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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.75.2015.tde-07052015-092948
Documento
Autor
Nome completo
Fabricio Heitor Martelli
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2015
Orientador
Banca examinadora
Silva, Wilson Tadeu Lopes da (Presidente)
Morgado, Daniella Lury
Zúñiga, Ursula Fabiola Rodríguez
Título em português
Determinação e caracterização físico-química e espectroscópica de gramíneas para obtenção de etanol de segunda geração
Palavras-chave em português
Caracterização de biomassa
Espectroscopia em gramíneas
Etanol 2G
Resumo em português
A busca por combustíveis renováveis tem se expandido cada vez mais no mundo moderno, devido à preocupação com a redução do volume de emissões de gases causadores do efeito estufa. No presente trabalho descreve-se a caracterização físico-quíca e espectroscópica de gramíneas com potencial para geração de Etanol 2G (Sorgo Biomassa, Capim Elefante, Capim Marandu, Capim Mombaça). As matrizes vegetais foram caracterizadas por diferentes técnicas, incluindo Análise Elementar, Ressonância Magnética Nuclear (RMN) de 13C, difração de raios X (DR-X), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourrier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura acoplada com detector de energia dispersiva (MEV-EDS). Os componentes extraídos foram avaliados por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) e por espectroscopia de absorção eletrônica (UV-VIS). O bagaço de cana apresentou maior teor de C com 45,0%, o colmo do Capim-Marandu apresentou maior concentração de O com 46,1%; a concentração de H para todos os materiais ficaram próximas dos 5%; as folhas do Capim-Marandu apresentaram 4,5% de teor de S; as folhas de Capim-Elefante e do Sorgo apresentaram maior concentração de N que tiveram como média 2%. As análises da composição lignocelulósica por via ácida diluída mostraram que os colmos possuem maior concentração de celulose, hemicelulose e lignina, enquanto as folhas apresentaram maiores teores de inorgânicos (cinzas). As análises por RMN dos materiais brutos mostraram as mesmas tendências de composição orgânica. A DR-X mostrou uma maior presença de celulose cristalina nos colmos, bem como a presença de materiais silicatados na folhas. As análises por FTIR indicaram nos colmos as maiores intensidades de sinal na região das bandas de polissacarídeos (1030-1100 cm-1). As folhas apresentaram um sinal peculiar de ligações C-O-C em carbonatos na forma fina e intensa (sharp) na região de 1380 cm-1. Também foi empregado o método de Van Soest para caracterização da composição geral da biomassa, sendo os resultados não comparáveis com os observados pelo método em via ácida, superestimando a quantidade de celulose e subestimando os valores de lignina. Com as imagens de MEV foi possível identificar estruturas internas dos materiais estudados, comprovando o ordenamento das fibras vegetais. Apesar das folhas possuirem menor teor de celulose, este polissacarídeo está mais amorfo, comparada com os colmos. No geral, os resutados mostraram que as diferentes gramíneas possuem muita similaridade química-estrutural, fato que deve possibilitar o uso de um mesmo processo de hidrólise, independentemente da fonte.
Título em inglês
Determination and physico-chemical and spectroscopic characterization grasses to obtain second-generation ethanol
Palavras-chave em inglês
2G Ethanol
biomass characterization
Spectroscopy in grasses
Resumo em inglês
The search for renewable fuels has been increasing in the modern world, due to this worring about the reduction in the volume of emissions of greenhouse. In this study we describe the physical-chemical and spectroscopic characterization and the grass potential in generating 2G Ethanol (Sorgum, Marandu, Elephant and Mombaça). The plant matrices were characterized by different techniques, including Elemental Analysis, Nuclear Magnetic Resonance (NMR) 13C, X-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy with Fourier transform (FTIR), scanning electron microscopy coupled with energy dispersive detector (SEM-EDS). The extracted components were evaluated by high performance liquid chromatography (HPLC) and spectroscopy of electronic absorption (UV-VIS). Sugarcane bagasse showed higher C content with 45.0%, the stem Marandugrass had the higher O with 46.1%; H concentration for all materials were closer than 5%; the Marandugrass leaves showed 4.5% of the sulfur content; leaves Elephantgrass and sorghum showed higher N which had the average 2%. Analyses of lignocellulosic composition by acid way showed that stems contain higher concentrations of cellulose, hemicellulose and lignin, since leafs presented higher contents of inorganics (ash). NMR analyses of the raw materials showed the same tendence of organic composition. XRD showed higher content of cristaline cellulose in the stem, as well as, the presence of silicate materials in the leafs. FTIR indicated the major stems signal intensities of the bands in the region of polysaccharides (1030-1100 cm-1). The leaves had a peculiar C-O-C signal connection in the form of sharp carbonates in the region 1380 cm-1. It was also used the Van Soest melthod regaring to general characterization of the biomass, but the resultas were not comparable to the acid way method, because it overvalues the cellulose contents and undervalues the lignin ones. By the SEM images, they were identified internal structures of the studied materials, proving the system of the ordenated plant fibers. Despite leafs presented lower contents of cellulose, this polysacharide is amorfous, comparing to stems. In general, results showed that these different grasses have chemical-structural similarities, which probably makes possible the use of the same hydrolysis process, independently of the biomass source.
 
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Data de Publicação
2015-05-15
 
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