Pré-tratamento para a biomassa lignocelulósica utilizando processos fotocatalíticos

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Química e Biológica, 2019.A utilização da biomassa lignocelulósica para a produção de bioquímicos e biocombustíveis ainda é um desafio, seu pré-tratamento é considerado por muitos pesquisadores como a etapa limitante desse processo. O estudo das formas de disponibilizar os carboidratos presentes em sua composição para hidrólise tem evoluído ao longo dos anos, porém os processos ainda esbarram na baixa produtividade, principalmente relacionada à formação de produtos de degradação e altos custos. Os processos oxidativos avançados têm sido estudados como uma promissora tecnologia de tratamento de contaminantes orgânicos em efluentes e, recentemente, começaram a ser estudados para utilização na degradação seletiva da lignina e utilização como pré-tratamento para a biomassa lignocelulósica. O presente trabalho avaliou a composição da biomassa residual de cana de açúcar, foi desenvolvido um estudo de cinética de hidrólise da biomassa in natura e, após a determinação da condição ótima de hidrólise do material, foi realizado um estudo para o tratamento da biomassa lignocelulósica de cana de açúcar por fotocatálise heterogênea. Adotou-se um planejamento experimental fatorial completo de 23, com o objetivo de avaliar os parâmetros do processo oxidativo avançado (POA) adotado. Os fatores analisados foram o tempo reacional (60 e 120 min), o semicondutor (ZnO e C3N4) e sua concentração (0,001 e 0,01 %), sendo a variável resposta a concentração de glicose. Após a avaliação dos dados do estudo preliminar, um novo estudo foi conduzido visando aumentar a disponibilização de glicose com o pré-tratamento por fotocatálise heterogênea, por meio da variação na concentração dos semicondutores. Foram preparadas soluções aquosas de ZnO, TiO2 e C3N4 nas concentrações de 0,1, 0,25, 0,5, 1,0, 2,5 e 5,0 %. E por fim procedeu-se a elaboração de um estudo que possibilitasse a utilização da fotocatálise heterogênea como auxiliar a outros pré-tratamentos já consolidados na literatura.The use of lignocellulosic biomass to produce biochemicals and biofuels is still a challenge, and its pre-treatment is considered by many researchers as the limiting step of this process. The study of ways to make carbohydrates available in its composition for hydrolysis has evolved over the years, but the processes still face low productivity, mainly related to the formation of degradation products and high costs. Advanced oxidative processes have been studied as a promising technology for treating organic contaminants in effluents and have recently been studied for use in selective lignin degradation and as a pretreatment for lignocellulosic biomass. The present work evaluated the composition of the residual sugarcane biomass, a study of the hydrolysis kinetics of the fresh biomass was developed and, after the determination of the optimal hydrolysis condition of the material, a study was performed for the treatment of the lignocellulosic biomass by heterogeneous photocatalysis. A full factorial experiment of 23 was adopted to evaluate the parameters of the advanced oxidative process (AOP) adopted. The factors analyzed were the reaction time (60 and 120 min), the semiconductor (ZnO and C3N4) and its concentration (0.001 and 0.01%), with the response variable being glucose concentration. After evaluating the data from the preliminary study, a new study was conducted to increase glucose availability with heterogeneous photocatalysis pretreatment by varying semiconductor concentration. Aqueous solutions of ZnO, TiO2 and C3N4 were prepared at concentrations of 0.1, 0.25, 0.5, 1.0, 2.5 and 5.0%. Finally, a study was carried out to enable the use of heterogeneous photocatalysis as an aid to other pre-treatments already consolidated in the literature