PRÉ-TRATAMENTO ORGANOSSOLVE DA BIOMASSA RESIDUAL DE
EUCALIPTO UTILIZANDO ETANOL

Dissertação de Mestrado

Orientando: LILIANA BERNARDINO DE OLIVEIRA E SOUZA

Orientador: Prof. Dr. Ricardo Reis Soares
LILIANA BERNARDINO DE OLIVEIRA E SOUZA

PRÉ-TRATAMENTO ORGANOSSOLVE DA BIOMASSA RESIDUAL DE EUCALIPTO UTILIZANDO ETANOL

Dissertação de Mestrado apresentado ao Programa de Pós-Graduação em Biocombustíveis do Instituto de Química da Universidade Federal de Uberlândia, atendendo ao requisito para a obtenção do título de Mestre em Ciências e Tecnologia de Biocombustíveis.
Ficha Catalográfica Online do Sistema de Bibliotecas da UFU
com dados informados pelo(a) próprio(a) autor(a).

S729 Souza, Liliana Bernardino de Oliveira e, 1983-
2021 PRÉ-TRATAMENTO ORGANOSSOLVE DA BIOMASSA RESIDUAL DE EUCALIPTO UTILIZANDO ETANOL [recurso eletrônico] / Liliana Bernardino de Oliveira e Souza. - 2021.

Orientador: Ricardo Reis Soares.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Uberlândia, Pós-graduação em Biocombustíveis.

Modo de acesso: Internet.

Disponível em: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.228

Inclui bibliografia.

1. Biocombustível. I. , Ricardo Reis Soares,1965-, (Orient.). II. Universidade Federal de Uberlândia. Pós-graduação em Biocombustíveis. III. Título.

CDU: 662.756

Bibliotecários responsáveis pela estrutura de acordo com o AACR2:

Gizele Cristine Nunes do Couto - CRB6/2091
ATA DE DEFESA - PÓS-GRADUAÇÃO

<table><tr><td>Programa de Pós-Graduação em:</td><td colspan="5">Biocombustíveis</td></tr><tr><td>Defesa de:</td><td colspan="5">Dissertação de Mestrado, 42, PPBIC</td></tr><tr><td>Data:</td><td>08 de março de 2021</td><td>Hora de início:</td><td>13:30</td><td>Hora de encerramento:</td><td>16:30</td></tr><tr><td>Matrícula do Discente:</td><td colspan="5">11722PGB008</td></tr><tr><td>Nome do Discente:</td><td colspan="5">Liliana Bernardino de Oliveira e Souza</td></tr><tr><td>Título do Trabalho:</td><td colspan="5">PRÉ-TRATAMENTO ORGANOSSOLVE DA BIOMASSA RESIDUAL DE EUCALIPTO UTILIZANDO ETANOL</td></tr><tr><td>Área de concentração:</td><td colspan="5">Biocombustíveis</td></tr><tr><td>Linha de pesquisa:</td><td colspan="5">Processos químicos e bioquímicos</td></tr><tr><td>Projeto de Pesquisa de vinculação:</td><td colspan="5"></td></tr></table>

Reuniu-se em ambiente virtual, a Banca Examinadora, designada pelo Colegiado do Programa de Pós-graduação em Biocombustíveis, assim composta pelos Doutores: Vinicius Rossa, da Universidade Federal Fluminense; Mylene Cristina Alves Ferreira Rezende; e Prof. Dr. Ricardo Reis Soares, orientador(a) do(a) candidato(a).

Iniciando os trabalhos o(a) presidente da mesa, Dr(a). Ricardo Reis Soares, apresentou a Comissão Examinadora e o candidato(a), agradeceu a presença do público, e concedeu ao Discente a palavra para a exposição do seu trabalho. A duração da apresentação do Discente e o tempo de arguição e resposta foram conforme as normas do Programa.

A seguir o senhor(a) presidente concedeu a palavra, pela ordem sucessivamente, aos(às) examinadores(as), que passaram a arguir o(a) candidato(a). Ultimada a arguição, que se desenvolveu dentro dos termos regimentais, a Banca, em sessão secreta, atribuiu o resultado final, considerando o(a) candidato(a):

[A]provado(a).

Esta defesa faz parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre.

O competente diploma será expedido após cumprimento dos demais requisitos, conforme as normas do Programa, a legislação pertinente e a regulamentação interna da UFU.
Nada mais havendo a tratar foram encerrados os trabalhos. Foi lavrada a presente ata que após lida e achada conforme foi assinada pela Banca Examinadora.

<figure><img src="image_1.png" /></figure>

Documento assinado eletronicamente por **Ricardo Reis Soares**,
**Professor(a) do Magistério Superior**, em 09/03/2021, às 15:51, conforme
horário oficial de Brasília, com fundamento no art. 6º, § 1º, do Decreto nº
8.539, de 8 de outubro de 2015.

<figure><img src="image_2.png" /></figure>

Documento assinado eletronicamente por **Mylene Cristina Alves Ferreira**
**Rezende, Usuário Externo**, em 09/03/2021, às 16:25, conforme horário oficial de Brasília, com fundamento no art. 6º, § 1º, do Decreto nº 8.539, de 8 de outubro de 2015.

<figure><img src="image_3.png" /></figure>

Documento assinado eletronicamente por **Vinicius Rossa, Usuário Externo**,
em 09/03/2021, às 16:45, conforme horário oficial de Brasília, com
fundamento no art. 6º, § 1º, do Decreto nº 8.539, de 8 de outubro de 2015.

<figure><img src="image_4.png" /></figure>

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acao=documento_conferir&id_orgao_aqueo_aquesto_externo=0, informando o código
verificador 2625520 e o código CRC EEDF7A84.
AGRADECIMENTO

Primeiramente ao dom da vida e a todas as pessoas que entraram na minha vida que me inspiraram e iluminaram com sua presença.

Aos meus pais Maria e Djalma por terem educado minha mente e fortalecido meu espírito, mesmo não estando presentes fisicamente entre nós, cujo a luz e amor continuam a brilhar em minha vida.

Ao meu amor, Tiago, que sempre acreditou em mim e sempre esteve ao meu lado, Te amo!

Aos meus irmãos, Júnior, Renata e Fernando por serem minha segurança.

Ao meu sobrinho Vitor, que você se torne um homem maravilhoso, como o papai.

Expresso minha gratidão e amizade a todos os colegas que fiz durante o mestrado, muito obrigada, pelo carinho e respeito mútuo que tivemos no laboratório, vocês fizeram com que osdias fossem mais leves e produtivos.

Vinicius, obrigada pela sua amizade e pela confiança, vou sentir saudades! Desejo toda felicidade do mundo a você.

Agradeço ao professor Ricardo, pela oportunidade e atenção.

Aos membros da banca, muita gratidão por participarem deste momento tão especial e inesquecível na minha vida.

Agradeço ao meu fiel amigo Bento Augusto, nunca me esquecerei das noites em claro e você se acalentando aos meus pés, obrigada por sempre me ouvir e por sempre estar disposto aos nossos passeios pela manhã e no final da tarde, foi meus momentos de alívio da ansiedade, me fez acreditar em mim.
RESUMO

As discussões sobre o uso de combustíveis fósseis, como o petróleo, são norteadas não somente pela sua carga poluente mas principalmente por se tratar de um recurso não renovável. Com o crescimento dos países, as sociedades se tornam mais dependentes dos avanços tecnológicos o que aumenta a demanda de energia e, consequentemente, aumenta a pressão sobre os recursos não-renováveis. Muitas alternativas são estudadas atualmente buscando a substituição dos combustíveis fósseis por recursos renováveis. A biomassa é uma alternativa viável, renovável e sustentável não só para a produção de biocombustíveis mas também como plataforma para a fabricação de produtos químicos de alto valor agregado. Ao longo das últimas décadas, houve o aumento nos estudos envolvendo o fracionamento da biomassa lignocelulósica nos seus polímeros, celulose, hemicelulose e lignina de modo que cada constituinte possa ser alcançado gerando produtos de comercialização, por meio de métodos de pré-tratamento, sendo um deles o método de pré-tratamento organossolve que através de uma mistura com solventes orgânicos/água em altas temperaturas, é capaz de descontruir e fracionar a biomassa, obtendo elementos com alto grau de pureza. O objetivo do presente trabalho foi efetuar a extração da lignina na biomassa residual de eucalipto sendo proposto um planejamento experimental fatorial 2(3-0) com o intuito de verificar quais variáveis, temperatura (180°C,200°C,220°C), concentração de solvente (50%,60%,70%) e tempo de reação (120min,180min,240min) são significativas no processo de deslignificação da biomassa. No método de pré-tratamento organossolve foi utilizado um reator batelada afim de identificar, no final de cada experimento, a biomassa deslignificada (parte sólida) e o licor negro (parte líquida). Por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) o licor negro foi analisado, e a lignina extraída foi separada por precipitação ácida e depois caracterizada. A biomassa "in natura" e as pré-tratadas foram caracterizadas em relação a sua composição química, utilizando o equipamento de difração de raios-X para identificação de sua estrutura e índice de cristalinidade, forma e aspecto (Microscopia Eletônica de Varredura -MEV). Após, foi obtido o rendimento final e o teor de deslignificação. Também foi feita a Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) com o objetivo de verificar os grupos constituintes na cadeia polimérica das ligninas, permitindo identificar tipos de ligações e grupos funcionais, assim podendo avaliar as principais semelhanças com a lignina comercial padrão (Sigma Aldrich). Os experimentos que mostraram maior deslignificação foram aqueles caracterizados por maior temperatura e maior concentração de etanol (220 °C; 70 %) o que significa que, na maior temperatura e na maior concentração de etanol, ocorre maior deslignificação da biomassa. Numa análise visual foi possível perceber picos bem pronunciados que apresentaram porção cristalina significativa em relação a biomassa "in natura" e também a mudança na estrutura e aspectos nas fibras da biomassa após o pré-tratamento organossolve. As análises feitas das ligninas no infravermelho mostraram espectros bastante coincidentes se comparados a lignina comercial, apenas, com pequenas variações nas intensidades de alguns picos.

Palavras-chaves: Pré-tratamento, organossolve, lignina.
The discussions about the use of fossil fuels, such as oil, are guided not only by its pollutant load but mainly because it is a non-renewable resource. As countries grow, societies become more dependent on technological advances, which increases the demand for energy and, consequently, increases the pressure on non-renewable resources. Many alternatives are currently being studied seeking to replace fossil fuels with renewable resources. Biomass is a viable, renewable and sustainable alternative not only for the production of biofuels but also as a platform for the manufacture of high value-added chemicals. Over the past decades, there has been an increase in studies involving the fractionation of lignocellulosic biomass in its polymers, cellulose, hemicellulose and lignin so that each constituent can be achieved generating commercialization products, through pretreatment methods, one of them being the organosolve pretreatment method that through a mixture with organic solvents/water at high temperatures, is able to deconstruct and fractionate the biomass, obtaining elements with a high degree of purity. The objective of this study was to perform the extraction of lignin from residual biomass of eucalyptus being proposed a factorial experimental planning 2 (3-0) in order to verify which variables, temperature (180°C, 200°C, 220°C), solvent concentration (50%, 60%, 70%) and reaction time (120min, 180min, 240min) are significant in the process of biomass delignification. In the organosolve pretreatment method a batch reactor was used in order to identify, at the end of each experiment, the delignified biomass (solid part) and the black liquor (liquid part). By High Performance Liquid Chromatography (HPLC) the black liquor was analyzed, and the extracted lignin was separated by acid precipitation and then characterized. The "in natura" and pre-treated biomass were characterized in relation to its chemical composition, using X-ray diffraction equipment to identify its structure and crystallinity index, shape and aspect (Scanning Electron Microscopy - SEM). Then, the final yield and delignification content were obtained. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) was also performed in order to verify the constituent groups in the lignin polymer chain, allowing the identification of types of bonds and functional groups, thus being able to assess the main similarities with the standard commercial lignin (Sigma Aldrich). The experiments that showed the highest delignification were those characterized by higher temperature and higher ethanol concentration (220 °C; 70%), which means that at the highest temperature and higher ethanol concentration, greater biomass delignification occurs. In a visual analysis it was possible to notice very pronounced peaks that presented significant crystalline portion in relation to the biomass "in natura" and also the change in structure and aspects in the fibers of biomass after the organosolve pretreatment. The infrared analysis of the lignins showed spectra quite coincident when compared to commercial lignin, only, with small variations in the intensities of some peaks.

**Keywords: Pretreatment, organosolv, lignin**
LISTA DE SIGLAS E ABREVIACÕES

<table><tr><td>ABNT</td><td>Associação Brasileira de Normas Técnicas</td></tr><tr><td>AcA</td><td>Ácido acético</td></tr><tr><td>AcF</td><td>Ácido fórmico</td></tr><tr><td>AcG</td><td>Ácido glicólico</td></tr><tr><td>AcL</td><td>Ácido lático</td></tr><tr><td>AcV</td><td>Ácido levulínico</td></tr><tr><td>AFEX</td><td>Explosão de fibras com amônia</td></tr><tr><td>ANEEL</td><td>Agência Nacional de Energia Elétrica</td></tr><tr><td>ANOVA</td><td>Análise de Variância</td></tr><tr><td>Ara</td><td>Arabinose</td></tr><tr><td>DRX</td><td>Difração de Raios-X</td></tr><tr><td>Fur</td><td>Furfural</td></tr><tr><td>Gli</td><td>Glicose</td></tr><tr><td>HMF</td><td>Hidroximetilfurfural</td></tr><tr><td>PDA</td><td>Arranjo de fotodíodos</td></tr><tr><td>RID</td><td>Detector de índice de refração</td></tr><tr><td>PPGB</td><td>Programa de Pós-graduação em Biocombustíveis</td></tr><tr><td>PNRS</td><td>Política Nacional de Resíduos Sólidos</td></tr><tr><td>EPE</td><td>Empresa de Pesquisa Energética</td></tr><tr><td>Lig</td><td>Lignina</td></tr><tr><td>Hemi</td><td>Hemicelulose</td></tr><tr><td>Cel</td><td>Celulose</td></tr><tr><td>RF</td><td>Rendimento Final</td></tr><tr><td>BM</td><td>Balanço Material</td></tr><tr><td>PD</td><td>Porcentagem de Deslignificação</td></tr><tr><td>RID</td><td>Detector de índice de refração</td></tr><tr><td>TAPPI</td><td>Associação Técnica da Indústria de Polpa e Papel</td></tr><tr><td>UFU</td><td>Universidade Federal de Uberlândia</td></tr><tr><td>Xil</td><td>Xilose</td></tr><tr><td>FIT-IR</td><td>Infravermelho com transformada de Fourier</td></tr><tr><td>MEV</td><td>Microscopia Eletrônica de Varredura</td></tr><tr><td>Mesh</td><td>Número de abertura por polegada</td></tr><tr><td>ICr</td><td>Índice de Cristalinidade</td></tr></table>
LISTA DE SÍMBOLOS

°C Graus celsius

≈ Aproximadamente

Ă Angström

λ Lambda

μ Micro

% Por cento

Θ Theta

Cm Centímetro

G Grama

g L⁻¹ Grama por litro

H Hora

L Litro

min Minutos

mm Milímetro

mL Mililitro

m Metro

L Litro

Wᵢ Massa inicial da biomassa seca

Wf Massa final seca da biomassa após o pré-tratamento

Wb Massa da biomassa seca usada no pré-tratamento

pH Potencial de hidrogênio

T Temperatura

> Maior do que

< Menor do que

rpm Rotação por minuto

nm Nanômetro

Ton Tonelada
LISTA DE EQUAÇÕES

<table><tr><td>Equação 1- Cálculo teor de umidade</td><td>46</td></tr><tr><td>Equação 2- Cálculo teor de cinzas</td><td>47</td></tr><tr><td>Equação 3-Cálculo teor extrativos</td><td>48</td></tr><tr><td>Equação 4- Cálculo teor de celulose</td><td>51</td></tr><tr><td>Equação 5 - Cálculo do teor hemicelulose</td><td>51</td></tr><tr><td>Equação 6/7/8- Cálculo do teor de lignina solúvel</td><td>52</td></tr><tr><td>Equação 9 - Cálculo do teor de lignina insolúvel</td><td>54</td></tr><tr><td>Equação 10-Cálculo do Rendimento</td><td>54</td></tr><tr><td>Equação 11- Cálculo Lignina total</td><td>55</td></tr><tr><td>Equação 12- Cálculo teor de deslignificação</td><td>55</td></tr><tr><td>Equação 13- Cálculo índice de cristalinidade</td><td>55</td></tr><tr><td>Equação 14- Teste F1</td><td>58</td></tr><tr><td>Equação 15- Teste F2</td><td>66</td></tr><tr><td>Equação 16- Equação do modelo estatístico para deslignificação</td><td>67</td></tr></table>
LISTA DE FIGURAS

