Hidrólise subcrítica de palha e cascas de arroz para obtenção integrada de açúcares fermentescíveis e material adsorvente

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2019
Autor(a) principal: Abaide, Ederson Rossi
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
dARK ID: ark:/26339/0013000008hzp
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Santa Maria
Brasil
Engenharia Química
UFSM
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Centro de Tecnologia
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/16508
Resumo: In this research, coproducts from rice harvesting and manufacturing, such as straw and husks, were submitted to subcritical water hydrolysis in order to obtain a hydrolyzed liquid containing fermentable sugars and a solid residue with an adsorption capacity higher than the fresh biomass. The assays were carried out at a laboratory-scale unit containing 50 mL hydrolysis reactor heated by thermal resistance, preheating baths, temperature sensors and controllers, pressure gauges, and pressure/flow control valves. The following process variables were studied: temperature (180, 220 and 260°C) and water / solids mass ratio (7.5 and 15 g water/g initial biomass). The pressure was set at 25 MPa and the total reaction time was defined as 15 minutes. Some responses were analyzed in order to identify the best process condition: reducing sugar (RS) yield, compositions of fermentable sugars and inhibitors, modification in the morphology and surface area of the hydrolyzed biomass, and residual adsorption capacity. In the experimental assays with rice straw, the highest RS yield of 33.4 ± 4.3 g/100 g rice straw (dry basis) was obtained at 220°C and water / solids mass ratio of 7.5 g water/g initial biomass (220°C / R-7.5; it corresponds to the flow rate of 10 mL/min). For rice husks, the best yield of RS was 18.3 ± 2.3 g/100 g of rice husks (dry basis) in the condition of 220 °C / R-7.5. The analysis of the hydrolyzed medium by high performance liquid chromatography indicated the presence of arabinose, cellobiose, glucose and xylose, and also inhibitors such as furfural and hydroxymethylfufural. When the surface area for the hydrolyzed rice straw was evaluated, the best condition was 260°C / R-7.5, with a surface area of 10.60 m2/g. For rice husks, the highest surface area was 24.24 m2/g for the same condition: 260°C / R-7.5. The rice straw submitted to subcritical water hydrolysis at 180°C / R-7.5 (g water / g initial biomass) presented the highest adsorption capacity of 2-nitrophenol at pH 7 (92.97 ± 1.31 mg/g).
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The following process variables were studied: temperature (180, 220 and 260°C) and water / solids mass ratio (7.5 and 15 g water/g initial biomass). The pressure was set at 25 MPa and the total reaction time was defined as 15 minutes. Some responses were analyzed in order to identify the best process condition: reducing sugar (RS) yield, compositions of fermentable sugars and inhibitors, modification in the morphology and surface area of the hydrolyzed biomass, and residual adsorption capacity. In the experimental assays with rice straw, the highest RS yield of 33.4 ± 4.3 g/100 g rice straw (dry basis) was obtained at 220°C and water / solids mass ratio of 7.5 g water/g initial biomass (220°C / R-7.5; it corresponds to the flow rate of 10 mL/min). For rice husks, the best yield of RS was 18.3 ± 2.3 g/100 g of rice husks (dry basis) in the condition of 220 °C / R-7.5. The analysis of the hydrolyzed medium by high performance liquid chromatography indicated the presence of arabinose, cellobiose, glucose and xylose, and also inhibitors such as furfural and hydroxymethylfufural. When the surface area for the hydrolyzed rice straw was evaluated, the best condition was 260°C / R-7.5, with a surface area of 10.60 m2/g. For rice husks, the highest surface area was 24.24 m2/g for the same condition: 260°C / R-7.5. The rice straw submitted to subcritical water hydrolysis at 180°C / R-7.5 (g water / g initial biomass) presented the highest adsorption capacity of 2-nitrophenol at pH 7 (92.97 ± 1.31 mg/g).Nesta pesquisa, coprodutos da colheita e da manufatura do arroz, como palha e cascas, foram submetidos à hidrólise com água subcrítica com a finalidade de se obter um líquido hidrolisado contendo açúcares fermentescíveis e um resíduo sólido com capacidade de adsorção maior que a das biomassas in natura. Os ensaios foram realizados em uma unidade em escala de laboratório contendo um reator de hidrólise de 50 mL aquecido por resistência térmica, banhos de pré-aquecimento, sensores e controladores de temperatura, manômetros e válvulas de controle de pressão/vazão. Para os ensaios de