Análise de FTIR para as biomassas pré-tratadas

A Figura 6.10 apresenta o espectro FTIR do bagaço cru, e do bagaço pré-tratado com ácido nas condições de 20% de sólidos, tempo de 150min e concentração de ácido 1% (m/v).

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Figura 6.10. Espectro FTIR do bagaço de cana bruto, e do bagaço pré-tratado com H2SO4

diluído.

Pela Figura 6.10 pode-se observar uma banda a 874 cm-1,que representa as ligações glicosídicas β - (1-4) de celulose e uma faixa de freqüência entre 1200-1000 cm-1, que está relacionada com as hemiceluloses e celulose com máximos em 1037 cm -1 devido ao alongamento do grupo CO e 1164 cm -1 devido ao estiramento assimétrico do grupo COC (Colom et al., 2003; Oh et al., 2005; Chandel et al., 2013).

Chandel et al. (2013) afirma que a absorção a 1247 cm-1 do alongamento C -O é uma característica das hemiceluloses, bem como de lignina,sendo a remoção destas claramente vista na banda em torno de 1247cm-1, com a diminuição abrupta da mesma banda no bagaço pré-tratado. No entanto, alterações aparentes não foram observadas nas bandas características de lignina, em volta de 1606 cm-1, 1515 cm-1 e 1463 cm-1. Portanto, é razoável admitir que as hemiceluloses foram degradadas pela ação do ácido. Estas observações podem refletir que os componentes da lignina (p-hidroxifenil, guaiacil e siringil) são muito resistente à degradação.

A Figura 6.11 apresenta o espectro FTIR do bagaço de cana bruto, e do bagaço pré- tratado com PHA nas condições de 20% de sólidos, temperatura de 90ºC e concentração de

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peróxido de7% (v/v) por 60min.

Figura 6.11. Espectro FTIR do bagaço de cana bruto, e do bagaço pré-tratado com PHA.

A Figura 6.11 mostra que, após o pré-tratamento, o pico de lignina em 1562 cm-1 foi reduzido, provavelmente devido a uma remoção parcial do invólucro de lignina na superfície da celulose. Houve um desaparecimento total na banda de 1756 cm-1, que representam o rompimento das ligações complexas entre hemicelulose e lignina, tais quais ligações acetil- éster, feruloil, e grupos p-coumaril, que pode ser causada pela redução do teor de hemiceluloses. Isto também pode fornecer uma explicação a respeito do porque a hemicelulose residual ter sido altamente digerível durante a hidrólise. Após o pré- tratamento com PHA, os picos de polissacarídeos (898, 1094, 1127, 1172, 1200, 1325, e 1,374 cm-1) tornaram-se mais acentuados, o que corresponde bem com o aumento do teor de polissacarídeos após o tratamento. Wang et al. (2010) trabalharam com biomassa de Miscanthus e observaram o mesmo comportamento do presente trabalho, estes autores também pré-trataram a biomassa com PHA.

A Figura 6.12 apresenta o espectro FTIR do bagaço de cana bruto, e do bagaço pré- tratado com Ox-B nas condições de 20% de sólidos, temperatura de 25ºC e concentração de

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Ox-B de5% (v/v) por 120 min.

Figura 6.12. Espectro FTIR do bagaço de cana bruto, e do bagaço pré-tratado com Ox-B.

Similar ao comportamento do espectro FTIR do pré-tratamento com PHA, o espectro FTIR para o Ox-B apresentou redução no pico de 1562 cm-1correspondente à lignina, também o desaparecimento do pico de 1756 cm-1. Houve também a diminuição do pico de 1200cm-1 representando o rompimento das ligações complexas entre hemicelulose e lignina.

6.4 Conclusões

Através das análises estrututais realizadas nas biomassas pré-tratadas, pode-se observar de forma mais detalhada as mudanças estruturais que ocorrem na biomassa em relação ao tipo de pré-tratamento aplicado. Com as análises de MEV pode-se observar que a estrutura do bagaço bruto pode ser modificada após o pré-tratamento, tornando-se um material com fibras mais expostas, principalmente para os pré-tratamentos que deslignificaram o material, no caso o PHA e Ox-B.

