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http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/15730
Tipo: | Tese |
Título: | Estudo do potencial das macroalgas Sargassum sp. e Padina sp. para extração de nanocelulose |
Autor(es): | Araújo, Rosana Reis de Lima |
Primeiro Orientador: | Almeida, Renata Maria Rosas Garcia |
metadata.dc.contributor.advisor-co1: | Silva, Carlos Eduardo de Farias |
metadata.dc.contributor.referee1: | Cruz, Antonio José Gonçalves da |
metadata.dc.contributor.referee2: | Farinas, Cristiane Sanchez |
metadata.dc.contributor.referee3: | Meili, Lucas |
metadata.dc.contributor.referee4: | Andrade, Francine Pimentel de |
Resumo: | Nos últimos anos, tem havido um aumento na busca por novos materiais que sejam mais sustentáveis e de origem renovável. Entre esses materiais, os nanocristais de celulose (NCC)têm ganhado destaque por terem origem em matérias-primas ricas em celulose. Os (NCC) podem ser utilizadospor diversos setoresindustriais para melhorarpropriedades ópticas e mecânicas, além de proporcionar estabilidade e benefícios ambientais a uma variedade de bioprodutos. Podem ser obtidos a partir de várias fontes, como fibras vegetais, resíduos agroindustriais e algas marinhas, estas últimas com a vantagem de possuir um menor teor de lignina. Contudo, para garantir qualidade e reduzir os custos na extração dos NCC, é essencial compreender os parâmetros que influenciam o processo. Neste trabalho, foi exploradoo potencial das macroalgas marrons Sargassum sp. e Padina sp. como fonte de nanocristais de celulose (NCC), investigando o impacto do pré-tratamento alcalino (realizado com NaOH 2%), branqueamento (com H2O2 30%) e o combinado (alcalino seguido de branqueamento), bem comoos efeitos dos parâmetros operacionaistempo (45min e 90min) e temperatura (45°C e 60°C) sobre a hidrólise com ácido sulfúrico. O pré-tratamento da biomassa reduziu suas impurezas, elevando o teor de celulose de 29,57% para 82,23% na Sargassum sp. e de 30,27% para 79,23% na Padina sp., favorecendo assim a extração de NCC pela hidrólise ácida. Os NCC produzidos sob as condições operacionais mais brandas avaliadas, especificamente a 45°C e 45 minutos, resultaram nos melhores rendimentos mássicos, variando entre 25,81% e 87,41% para a Sargassum sp. e entre 39,87% e 62,89 para a Padina sp. Esses NCC foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), espalhamento dinâmico da luz (DLS), potencial zeta, difração de raio X (DRX) e análise termogravimétrica (TGA). Os principais resultados mostraram que as amostras submetidas ao tratamento ao alcalino e ao tratamento combinado apresentaram espectros de FTIR com diminuição dos picos característicos de lignina e hemicelulose, além de aumento da intensidade dos picos característicos de celulose. Também foi observada uma redução na intensidade do pico associado à absorção da molécula de água, devido à diminuição do número de hidroxilas livres, sugerindo a dissolução de regiões amorfas. Os resultados do potencial zeta indicaram que todas as suspensões apresentaram valoresentre -42,5 a -66,4mV, demonstrando boa estabilidade da suspensão. A análise de DRX revelou que o prétratamento realizado não mudou a configuração da celulose nativa para a celulose tipo II. No entanto, o índice de cristalinidade (Ic) foi significativamente maior nas amostras deSargassum sp. submetida ao tratamento alcalino (Ic=70,95%) e combinado (Ic= 88,13%) em comparação com a biomassa apenas branqueada (Ic=36,31%). Um comportamento semelhante foi observado para a Padina sp., com Ic=78,76% para o tratamento alcalino e Ic=87,46% para o tratamento combinado, enquanto a biomassa branqueada apresentou Ic=39,81%. Esses resultados indicam que o branqueamento por si só não é suficiente para melhorar a extração de NCC a partir de macroalgas. A análise termogravimétrica mostrou que o tratamento combinado resultou em uma diminuição na estabilidade térmica para ambas as macroalgas, devido à substituição dos grupos hidroxilas por grupos sulfato durante o processo de hidrólise. Já os resultados do DLS indicaram que o hidrolisado obtido a partir da Padina sp. submetida ao tratamento combinado apresentou distribuição de tamanho superior a 70%, em dimensões inferiores a 250nm, enquanto o hidrolisado deSargassum sp. apresentou distribuição de tamanho superior a 90% em dimensões inferiores a 100nm, indicando a presença de NCC. O hidrolisado de Padina mercerizada apresentou distribuição de tamanho superior a 25% em dimensões inferiores a 250nm, e a Sargassum submetida ao mesmo prétratamento apresentou distribuição de tamanho superior a 15% em dimensões inferiores a 250nm, sugerindo que o tratamento alcalino tem potencial para a produção de nanocelulose em outras condições operacionais.Os resultados sugerem que é possível obter NCC com elevado índice de cristalinidade a partir da hidrólise ácida de macroalgas dos gêneros Sargassum sp. e Padina sp. submetidas ao pré-tratamento alcalino e combinado, comuma provável diminuição nos custos ambientais associados às etapas de extração de nanocelulose. |
