Hidrólise ácida de polpa de sisal: características do processo heterogêneo e estudo das reações correlatas - Paula, Mauricio Peres de (2009)
A utilização da biomassa para produção de substâncias químicas e energia é um dos principais temas atualmente abordados, tanto na pesquisa básica como na aplicada. No Brasil, o cultivo do sisal é altamente produtivo e o uso como fonte de matéria-prima para a fabricação etanol é, sem dúvida, de grande valia dado que o país é atualmente o maior produtor e que 95% da planta, em média, é considerado rejeito de desfibramento que pode ser usado como fonte de biomassa. A transformação dos polissacarídeos presentes na biomassa em açúcares fermentáveis, visando produção de etanol, vem sendo largamente estudada por duas principais vias, a hidrólise ácida e a enzimática. No presente trabalho, foi desenvolvido um estudo visando à hidrólise de polpa de sisal utilizando ácido sulfúrico como catalisador. Para isso, hidrólises de polpa de sisal foram feitas em reações isotérmicas a temperaturas entre 60-100oC em solução de 30% (v/v) de H2SO4 e reações a 70oC em concentrações de ácido entre 30 e 50% (v/v). A partir dos resultados das reações isotérmicas, uma não isotérmica foi realizada variando-se a temperatura de 100 a 60oC (30% H2SO4), a fim de diminuir a formação de produtos da decomposição a partir dos açúcares gerados no licor. Para acompanhar os processos, em determinados intervalos de tempo, durante 6h, foram retiradas alíquotas dos licores de açúcares e derivados, os quais foram analisados por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE), a fim de avaliar a natureza e o teor dos produtos da hidrólise. As celuloses residuais (não hidrolisadas), suspensas no meio, foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura, massa molar média por viscosimetria capilar e cristalinidade e dimensão de domínios cristalinos por difração de raios X. As massas molares médias das celuloses residuais diminuíram até dez vezes logo nos primeiros minutos de reação e os valores de cristalinidade mostraram que as hidrólises ocorrem primeiramente nas regiões não cristalinas da celulose sendo as regiões cristalinas uma grande barreira frente à hidrólise. Os resultados mostraram que o aumento da temperatura elevou consideravelmente a porcentagem de hidrólise, entretanto temperaturas maiores que 80oC (30% H2SO4) favoreceram consideravelmente a decomposição da glicose. A 70oC, concentrações de ácido superiores a 30% levaram ao aumento da formação de glicose, e a menores taxas de decomposição. Além desses, mais três experimentos a 100oC e 30% de H2SO4 foram realizados utilizando celuloses de sisal mercerizadas por 1, 2 e 3h. Os resultados mostraram que o pré-tratamento levou a diminuição de até 23% da cristalinidade e de até 21% da massa molar média da celulose além de eliminar polioses presentes. Os rendimentos mostraram um acréscimo de até 50% a mais na formação de glicose. Para cada condição reacional, foi feito um estudo cinético aplicando os teores de glicose obtidos a um modelo proposto para hidrólise de polpas celulósicas. Os resultados mostraram que todas as reações realizadas em 30% de H2SO4, assim como 35% H2SO4, 70oC, se ajustaram ao modelo. Porém, as reações realizadas a 70oC , com concentrações de ácido superiores a 35% H2SO4 não se ajustaram ao modelo. A partir dos resultados obtidos conclui-se que: A 30% H2SO4 e 100oC, é possível obter celulose microcristalina a partir de sisal; A hidrólise que levou a melhores rendimentos (maior formação de glicose e menor decomposição) foi a de 50% de H2SO4 e 70oC; A mercerização da polpa facilita muito a hidrólise ácida, melhorando o rendimento em até 50% no teor de glicose; A hidrólise não isotérmica se mostrou uma boa opção no que diz respeito à diminuição da formação de produtos de decomposição da glicose formada. Os resultados obtidos permitem projetar novas condições de hidrólise ácida, objetivando melhores rendimentos, e inclusive uso como pré-tratamento para hidrólise enzimática com intuito, por exemplo, de eliminar polioses. Até onde se tenha conhecimento, o estudo feito no presente trabalho para polpa de sisal, é inédito.