Avaliação do pré-tratamento com solventes químicos em bagaço de cana-de-açúcar visando à obtenção de lignina

Abstract

O presente relatório apresenta a avaliação de diferentes condições de pré-tratamento em bagaço de cana-de-açúcar (BCA) visando à obtenção de lignina (LG). O trabalho foi dividido em duas etapas: a primeira envolveu os pré-tratamentos com solvente organossolv (etanol com adição de diferentes ácidos orgânicos) e a segunda com líquido iônico (LI) e solventes eutéticos profundos (SEPs). Densidade, pH e a solubilidade de uma LG comercial tipo Kraft foram determinadas para todos os solventes orgânicos avaliados neste trabalho. Todos os experimentos foram realizados com BCA livre de extrativos e os pré-tratamentos foram realizados em digestores químicos. Os pré-tratamentos foram conduzidos com uma relação mássica de 10% (m/v) a 120 °C por 1-6 h. As frações líquidas (das lavagens e o licor recuperado) após os pré-tratamentos foram misturadas e a solução resultante foi concentrada, posteriormente a LG desta solução foi precipitada. As frações sólidas obtidas (ligninas e polpas celulósicas) foram caracterizadas quimicamente e estruturalmente. Os resultados mostraram que a partir de cada ensaio de pré-tratamento foi possível extrair a LG do BCA. Entre os ensaios utilizando-se organossolv com etanol, o catalisado com ácido oxálico por 6 h apresentou o menor pH (2), densidade de 0,86 g.L-1 e solubilidade de LG Kraft de 66,7% (m/m). Esta condição resultou nos melhores valores de remoção de LG e hemicelulose (HC) (49,1% e 41,8%, respectivamente), conservação da celulose (CL) (93,1%) e rendimento de obtenção de LG de 45,1 % (m/m). Adicionalmente, o pré-tratamento com adição de ácido oxálico por 6 h apresentou aparência de polpa celulósica com aspecto de fibra, a qual corroborou com os bons rendimentos de obtenção de LG. As ligninas (LGs) obtidas atingiram purezas entre 88-90% e sua contaminação por HC e CL foram de 2,4-4,5% e 0,3-0,5%, respectivamente. A análise espectroscópica de infravermelho (ATR-FTIR) mostrou que estas LGs apresentaram bandas características de anéis aromáticos, além disso, os ensaios de RMN-2D-HSQC mostraram que estas LGs exibiram ligações e estruturas típicas de LG de gramíneas. A análise de RMN-2D-HSQC também confirmou a redução de ligações do tipo β-O-4 nas LGs obtidas, fato que corroborou com o aumento do rendimento destas. Em relação aos ensaios que utilizaram LIs e SEPs, o ensaio contendo ácido lático + cloreto de colina (LI) mostrou o menor pH (1). O ensaio por 6 h de pré-tratamento culminou com uma remoção de LG e HC de 49,1% e 41,8%, respectivamente, conservação de CL de 92,6% e rendimento de obtenção de LG de 53,7% (m/m). A LG obtida neste ensaio por 6 h de pré-tratamento exibiu uma pureza de 90,5% e contaminação por HC e CL de 1,7% e 0,7%, respectivamente. Esta LG apresentou a maior pureza e a menor contaminação entre todas as LGs obtidas neste trabalho. O ATRFTIR mostrou que está LG apresentou maior intensidade nas bandas características de anéis aromáticos comparada com a LG obtida por organossolv com adição de ácido oxálico. Por meio da análise dos espectros de RMN-2D-HSQC da LG obtida por meio de pré-tratamento com ácido lático + cloreto de colina (LI) por 6 h foi possível observar ligações e estruturas típicas de LG de gramíneas. Por fim, a análise de RMN-2D-HSQC também confirmou a redução de ligações do tipo β-O-4 desta LG, fato que corroborou o aumento do rendimento de extração desta.