Entrega Final - Obtenção de nanocelulose

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 
 
 
ARTHUR ISSAO SANTOS IGUMA 
LETÍCIA LAO WAGNER 
LUDMYLLA WEBER KIENEN MULLER SIMON 
NAIURY DA SILVA MARCONDES 
 
 
 
 
PRODUÇÃO DE NANOCELULOSE A PARTIR DO BAGAÇO INDUSTRIAL DA 
LARANJA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURITIBA 
2021
 
 
ARTHUR ISSAO SANTOS IGUMA 
LETÍCIA LAO WAGNER 
LUDMYLLA WEBER KIENEN MULLER SIMON 
NAIURY DA SILVA MARCONDES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PRODUÇÃO DE NANOCELULOSE: PRIMEIRA ENTREGA DO PROJETO 
INDÚSTRIA QUÍMICA 
 
 
Trabalho apresentada à disciplina de Integração I, 
Setor de Tecnologia, Universidade Federal do 
Paraná, como requisito parcial à obtenção de nota 
da disciplina de Integração I. 
 
Orientadora: Profa. Dra. Luciana Igarashi Mafra 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURITIBA 
2021 
 
 
RESUMO 
A nanocelulose vem se tornando cada vez um material mais promissor a ser 
obtido por diversas matérias-primas. Esse composto pode aumentar o desempenho e 
funcionalidade de materiais já existentes, pois apresenta elevada área superficial e 
grau de suspensão, e também está tendo muita visibilidade pelas propriedades de 
expansão térmica, mecânicas e ópticas superiores às da celulose. Atualmente, a 
nanocelulose, que possui diâmetro entre 1 e 100 nm, vem sendo muito utilizada no 
setor produtivo, em que se busca uma intensificação da utilização dessas nanofibrilas 
para desenvolver e reforçar os polímeros e compósitos. Devido a esses motivos, esse 
mercado vem crescendo significativamente. Por ser um produto de alto valor 
agregado, busca-se uma produção gastando menos possível, com matérias-primas 
comuns que geralmente são usadas para finalidades que não trazem retornos 
financeiros consideráveis. Por isso que os estudos acerca da nanocelulose vêm 
crescendo cada vez mais, além do interesse comercial na obtenção dessas 
nanopartículas. 
Esse trabalho aborda a produção de nanocelulose a partir do bagaço de laranja, 
uma vez que o Brasil é o maior produtor e consumidor de laranja do mundo, por ser 
uma das frutas mais consumidas no país. E a composição da laranja é o que mais 
chama atenção, possui uma alta porcentagem de celulose e metade da fruta é 
composta por cascas, sementes e polpas, ou seja, se trata dos resíduos. O uso mais 
comum para esse bagaço é dar, prensado, para os rebanhos bovinos e suínos como 
forma de suplementação. Mas foi chegado à conclusão de que esse resíduo pode ser 
melhor utilizado para obter produtos com maiores valores agregados, como a 
nanocelulose. 
A rota escolhida para este trabalho começa na moagem do bagaço, passando 
posteriormente por uma filtração para retirar alguns de seus resíduos, como os 
açúcares livres, e então, é seco para retirar o excesso de umidade da biomassa 
lignocelulósica. Nas próximas etapas, com o intuito de reduzir o teor de lignina da 
biomassa, bem como retirada parcial da hemicelulose presente, a mesma passa por 
um processo de pré-tratamento com NaOH e, posteriormente, por um pré-
branqueamento com H2O2, finalizando com o branqueamento com NaClO2. Então, as 
fibrilas de celulose resultantes passarão por uma hidrólise ácida com H2SO4 para 
auxiliar no isolamento da nanocelulose das fibrilas da nanocelulose. Com o objetivo 
de encerrar essa reação, o produto será lavado e centrifugado para retirar o ácido 
residual e neutralizar o pH. Por fim, a nanocelulose (mais precisamente as nanofibras 
de celulose) será dissociada das fibrilas com o processo de nanonização por 
microfluidização, sendo obtidos em uma filtração final. A escolha de cada etapa e dos 
equipamentos visou um aproveitamento melhor da matéria-prima e uma maior 
quantidade e qualidade do produto final, por esse motivo encontramos um rendimento 
total de 1,93%. 
Para finalizar, no dimensionamento das bombas e tubulações escolhemos as 
correntes 12 e 18, de entrada do segundo filtro e de entrada da centrífuga 
respectivamente. Assumimos o uso de bombas centrífugas, que trabalham em regime 
permanente e pouca necessidade de manutenção, com tubulações de aço-carbono 
galvanizado, o qual apresenta maior resistência aos elementos corrosivos que terá 
contato nesse processo e um dos menores custos relativos. 
 
Palavras-chave: Bagaço de laranja industrial, nanocelulose, celulose nanofibrilada, 
nanofibrilas, nanofibras. 
 
 
 
ABSTRACT 
 
Nanocellulose is increasingly becoming a more promising material to be 
obtained from various raw materials. This compost can enhance the performance and 
functionality of existing materials, as it has a high surface area and degree of 
suspension, and it is also gaining visibility due to their superior thermal, mechanical 
and optical expansion properties than cellulose’s. Currently, nanocellulose, which has 
a diameter between 1 and 100 nm, has been widely used in the productive sector, 
where an intensification of the use of these nanofibrils is sought to develop and 
reinforce polymers and composites. For these reasons, this market has been growing 
significantly. As it is a product with high added value, production is sought with the 
least possible expense, with common raw materials that are generally used for 
purposes that do not bring considerable financial returns. That is why studies on 
nanocellulose have been growing more and more, in addition to the commercial 
interest in obtaining these nanoparticles. 
 This article addresses the production of nanocellulose from orange bagasse, 
since Brazil is the largest producer and consumer of orange in the world, as it is one 
of the most consumed fruits in the country. And the composition of the orange is what 
draws the most attention, it has a high percentage of cellulose and half of the fruit is 
made up of peels, seeds and pulp, that is, it is waste. The most common use for this 
bagasse is to give it, pressed, to bovine and swine herds as a form of supplementation. 
But it was concluded that this residue can be better used to obtain products with higher 
added values, such as nanocellulose. 
 The route chosen for this work starts with bagasse grinding, later passing 
through filtration to remove some of its residues, such as free sugars, and then it is 
dried to remove excess moisture from the lignocellulosic biomass. In the next steps, in 
order to reduce the lignin content of the biomass, as well as partial removal of the 
hemicellulose present, it goes through a pre-treatment process with NaOH and, 
subsequently, a pre-bleaching with H2O2, ending with bleaching with NaClO2. Then, 
the resulting cellulose fibrils will undergo acid hydrolysis with H2SO4 to aid in isolating 
the nanocellulose from the nanocellulose fibrils. In order to terminate this reaction, the 
product will be washed and centrifuged to remove residual acid and neutralize the pH. 
Finally, the nanocellulose (more precisely, the cellulose nanofibers) will be dissociated 
from the fibrils with the microfluidization nanonization process, being obtained in a final 
filtration. The choice of each stage and equipment aimed at a better use of the raw 
material and a greater quantity and quality of the final product, for this reason we found 
a total yield of 1.93%. 
 Finally, when sizing the pumps and piping, we chose currents 12 and 18, inlet 
of the second filter and inlet of the centrifuge, respectively. We assume the use of 
centrifugal pumps, which work in permanent regime and require little maintenance, 
with galvanized carbon steel piping, which has greater resistance to corrosive 
elements that will come into contact in this process and one of the lowest relative costs. 
 
