Economia circular na valorização do licor negro

Abstract

The circular economy is a fundamental concept for sustainable economic growth. Therefore, this thesis shows a case study of promotion of circular economy in the pulp and paper industry, by valuing one of its byproducts: black liquor. One of the components of black liquor is lignin. From lignin, it is possible to produce a wide range of value-added products, presenting different applications in numerous fields. In this sense, the work developed in this dissertation had as main objective the production of nanoparticles from lignin isolated from black liquor and its application. Lignin nanoparticles were synthesized through experimental methods of self-assembly and acid precipitation, according to the literature. The resulting particles of self-assembly showed spherical shapes, sizes between 177 nm and 489 nm and phenolic content between 2.97×10-5 mgGAE/mL and 3.06×10-5 mgGAE/mL. On the other hand, the morphology of the nanoparticles resulting from acid precipitation couldn’t be clearly observed, having presented sizes between 80 nm and 129 nm and phenolic content between 1.50×10-6 mgGAE/mL and 3.00×10-5 mgGAE/mL.The optimal conditions for the preparation of nanoparticles were analyzed for an elaborate experimental method. Using the JMP® Pro 16 software, it was found that lignin concentration has a greater effect on phenolic content, followed by pH and surfactant concentration. On the other hand, pH has greater relevance in particle size, followed by surfactant concentration and lignin concentration.The desirable values for minimizing nanoparticle size and maximizing phenolic content are 422.96 nm and 4.53×10-3 mgGAE/ml, respectively. These values would be achieved with a lignin concentration of 35 mg/mL, a surfactant concentration of 10% (m/v lignin) and a pH of 5.It was concluded that surfactants does not produce significant effects on the morphology, size, phenolic content and stability of nanoparticles.The antibacterial activity of lignin nanoparticles against Escherichia coli, Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa bacteria was evaluated. There was only a small activity against the bacterium Staphylococcus aureus.

A economia circular é um conceito fundamental para um crescimento económico sustentável. Como tal, nesta tese é abordado um exemplo da promoção de uma economia circular na indústria da pasta e papel, ao valorizar um dos seus subprodutos: o licor negro. Um dos constituintes do licor negro é a lenhina. A partir desta é possível produzir uma gama alargada de produtos de valor acrescentado, apresentando diversas aplicações em numerosos campos. Neste sentido, o trabalho desenvolvido nesta dissertação teve como principal objetivo a produção de nanopartículas a partir de lenhina isolada do licor negro e a sua aplicação. Foram sintetizadas nanopartículas de lenhina através de métodos experimentais de self-assembly e precipitação ácida, segundo a literatura. As partículas resultantes de self-assembly apresentaram formas esféricas, tamanhos entre 177 nm e 489 nm e conteúdo fenólico entre 2,97×10-5 mgGAE/mL e 3,06×10-5 mgGAE/mL. Por outro lado, a morfologia das nanopartículas resultantes de precipitação ácida não foi possível observar com clareza, tendo estas apresentado tamanhos entre 80 nm a 129 nm e conteúdo fenólico entre 1,50×10-6 mgGAE/mL e 3,00×10-5 mgGAE/mL.Foram analisadas as condições ótimas de preparação de nanopartículas para um método experimental elaborado. Através do software JMP® Pro 16, verificou-se que a concentração de lenhina provoca um maior efeito no conteúdo fenólico, seguida do pH e da concentração de surfatante. Por outro lado, o pH possui maior relevância no tamanho das partículas, seguido da concentração de surfatante e da concentração de lenhina.Os valores desejáveis para uma minimização do tamanho das nanopartículas e uma maximização do conteúdo fenólico são 422,96 nm e 4,53×10-3 mgGAE/ml, respetivamente. Estes valores seriam alcançados com concentração de lenhina de 35 mg/mL, concentração de surfatante de 10 % (m/v lenhina) e pH de 5. Concluiu-se que surfatantes não produzem efeitos significativos na morfologia, tamanho, conteúdo fenólico e estabilidade das nanopartículas.Foi avaliada a atividade antibacteriana das nanopartículas de lenhina contra as bactérias Escherichia coli, Staphylococcus aureus e Pseudomonas aeruginosa. Apenas ocorreu uma pequena atividade contra a bactéria Staphylococcus aureus.