Avaliação do pré-tratamento acalino na hidrólise enzimática dos resíduos da palha de carnaúba

The carnauba (Copernicia prunifera) is a typical Brazilian northeast palm tree whose main economic activity is the extraction of wax. This activity presents a great generation of residue rich in cellulose, in which it has potential for the production of Second Generation Ethanol. However, due to the...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal: Campos, Alan de Oliveira
Outros Autores: Santos, Everaldo Silvino dos
Formato: bachelorThesis
Idioma:pt_BR
Publicado em: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Assuntos:
carnaúba
carnauba
hidrólise enzimática
enzymatic hydrolysis
pré-tratamento
pre-treatment
Engenharias.
Endereço do item:https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/38837
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Campos, Alan de Oliveira
Avaliação do pré-tratamento acalino na hidrólise enzimática dos resíduos da palha de carnaúba
description The carnauba (Copernicia prunifera) is a typical Brazilian northeast palm tree whose main economic activity is the extraction of wax. This activity presents a great generation of residue rich in cellulose, in which it has potential for the production of Second Generation Ethanol. However, due to the high lignin and hemicellulose load associated with cellulose in a complex structure, the enzymatic attack it’s difficult, and an adequate pre-treatment of this material is necessary. The use of bases in the pretreatment of lignocellulosic materials leads to its swelling, increasing its internal surface and reducing the crystallinity of the cellulose, and the rupture of the bonds between cellulose and lignin. The objective of this study was to optimize the enzymatic hydrolysis of the carnauba straw residue, focusing on the biomass pretreatment, applying NaOH solutions at concentrations of 1% (w/v) (PA1), 2% (w/v) (PA2), 3% (w/v) (PA3) and 4% (w/v) (PA4). The chemical compositions of the carnauba strains in natura and pretreated were evaluated according to NREL, as well as the DRX and FTIR analyzes. The in natura and pre-treated residues were subjected to enzymatic hydrolysis for a period of 96 hours. The results of the chemical characterization of the materials in studies indicated that the pre-treatments applied were able to remove a significant amount of lignin and hemicellulose, which can improve the accessibility of the enzymes favoring a greater cellulose conversion. In relation to the DRX analysis, an increase in the crystallinity index (CI) of 41.89% for the in natura residue was observed for 48.93%, 50.75%, 53.97% and 55.15% for, respectively, residues pretreated with NaOH 1%, 2%, 3% and 4%. This behavior may be associated to the removal of hemicellulose and amorphous lignin associated with cellulose, improving the accessibility of these polysaccharides to the enzymes. After the enzymatic hydrolysis, pre-treatments with NaOH concentration equal to or above 2% (w/v) favored an improvement in the cellulosic conversion of the residues. In spite of a slightly lower performance of the residue that presented higher conversion of cellulose (the pretreated PA4 residue), pre-treated material PA2 stood out as an alternative to reduce costs in the production of cellulosic ethanol. In this way, it becomes possible to halve the mass of sodium hydroxide and the amount of washes of the material after pretreatment.