Keywords: Industrial orange bagasse, nanocellulose, nanofibrillated cellulose, 
nanofibrils, nanofibers. 
 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
FIGURA 1 - ESTRUTURA DA BIOMASSA DO BAGAÇO DE LARANJA 
INDUSTRIAL. ..................................................................................... 18 
FIGURA 2 - ESTRUTURA DA CELULOSE E LIGAÇÕES INTRA E 
INTERMOLECULARES .....................................................................19 
FIGURA 3 - AÇÚCARES QUE COMPÕEM AS UNIDADES DE HEMICELULOSES 20 
FIGURA 4 - ESTRUTURA DA LIGNINA ................................................................... 21 
FIGURA 5 - ESTRUTURA DA PECTINA .................................................................. 22 
FIGURA 6 – ESQUEMA DE EXTRAÇÃO DE NANOCELULOSE ATRAVÉS DA 
BIOMASSA DE LIGNOCELULOSE ................................................... 25 
FIGURA 7 – REPRESENTAÇÃO DA AÇÃO DE MÉTODOS MECÂNICOS E 
QUÍMICOS DE PRODUÇÃO DE CNC E CNF A PARTIR DE FIBRAS 
DE CELULOSE .................................................................................. 25 
FIGURA 8 - MORFOLOGIA DA CELULOSE NANOFIBRILADA (A) E 
NANOCRISTALINA (B) ...................................................................... 26 
FIGURA 9 – COMPOSIÇÃO DO BAGAÇO DA CANA-DE-AÇÚCAR ....................... 27 
FIGURA 10 – COMPOSIÇÃO DA FONTE DE BIOMASSA LIGNOCELULÓSICA DE 
BAGAÇO E CANA-DE-AÇÚCAR ....................................................... 28 
FIGURA 11 - PARTES DO COCO ............................................................................ 30 
FIGURA 12 - COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA FIBRA DE COCO ................................. 30 
FIGURA 13 – ESQUEMA MOSTRANDO QUE AS REGIÕES AMORFAS DAS 
FIBRILAS DE CELULOSE SÃO CINETICAMENTE MAIS 
FAVORÁVEIS .................................................................................... 33 
FIGURA 14 - REMOÇÃO DA LIGNINA E A SOLUBILIZAÇÃO DA HEMICELULOSE 
DURANTE O PRÉ-TRATAMENTO .................................................... 43 
FIGURA 15 - REPRESENTAÇÃO DAS FORÇAS DE CISALHAMENTO ENTRE 
PLANOS ............................................................................................ 49 
FIGURA 16 - MOINHO DE MARTELOS ................................................................... 50 
FIGURA 17 - FILTRO DE TAMBOR ROTATIVO À VÁCUO ..................................... 52 
FIGURA 18 - SECADOR ROTATIVO INDUSTRIAL ................................................. 53 
FIGURA 19 - REATOR CSTR ................................................................................... 55 
FIGURA 20 - TORRE DE BRANQUEAMENTO DE CONFIGURAÇÃO 
DESCENDENTE ................................................................................ 56 
 
 
FIGURA 21 - TORRE DE BRANQUEMENTO DE CONFIGURAÇAO ASCENDENTE
 ........................................................................................................... 56 
FIGURA 22 - TORRE DE BRANQUEAMENTO DE CONFIGURAÇÃO 
ASCENDENTE-DESCENDENTE ...................................................... 56 
FIGURA 23 – TRANSPORTADOR HELICOIDAL ..................................................... 58 
FIGURA 24 – CENTRÍFUGA DECANTADORA DE DISCOS.................................... 60 
FIGURA 25 - DIFERENTES CÂMARAS DE MICROFLUIDIZADOR ......................... 61 
FIGURA 26 - MICROFLUIDIZADOR ......................................................................... 61 
FIGURA 27 - BALANÇO DE MASSA DA FILTRAÇÃO (F-01) .................................. 67 
FIGURA 28 - BALANÇO DE MASSA DA SECAGEM (S-01) .................................... 69 
FIGURA 29 - BALANÇO DE MASSA DO PRÉ-TRATAMENTO (R-01) .................... 75 
FIGURA 30 - BALANÇO DE MASSA DO PRÉ-BRANQUEAMENTO E 
BRANQUEAMENTO (AC-01) ............................................................. 84 
FIGURA 31 - BALANCO DE MASSA DA FILTRAÇÃO 2 (F-02) ............................... 88 
FIGURA 32 - BALANÇO DE MASSA DA HIDRÓLISE ÁCIDA (R-02) ....................... 95 
FIGURA 33 - ANÇO DE MASSA DA LAVAGEM (TH-01) ......................................... 97 
FIGURA 34 - BALANÇO DE MASSA DA CENTRIFUGAÇÃO (C-01) ..................... 100 
FIGURA 35 - BALANÇO DE MASSA DA FILTRAÇÃO 3 (F-03) ............................. 101 
FIGURA 36 - MATERIAIS UTILIZADOS EM TUBULAÇÕES .................................. 104 
FIGURA 37 - TUBULAÇÃO DA CORRENTE 12 ..................................................... 110 
FIGURA 38 - TUBULAÇÃO DA CORRENTE 18 ..................................................... 113 
FIGURA 39 - BOMBA CENTRÍFUGA ..................................................................... 116 
FIGURA 40 - BOMBA ALTERNATIVA DE PISTÃO ................................................ 118 
FIGURA 41 - BOMBA ALTERNATIVA DE DIAFRAGMA ........................................ 118 
 
 
 
 
LISTA DE TABELAS 
 
TABELA 1 - COMPOSIÇÃO POLIMÉRICA PARA DIVERSAS FONTES DE 
BIOMASSA LIGNOCELULÓSICA ...................................................... 18 
TABELA 2 – COMPOSIÇÃO DO BAGAÇO DE LARANJA EM BASE SECA ............ 29 
TABELA 3 - COMPOSIÇÃO DO BAGAÇO DE LARANJA ........................................ 40 
TABELA 4 - COMPARAÇÃO ENTRE OS AGENTES 
BRANQUEADORES/OXIDANTES ..................................................... 44 
TABELA 5 - DIMENSÕES PARA TUBOS DE AÇO CARBONO NORMA ASA B36.10 
(SCHEDULE 40) .............................................................................. 111 
TABELA 6 - DIMENSIONAMENTO TUBULAÇÃO 1 ............................................... 112 
TABELA 7 - DIMENSIONAMENTO TUBULAÇÃO 2 ............................................... 115 
TABELA 8 - RELAÇÃO ENTRE NÚMERO DE REYNOLDS E CÁLCULO DO FATOR 
DE ATRITO ...................................................................................... 121 
TABELA 9 - VALORES NECESSÁRIOS PARA O CÁLCULO DA PERDA DE CARGA 
TOTAL DA TUBULAÇÃO ................................................................. 122 
TABELA 10 - VALORES NECESSÁRIOS PARA O CÁLCULO DA POTÊNCIA DA 
BOMBA ............................................................................................ 124 
 
 
 
 
LISTA DE QUADRO 
 
QUADRO 1 - VANTAGENS E DESVANTAGENS DA UTILIZAÇÃO DAS MATÉRIAS-
PRIMAS PARA A OBTENÇÃO DE NANOCELULOSE ...................... 39 
QUADRO 2 - COMPARAÇÃO ENTRE OS PRÉ-TRATAMENTO QUÍMICOS E O 
COMBINADO ..................................................................................... 42 
QUADRO 3 - COMPARAÇÃO DE MÉTODOS PARA OBTENÇÃO DA 
NANOCELULOSE .............................................................................. 46 
QUADRO 4 - COMPARAÇÃO ENTRE MOINHOS MAIS INDICADOS ..................... 49 
QUADRO 5 - COMPARAÇÃO ENTRE OS FILTROS MAIS UTILIZADOS EM 
PROCESSOS INDUSTRIAIS ............................................................. 51 
QUADRO 6 - COMPARAÇÃO ENTRE OS SECADORES MAIS UTILIZADOS EM 
PROCESSOS INDUSTRIAIS ............................................................. 52 
QUADRO 7 - VANTAGENS E DESVANTAGENS DA SECAGEM EM REGIME 
INTERMITENTE E CONTÍNUO ......................................................... 53 
QUADRO 8 - COMPARAÇÃO ENTRE OS REATORES MAIS UTILIZADOS EM 
PROCESSOS INDUSTRIAIS ............................................................. 54 
QUADRO 9 - COMPARAÇÃO ENTRE AS TORRES DE BRANQUEAMENTO ........ 56 
QUADRO 10 - AÇOS INOXIDÁVEIS ...................................................................... 106 
QUADRO 11 - COMPARAÇÃO ENTRE OS TIPOS DE FERRO FUNDIDO ........... 107 
QUADRO 12 - CUSTO RELATIVO DOS MATERIAIS ............................................ 109 
QUADRO 13 - VANTAGENS E DESVANTAGENS BOMBAS CENTRÍFUGAS ...... 117 
QUADRO 14 - VANTAGENS E DESVANTAGENS BOMBAS ALTERNATIVAS ..... 119 
 
 
 
