Avaliação do tratamento com líquido iônico em diferentes rotas de obtenção de nanocelulose a partir de resíduos de erva-mate

Abstract

A erva-mate (Ilex paraguariensis St. Hill.) é uma planta subtropical, comumente encontrada na América do Sul, em especial em países como Paraguai, Argentina e Brasil. Ao longo do processo de beneficiamento das folhas da planta, o resíduo de palitos de erva-mate é geralmente descartado, mas pode ser utilizado para algumas aplicações, uma vez que são constituídos por celulose, hemicelulose e lignina como componentes principais, destacando-se a maior proporção da celulose. Caracterizado como um dos polímeros naturais mais abundantes, a celulose é um polímero natural de fonte renovável e biodegradável, obtida por meio de fontes diversificadas (como resíduos agroindustriais, entre outros materiais vegetais), apresenta vasta utilização em indústrias têxtil, farmacêutica, alimentícia, de papel, entre outras, por apresentar propriedades físicas e mecânicas notáveis. Da celulose pode-se obter a nanocelulose, material de grande destaque devido a algumas características como elevada rigidez, alta cristalinidade, espessura reduzida e comprimento quando comparada às fibras convencionais. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a utilização do tratamento com o líquido iônico cloreto de 1-n-butil-3-metilimidazólio (C4MImCl), explosão a vapor e branqueamento na obtenção de nanocelulose a partir do resíduo de palitos de erva-mate (EM). A nanocelulose foi caracterizada por difração de raios X (DRX), análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e espalhamento dinâmico de luz (DLS). Os principais resultados mostraram que tanto para as amostras tratadas com líquido iônico (LI), após a explosão a vapor ou com explosão de vapor e branqueamento, a celulose comercial (CP) e a EM apresentaram no ensaio de DRX uma mudança no tipo de estrutura cristalina, de celulose I para celulose II. Os resultados de TGA demonstraram que, após o tratamento houve uma diminuição na estabilidade térmica, devido a mudança na estrutura cristalina da celulose. Os espectros de FTIR apresentaram uma diminuição de componentes como hemicelulose e lignina, além da presença de ligações características da celulose II. Já os resultados de DLS mostraram que as amostras EM com tratamentos apresentaram distribuições de tamanhos superiores a 60% em dimensões inferiores a 100 nm, indicando a presença de nanocelulose. Sugere-se, portanto, que foi possível obter nanocelulose a partir das rotas propostas neste trabalho para as amostras EM com tratamentos. Além disto, a amostra EM-ELI apresentou resultados semelhantes aos da amostra EM-EBLI, sugerindo uma provável diminuição na rota de extração de nanocelulose para fibras EM. Por fim, o LI se demonstrou um tratamento viável na obtenção de nanocelulose para palitos de erva-mate.

Yerba mate (Ilex paraguariensis St. Hill.) is a subtropical plant, commonly found in South America, especially in countries like Paraguay, Argentina and Brazil. During the process of beneficiation of the leaves of the plant, the residue of yerba mate sticks is generally discarded, but it can be used for some applications, since they are constituted by cellulose, hemicellulose and lignin as main components, highlighting the higher proportion of cellulose. Characterized as one of the most abundant natural polymers, cellulose is a natural polymer from a renewable and biodegradable source, obtained through diversified sources (such as agro-industrial residues, among other plant materials), and is widely used in the textile, pharmaceutical, food and other industries, paper, among others, for its remarkable physical and mechanical properties. From cellulose, nanocellulose can be obtained, a material of great prominence due to some characteristics such as high rigidity, high crystallinity, small thickness and length when compared to conventional fibers. In this context, the objective of this work was to evaluate the use of treatment with ionic liquid 1-n-butyl-3-methylimidazolium chloride (C4MImCl), steam explosion and bleaching in obtaining nanocellulose from the residue of yerba mate sticks (EM). Nanocellulose was characterized by X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), infrared spectroscopy with Fourier transform (FTIR) and dynamic light scattering (DLS). The main results showed that the samples with ionic liquid, after the steam explosion or with a steam explosion and bleaching, the commercial cellulose (CP) and EM samples showed a change in the type of crystalline structure, of cellulose I for cellulose II in the XRD. The results of TGA showed that, after the treatment, there was a decrease in thermal stability, due to the change in the crystalline structure of the cellulose. The FTIR spectra showed a decrease in components such as hemicellulose and lignin, in addition to the presence of characteristic bonds of cellulose II. DLS results showed that EM samples with treatments showed size distributions greater than 60% in dimensions below 100 nm, indicating the presence of nanocellulose. It is suggested, therefore, that it was possible to obtain nanocellulose from the routes proposed in this work for EM samples with treatments. In addition, the EMELI sample showed similar results to the EM-EBLI sample, suggesting a probable decrease in the nanocellulose extraction route for EM fibers. Finally, LI demonstrated to be a viable treatment in obtaining nanocellulose for yerba mate sticks.