hidrólise, foram estudadas as variáveis de processo: temperatura (180, 220 e 260°C) e razão mássica água/sólidos (7,5 e 15 g água/g biomassa inicial). A pressão foi fixada em 25 MPa e o tempo de reação total foi de 15 minutos. Várias respostas foram analisadas com o objetivo de verificar a melhor condição de processo, sendo as principais: rendimento cinético em açúcares redutores (AR), composições de açúcares fermentescíveis e inibidores, modificação na morfologia e na área superficial das biomassas hidrolisadas e capacidade de adsorção do sólido residual. Nos experimentos com palha de arroz, os resultados mostraram o maior rendimento de AR de 33,4 ± 4,3 g/100 g de palha de arroz em base seca sob 220°C e razão mássica água/sólidos de 7,5 g água/g biomassa inicial (220°C / R-7,5; corresponde à vazão de 10 mL/min). Para as cascas de arroz, os AR tiveram maior rendimento de 18,3 ± 2,3 g/100 g de cascas de arroz em base seca também na condição de 220°C / R-7,5. As análises do meio hidrolisado por cromatografia líquida de alta eficiência indicaram a presença de arabinose, celobiose, glicose e xilose, além de inibidores como furfural e hidroximetilfufural. Avaliando-se a área superficial para a palha de arroz hidrolisada, observou-se que a melhor condição foi a de 260°C / R-7,5, com área superficial de 10,60 m2/g. Para as cascas de arroz, a maior área superficial foi de 24,24 m2/g, verificada para a mesma condição: 260°C / R-7,5. A capacidade de adsorção dos sólidos restantes do processo de hidrólise subcrítica foi avaliada frente ao composto 2-nitrofenol. A palha de arroz submetida à hidrólise subcrítica na condição 180°C /R-7,5 apresentou maior capacidade de adsorção em pH 7 (92.97 ± 1.31 mg/g).Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia QuímicaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaCentro de TecnologiaMazutti, Marcio Antoniohttp://lattes.cnpq.br/3520282081196395Zabot, Giovani Leonehttp://lattes.cnpq.br/6573885187331634Dotto, Guilherme Luizhttp://lattes.cnpq.br/5412544199323879Mayer, Flávio Diashttp://lattes.cnpq.br/4268416135140359Moraes, Moysés Naves dehttp://lattes.cnpq.br/1103782342351837Bender, João Paulohttp://lattes.cnpq.br/9904923877551072Abaide, Ederson Rossi2019-05-09T18:42:58Z2019-05-09T18:42:58Z2019-03-22info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/16508ark:/26339/0013000008hzpporAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2024-08-19T13:43:07Zoai:repositorio.ufsm.br:1/16508Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2024-08-19T13:43:07Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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description In this research, coproducts from rice harvesting and manufacturing, such as straw and husks, were submitted to subcritical water hydrolysis in order to obtain a hydrolyzed liquid containing fermentable sugars and a solid residue with an adsorption capacity higher than the fresh biomass. The assays were carried out at a laboratory-scale unit containing 50 mL hydrolysis reactor heated by thermal resistance, preheating baths, temperature sensors and controllers, pressure gauges, and pressure/flow control valves. The following process variables were studied: temperature (180, 220 and 260°C) and water / solids mass ratio (7.5 and 15 g water/g initial biomass). The pressure was set at 25 MPa and the total reaction time was defined as 15 minutes. Some responses were analyzed in order to identify the best process condition: reducing sugar (RS) yield, compositions of fermentable sugars and inhibitors, modification in the morphology and surface area of the hydrolyzed biomass, and residual adsorption capacity. In the experimental assays with rice straw, the highest RS yield of 33.4 ± 4.3 g/100 g rice straw (dry basis) was obtained at 220°C and water / solids mass ratio of 7.5 g water/g initial biomass (220°C / R-7.5; it corresponds to the flow rate of 10 mL/min). For rice husks, the best yield of RS was 18.3 ± 2.3 g/100 g of rice husks (dry basis) in the condition of 220 °C / R-7.5. The analysis of the hydrolyzed medium by high performance liquid chromatography indicated the presence of arabinose, cellobiose, glucose and xylose, and also inhibitors such as furfural and hydroxymethylfufural. When the surface area for the hydrolyzed rice straw was evaluated, the best condition was 260°C / R-7.5, with a surface area of 10.60 m2/g. For rice husks, the highest surface area was 24.24 m2/g for the same condition: 260°C / R-7.5. The rice straw submitted to subcritical water hydrolysis at 180°C / R-7.5 (g water / g initial biomass) presented the highest adsorption capacity of 2-nitrophenol at pH 7 (92.97 ± 1.31 mg/g).
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