| Summary: | Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2018-04-02T14:48:40Z
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Previous issue date: 2017-07-03 === Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior === A busca de uma melhor utilização da madeira na indústria de celulose e de biomassa lignocelulósica, como as fibras do milho de processamento industrial, alimentou o interesse em um uso mais racional de seus componentes, particularmente xilanas e lignina. Neste contexto, os objetivos desta tese, constituída por quatro capítulos, foram a aplicação de xilanas extraídas de materiais lignocelulósicos e a utilização de lignina Kraft como aditivo para pellets. Inicialmente foi discutido o impacto da remoção de xilanas e a redeposição de xilanas nas propriedades da polpa para papel tissue e de papel de imprimir e escrever (P&W). A remoção de xilanas diminuiu a resistência a drenagem, o valor de retenção de água e o índice de tração, mas aumentou a capacidade de absorção de água, capilaridade Klemm e o bulk, apresentando propriedades quase ideais para polpas de papel tissue. Em uma segunda etapa da pesquisa, foram adicionadas xilanas extraídas por extração caustica fria (CCE) de polpas de eucalipto não branqueadas (BXL) e branqueadas (WXL) a uma polpa marrom comercial na etapa deslignificação de oxigênio (O-estágio) e posteriormente foram branqueadas. A branqueabilidade da polpa não foi prejudicada pela deposição de xilana de WXL, mas ligeiramente afetada negativamente por xilanas BXL. A capacidade de refino da polpa e as propriedades físicas e mecânicas foram melhoradas pela deposição de xilana. A extração de xilanas por CCE com deposição subsequente na polpa na fase O-estágio mostrou ser atraente para a fabricação P&W. Xilanas extraídas de fibras de milho (16,9% de xilanas) por CCE foram adicionadas a polpa marrom comercial (eucalipto e pinus) no O-estágio e posteriormente branqueada. A deposição de hemiceluloses ocorreu em grau variável (até 7% no peso da polpa). A branqueabilidade da polpa não foi prejudicada pela deposição de xilanas para eucaliptos e pinus. A deposição de hemicelulose nas fibras foi mais eficiente na polpa de eucalipto do que no pinus. A extração de xilanas de fibras de milho por CCE com deposição subsequente na polpa na O-estágio aumenta a refinabilidade e a qualidade da polpa para o papel P&W. A caracterização química de fibras de milho, o isolamento das hemiceluloses utilizando RMN e FTIR-ATR foi realizado, além de, uma investigação estrutural das ligninas, solúvel em ácido (ASL) e lignina insolúvel em ácido (AIL), formada pelo método de Klason determinadas por pirólise acoplada à cromatografia gasosa e à espectrometria de massas (Pi-CG-EM). O isolamento de hemicelulose foi considerado eficiente e foram encontrados 45 produtos de pirólise primária para ASL e 39 para AIL a partir de fibras de milho. A pirólise analítica de ASL a partir de fibras de milho mostrou prevalência de picos relacionados a produtos derivados de extrativos e proteínas. Além disso, a técnica Pi-CG-EM permitiu identificar a presença de derivados de lignina em ASL e AIL. A avaliação da qualidade dos pellets produzidos a partir de uma mistura de eucalipto e resíduo de milho, com a adição de porcentagens diferentes de lignina Kraft foi realizada. Para a produção dos pellets, a madeira com a casca de um híbrido de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla e o resíduo de milho foram utilizados como matéria-prima. As seguintes proporções de resíduo de milho na mistura foram 0, 20, 25 e 30% (m/m). Com exceção do controle (0% m/m de lignina), 2 e 5% (m/m) de lignina Kraft foram adicionados à matéria-prima nas 4 misturas diferentes. Os pellets foram produzidos em uma prensa peletizadora laboratorial de matriz circular horizontal. A adição de lignina Kraft aos pellets de eucalipto e resíduos de milho melhorou a densidade aparente e a durabilidade mecânica. A mistura de eucalipto com resíduos de milho é uma forma eficaz de otimizar as propriedades do combustível sólido de biomassa. Assim, quantidades semelhantes às do tratamento com a proporção de 80% (m/m) de eucalipto e 20% (m/m) de resíduo de milho podem ser uma alternativa viável à produção de pellets. === The search for better use of wood in the pulp and lignocellulosic biomass industry, such as the fibers of industrial processing corn, has fueled the interest in a more rational use of its components, particularly xylans and lignin. In this context, the objectives of this thesis, consisting of four chapters, were the application of xylans extracted from lignocellulosic materials and the use of Kraft lignin as a pellet additive. Initially, the impact of xylan removal and xylan redeposition on the properties of pulp for tissue paper and printing and writing paper (P&W). Removal of xylans decreased pulp beatability, water retention value and tensile index, but increased water absorption capacity, Klemm capillarity and bulk, presenting almost ideal properties for tissue paper grade pulps. In a second step of the research, cold caustic extraction (CCE) extracted xylans from bleached (BXL) and bleached (WXL) eucalyptus pulps (WXL) were added to a commercial brown pulp in the oxygen delignification (O-stage) step and then bleached. The bleachability of the pulp was not impaired by the deposition of WXL xylan, but slightly negatively affected by BXL xylans. Pulp beatability and the physical and mechanical properties were improved by deposition of xylan. Extraction of xylans by CCE with subsequent deposition in the pulp at the O-stage stage proved attractive for manufacturing high xylan P&W paper grades. Xylans extracted from corn fibers (16.9% xylans) by CCE were added to commercial brown pulp (eucalyptus and pinus) at O- stage and subsequently bleached. The deposition of hemicelluloses occurred in a variable degree (up to 7% in pulp weight). The bleachability of the pulp was not impaired by the deposition of xylans for eucalyptus and pinus. The deposition of hemicellulose in the fibers was more efficient in the eucalyptus pulp than in the pinus. Extraction of xylan from corn fibers by CCE with subsequent deposition in the pulp at O-stage increases the pulp beatability and quality for P&W paper grades. The chemical characterization of corn fibers, the isolation of hemicelluloses using NMR and FTIR- ATR was performed, in addition to a structural investigation of lignins, acid-soluble lignin (ASL) and acid insoluble lignin (AIL), formed by the Klason method by pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry (Py-GC-MS). Hemicellulose isolation can be considered efficient and more 45 primary pyrolysis products for ASL and 39 for AIL from corn fibers. Analytical pyrolysis of ASL from corn fibers showed prevalence of peaks related to products derived from extractive and proteins. Also, the Py-GC-MS technique allowed identifying the presence of derivatives lignin in ASL and AIL. The evaluation of the quality of the pellets produced from a mixture of eucalyptus and corn residue, with the addition of different percentages of Kraft lignin was carried out. For the production of pellets, wood with bark of a hybrid of Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla and corn residue were used as raw material. The following proportions of corn residue in the mixture were 0, 20, 25 and 30% (w/w). Except for the control (0% w/w lignin), 2 and 5% (w/w) Kraft lignin were added to the raw material in the 4 different mixtures. Pellets were produced in a laboratory press pelletizer with horizontal circular array. The addition of Kraft lignin to eucalyptus and corn residue pellets improved bulk density, and mechanical durability. The mixing of eucalyptus with corn residue is an effective way to optimize properties of biomass solid fuel. Thus, similar amounts to that of the treatment with the proportion of 80% (w/w) eucalyptus and 20% (w/w) corn residue can be a viable alternative to the production of pellets.
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