Os aumentos de CRA obtidos para os pré-tratamentos estudados foram de 55,64% , 86,28% e 67,70%, para os pré-tratamentos H2SO4 diluído, PHA e Ox-B, respectivamente,

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assim, associando este resultado com a conversão de glicose destas biomassas após a hidrólise enzimática, podemos ver que a melhor conversão foi para o bagaço tratado com PHA (com CRA aumentado em 86,28%), em segundo lugar a melhor conversão foi para o Ox-B (aumento de CRA de em 67,70%) e por último o H2SO4 diluído (CRA aumentado em

55,64%), com a pior conversão quando comparado aos demais pré-tratamentos. O CRA, sendo uma forma de medir a força da associação da água com as paredes celulares das plantas, é uma medida importante no contexto de produção de pasta química e de fabricação de papel, uma vez que define a capacidade de drenagemdos materiais pré- tratados. No contexto de biocombustíveis celulósicos, essa propriedade mostra estar fortemente correlacionada com o rendimento enzimático de glicose.

Em relação ao FTIR, podemos observar que houve a diminuição dos picos correspondentes a cada componente da biomassa, o rompimento das ligações complexas entre hemicelulose e lignina, a redução do teor de hemiceluloses e acentuação dos picos de polissacarídeos devido a redução da lignina.

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CAPÍTULO 7

ESTUDOS ADICIONAIS REALIZADOS NO BAGAÇO DE

CANA SUBMETIDO AOS TRÊS DIFERENTES TIPOS DE

PRÉ-TRATAMENTOS

7.1 Introdução

Neste capítulo os resultados de alguns estudos adicionais realizados com relação aos três pré-tratamentos serão apresentados.

Primeiramente foi estudada a deslignificação do bagaço pré-tratado com H2SO4

diluído de modo a observar melhoras na conversão da glicose após a reação de hidrólise enzimática. Sabe-se que o pré-tratamento ácido solubiliza pouca parcela da lignina, e esta lignina remanescente pode vir a prejudicar a hidrólise enzimática. Assim, a etapa de deslignificação vem para diminuir a recalcitrância deste material. A deslignificação pode ser realizada com o uso de bases fortes, tais como NaOH, KOH, dentre outros reagentes.

O processo de deslignificação alcalina geralmente é conduzido pela utilização do NaOH para a remoção da maior parte da lignina presente no material lignocelulósico, fazendo com que este material fique rico em celulose (Fengel e Wegener, 1984). Neste processo vai ocorrer um inchamento na biomassa lignocelulósica, levando ao aumento da área superficial interna e a diminuição no grau de polimerização. Ocorre também a separação das ligações estruturais entre a lignina e os açúcares, além da ruptura estrutural da lignina (Fan et al., 1987).

Outro estudo adicional considerou bases alternativas ao NaOH no pré-tratamento com AHP. Praticamente todos os trabalhos na literatura usando o pré-tratamento com peróxido de hidrogênio alcalino usam NaOH como base. O uso de uma quantidade considerável desta base torna o processo ainda mais caro, considerando que o preço do H2O2 também é alto. Assim, uma avaliação de bases alternativas foi feita na tentativa de

encontrar uma opção ao NaOH. Após uma busca de várias alternativas, optou-se por testar o uso de Mg(OH)2 e KOH. O Mg(OH)2 é uma base fraca, mas foi escolhida para ser

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se por avaliar o KOH, que embora seja uma base mais cara, há o fato de que o potássio presente na base poderia agir como enriquecedor do meio de fermentação para a levedura S. cerevisiae, além disso, em relação ao sódio o potássio é menos danoso para o meio ambiente podendo ser utilizado até mesmo como enriquecedor de solos. Finalmente, foram realizados experimentos para determinação da cinética de deslignificação para os materiais pré-tratados com PHA e para o Ox-B, com posterior modelagem dos dados.