Isolamento e caracterização de ligninas de palha de cana-de-açúcar

• Main Author: Bruno Chaboli Gambarato
• Other Authors: Adilson Roberto Gonçalves
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2014
• Subjects: Análise espectroscópica; Estrutura química; Explosão a vapor; Lignina; Palha de cana-de-açúcar; Polpação soda; Pré-tratamento ácido; Acid pretreatment; Chemical structure; Lignin; Soda process (pulping); Spectroscopic characterization; Steam explosion; Sugarcane straw
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97131/tde-20112017-153808/

Neste trabalho, foi realizada a caracterização de ligninas de palha de cana-de-açúcar. O isolamento das ligninas se deu por acidólise branda e por polpação soda, precedida ou não por pré-tratamento com ácido diluído ou por explosão a vapor. A palha de cana e as ligninas foram caracterizadas por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE), Espectrometrias no Infravermelho (FT-IR) e no Ultravioleta (UV), por Ressonância Magnética Nuclear de Prótons (1H RMN), Cromatografia de Permeação em Gel (GPC), Análise Termogravimétrica (TGA) e Calorimétrica (DSC), Análise Elementar e de Poder Calorífico Superior (PCS). A lignina técnica isolada por acidólise branda apresentou fórmula C9Har2,31Hal4,14O1,27(OH)ph0,58(OH)al1,19(OCH3)1,11 e relação H:G:S de 1 : 3,22 : 3,68, com 20% de condensação e massa molar média de 1908 Da. A cinética de termodegradação dessa lignina em atmosfera inerte se deu com energia de ativação de 13,90 kJ.mol-1, constante pré-exponencial 0,4799 min-1 e 42% em massa de carvão residual. Foram determinados, ainda, o coeficiente de extinção a 280 nm de 26,03 L.g-1 e o Poder Calorífico Superior de 23,72 kJ.g-1. A partir das informações obtidas em todas as análises, foi proposta uma estrutura para esta lignina. A deslignificação via polpação soda mostrou-se eficiente na remoção de lignina da matriz e foi verificado que, durante o processo, ocorre o rompimento de ligações entre a lignina e carboidratos, entretanto, algumas dessas ligações não são rompidas e o resíduo do processo, denominado lignina, contêm cerca de 17% carboidratos. A lignina soda apresentou poder calorífico superior de 25,14 kJ.g-1, 36% em massa de carvão residual e cinética de termodegradação com energia de ativação de 12,73 kJ.mol-1 e k0=0,4195 min-1. Foi verificado que as polpas soda que sofreram pré-tratamentos apresentaram um menor teor de lignina e maior solubilização de hemiceluloses. Estes tratamentos se mostraram eficientes na hidrólise dos complexos lignina-carboidrato e a ligninas obtidas apresentaram os menores teores de carboidrato residual e características estruturais diferentes das demais, mostrando-se mais condensadas em função das reações que ocorrem em meio ácido. Os coeficientes de extinção a 280 nm foram iguais a 24,2 L.g-1 e 23,3 L.g-1, respectivamente para as ligninas de explosão a vapor e pré-tratamento ácido e suas fórmulas estruturais determinadas por 1H RMN foram, respectivamente, C9Har1,59Hal4,12O0,84(OH)ph0,61(OH)al0,88(OCH3)1,51 e C9Har2,12Hal4,23O1,64(OH)ph0,83(OH)al0,58(OCH3)1,10. === In this work, the characterisation of lignins of sugarcane straw was made. The lignins were isolated by moderate acidolysis and soda process, preceded or not by either diluted acid or steam explosion pretreatments. The sugarcane straw and the lignins were characterised by High Performance Liquid Chromatography (HPLC), Infrared (FT-IR) and Ultraviolet (UV) Spectrometry, Proton Nuclear Magnetic Resonance (H1-RMN), Gel Permeation Chromatography (GPC), Thermogravimetrica analysis (TGA) and Differential Scattering Calormietry (DSC), Elemental Analysis and Heat Power (HP). The technical lignin isolated by moderate acidolysis has the formula C9Har2.31Hal4.14O1.27(OH)ph0.58(OH)al1.19(OCH3)1.11, H:G:S ratio of 1 : 3.22 : 3.68, is 20% condensed and its avarage molecular weight is 1908 Da. The thermal degradation kinetics analysis of this lignin in inert atmosphere was carried out, the results obtained were: activation energy of 13.80 kJ.mol-1, pre-exponential constant of 0.4799 min-1 and 42% residual char. The extinction coefficient obtained at 280 nm was 26.03 L.g-1 and the heat power 23.72 kJ.g-1. A structure was proposed for this lignin based on all the information obtained from these analyses. The delignification via soda process was efficient at removing lignin; during the process, the breaking of bonds between the lignin and carbohydrates was noticed, nevertheless, some of these bonds were not broken and the process residue, hereinafter called lignin, contains about 17% carbohydrates. The soda lignin has heat power of 25.14 kJ.g-1, 36% residual char and the thermal degradation kinetics ocurred with activation energy of 12.73 kJ.mol-1 and k0=0.4195 min-1. It was found that pretreated soda pulps have a lower lignin content and higher solubilisation of complexes, the lignins obtained had the lowest residual carbohydrates contents and different structural features from the untreated ones, being more condensed due to the reactions that occur in acid medium. The extinction coefficients at 280 nm obtained are 24.2 L.g-1 and 23.3 L.g-1, the structural formulas determined by 1H RMN are C9Har1.59Hal4.12O0.84(OH)ph0.61(OH)al0.88(OCH3)1.51 and C9Har2.12Hal4.23O1.64(OH)ph0.83(OH)al0.58(OCH3)1.10 for the steam explosion and acid pretreatment lignins, respectively.