<table><tr><td>Figura 1</td><td>Arquitetura da parede celular vegetal</td><td>21</td></tr><tr><td>Figura 2</td><td>Estrutura de uma cadeia de celulose</td><td>22</td></tr><tr><td>Figura 3</td><td>Açúcares que compõem as unidades de hemiceluloses</td><td>23</td></tr><tr><td>Figura 4</td><td>Álcoois precursores das unidades fenilpropanoídes Guaiacila</td><td>24</td></tr><tr><td>Figura 5</td><td>Estrutura molecular lignina de eucalipto</td><td>25</td></tr><tr><td>Figura 6</td><td>Efeito do pré-tratamento nos principais componentes dos materiais lignocelulósicos após procedimento de hidrólise</td><td>27</td></tr><tr><td>Figura 7</td><td>Produtividade do eucalipto e do pinus</td><td>33</td></tr><tr><td>Figura 8</td><td>Áreas detalhadas da produtividade por estado</td><td>34</td></tr><tr><td>Figura 9</td><td>Modelo Processo simplificado da produção de Etanol</td><td>36</td></tr><tr><td>Figura 10</td><td>Produção mundial de etanol</td><td>36</td></tr><tr><td>Figura 11</td><td>Volume etanol produzido 2000-2020</td><td>37</td></tr><tr><td>Figura 12</td><td>Reatir batelada</td><td>41</td></tr><tr><td>Figura 13</td><td>Fluxograma das etapas realizadas no pré-tratamento</td><td>43</td></tr><tr><td>Figura 14</td><td>Granulometria</td><td>44</td></tr><tr><td>Figura 15</td><td>Sistema de extração por Soxhlet</td><td>47</td></tr><tr><td>Figura 16</td><td>Difratograma para cálculo da cristalinidade pela intensidade</td><td>57</td></tr><tr><td>Figura 17</td><td>Aspectos estruturais da biomassa após pré-tratamento</td><td>59</td></tr><tr><td>Figura 18</td><td>Gráfico de Pareto - Deslignificação</td><td>64</td></tr><tr><td>Figura 19</td><td>Gráfico dos resultados obtidos experimentalmente versus resultados obtidos pelo modelo proposto – Deslignificação</td><td>66</td></tr><tr><td>Figura 20</td><td>Difratogramas de Raio- X da biomassa in natura e pré-tratadas</td><td>68</td></tr><tr><td>Figura 21</td><td>Análise de Espectrômetro de Infravermelho das ligninas</td><td>71</td></tr><tr><td>Figura 22</td><td>Micrografias Eletrônicas de Varredura</td><td>75</td></tr></table>
LISTA DE TABELAS

<table><tr><td>Tabela 1:</td><td>Oferta interna de energia no Brasil ano base 2020</td><td>19</td></tr><tr><td>Tabela 2:</td><td>Composição de alguns materiais Lignocelulósicos</td><td>21</td></tr><tr><td>Tabela 3:</td><td>Efeitos de vários metodos de pré-tratamento na composição química/física da biomassa</td><td>28</td></tr><tr><td>Tabela 4:</td><td>Planejamento planejamento fatorial 2<sup>(3-0)</sup> com ponto central</td><td>40</td></tr><tr><td>Tabela 5:</td><td>Condições de análise dos carboidratos e produtos de degradação</td><td>49</td></tr><tr><td>Tabela 6:</td><td>Composição química da biomassa de eucalipto "in natura"</td><td>59</td></tr><tr><td>Tabela 7:</td><td>Composição química da biomassa de eucalipto "in natura" e pré-tratada</td><td>61</td></tr><tr><td>Tabela 8:</td><td>Planejamento fatorial 2<sup>(3-0)</sup> – Deslignificação</td><td>62</td></tr><tr><td>Tabela 9:</td><td>Efeito de cada variável no processo de deslignificação</td><td>64</td></tr><tr><td>Tabela 10:</td><td>ANOVA para variável de resposta: Deslignificação</td><td>65</td></tr><tr><td>Tabela 11:</td><td>Resultados experiementos complementares</td><td>67</td></tr><tr><td>Tabela 12:</td><td>Resultado índice de cristalinidade</td><td>69</td></tr><tr><td>Tabela 13:</td><td>Atribuições das bandas espectro de absorção no infravermelho</td><td>72</td></tr><tr><td>Tabela 14:</td><td>Lignina resultante da extração ácida do licor negro</td><td>74</td></tr></table>
SUMÁRIO

<table><tr><td>1</td><td>INTRODUÇÃO</td><td>17</td></tr><tr><td>2</td><td>OBJETIVOS</td><td>19</td></tr><tr><td>2.1</td><td>Objetivo geral</td><td>19</td></tr><tr><td>2.2</td><td>Objetivo específico</td><td>19</td></tr><tr><td>3</td><td>REFERENCIAL TEÓRICO</td><td>20</td></tr><tr><td>3.1</td><td>Biomassa e energia</td><td>20</td></tr><tr><td>3.2</td><td>Composição da Biomassa Lignocelulósica</td><td>21</td></tr><tr><td>3.2.1</td><td>Celulose</td><td>23</td></tr><tr><td>3.2.2</td><td>Hemicelulose</td><td>24</td></tr><tr><td>3.2.3</td><td>Lignina</td><td>25</td></tr><tr><td>3.2.4</td><td>Extrativos</td><td>27</td></tr><tr><td>3.2.5</td><td>Cinzas</td><td>27</td></tr><tr><td>3.3</td><td>Pré-tratamentos de biomassas lignocelulósicas</td><td>28</td></tr><tr><td>3.3.1</td><td>Pré-tratamentos Físico- Químicos</td><td>29</td></tr><tr><td>3.3.2</td><td>Pré-tratamentos Biológicos</td><td>31</td></tr><tr><td>3.3.3</td><td>Pré-tratamentos Químicos</td><td>31</td></tr><tr><td>3.3.4</td><td>Pré-tratamento Organossolve</td><td>32</td></tr><tr><td>3.4</td><td>Resíduos das indústrias de base florestal</td><td>33</td></tr><tr><td>3.4.1</td><td>Biomassa de Eucalipto</td><td>33</td></tr><tr><td>3.4.2</td><td>Etanol como Solvente no pré-tratamento</td><td>35</td></tr><tr><td>4</td><td>MATERIAIS E MÉTODOS</td><td>39</td></tr><tr><td>4.1</td><td>Equipamentos</td><td>39</td></tr><tr><td>4.1.1</td><td>Reagentes</td><td>40</td></tr><tr><td>4.1.2</td><td>Planejamento Experimental</td><td>40</td></tr><tr><td>4.1.3</td><td>Processo do pré-tratamento Organossolve</td><td>42</td></tr><tr><td>4.2</td><td>Caracterização biomassa residual de eucalipto “in natura”</td><td>44</td></tr><tr><td>4.2.1</td><td>Granulometria</td><td>44</td></tr><tr><td>4.2.2</td><td>Determinação do teor de umidade</td><td>37</td></tr><tr><td>4.2.3</td><td>Determinação do teor cinzas</td><td>38</td></tr><tr><td>4.2.4</td><td>Determinação do teor de extrativos</td><td>47</td></tr></table>
<table>
  <tbody>
    <tr>
      <td>4.3</td>
      <td>Hidrólise da biomassa livre de extrativos</td>
      <td>49</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.3.1</td>
      <td>Determinação de carboidratos e seus produtos de degradação</td>
      <td>49</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.3.2</td>
      <td>Determinação dos teores de Celulose e Hemicelulose</td>
      <td>50</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.3.3</td>
      <td>Determinação de lignina solúvel</td>
      <td>52</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.3.4</td>
      <td>Determinação de lignina insolúvel</td>
      <td>53</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.5</td>
      <td>Caracterização da biomassa após pré-tratamento Organossolve</td>
      <td>54</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.5.1</td>
      <td>Rendimento após pré-tratamento</td>
      <td>54</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.5.2</td>
      <td>Análise do teor de umidade</td>
      <td>55</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.5.3</td>
      <td>Análise do teor de lignina insolúvel e solúvel</td>
      <td>55</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.5.4</td>
      <td>Porcentagem de deslignificação</td>
      <td>55</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.5.5</td>
      <td>Teores de Celulose e Hemicelulose</td>
      <td>56</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.5.6</td>
      <td>Ánalise do Licor negro</td>
      <td>56</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.5.7</td>
      <td>Precipitação e extração da Lignina</td>
      <td>56</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.6</td>
      <td>Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR)</td>
      <td>57</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.7</td>
      <td>Difração de raios-x 9 (DRX)</td>
      <td>59</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.8</td>
      <td>Microscopia eletrônica de varredura (MEV)</td>
      <td>59</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5</td>
      <td>RESULTADOS E DISCUSSÃO</td>
      <td>60</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.1</td>
      <td>Aspecto Físico após pré-tratamento</td>
      <td>61</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.2</td>
      <td>Composição química da biomassa residual de eucalipto "in natura"</td>
      <td>62</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.3</td>
      <td>Caracterização da biomassa residual de eucalipto e balanço de massa</td>
      <td>63</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.3.1</td>
      <td>Resultados da deslignificação</td>
      <td>68</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.3.2</td>
      <td>Experimentos complementares</td>
      <td>68</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.4</td>
      <td>Espectros de raio-x</td>
      <td>68</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.5</td>
      <td>Índice de Cristalinidade</td>
      <td>70</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.6</td>
      <td>Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier</td>
      <td>74</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.7</td>
      <td>Resultados obtidos da extração de lignina do licor negro</td>
      <td>75</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.8</td>
      <td>Ánalises morfológicas por MEV da biomassa "in natura" e pré-tratada</td>
      <td></td>
    </tr>
  </tbody>
</table>

<table>
  <tr>
    <td>6</td>
    <td>CONCLUSÃO</td>
    <td>80</td>
  </tr>
</table>

<table>
  <tr>
    <td>7</td>
    <td>REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO</td>
    <td>82</td>
  </tr>
</table>
# 1. INTRODUÇÃO

Na atualidade, o uso da biomassa tem sido alternativa utilizada para produção de diversos produtos que hoje têm como matéria-prima o petróleo. O problema é que os recursos fósseis, além de serem finitos, causam prejuízos ao meio ambiente.

A utilização de resíduos gerados pelas indústrias de base florestal é uma forma de redução dos impactos ambientais associados a tais atividades, produção deum produto de maior valor agregado, geração de renda e também uma forma de valorização de um material que simplesmente seria descartado. Dessa maneira, pesquisas envolvendo a utilização de biomassas resíduais florestais devem ser ampliadas para que seus benefícios possam ser repassados para a sociedade.

A biomassa é baseada na utilização dos resíduos primários (resíduos florestais), secundários (indústrias madeireira, moveleira, resíduos de processamento de alimentos, da produção de carvão vegetal, etc.) e terciários (decorrentes do consumo de alimentos e materiais), (LORA et al; 2012).

O uso sustentável de biomassa lignocelulósica na geração de eletricidade é uma alternativa que pode trazer importantes benefícios ambientais, além de mitigar emissões de gases efeito estufa como no sequestro de carbono (MARTÍNEZ et al; 2005).

De acordo com a Lei nº 12.305/10 (BRASIL, 2010) a Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS) a destinação final dos resíduos de biomassa, não deverão ser descartados indiscriminadamente no ambiente, eles terão que entrar novamente no processo produtivo das biorrefinarias, sendo reutilizados, bem como a disposição final ambientalmente adequada dos rejeitos.

Além da geração de energia, as biomassas e seus resíduos vêm sendo aplicados nas biorrefinarias baseadas em materiais lignocelulósicos, que têm como objetivo o fracionamento desses materiais em seus componentes (Celulose, Hemicelulose e Lignina) através de processos químicos, termoquímicos ou biológicos que requerem o pré-tratamento, etapa importante no processo de alteração da biomassa, a fim de deixar mais expostas suas fibras, quebrando as ligações entre seus principais componentes (LEIF et al, 2016).

Portanto, os métodos de pré-tratamentos se dividem em: pré-tratamentos biológicos por microorganismos (fungos), físicos (moagem de bola e extrusão), químicos (ácido, alcalino e organossolve) ou métodos combinados.
No processo de pré-tratamento organossolve, solventes orgânicos e água são utilizados para o pré-tratamento altas temperaturas da biomassa, afim, de extrair seus principais ativos. Os solventes mais comuns utilizados são: ácido acético, ácido fórmico, etanol (XU et al; 2007).

No presente trabalho, o pré-tratamento organossolve é realizado com um solvente de baixo custo (etanol), tendo como variáveis desse processo a temperatura, a razão etanol/água e o tempo da reação, visando identificar seus componentes, com ênfase na produção de lignina a custo baixo e mais pura. Segundo LI et al, (2015), o método organossolve é capaz de promover uma maior remoção da lignina.

No entanto, no decorrer dos anos os processos mais empregados para remoção de lignina são os processos Kraft e Lignossulfonatos, voltados para geração de energia, devido ao excesso de lignina nas indústrias (LORA et al; 2012). Algumas indústrias também utilizam a lignina para fabricação de adesivos, dispersantes, protetores do solo, tintas, resinas, bioplásticos, insumos químicos, etc. A desvantagem destas ligninas (Kraft e lignossulfonatos) é que apresentam altos teores de compostos de enxofre em suas estruturas, diminuindo seu rendimento e impedindo a produção de subprodutos (WILD et al; 2015).

De acordo com HUIJGEN et al; (2010), em queas aplicações da lignina foram discutidas, as ligninas isentas ou com baixo valor de enxofre são as preferidas e, em particular, as ligninas obtidas pelos métodos de pré-tratamento organossolve, devido à sua maior homogeneidade, pureza e reatividade, sendo assim promissoras e provavelmente a primeira escolha para obtenção de subprodutos.

Por fim, a lignina tem se mostrado bastante atraente para o mercado, seja voltado ao seu método de extração ou em processos de modificação de sua estrutura (SALANTI et al; 2010).
# 2 - OBJETIVOS

## 2.1 - Objetivo geral

O presente trabalho tem como principal objetivo realizar a deslignificação da biomassa residual de Eucalipto pelo método do pré-tratamento organossolve, a fim de obter uma parte sólida com o mínimo de perda de celulose e uma parte líquida com o máximo de lignina e hemicelulose extraídas.

## 2.2 - Objetivos Específicos

* Análise do processo organossolvede acordo com as variáveis, tempo, razão etanol/água e temperatura;

* Estudo estatístico e posterior avaliação dos resultados obtidos dos componentes da biomassa (celulose, hemicelulose e lignina)

* Comparação da lignina extraída no trabalho com uma lignina comercial.
# 3. REFERENCIAL TEÓRICO

## 3.1. Biomassa e energia

A biomassa é uma fonte de energia limpa e renovável disponível em grande abundância e derivada de materias orgânicos. Todos os organismos capazes de realizar fotossíntese (ou derivados deles) podem ser utilizados como biomassa. Exemplos: restos de madeira, culturas agrícolas, efluentes domésticos e até mesmo os resíduos sólidos urbanos.

A biomassa renovável mais abundante e disponível em nível mundial é a biomassa lignocelulósica, considerada uma alternativa promissora ao petróleo, para a produção debiocombustíveis e produtos químicos.

Segundo a (Diretiva 2001/77/EC, de 27 de Setembro de 2001), a biomassa constitui “a fração biodegradável de produtos e resíduos da agricultura (incluindo substâncias vegetais e animais), da floresta e das indústrias conexas, bem como a fração biodegradável dos resíduos industriais e urbanos”.

Dados do Relatório de Síntese, ano base 2019, da Empresa de Pesquisa Energética (EPE), a Biomassa Tradicional juntamente com a Biomassa Moderna, equivale aproximadamente a 19% da oferta interna de energia do Brasil, como mostra a Tabela 1, (EPE,2020).