 
LISTA DE ABREVIATURAS OU SIGLAS 
 
BL - Bagaço da laranja 
CNC - Celulose nanocristalina 
CFC - Celulose nanofibrilada 
HPLC - High Performance Liquid Chromatography 
CLAE - Cromatografia líquida de alta eficiência 
�̇� - Vazão mássica 
𝑤 - Fração mássica 
𝑛 - Número de mols 
�̇� - Vazão molar 
�̇� - Vazão volumétrica 
𝑀𝑀 - Massa Molar 
ρ - Densidade 
𝐷 - Diâmetro 
𝑣𝑒 - Velocidade econômica 
𝑣 - Velocidade 
∈ - Rugosidade 
𝑅𝑒 - Número de Reynolds 
𝑓 - Fator de Atrito 
ℎ𝐿 - Perda de carga 
𝐻𝐵 - Head da bomba 
𝑝- Pressão 
𝑔 - Aceleração gravitacional 
�̇� - Potência da bomba 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 16 
 REVISÃO DE LITERATURA ................................................................................. 17 
2.1 HISTÓRICO DA NANOCELULOSE .................................................................... 17 
2.2 COMPONENTES DA PAREDE CELULAR VEGETAL ........................................ 18 
2.2.1 Celulose ........................................................................................................... 19 
2.2.2 Hemicelulose .................................................................................................... 20 
2.2.3 Lignina .............................................................................................................. 21 
2.2.4 Outros componentes ........................................................................................ 22 
2.3 NANOCELULOSE ............................................................................................... 22 
2.4 APLICAÇÕES DA NANOCELULOSE ................................................................. 23 
2.5 DADOS SOBRE O MERCADO NACIONAL E MUNDIAL ................................... 24 
2.6 ALTERNATIVAS PARA OBTENÇÃO DE NANOCELULOSE ............................. 24 
2.6.1 Matérias-primas ................................................................................................ 27 
2.6.2 Pré-tratamentos ................................................................................................ 31 
2.6.3 Obtenção de nanocelulose por meios químicos ............................................... 32 
2.6.4 Obtenção de nanocelulose por métodos mecânicos ........................................ 35 
2.7 ROTA DE OBTENÇÃO DA NANOCELULOSE A PARTIR DO BAGAÇO 
INDUSTRIAL DE LARANJA ...................................................................................... 38 
2.7.1 Bagaço de laranja industrial ............................................................................. 39 
2.7.2 Preparação da matéria-prima ........................................................................... 41 
2.7.3 Pré-tratamento alcalino/ácido ........................................................................... 42 
2.7.4 Branqueamento ................................................................................................ 43 
2.7.5 Hidrólise Ácida ................................................................................................. 45 
2.7.6 Lavagem ........................................................................................................... 47 
2.7.7 Centrifugação ................................................................................................... 47 
2.7.8 Nanonização .................................................................................................... 48 
2.7.9 Filtração ............................................................................................................ 48 
2.8 EQUIPAMENTOS ............................................................................................... 48 
2.8.1 Moagem ........................................................................................................... 48 
2.8.2 Filtração ............................................................................................................ 50 
2.8.3 Secagem .......................................................................................................... 52 
2.8.4 Pré-Tratamento e hidrólise ácida ..................................................................... 54 
 
 
2.8.5 Branqueamento ................................................................................................ 56 
2.8.6 Lavagem ........................................................................................................... 57 
2.8.7 Centrifugação ................................................................................................... 58 
2.8.8 Nanonização .................................................................................................... 61 
2.8.9 Filtração ............................................................................................................ 62 
2.9 CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE A ROTA ESCOLHIDA ............................. 62 
 BALANÇO DE MASSA E MEMORIAL DESCRITIVO DE CÁLCULO .................. 63 
3.1 FILTRAÇÃO 1 (F-01) .......................................................................................... 63 
3.2 SECAGEM (S-01) ............................................................................................... 67 
3.3 PRÉ-TRATAMENTO (R-01) ................................................................................ 69 
3.4 PRÉ-BRANQUEAMENTO E BRANQUEAMENTO (AC-01) ................................ 75 
3.5 FILTRAÇÃO 2 (F-02) .......................................................................................... 84 
3.6 HIDRÓLISE (R-02) .............................................................................................. 88 
3.7 LAVAGEM (TH-01) .............................................................................................. 95 
3.8 CENTRIFUGAÇÃO (C-01) .................................................................................. 98 
3.9 FILTRAÇÃO 3 (F-03) ........................................................................................ 100 
3.10 CONSIDERAÇÕES FINAIS DO BALANÇO DE MASSA E DO MEMORIAL 
DESCRITIVO .......................................................................................................... 103 
 TUBULAÇÕES E BOMBAS ................................................................................ 103 
4.1 MATERIAIS DE TUBULAÇÕES ........................................................................ 103 
4.1.1 Aços ............................................................................................................... 105 
4.1.2 Ferro Fundido ................................................................................................. 106 
4.1.3 Alumínio ......................................................................................................... 107 
4.1.4 Cobre.............................................................................................................. 107 
4.1.5 PVC ................................................................................................................ 108 
4.1.6 Seleção do material ........................................................................................ 108 
4.2 DIMENSIONAMENTO DA TUBULAÇÃO DA CORRENTE 12 .......................... 109 
4.3 DIMENSIONAMENTO DA TUBULAÇÃO DA CORRENTE 18 .......................... 113 
4.4 TIPOS DE BOMBAS ......................................................................................... 115 
4.4.1 Bombas dinâmicas ......................................................................................... 116 
4.4.2 Bombas de deslocamento positivo ................................................................. 117 
4.4.3 Seleção da bomba ......................................................................................... 119 
4.5 DIMENSIONAMENTO DE BOMBA ................................................................... 120 
 
 
4.6 CONSIDERAÇÕES FINAIS DO DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES E 
DA BOMBA ............................................................................................................. 124 
 CONCLUSÃO ...................................................................................................... 125 
REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 127 
APÊNDICE 1 – DIAGRAMA DE BLOCOS ............................................................. 134 
APÊNDICE 2 - FLUXOGRAMA.............................................................................. 135 
16 
 
 
 INTRODUÇÃO 
 
A nanotecnologia demonstra a cada dia mais sua importância para sociedade 
pelos avanços tecnológicos que proporcionou à comunidade científica mundial, 
principalmente no quesito de melhoria das propriedades dos materiais para as mais 
diversas finalidades. 
Nesse sentido, se dá enfoque à nanocelulose, cuja base, a celulose, é 
extensamente utilizada há décadas nas mais variadas aplicações na indústria, por ser 
uma fonte natural renovável de matéria-prima de grande oferta no mundo, tendo um 
grande número gêneros agrícolas que podem ser utilizados como fonte desse 
componente e aproveitados por seus países produtores para obtenção de 
subprodutos de maior valor agregado. 
As nanofibrilas de celulose, atualmente, são muito estudadas, tanto pelo fator 
citado acima, quanto pelo seu maior desempenho em reforçar polímeros e compósitos 
ao ser comparada à celulose. No entanto, aquela ainda é produzida em escala 
laboratorial, sem muitos estudos aprofundados e direcionados a uma perspectiva 
industrial de produção e que busquem reduzir os impactos no meio ambiente, uma 
vez gerados os resíduos dos processos químicos envolvidos. 
Escassos, também, são os dados relativos à produção de nanocelulose a 
partir de gêneros que não têm tanto destaque com processos de beneficiamento como 
a cana-de-açúcar o possui, a exemplo de seu uso na produção de etanol e da 
utilização da biomassa residual desse processo (seu bagaço) na obtenção de energia. 
Tendo em vista essas perspectivas, no presente trabalho, teremos por 
objetivo determinar um processo otimizado de obtenção de nanocelulose a partir de 
uma matéria-prima vegetal pouco beneficiada, na tentativa de aliar a eficácia do 
método empregado com a redução do impacto ambiental resultante do processo. 
 
 
 
17 
 
 
 REVISÃO DE LITERATURA 
 
2.1 HISTÓRICO DA NANOCELULOSE 
 
Segundo Machado et al. (2014), várias pesquisas e trabalhos voltados para a 
área de materiais poliméricos e compósitos estão sendo realizados para proporcionar 
uma melhor qualidade de materiais desenvolvidos. Partindo desse raciocínio, é 
evidente o crescimento do interesse comercial na obtenção de nanopartículas para 
serem utilizadas como aditivos e incorporadas em compósitos em fontes como argila, 
sílica ou até mesmo nanotubos e carbono. 
A partir disso, Nechyporchuk, Belgacem e Bras (2016, p. 4) pontuam que “Os 
nanocristais foram produzidos pela primeira vez por Rånby (1949) usando hidrólise 
ácida de fibras de celulose dispersas na água. Neste método, usa-se ácido sulfúrico 
concentrado, cuja a função é degradar regiões amorfas de celulose.”. 
Em relação as nanofibrilas, enquanto um novo material celulósico, este foi, de 
acordo com a literatura: 
Introduzido pela Turbak et al. (1983) e Herrick et al. (1983) que produziram 
celulose com dimensões laterais na faixa de nanômetros passando uma 
suspensão aquosa polpa de madeira macia várias vezes através de uma alta 
pressão homogeneizador. Durante esse tratamento, redes fortemente 
emaranhadas de nanofibrilas, tendo domínios cristalinos e amorfos, são 
produzidos devido a altas forças de corte. (apud NECHYPORCHUK; 
BELGACEM; BRAS, 2016, p. 4). 
De acordo com Castro (2018, p. 37), “Recentemente, as nanofibras de 
celulose têm recebido considerável atenção, devido à sua baixa expansão térmica, 
alta razão de aspecto (relação entre comprimento e diâmetro), propriedades 
mecânicas e ópticas superiores à celulose.”. A importância dos nanocompósitos com 
nanocelulose incorporada são devido ao aprimoramento do polímero que podem ter 
suas propriedades mecânicas e de barreira melhoradas quando comparados a 
polímeros sem a presença do aditivo. (MACHADO et al., 2014). 
Diante do avanço dos processos de obtenção da nanocelulose, isso é 
afirmado por Castro (2018, p. 45) no qual: “A nanocelulose pode ser produzida a partir 
de métodos químicos, físicos e biológicos. Um procedimento usual é o tratamento 
ácido da celulose ou a hidrólise ácida, que é utilizado para quebrar as microfibras em 
nanocristais.”. 
18 
 
 
 
2.2 COMPONENTES DA PAREDE CELULAR VEGETAL 
 
A biomassa vegetal é um termo amplo utilizado para designar o material 
orgânico produzido pelas plantas, assim como seus resíduos, sendo que os 
componentes que agregam valor a essa biomassa estão contidos na parede celular 
vegetal. (SEIXAS, 2019). Em uma célula vegetal, a parede celular é dividida em 4 
camadas: parede primária, parede secundária interna, parede secundária média e 
parede secundária externa. Além das camadas, também dividimos a estrutura em 
seus principais componentes, sendo eles a celulose, a hemicelulose e a lignina, além 
de alguns constituintes minoritários. (GAUTO; ROSA, 2011). 
 
