dissertação
Síntese de nanofibras de carbono pela técnica da fiação por sopro em solução a partir de poli(álcool vinílico) e lignina proveniente do substrato pós-cultivo de cogumelos comestíveis
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Editor
Universidade Federal de Lavras
Faculdade, Instituto ou Escola
Departamento
Instituto de Ciências Naturais – ICN
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-Graduação em Física
Agência de fomento
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extensão
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
O aumento crescente na produção de cogumelos comestíveis e consequentemente
no descarte do substrato pós-cultivo (SMS - Spent Mushroom Substrate) tem levado
empresas do ramo a buscar formas de descarte ecologicamente correto para esse
material. Para cada tonelada de cogumelos produzidos, são geradas de 1 a 2 toneladas
de SMS. Dessa forma, uma alternativa viável para aproveitar esse material é utilizá-lo
para o desenvolvimento de novos materiais. A lignina, que também está presente
no SMS, apresenta características que sugerem um alto potencial para substituição
da poliacrilonitrila (PAN) em sínteses de nanofibras de carbono (NFCs), é um dos
recursos naturais mais abundantes da terra, tem origem renovável e possui alto teor de
carbono. Neste trabalho, estudou-se uma rota de síntese de NFCs fiadas pelo método
de fiação por sopro em solução (SBS - Solution Blow Spinning) e formuladas a partir
de uma solução de lignina extraída do SMS do cultivo de cogumelos comestíveis e
poli(álcool vinílico) (PVA). A lignina foi extraída pelo método alcalino e caracterizada por
espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), termogravimetria
(TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e espectroscopia na região do
ultravioleta-visível (UV-Vis). Todas as análises realizadas na lignina mostraram eventos
característicos, sugerindo que os blocos de cogumelos, mesmo após a biotransformação
pelos fungos lignocelulolíticos, ou seja, degradadores de lignina e celulose, resultam
em SMS ainda com conteúdo de lignina. Para a fiação no SBS, foram formuladas duas
soluções contendo 30% (solução A) e 23% (solução B) de lignina. As nanofibras de
lignina/PVA sintetizadas foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura
(MEV), FTIR, TGA e DSC. As caracterizações FTIR, TGA e DSC também foram feitas no
PVA puro. Os diâmetros médios obtidos para as nanofibras de lignina/PVA foram de
370 nm para a solução A e 463 nm para a solução B. Isso indica que o teor de lignina
influencia diretamente no diâmetro das nanofibras. A análise FTIR mostrou que a
lignina e o PVA são capazes de formar ligações intermoleculares entre si, o que permitiu
a formação das nanofibras durante a fiação. As NFCs foram caracterizadas por MEV e
análise elementar. Os diâmetros médios obtidos para as NFCs foram de 286 nm e 322
nm. Observa-se que houve redução no diâmetro das nanofibras após a carbonização,
isso se deve à volatização de componentes não carbônicos das amostras, tais como
nitrogênio, hidrogênio, oxigênio, dentre outros. Portanto, foi possível sintetizar NFCs a
partir da lignina extraída do SMS em associação com o PVA. Além disso, o SBS pode ser
o método precursor de fiação da solução lignina/PVA.
Abstract
The growing increase in the production of edible mushrooms and consequently, in
the disposal of the post-cultivation substrate (SMS - Spent Mushroom Substrate) has
motivated companies in the field to seek ways to dispose of this material in an ecologically
correct manner. For every ton of mushrooms produced, 1 to 2 tons of SMS are generated.
Thus, a viable alternative to take advantage of this material is employing it in the
development of new materials. Lignin, which is also present in SMS, has characteristics
that suggest a high potential for replacement of polyacrylonitrile (PAN) in the synthesis
of carbon nanofibers (NFCs), and is one of the most abundant natural resources on earth,
besides having a renewable origin and a high carbon concentration. In this work, a route
of synthesis of NFCs spun by the method of solution blow spinning (SBS - Solution
Blow Spinning) and formulated from of a lignin solution extracted from the SMS from
the cultivation of edible mushrooms and poly(vinyl alcohol) (PVA) was investigated.
Lignin was extracted by employing the alkaline method and characterized by Fourier
transform infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetry (TGA), differential scanning
calorimetry (DSC) and spectroscopy in the region of ultraviolet-visible (UV-Vis). All the
analyzes performed on the extracted lignin displayed characteristic results, suggesting
that the mushroom blocks, even after biotransformation by lignocellulolytic fungi, that
is, lignin and cellulose degraders, still result in SMS with lignin content. For the wiring
in the SBS, two solutions containing 30% (solution A) and 23% (solution B) of lignin
were formulated and used. The synthesized lignin/PVA nanofibers were characterized
by scanning electron microscopy (MEV), FTIR, TGA and DSC. FTIR, TGA and DSC
characterizations were also performed in the pure PVA. The average diameters obtained
for the lignin/PVA nanofibers were 370 nm for solution A and 463 nm for solution
B. This indicates that the lignin content has a direct influence on the diameter of the
nanofibers. FTIR analysis showed that the lignin and PVA can form intermolecular
bonds with each other, which led to the formation of nanofibers during spinning.
NFCs were characterized by SEM and elementary analysis. The average diameters
obtained for the NFCs were 286 nm and 322 nm. It was observed that there was a
reduction in the diameter of the nanofibers after carbonization due to the volatilization
of non-carbon components of the samples, such as nitrogen, hydrogen, oxygen, among
others. Therefore, it was possible to synthesize NFCs from the lignin extracted from
SMS associated with PVA. In addition, the SBS can be the precursor method of spinning
the lignin/PVA solution.
Descrição
Área de concentração
Linha de pesquisa
Agência de desenvolvimento
Palavra chave
Marca
Objetivo
Procedência
Impacto da pesquisa
Resumen
ISBN
DOI
Citação
ALCÂNTARA, Glaucia Ramalho. Síntese de nanofibras de carbono pela técnica da fiação por sopro em solução a partir de poli(álcool vinílico) e lignina proveniente do substrato pós-cultivo de cogumelos comestíveis. 2022. 54 p. Dissertação (Mestrado em Física) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2022.