<table><caption>Tabela 1. Oferta interna de energia no Brasil ano base 2019. Fonte: EPE,2020</caption><thead><tr><td>Fonte de Energia</td><td>%</td></tr></thead><tbody><tr><td>Renováveis - Total</td><td>84,2</td></tr><tr><td>Energia Hidraúlica e Elétrica</td><td>63,5</td></tr><tr><td>Biomassa Tradicional: Carvão vegetal</td><td>2,4</td></tr><tr><td>Biomassa Moderna: Lenha, bagaço de cana e seus derivados (Líxivia negra)</td><td>8,3</td></tr><tr><td>Energia Solar e Eólica</td><td>10</td></tr><tr><td>Não-renováveis</td><td>15,8</td></tr><tr><td>Gás Natural</td><td>9,6</td></tr><tr><td>Petróleo e seus derivados</td><td>1,3</td></tr><tr><td>Urânio</td><td>2,6</td></tr><tr><td>Outras não-renováveis</td><td>2,3</td></tr></tbody></table>
Na produção de energia a biomassa representa um recurso sustentável de baixo custo e pode ser convertida em biocombustível, produtos químicos de alto valor agregado (açúcares e ácidos) e também utilizada na produção de plástico, materiais farmacêuticos, entre outros.

Esta tecnologia reduz substancialmente os impactos do uso do petróleo, pois matérias-primas de fontes renováveis são capazes de produzir novas moléculas e funcionalidades que hoje nas rotas químicas do petróleo são pouco acessíveis ou totalmente inacessíveis (MUSSATTO, 2016).

## 3.2- Composição da Biomassa Lignocélulósica

A biomassa lignocelulósica representa uma fonte natural, barata e abundante que pode ser explorada para produção de biocombustíveis e bioprodutos de alto valor agregado. Os principais componentes estão divididos em Lignina, Hemicelulose e Celulose, que juntas formam o grupo da Holocelulose (OLIVEIRA; 2016).

A quantidade de celulose, hemicelulose e lignina nos diferentes tipos de biomassas lignocélulosicas é variável. De forma geral, se encontram nas seguintes proporções: a celulose 40 a 60%, a hemicelulose entre 15 a 50% e a lignina, de 10 a 30% aproximadamente, dependendo do tipo de planta, por isso a maior parte dos bioprodutos é oriundos de celulose e hemicelulose LORA et. al; (2012).

A lignocelulose provém da camada que envolve as células vegetais, a parede celular. Esta parede consiste de uma mistura complexa de polissacarídeos e outros polímeros que são secretados pela célula, formando uma estrutura unida por ligações covalentes e não covalentes, contendo também proteínas estruturais, enzimas, polímeros fenólicos e outros materiais que modificam suas características físicas e químicas (US DOE, 2006).
<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Figura 1- Arquitetura da parede celular vegetal, adaptado de SANTOS et al. (2012)</figcaption></figure>

O porcentual que resulta dos constintuintes das biomassas lignocelulósicas da Tabela 2, podem ser variavéis de acordo com a idade, espécie vegetal, fase de crescimento, entre outros. Por exemplo, enquanto a fibra de coco é constituída de 41% -45% de lignina, o algodão é bem menos abundante neste elemento.

<caption>Tabela 2 – Composição de alguns materiais Lignocelulósicos</caption>

Fonte: US DOE; 2005.

<table><thead><tr><th>Biomassa lignocelulósica</th><th>% Celulose</th><th>% Hemicelulose</th><th>% Lignina</th></tr></thead><tbody><tr><td>Palha de Cana</td><td>40-44</td><td>30-32</td><td>22-25</td></tr><tr><td>Bagaço de Cana</td><td>32-48</td><td>19-24</td><td>23-32</td></tr><tr><td>Madeira Dura</td><td>43-47</td><td>25-35</td><td>16-24</td></tr><tr><td>Madeira Mole</td><td>40-44</td><td>25-29</td><td>25-31</td></tr><tr><td>Talo de Milho</td><td>35</td><td>25</td><td>35</td></tr><tr><td>Espiga de Milho</td><td>45</td><td>35</td><td>15</td></tr><tr><td>Algodão</td><td>95</td><td>2</td><td>0,3</td></tr><tr><td>Palha de Trigo</td><td>30</td><td>50</td><td>15</td></tr><tr><td>Sisal</td><td>73,1</td><td>14,2</td><td>11</td></tr><tr><td>Palha de Arroz</td><td>43,3</td><td>26,4</td><td>16,3</td></tr></tbody></table>
<table><tr><td>Forragem de Milho</td><td>38-40</td><td>28</td><td>7-21</td></tr><tr><td>Fibra de Coco</td><td>36-43</td><td>0,15-0,25</td><td>41-45</td></tr><tr><td>Fibra de Bananeira</td><td>60-65</td><td>6-8</td><td>5-10</td></tr><tr><td>Palha de cevada</td><td>31-45</td><td>27-38</td><td>14-19</td></tr></table>

### 3.2.1- Celulose

A celulose é o componente majoritário da parede celular da planta, é um polímero linear ($C_6H_{10}O_5$) de glicoses unidas por enlaces B 1-4 glicosídicos e as orientações dos enlaces de hidrogênio adicional fazem com que o polímero seja rígido e difícil de se quebrar (LORA et. al, 2012). Este polímero natural é um homopolissacarídeo linear cuja unidade repetitiva é a celubiose. As moléculas formam uma rede rígida, resultando na estrutura compacta pela qual é conhecida, Figura 2.

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Figura 2- Estrutura de uma cadeia de celulose
Fonte: FENGEL E WEGENER, 1989.</figcaption></figure>

Ela é encontrada na forma de microfibrilas, constituídas de regiões amorfas e cristalinas. Devido a sua forma e ligações fortes, a celulose apresenta resistência à degradação química e biológica. O teor da celulose em madeira de eucalipto pode variar de 46-49% (RABELO, 2010).
### 3.2.2- Hemicelulose (Polioses)

A hemicelulose conta com pequenas cadeias altamente ramificadas de vários açúcares, principalmente xilose (uma pentose ou açúcar ($C_5$)), arabinose ($C_5$), galactose ($C_6$) e manose ($C_6$). Esta também contém pequenas quantidades de compostos diferentes dos açúcares, tais como os grupos acetil e metil. A hemicelulose é relativamente fácil de ser hidrolisada devido àsua natureza amorfa e ramificada (HAMELINCK et al, 2005).

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Figura 3- Açúcares que compõem as unidades de hemiceluloses
Fonte: MORAIS et al (2005).</figcaption></figure>

As hemiceluloses possuem funções variadas, dentre elas funcionamento como mecanismo de defesa, reserva de carbono, sustentação e transporte de nutrientes, e água (BUCKERIDGE et. al; 1997). Encontram-se em forte associação com a celulose na parece celular, onde a interação ocorre devido às ramificações que proporcionam estabilidade e flexibilidade, impedindo colapso entre moléculas de celulose e de fibras paralelas (MENDES, 2013; OLIVEIRA, 2017).

Cabe ressaltar que as hemiceluloses não apresentam regiões cristalinas, são atacadas rapidamente por ácido mineral diluído, são solúveis em meio alcalino, o que não acontece com a celulose (MORAIS et. al; 2004).
### 3.2.3- Lignina

A lignina é um polímero abundante na natureza excedido apenas pela celulose. É do tipo amorfo tridimensional repleta de ligações cruzadas, constituídas de unidades de fenilpropano, com três alcoóis aromáticos como precursores, o álcool p-cumarílico e sinapílico (U.S DOE, 2009).

* Álcool p-cumarílico, sem substituição, precursor das unidades p- hidroxifenílicas (H).

* Álcool coniferílico, com grupo metoxílico na posição 3 do anel aromático, precursor das unidades de guaiacil (G).

* Álcool sinapílico que dá lugar às unidades de siringil(S) e apresenta os grupos metoxílico nas posições 3 e 5 do anel aromático.

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Figura 4- Álcoois precursores das unidades fenil propanoídes Guaiacila (G), Siringila (S) e p- hidroxifenila (H). Fonte: (FENGEL E WEGNER; 1989).</figcaption></figure>

A lignina desempenha uma função vital no sistema de defesa da planta contra enzimas e doenças degradantes. A lignina também se liga às fibras para formar uma matriz forte e resistente de plantas e fornece suporte mecânico aos vasos da planta para o transporte de água e nutrientes (ELUMALAI, 2011). Essas características constituem a causa da dificuldade na exploração tecnológica de materiais biológicos provenientes de lignina para produção de biocombustíveis e outros materiais de base biológica, sendo, portanto um dos componentes que promovem a recalcitrância da biomassa, (HIMMEL, 2007).
A lignina apresenta uma estrutura aromática complexa e tem um alto grau de variabilidade na sua estrutura, que difere de acordo com a fonte de biomassa e processo de recuperação utilizado, como na figura abaixo.

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>Figura 5- Estrutura molecular Lignina de Eucalipto (SANTOS, et. al 2012).</figcaption></figure>

Tendo em vista a variabilidade na sua estrutura, são dispostas na literatura possíveis classificações de acordo com as espécies vegetais e dos padrões de substituição (MARABEZI; 2009):

* Lignina de Coníferas: são mais homegêneas, contendo quase que exclusivamente unidades de guaiacila (Ligninas – G);

* Ligninas de Folhosas: A presentam quantidades equivalentes de grupos guaiacila e siringila, e pequenas unidades p-hidroxifenila (Lignina – GS);
* Ligninas de Gramíneas: apresentam maior quantidade de unidades p-hidroxifenila que as encontradas em madeiras (coníferas ou folhosas), mas sempre em proporção menor que as outras unidades (Ligninas - GSH).

### 3.2.4- Extrativos

O material orgânico é geralmente chamado de extrativos e a parte inorgânica de cinzas. Podem ser extraídos tanto por solventes polares quanto por apolares, que não são componentes estruturais da parede celular. Os principais grupos químicos que compreendem as substâncias de baixo ou médio peso molecular são: (PINO, et al; 2007) gorduras, ceras, proteínas, alcaloídes, compostos fenólicos, açúcares simples, pectinas, mucilagens, gomas, resinas, terpenos, amidos, glicosídeos, saponinas e óleos essenciais (MANDAL, et al; 2007).

A etapa de remoção dos extrativos é fundamental para caracterização química de materiais lignocelulósicos "in natura" (ROCHA, et al; 2011).

### 3.2.5- Cinzas

As cinzas são resultantes da combustão da biomassa, a qual se processa em altas temperaturas, o que promove a formação de gases e a consequente eliminação de carbono, oxigênio, hidrogênio, nitrogênio e enxofre da amostra, permanecendo apenas osminerais como, por exemplo, sódio, potássio, cálcio, magnésio, ferro, zinco e outros (MARABEZI, 2009).

Altas concentrações de cinzas podem reduzir o poder calorífico (DEMIRBAS, 2004), podem também gerar maior custo com o manuseio já que é necessária retirada deste resíduo dos fornos e/ou caldeiras. Ainda, as cinzas apresentam um alto nível de minerais alcalinos que juntamente com a sílica, podem se fundir e/ou depositar nas paredes diminuindo a eficiência das caldeiras ou causar maior desgaste nos equipamentos (MCKENDRY, 2001).
### 3.3- Pré-tratamento de Biomassas Lignocelulósicas

No processo do pré-tratamento de biomassas lignocelulósicas, acontecem ações mecânicas e físicas, limpeza e ajuste da granulometria e a destruição da estrutura da biomassa, a fim de deixar mais exposta a fibra da celulose, na etapa seguinte de sacarificação através de tratamentos químicos ou bioquímicos. Como na figura 6 o pré-tratamento consiste, também, em remover a lignina, evitar ou minimizar a formação de inibidores da hidrólise, permitir atuação de enzimas, ácidos ou bases (FERREIRA, 2015).

Um pré-tratamento ideal deve:

1) Alterar a estrutura da fibra sem que ocorra a perda de carboidratos;

2) Aumentar o rendimento da hidrólise enzimática;

3) Não deve formar subprodutos que inibem a fermentação alcoólica,

4) Possuir baixo custo (SUN et al; 2015).

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>Figura 6 – Efeito do pré-tratamento nos principais componentes dos materiais lignocelulósicos após procedimento de hidrólise. Fonte: CUCCATO (2012)</figcaption></figure>

Cada tipo de biomassa requer um método de pré-tratamento particular para minimizar a degradação do substrato e maximizar o rendimento de açúcares fermentáveis (SUN et al; 2015), como os pré-tratamentos biológicos por
microorganismos (fungos), físicos (moagem de bola e extrusão), químicos (ácido, alcalino e organossolve) ou combinados.

### 3.3.1- Pré-tratamentos físico-químicos

O propósito do pré-tratamento físico-químico é remover a lignina e a hemicelulose, incrementar a porosidade dos materiais e reduzir a cristalinidade da celulose, para fazê-la mais acessível ao ataque das enzimas as quais convertem os polímeros carboidratados em açúcares fermentáveis.

Os processos físico-químicos de pré-tratamento utilizando ácido diluído, vapor de alta pressão ou água quente possibilitam a remoção seletiva da hemicelulose, produzindo soluções sacarídicas (pré-hidrolisados) com elevado teor de pentoses e reduzido teor de lignina. Processos alcalinos tendem a promover maior dissolução da lignina e menor solubilização/fragmentação da hemicelulose. Basicamente, extrações seletivas de componentes não celulósicos (lignina e hemicelulose), utilizando-se álcalis ou ácidos, têm sido realizadas a custos relativamente razoáveis.

Na Tabela 3 é possível analisar alguns métodos de pré-tratamentos e osefeitos na composição química/física da biomassa lignocelulósica. Adaptada de (MOSIER et al; 2005).

<table><caption>Tabela 3- Efeitos de vários métodos de pré-tratamento na composição química/física da biomassa. Fonte: (Adaptada de MOISIER et al.; 2005).</caption><thead><tr><th>Pré-tratamentos</th><th>Incremento da superfície da área acessível</th><th>Descristalização da celulose</th><th>Remoção da hemicelulose</th><th>Remoção da lignina</th><th>Alteração da estrutura da lignina</th></tr></thead><tbody><tr><td>Explosão com vapor não catalizado</td><td>+</td><td></td><td>+</td><td></td><td>-</td></tr><tr><td>Hidrotermólise</td><td>+</td><td>ND</td><td>+</td><td></td><td>-</td></tr><tr><td>Ácido diluído</td><td>+</td><td></td><td>+</td><td></td><td>+</td></tr><tr><td>Afex</td><td>+</td><td>+</td><td>-</td><td>+</td><td>+</td></tr></tbody></table>

+ : Maior efeito

- : Menor efeito

ND: Não Determinado
**Explosão a vapor:** Nesta técnica de pré-tratamento, o material lignocelulósico é rapidamente aquecido somente com vapor saturado, sem adição de nenhum agente químico. O contato biomassa/vapor é mantido por um determinado período de tempo a fim de promover a hidrólise da hemicelulose. O processo finaliza com uma súbita descompressão do equipamento, produzindo uma lama de cor marrom resultante da fragmentação da biomassa A biomassa é tratada com vapor saturado entre 160-240°C e pressão em torno (cerca de 6-34 bar) durante um tempo de reação entre 1-15 min, após este tempo, ocorre a descompressão do sistema e o material é coletado.

**Hidrotermólise ou lavagem com água quente:** Também denominada solvólise não-catalítica ou aquasolov, utiliza água pressurizada em contato com a biomassa durante 1-15 min sob temperatura entre 170 e 130°C (BOBLETER, 1994), a fim de desintegrar e separar a matriz lignocelulósica. Na saída deste processo, verifica-se a formação de dois produtos: o solubilizado que consiste, principalmente, de oligossacarídeos de hemicelulose (remoção quase total), lignina (35-60%) e uma pequena quantidade de celulose (4-15%) e a fração sólida, composta majoritariamente por celulose (BALAT, 2005).

**Ácido diluído:** Geralmente utiliza-se ácido sulfúrico como agente hidrolítico, embora outros ácidos (nítrico, clorídrico e fosfórico) possam ser utilizados. Neste processo a mistura (solução do ácido e biomassa) pode ser aquecida indiretamente no reator, ou diretamente por injeção de vapor, apresentando, neste caso, relativa semelhança ao sistema de explosão a vapor. Adiciona-se o ácido ao líquido, percolando através do leito fixo de biomassa ou ainda misturado com a biomassa por meio de agitação mecânica (MOSIER et al., 2005; MACEDO, 2008).