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The use of bases in the pretreatment of lignocellulosic materials leads to its swelling, increasing its internal surface and reducing the crystallinity of the cellulose, and the rupture of the bonds between cellulose and lignin. The objective of this study was to optimize the enzymatic hydrolysis of the carnauba straw residue, focusing on the biomass pretreatment, applying NaOH solutions at concentrations of 1% (w/v) (PA1), 2% (w/v) (PA2), 3% (w/v) (PA3) and 4% (w/v) (PA4). The chemical compositions of the carnauba strains in natura and pretreated were evaluated according to NREL, as well as the DRX and FTIR analyzes. The in natura and pre-treated residues were subjected to enzymatic hydrolysis for a period of 96 hours. The results of the chemical characterization of the materials in studies indicated that the pre-treatments applied were able to remove a significant amount of lignin and hemicellulose, which can improve the accessibility of the enzymes favoring a greater cellulose conversion. In relation to the DRX analysis, an increase in the crystallinity index (CI) of 41.89% for the in natura residue was observed for 48.93%, 50.75%, 53.97% and 55.15% for, respectively, residues pretreated with NaOH 1%, 2%, 3% and 4%. This behavior may be associated to the removal of hemicellulose and amorphous lignin associated with cellulose, improving the accessibility of these polysaccharides to the enzymes. After the enzymatic hydrolysis, pre-treatments with NaOH concentration equal to or above 2% (w/v) favored an improvement in the cellulosic conversion of the residues. In spite of a slightly lower performance of the residue that presented higher conversion of cellulose (the pretreated PA4 residue), pre-treated material PA2 stood out as an alternative to reduce costs in the production of cellulosic ethanol. In this way, it becomes possible to halve the mass of sodium hydroxide and the amount of washes of the material after pretreatment. CNPq A carnaúba (Copernícia prunifera) é uma palmeira típica do nordeste brasileiro cuja a principal atividade econômica associada é a extração do pó de cera. Esta atividade apresenta uma grande geração de resíduo rico em celulose, no que possui potencial para produção de Etanol de Segunda Geração. Entretanto, devido à alta carga de lignina e hemicelulose associados a celulose em uma estrutura complexa, o ataque enzimático é dificultado, sendo necessário um pré-tratamento adequado deste material. A utilização de bases no pré-tratamento de materiais lignocelulósicos leva ao intumescimento do mesmo, aumentando sua superfície interna e reduzindo a cristalinidade da celulose, e o rompimento das ligações entre a celulose e lignina. Sendo assim, o objetivo deste estudo está na otimização do processo de hidrólise enzimática do resíduo de palha de carnaúba, com foco no pré-tratamento da biomassa, aplicando soluções NaOH a concentrações de 1% (m/v) (PA1), 2% (m/v) (PA2), 3% (m/v) (PA3) e 4% (m/v) (PA4). As composições químicas das palhas de carnaúba in natura e pré-tratadas foram avaliadas segundo NREL, bem como as análises de DRX e FTIR. Os resíduos in natura e pré-tratados foram submetidos a hidrólise enzimática por um período de 96 horas. Os resultados da caracterização química dos materiais em estudos indicaram que os pré-tratamentos aplicados foram capazes de remover uma quantidade significativa de lignina e hemicelulose, o que pode melhorar a acessibilidade das enzimas favorecendo uma maior conversão da celulose. Em relação à análise de DRX, foi observado um aumento no índice de cristalinidade (IC) de 41,89% para o resíduo in natura para 48,93%, 50,75%, 53,97% e 55,15% para, respectivamente, os resíduos pré-tratados com NaOH 1%, 2%, 3% e 4%. Este comportamento pode estar associado à remoção da hemicelulose e lignina amorfa associada à celulose, melhorando a acessibilidade deste polissacarídios às enzimas. Após a realização da hidrólise enzimática, os pré-tratamentos com concentração de NaOH igual ou acima 2% (m/v) favoreceram uma melhoria na conversão celulósica dos resíduos. Apesar de um desempenho pouco inferior o resíduo que apresentou maior conversão da celulose (o resíduo pré-tratado PA4), o material pré-tratado PA2 destacou-se como uma alternativa para redução de custos na produção de etanol celulósico. Desta forma, torna-se possível reduzir pela metade a massa de hidróxido de sódio e a quantidade de lavagens do material após o pré-tratamento. 2017-12-06T12:48:35Z 2021-09-27T12:22:48Z 2017-12-06T12:48:35Z 2021-09-27T12:22:48Z 2017-10-26 bachelorThesis 2013092040 CAMPOS, Alan de Oliveira. Avaliação do pré-tratamento alcalino na hidrólise enzimática dos resíduos da palha de carnaúba. 2017. 55f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química), Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2017. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/38837 pt_BR openAccess application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN Engenharia Química

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