FIGURA 1 - ESTRUTURA DA BIOMASSA DO BAGAÇO DE LARANJA INDUSTRIAL. 
 
FONTE: Adaptado de MUSSATTO et al. (2010). 
 
A composição polimérica para diversas fontes de biomassa lignocelulósica 
varia em relação ao percentual de celulose, hemicelulose e lignina. (ISIKGOR; 
BECER, 2015). Essa variação pode ser consultada de acordo com a TABELA 1. 
 
TABELA 1 - COMPOSIÇÃO POLIMÉRICA PARA DIVERSAS FONTES DE BIOMASSA 
LIGNOCELULÓSICA 
Fonte 
Material 
lignocelulósico 
Celulose (%) Hemicelulose (%) Lignina (%) 
Floresta 
Hardwood 40-55 24-40 18-25 
Softwood 42-50 25-35 25-30 
Resíduos da 
agroindústria 
Cascas 28-36 12-36 14-20 
Talhos 25-45 16-35 15-25 
Palhas 30-40 20-35 6-20 
Bagaço de fruta 40-50 15-25 10-20 
19 
 
 
Gramíneas 25-40 35-50 10-30 
Resíduos 
industriais/urbanos 
Polpa/papel 40-70 10-20 5-10 
FONTE: Adaptado de ISIKGOR; BECER (2015). 
 
Nos subtópicos seguintes será abordado alguns dos principais componentes 
da estrutura da parede celular vegetal, sendo respectivamente, a celulose, a 
hemicelulose, a lignina e a pectina. 
 
2.2.1 Celulose 
 
A celulose é um biopolímero linear, com a sua unidade de repetição sendo a 
glicose e formado pelas ligações β-1,4 glicosídeas. Esse polímero possui alto peso 
molecular, é insolúvel em água. (GAUTO; ROSA, 2011). A molécula tem um grau 
elevado de ordenação em sua estrutura cristalina devido às interações de van der 
Waals e por ligações de hidrogênio entre os grupos hidroxila laterais, como mostra a 
FIGURA 2. Mesmo com essas interações, a celulose é classificada como um 
composto polimorfo, ou seja, suas fibras celulósicas ficam agrupadas tanto em regiões 
cristalinas, que possuem alto grau de ordenamento molecular, quanto em regiões 
amorfas, que são mais desordenadas. (GOLÇALVES, 2016). 
 
FIGURA 2 - ESTRUTURA DA CELULOSE E LIGAÇÕES INTRA E INTERMOLECULARES 
 
FONTE: GONÇALVES (2016). 
 
20 
 
 
Na biomassa vegetal, a celulose é o principal componente da sua estrutura, 
formando em média 50% do peso molecular, como mostra a TABELA 1. (GAUTO; 
ROSA, 2011). 
 
2.2.2 Hemicelulose 
 
De forma resumida, Pereira et al. (2010, p. 1) “a hemicelulose é um polímero 
carboidrato complexo de peso molecular inferior ao da celulose, de fórmula química 
não definida, altamente ramificada e aleatória, formada de diferentes tipos de 
sacarídeos e facilmente hidrolisável”. Fazendo um paralelo a esse raciocínio, Morais, 
Nascimento e Melo (2005, p. 30) afirmam que “O termo hemiceluloses se refere a 
polissacarídeos de massas moleculares relativamente baixas, os quais estão 
intimamente associados à celulose nos tecidos das plantas.”. 
Enquanto a celulose, como substância química, contém como unidade 
fundamental a β-D-glucose, as hemiceluloses são polímeros em cuja composição 
podem aparecer, condensadas em proporções variadas, diversas unidades de açúcar. 
(FENGEL; WEGENER, 1989 apud MORAIS; NASCIMENTO; MELO, 2005). Sua 
composição é representada pela FIGURA 3 . 
 
FIGURA 3 - AÇÚCARES QUE COMPÕEM AS UNIDADES DE HEMICELULOSES 
 
21 
 
 
FONTE: Adaptado de MORAIS; NASCIMENTO; MELO(2005). 
 
A composição percentual de hemicelulose varia de acordo com as fontes de 
biomassa lignocelulósica. Essa variação pode ser consultada na TABELA 1. Em 
relação ao papel que a hemicelulose desempenha na parede celular, descreve-se: 
Algumas hemiceluloses possuem a função de estabilizarem a parede celular 
por meio de ligações de hidrogênio com a celulose e ligações covalentes com 
a lignina. Já outras são usadas como como mecanismo de retenção de água 
em sementes. Além disso, as hemiceluloses apresentam uma maior 
susceptibilidade à hidrólise ácida por possuírem caráter amorfo e pelo grau 
de polimerização ser significativamente menor. (Pinto, 2019, p. 23). 
 
2.2.3 Lignina 
 
A lignina é uma macromolécula amorfa, multifuncional, tridimensional e 
aromática associada à celulose na parede celular. A função dela é de conferir rigidez, 
impermeabilidade e resistência mecânica. (MARTÍNEZ et al., 2002; CYPRIANO, 
2015). Um ponto importante é que a lignina não é um polissacarídeo, diferente da 
celulose e da hemicelulose. (CYPRIANO; MARIÑO; TASIC, 2017). 
A estrutura da lignina é complexa e constituída de fenil-propano, como mostra 
a FIGURA 4, e possui três carbonos ligados anéis aromáticos. (LADEIRA, 2013, 
MUSSATTO et al., 2010; CYPRIANO; MARIÑO; TASIC, 2017). 
 
FIGURA 4 - ESTRUTURA DA LIGNINA 
 
22 
 
 
FONTE: Adaptado de AWAN (2013). 
 
De acordo com a TABELA 1, os bagaços de frutas possuem de 10 a 20% de 
lignina (ISIKGOR; BECER, 2015), que se trata de uma porcentagem considerável, 
mas vale ressaltar que esse valor pode variar bastante dependendo da fruta escolhida. 
Além disso, o maior contribuinte para a coloração da biomassa lignocelulósica é a 
lignina, tendo em vista, que os carboidratos, celulose e hemicelulose são quase 
incolores e suas contribuições para a coloração são desprezíveis. (MOMENTI; PIRES, 
2002). 
 
2.2.4 Outros componentes 
 
Outro componente da parede celular vegetal é a pectina, um 
heteropolissacarídeo ramificado contido nas lamelas média e primária e na parede 
celular de plantas terrestres. Também faz parte da parede celular que envolve as 
células. Tem como objetivo a firmeza aos tecidos vegetais e um aumento na 
resistência à compressão. (CYPRIANO, 2015). A estrutura da pectina pode ser 
observada na FIGURA 5. 
FIGURA 5 - ESTRUTURA DA PECTINA 
 
FONTE: Adaptado de CYPRIANO (2015). 
 
2.3 NANOCELULOSE 
 
Com a crescente evolução e utilização da nanotecnologia, a busca por 
nanomateriais vem aumentando. Esses materiais são cobiçados por cientistas por 
aumentar o desempenho e funcionalidade de materiais já conhecidos, por 
23 
 
 
apresentarem elevada área superficial e grau de suspensão. (CLARO, 2017). A 
nanocelulose, em específico, é conhecida por sua baixa expansão térmica, alta 
resistência, baixo peso molecular e outras boas propriedade mecânicas e ópticas. 
(POTULSKI, 2016). 
Em células vegetais, podemos obter a nanocelulose a partir de métodos da 
desconfiguração da molécula de celulose, já que ela é composta por fibrilas que se 
organizam em microfibrilas, que se agrupam de maneira polimorfa em fibras 
celulósicas. (GONÇALVES, 2016). 
Para serem considerados nanocelulose, os materiais celulósicos devem 
apresentar pelo menos uma de suas dimensões em escala nanométrica e o diâmetro 
entre 1 e 100 nm. (NECHYPORCHUK et al., 2016). 
Quanto à nomenclatura, é possível encontrar outros termos se referindo à 
nanocelulose, como celulose nanofibrilada, e nanofibras ou nanofibrilas de celulose 
(NECHYPORCHUK et al., 2016). 
 
