Orientadores: Aline Carvalho da Costa, Sarita Cândida Rabelo

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Líquidos iônicos (LIs) podem ser utilizados no pré-tratamento de bagaço de cana-de-açúcar e têm possibilitado rendimentos de hidrólise enzimática acima de 60%. Além disso, a valorização da lignina obtida nesses processos tem atraído interesse crescente devido ao valor agregado do produto....

Resumo: Líquidos iônicos (LIs) podem ser utilizados no pré-tratamento de bagaço de cana-de-açúcar e têm possibilitado rendimentos de hidrólise enzimática acima de 60%. Além disso, a valorização da lignina obtida nesses processos tem atraído interesse crescente devido ao valor agregado do produto. Neste trabalho, o bagaço de cana-de-açúcar, biomassa lignocelulósica altamente disponível no cenário industrial brasileiro, foi avaliado para uso em biorrefinarias de produção de etanol de segunda geração (E2G), sendo a lignina obtida como produto de valor agregado. A biomassa foi submetida ao pré-tratamentos com 20 solventes sintetizados a partir da combinação de cinco bases aminas - etilamina, etanolamina etilenodiamina, butilamina, hexilamina - com quatro ácidos - acético, fórmico, láctico e malônico. Os LIs resultantes são próticos, sendo considerados de baixo custo quando comparados aos LIs apróticos. As ligninas obtidas nesta fase de screening foram caracterizadas por 2D HSQC NMR, 31P NMR, GPC, FTIR, TGA e análise elementar para estudo e avaliação da sua estrutura quando diferentes solventes são empregados no processo de extração. As análises tiveram como objetivo avaliar fatores como inserções de nitrogênio na estrutura macromolecular, efeito do aumento da cadeia dos cátions na despolimerização da estrutura lignocelulósica e preservação das ligações ?-O-4 da lignina. Estas características podem determinar a sua valorização em diferentes aplicações industriais. Analisando a eficiência das etapas de pré-tratamento e hidrólise, os líquidos iônicos próticos (LIPs) [2He][Lac] (Lactato de etanolamina), [Etid][Ac] (acetato de etilenodiamina) e [Etid][Lac] (Lactato de etilenodiamina) apresentaram maior potencial para conversão de celulose e hemiceluloses na hidrólise e solubilização de lignina no pré-tratamento. Os pré-tratamento com os três LIPs foram otimizados considerando tempo e temperatura como fatores do planejamento experimental. Foi observado que o [Etid][Ac] levou a uma remoção de lignina de 82,7%, a 140°C e 3 h, e conversões de celulose/hemiceluloses de 84,4 e 62,9%, respectivamente, após 48 h de hidrólise enzimática, destacando-se como um dos melhores LIPs. Já as ligninas obtidas dos LIPs não apresentaram diferenças em sua estrtutura nas condições de tempo e temperatura utilizadas na otimização do pré-tratamento. Ao final dos planejamentos experimentais, as condições mais severas de pré-tratamento – 3 h e 140°C ([Etid][Ac]), 3h e 130°C ([Etid][Lac]) e 3h e 160°C ([2He][Lac]) - levaram ao melhor desempenho de conversão na hidrólise e solubilização de lignina. Assim, os hidrolisados enzimáticos obtidos foram submetidos a fermentação com a levedura Spathaspora passalidarum, considerada uma cepa robusta, capaz de consumir glicose e xilose. Todas as fermentações apresentaram alto rendimento de etanol, variando entre 82,9 e 85,3%, e produtividade entre 1,2 a 1,3 g/L.h para concentrações iniciais de levedura entre 4 e 5g/L. O LIP [Etid][Ac] foi o mais eficiente no processamento do bagaço de cana quando se analisou o processo produtivo do E2G, chegando a uma produção de 248,5 L de etanol/ton de bagaço in natura (base seca). Este LIP também foi considerado o melhor solvente para solubilização de lignina. Este trabalho contribuiu para novos avanços na elucidação da estrutura química da lignina e abre um novo caminho para a sua valorização dentro do conceito de biorrefinaria usando LIPs

Abstract: Ionic liquids (ILs) may be used in the sugarcane bagasse pretreatment and have enabled enzymatic hydrolysis yields above 60%. Furthermore, the lignin valorization obtained in these processes has attracted growing interest due to the value-added product. In this work, sugarcane bagasse,...

Abstract: Ionic liquids (ILs) may be used in the sugarcane bagasse pretreatment and have enabled enzymatic hydrolysis yields above 60%. Furthermore, the lignin valorization obtained in these processes has attracted growing interest due to the value-added product. In this work, sugarcane bagasse, lignocellulosic biomass highly available in the Brazilian industrial scenario was evaluated for use in second-generation ethanol (2GE) biorefineries, with lignin being obtained as a value-added product. The biomass was subjected to pretreatment with 20 solvents synthesized from the combination of five amine bases - ethylamine, ethanolamine, ethylenediamine, butylamine, hexylamine - with four acids - acetic, formic, lactic and malonic. The ILs obtained are protic and are considered to be of low cost compared to aprotic ILs. The lignins obtained in this screening step were characterized by 2D HSQC NMR, 31P NMR, GPC, FTIR, TGA and elemental analysis to study and evaluate their structure when different solvents are used in the extraction process. The analysis aimed to evaluate factors such as nitrogen insertions in the macromolecular structure, the effect of increasing the cations chain length on the depolymerization of the lignocellulosic structure and preservation of the ?-O-4 linkages of lignin. These characteristics can determine their value in different industrial applications. Analyzing the efficiency of the pretreatment and hydrolysis steps, the protic ionic liquids (PILs) [2He][Lac] (ethanolamine lactate), [Etid][Ac] (ethylenediamine acetate) and [Etid][Lac] (ethylenediamine lactate) showed greater potential for converting cellulose and hemicelluloses in hydrolysis and lignin solubilization in the pretreatment. Pretreatment of the three LIPs was optimized considering time and temperature as experimental planning factors. It was observed that [Etid][Ac] led to a lignin removal of 82.7%, at 140°C and 3 h, and cellulose/hemicellulose conversions of 84.4 and 62.9%, respectively, after 48 h of enzymatic hydrolysis, highlighting as one of the best LIPs. The lignins obtained from the LIPs did not show differences in their structure under the conditions of time and temperature used in the pretreatment optimization. Lastly, experimental planning, the most severe pretreatment conditions – 3 h and 140°C ([Etid][Ac]), 3h and 130°C ([Etid][Lac]) and 3h and 160°C ([2He][Lac]) - led to the best conversion performance in the hydrolysis and solubilization of lignin. Thus, the enzymatic hydrolysates obtained were submitted to fermentation with the yeast Spathaspora passalidarum, considered a robust strain, capable of consuming glucose and xylose. All fermentations showed high ethanol yield, ranging between 82.9 and 85.3%, and productivity between 1.2 to 1.3 g/L.h for initial yeast concentrations between 4 and 5g/L. The LIP [Etid][Ac] was the most efficient in the processing of sugarcane bagasse when the 2GE production process was analyzed, reaching a production of 248.5 L of ethanol/ton of in natura bagasse (dry). This PIL was also considered the best solvent for lignin solubilization. This work contributed to new advances in the elucidation of the chemical structure of lignin and opens a new way for its valorization within the concept of biorefinery using LIPs

Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDF