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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.100.2022.tde-30052022-093158
Documento
Autor
Nome completo
Luiza Coatti
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2022
Orientador
Banca examinadora
Colombo, Renata (Presidente)
Honorio, Káthia Maria
Pereira Neto, Ana Maria
Sannomiya, Miriam
Título em português
Desenvolvimento de metodologias de extração e de análise dos ácidos orgânicos da vinhaça de cana-de-açúcar
Palavras-chave em português
Ácidos carboxílicos
Adsorventes
Cromatografia
Vinhoto
Resumo em português
O Brasil é o maior produtor de bioetanol gerado a partir da cana-de-açúcar. A produção deste biocombustível gera, durante o processo, diversos subprodutos em larga escala, entre eles a vinhaça. O montante de vinhaça gerado varia de 9 a 17 L para cada litro de bioetanol produzido, e atualmente é empregada principalmente na fertirrigação da lavoura da cana-de-açúcar, devido a sua composição rica em nutrientes. Contudo, sua aplicação no solo é restrita devido ao seu alto teor de matéria orgânica e seu pH ácido, relacionado à presença de ácidos orgânicos. Os ácidos presentes nesse efluente são utilizados como insumos em diversos setores industriais e atualmente são produzidos a partir de processos de difícil controle e/ou que envolvem reagentes tóxicos. Em busca de um melhor aproveitamento da vinhaça, o objetivo deste trabalho foi desenvolver metodologias de extração e análise (qualitativa e quantitativa) dos ácidos da vinhaça. O foco do estudo foi nos ácidos já descritos na literatura como presentes na cana-de-açúcar e que possuem aplicação em setores industriais (aconítico, maleico, succínico, cítrico, malônico, tartárico, lático, oxálico, glicólico, glutâmico e oxálico). Um método por cromatografia líquida com detector ultravioleta (CLAE-UV/MS) foi desenvolvido e validado para a detecção e quantificação dos ácidos orgânicos em amostras de vinhaça. A técnica de cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas foi utilizada para a inequívoca identificação dos ácidos. O potencial de aplicação da resina de troca iônica Purolite A400 na extração dos ácidos identificados na vinhaça foi avaliado utilizando os modelos de isotermas de Langmuir e Freundlich. Dentre os onze ácidos monitorados, os ácidos aconítico, málico e glicólico foram os mais frequentes nas cinco amostras de vinhaça analisadas. O aconítico e o málico foram os que apresentaram maiores concentrações em todas as amostras, variando entre 0,13-12555,41 mgL-1. Com relação ao estudo de adsorção dos ácidos na resina Purolite A400, o modelo de Langmuir foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais obtidos, indicando que o processo de adsorção é favorável e que a resina tem capacidade máxima de adsorção dos ácidos na faixa de 0,2 90,9 mgg-1. Conclui-se que a vinhaça tem potencial de ser empregada como fonte alternativa de obtenção dos ácidos orgânicos e que métodos simples e que atendem aos princípios da química verde podem ser empregados satisfatoriamente para a extração e análise destes ácidos em amostras de vinhaça
Título em inglês
Development of methodologies for extraction and analysis of organic acids from sugarcane vinasse
Palavras-chave em inglês
Adsorbents
Carboxylic acids
Chromatography
Stillage
Resumo em inglês
Brazil is the largest producer of bioethanol generated from sugarcane. The production of this biofuel generates, during the process, several by-products on a large scale, including vinasse. The amount of vinasse generated varies from 9 to 17 L for each liter of bioethanol produced, and it is currently used mainly in the fertigation of the sugarcane crop, due to its rich composition in nutrients. However, its application in the soil is restricted due to its high content of organic matter and its acid pH, related to the presence of organic acids. The acids present in this effluent are used as inputs in several industrial sectors and are currently produced from processes that are difficult to control and/or that involve toxic reagents. In search of a better use of vinasse, the objective of this work was to develop methodologies for extraction and analysis (qualitative and quantitative) of vinasse acids. The focus of the study was on the acids already described in the literature as present in sugarcane and which have application in industrial sectors (aconitic, maleic, succinic, citric, malonic, tartaric, lactic, oxalic, glycolic, glutamic and oxalic). A liquid chromatography method with ultraviolet detector (HPLC-UV/MS) was developed and validated for the detection and quantification of organic acids in vinasse samples. The technique of liquid chromatography coupled to mass spectrometry was used for the unequivocal identification of the acids. The application potential of Purolite A400 ion exchange resin in the extraction of identified acids in vinasse was evaluated using the Langmuir and Freundlich isotherm models. Among the eleven monitored acids, aconitic, malic and glycolic acids were the most frequent in the five vinasse samples analyzed. Aconitic and malic were the ones with the highest concentrations in all samples, ranging from 0.13-12555.41 mgL-1. Regarding the study of adsorption of acids in the Purolite A400 resin, the Langmuir model was the one that best fitted the experimental data obtained, indicating that the adsorption process is favorable and that the resin has a maximum capacity of adsorption of acids in the range of 0.2 - 90.9 mgg-1. It is concluded that vinasse has the potential to be used as an alternative source for obtaining organic acids and that simple methods that meet the principles of green chemistry can be used satisfactorily for the extraction and analysis of these acids in vinasse samples
 
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Data de Publicação
2022-10-10
 
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