Abstract: | In recent years, there has been an increase in the search for new materials that are more sustainable and of renewable origin. Among these materials, cellulose nanocrystals (CNC) have gained prominence due to their origin from cellulose-rich raw materials. CNCs can be used in various industrial sectors to improve optical and mechanical properties, as well as provide stability and environmental benefits to a variety of bioproducts. They can be obtained from various sources, such as plant fibers, agroindustrial residues, and seaweed, the latter having the advantage of a lower lignin content. However, to ensure quality and reduce costs in the extraction of CNCs, it is essential to understand the parameters that influence the process. In this work, the potential of brown macroalgae Sargassum sp. and Padina sp. as a source of cellulose nanocrystals (CNC) was explored, investigating the impact of alkaline pretreatment (performed with 2% NaOH), bleaching (with 30% H2O2), and combined treatment (alkaline followed by bleaching), as well as the effects of operational parameters time (45 minutes and 90 minutes) and temperature (45°C and 60°C) on hydrolysis with sulfuric acid. The pretreatment of biomass reduced its impurities, increasing the cellulose content from 29.57% to 82.23% in Sargassum sp. and from 30.27% to 79.23% in Padina sp., thus favoring the extraction of CNC by acid hydrolysis. The CNCs produced under the mildest operational conditions evaluated, specifically at 45°C and 45 minutes, resulted in the best mass yields, ranging from 25.81% to 87.41% for Sargassum sp. and from 39.87% to 62.89% for Padina sp. These CNCs were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), dynamic light scattering (DLS), zeta potential, X-ray diffraction (XRD), and thermogravimetric analysis (TGA). The main results showed that the samples subjected to alkaline treatment and combined treatment showed FTIR spectra with a decrease in the peaks characteristic of lignin and hemicellulose, as well as an increase in the intensity of the peaks characteristic of cellulose. A reduction in the intensity of the peak associated with water molecule absorption was also observed, due to the decrease in the number of free hydroxyls, suggesting the dissolution of amorphous regions. The zeta potential results indicated that all suspensions showed values between -42.5 to -66.4 mV, demonstrating good suspension stability. The XRD analysis revealed that the pretreatment did not change the native cellulose configuration to cellulose type II. However, the crystallinity index (CI) was significantly higher in the Sargassum sp. samples subjected to alkaline treatment (CI=70.95%) and combined treatment (CI=88.13%) compared to the merely bleached biomass (CI=36.31%). A similar behavior was observed for Padina sp., with CI=78.76% for alkaline treatment and CI=87.46% for combined treatment, while the bleached biomass showed CI=39.81%. These results indicate that bleaching alone is not sufficient to improve the extraction of CNC from macroalgae. The thermogravimetric analysis showed that the combined treatment resulted in a decrease in thermal stability for both macroalgae, due to the substitution of hydroxyl groups by sulfate groups during the hydrolysis process. The DLS results indicated that the hydrolysate obtained from Padina sp. subjected to the combined treatment showed a size distribution of over 70% in dimensions below 250 nm, while the hydrolysate from Sargassum sp. showed a size distribution of over 90% in dimensions below 100 nm, indicating the presence of CNC. The mercerized Padina hydrolysate showed a size distribution of over 25% in dimensions below 250 nm, and Sargassum subjected to the same pretreatment showed a size distribution of over 15% in dimensions below 250 nm, suggesting that alkaline treatment has potential for the production of nanocellulose under other operational conditions. The results suggest that it is possible to obtain CNCs with a high crystallinity index from the acid hydrolysis of macroalgae from the genera Sargassum sp. and Padina sp. subjected to alkaline and combined pretreatment, with a probable decrease in environmental costs associated with nanocellulose extraction stages. |
Palavras-chave: | Nanopartículas de celulose Hidrólise ácida Algas – Pré-tratamento Cellulose nanocrystals Acid hydrolysis Pretreatment Algae |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal de Alagoas |
Sigla da Instituição: | UFAL |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
Citação: | ARAÚJO, Rosana Reis de Lima. Estudo do potencial das macroalgas Sargassum sp. e Padina sp. para extração de nanocelulose. 2025. 130 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2024. |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/15730 |
Data do documento: | 27-mai-2024 |
Aparece nas coleções: | Dissertações e Teses defendidas na UFAL - CTEC |
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