Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Bioquímica e Biotecnologia
TÍTULO: Caracterização termo-gravimétrica de casca de arroz submetida ao branqueamento com peróxido de hidrogênio em meio alcalino
AUTORES: Nascimento, P.H.A. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE LONDRINA) ; Marim, R.G. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE LONDRINA) ; Marim, B.M. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE LONDRINA) ; Carvalho, G. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE LONDRINA) ; Oliveira, S.M. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE LONDRINA)
RESUMO: A extração de celulose de materiais lignocelulósicos é de extrema importância,
uma
vez que pode ser empregada como reforço de material polimérico em compósitos e
até
nanocompósitos. A casca de arroz apresenta porcentual considerável de celulose
que
pode ser extraída e aplicada na produção de novos materiais. Este trabalho teve
como objetivo caracterizar por termogravimetria a casca de arroz submetida ao
branqueamento com peróxido de hidrogênio em meio alcalino. Os resultados
indicaram
uma redução da massa residual pela análise termogravimétrica (TG), devido aos
efeitos dos
tratamentos, assim como uma purificação do material observada na análise da
curva da derivada (DTG).
PALAVRAS CHAVES: Celulose; Deslignificação; Material lignocelulósico
INTRODUÇÃO: Uma diversidade de material lignocelulósico é gerada pela agroindústria sob a
forma de resíduo, como a casca do arroz, gerado no processo de beneficiamento do
arroz (SILVA et. al, 2009). Estes materiais são ricos em celulose, que pode ser
extraída por métodos de branqueamento e empregada sob diferentes formas e
processos biotecnológicos como, por exemplo, a utilização deste material como
reforço de polímeros biodegradáveis
A extração da celulose é um processo de complexidade elevada, pois exige o
desmembramento do complexo lignina-celulose-hemicelulose, podendo ser empregadas
técnicas biológicas, físicas e químicas, ou uma combinação destas, preservando
as fibras celulósicas (SILVA et. al, 2009).
O branqueamento eficaz do material lignocelulósico exige a utilização de fortes
agentes oxidantes, como o peróxido de hidrogênio, como substituinte de reagentes
clorados, comumente empregados nos processos de branqueamento (BRASILEIRO et.
al, 2001). Teodoro et. al (2011) utilizaram o peróxido de hidrogênio em meio
alcalino e demonstraram sua eficiência no branqueamento da fibra de sisal.
Este trabalho teve como objetivo caracterizar por termogravimetria a casca de
arroz submetida ao branqueamento com peróxido de hidrogênio em meio alcalino.
MATERIAL E MÉTODOS: Foram utilizadas cascas de arroz fornecidas pela empresa HT-Nutri (Camaquã –
RS), lavadas com água destilada, secas em estufa e trituradas. Foi utilizado o
método de Teodoro et. al (2011), empregando-se peróxido em meio alcalino para o
branqueamento da casca de arroz, realizado em duas etapas. A primeira etapa foi
um pré-tratamento alcalino onde 10g da casca de arroz trituradas foram imersas
em 200 mL de solução de hidróxido de sódio (NaOH) 5% (m/v), à 90°C por 60
minutos, sob constante agitação. Após o tempo de reação o material foi lavado
com água destilada até neutralidade, posteriormente sendo colocada em estufa à
40°C para secura completa. A segunda etapa envolveu o peróxido em meio alcalino,
onde 5g da fibra pré-tratada foram colocados em uma mistura de peróxido de
hidrogênio (H2O2) 16% (v/v) e NaOH 5% (m/v) à temperatura de 55°C, por 90
minutos. Após o tempo de reação o material foi lavado com água destilada até
neutralidade de pH e colocado em estufa à 40°C.
Seguindo este método foram preparadas três amostras. Na primeira amostra
aplicou-se o método descrito acima uma única vez, na segunda a amostra foi
aplicado o método duas vezes (sendo a segunda vez aplicada sobre o resíduo seco
obtido na etapa de peróxido da primeira aplicação), e mais uma amostra com
somente o pré-tratamento, para comparação dos resultados e das etapas de
branqueamento.