2.4 APLICAÇÕES DA NANOCELULOSE 
 
Enquanto um material renovável, a celulose e seus derivados têm sido 
amplamente estudados, com foco em suas propriedades biológicas, químicas 
e mecânicas. Os materiais baseados em celulose e seus derivados têm sido 
usados por mais de 150 anos em uma ampla variedade de aplicações, como 
alimentos, produção de papel, biomateriais e produtos farmacêuticos. 
(COFFEY et al., 1995; SOUZA; LIMA; BORSALI, 2004 apud PENG et al., 
2011). 
A utilização da nanocelulose é feita de modo que o conhecimento científico e 
tecnológico obtido desse material fosse parcialmente transferido ao setor produtivo. 
Diante disso, neste setor percebe-se uma intensificação da utilização dessas fibras 
para o desenvolvimento e reforço de polímeros e compósitos que aproveitem as 
características únicas de várias matrizes lignocelulósicas existentes. (SEIXAS, 2019). 
De acordo com PENG et al. (2011), a nanotecnologia é uma área que tem 
desenvolvido produtos e por isso, tem sido destacada por muitas agências de 
financiamento e governo. Sem dúvida, a exploração do nanocelulose se tornará uma 
ponte entre nanociências e produtos de recursos naturais, o que poderia ter um papel 
importante na revitalização de países com abundantes recursos florestais. 
 
24 
 
 
 
2.5 DADOS SOBRE O MERCADO NACIONAL E MUNDIAL 
 
Atualmente, não só o Brasil, como muitos países estão investindo na 
nanocelulose, um material promissor que pode ser obtido por meio de várias matérias-
primas. Consequentemente, o mercado do mesmo vem crescendo e é previsto 
aumentar ainda mais com o passar dos anos. A Granbio é uma empresa brasileira da 
biotecnologia industrial que adquiriu 25% da API (American Process Inc.). Essa, por 
sua vez, anunciou em 2015 uma produção em fase pré-inicial de uma nova tecnologia 
de baixo custo que visava extrair nanoceluloses a partir de biomassa. A empresa 
brasileira declarou que desde 2013, em conjunto com a API, investe na pesquisa e 
desenvolvimento da nanocelulose. (GRANBIO, 2013). 
No comércio global, existe a CelluForce, a primeira produtora comercial de 
nanocristais de celulose. A Fibria, empresa líder mundial na venda de celulose no 
mercado e brasileira, se associou com a CelluForce (capacidade atual de produzir 
300t por ano de nanocristais) investindo mais de 4 milhões de dólares. (JORNAL DO 
COMÉRCIO, 2011). 
Pode-se perceber, que é um material em ascensão no mercado global. É 
estimado que o preço dos nanocristais de celulose serão 20 vezes o valor da celulose. 
Em 2015, a nanocelulose teve um mercado de 65 milhões de dólares, de acordo com 
a consultoria Market Research, que chega a estimar um valor próximo a 530 milhões 
de dólares para esse ano, um crescimento significativo. (REVISTA PESQUISA 
FAPESP, 2017). Finalizando, a Valmet Forward, empresa líder mundial no 
desenvolvimento de tecnologias no setor de celulose, papel e energia, acredita que 
esse valor será ainda maior em 2025, chegando a ser de 783 milhões de dólares. 
(VALMET, 2020). 
 
2.6 ALTERNATIVAS PARA OBTENÇÃO DE NANOCELULOSE 
 
A FIGURA 6 mostra, de modo geral, um esquema da extração da 
nanocelulose através da biomassa da lignocelulose, a qual primeiramente passa por 
um pré-tratamento até se transformar em fibrilas de celulose. Posteriormente, a 
nanocelulose é extraída das fibrilas por meio de métodos de extração que serão 
abordados nesse documento. 
25 
 
 
 
FIGURA 6 – ESQUEMA DE EXTRAÇÃO DE NANOCELULOSE ATRAVÉS DA BIOMASSA DE 
LIGNOCELULOSE 
 
FONTE: Adaptado de PHANTHONG et al. (2018). 
 
De acordo com Pinto (2019, p. 30), “As nanoceluloses (CNC ou CNF) podem 
ser obtidas utilizando-se métodos químicos, mecânicos e enzimáticos ou através da 
combinação de mais de um método”. Esses diferentes processos de obtenção foram 
esquematizados de acordo com a FIGURA 7. 
 
FIGURA 7 – REPRESENTAÇÃO DA AÇÃO DE MÉTODOS MECÂNICOS E QUÍMICOS DE 
PRODUÇÃO DE CNC E CNF A PARTIR DE FIBRAS DE CELULOSE 
 
 
FONTE: SOFLA et al. (2016) apud PINTO (2019). 
 
26 
 
 
A FIGURA 7 ilustra como de acordo com o processo que é adotado, muda-se 
o produto final. Portanto, ao adotar processos químicos para obtenção de 
nanocelulose, teremos celulose nanocristalina (CNC), enquanto processos mecânicos 
geram celulose nanofibrilada (CNF), também denominada nanofibra de celulose. 
Em relação aos nanocristais de celulose(CNC), 
 
Também chamados whiskers ou nanowhiskers, possuem cristalinidade alta 
(≤80%) e dimensões nas faixas 3-10 nm de diâmetro e 100-300 nm de 
comprimento (Hooshmand, 2014). Possuem uma menor relação 
comprimento/diâmetro sendo o produto principal da hidrólise em ácido com 
concentrações altas. Os nanocristais apresentam propriedades reológicas 
especiais para formação de géis. (BOHÓRQUEZ, 2017, p. 39). 
 
Em relação às CNF, a autora também complementa: 
 
Fibrilas compridas e emaranhadas de elevada área superficial similar a uma 
rede ou espaguete. Possuem um diâmetro de 10-40 nm e comprimento de 
vários microns. A configuração de rede adiciona características únicas ao 
biomaterial, como excelente agente estabilizante de partículas na formação 
de géis e uma grande quantidade de grupos hidroxila na superfície que 
podem ser funcionalizados a fim de introduzir novas características para 
potenciais aplicações. A morfologia da NFC é obtida por hidrólise em 
condições moderadas ou brandas, como enzimática, ácida diluída ou 
simplesmente um tratamento físico de nanonização. Possuem uma 
cristalinidade entre 60 a 70% (BOHÓRQUEZ, 2017, p. 37-38). 
 
FIGURA 8 - MORFOLOGIA DA CELULOSE NANOFIBRILADA (A) E NANOCRISTALINA (B) 
FONTE: BOHÓRQUEZ (2017). 
27 
 
 
 
De acordo com Paakko et al. (2007 apud NECHYPORCHUK, BELGACEM E 
BRAS, 2016), os métodos de produção da nanocelulose geralmente compreendem 
várias operações, por exemplo, refinamento, hidrólise enzimática, homogeneização e 
assim por diante. Neste tópico, serão abordadas algumas operações que podem ser 
adotadas para a produção de nanocelulose. 
 
2.6.1 Matérias-primas 
 
A nanocelulose pode ser obtida através de diversas fontes de biomassa 
lignocelulósica. Neste tópico, será abordado as principais levantadas pela literatura, 
sendo elas; bagaço de cana-de-açúcar, bagaço de laranja e fibras de coco. 
 
• Bagaço de cana-de-açúcar 
 
Segundo Pinto (2019), dentre os subprodutos da indústria sucroalcooleira, 
mais de 30% em massa da cana moída corresponde ao bagaço. No que se refere ao 
bagaço de cana-de-açúcar, este é um material lignocelulósico fibroso que se obtém 
após a moagem da cana-de-açúcar. Ele é formado por um conjunto de fragmentos 
bastante heterogêneos com dimensões que oscilam de 1 a 25 mm e sua granulometria 
do bagaço depende do trabalho de moagem e da variedade da cana. (SEIXAS, 2019). 
A FIGURA 10 detalha sobre a composição desse bagaço. 
 
FIGURA 9 – COMPOSIÇÃO DO BAGAÇO DA CANA-DE-AÇÚCAR 
 
FONTE: Adaptado de SEIXAS (2019). 
50%
5%
45%
COMPOSIÇÃO DO BAGAÇO DA CANA-
DE-AÇÚCAR INDUSTRIAL
Umidade Extrativos e componentes inorgânicos Estruturas fibrilares
28 
 
 
Além disso, de acordo com SEIXAS (2019, p. 39), “esta fração de estruturas 
fibrilares é composta por 55% a 60% de fibras (células fibrilares), 30% a 35% de 
medula (células de parênquima) e 10% a 15% de outros componentes.” Em relação a 
sua composição de celulose, hemicelulose, lignina e extrativos, ela pode ser 
consultada de acordo com a FIGURA 10. 
 
FIGURA 10 – COMPOSIÇÃO DA FONTE DE BIOMASSA LIGNOCELULÓSICA DE BAGAÇO E 
CANA-DE-AÇÚCAR 
 
FONTE: Adaptado de SEIXAS (2019). 
 