**Ammonia Fibre Explosion / Explosão de Fibra da Amonia (AFEX):**

Neste processo a biomassa é submetida à ação da amônia líquida (5-15%) através de um reator de coluna com a biomassa a temperatura de 160-180°C, sob pressão de 9-17 bar e uma velocidade de fluxo de 1mL/cm² min com tempos de residência de 14 min (MOSIER et al, 2005; WYMAN et al, 2005). Em seguida, sofre uma súbita descompressão e o material “explodido” é coletado em um tanque de expansão. Sob estas condições, a amônia líquida reage primeiramente com a lignina (não com a
celulose), e causa a despolimerização da lignina e rompe as ligações lignina-carboidrato (LORA, 2012).

**Pré-tratamento alcalino:** Os processos de pré-tratamento alcalinos geralmente utilizam condições moderadas de operação, em termos de temperaturas e pressões, em comparação aos sistemas ácidos. O principal efeito do pré-tratamento consiste na remoção da lignina da biomassa, promovendo maior reatividade da fibra. O álcali (geralmente soda ou cal) tende a causar um “inchamento” da biomassa, de modo que a cristalinidade da celulose decresce, enquanto ocorre incremento da superfície específica de contato porosidade da mesma. Evidencia-se uma cisão das ligações lignina-carboidrato, além da fragmentação da estrutura da lignina. Em alguns casos, o pré-tratamento pode ser conduzido à temperatura ambiente, porém demanda tempos de reação elevados, da ordem de horas ou mesmo dias. Diferentemente dos sistemas ácidos, uma limitação importante acontece porque alguns álcalis são convertidos em sais ou são incorporados como sais na biomassa mediante reações de pré-tratamento (HOSLTZAPPLE et. al;2005).

### 3.3.2- Pré-tratamentos biológicos

Pré-tratamentos biológicos usam fungos para solubilizar a lignina. A biodeslignificação e a degradação biológica da lignina são realizadas, neste caso, utilizando microorganismos. Atualmente, este processo é de alto custo, com baixos rendimentos de produção e longos tempo de reação; além disso, ocorre o envenenamento dos microorganismos pelos derivados de lignina. Estes processos têm como vantagem o reduzido consumo de energia e as condições ambientais moderadas. Porém, a taxa da hidrólise impede sua implementação (HAMELINCK et al., 2005).

### 3.3.3 - Pré-tratamentos químicos

Os pré-tratamentos químicos são os mais utilizados na produção industrial, estes processos, se aplicados em resíduos agroindústriais, colaboram para diminuição da degradação ambiental. Devido a sua eficácia em processos de transformação da biomassa, são considerados como um dos mais promissores para o desenvolvimento das biorrefinarias (WYMAN, 2005).
### 3.3.3.1- Pré-tratamento Organossolve

O pré-tratamento organossolve deslignifica o material lignocelulósico, empregando solventes orgânicos e água, capazes de remover a lignina. A primeira adaptação desta tecnologia como auxílio na hidrólise, surgiu no Canadá, empregando acetona como solvente. Mais recentemente, processos empregando metanol e etanol estão sendo levados à prática. (SOARES, et. al; 2007).

Os principais parâmetros incluem temperatura, tempo de permanência, adição química e concentração de água. O efeito é: separar a lignina da biomassa lignocélulósica; solubilizar hemicelulose; e aumentar o tamanho dos poros e área superficie na parede celular. Neste processo a lignina é tipicamente recuperada como um precipitado pela diluição do licor com água, produzindo três fluxos distintos: uma polpa rica em celulose e um precipitado sólido rico em lignina, bem como um líquido rico em hemicelulose. O solvente orgânico pode ser recuperado do fluxo líquido por destilação e reutilizado.

De uma perspectiva amigável do ambiente, o processo organossolve satisfaz com sucesso vários dos critérios do processo verde, reduz a quantidade e a concentração de produtos químicos perigosos usados em polpação de madeira mais convencionais (por exemplo, polpação Kraft), bem como métodos de pré-tratamento, como processos ácidos, básicos e oxidativos, e elimina a necessidade de neutralização de fluxos de processo. Reduz a quantidade de resíduos gerados pelo processo, pois a lignina é isolada como um produto puro e não como um subproduto ao final do ciclo de produção do biocombustível. Finalmente, permite a produção de moléculas de base biológica que podem ser usadas para produzir resinas, polímeros, etc. naturais ou biodegradáveis, em comparação com as suas contrapartes baseadas em fósseis.

ZHAO et al., (2008) apontam que o pré-tratamento organossolve oferece vantagens em comparação aos processos convencionais:

- A qualidade do sólido é competitiva no mercado entre as convencionais;

- Os custos de produção são mais baixos;

- Pode ser economicamente operado em menor escala. Associado principalmente a menores complicações químicas e por necessitar de menos equipamentos para controle da poluição;
- As hemiceluloses e açúcares podem ser recuperadas;

- Os subprodutos comercializáveis;

- Processo ambientalmente amigável comparando aos processos Kraft e Sulfito.

## 3.4 -Resíduos das indústrias de base florestal

Os resíduos florestais são definidos como as sobras que ocorrem no processamento mecânico, físico ou químico da madeira, e que não são incorporados ao produto final, sendo sua geração significativa no setor florestal. Sua geração é consequência natural da transformação da madeira em algum produto florestal, como painéis de madeira, celulose, carvão vegetal, móveis etc. (GOUVÊA et al; 2009).

Tem sido significativo o aumento na quantidade de resíduos gerados no setor florestal em 2018, o setor gerou 52,0 milhões de toneladas de resíduos sólidos, sendo que, desse total, 36,9 milhões (70,9%) foram gerados pelas atividades florestais e 15,1 milhões (29,1%) pelas operações industriais (IBÁ;2019).

Os resíduos não só representam um problema econômico, através do desperdício, como também um sério problema ambiental. Esses problemas podem ser revertidos em soluções, se forem adotadas medidas eficientes de gerenciamento, para que os resíduos sejam transformados por meio de técnicas simples e de baixo custo em matérias-primas.

### 3.4.1- Biomassa de Eucalipto

Mundialmente, o Brasil tem se destacado na produção florestal, isto, devido à elevada abundância de terras agricultáveis e as ótimas condições de solo e clima, ainda mais com incentivos e amparo das empresas e instituições florestais no progresso tecnológico e científico. Devido à elevada produtividade, as biomassas florestais de eucalipto e pinus são as mais evidenciadas no mercado (TOLMASQUIM; 2016). Nativa da Austrália, o eucalipto tem atualmente uma participação centralizada na indústria papel e celulose. Dentre as espécies de eucalipto existentes no País, o *Eucalyptusgrandis* tem a maior produção. A produção no Brasil gera ciclos mais rápidos se comparado a outros países, resultado de condições geomorfológicas favoráveis para plantação florestal. Na região sul e
sudeste, encontram-se as maiores quantidades de eucaliptos plantados (SOUZA; et al; 2014).

A Figura abaixo apresenta os valores de produtividade média do eucalipto e do pinus, no Brasil e em alguns países com atividade florestal importante.

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>Figura 7: Produtividade de eucalipto e depinus, no Brasil e em países selecionados
Fonte: (IBÁ; 2019).</figcaption></figure>

Em 2019, o Brasil apresentou uma produtividade média de 35,3 m³/há/ano para os plantios de eucalipto, enquanto a de pinus foi de 31,3 m³/há/ano.

Segundo com Tolmasquim, 2016; até o ano de 2050 a produtividade florestal no Brasil será de 63,9 m³/ha/ano, já incluindo as culturas de clones de eucalipto que correspondem a 30-40% do total.

A área total de árvores plantadas no Brasil totalizou 9,0 milhões de hectares em 2019, um aumento de 2,4% em relação a 2018. Os plantios de eucalipto ocupam
6,97 milhões de hectares da área de árvores plantadas do País e estão localizados principalmente, em Minas Gerais 28%, Mato Grosso do Sul 16% e São Paulo 17%.

DISTRIBUIÇÃO E EVOLUÇÃO DA ÁREA COM PLANTIOS DE EUCALIPTO POR ESTADO

Distribution of and Changes in Area Planted with Eucalyptus (by state)

Elaboração: FGV e Ibá. | Source: FGV and Ibá.

<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>Figura 8: As áreas detalhadas por estado. Fonte: (IBÁ;2020).</figcaption></figure>

### 3.4.2- Etanol como solvente no pré-tratamento Organossolve

Uma vantagem de se empregar álcool nos processos de pré-tratamento, principalmente o etanol, é seu baixo ponto de ebulição, uma vez que promove uma rápida recuperação por destilação simples, com baixo consumo de energia. Além disso, alcoóis são totalmente miscíveis em água. As perdas de etanol podem ser facilmente repostas pela fermentação de açúcares dissolvidos no processo (RUZENEet al, 2007; ZHAO et al, 2009).

Também conhecido como álcool etílicode fórmula molecular $C_2H_5OH$ e massa dos átomos igual a 46,06 g mol$^{-1}$, o etanol apresenta ponto de fusão e ebulição iguais a -114,3 e 78,4 °C, respectivamente. É um líquido incolor, volátil, solúvel em água, com densidade de 0,789 g cm$^{-3}$, viscosidade de 1,2 cP (20 °C), índice de refração igual a 1,36 (25 °C) e possui um diâmetro cinético de 0,45 nm. (PERRY et al; 1997).

O etanol é classificado em dois tipos básicos (RIBAS, et. al; 2012):
• Etanol anidro: é o etanol isento de água. Seu principal componente é o álcool etílico, com teor alcoólico mínimo de 99,3°. É utilizado como aditivo na gasolina no processo de octanagem numa proporção de 20 a 25%.

• Etanol hidratado: é uma mistura hidro alcoólica composta de 92,6° de álcool etílico e 5% de água. É utilizado diretamente como combustível para veículos leves com motores àálcool ou classificados como flexfuel.

O etanol anidro, também conhecido por etanol absoluto, é obtidoatravés do processo de desidratação do etanol hidratado, que ocorre com adestilação fracionada,em que se evapora a água após separá-la do etanol.

O etanol é caracterizado como um combustível, conseguido tanto por meio de processos petroquímicos e carboquímicos quanto pelo uso de biomassa. Pode ser produzido a partir de qualquer matéria de origem biológica que contenha quantidades apreciáveis de açúcar ou de materiais que possam se converter em açúcares, tais como o amido e a celulose. A cana-de-açúcar, a beterraba açucareira e o sorgo açucareiro são exemplos de matérias-primas que contêm açúcar. O trigo, a cevada e o milho, são matérias-primas qua contêm amido, que podem ser convertidos facilmente com as tecnologias disponíveis, em açúcares. Uma fração significativa da madeira das árvores e das ervas é composta por celulose, que pode ser também convertida em açúcares, mas o processo é mais complicado que o requerido para transformar o amido (PALACIO et. al,2012). Também pode ser produzido pela hidratação do etileno (eteno) e redução do acetaldeído (etanal) provenientes das refinarias de petróleo e chamado de etanol de origem fóssil.
<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>Figura 9: Modelo do processo simplificado da produção de etanol cana de açúcar.
Fonte: ZANARDI, et al; 2016.</figcaption></figure>

A produção mundial de etanol cresce a cada ano. A Figura 11 abaixo mostra a produção global de etanol por país ou região, de 2015 a 2019. A produção global atingiu o pico em 2018 após uma queda em 2011 e 2012. Os Estados Unidos é o maior produtor mundial de etanol, tendo produzido 54% da produção mundial em 2019. Juntos, Estados Unidos e Brasil produzem 84% do etanol mundial. A grande maioria do etanol produzido pelos EUA é produzida através do milho, enquanto o Brasil utiliza principalmente a cana-de-açúcar.

<table><caption>Figura 10 – Produção mundial de Etanol.
Fonte: (ERRE, 2020)</caption><thead><tr><td>Região</td><td>2015</td><td>2016</td><td>2017</td><td>2018</td><td>2019</td><td>% da produção mundial</td></tr></thead><tbody><tr><td>Estados Unidos</td><td>14.807</td><td>15.413</td><td>15.936</td><td>16.091</td><td>15.778</td><td>54%</td></tr><tr><td>Brasil</td><td>7.200</td><td>6.750</td><td>6.650</td><td>7.990</td><td>8.590</td><td>30%</td></tr><tr><td>União Europeia</td><td>1.360</td><td>1.360</td><td>1.420</td><td>1.450</td><td>1.370</td><td>5%</td></tr><tr><td>China</td><td>770</td><td>670</td><td>800</td><td>770</td><td>1.000</td><td>3%</td></tr><tr><td>Canadá</td><td>450</td><td>460</td><td>460</td><td>460</td><td>520</td><td>2%</td></tr><tr><td>Índia</td><td>190</td><td>280</td><td>200</td><td>430</td><td>510</td><td>2%</td></tr><tr><td>Tallândia</td><td>310</td><td>340</td><td>390</td><td>390</td><td>430</td><td>1%</td></tr><tr><td>Argentina</td><td>220</td><td>240</td><td>290</td><td>290</td><td>280</td><td>1%</td></tr><tr><td>Resto do mundo</td><td>393</td><td>487</td><td>454</td><td>529</td><td>522</td><td>2%</td></tr><tr><td>Total</td><td>25.700</td><td>26.000</td><td>26.600</td><td>28.400</td><td>29.000</td><td></td></tr></tbody></table>

O cultivo da cana-de-açúcar é responsável pela absorção de 90% do CO2 produzido pela queima de combustíveis de automóveis no Brasil. O uso de biocombustíveis é uma das maneiras mais efetivas de reduzir a emissão de gases do efeito estufa, sendo que o etanol brasileiro (obtido da cana-de-açúcar) é o que apresenta mais vantagens dentre todos eles em relação à redução de emissões de gases (MACEDO, 2008).
O etanol da cana-de-açúcar gera impressionantes 9,3 unidades de energia renovável para cada unidade de energia fóssil consumida em sua produção(BRASKEM, 2017).

Em 2019, no Brasil, foram produzidos 36 bilhões de litros de etanol, divididos em 25,3 bilhões de hidratado e 10,7 bilhões de anidro que é utilizado na gasolina. Ocorreu um aumento de 4,8% comparando ao ano passado etambém observa-se uma diferença enorme se comparado ao ano de 2017.

<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>Figura 11- Volume de etanol produzido 2000-2019</figcaption></figure>

Fonte: EPE a partir MAPA, 2020.

O aumento na produção de etanol em 2019 se deve a três principais fatores (EPE, 2020).

* A baixa dos preços de açúcar;

* A relação entre preços médios relativos do etanol hidratado e da gasolina, tornou-se favorável ao etanol nestes últimos anos.
# 4-- MATERIAIS E MÉTODOS

## 4.1- Equipamentos

- Conjunto de peneiras 8, 12, 16, 20, 28, 32, 48, 60 mesh

- Estufa de secagem

- Mufla

- Agitador magnético

- Manta de aquecimento

- Balança de precisão

- Difratômetro de raios-X

- Espectrofotômetro UV/VIS

- Cromatógrafo líquido - HPLC

- Ultrassom

- Infravermelho

- Microscopia eletrônica de varredura (MEV)

- Difração de raio-X (DRX)

- Autoclave

- Banho Maria

- Centrifuga

- Dessecador

- Cadinhos

- Bastões de Vidro

- Béqueres de Vidro

- Bomba a Vácuo

- kitassato de Vidro
4.1.1-Reagentes

- Álcool etílico, P.A, 98%;

- Ácido sulfúrico, P.A, 95-98%;

- Ácido acético glacial, P.A,99,5%;

- Ácido fórmico, 99% ;

- Ácido lático, 99% ;

- Ácido clorídrico 0,3 M;

- Furfural 99%;

- Hidroximetilfurfural 98%;

- Xilose 99%;

- Arabinose 99%;

- Glicose 99%;

- Hidróxido de sódio 1%;

4.1.2- Planejamento experimental

Alguns autores foram estudados no âmbito de trabalhos em pré-tratamento organossolve servindo como base referencial para designar as variáveis que estão sendo utilizadas no trabalho.

Para os autores, a deslignificação varia entre 80°C e 390°C, portanto temperaturas acima de 200°C levam à degradação da celulose.

