Síntese e caracterização de pontos de carbono de lignina kraft e lignina pirolítica

Abstract

Resumo: A valorização de subprodutos lignocelulósicos em biorrefinarias impulsiona o desenvolvimento de pontos de carbono (CDs), nanomateriais sustentáveis com fotoluminescência ajustável e biocompatibilidade. Esta tese foca na lignina kraft como precursor estratégico, abordando desafios de padronização e eficiência. Inicialmente, revisa-se criticamente a lignina como fonte de CDs, discutindo avanços, dopagem e influência da origem botânica. Experimentalmente, otimizou-se a síntese hidrotérmica de CDs dopados com etilenodiamina via planejamento composto central e análise de superfície de resposta, identificando temperatura, massa de lignina e dopante como fatores-chave para rendimento quântico. A simulação de uma planta industrial confirmou viabilidade técnica e econômica em escala comercial, com redução de 88% nos custos em capacidade =10 t/ano. Estratégias integradas hidrotérmica-sonoquímica aumentaram a sustentabilidade ao aproveitar resíduos. Os CDs de lignina kraft destacaram-se na detecção óptica de Fe2?/Cu²? e apresentaram baixa citotoxicidade, enquanto a lignina pirolítica mostrou se precursor alternativo viável. Conclui-se que a padronização metodológica, otimização de rotas e valorização de ligninas técnicas são essenciais para produção sustentável e escalável de CDs, fortalecendo a bioeconomia e a nanotecnologia verde

Abstract: The valorization of lignocellulosic byproducts in biorefineries drives the development of carbon dots (CDs), sustainable nanomaterials with tunable photoluminescence and biocompatibility. This thesis focuses on kraft lignin as a strategic precursor, addressing challenges in standardization and efficiency. It begins with a critical review of lignin as a CD source, discussing advances, doping strategies, and the influence of botanical origin. Experimentally, the hydrothermal synthesis of ethylenediamine-doped CDs was optimized using central composite design and response surface methodology, identifying temperature, lignin mass, and dopant proportion as key factors for quantum yield. Simulation of an industrial plant confirmed technical and economic viability at commercial scale, demonstrating an 88% cost reduction for capacities =10 t/year. Integrated hydrothermal-sonochemical strategies enhanced sustainability by utilizing process residues. Kraft lignin-derived CDs exhibited high selectivity for optical detection of Fe2?/Cu²? and low cytotoxicity, while pyrolytic lignin proved viable as an alternative precursor. The results demonstrate that methodological standardization, route optimization, and valorization of technical lignins are essential for sustainable and scalable CD production, strengthening the bioeconomy and green nanotechnology