Avaliação de catalisadores e da cinética da reação de deslignificação

Abstract

RESUMO: O processo de polpação química é complexo por envolver inúmeras reações químicas entre o licor de cozimento e os componentes químicos da madeira. Neste processo o principal objetivo é a remoção da lignina. O baixo rendimento do processo demanda por catalisadores que aumentem a velocidade de deslignificação, diminuindo o tempo de exposição dos carboidratos ao licor de cozimento, resultando em maiores rendimentos depurados. A utilização da antraquinona (AQ) na polpação Kraft destaca- se por acelerar a deslignificação e ao mesmo tempo estabilizar os carboidratos. Entretanto, apesar da pequena quantidade utilizada possui limitação de uso devido à sua toxicidade. Neste sentido, no presente trabalho foi estudada primeiramente a cinética de deslignificação e também, foi proposto um modelo cinético de deslignificação do Eucalyptus grandis na ausência e presença de AQ avaliando-se diferentes condições de temperatura, sulfidez e álcali ativo. Numa segunda etapa, foram testados novos compostos não tóxicos, de modo a ser uma alternativa à antraquinona. Os catalisadores testados foram Niacina, Coenzima Q10 e a Idebenona. O modelo cinético proposto descreveu adequadamente a remoção da lignina ao longo do cozimento, com bom ajuste dos dados experimentais nas diferentes condições de cozimento analisada. Uma alta correlação entre os valores preditos pelo modelo e os resultados experimentais foi encontrada, com R2=97,8% e R2=98,4% para polpação Kraft sem catalisador e com 0,025% de AQ, respectivamente. A adição de 0,025% AQ resultou em uma redução de 16,5% da energia de ativação. Os testes cinéticos sem catalisador e com 0,025% AQ em diferentes condições temperatura, sulfidez e álcali ativo mostraram a eficiência da AQ no aumento de rendimento do processo e na deslignificação somente após atingir a temperatura máxima de cozimento. A utilização de 0,025% de AQ foi eficiente em todas as condições de processo analisadas, podendo ser utilizada para redução de temperatura e tempo de cozimento e na quantidade de produtos químicos utilizados, diminuindo a carga de álcali no digestor ou o teor de sulfidez do licor. A Niacina não apresentou efeito catalítico na deslignificação do Eucalyptus grandis, na condição testada. Porém, a Coenzima Q10 e a Idebenona, apesar de apresentar menor eficiência, comparadas a antraquinona, aumentaram a velocidade de deslignificação, podendo ser utilizadas como catalisadores na polpação Kraft de Eucalyptus grandis, com a vantagem de serem não tóxicas

ABSTRACT: The chemical pulping process is complex as it involves numerous chemical reactions between the cooking liquor and the chemical components of wood. In this process the main goal is the removal of lignin. The low yield of the process demand for catalysts which enhance delignification rate, reducing the exposure time of the cooking liquor carbohydrates resulting in higher yields. The use of anthraquinone (AQ) in Kraft pulping contrast accelerate delignification and at the same time stabilizing carbohydrates. However, despite the small amount used has limited use due to its toxicity. In this sense, this paper first studied the delignification kinetics and proposed a kinetic model of delignification of Eucalyptus grandis in the absence and presence of AQ evaluating different conditions of temperature, sulfidity and active alkali. In a second step, were tested new non toxic compounds to be an alternative to the use of anthraquinone restricted due to its toxicity. The catalysts were tested Niacin, Coenzyme Q10 and Idebenone. The proposed model describes adequately the removal of lignin during cooking, good fit with the experimental data on the different cooking conditions analyzed. A high correlation between the values predicted by the model and the experimental results were found, with R2 = 97.8% and R2 = 98.4% for Kraft pulping without catalyst and with 0.025% AQ, respectively. The addition of 0.025% AQ resulted in a reduction of 16.5% of the activation energy. Kinetic tests without catalyst and with 0.025% AQ in different temperature conditions, sulfidity and active alkali showed the efficiency of AQ in the increase process yield and delignification only after reach the maximum temperature of cooking. The use of AQ 0.025% was effective in all analyzed process conditions, can be used to reduce temperature and time of cooking, and the amount of chemicals used reducing the alkali in the digester or liquor sulfidity content. The Niacin no showed catalytic effect on the delignification of Eucalyptus grandis on condition tested. However, Coenzyme Q10 and Idebenone despite having lower efficiency compared to anthraquinone, increased delignification rate, can be used as catalysts in the Kraft pulping of Eucalyptus grandis, with the advantage of being non-toxic