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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Study of elephant grass fractionation to produce biomaterials and use of salt crystallization pressure to defibrillate the plant cell wall : Estudo do fracionamento do capim elefante para produzir biomateriais e uso da pressão de cristalização de sais para desfibrilar a parede celular vegetal
Title Alternative: Estudo do fracionamento do capim elefante para produzir biomateriais e uso da pressão de cristalização de sais para desfibrilar a parede celular vegetal
Author: Nascimento, Sandra Américo do, 1983-
Advisor: Rezende, Camila Alves de, 1980-
Abstract: Resumo: Este trabalho possui três frentes de pesquisa principais: 1) O estudo do fracionamento da gramínea capim elefante, visando à obtenção de nanopartículas de celulose e a quantificação de co-produtos; 2) O estudo de processos para desconstruir a parece celular vegetal por cristalização de sais; e 3) A preparação e caracterização de nanocompósitos poliméricos com nanocristais de cellulose. Na primeira frente de pesquisa, foram comparados três pré-tratamentos diferentes para deslignificar e branquear a biomassa: 1. Peróxido alcalino concentrado (CP); 2. Peróxido alcalino diluído (DP); e 3. Pré-tratamento ácido-alcalino (AA). As metodologias empregadas resultaram em nanocristais de celulose (12-16% m/m de rendimento), nanofibrilas de celulose (3,8-9,7%), açúcares fermentáveis (22,1¿25,2%) e licores ricos em lignina (16-21,1%) a partir do capim elefante. Em relação à desconstrução da parede celular por meio da cristalização de sais, os sulfatos de sódio e de magnésio mostraram-se eficazes. Análises de FESEM mostraram que a cristalização desses sais exerce alta pressão nas paredes celulares da biomassa, rompendo-a e destacando fibras antes compactas. A desfibrilação mecânica da celulose por cisalhamento também foi obtida, utilizando-se uma solução de sulfato de magnésio 30g/100 mL, juntamente com glicerol e solução diluída de hidróxido de sódio (5% m/v). Por fim, na terceira parte do trabalho, nanocompósitos poliméricos de PLLA e PLDLA foram preparados com nanocristais de celulose nas concentrações de 1,0; 2,5 e 5,0% (m/m), após modificação com o surfactante Tween 20. Para os filmes nanocompósitos produzidos com 1 e 5% (m/m) de nanocristais em PLLA, a resistência à tração aumentou 25% em relação ao polímero puro. No PLDLA, a incorporação de 1% (m/m) de nanocristais tratados com Tween 20 promoveu aumento de 77% na resistência à tração e de 66% no módulo de elasticidade. Após 120 dias de degradação in vitro em tampão fosfato, os nanocompósitos de PLLA fragmentaram-se, o que não ocorreu para os nanocompósitos de PLDLA

Abstract: This work has three main research fronts: 1) The study of elephant grass fractionation, aiming at the production of cellulose nanoparticles and the quantification of co-products; 2) The study of processes to deconstruct plant cell wall by salt crystallization; and 3) The preparation and characterization of polymeric nanocomposites with cellulose nanocrystals. In the first research topic, three different pretreatments for delignification and bleaching of biomass were compared: 1. Concentrated alkaline peroxide (CP); 2. Dilute alkaline peroxide (DP); and 3. Acid-alkaline (AA). These methodologies resulted in cellulose nanocrystals (at 12-16% w/w yields), cellulose nanofibrils (3.8-9.7%), fermentable sugars (22.1-25.2%) and liquors rich in lignin (16-21.1%) from elephant grass. In which concerns the cell wall deconstruction by salt crystallization, sodium and magnesium sulfates proved to be very effective. FESEM analysis showed that the crystallization of these salts exerted high pressure on the biomass cell walls, breaking its structure and detaching fibers that were previously compact. Mechanical defibrillation of cellulose by shearing was also achieved using a magnesium sulfate solution (30g/100mL) together with glycerol and a 5% (w/v) sodium hydroxide solution. Finally, in the third part of this work, PLLA and PLDLA polymeric nanocomposites were prepared with cellulose nanocrystals at concentrations of 1.0; 2.5 and 5.0% (w/w), after modification with the surfactant Tween 20. In nanocomposite films produced with 1 and 5% (w/w) of nanocrystals in PLLA, the tensile strength increased 25% as compared to the pure polymer. In PLDLA, the incorporation of 1% (w/w) of nanocrystals treated with Tween 20 lead to an increase of 77% in tensile strength and of 66% in the modulus of elasticity. After 120 days of in vitro degradation in phosphate buffer, PLLA nanocomposites fragmented, which was not observed for PLDLA nanocomposites
Subject: Capim-elefante
Nanocristais de celulose
Biorrefinaria
Pressão de cristalização de sais
Biomateriais
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Citation: NASCIMENTO, Sandra Américo do. Study of elephant grass fractionation to produce biomaterials and use of salt crystallization pressure to defibrillate the plant cell wall: Estudo do fracionamento do capim elefante para produzir biomateriais e uso da pressão de cristalização de sais para desfibrilar a parede celular vegetal . 2020. 1 recurso online ( 173 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química, Campinas, SP.
Date Issue: 2020
Appears in Collections:IQ - Tese e Dissertação

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