Os estudos de (Zang et. al; 2013) e (Yañez et. al; 2014) revelaram que a extração de lignina é baixa quando as concentrações de etanol são diminuídas (35%, por exemplo). Já para concentrações maiores de etanol se obtém um rendimento bem maior em lignina, isto está associado a uma redução na concentração de íons hidrôgeno na solução, reduzindo a despolimerização de lignina e a solubilidade no licor.

O tempo da reação também é uma variável de relevância no processo de pré tratamento organossolve. Um tempo excessivo pode levar à degradação dos açúcares da biomassa (YAMAMOTO et al; 2014).

Dentre os estudos que estudaram a extração da lignina da biomassa de eucalipto e etanol no processo organossolve e com autohidrolise, destacamos os seguintes autores:
Yañes et al;(2014) realizaram o processo do método organossolve utilizando temperaturas de 200°C, com concentração de etanol a 50% e o tempo de reação de 90 minutos, obtendo um rendimento de lignina de 63%.

Romaní et al;(2011) trabalharam com um processo combinado de autohidrólise e após utilizou-se o organossolve, a uma concentração de etanol 60% e variando a temperatura entre (180°C-200°C) em um tempo de reação de 60 minutos, sendo que o resultado do rendimento de extração de lignina foi o mais promissor, com 81%.

Considerando esse rendimento e o objetivo do trabalho, o planejamento experimental foi feito a partir do trabalho de Romaní et al; (2016) que utilizou o etanol como solvente e também a biomassa de eucalipto.

Para verificação do efeito das variáveis na eficácia do pré-tratamento, foi realizado um planejamento fatorial do tipo 2(3$^{0}$) com auxílio do software STATISTICA 8.0. Os experimentos 1 a 8 na Tabela 3 correspondem ao planejamento fatorial 2$^{3}$. As corrida 9 a 11 se referem ao ponto central, a triplicata que é feita para permitir a estimativa do erro experimental, erro puro. As temperaturas do pré-tratamento organossolve foram estudadas entre 180 e 220 °C, sendo 200 °C o ponto central. O volume (100 mL) da mistura (etanol/água) foi mantido constante em todos os experimentos, variando somente a relação etanol/água em 50, 60 e 70% (v/v). O tempo de reação variou em 120, 180, 240 min. A massa da biomassa residual de eucalipto se manteve em todas os experimentos em 5 gramas. Todas as variáveis foram extraídas através da literatura.

<table><caption>Tabela 4: Planejamento fatorial 2(3$^{0}$) com ponto central.</caption><thead><tr><td>Experimentos</td><td>Temperatura</td><td>Concentração de Etanol</td><td>Tempo</td></tr></thead><tbody><tr><td>1</td><td>180°C</td><td>50%</td><td>120 min</td></tr><tr><td>2</td><td>220°C</td><td>50%</td><td>120 min</td></tr><tr><td>3</td><td>180°C</td><td>70%</td><td>120 min</td></tr><tr><td>4</td><td>220°C</td><td>70%</td><td>120 min</td></tr></tbody></table>
<table><tr><td>5</td><td>180°C</td><td>50%</td><td>240 min</td></tr><tr><td>6</td><td>220°C</td><td>50%</td><td>240 min</td></tr><tr><td>7</td><td>180°C</td><td>70%</td><td>240 min</td></tr><tr><td>8</td><td>220°C</td><td>70%</td><td>240 min</td></tr><tr><td>9</td><td>200°C</td><td>60%</td><td>180 min</td></tr><tr><td>10</td><td>200°C</td><td>60%</td><td>180 min</td></tr><tr><td>11</td><td>200°C</td><td>60%</td><td>180 min</td></tr></table>

### 4.1.3- Processo do Pré-tratamento Organossolve

O pré-tratamento Organossolve foi realizado em reator batelada, fabricado em aço inox, com capacidade total de 230mL. O reator é composto por uma tampa com manômetro acoplado (A), poço para entrada do termopar (C) e válvulas para entrada (B) e saída (D) de gases (Figura 12).

A: Manômetro;

B: Engate rápido para entrada de gases;

C: Entrada termopar;

D: Válvula para despressurização;

E: Parafusos de fixação;

F: Parte interna do reator

<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Figura 12 - Reator batelada.
Fonte: Oliveira, 2016.</figcaption></figure>
Foram adicionadas 5 gramas de biomassa residual de eucalipto a 100,0mL de solução etanol/água de acordo com especificações do planejamento estatístico. Logo após, o reator foi hermeticamente fechado e acoplado em um forno envolto em lâ de vidro sob constante agitação (270 rpm).

O tempo de reação começou a ser contado a partir do momento em que o sistema atingiu a temperatura desejada. Após o término da reação, o aquecimento do forno foi interrompido e o sistema imediatamente resfriado com o auxílio de um banho de gelo até temperatura ambiente. Após o resfriamento, o reator foi reaberto, logo a mistura (biomassa + licor negro) restante no reator foi filtrada a vácuo, utilizando papel-filtro quantitativo previamente tarado (ILT, Unifil C40, Ruppichteroth, Alemanha). O resíduo sólido retido no papel-filtro foi lavado com 50mL de uma solução de NaOH (1% p/p) e depois porções de água a 60°C, previamente destilada e deionizada até pH =7, procedimento realizado de acordo com (Romani, et al;2017).

Após este processo como no Fluxograma abaixo a biomassa retida no papel filtro foi seca e guardada dentro de potes plásticos, longe de umidade e o licor filtrado em potes de vidro (colocados em temperatura de 4°C) para análises posteriores.
<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>Figura 13: Fluxograma das etapas do pré tratamento
Fonte: Autoria própria</figcaption></figure>

## 4.2- Caracterização Biomassa Residual de Eucalipto "in natura"

Os procedimentos para caracterização da biomassa "in natura" do estudo estão descritos neste tópico, tendo sido as análises feitas com auxílio da metodologia descrita pela Technical Association of Pulp and Paper Industry- TAPPI norma técnica da indústria de papel e celulose.

Os experimentos da biomassa "in natura" analisados estão relacionados aos seguintes parâmetros: granulometria, teor de umidade, teor de cinzas, teor de extrativos, teor de lignina, teor de hemicelulose, teor de celulose.

### 4.2.1- Granulometria

A biomassa residual de eucalipto foi cedida pela antiga empresa Lwarcel Celulose, atualmente chamada de Bracellé uma das maiores produtoras mundiais de
celulose solúvel e celulose especial no mundo, com duas operações principais no
Brasil - em Camaçari, na Bahia, e em Lençóis Paulista, em São Paulo.

A análise granulométrica foi feita seguindo a T257 cm-85( TAPPI;1996), por
um jogo de peneiras de 8, 12,16, 20, 28, 32, 48, 60 mesh, acopladas a um sistema de
vibração por um período de 60 min. Na Figura 15 (?) abaixo apresenta-se a
distribuição do tamanho da partícula da biomassa “in natura” utilizada no trabalho,
para a biomassa com diâmetro entre 0,25 – 1,50mm.

<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>Figura14: Granulometria Fonte: Autoria própria</figcaption></figure>

Na análise granulométrica é importante a máxima uniformidade da amostra, quando as cascas são cozidas com diferentes dimensões ocorrendo a desigualdade do cozimento e, consequentemente, o aumento dos rejeitos no sólido.

4.2.2 - Determinação do teor de umidade

O teor de umidade corresponde à quantidade de água presente numa amostra. O processo de conversão de biomassa é afetado pela umidade da biomassa, uma vez que esta consome o calor por vaporização, o que faz diminuir o poder calorífico do biocombustível (DEMIRBAS, 2004).

Nos biocombustíveis, a presença de grande quantidade de água pode causar
problemas no motor, como impedir seu fluxo através do motor, impedir seu fluxo
através dos filtros, provocar corrosão do tanque de armazenamento e dos
componentes metálicos. Pode ocasionar também o crescimento microbiano (LIRA et.
al., 2010), que leva àcorrosão do tanque de combustível e à oxidação hidrolítica (MONTEIRO et al., 2008).

A determinação do teor de umidade na biomassa seguiu a norma T264 cm-88 (TAPPI, 1996). Primeiramente os cadinhos vazios foram colocados na estufa a 105°C por 30 minutos, depois levados ao dessecador para eliminar a umidade e após, pesados.

Pesou-se em triplicata 1g da biomassa, colocando na estufa a uma temperatura de 105°C por 2 horas. Passadas as 2 horas, os cadinhos foram retirados da estufa e colocados no dessecador por 30 minutos. No final, foi pesado o conjunto (cadinho + biomassa), até obter massa constante.

**Equação 1:**

$$ \text{Umidade (\%)} = \frac{(w_{cu} - w_{c}) - (w_{cs} - w_{c})}{(w_{cu} - w_{c})} \cdot 100 $$

Onde w é a massa;

$w_{cu}$ = conjunto úmido = massa da biomassa inicial com umidade, antes do processo de secagem;

$w_c$ = massa do cadinho

$w_{cs}$ - conjunto seco = massa da biomassa livre de umidade após o processo de secagem.

### 4.2.3- Determinação do teor de cinzas

O teor de cinzas é determinado pela combustão do material orgânico, o que promove a formação de gases e a consequente eliminação de carbono, oxigênio, hidrogênio, nitrogênio e enxofre da amostra, permanecendo apenas os minerais como, por exemplo, sódio, potássio, cálcio, magnésio, ferro, zinco e outros (RAO et. al; 2009). A determinação do teor de cinzas da biomassa foi realizada seguindo a norma T211 cm-93 (TAPPI, 2002).
Primeiramente, os cadinhos vazios foram colocados em mufla a 400°C por 4 horas, logo após retirados e colocados no dessecador para eliminar a umidade e esfriar, para, então, serem pesados. Pesou-se cerca de 1,0 gramas de biomassa livre de umidade, em triplicata.

Foram levados os cadinhos com a biomassa à mufla a uma temperatura de 900°C por 4 horas (contados a partir do momento que a mufla chega a essa temperatura). Ao fim da calcinação, a temperatura da mufla foi reduzida a 150 °C. Os cadinhos foram transferidos para o dessecador e depois que atingiram temperatura ambiente, pesados em balança analítica.

O conteúdo de cinzas relativo à massa da amostra seca é determinado pela Equação 2, abaixo.

Equação 2:

$$ \text{Teor de cinzas (\%)} = \frac{w_{cc} - w_{c}}{w_{b}} \cdot 100 $$

Onde wé a massa,

wcc, conjunto cadinho/cinzas = massa das cinzas, após o processo de calcinação, e a massa do cadinho;

wc = massa do cadinho;

wb = massa da biomassa “in natura”.

### 4.2.4- Determinação do teor de extrativos

A remoção de extrativos é uma etapa fundamental para caracterização química de materiais lignocelulósicos “in natura”. Foi feita a quantificação destes compostos de acordo com a norma T204 cm-97 (TAPPI; 2007).

Princípio de Funcionamento: O aparelho Soxhlet possui um sifão que proporciona o refluxo contínuo do solvente.

Para a remoção de extrativos é necessária a utilização de cartucho de extração ou a confecção de saquinhos de papel de filtro.
Foi utilizado papel de filtro qualitativo fazendo um retângulo de 14 cm de comprimento por 10 cm de largura. Foram dobradas e grampeadas as laterais do retângulo.

Foi medida a massa de ± 5 gramas da biomassa "in natura" e colocada dentro do saquinho feito de papel anteriormente. Após, montou-se o sistema de remoção de extrativos, conforme a Figura 15.

<figure><img src="image_18.png" /><figcaption>Figura 15 – Sistema de extração por Soxhlet.
Fonte: JENSEN, 2007</figcaption></figure>

Após a extração aquosa, retirou-se o conjunto final, papel filtro e biomassa "in natura" livre de extrativos de dentro do extrator Soxhlet, lavando-se com 100 mL de água quente e secando-se na estufa a 100°C, durante a noite.

Por fim, pesou-se o papel filtro e registrou-se a massa encontrada, calculando-se a porcentagem de extrativos, através da Equação 3, a seguir.

**Equação 3:**

$$ \text{Extrativos}(\%) = \frac{(W_{ci} - W_{p}) - (W_{cf} - W_{p})}{(W_{ci} - W_{p})} \cdot 100 $$

Onde wé a massa
$w_{ci}$, conjunto inicial = massa da biomassa inicial com extrativos, antes do processo de extração e massa do papel filtro;

$w_{cf}$, conjunto final = massa da biomassa livre de extrativos após o processo de extração e massa do papel filtro;

$w_p$ = massa do papel filtro.

### 4.3.- Hidrólise da Biomassa Livre de Extrativos

Nesta parte obtém-se a quantidade de celulose, hemicelulose e lignina presentes na amostra sem extrativos.

#### 4.3.1- Determinação de carboidratos e seus produtos de degradação

Para abertura da amostra foi feito a hidrólise ácida. Para isso foram adicionadas 2 gramas de biomassa livre de extrativos e umidade em becker de 100 mL previamente identificado com 15 mL de ácido sulfúrico a 72%. O béquer foi colocado no banho térmico a 45°C, aguardando-se de 2 a 5 min para equilíbrio da temperatura e depois com auxílio de um bastão de vidro agitou-se por 7 min. A reação foi interrompida pela adição de 50 mL de água destilada.

Após, lavou-se com 225 mL de água ideionizada e transferiu-se a amostra digerida com ácido no béquer, para o frasco de erlemeyer de 500 mL identificando cada amostra e vedando o elenmeyer com papel alumínio dobrado em 3 partes, plástico filme, elástico de borracha e fita durex, autoclavado por 30 min a uma temperatura de 120°C, retirando as amostras apenas no dia seguinte.

Em seguida, o hidrolisado contendo o resíduo sólido (lignina insolúvel e cinzas) foi filtrado em papel filtro qualitativo (previamente tarado) em um sistema funil/balão volumétrico e lavado com água destilada.

O papel filtro contendo o resíduo sólido foi lavado com água destilada para total remoção do ácido residual e seco em estufa a 100°C, sendo posteriormente usado para determinação de lignina insolúvel.
Do filtrado, foram reservados 50 mL para análise de açúcares e outros produtos de degradação, que foi quantificado por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC) através de uma curva de calibração externa;

* 30 mL do conteúdo balão volumétrico para a análise de lignina solúvel, que foi determinado por Espectroscopia no UV-Vis

### 4.3.2- Determinação dos teores de Celulose e Hemicelulose

A quantificação dos carboidratos e produtos de degradação foram realizados por cromatografia líquida de alta eficiência HPLC (Shimadzu, UFLC Prominence, Kyoto, Japão), utilizando detectores de índice de refração (RID-10A) e de arranjo de fotodiodo (SPD-M20A). A coluna cromatográfica utilizada para estas análises foi a Supelcogel C-610H 6%, comprimento 30 cm x D.I. 7,8 mm x partícula 9µm, Sigma-Aldrich, com recheio de resinas copoliméricas de poliestireno sulfonado e divinilbenzeno, própria para realizar a separação de carboidratos, álcoois e ácidos orgânicos presentes em cada experimento.

As amostras foram injetadas no HPLC nas seguintes condições: 32 °C, vazão de 0,5 mL/min utilizando o detector RID para quantificar Celobiose, Glicose, Xilose e Arabinose; e detector PDA em 210 nm para quantificar ácido fórmico e acético; utilizando como fase móvel um solução aquosa de H3PO40,1 %v/v, no tempo de 30 min. Para quantificar hidroximetilfurfural e furfural; utilizou-se como fase móvel um solução aquosa de H2SO4,5 Mm, por 60 min, nas condições: 55°C, vazão de 0,6 mL/min utilizando o PDA em 274 nm.