Além disso, a cultura da cana-de-açúcar é de grande versatilidade, sendo 
utilizada desde a forma mais simples como ração animal, até a mais nobre como o 
açúcar. Da cana nada se perde: do caldo obtêm-se o açúcar, a cachaça, o álcool, a 
rapadura e outros; do bagaço, o papel, a ração, o adubo ou o combustível; das folhas 
a cobertura morta ou ração animal (SEIXAS, 2019). 
Segundo Pinto (2019), o reuso desses subprodutos depende de um adequado 
manejo devido suas características que podem oferecer riscos e limitações à sua 
aplicação. São elas o baixo pH, grande concentração de sais, presença de íons 
metálicos e matéria orgânica. 
 
 
 
 
 
Composição do bagaço de cana-de-açúcar
Celulose Hemicelulose Lignina Extrativos
29 
 
 
• Bagaço de laranja 
 
A laranja é uma fruta da família Rutaceae rica em diversos compostos como: 
sais minerais, vitaminas A, B e C, lipídios entre outros. E pode ser considerada um 
ótimo auxílio na prevenção de doenças, ou seja, traz grandes benefícios à saúde. 
(CYPRIANO, 2015). 
A produção de laranja no Brasil, em 2014, foi cerca de 17 milhões de toneladas, 
isso porque a laranja é uma das frutas mais consumidas no país. (AGRICULTURA, 
MG, 2021 apud CYPRIANO, 2015). Levando em conta esse dado, metade disso é 
composto pelas cascas, sementes e polpas que são considerados os resíduos 
(bagaços) da fruta. Usualmente, isso é prensado e peletizado e dado aos rebanhos 
bovinos e suínos para suplementação. No entanto, esse resíduo pode ser melhor 
utilizado para a obtenção de produtos com maiores valores agregados, como a 
nanocelulose. (CYPRIANO, 2015). 
Em relação à composição polimérica do bagaço de laranja, tanto industrial 
quanto in natura, ela pode ser consultada na TABELA 2. 
 
TABELA 2 – COMPOSIÇÃO DO BAGAÇO DE LARANJA EM BASE SECA 
Composição Bagaço da indústria (%) Bagaço in natura (%) 
Fração solúvel em água 42,0 ± 4,8 48,1 ± 2,1 
Pectina 27,2 ± 1,4 24,5 ± 5,4 
Celulose 21,0 ± 7,4 12,0 ± 2,7 
Hemicelulose 9,8 ± 7,4 15,6 ± 2,7 
Lignina 3,5 ± 0,1 1,7 ± 0,8 
FONTE: Adaptado de BOHÓRQUEZ (2017). 
 
• Fibra de Coco 
 
A fibra de coco é uma opção de matéria prima a ser utilizada para a obtenção 
de nanocelulose também. Se trata de um material lignocelulósico, resistente e durável, 
justamente pela quantidade de lignina. A fibra, um subproduto, é extraída do fruto da 
Cocus nucifera L., ou palmeira de coco. A árvore possui um tronco cilíndrico e um tufo 
de folhas em folíolos, sob as quais se desenvolvem os frutos compostos por uma 
30 
 
 
semente. As fibras de coco, citadas anteriormente, revestem o fruto e estão presentes 
no mesocarpo. (ETOUNDI, 2017). 
 
FIGURA 11 - PARTES DO COCO 
 
FONTE: Adaptado de ERHARDT et al. (1976). 
 
Assim como as outras matérias-primas já citadas, a fibra de coco possui certa 
de 40% de celulose, menos de 1% de hemicelulose e quase 10% de lignina como 
pode ser observado na FIGURA 12. 
 
FIGURA 12 - COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA FIBRA DE COCO 
 
FONTE: Adaptado de FARUK et al. (2012). 
32
0,15
40
43
0,25
45
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Celulose (%) Hemicelulose (%) Lignina (%)
Mínimo
Máximo
31 
 
 
 
2.6.2 Pré-tratamentos 
 
De acordo com Pinto (2019, p. 27), “As etapas de pré-tratamento têm como 
objetivo a solubilização e separação de um ou mais componentes da biomassa, 
envolvendo remoção parcial ou completa de materiais contidos na matriz 
(hemicelulose, lignina, extrativos), restando a celulose.” 
Um pré-tratamento eficaz deve trazer como resultados: uma alta recuperação 
dos açúcares, um aumento da digestibilidade dos polissacarídeos, ser rentável, baixa 
demanda de energia ou ser reutilizado como calor secundário, possibilitar e facilitar a 
diminuição de custos na obtenção de produtos como a nanocelulose, de um alto valor 
agregado. (SUN et al., 2002 apud CYPRIANO, 2015). 
Existem várias opções de pré-tratamentos e cada um traz seus efeitos e 
rendimentos, e essa escolha está diretamente relacionada a fibra lignocelulósica 
presente no processo. Os pré-tratamentos existentes podem ser divididos em físicos, 
biológicos, químicos e físico-químicos. (MOOD et al., 2013; BRINCHI et al., 2013 apud 
VIEIRA, 2018). 
 
• Ácido 
 
O pré-tratamento ácido é empregado para a remoção da lignina e 
hemicelulose, por meio da solubilização da mesma no meio ácido na forma de 
monossacarídeo, restando apenas a celulose. Esse processo propicia um aumento 
da digestão da celulose para as etapas seguintes, tornando-o mais acessível a ação 
de enzimas. (RABELO, 2010 apud SILVA, 2014; BRIENZO et al., 2017 apud 
AZEVEDO, 2018). 
Esse pré-tratamento químico consiste na adição de algum ácido 
(preferencialmente diluído), visando a eliminação da hemicelulosee da pectina das 
matérias primas, para que esta torne mais fácil o contato com a celulose 
microcristalina nas etapas seguintes. (CYPRIANO, 2015). 
Na indústria, o pré-tratamento ácido é considerado o mais favorável e vem 
sendo muito usado em resíduos ligncelulósicos. (ALVIRA et al., 2010 apud SILVA, 
2014). No Brasil, os ácidos mais utilizados são H2SO4, alguns ácidos clorídricos e 
alguns nítricos. (SUN e CHENG, 2002 apud SILVA, 2014). Em contrapartida, são 
32 
 
 
corrosivos e, consequentemente, se tratam de uma escolha ecologicamente 
inapropriada considerando um viés ambiental. 
 
• Alcalino 
 
É um tipo de pré-tratamento químico que utiliza soluções alcalinas diluídas em 
condições operacionais moderadas de temperatura e pressão, normalmente é 
realizado utilizando uma solução de NaOH. (BARBOSA, 2011 apud VIEIRA, 2018). 
O objetivo dessa etapa é a remoção da hemicelulose, lignina, ceras e pectinas 
presentes nas paredes celulares da planta, com o intuito de obter a celulose pura. 
Portanto, essa etapa é mais conhecida como uma etapa de purificação da biomassa. 
(SILVA, 2018). 
Segundo YADAV (2016), o pré-tratamento alcalino utiliza NaOH ou KOH, o 
quais são solubilizados em altas temperaturas, para remoção de hemicelulose, 
pectina e especialmente lignina. Esse pré-tratamento deve ser controlado, de forma a 
não danificar as fibras e garantir que a hidrólise ocorra apenas na superfície da fibra. 
Além disso, duas preocupações desse tratamento é a toxidade dos agentes químicos 
utilizados e o consumo energético pela aplicação de altas temperaturas. Após o 
tratamento alcalino, as fibras passam a ter uma maior tensão superficial e diâmetro 
menor, isso acontece devido a remoção quase total da hemicelulose e lignina, tendo 
como resultado uma melhor adesão com a matriz polimérica. (VIEIRA, 2018, apud 
SHREEKUMA et al., 2009). 
 
2.6.3 Obtenção de nanocelulose por meios químicos 
 
De acordo com a literatura: 
A digestão da celulose é um tratamento realizado para aumentar a 
cristalinidade do material. Através deste processo são solubilizadas 
principalmente as regiões menos densas das fibrilas (amorfas), sendo assim 
melhoradas a estabilidade e homogeneidade do polímero. Existem dois 
métodos predominantes utilizados na indústria para este objetivo: A hidrólise 
química e a enzimática. (BOHÓRQUEZ, 2017, p. 31). 
 
 
33 
 
 
• Hidrólise Ácida 
 
Por definição, hidrólise é uma reação na qual ocorre a quebra de uma ligação 
química com inserção de água a fim de converter os carboidratos em monômeros 
(GROHMANN e BALDWIN, 1992 apud CYPRIANO, 2015), conforme a equação 
abaixo: 
(𝐶6𝐻10𝑂5)𝑛 + 𝑛𝐻2𝑂 → (𝐶6𝐻12𝑂6)𝑛 
 
Segundo Peng et al. (2011), entre os vários métodos de preparação de 
nanocelulose, a hidrólise ácida é o mais conhecido e amplamente utilizado. Este 
processo baseia-se no fato de as regiões cristalinas serem pouco acessíveis nas 
condições utilizadas para as extrações. Além disso, 
A hidrólise ácida consiste na quebra das moléculas de celulose, presentes na 
biomassa, por meio da adição de ácido. O catalisador ácido (já que pode ser 
recuperado no processo) utilizado nesse tipo de hidrólise age de maneira 
rápida e, por isso, a reação deve ser controlada para evitar reações paralelas 
indesejáveis. (ARAUJO et al., 2013, p. 8). 
De acordo com Martins (2016 apud Habibi et al., 2010), na hidrólise ácida são 
preservados os domínios cristalinos. Durante a reação, as regiões amorfas, mais 
acessíveis, são rapidamente atacadas em comparação com os domínios cristalinos 
que permanecem intactos após o processo. Essa reação é exemplificada na FIGURA 
13 . 
 
