Obtenção de celulose extraída de resíduos lignocelulósicos provenientes do estróbilo feminino da Araucaria angustifolia via hidrólise ácida

Abstract

A crescente quantidade de resíduos gerados na agroindústria requer novas alternativas de aproveitamento desses subprodutos. Aliado à isso, a busca por novas fontes de matérias-primas renováveis e a preocupação com o meio ambiente e a sustentabilidade, têm impulsionado pesquisas que visam o aproveitamento de resíduos agrícolas, elevando seu valor agregado e reduzindo impactos ambientais. Diante disso, buscou-se avaliar a possibilidade da utilização de escamas estéreis e não fertilizadas (falhas) do estróbilo feminino (pinha) da Araucaria angustifolia, uma vez que essas constituem o principal subproduto gerado durante a separação de pinhões para consumo ou venda (aproximadamente 51% das pinhas). Estes resíduos são, em geral, queimados pelos produtores ou deixadas em campo para se degradar naturalmente. Neste trabalho, a extração da celulose foi feita através de hidrólise ácida com solução de ácido sulfúrico. Pré-tratamentos como mercerização e branqueamento foram utilizados para facilitar a etapa de hidrólise e verificar sua influência na obtenção da celulose. As técnicas de caracterização estruturais e térmicas utilizadas foram: Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Análise Termogravimétrica (TGA), Termogravimetria Derivativa (DTG) e Difratometria de raio X (DRX). Por meio dos espectros obtidos nas análises de FTIR, constatou-se a presença de celulose tipo I, devido a existência das bandas características dos modos vibracionais de estiramento das ligações O-H e C-H e deformação dos grupos CH2 , centradas em 3340, 2899 e 1430 cm-1 respectivamente. Isso também foi confirmado com base na posição dos picos de difração na análise de DRX. Já com relação as análises de TGA/DTG, observou-se a presença de mais eventos térmicos para as amostras hidrolisadas. A utilização do ácido sulfúrico nessa etapa de extração causa a substituição de grupos hidroxila por grupos sulfato, minimizando a energia de ativação para a decomposição das cadeias de celulose e causando sua decomposição em dois estágios. Através dos padrões DRX, constatou-se a presença de material semicristalino e verificou-se um aumento de 39,2% na amostra in natura para 56,4% naquela que foi submetida aos pré-tratamentos de mercerização e branqueamento e posterior hidrólise ácida com H2SO4 60% (m/m). Sendo assim, através das análises, foi possível concluir que o processo de extração empregado teve efeitos positivos no isolamento da celulose, apesar de ainda ser possível notar a existência de lignina e hemicelulose residuais.

The growing amount of waste generated in the agro-industry requires new alternatives for using these by-products. Allied to this, the search for new sources of renewable raw materials and the concern with the environment and sustainability, has driven research aimed at the use of agricultural waste, increasing its added value and reducing environmental impacts. In view of this, we have sought to evaluate the possibility of using sterile and non-fertilized scales (flaws) of the female strobilo (pinecone) from Araucaria angustifolia, since these constitute the main by-product generated during the separation of pine nuts for consumption or sale (approximately 51% of pinecones). These residues are, in general, burned by the producers or left in the field to degrade naturally. In this paper, the cellulose extraction was made through acid hydrolysis with sulfuric acid solution. Pre-treatments such as mercerization and bleaching were used to facilitate the hydrolysis stage and verify its influence in obtaining cellulose. The structural and thermal characterization techniques used were: Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TGA), Derivative Thermogravimetry (DTG) and X-ray Difratometry (DRX). Through the spectra obtained in the FTIR analysis, the presence of type I cellulose was verified, due to the existence of the characteristic bands of the O-H and C-H link stretching modes and deformation of groups CH2 , centered in 3340, 2899 and 1430 cm-1 respectively. This was also confirmed based on the position of the diffraction peaks in the DRX analysis. Regarding the TGA/DTG analysis, it was observed the presence of more thermal events for the hydrolyzed samples. The use of sulfuric acid in this extraction stage causes the substitution of hydroxyl groups for sulfate groups, minimizing the activation energy for the decomposition of the cellulose chain and causing its decomposition in two stages. Through the DRX standards, the presence of semicrystalline material was verified and there was an increase of 39.2% in the sample in natura to 56.4% in that which was submitted to the pre-treatments of mercerization and bleaching and subsequent acid hydrolysis with H2SO4 60% (m/m). Thus, through the analyses, it was possible to conclude that the extraction process employed had positive effects on cellulose isolation, although it is still possible to notice the existence of residual lignin and hemicellulose.