<caption>Tabela 5: Condições de análise dos carboidratos e produtos de degradação</caption>

Fonte: Autoria própria

<table><thead><tr><td>Produto</td><td>Temperatura</td><td>Fase Móvel</td><td>Vazão</td><td>Tempo</td></tr></thead><tbody><tr><td>Glicose<br>Xilose<br>Arabinose<br>Ácido Ácetico<br>Ácido</td><td>32°C</td><td>Ácido fosfórico<br>(0,1 % v/v)</td><td>0,5mLmin<sup>-1</sup></td><td>30 min</td></tr></tbody></table>
<table><tr><td>Fórmico</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Furfural<br>HMF</td><td>55°C</td><td>Ácido sulfúrico<br>(0,005 mol L-1)</td><td>0,6mLmin<sup>-1</sup></td><td>60 min</td></tr></table>

Para calcular a quantidade de celulose e hemicelulose foram usadas as seguintes equações:

**Equação 4:**

$$ \text{Celulose (\%)} = \frac{0,95 \cdot w_{\text{Gli}} + 0,95 \cdot w_{\text{Cel}} + 1,20 \cdot w_{\text{HMF}} + 3,46 \cdot w_{\text{Ác.F}}}{w_{\text{Biomassa livre de umidade e extrativos}}} \cdot 100 $$

Onde $w$ é a massa em gramas

$w_{\text{Gli}}$= Glicose

$w_{\text{Cel}}$= Celubiose

$w_{\text{HMF}}$= Hidroximetilfurfural

$w_{\text{Ác. F}}$=Ácido Fórmico

**Equação 5:**

$$ \text{Hemicelulose\%} = \frac{0,88 \cdot w_{\text{Xil}} + 0,88 \cdot w_{\text{Ara}} + 1,37 \cdot w_{\text{Fur}} + 0,72 \cdot w_{\text{Ác. Acético}}}{w_{\text{Biomassa livre de umidade e extrativos}}} \cdot 100 $$

Onde $w$ é a massa em gramas

$w_{\text{Xil}}$= Xilose

$w_{\text{Ara}}$= Arabinose
$^{w}$Fur = Furfural

4.3.3- Determinação de lignina solúvel

De acordo com norma T13m-54 (TAPPI; 1996) e UM-250 (TAPPI; 1996),
sob adaptação, retirou-se uma alíquota de 5mL do frasco de 30 mL, contendo o
hidrolisado, para a análise de lignina solúvel;

Foram transferidos 5mL para um balão volumétrico de 100 mL, adicionando-
se aproximadamente 20 mL de água deionizada;

Utilizando a solução de NaOH 6,5 mol/L, previamente preparada, ajustou-se o pH para 12-12,5 (aproximadamente 20 gotas), favorecendo assim a total dissolução da lignina no meio;

As amostras foram levadas ao laboratório de Química da Universidade de
Uberlândia, MG onde foram analisadas no Espectrofotômetro de UV Visível Em 280
nm, utilizando a água iodeinizada como branco.

A concentração de lignina solúvel foi determinada de acordo com a equação abaixo:

Equação 6:

$$
C_{\text{Lig Sol}} \left(\frac{g}{L}\right) = (4,187 \times 10^{-2} \cdot \left((A_{\text{t280}} \cdot F_{\text{Dil}}) - A_{\text{pd280}}\right) - 3,279 \times 10^{-4})
$$

Sendo necessário o uso da Equação 7 abaixo:

$$
A_{\text{pd280}} = (c_{\text{Furf}} * \varepsilon_{\text{Furf}}) + (c_{\text{HMF}} * \varepsilon_{\text{HMF}})
$$

Onde:

C Lignina solúvel = concentração de lignina solúvel em g/L;
$A_{280}$ = Absorbância da solução de lignina junto com os produtos de degradação em 280 nm;

$^f$Dil = Fator de diluição, no caso é 20;

$A_{pd280}$ = Absorbância, em 280 nm, dos produtos de decomposição dos açúcares (furfural e 5-hidroximetilfurfural), cujas concentrações Cfurf e CHMF foram determinadas previamente por HPLC e $\mathcal{E}$Furf e $\mathcal{E}$HMF são suas absortividades e valem, respectivamente, 146,85 e 114,00 L/g cm-1, conforme determinado experimentalmente pelo grupo de Rocha (1997).

A quantidade de lignina solúvel (%) foi obtida pela Equação 8.

**Equação 8:**

$$ \text{Lig Sol (\%)} = \left( \frac{C_{\text{Lig Sol}} \cdot V_{\text{Hidrolisado}}}{W_{\text{Biomassa livre de umidade e extrativos}}} \right) \cdot 100 $$

Onde:

$^c$LigSol = concentração (g/L) da lignina solúvel obtida após análise no espectrofotômetro de UV-Visível;

$^v$Hidrolisado = é o volume obtido no erlenmeyer antes do hidrolisado ir para autoclave, considerando densidade igual a 1 g/L;

$^w$Biomassa livre de umidade e extrativos = massa da biomassa utilizada na abertura da amostra por hidrólise com ácido sulfúrico.

### 4.3.4- Determinação lignina insolúvel

Das amostras filtradas como descrito anteriormente, retirou-se o papel filtro contendo a lignina insolúvel e colocou-o na estufa. Após, foi realizado o armazenamento em dessecador, para chegar a temperatura ambiente.

Depois, os cadinhos foram pesados e os papéis filtro contendo a lignina insolúvel. Foram registradas as massas e levadasa mufla por 2h a 200°C e por 4h a 900°C. Após resfriamento da mufla foram retirados os cadinhos com as cinzas da biomassa.
O conteúdo de lignina insolúvel relativo à massa da amostra seca foi determinado pela Norma T222 om-98 (TAPPI, 1999) com modificações (Eq. 9):

**Equação 9:**

$$ \text{Lignina insolúvel (\%)} = \left( \frac{w_k - w_{cz}}{w_{\text{Biomassa livre de umidade e cinzas}}} \right) \cdot 100 $$

Sendo:

$w_k$ = massa de lignina insolúvel seca;

$w_{cz}$ = massa de cinzas;

$w_{\text{Biomassa livre de umidade e cinzas}}$ = massa utilizada na abertura da amostra com ácido sulfúrico.

## 4.5- Caracterização da fração sólida após pré-tratamento organossolve

Depois do pré-tratamento realizado, foram utilizados os métodos, a seguir, afim de calcular a eficiência das variáveis e as decorrências acometidas na biomassa após o processo.

### 4.5.1- Rendimento após o pré-tratamento

Após a lavagem da fase sólida, a biomassa foi seca à temperatura ambiente e posteriormente pesada e, para o cálculo do rendimento, foi utilizada a Equação 10:

**Equação 10**

$$ \% R = 100 - \left( \frac{M_f}{M_i} \right) \times 100 $$

Onde;

Mf: Massa final seca da biomassa após o pré-tratamento (g);

Mi: Massa inicial da biomassa seca (g);
R: Rendimento.

### 4.5.2- Análise do Teor de Umidade

O teor de umidade da fração sólida após o pré-tratamento organossolve foi determinado considerando os critérios do tópico 4.2.3.

### 4.5.3- Análise do teor de Lignina Insolúvel e Solúvel

O teor de lignina insolúvel e solúvel foi determinado através das Equações citadas nos tópicos 4.3.3 e 4.3.4.

Salienta-seque a lignina total é calculada através da seguinte Equação:

**Equação 11:**

$$ \text{Lignina Total (\%)} = \text{Lignina insolúvel (\%)} + \text{Lignina solúvel (\%)} $$

### 4.5.4-Porcentagem de Deslignificação

Após determinações das quantidades de lignina solúvel, insolúvel e o rendimento, é calculada a partir da Equação 11 abaixo a porcentagem de deslignificação proposta por Pasquini et al; (2005) e Romani et al; (2013).

**Equação 12:**

$$ \text{Deslignificação (\%)} = \left( \frac{\text{LKb} - \left[ \text{LKpt.} \left( \frac{\text{R}}{100} \right) \right]}{\text{LKb}} \right) \cdot 100 $$

**Onde:**

LKb = Lignina Klason Biomassa in natura (%);

LKpt = Lignina Klason Biomassa pré-tratada (%);

R = Rendimento do pré-tratamento (%).
### 4.5.5-Teores de Celulose e Hemicelulose

As definições dos teores de Celulose e Hemicelulose da fração sólida após o pré-tratamento organossolve foram determinadas considerando os critérios do tópico4.3.2.

### 4.5.6 - Análise do Licor Negro

Para avaliações em relação à presença dos componentes glicose, arabinose, xilose, hidroximetilfurfural, furfural, ácido acético, ácido fórmico no licor, foram preparadas amostras diluídas com água deionizada e injetadas para serem analisadas por cromatografia de alta eficiência (CLAE) seguindo os mesmos critérios propostos na Tabela 5.

### 4.5.7- Precipitação e extração da lignina

A partir de amostras líquidas do licor negro com adição de uma solução ácida foi possível a extração da lignina em pó.

A preparação foi feita adicionando-se 5 gramas de licor negro a um volume de 10 mL de solução de HCl 0,3M, em tubos falcom (previamente pesados), tampados e levados à centrífuga, a uma rotação de 4000 rpm, durante 40 minutos. Após centrifugação, as soluções foram destampadas e deixadas em repouso a uma temperatura de 4ºC durante a noite, no dia seguinte, deixado a temperatura ambiente até evaporação do restante do líquido. Então, foi feita a retirada da lignina em pó dos tubos falcom, procedimento proposto por (Romaniet.al;2016).

Conseguiu-se com este procedimento a quantificação da lignina em cada experimento visando, a partir de análises estatísticas, identificar quais foram as melhores variáveis para cada extração.

Além disso, a lignina extraída foi analisada por espectroscopia definida no tópico, a seguir.

## 4.6- Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR)
A espectroscopia de infravermelho é um método de impressão digital extremamente confiável e bem reconhecido. Muitas substâncias podem ser caracterizadas, identificadas e também quantificadas por este método.

Neste trabalho, foram investigadas por espectroscopia os principais grupos funcionais e ligações químicas da lignina extraída após pré-tratamento e a lignina comercial padrão (Sigma Aldrich), para possível comparação.

As análises foram conduzidas em um espectrômetro de absorção da marca Equinoxx 55, da marca Brucker do Instituto de Química da Universidade Federal de Uberlândia-MG.

Amostras de lignina, previamente secas em dessecador, foram misturadas a uma porção de kBr, prensadas, tendo sido obtidas pastilhas as quais foram analisadas na região do infravermelho nas seguintes condições de determinações dos espectros: foram obtidos na faixa de 400 a 4000 cm⁻¹, onde encontra-se a porção de maior utilidade para o estudo de moléculas orgânicas SALIBA, (1998), e em modo de absorbância com 32 varreduras (scans) segundo (Gonçalves, et al;2014).

### 4.7-Difração de raios-X (DRX)

O ensaio por difração de raios-x (DRX) é uma técnica não destrutiva para caracterização de materiais muito antiga. Um feixe de raios-x incide sobre um material que absorve parte desse feixe e reflete a outra parte. Os feixes espalhados sofrem interferência entre si e produzem um padrão de difração de acordo com seu ângulo de espalhamento. A combinação da intensidade dos feixes refletidos e difratados com os ângulos de incidência do feixe e de reflexão fornece informações das posições dos átomos no material (ROE, 1985).

Espera-se que, após o pré-tratamento, o índice de cristalinidade da celulose diminua, devido à separação das fibras, deixando-as desordenadas, além da remoção da lignina e hemiceluloses que são amorfas, causando assim o aumento da cristalinidade.

Neste estudo, foram analisadas as biomassas “in natura” e pré-tratadas, para melhor leitura do difratômetro (Shimadzu XRD - 6000 LabX). Foram feitas pastilhas utilizando a máquina de prensa.
As pastilhas foram colocadas no porta amostras nas seguintes condições, com intervalo de 4 a 45° (2θ), velocidade de varredura de 2°/min, potência de 40 kV com uma corrente de 30 mA e radiação CuKa (1,5406 Å) (THYGESEN et al., 2005; SAMBUSITI et al., 2015). O índice de cristalinidade das amostras foi calculado através da Equação 12, proposta por (Segalet al; 1959).

Para o cálculo da cristalinidade, foram utilizadas as alturas máximas do pico ($I_{200}$) = 22°e os picos da região amorfa ($I_{am}$) = 18°. Os dados foram analisados com a aplicação do software Origin® 6.0 for Expert Data Analysis.

**Equação 13:**

$$I_{cr}(\%) = \left( \frac{I_{200} - I_{am}}{I_{200}} \right) \cdot 100$$

**Onde:**

Icr(%) é o índice de cristalinidade da biomassa;

$I_{200}$ refere-se à intensidade máxima, em unidades arbitrárias, no pico cristalino à 2θ aproximadamente (22° ≤ 2θ ≤ 23°) e;

$I_{am}$ é a intensidade da região amorfa em (18° ≤ 2θ ≤ 19°), (SASMAL et al., 2012).

<figure><img src="image_19.png" /><figcaption>Figura 16 - Difratograma de raios X ilustrando os picos usados no cálculo da cristalinidade pela intensidade. Fonte: Adaptado de PARK et al, 2010.</figcaption></figure>
## 4.8- Microscopia eletrônica de varredura (MEV)

No intuito de se caracterizar as superfícies dos depósitos obtidos em relação `as suas propriedades e composição microestruturais dos experimentos, foi utilizado um Microscópio de Varredura Eletrônica, (modelo Carl Zeiss EVO 10 MA), no Laboratório Multiusuário da Faculdade de Engenharia Química (FEQUI-UFU) da Universidade Federal de Uberlândia.

As amostras foram fixadas em suportes de alumínio com fita de carbono e metalizadas com ouro. As imagens de MEV foram obtidas com ampliação de 100x, 500x e 1000x na tensão de aceleração de 5.0 kV.

# 5- RESULTADOS E DISCUSSÃO

## 5.1 -Aspecto físico

Após a etapa de pré-tratamento da biomassa residual de eucalipto, foi notória a diferença das frações sólidas obtidas em cada condição experimental. A biomassa residual de eucalipto "in natura" e o pré-tratado apresentaram aspectos físicos diferentes, como por exemplo, a redução do tamanho da fibra e a coloração conforme é apresentado na Figura 17.
<figure><img src="image_20.png" /><figcaption>Figura 17: Aspectos estruturais da biomassa após pré-tratamento</figcaption></figure>

Fonte: Autoria própria

## 5.2-Composição química da biomassa residual de eucalipto "in natura"

<caption>Tabela 6: Composição química da biomassa de eucalipto "in natura"
BRE- Biomassa Residual de Eucalipto</caption>

DP – Desvio Padrão

<table><thead><tr><td>Amostra</td><td>BRE ± DP</td></tr></thead><tbody><tr><td>Biomassa (g)</td><td>4,06 ± 0,05</td></tr><tr><td>Umidade (%)</td><td>1,50 ± 0,01</td></tr><tr><td>Cinzas (%)</td><td>1,01 ± 0,01</td></tr><tr><td>Extrativos (%)</td><td>7,08 ± 2,11</td></tr><tr><td>Celulose (%)</td><td>48,57 ± 0,04</td></tr><tr><td>Hemicelulose (%)</td><td>13,03 ± 1,55</td></tr><tr><td>Lignina Total (%)</td><td>27,87 ± 0,03</td></tr><tr><td>Total (%)</td><td>99,06 ± 0,40</td></tr></tbody></table>
De acordo com a caracterização química da biomassa residual de eucalipto "in natura", os resultados obtidos mostraram a presença dos seguintes carboidratos: celulose com teor de 48,57% e hemicelulose com porcentagem de 13,03%. Ambos valores estão próximos dos encontrados na literatura, como a porcentagem de 45% de celulose (DEMIRBAS, 2003) e 20% a 40% de hemicelulose em madeiras de eucalipto (BARRICHELO et al; 1976).

A faixa reportada na literatura de extrativos fica entre 0 e 20% em materiais lignocelulósicos e de cinzas entre 0,2 e 1,2 % em madeiras de eucaliptos (SILVA;2010), a porcentagem foi de 7,23% de extrativos (gorduras, resinas, terpenos e fenóis), presentes na biomassa e 1,01% de cinzas. Quanto menor a quantidade de cinzas, melhor resultado do fracionamento, pois menores serão os componentes indesejados.

Gomide, et al; (2005) relataram que os valores de lignina total variam entre 27,5% e 31,7%, o que mostra bastante coerência em relação ao resultado obtido, já que a porcentagem de lignina total (lignina solúvel + lignina insolúvel), nos resultados obtidos no presente trabalho para biomassa in natura é 27,87%.

Os resultados apresentados na Tabela 5 mostram o balanço de massa para casca de eucalipto "in natura" que foi de 99% com desvio padrão de 0,40 fechando o balanço de massa, sendo possível determinar os componentes e a caracterização corretamente. Considerados na literatura como sendo bons, os valores entre 90 – 110%, tendo em vista a complexidade dos materiais lignocelulósicos e as diferentes metodologias para a determinação da composição química (BAÊTA, 2016).

