Cellulose acetate production from sugarcane bagasse and evaluation of its application in controlled diffusion systems

Atualmente, novas rotas de obtenção de polímeros naturais vêm sendo exploradas para as mais diversas finalidades, como forma alternativa aos polímeros provenientes do petróleo. A celulose, biopolímero mais abundante de todas as substâncias naturais, encontrado em diversos tipos de biomassa, com destaque para o bagaço de cana-de-açúcar, é constituída por grupos hidroxilas, com diferentes graus de reatividade. Vários métodos têm sido utilizados para extrair e modificar a celulose, sendo a modificação química fundamental para aumentar sua aplicabilidade, customizando sua funcionalidade. Neste trabalho, uma rota mais simplificada do que a existente na literatura foi sugerida para realizar a extração de celulose do bagaço de cana-de-açúcar. As etapas foram combinadas e otimizadas visando facilitar o scale-up para o nível industrial. A celulose foi obtida, inicialmente, através de um pré-tratamento químico seqüencial utilizando-se solução alcalina associada ao peróxido de hidrogênio. Nesta etapa foi avaliada a influência da moagem e remoção dos extrativos na obtenção da celulose. As caracterizações mostraram, qualitativamente, um comportamento muito semelhante em todas as amostras analisadas. Para o estudo, foi proposto um planejamento fatorial 23 com triplicata no ponto central, onde foi avaliada a influência do tempo de pré-tratamento (h), temperatura (ºC) e concentração de peróxido de hidrogênio (%) no rendimento de glicose. O bagaço pré-tratado foi caracterizado quanto ao teor de carboidratos e lignina total. A análise estatística mostrou que a maximização da celulose pode ser obtida no nível mínimo para a concentração de peróxido de hidrogênio e máximo para tempo e temperatura. Dentre as possíveis modificações químicas, foi realizada a acetilação da celulose, resultando em um acetato de celulose que demonstrou características filmogênicas. O acetato de celulose obtido a partir do bagaço de cana-de-açúcar produz um filme denso e com características de barreira que podem ser usadas para diversas aplicações. Tal capacidade foi, por exemplo, comprovada ao aplicar o acetato obtido para recobrir membranas porosas de quitosana, evidenciando que o mesmo age como uma barreira à difusão tanto na adsorção quanto na liberação de íons de cobre a partir da membrana de quitosana (largamente conhecida na literatura como bom adsorvente)Currently, new routes to produce natural polymers are being studied as an alternative to petroleum-based polymers, to be used in many applications. Cellulose is the most abundant of all natural polymers, containing hydroxyl groups with different reactivity. This natural compound is found in different types of biomass, such as sugarcane bagasse. Several methods have been studied to extract and modify cellulose. Chemical modification of cellulose is essential to customize its applicability. In this study, an easier route to extract cellulose from sugarcane bagasse was used. The steps were combined and improved aiming an easy scale-up of the process to industrial level. Initially, cellulose was obtained through a sequential chemical pretreatment using alkaline solution with hydrogen peroxide. In this stage, the influence of milling was also evaluated on the lipidic portion removal (called by several authors as "extractives") to obtain cellulose. The performed characterizations indicated a very similar behavior in all samples analyzed. A 23 factorial design with triplicate at the central point was proposed. The influence of pre-treatment time (h), temperature (ºC) and hydrogen peroxide concentration (%) was evaluated over glucose yield. The statistical analysis showed that the maximization of the cellulose was obtained being worked with the minimum level of hydrogen peroxide and the maximum level of time and temperature. Among many possible chemical modifications, acetylation was performed on cellulose extracted resulting in a cellulose acetate that demonstrated filmogenic characteristics. The cellulose acetate obtained from sugarcane bagasse produce a dense and transparent film with barrier characteristics that can be used in several applications. This property was confirmed when applying the acetate to cover chitosan porous membranes. It acted as a diffusion barrier for adsorption and desorption of copper ions onto and from chitosan membrane (chitosan is known in the literature to be a good adsorbent copper ions)