Extração de xilana de folha de cana-de-açúcar em processo organosolv

Abstract

A biomassa lignocelulósica é composta majoritariamente por celulose, hemicelulose e lignina e é uma fonte renovável para produção de biocombustíveis e produtos de valor agregado. Entretanto, essa biomassa necessita de uma etapa de pré-tratamento para modificar sua estrutura. Para separação/isolamento da lignina a estratégia definida foi o pré-tratamento em meio com solvente, caracterizando o processo organosolv. Outro objetivo foi promover a separação da xilana, introduzindo uma etapa de adição de etanol para precipitação da xilana. Os pré-tratamentos foram realizados em meio alcalino seguindo um planejamento experimental (concentração de NaOH variando de 3 a 10,5%, temperaturas de 90 a 210°C, concentração do solvente 30% a 90%, e tempo de reação de 5 a 85 min). A separação da hemicelulose e lignina foi efetuada através de mudanças na solução: a lignina foi precipitada com a acidificação do meio; a xilana foi precipitada através da adição de etanol. O ensaio que apresentou o melhor resultado para precipitação da xilana, teve como parâmetros as seguintes condições, temperatura de 90ºC, tempo de reação de 45 minutos, concentração de solvente foi de 50% e a concentração do reagente alcalino foi igual a 5,5%. Esta condição resultou em um precipitado de 2,36 gramas. Associando os fatores mais determinantes, tempo de reação versus concentração de NaOH e concentração de solvente versus concentração de NaOH, foi possível estimar as melhores condições de pré-tratamento para maximizar a precipitação e recuperação da xilana. O mesmo não pode ser feito para a lignina, a fração liquida onde a mesma se encontrava solubilizada sofreu uma acidificação, porém não ocorreu precipitação. Possivelmente, o meio rico em etanol colaborou em manter a lignina solúvel mesmo em solução ácida, sendo necessário remover o etanol para precipitação da lignina.

The lignocellulosic biomass is mainly composed by cellulose, hemicellulose and lignin, and it is a renewable source for the production of biofuels and value-added products. However, this biomass requires a pretreatment stage in order to modify its structure. For lignin separation/isolation, the defined strategy was the pretreatment in medium with solvent, characterizing the organosolv process. Another goal, was to promote the xylan isolation, introducing an ethanol addition stage for the xylan precipitation. The pretreatments were performed in alkaline medium, following an experimental planning (NaOH concentration varying from 3% to 10,5%, temperatures from 90°C to 210°C, solvent concentration from 30% to 90% and reaction time from from 5 to 85 minutes). The hemicellulose and lignin separation was performed through changes in the solution: the lignin was precipitated with the medium's acidification; the xylan was precipitated through ethanol addition. The test that presented the best result for xylan precipitation, had the following conditions as parameters: 90°C temperature, 45 minutes of reaction time, solvent concentration of 50% and alkaline reagent concentration of 5,5%. These conditions resulted in 2,36 g of precipitate. Associating the most determining factors, reaction time versus NaOH concentration and solvent concentration versus NaOH concentration, it was possible to estimate the best pretreatment conditions in order to maximize xylan’s precipitation and recovery. This could not be done for lignin, the liquid fraction at which it was solubilized suffered acidification; however, precipitation did not occur. Possibly, the ethanol rich medium collaborated in maintaining the lignin soluble even in acidic solution, therefore it is necessary to remove the ethanol in order to precipitate lignin.