FIGURA 13 – ESQUEMA MOSTRANDO QUE AS REGIÕES AMORFAS DAS FIBRILAS DE 
CELULOSE SÃO CINETICAMENTE MAIS FAVORÁVEIS 
 
FONTE: HABIBI et al., 2010. 
 
34 
 
 
Segundo Silva e D’Almeida (2009, apud CRUZ, 2017), as variáveis mais 
importantes encontradas na literatura para as condições de hidrólise são: 
concentração do ácido, tempo, temperatura e a carga de sólidos (ácido/matéria-
prima). 
Essa rota é a mais eficaz para produzir estruturas nanocristalinas com cargas 
de superfície, o que o tornam materiais promissores para serem utilizados em diversas 
aplicações. (CRUZ, 2017). Apesar de ser a principal rota, ela apresenta um baixo 
rendimento e também é nociva ao meio ambiente. (KIRACZ, 2018). 
 
• Hidrólise Enzimática 
 
As enzimas são proteínas responsáveis em catalisar, ou seja, aumentar a 
velocidade das reações químicas sem que haja interferência no processo. Isso se dá 
por apresentarem a especificidade de interagir somente com determinadas 
substâncias, os substratos, constituindo complexos enzima-substrato com formação 
do produto desejado. (CRUZ, 2017). 
O processo enzimático de quebra da celulose depende de alguns fatores, 
como a concentração da enzima, superfície de contato disponível do substrato 
(celulose), temperatura de reação e duração da atividade enzimática. (GEORGE et 
al., 2011 apud CRUZ, 2017). 
A hidrólise enzimática da celulose é realizada por enzimas denominadas 
celulases, sendo esse processo muito estudado pela já citada especificidade da 
reação. Além da ausência de reações secundárias (as quais afetam o rendimento da 
reação global) e da formação produtos secundários (que podem atuar como inibidores 
de processos fermentativos), a reação não ocorre em condições mais extremas, a 
exemplo de altas pressões e temperaturas ou em meios corrosivos para os 
equipamentos envolvidos no processo. (CRUZ, 2017). 
Por conta da especificidade da enzima, os produtos da hidrólise são 
compostos de basicamente glicose e alguns oligômeros, auxiliando no controle da 
formação dos produtos. Como as reações são conduzidas sob condições mais 
amenas de pH (entre 4 e 5) e de temperatura (entre 40°C e 50°C), são menos comuns 
problemas associados à corrosão de reatores, os custos de energia elétrica são 
reduzidos e a toxicidade dos reagentes é baixa. Em detrimento dos pontos levantados, 
35 
 
 
a hidrólise enzimática torna-se um processo atrativo e vantajoso para ser utilizado na 
obtenção de nanocristais de biomassas lignocelulósicas. (CRUZ, 2017). 
 
2.6.4 Obtenção de nanocelulose por métodos mecânicos 
 
Segundo Moon (2011 apud SILVA, 2018), o processo de obtenção de 
nanocelulose por meio de refinos mecânicos resulta na morfologia de microfibras de 
celulose ou nanofibras de celulose. Os métodos mais empregados são: 
homogeneização de alta pressão, esmerilhamento, sonificação. Além disso, 
Esse processo consiste em aplicar uma alta taxa de cisalhamento na 
celulose previamente purificada, de modo a cisalhar transversalmente 
ao longo do eixo longitudinal da estrutura da fibra elementar, obtendo 
fibrilas longas de celulose. Esse processo pode ser seguido por uma 
hidrólise ácida, a fim de diminuir a quantidade de regiões amorfas ou 
também funcionalizar a superfície da microfibra. (SILVA, 2018, p. 33). 
Esse processo pode ser repetido por diversas vezes, resultando em partículas 
com diâmetro menos e mais uniformes, entretanto o número de defeitos causados 
pelo refino mecânico aumenta, diminuindo a porcentagem de celulose cristalina na 
nanopartícula. (MOON, 2011 apud SILVA, 2018). 
 
• Desfibrilação Mecânica ou Micro Moagem 
 
Esse método de obtenção de nanocelulose se dá pelo rompimento das fibras 
celulósicas por uma alta taxa de cisalhamento de um moinho que contém uma 
abertura e dois discos de pedra: um rotativo e um estático. Obtemos o produto de 
interesse quando a polpa entra no moinho e as forças de atrito e de compressão 
desfibrilam mecanicamente a celulose. (NECHYPORCHUK et al., 2016). 
 
• Microfluidização e Homogeneização 
 
Os dois métodos de obtenção são similares e muitas vezes usados em 
conjunto. Seus princípios se baseiam no cisalhamento das partículas pela colisão com 
uma superfície e pela alta pressão. A principal diferença seria no funcionamento dosequipamentos utilizados em cada método, sendo que o microfluidizador indicado para 
36 
 
 
a obtenção das nanofibrilas de celulose é o com câmara em Z. (NECHYPORCHUK et 
al., 2016). 
 
• Sonicação 
 
De acordo com Wang e Chen (2009 apud SEIXAS, 2019), o ultrassom é uma 
parte do espectro do som que vai de 20 KHz até 10 MHz gerado por um transdutor 
que converte energia mecânica PI elétrica em energia acústica de alta frequência. 
Camargo (2010) pontua que os efeitos químicos do ultrassom derivam 
primariamente da cavitação acústica, no qual bolhas colapsam nos líquidos resultando 
em uma enorme concentração de energia a partir da conversão de energia cinética 
do líquido em movimento. Sobre cavitação acústica, Camargo continua: 
A cavitação acústica é responsável pelos mecanismos primários dos efeitos 
da sonicação. Durante a cavitação, as bolhas colapsadas produzem intenso 
aquecimento local e altas pressões a uma frequência muito alta; este 
transiente localizado conduz a uma alta energia para reações químicas. Esta 
cavitação serve como um meio de concentração da energia difusa do som. 
Adicionalmente, as regiões em volta das bolhas cavitadas além de possuírem 
alta temperatura e pressão produzem gradientes elétricos. O líquido em 
movimento também gera forças de tensão e cisalhamento; causadas pelo 
rápido fluxo das moléculas do solvente ao redor da bolha cavitada, bem como 
uma intensa onda de choque emanada no colapso da bolha. (CAMARGO, 
2010, p. 81-83). 
Os efeitos químicos do ultrassom caem nas seguintes áreas: sonicação de 
sistemas homogêneos de líquidos, emulsificação de sistemas heterogêneos de 
líquidos, sono catálise e sonicação de sistemas líquidos-sólidos para homogeneizar, 
desagregar, cisalhar e dispersar partículas. Os efeitos químicos da alta intensidade 
do ultrassom, aos quais sempre tem consequências que incluem maior transporte de 
massa, emulsificação, aquecimento e uma variedade de efeitos nos sólidos. As 
consequências químicas da alta intensidade do ultrassom não surgem a partir de uma 
interação de ondas acústicas e matéria em um nível molecular ou atômico. 
(CAMARGO, 2010). 
Esse tratamento produz um forte processo de cisalhamento hidrodinâmico, 
que pode ser usado para delaminar a parede celular da fibra celulósica. Alguns 
pesquisadores usaram da sonicação para produzir nanofibrilas de celulose sem pré-
tratamentos bioquímicos (CHENG et al., 2009; WANG; CHENG, 2009; CHENG et al., 
37 
 
 
2011 apud NECHYPORCHUK et al., 2016) ou após oxidação mediada por TEMPO. 
(SAITO et al., 2006; JOHNSON et al., 2008; ZHOU et al., 2012; SAITO et al., 2013 
apud NECHYPORCHUK et al., 2016). Após a ultrassonicação, as suspensões de 
celulose foram centrifugadas e as nanofibrilas de celulose recuperadas do 
sobrenadante. (CAMARGO, 2010). 
 
• Cryocrushing 
 
Esse método mecânico consiste no congelamento da celulose a partir de 
nitrogênio líquido (NL2) e logo depois a trituração devido a aplicação de algumas 
forças de cisalhamento, que levam à ruptura das paredes celulares, por causa da 
pressão exercida pelo gelo. O cryocrushing é bastante usado para realizar fibrilação 
de colheitas agrícolas, pois produz fibrilas com diâmetros grandes. As nanofibras 
resultantes desse método exibem uma grande capacidade de dispersão em emulsão 
em relação à água. Uma desvantagem de usar esse método é que possuí um alto 
consumo de energia, baixa produtividade e é caro. (NECHYPORCHUK; BELGACEM; 
BRAS, 2015). 
 