## 5.3 -Caracterização da biomassa residual de eucalipto pré-tratada e balanço de Massa

Após a realização do pré-tratamento e a deslignificação da biomassa em diferentes temperaturas, concentrações de etanol/água e tempo, foi feita caracterização quanto aos teores de hemicelulose, celulose, lignina total e o balanço de massa global do processo. A Tabela 7 apresenta os valores desta caracterização.
<table><caption>Tabela 7:Composição química da biomassa de eucalipto "in natura" e pré-tratada
Fonte: Autoria própria</caption><thead><tr><th colspan="10">Composição Química das Biomassas In Natura e Pré-Tratadas e Balanço de Massa Global do Processo</th></tr><tr><th rowspan="2">Experimentos</th><th colspan="2">Celulose (%)</th><th colspan="2">Hemicelulose (%)</th><th colspan="2">Lignina (%)</th><th rowspan="2">Umidade (%)</th><th rowspan="2">Cinzas (%)</th><th rowspan="2">Extrativos (%)</th><th rowspan="2">Total (%)</th></tr><tr><th>Licor</th><th>Sólido</th><th>Licor</th><th>Sólido</th><th>Licor</th><th>Sólido</th></tr></thead><tbody><tr><td></td><td colspan="2">48,57</td><td colspan="2">13,03</td><td colspan="2">27,87</td><td>1,50</td><td>1,79</td><td>7,08</td><td>99,84</td></tr><tr><td>1</td><td>8,74</td><td>38,98</td><td>12,32</td><td>0,27</td><td>15,66</td><td>12,21</td><td>1,48</td><td>1,53</td><td>6,42</td><td>97,61</td></tr><tr><td>2</td><td>15,12</td><td>32,45</td><td>10,53</td><td>0,31</td><td>18,07</td><td>9,80</td><td>1,43</td><td>1,64</td><td>7,02</td><td>96,37</td></tr><tr><td>3</td><td>21,78</td><td>24,32</td><td>9,59</td><td>4,51</td><td>21,53</td><td>6,34</td><td>1,49</td><td>1,73</td><td>7,03</td><td>98,32</td></tr><tr><td>4</td><td>21,39</td><td>26,15</td><td>11,23</td><td>1,41</td><td>22,45</td><td>5,42</td><td>1,45</td><td>1,54</td><td>7,07</td><td>98,11</td></tr><tr><td>5</td><td>12,98</td><td>34,23</td><td>10,37</td><td>1,11</td><td>14,31</td><td>13,56</td><td>1,50</td><td>1,68</td><td>6,98</td><td>96,72</td></tr><tr><td>6</td><td>16,87</td><td>30,98</td><td>12,78</td><td>0,22</td><td>15,87</td><td>12,00</td><td>1,43</td><td>1,52</td><td>7,17</td><td>98,83</td></tr><tr><td>7</td><td>23,57</td><td>24,11</td><td>8,89</td><td>4,14</td><td>21,31</td><td>6,56</td><td>1,47</td><td>1,72</td><td>6,87</td><td>98,64</td></tr><tr><td>8</td><td>21,33</td><td>26,63</td><td>12,56</td><td>1,77</td><td>22,75</td><td>5,12</td><td>1,44</td><td>1,42</td><td>6,53</td><td>99,56</td></tr><tr><td>9</td><td>14,54</td><td>34,75</td><td>10,11</td><td>0,01</td><td>17,19</td><td>10,68</td><td>1,38</td><td>1,57</td><td>6,73</td><td>96,96</td></tr><tr><td>10</td><td>13,38</td><td>35,00</td><td>12,37</td><td>0,01</td><td>17,24</td><td>10,63</td><td>1,40</td><td>1,71</td><td>6,98</td><td>98,72</td></tr><tr><td>11</td><td>15,12</td><td>32,65</td><td>11,23</td><td>0,01</td><td>18,63</td><td>9,24</td><td>1,48</td><td>1,84</td><td>6,58</td><td>96,78</td></tr></tbody></table>

Conforme análise dos dados obtidos, conclui-se que o método do pré-tratamento organossolve apresentou ser bem eficiente tanto no coeficiente de solubilidade da hemicelulose, quanto na extração da lignina e na conservação da fração celulósica da biomassa residual de eucalipto.

Na caracterização das biomassas pré-tratadas, a hemicelulose sofreu uma maior degradação se comparada com a biomassa "in natura", que apresentou um teor de cerca de 13,3 %. Após o pré-tratamento, o resultado não excedeu o valor de 8,89% de hemicelulose no licor e no sólido, como se esperava, conseguiu quase sua extração total de 0,01%. Segundo El-Naggar (2014), as hemiceluloses se degradam com uma maior facilidade devido à sua estrutura amorfa e ao seu baixo grau de polimerização. Confirmou-se também esta degradação da hemicelulose através das análises cromatográficas do licor negro, detectando a existência de furfural.

Para os resultados obtidos em relação ao teor de celulose na biomassa "in natura" e pré-tratadas, o pré-tratamento mostrou-se eficiente para conservação da mesma, sendo satisfatório, já que é de interesse que a biomassa (sólido) esteja com maior teor de celulose para o processo posterior de fermentação e geração de etanol de segunda geração (2G) (ROMANÍ, et al. 2013).
Considerando os resultados obtidos nos pré-tratamentos realizados destacame-se o Experimento 4 e o Experimento 8, ambos realizados a mesma temperatura 220°C, concentração 70% de etanol, só variando o tempo de reação de 120 a 240 min, conforme Tabela 3. Neles foram alcançados teores altos de celulose e maior extração de lignina. Assim, os resultados obtidos neste trabalho mostraram que o método do pré-tratamento organossolve da biomassa residual de eucalipto, utilizando como solvente o etanol, foi eficaz na extração da lignina presente na biomassa residual de eucalipto, além da manutenção da celulose na fração sólida pré-tratada.

### 5.3.1- Resultados obtidos após Deslignificação

Foi proposto um planejamento experimental fatorial 2(3-0) com o intuito de verificar quais variáveis foram significativas no processo de deslignificação da biomassa, como mostra a Tabela 8. Foram estudadas 3 variáveis: Temperatura (°C), Concentração de etanol/água (%) e Tempo de reação (min). Gerando uma matriz com 8 experimentos, também foram adicionados ao planejamento 3 experimentos no ponto central a fim de verificar o erro experimental, totalizando 11 experimentos, conforme já havia sido indicado na Tabela 8

<table><caption>Tabela 8 - Matriz do planejamento experimental 2(3-0) e os resultados obtidos para a variável de resposta: Deslignificação (%).</caption><thead><tr><th>Experimentos</th><th>Temperatura (°C)</th><th>Concentração (%)</th><th>Tempo (min)</th><th>Deslignificação (%)</th></tr></thead><tbody><tr><td>1</td><td>180</td><td>50</td><td>120</td><td>62,08</td></tr><tr><td>2</td><td>220</td><td>50</td><td>120</td><td>79,33</td></tr><tr><td>3</td><td>180</td><td>70</td><td>120</td><td>83,63</td></tr><tr><td><strong>4</strong></td><td><strong>220</strong></td><td><strong>70</strong></td><td><strong>120</strong></td><td><strong>88,32</strong></td></tr><tr><td>5</td><td>180</td><td>50</td><td>240</td><td>62,86</td></tr><tr><td>6</td><td>220</td><td>50</td><td>240</td><td>77,06</td></tr><tr><td>7</td><td>180</td><td>70</td><td>240</td><td>84,23</td></tr><tr><td><strong>8</strong></td><td><strong>220</strong></td><td><strong>70</strong></td><td><strong>240</strong></td><td><strong>89,69</strong></td></tr><tr><td>9</td><td>200</td><td>60</td><td>180</td><td>79,24</td></tr><tr><td>10</td><td>200</td><td>60</td><td>180</td><td>76,55</td></tr><tr><td>11</td><td>200</td><td>60</td><td>180</td><td>80,11</td></tr></tbody></table>

Observa-se na Tabela 8 que os melhores resultados para a deslignificação da biomassa foram obtidos nos experimentos 4 e 8. Os experimentos 4 88,32% e 8
89,69% são caracterizados por temperatura e concentração de etanol superiores (22°C; 70 %) o que indica que, na maior temperatura e na maior concentração de etanol, ocorre uma melhor deslignificação da biomassa.

Existe um forte efeito da concentração do solvente sobre a solubilidade dos fragmentos de lignina no licor de extração, quando se é utilizado o solvente etanol. Em elevadas concentrações, fragmentos de elevada massa molecular de lignina tornam-se solúveis no meio, favorecendo a extração. Em baixas concentrações de etanol, essa solubilização só ocorre se os fragmentos de lignina apresentarem baixa massa molecular, o que é obtidopela adição de um catalisador ácido ao meio(ZHANG et al,2016). A elevada concentração de etanol no meio também reduz o nível de inchamento das fibras (ZHAO et al;2008).

YAÑEZ et al; 2014, estudaram o pré-tratamento Organossolve, a uma concentração de etanol 50%, temperatura de 200°C e tempo de 90 min obtiveram um rendimento de deslignificação de 63%.

Outros autores que estudaram as variáveis: temperatura 180-210°C, concentração de etanol 60%, tempo de 60 min, obtiveram uma deslignificação de 81% (ROMANI et al; 2013).

Comparando os resultados obtidos na literatura podemos observar que os valores obtidos no presente trabalho estão bem próximos aos desejáveis, citando também (FOELKEL, 2009) que relata que a deslignificação remove cerca de 90% da lignina.

A Tabela 8 mostra os resultados dos efeitos das variáveis estudadas para o processo de deslignificação da biomassa e a Figura 17 apresenta o gráfico de Pareto, obtido a partir do modelo estatístico quadrático proposto.
<table><caption>Tabela 9- Respostas dos efeitos para cada variável explorada no planejamento experimental 2<sup>(3-0)</sup> para a variável de resposta: Deslignificação (%).</caption><thead><tr><th>Fator</th><th>Efeitos</th><th>Desvios-padrão</th><th>t(2)</th><th>P</th></tr></thead><tbody><tr><td>Média/Interações</td><td>78,4637</td><td>0,5596</td><td>140,2187</td><td>0,00005</td></tr><tr><td>(1)Temperatura (°C)</td><td>10,4000</td><td>1,3123</td><td>7,9248</td><td>0,0155</td></tr><tr><td>(2)Concentração de Etanol (%)</td><td>16,1350</td><td>1,3123</td><td>12,2949</td><td>0,0065</td></tr><tr><td>(3)Tempo (min)</td><td>0,1200</td><td>1,3123</td><td>0,0914</td><td>0,9355</td></tr><tr><td>1 por 2</td><td>-5,3250</td><td>1,3123</td><td>-4,0577</td><td>0,0557</td></tr><tr><td>1 por 3</td><td>-0,5700</td><td>1,3123</td><td>-0,4343</td><td>0,7064</td></tr><tr><td>2 por 3</td><td>0,8650</td><td>1,3123</td><td>0,6591</td><td>0,5775</td></tr><tr><td colspan="5">R<sup>2</sup> ajustado = 0,97</td></tr><tr><td colspan="5">Erro Puro = 3,44</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_21.png" /><figcaption>Figura 18- Gráfico de Pareto para a variável de resposta: Deslignificação (%).</figcaption></figure>

Através da Tabela 8 e da Figura 19 foi verificado que as variáveis Temperatura (°C) e Concentração de etanol em água (%) foram significativas e positivas no processo de deslignificação da biomassa. Já a variável tempo (min), não foi significativa para a deslignificação da biomassa, na faixa estudada.
Com a finalidade de validar o modelo empregado foram realizadas as análises de variância ANOVA e distribuição F. Os dois testes F realizados foram:

**Equação 14:**

1) Teste F1:

$$F1_{(6,4)} = \frac{MQ_{\text{Regressões}}}{MQ_{\text{Resíduos}}}$$

Onde o valor de F1 calculado deve ser maior que o valor do F1 tabelado, porém não 10 vezes maior.

**Equação 15:**

2) Teste F2:

$$F2_{(2,2)} = \frac{MQ_{\text{Falta de ajuste}}}{MQ_{\text{Erro puro}}}$$

Onde o valor de F2 calculado deve ser menor que o valor do F2 tabelado.

A Tabela 10 apresentam os resultados para a ANOVA e para os dois testes F realizados nesta etapa da análise estatística.

<caption>Tabela 10 - ANOVA para a variável de resposta: Deslignificação (%).</caption>

Fonte: Autoria própria.

<table><thead><tr><th>ANOVA</th><th>SQ</th><th>GL</th><th>MQ</th><th>F<sub>calculado</sub></th><th>F<sub>Tabelado</sub></th></tr></thead><tbody><tr><td>Regressão</td><td>795,8828</td><td>6</td><td>132,6471</td><td>F1 = 60,08</td><td>F1 = 6,16</td></tr><tr><td>Resíduos</td><td>8,8317</td><td>4</td><td>2,2079</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Falta de ajuste</td><td>1,9428</td><td>2</td><td>0,9714</td><td>F2 = 0,28</td><td>F2 = 19</td></tr><tr><td>Erro puro</td><td>6,8889</td><td>2</td><td>3,4444</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Total</td><td>804,7145</td><td>10</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

$$R^2 \text{ ajustado} = 0,97$$

$$\text{Erro Puro} = 3,44$$

SQ: soma dos quadrados; GL: graus de liberdade; MQ: médias dos quadrados.

Ao analisar a Tabela 9, verifica-se que as condições de F1 e F2 foram satisfeitas, $F1_{Calculado} > F1_{Tabelado}$ e $F2_{Calculado} < F2_{Tabelado}$, e que o coeficiente de determinação é muito próximo de 1, ($R^2$ = 0,97). Portanto, o modelo proposto na análise estatística do planejamento experimental $2^{(3-0)}$ pode explicar 97 % dos resultados obtidos experimentalmente para a deslignificação (%).

A Figura 19 mostra o gráfico dos resultados obtidos experimentalmente versus os resultados obtidos pelo modelo proposto para a variável de resposta Deslignificação (%).
<figure><img src="image_22.png" /><figcaption>Figura 19 - Gráfico dos resultados obtidos experimentalmente *versus* os resultados obtidos pelo modelo proposto para a variável de resposta: Deslignificação (%).</figcaption></figure>

Ao analisar a Figura 19, foi verificada uma boa concordância entre os valores experimentais e os valores preditos pelo modelo quadrático.

O modelo quadrático foi altamente significativo para informar que as variáveis Temperatura (°C) e Concentração de Etanol (%) são as únicas variáveis significativas e positivas no processo de deslignificação da biomassa, através do modelo quadrático descrito na Equação 16:

**Equação 16:**

$$Des(\%) = 0,70T + 3,34C + 0,03t - 0,01TC - 0,0002Tt + 0,0007Ct - 82,45$$

Onde:

Des = Deslignificação

T = Temperatura (°C);

C = Concentração (%);

t = tempo (min).
### 5.3.2.-Experimentos complementares

Após isso, para verificar se uma concentração de etanol maior que 70% favorecia o processo de deslignificação foram realizadas mais três reações nas condições de temperatura de 220°C e 240 min, utilizando concentrações mássicas de etanol de 70, 80 e 100 %.

<caption>Tabela 11- Experimentos complementares realizados nas condições de temperatura e tempo do experimento 8 do planejamento experimental 2(3$^{0}$), variando a concentração de etanol para valores maiores.</caption>

Fonte: Autoria própria

<table><thead><tr><th>Experimento</th><th>T (°C)</th><th>C<sub>Et(OH)</sub> (%)</th><th>t (min)</th><th>Deslignificação (%)</th></tr></thead><tbody><tr><td>12</td><td>220</td><td>70</td><td>240</td><td>88,05</td></tr><tr><td>13</td><td>220</td><td>80</td><td>240</td><td>82,70</td></tr><tr><td>14</td><td>220</td><td>100</td><td>240</td><td>35,95</td></tr></tbody></table>

Os resultados da Tabela 11 apontam que, para que ocorra uma deslignificação mais efetiva, a concentração máxima de etanoldeve estar em 70 %.

