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Fibras Lignocelulósicas: Fonte de Materiais e de Açúcares Fermentescíveis

Processo: 15/05240-5
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado
Vigência (Início): 01 de setembro de 2015
Vigência (Término): 30 de abril de 2019
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
Pesquisador responsável:Elisabete Frollini
Beneficiário:Joice Jaqueline Kaschuk
Instituição-sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Bolsa(s) vinculada(s):17/13500-2 - Ultrafinas e nanofibras a partir de soluções de acetato de celulose: aplicação em células solares, BE.EP.DR
Assunto(s):Fibras lignocelulósicas   Lignina   Polímeros naturais   Celulose

Resumo

Pretende-se no presente projeto valorizar fibras lignocelulósicas através da utilização das mesmas na obtenção de açucares fermentescíveis (os quais podem gerar etanol), assim como materiais bio-baseados (bio-based materials). Fibras de sisal e de coco foram inicialmente selecionadas. A motivação desta escolha foi decorrente de ambas serem amplamente disponíveis no país, e por apresentarem composição e morfologia diferenciada. Sisal tem alto teor de celulose e baixo teor de lignina, enquanto coco, comparativamente a sisal, tem mais alto teor de lignina. A celulose apresenta grande potencial para obtenção de etanol, já que o mesmo pode ser gerado a partir de açúcares produzidos a partir da hidrólise da mesma. Um aspecto importante ligado a produção do etanol a partir de materiais lignocelulósicos, refere-se a eliminação ou não de lignina e hemiceluloses presentes, previamente a hidrólise. No presente projeto pretende-se submeter biomassa a pré-tratamentos, visando eliminação da lignina e da hemicelulose das fibras lignocelulósicas, por exemplo usando solução alcalina (NaOH, mercerização). Condições ótimas serão buscadas nestes pré-tratamentos, visando obtenção de fibras que levem a melhores resultados tanto na preparação de materiais como na obtenção de açucares fermentescíveis. Uma alternativa a pré-tratamentos visando eliminar lignina antes da hidrólise enzimática, consiste no uso de surfactantes com afinidade por lignina, cuja presença usualmente interfere no rendimento das reações de hidrólise. No presente projeto, o uso de um biosurfactante será considerado. Em todas as reações de hidrólise enzimática, alíquotas serão retiradas do meio durante a reação. O licor, contendo açúcares fermentescíveis, será separado do sólido, ou seja da biomassa ainda não hidrolisada, e ambos serão caraterizados. O licor será avaliado via Cromatografia de alta Resolução (HPLC), e as fibras ainda não hidrolisadas via cristalinidade (Difração de raios X), morfologia da superfície (Microscopia Eletrônica de Varredura), dimensões (espessura/comprimento, usando MorFI). Destaca-se que este estudo sobre as fibras não hidrolisadas durante o processo de hidrólise é importante, pois além de agregar informações ao estudo da hidrólise, gera informações para a obtenção de nanocristais de celulose a partir de fibras lignocelulósicas. Considerando o desejável aspecto de integração de processos em biorefinarias que produzem o etanol celulósico, as fibras lignocelulósicas serão também usadas na preparação de materiais. O presente projeto tem como um dos objetivos usar as fibras lignocelulósicas na preparação de materiais filmogênicos, sem interferir de forma significativa nas estruturas dos principais componentes destas fibras, ou seja, celulose, hemiceluloses e lignina. Pretende-se obter membranas (mats) baseadas em nanofibras e fibras ultrafinas a partir de eletrofiação (electrospinning) utilizando as fibras lignocelulósicas (tratadas ou não) como material de partida. Adicionalmente, filmes serão obtidos a partir, a partir de soluções (via processos convencionais) das fibras lignocelulósicas, desestruturadas usando sistemas de solventes adequados, como Cloreto de lítio/Dimetilacetamida (LiCl/DMAc). Tendo em conta a abordagem ligada a biorefinaria de lignocelulósicos do presente projeto, o uso de glicerol como solvente também será explorado. Glicerol potencialmente pode ser obtido como subproduto da plataforma de geração de químicos em uma biorefinaria. Após a identificação de condições ótimas para preparação de filmes, os mesmos serão preparados com adição de celulose nanocristalina (CNC), já disponíveis, a fim de avaliar a influência da presença da mesma nas propriedades dos filmes, como em propriedades mecânicas e de barreira. Assim, a valorização de fibras lignocelulósicas abundante no país, ocorrerá em duas vertentes, a primeira relacionada a estudos de pré-tratamento e posterior hidrólise enzimática, e a segunda referente a geração de materiais.