolactona. Para tanto, foi utilizada a lignina do sabugo de milho, obtida via extração alcalina. Para melhorar as propriedades emulsificantes do composto, foram realizadas reações químicas de oxidação e acetilação, além da adição de surfactante dodecil sulfato de sódio (SDS), de forma a obter quatro tipos diferentes de lignina. Além disso, as emulsões Pickering foram preparadas com diferentes concentrações de nanopartículas de lignina e utilizando diferentes líquidos hidrofóbicos: óleo de milho, tolueno e n-octanol, de forma a avaliar tanto o desempenho da lignina, como a estabilidade dos diferentes sistemas. As emulsões com maior concentração de lignina demonstraram ser mais estáveis, motivo pelo qual foram usadas na constituição das microcápsulas de PCL. Inicialmente, foram realizados ensaios para caracterizar as ligninas, tais como seu perfil UV, espectros FTIR e Termogravimetria. Os resultados desses ensaios, apoiados na literatura, indicam a ocorrência das modificações químicas esperadas, observadas por alterações no perfil das ligninas oxidada, acetilada e com SDS, em comparação com a lignina não modificada. Em seguida, para avaliar o desempenho das nanopartículas de ligninas, mediu-se o potencial zeta e a polidispersividade das ligninas oxidadas, acetiladas e com adição de SDS, bem como o tamanho das partículas após a modificação. Os resultados demonstram que as ligninas modificadas, em geral, possuem um potencial zeta maior em módulo do que a não modificada, já que esta apresentou um potencial de 0.18 e as demais de -2.13, -20.44 e 0.9. Um aumento semelhante foi observado na polidispersividade, que apresentara valores de 38.3 % na lignina não modificada, de 41.1% na acetilada, de 94.65% na lignina com SDS e de 30.3% na oxidada, que foi uma exceção à tendência de aumento e apresentou valores em comparação a lignina não modificada. Quanto ao tamanho, houve aumento no tamanho das ligninas modificadas, o que não era esperado e pode ter derivado de uma aglomeração das partículas. Após a análise das emulsões Pickering, os resultados mostram que, em geral, quanto maior a concentração de lignina, maior o índice de emulsificação e menor o diâmetro das gotículas das emulsões, o que converge para uma alta eficiência do biopolímero na estabilização dos sistemas. Além disso, quanto aos sistemas, o tolueno teve melhor desempenho nos índices de emulsificação, seguido pelo óleo de milho e pelo n-octanol. Comparando os tipos de ligninas, verificou-se que as acetilada e com surfactante obtiveram índices de emulsificação superiores e diâmetros consideravelmente menores das partículas em comparação com as ligninas oxidada e não modificada, cujos diâmetros alcançaram o dobro do diâmetro da lignina acetilada e com SDS, nas mesmas condições. Em relação às microcápsulas de PCL, apenas com a lignina acetilada de 1 g/L houve precipitação. A somatória dos resultados convergem para a conclusão de que a lignina tem propriedades tais que favorecem sua utilização como surfactante e, em especial, possibilitam a formação de microcápsulas biodegradáveis. Por fim, deixa-se aberto um campo de possibilidades para futuros trabalhos capazes de desenvolver usos e aplicações de microcápsulas formadas a partir da lignina. |
publishDate |
2023 |
dc.date.issued.fl_str_mv |
2023-12-01 |
dc.date.accessioned.fl_str_mv |
2024-01-04T16:46:30Z |
dc.date.available.fl_str_mv |
2024-01-04T16:46:30Z |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
format |
masterThesis |
status_str |
publishedVersion |
dc.identifier.citation.fl_str_mv |
LOPES, Arielle Joice Fonseca. Uso de nanopartículas de lignina do sabugo de milho como estabilizante de emulsão Pickering do tipo óleo/água. Orientador: Dr. Domingos Fabiano de Santana Souza. 2023. 72f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023. |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/57156 |
identifier_str_mv |
LOPES, Arielle Joice Fonseca. Uso de nanopartículas de lignina do sabugo de milho como estabilizante de emulsão Pickering do tipo óleo/água. Orientador: Dr. Domingos Fabiano de Santana Souza. 2023. 72f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023. |
url |
https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/57156 |
dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
language |
por |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal do Rio Grande do Norte |
dc.publisher.program.fl_str_mv |
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA |
dc.publisher.initials.fl_str_mv |
UFRN |
dc.publisher.country.fl_str_mv |
Brasil |
publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal do Rio Grande do Norte |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Institucional da UFRN instname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) instacron:UFRN |
instname_str |
Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) |
instacron_str |
UFRN |
institution |
UFRN |
reponame_str |
Repositório Institucional da UFRN |
collection |
Repositório Institucional da UFRN |
bitstream.url.fl_str_mv |
https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/57156/1/Usonanoparticulaslignina_Lopes_2023.pdf |
bitstream.checksum.fl_str_mv |
5b150b70259baa10118e1f82073bec72 |
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv |
MD5 |
repository.name.fl_str_mv |
Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) |
repository.mail.fl_str_mv |
|
_version_ |
1802117647695872000 |