## 5.4 - Difração RX

Numa análise visual, é possível perceber picos bem pronunciados que apresentam porção cristalina significativa e também é interessante notar na Figura 20 o gráfico da biomassa "in natura" para propor a comparação.

Segundo Pimenta(2005), conforme o pré-tratamento utilizado, poderá ter uma perda significativa da região amorfa da celulose, uma vez que esta está mais atingível aos solventes colocados no experimento e dependendo das variáveis (tempo, temperatura, razão sólido/ líquido, massa solvente), a própria região cristalina "in natura" pode ser afetada.

Os espectros evidenciam aspecto cristalino intenso, apresentando picos nas regiões dos planos cristalinos típicos da celulose, sendo o halo amorfo localizado entre 18° ≤ 2θ ≤ 19° e o pico cristalino entre 22° ≤ 2θ ≤ 23°, como mostramos gráficos Segue as Figura 21.
<figure><img src="image_23.png" /><figcaption>Intensidade (u. a.)</figcaption></figure>

2θ Graus

<figure><img src="image_24.png" /><figcaption>Intensidade (u. a.)</figcaption></figure>

2θ Graus
<figure><img src="image_25.png" /><figcaption>Figura 20: Difratogramas de Raio-X da biomassa de eucalipto in natura e após os pré-tratamentos.</figcaption></figure>

Após obtenção dos espectros da biomassa “in natura” e de todos os experimentos estudados foi feito o cálculo do Índice de Cristalinidade –ICr, com objetivo de analisar se o pré-tratamento Organossolve provocou alguma mudança na estrutura da celulose.

## 5.5- Índice de Cristalinidade (ICr)

<caption>Tabela 12: Índice de cristalinidade</caption>

Fonte: Autoria própria

<table><thead><tr><td>Experimento</td><td>ICr (%)</td></tr></thead><tbody><tr><td>Biomassa "In natura"</td><td>67,77</td></tr><tr><td>Experimento 1</td><td>78,17</td></tr><tr><td>Experimento 2</td><td>80,20</td></tr><tr><td>Experimento 3</td><td>74,37</td></tr></tbody></table>
<table><tr><td>Experimento 4</td><td>83,80</td></tr><tr><td>Experimento 5</td><td>80,23</td></tr><tr><td>Experimento 6</td><td>81,90</td></tr><tr><td>Experimento 7</td><td>82,65</td></tr><tr><td>Experimento 8</td><td>87,23</td></tr><tr><td>Experimento 9</td><td>86,13</td></tr><tr><td>Experimento 10</td><td>87,61</td></tr><tr><td>Experimento 11</td><td>85,93</td></tr></table>

O resultado de cristalinidade obtido para o biomassa "in natura" é (67,77%), já as pré-tratadas apresentam índice maior, sendo relatado na literatura que o aumento do índice de cristalinidade se deve ao ataque do ácido às partes mais suscetíveis, que são as regiões amorfas da biomassa lignocelulósica (KLEMM et al; 1998).

Diante do resultado, o aumento do índice de cristalinidade foi quase 20% em relação à biomassa "in natura" podendo ser justificado pela remoção de parte da hemicelulose e lignina (amorfas) e aumento da celulose que é cristalina.

## 5.6- Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR)

A lignina é um dos produtos da biomassa com maior poder calorífico e a sua utilização como fonte energética já é comprovada pela indústria de celulose e papel. O uso da lignina contida no licor negro é uma opção que vai de encontro ao conceito geral de biorrefinaria (TRUGILLO; 2018). Logo, o uso da lignina tende a aumentar por ser um material renovável, disponível em grandes quantidades, de baixo custo e não tóxico. Possui alto potencial de aplicação em diversas indústrias para a síntese de uma variedade de novos produtos (SENA; ALMEIDA; DUARTE, 2008).

Pode ser utilizada como combustível sólido ou gasoso, tais como hidrogênio, metano e monóxido de carbono via gaseificação do licor negro, como matéria-prima para indústria de dispersantes, emulsificantes, agentes quelantes para remoção de
metais pesados de efluentes industriais, fibras de carbono, entre outros (DOHERTY;
MOUSAVIOUN;FELLOWS,2011).

O objetivo desta análise foi verificar os grupos constituintes na cadeia
polimérica das ligninas, permitindo identificar tipos de ligações e grupos funcionais,
assim podendo avaliar as principais semelhanças com a lignina comercial padrão
(Sigma Aldrich).

<figure><img src="image_26.png" /><figcaption>Figura 21: Ánalise de Espectrômetro de infravermelho das ligninas
Fonte: Autoria própria</figcaption></figure>

A Figura22 apresenta as bandas características de ligações químicas pertencentes à lignina e que foram atribuídas de acordo com Faix (1991); Romaní et al; (2016). Entre elas, destacam-se as bandas na região de 3460 cm⁻¹ referentes ao estiramento O-H de hidroxilias fenólicas e alifáticas, também entre 2933 e 2842 cm⁻¹, características de grupos metilênicos, e em 1593 e 1510 cm⁻¹, concernentes ao estiramento C=C de anel aromático. Bandas de absorção referentes à ligação C-H de aromáticos podem ser observadas em 1459 e 1420 cm⁻¹. A presença dessas bandas
indica que sua estrutura central ainda permaneceu inalterada após o processo de deslignificação (FAIX, 1991).

As bandas de absorção em 1330 e 1124 cm⁻¹ caracterizam unidades siringil, a unidade de guaiacil em 1034 cm⁻¹(CONSTANT et al., 2016). Conclui-se através do espectro de FT-IR que as ligninas são bem semelhantes.

<caption>Tabela 13: Atribuições das bandas do espectro de absorção no infravermelho da biomassa lignocelulósica.</caption>

Fonte: Adaptado
FAIX(1992);DINGetal.(2012);SHI;LI(2012);SILLSetal.(2012);KUBO; KADLA(2005).

<table><thead><tr><td>Faixa de número de onda (cm<sup>-1</sup>)</td><td>Atribuição</td><td>Polímero</td></tr></thead><tbody><tr><td>3500-3100</td><td>Estiramento OH dos grupos</td><td>lignina</td></tr><tr><td>2842 - 3000</td><td>Estiramento C-H em grupos metílicos e metilênicos</td><td>lignina</td></tr><tr><td>1709 - 1738</td><td>Estiramento C=O em cetonas não conjugadas, carbonilas e Gruposéster</td><td>hemicelulose, lignina</td></tr><tr><td>1682</td><td>Estiramento C=O (não conjugado)</td><td>lignina</td></tr><tr><td>1595</td><td>Vibrações do esqueleto aromático influenciada por estiramento C=O</td><td>lignina</td></tr><tr><td>1593 - 1605</td><td>Vibrações no esqueleto aromático influenciada por estiramento C=O</td><td>lignina</td></tr><tr><td>1500 - 1515</td><td>Vibrações do esqueletoaromatic C=C</td><td>lignina</td></tr><tr><td>1427</td><td>Deformação angular de O-H no plano</td><td>celulose, hemicelulose, lignina</td></tr><tr><td>1422 - 1430</td><td>Vibrações do esqueleto aromático combinados com deformação C-C dos anéis aromáticos</td><td>lignina</td></tr><tr><td>1365 - 1380</td><td>Deformação angular de C-H; grupo fenólico OH</td><td>celulose, hemicelulose, lignina</td></tr><tr><td>1335</td><td>Vibração C-H e deformação angular O-H no plano</td><td>celulose, hemicelulose, lignina</td></tr></tbody></table>
<table><tr><td>1325 – 1330</td><td>Anéis S e G condensados</td><td>lignina</td></tr><tr><td>1327</td><td>C-O de anel siringil</td><td>lignina</td></tr><tr><td>1266 – 1270</td><td>Vibrações do anel Guaicilicos, influenciada por estiramento C=O</td><td>lignina</td></tr><tr><td>1221 – 1230</td><td>Estiramento C-C, C-O, C=O</td><td>lignina</td></tr><tr><td>1166</td><td>Estiramento C=O em grupos éster conjugados</td><td>lignina</td></tr><tr><td>1215</td><td>Estiramento C-C e C-O</td><td>lignina</td></tr><tr><td>1043</td><td>Estiramento C-O, C-C, C-OH</td><td>celulose, hemicelulose, lignina</td></tr><tr><td>1030 – 1035</td><td>Deformação onoplanode C-H, deformação C-O em álcool isprimários, influenciadaporestira mento C=Onão conjugado</td><td>lignina</td></tr><tr><td>780 – 945</td><td>Deformação C-H associadas a anéis aromáticos</td><td>lignina</td></tr></table>

## 5.7- Resultado da extração de lignina obtida a partir do licor negro

Este tópico apresenta quantificação da extração de lignina obtida após extração ácida presente no licor negro. Na Tabela 14, foram calculados os rendimentos de lignina em relação à quantidade em gramas de lignina por 100g de biomassa.

Observam-se concentrações ótimas de extração de lignina, evidenciando o experimento 4 com 22,45g<sub>lig</sub>/100 g<sub>biomassa</sub> e também o experimento 8 com 22,75g<sub>lig</sub>/100 g<sub>biomassa</sub>, que no pré-tratamento organossolve se diferenciam por terem variáveis com maior concentração de solvente e temperatura.
<table><caption>Tabela 14. Lignina resultante da extração ácida do licor negro
Fonte: Autoria Própria</caption><thead><tr><th>Experimento</th><th>g<sub>lig</sub>/100 g<sub>biomassa</sub></th></tr></thead><tbody><tr><td>1</td><td>15,66</td></tr><tr><td>2</td><td>18,07</td></tr><tr><td>3</td><td>21,53</td></tr><tr><td>4</td><td>22,45</td></tr><tr><td>5</td><td>14,31</td></tr><tr><td>6</td><td>15,87</td></tr><tr><td>7</td><td>21,31</td></tr><tr><td>8</td><td>22,75</td></tr><tr><td>9</td><td>17,19</td></tr><tr><td>10</td><td>17,24</td></tr><tr><td>11</td><td>18,63</td></tr><tr><td>12 (70 %, 220 °C, 240 min)</td><td>22,65</td></tr><tr><td>13 (80 %, 220 °C, 240 min))</td><td>20,77</td></tr><tr><td>14 (100 %, 220 °C, 240 min)</td><td>11,32</td></tr></tbody></table>

Não foram identificados muitos trabalhos científicos que apresentam como metodologia a realização do pré-tratamento organossolvee a extração da lignina. No entanto, em comparação com Romaniet.al;(2016) que utilizou outro solvente (Glicerina pura), na temperatura de 200°C, tempo 69 minutos e concentração (Glicerina/água) 58%, obtendo como resultado cerca de 15 g de lignina a cada 100 g de biomassa de eucalipto, se comprova neste trabalho, que com a utilização do etanol foi possível conseguir um resultado melhor e mais satisfatório.

## 5.8- Análises morfológicas por Microscopia Eletrônica de Varredura da Biomassa "in natura" e pré-tratadas

As análises de Microscopia Eletrônica de Varredura foram feitas tanto na biomassa "in natura" quanto em todas amostras obtidas de biomassas após o pré-tratamento organossolve e tiveram como propósito indicar modificações morfológicas nas biomassas submetidas a diferentes condições de pré-tratamento.

A morfologia micro estrutural da biomassa "in natura" na Figura 23 mostra uma estrutura fibrosa, ordenadae com pequenos pontos de ruptura. Após o processo
de pré-tratamento organossolve, observa-se uma fragmentação nas suas estruturas, em muitos com fibras limpas e finas, podendo afirmar que o pré-tratamento permitiu uma maior abertura dos tecidos vegetais, tornando as fibras de celulose mais expostas.

<figure><img src="image_27.png" /><figcaption>Biomassa "in natura"</figcaption></figure>

<figure><img src="image_28.png" /><figcaption>Biomassa "in natura"</figcaption></figure>

<figure><img src="image_29.png" /><figcaption>Biomassa "in natura"</figcaption></figure>

<figure><img src="image_30.png" /><figcaption>Experimento 1</figcaption></figure>

<figure><img src="image_31.png" /><figcaption>Experimento 1</figcaption></figure>

<figure><img src="image_32.png" /><figcaption>Experimento 1</figcaption></figure>

<figure><img src="image_33.png" /><figcaption>Experimento 2</figcaption></figure>

<figure><img src="image_34.png" /><figcaption>Experimento 2</figcaption></figure>

<figure><img src="image_35.png" /><figcaption>Experimento 2</figcaption></figure>
<table><tr><td>Experimento 3</td><td>Experimento 3</td><td>Experimento 3</td></tr><tr><td>Experimento 4</td><td>Experimento 4</td><td>Experimento 4</td></tr><tr><td>Experimento 5</td><td>Experimento 5</td><td>Experimento 5</td></tr><tr><td>Experimento 6</td><td>Experimento 6</td><td>Experimento 6</td></tr></table>
<figure><img src="image_36.png" /><figcaption>Experimento 7</figcaption></figure>

<figure><img src="image_37.png" /><figcaption>Experimento 7</figcaption></figure>

<figure><img src="image_38.png" /><figcaption>Experimento 7</figcaption></figure>

<figure><img src="image_39.png" /><figcaption>Experimento 8</figcaption></figure>

<figure><img src="image_40.png" /><figcaption>Experimento 8</figcaption></figure>

<figure><img src="image_41.png" /><figcaption>Experimento 8</figcaption></figure>

<figure><img src="image_42.png" /><figcaption>Experimento 9</figcaption></figure>

<figure><img src="image_43.png" /><figcaption>Experimento 9</figcaption></figure>

<figure><img src="image_44.png" /><figcaption>Experimento 9</figcaption></figure>

<figure><img src="image_45.png" /><figcaption>Experimento 10</figcaption></figure>

<figure><img src="image_46.png" /><figcaption>Experimento 10</figcaption></figure>

<figure><img src="image_47.png" /><figcaption>Experimento 10</figcaption></figure>
<figure><img src="image_48.png" /><figcaption>Figura 22: Micrografias Eletrônicas de Varredura</figcaption></figure>

Fonte: Autoria Própria
## 6- Conclusão

Neste trabalho, através da utilização do método de pré-tratamento organossolve foi possível verificar a potencialidade de deslignificação da biomassa residual de eucalipto. O etanol tem elevada razão de deslignificação e baixo custo de aquisição (KLEIERT, 1974). Além disso, o processo do pré-tratamento apresenta a possibilidade da recuperação do solvente por evaporação, o que permite a reincorporação do mesmo ao processo.

A determinação das melhores condições da extração da lignina e as descobertas dos componentes preciptados, traz consigo grandes benefícios para o aproveitamento da lignina, levando à valorização da lignina e seus produtos de valor agregado.

Através da utilização do planejamento experimental foi possível identificar quais foram as variáveis mais significativas, obtendo, portanto, a temperatura e concentração de solvente maiores e positivas. Tendo-se como resultado a deslignificação de até 89,69 %.

As análises feitas das ligninas no infravermelho apresentaram espectros bastante coincidentes se comparados a lignina comercial apenas com pequenas variações nas intensidades de alguns picos.

Nas Micrografias Eletrônicas de Varredura, foi possível verificar as alterações na estrutura da biomassa residual de eucalipto de forma que sua área superficial e sua porosidade aumentaram, mostrando assim a importância do pré-tratamento e facilitando o processo posterior da hidrólise.

A utilização da técnica de difração de Raios-X possibilitou comprovar a eficiência do pré-tratamento organossolve na remoção de lignina e hemicelulose da biomassa, pois os índices de cristalinidade sofreram aumento médio em torno de 20% quando comparados ao da biomassa "in natura", devido ao fato de que a celulose é cristalina e lignina e hemicelulose serem amorfas.

Foram encontrados valores entre 96 a 99% dos quais foram satisfatórios no balanço de massa feito por cromatografia líquida.
Trabalhos Futuros:

✓ Análise da lignina extraída em busca de possíveis contaminantes e propriedades ;

✓ Análise RMN (Ressonância Magnética Nuclear) na lignina obtida;

✓ Poder Calorífico, análise CHN (carbono, hidrogênio e nitrogênio);

✓ Uma possível autohidrólise antes do pré-tratamento organossolve, de acordo com as melhores variáveis encontradas;

✓ Estudar a possibilidade do uso da biomassa pré-tratada para utilização na produção de etanol de seguunda geração;

✓ Avaliação técnica, econômica e ambiental da rota e de rotas alternativas.
7. REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO

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