Obtenção e caracterização de ligninas e nanopartículas de lignina klason e kraft

Abstract

Resumo: O presente trabalho teve como objetivo à obtenção e caracterização de lignina e nanopartículas de lignina Klason e Kraft, ao utilizar serragem e licor negro, resíduos que são gerados, respectivamente, pela indústria de serrarias e de celulose. A matéria prima deste estudo trata-se de cavacos de Eucalyptus grandis, fornecidos pela Embrapa Florestas. Primeiramente, foi obtida a lignina de cada resíduo. No caso da serragem, o processo iniciou ao transformar parte dos cavacos em serragem e assim realizar os procedimentos de obtenção da lignina Klason segundo a norma Tappi 222 om-02 (2002). Outra parte dos cavacos passou por um cozimento para que fosse possível coletar o licor negro. Com o licor coletado foram realizados os procedimentos necessários para obtenção da lignina Kraft, segundo metodologia proposta por Silva (2014). Posteriormente, obtiveram-se as nanopartículas de ligninas Klason e Kraft ao utilizar o moinho Microprocessador Super Masscolloider Masuko Sangyo. Foram obtidas três tipos de nanopartículas de ligninas determinadas pelo número de passes pelo moinho, sendo eles 2, 8 e 13. A caracterização das ligninas e de suas nanopartículas, consistiu na realização das análises de espectroscopia de infravermelho médio, análise termogravimétrica, calorimetria exploratória diferencial, microscopia eletrônica de varredura com análise química elementar, microscopia eletrônica de transmissão e granulometria. Com os resultados da caracterização foi possível analisar as principais propriedades das ligninas e nanopartículas de ligninas obtidas. Análises de microscopia eletrônica de varredura e microscopia eletrônica de transmissão demonstraram estruturas irregulares com variados formatos e estruturas esféricas, sendo que estas estruturas esféricas são mais evidentes na lignina e nanopartículas de lignina Kraft. Além disso, as análises microscópicas demonstraram que quanto maior o número de passes, mais reduzidas ficaram as estruturas, comprovando eficiência técnica no uso do moinho em produzir material nanométrico. A análise química elementar mostrou que o processo de lavagem das ligninas foi satisfatório, devido a pequena porcentagem de enxofre encontrado nas amostras, e que não ocorreu nenhum tipo de contaminação durante o tratamento mecânico, ao utilizar o moinho, na produção das nanopartículas de lignina. Em relação à análise de granulometria, houve a obtenção de nanopartículas de lignina Klason e Kraft, porém os melhores resultados foram obtidos a partir da lignina Kraft, a qual gerou maior quantidade de nanopartículas. A análise de espectroscopia no infravermelho médio exibiu características químicas de lignina. As análises térmicas demonstraram que ligninas e nanopartículas de ligninas possuem três faixas de degradação, atribuídas à secagem das amostras e à degradação de hemiceluloses e lignina. Portanto, através das metodologias utilizadas, foram obtidas ligninas e nanopartículas de lignina Klason e Kraft. Suas caracterizações correspondem às características de lignina, sendo que os resultados obtidos são semelhantes à diversas literaturas. Palavras-chave: Lignina. Resíduos. Indústria. Nanotecnologia.

Abstract: The present work had the objective to obtain and characterize lignin and nanoparticles of lignin Klason and Kraft, when using sawdust and black liquor, residues that are generated, respectively, by the sawmill and cellulose industry. The raw material of this study is Eucalyptus grandis chips, provided by Embrapa Florestas. First, the lignin was obtained from each residue. In the case of sawdust, the process started by transforming part of the chips into sawdust and thus performing lignin Klason procedures according to Tappi 222 om-02 (2002). Another part of the chips went through a cooking in order to collect the black liquor. With the liquor collected, the necessary procedures to obtain the lignin Kraft were carried out, according to the methodology proposed by Silva (2014). Subsequently, the Klason and Kraft lignins nanoparticles were obtained by using the Super Masscolloider Masuko Sangyo Microprocessor mill. Three nanoparticles lignins were obtained determined by the number of passes through the mill, witch are 2, 8 and 13. The characterization of lignins and their nanoparticles consisted of the analysis of medium infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry, electron microscopy of scanning with elemental chemical analysis, transmission electron microscopy and grain size. With the results of the characterization it was possible to analyze the main properties of lignins and lignin nanoparticles. Electron microscopy of scanning and transmission electron microscopy analyzes have demonstrated irregular structures with varied shapes and spherical structures, and these spherical structures are more evident in lignin and Kraft lignin nanoparticles. In addition, microscopic analysis showed that the larger the number of passes, the smaller the structures were, proving the technical efficiency in the use of the mill to produce nanometric material. The elemental chemical analysis showed that the lignin washing process was satisfactory due to the small percentage of sulfur found in the samples and that no contamination occurred during the mechanical treatment of the lignin nanoparticles when using the mill. In relation to the granulometry analysis, the Klason and Kraft lignin nanoparticles were obtained, but the best results were obtained from Kraft lignin, which generated a larger amount of nanoparticles. The analysis of medium infrared spectroscopy exhibited chemical characteristics of lignin. Thermal analysis showed that lignins and lignin nanoparticles have three degradation bands, attributed to the drying of samples and the degradation of hemicelluloses and lignin. Therefore, through the methodologies used, lignins and nanoparticles of Klason and Kraft lignin were obtained. Their characterizations correspond to the characteristics of lignin, and the results obtained are similar to several literatures. Keywords: Lignin. Waste. Industry. Nanotechnology.