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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/21698
Tipo: | Dissertação |
Título: | Síntese e caracterização de carvão ativado do resíduo do cacau (Theobroma cacao) para a remoção de furfural |
Autor(es): | Nóbrega, Riann de Queiroz |
Primeiro Orientador: | Silva, Flávio Luiz Honorato da |
Primeiro Coorientador: | Rodriguez Diaz, Joan Manuel |
Resumo: | Diante dos problemas ambientais ocasionados pelos combustíveis fósseis, aliado ao grande descarte de resíduos agroindustriais, tem-se verificado o desenvolvimento de tecnologias para o aproveitamento e a geração de bioprodutos (etanol, xilose e arabinose) com alto valor agregado. Tal geração é realizada pela reutilização de materiais lignocelulósicos, uma vez que estes apresentam quantidades significativas de açúcares, aproveitados posteriormente no processo fermentativo. A hidrólise ácida é um pré-tratamento químico que visa à redução da cristalinidade com a quebra da matriz lignocelulósica, permitindo a acessibilidade dos monômeros fermentáveis ao ataque biológico. Em severas condições operacionais, a hidrólise com ácido diluído pode gerar compostos indesejáveis ao processo fermentativo, como o furfural. Para diminuir o efeito inibitório do furfural no licor pré-hidrolisado da coroa do abacaxi, foi realizado a produção de carvão ativado obtido a partir do processo de carbonização do resíduo do cacau. Inicialmente, o resíduo do cacau passou por um processo de tratamento químico com ácido fosfórico 85% na proporção 1:2 (biomassa/ácido) por duas horas a 80 °C. Posteriormente, o resíduo quimicamente tratado sofreu o processo de carbonização e ativação física com vapor de água. As modificações químicas sofridas pelo material foram determinadas por análise de área superficial (BET), análise termogravimétrica (TGA) e pH do ponto de carga zero (pHPCz). A área superficial encontrada foi de 577,8 m2. g-1 e o pHPCZ = 5,0 apresentou caráter ácido. A análise termogravimétrica apresentou quatro estágios de perda de massa significativos correspondentes à vaporização da água, decomposição da celulose, hemicelulose e lignina e o aparecimento de cinzas. Os estudos de adsorção apresentaram uma capacidade máxima de remoção de furfural a uma taxa de 200 rpm e uma relação ótima de massa de adsorvente por volume de solução de 12 g.L-1. O tempo de equilíbrio adsorvente-adsorvato foi atingido em 300 min e o modelo de pseudo-primeira foi o melhor representado, possuindo um R2 de 0,987. Três condições de pré-tratamento na coroa do abacaxi foram utilizadas, variandose o tempo (30, 60 e 90 min), temperatura (105, 115 e 125 ⁰C) e concentração de ácido sulfúrico (1, 2 e 3%). Elas foram estabelecidas a partir de um planejamento fatorial experimental de 23 com três repetições no ponto central. Partindo das melhores condições (90 min, 125°C, 1%), a hidrólise da coroa do abacaxi apresentou uma alta produção de açúcares totais fermentáveis (21,28 g.L-1) e concentração aceitável de inibidores, gerando um licor propício para fermentação. |
Abstract: | In view of the environmental problems caused by fossil fuels, along with the large disposal of agroindustrial residues, technologies have been developed for the generation of bioproducts (ethanol, xylose and arabinose) with high added value. Such generation is carried out through the reuse of lignocellulosic materials, since these present significant amounts of sugars used later in the fermentation process. Acid hydrolysis is a chemical pretreatment aimed to reduce crystallinity by breaking the lignocellulosic matrix, allowing the fermentable monomers to be accessible to biological attack. Under severe operating conditions, hydrolysis with dilute acid can generate compounds undesirable to the fermentation process, such as furfural. To reduce the inhibitory effect of furfural in the pre-hydrolyzed pineapple crown liquor, activated charcoal was produced from the cocoa residue carbonization process. Initially, the cocoa residue underwent a chemical treatment process with 85% phosphoric acid at a 1:2 ratio (biomass/acid) for two hours at 80 °C. Subsequently, the chemically treated residue underwent a carbonization process and physical activation with water vapor. The chemical changes suffered by the material were determined by surface area analysis (BET), thermogravimetric analysis (TGA) and pH at zero charge point (pHPCz). The surface area found was 577.8 m2.g-1 and the pHPCZ = 5.0 was acidic. The thermogravimetric analysis showed four stages of significant mass loss corresponding to water vaporization, decomposition of cellulose, hemicellulose and lignin, and the appearance of ash. The adsorption studies showed a maximum furfural removal capacity at a rate of 200 rpm and an optimal adsorbent mass to solution volume ratio of 12 g. L-1. The adsorbent-adsorbate equilibrium time was reached in 300 min and the pseudo-first model was the best represented, having an R2 of 0.987. Three pretreatment conditions with sulfuric acid on the pineapple crown were used, varying the time (30, 60 and 90 min), temperature (105, 115 and 125 ⁰C) and reagent concentration (1, 2 and 3%). They were established from an experimental 23 factorial design with three repetitions at the central point. With the best conditions (90 min, 125 °C, 1%), the hydrolysis of the pineapple crown showed a high production of fermentable sugars (21.28 g. L-1) and acceptable concentration of inhibitors, generating a suitable liquor for fermentation. |
Palavras-chave: | Bioprodutos Resíduos agroindustriais Adsorção Pré-tratamento Hidrólise Bioproducts Lignocellulosic waste Adsorption Pretreatment Hydrolysis |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal da Paraíba |
Sigla da Instituição: | UFPB |
Departamento: | Engenharia Química |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
Tipo de Acesso: | Acesso aberto Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil |
URI: | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ |
URI: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/21698 |
Data do documento: | 29-Jul-2021 |
Aparece nas coleções: | Centro de Tecnologia (CT) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
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