Valorização da fase aquosa do bio-óleo de pirólise rápida em uma plataforma de biorrefinaria

Abstract

Resumo: A valorização da fase aquosa (FA) do bio-óleo de pirólise rápida representa uma rota promissora para plataformas de biorrefinaria voltadas à recuperação de compostos de alto valor agregado. Esta tese teve como objetivo desenvolver metodologias sustentáveis e escalonáveis para a separação, purificação e aplicação de três moléculas-alvo presentes na FA: levoglucosan, catecol e vanilina. No Capítulo I, foi realizada uma abordagem conceitual, identificando tendências globais de pesquisa, lacunas técnicas e a evolução do aproveitamento da FA. O capítulo II realizou uma revisão bibliométrica com o objetivo de mapear as fronteiras do conhecimento relativas às biorrefinarias baseadas em pirólise. O Capítulo III abordou as principais biomassas, métodos de pirólise e estratégias de fracionamento, evidenciando o crescente interesse na recuperação seletiva da FA. No Capítulo IV, foi descrito o fracionamento da FA por extração líquido-líquido com acetato de etila, seguido de purificação com resinas poliméricas. O acetato de etila mostrou-se eficaz na concentração de compostos fenólicos, enquanto a resina PAD900 possibilitou a purificação seletiva de frações ricas em levoglucosan. No Capítulo V, o levoglucosan foi recuperado por cristalização controlada (rendimento: 12,02 ± 1,04 µL), e compostos fenólicos foram seletivamente precipitados com etanol e éter etílico (rendimento: 9,40 ± 2,36 µL). O Capítulo V avaliou a bioatividade da FA bruta e dos resíduos da coluna de resina (RES), com destaque para a atividade antioxidante e antimicrobiana da fração RES, aplicada na funcionalização de filmes de nanocelulose. Os resultados confirmam que a FA é uma matriz viável para a recuperação seletiva de moléculas plataforma e agentes bioativos, alinhando-se aos princípios da química verde e da bioeconomia circular. As metodologias propostas oferecem uma rota tecnicamente viável para integração de resíduos lignocelulósicos em biorrefinarias industriais

Abstract: The valorization of the aqueous phase (AP) of fast pyrolysis bio-oil represents a promising route for biorefinery platforms focused on the recovery of high value-added compounds. This thesis aimed to develop sustainable and scalable methodologies for the separation, purification, and application of three target molecules present in the AP: levoglucosan, catechol, and vanillin. In Chapter I, a conceptual review was conducted to identify global research trends, technical gaps, and the evolution of AP utilization. Chapter II presented a bibliometric review aimed at mapping the knowledge frontiers related to pyrolysis-based biorefineries. Chapter III explored the main biomass sources, pyrolysis methods, and fractionation strategies, highlighting the growing interest in the selective recovery of the AP. In Chapter IV, the fractionation of the AP was described through liquid-liquid extraction with ethyl acetate, followed by purification using polymeric resins. Ethyl acetate proved effective in concentrating phenolic compounds, while the PAD900 resin enabled the selective purification of fractions rich in levoglucosan. Chapter V focused on the recovery of levoglucosan through controlled crystallization (yield: 12.02 ± 1.04 µL), and the selective precipitation of phenolic compounds using ethanol and diethyl ether (yield: 9.40 ± 2.36 µL). This chapter also evaluated the bioactivity of the raw AP and the resin column residues (RES), highlighting the antioxidant and antimicrobial activity of the RES fraction, which was applied to functionalize nanocellulose films. The results confirm that the AP is a viable matrix for the selective recovery of platform molecules and bioactive agents, aligning with the principles of green chemistry and the circular bioeconomy. The proposed methodologies offer a technically feasible route for integrating lignocellulosic residues into industrial biorefineries