A análise termo-gravimétrica foi realizada em equipamento TGA 50, Shimadzu no
laboratório de Espectroscopia UEL, em atmosfera de Nitrogênio, com taxa de
aquecimento de 30°C/min, de 20 à 600°C. As temperaturas Tonset (temperatura de
início de degradação), T90 (temperatura observada com 10% de perda de massa) e
Tmax (temperatura máxima de degradação)assim como o resíduo foram calculados e
analisados.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Ao se realizar o pré-tratamento alcalino verificou-se um escurecimento da
amostra, reação causada pelo NaOH onde suspeita-se de uma complexação do sódio
em alguns anéis aromáticos da lignina, causando uma alteração da ressonância dos
anéis aromaticos, alterando assim sua coloração. Este reação é capaz de remover
ligninas e pectinas ácidas presentes. Aplicando-se a segunda etapa verificou-se
um clareamento intenso do material pré-tratado, devido ao ataque do peróxido
sobre ligninas e hemiceluloses residuais.
De acordo com Santos et. al (2011) em temperaturas abaixo de 230°C predomina a
decomposição de hemicelulose, e entre 230-260°C tanto celulose quanto
hemicelulose sofrem degradação térmica, predominando, acima de 290°C, a
decomposição de celulose.
As temperaturas Tonset são bem semelhantes em todas as amostras, indicando um
padrão no início da degradação de cada uma, a não ser a casca in natura, que
apresenta uma Tonset bem menor, devido à presença de componentes de baixa massa
molar na amostra.
As temperaturas T90 aumentam devido à remoção de materiais de massa molar baixa.
A amostra 4 apresenta um valor de T90 muito baixo podendo ser um indicativo da
alta absorção de umidade devido a exposição das hidroxilas promovido pelo
tratamento utilizado. A casca in natura apresenta dois estágios de perda de
massa, o primeiro com Tmax em 340°C (decomposição da matéria orgânica), e o
segundo com Tmax em 380°C (decomposição da lignina).
Inferi-se que os resíduos observados à 600°C diminuíram à medida que os
tratamentos foram aplicados (Tabela 1). A porcentagem de resíduo é alta em todas
as amostras devido à presença de compostos inorgânicos na casca de arroz,
principalmente sílica. A amostra 4 apresentou menor massa residual, devido ao
tratamento recebido.
Gráfico 1: Curvas DTG das amostras estudadas.
Tabela 1
Temperaturas observadas nos gráficos de TG e DTG das
quatro amostras analisadas, assim como o resíduo
restante.
CONCLUSÕES: A utilização do peróxido em meio alcalino no processo de branqueamento da casca de
arroz não foi suficiente para atingir a alvura desejada para o material, assim
como a purificação da celulose da casca de arroz. Pelas análises gráficas de TG e
DSC concluiu-se que houve uma purificação do material tratado, mas não completa.
Mais estudos e caracterizações químicas são necessárias.
AGRADECIMENTOS: Ao Laboratório de Espectroscopia Universidade Estadual de Londrina,
CAPES, CNPq e Fundação Araucária.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: BRASILEIRO, Lilian Borges; COLODETTE, Jorge Luiz; PILÓ-VELOSO, Dorilal. A utilização de perácidos na deslignificação e no branqueamento de polpas celulósicas. Química Nova, v. 24, n. 6, p. 819-829, 2001.
SANTOS, Moacyr L dos; LIMA, Omar J. de, NASSAR, Eduardo J., CIUFFI, Katia J., CALEFI, Paulo S. Estudo das condições de estocagem do bagaço de cana-de-açúcar por análise térmica. Química Nova. v. 34, n. 3, p. 507-511. 2011.
SILVA, Rafael; HARAGUCHI, Shirani K.; MUNIZ, Edvani C.; RUBIRA, Adley F. Aplicações de fibras lignocelulósicas na química de polímeros e em compósitos. Química Nova.v. 32, n. 3, p. 661-671, 2009.
TEODORO, Kelcilene B. R.; TEIXEIRA, Eliangela de M.; CORRÊA, Ana C.; CAMPOS, Adriana de; MARCONCINI, José M.; MATTOSO, Luiz H. C. Whiskers de fibra de sisal obtidos sob diferentes condições de hidrólise ácida: efeito do tempo e da temperatura de extração. Polímeros. v. 21, n. 4, p. 280 – 285. 2011.