• Cisalhamento por bolas (Ball Milling) 
 
Num recipiente cilíndrico e oco, preenchido com bolas de diferentes materiais, 
tais como: cerâmica, zircônia e metal por exemplo, é colocado a celulose em 
suspensão. Esse reservatório começa a girar e isso faz com que a celulose se 
desintegre devido a colisão entre as bolas, com uma energia excessiva. É importante 
ressaltar, que esse processo é influenciado por alguns fatores como a diferença entre 
o tamanho e peso das bolas e da celulose, umidade, tempo de moagem, entre outros. 
O resultado desse método é justamente as fibrilas da celulose com um diâmetro 
menor. (NECHYPORCHUK; BELGACEM; BRAS, 2015). 
 
• Explosão por vapor 
 
Nesse pré-tratamento termomecânico, a celulose fica exposta ao vapor 
pressurizado (alta temperatura) por um tempo curto até que o material seco sature. 
Logo após, ocorre a liberação da pressão, momento que a evaporação rápida da água 
38 
 
 
efetua a força termomecânica, que é responsável pela quebra da parede celular da 
fibra. A principal utilidade desse método é a polpação (usado na extração de fibras de 
celulose de lignocelulose). (NECHYPORCHUK; BELGACEM; BRAS, 2015). 
 
• Contra colisão aquosa 
 
Nesse processo jatos com suspensões de celulose aquosas se chocam, 
devido a uma alta pressão e isso resulta na pulverização úmida do material e na 
formação de uma dispersão aquosa de nanomateriais. Basicamente, microfibras são 
expelidos pelos bicos dos jatos, de modo que haja a colisão entre as duas correntes. 
(KONDO et al, 2013). Um ponto a se observar caso esse seja o método escolhido, é 
que o tamanho da celulose utilizada para ser processada deve ser menor que o 
diâmetro do jarro, para evitar um bloqueio. Além disso, o número de etapas e a 
pressão a ser submetida devem ser ajustados de forma que resulte na quantidade 
desejada de passagens de pulverização. (NECHYPORCHUK; BELGACEM; BRAS, 
2015). 
 
2.7 ROTA DE OBTENÇÃO DA NANOCELULOSE A PARTIR DO BAGAÇO 
INDUSTRIAL DE LARANJA 
 
A rota escolhida para este trabalho foi a obtenção de nanocelulose a partir do 
bagaço laranja industrial. Primeiramente, o bagaço será moído, passando 
posteriormente por uma filtração para retirar alguns de seus resíduos, como os 
açúcares livres, e, então, é seco para retirar o excesso de umidade da biomassa 
lignocelulósica. 
Nas próximas etapas, com o intuito de reduzir o teor de lignina da biomassa, 
bem como retirada parcial da hemicelulose presente, a mesma passa por um processo 
de pré-tratamento com NaOH e, posteriormente, por um pré-branqueamento com 
H2O2, finalizando com o branqueamento com NaClO2. 
Então, as fibrilas de celulose resultantes passarão por uma hidrólise ácida 
com H2SO4 para auxiliar no isolamento da nanocelulose das fibrilas da nanocelulose. 
Com o objetivo de encerrar essa reação, o produto será lavado e centrifugado para 
retirar o ácido residual e neutralizar o pH. 
39 
 
 
Por fim, a nanocelulose (mais precisamente as nanofibras de celulose) será 
dissociada das fibrilas com o processo de nanonização por microfluidização, sendo 
obtidos em uma filtração final. 
Dado o panorama dos caminhos selecionados, nos subtópicos a seguir, serão 
descritas de forma mais aprofundada cada uma das etapas, bem como suas 
vantagens e desvantagens em comparação a outras alternativas e/ou justificando o 
motivo de sua presença no processo final. 
 
2.7.1 Bagaço de laranja industrial 
 
QUADRO 1 - VANTAGENS E DESVANTAGENS DA UTILIZAÇÃO DAS MATÉRIAS-PRIMAS PARA 
A OBTENÇÃO DE NANOCELULOSE 
Matéria-Prima Vantagens Desvantagens 
Bagaço de Laranja 
Laranja é muito produzida no país, 
resultando em milhões de toneladas 
de bagaço destinados a ração de 
animal principalmente. Pode ser 
melhor utilizado. 
Bagaço in natura possui um 
teor de hemicelulose menor 
que o industrial, enquanto esse 
possui quase o dobro de 
celulose e lignina do que o in 
natura. 
Cana-de-açúcar 
Resíduo agroindustrial em maior 
quantidade no Brasil. Baixo custo de 
produção do mundo. 
O bagaço possuí muitas 
aplicações, podendo ser usado 
para obtenção de outros 
produtos. 
Fibra de Coco 
Grandes quantidades no país, 
renovável, biodegradável, melhores 
propriedades mecânicas. Resulta em 
nanocristais com grande potencial 
para reforço de matrizes poliméricas 
biodegradáveis 
Alto preço por ser uma 
atividade artesanal, o preço da 
fibra de coco é cerca de 10% a 
15% mais caro que similares.FONTE: Adaptado de ETOUNDI (2017); BOHÓRQUEZ (2017); CYPRIANO (2015); SEIXAS 
(2019). 
 
De acordo com Bohórquez (2017, p. 29), “O resíduo agroindustrial do 
processamento da laranja é classificado como uns dos resíduos da agroindústria mais 
produzidos mundialmente, sendo o Brasil e os Estados Unidos as principais indústrias 
40 
 
 
produtoras.” Esse fator contribuiu para a decisão da matéria-prima deste trabalho, 
sendo o bagaço da laranja industrial. 
Considerando os dados atuais de produção do bagaço de laranja, é possível 
obter até 119 mil toneladas de nanocelulose, o que equivale a uma rentabilidade de 
127 bilhões de dólares. (TETREAU, 2010 apud CYPRIANO, 2015). 
Após processamento da laranja para o suco, o resíduo gerado é conhecido 
como bagaço de laranja (BL) contribuindo com em torno de 50% da massa do fruto e 
inclui a casca (epicarpo e mesocarpo), membranas e sementes. (WILKINS et al., 2007 
apud BOHÓRQUEZ, 2017). 
A TABELA 3 apresenta a comparação entre a composição do bagaço de 
laranja industrial avaliado neste trabalho e a composição de acordo com Rivas et al. 
(2008). 
 
TABELA 3 - COMPOSIÇÃO DO BAGAÇO DE LARANJA 
Composição Bagaço de laranja (%) 
Água 72,00-86,00 
Proteína 1,16 
Celulose 1,93 
Hemicelulose 2,21 
Lignina 0,18 
Pectina 8,93 
Açúcar livre 3,55 
Cinzas 0,74 
FONTE: RIVAS et al. (2008). 
 
Segundo Cypriano et al. (2017), o BL pode apresentar composições diferentes 
de acordo com variedades das plantas, a constituição do solo, o clima (temperatura, 
umidade), a época de colheita e até mesmo o método de plantio. 
Em relação à umidade do BL, pode-se afirmar que: 
Devido ao alto conteúdo de água, industrialmente o BL é transformado em 
um resíduo sólido seco para facilitar o seu manuseio e transporte. O produto 
resultante é chamado polpa do flotador, e é obtido pressionando e secando o 
bagaço de laranja (casca, polpa e sementes) após a extração de suco. Este 
resíduo apresenta na sua composição uma grande quantidade de fibra e 
açúcar adequados para a produção de etanol-2G e etanol-1G, 
respectivamente. (CYPRIANO, 2015, p. 53). 
41 
 
 
A escolha do BL industrial explica-se pela imensa disponibilidade desses 
resíduos agrícolas no Brasil e América Latina como um todo. Esses resíduos de 
interesse são considerados subprodutos que geralmente são descartados ou 
incinerados para geração de calor e eletricidade. Em vista disso, faz-se necessária 
uma avaliação dos usos potenciais dessa biomassa e o reaproveitamento para a 
produção de nanocelulose semicristalina. (BOHÓRQUEZ, 2017). 
A escolha do bagaço da laranja industrial ao invés do bagaço in natura é de 
acordo com a comparação de resultados obtidos por Bohórquez (2017), indicando que 
o bagaço da indústria possui um teor de celulose e lignina, aproximadamente, o dobro 
do encontrado para o bagaço in natura. Isso se explica uma vez que o bagaço 
industrial apresenta folhas e galhos que geralmente apresentam um maior teor de 
celulose e lignina em sua composição. 
 
2.7.2 Preparação da matéria-prima 
 
A realização de pré-tratamentos na polpa celulósica é essencial, pois é o 
começo das alterações na estrutura morfológica da molécula, facilitando o processo 
principal, pois já quebra ligações de hidrogênio e a superfície de contato, assim 
aumentando a reatividade da molécula e diminuindo a demanda de energia nos 
processos posteriores, além de já separar algumas substâncias indesejadas. 
(KARGARZADEH et al., 2017). 
 
• Moagem 
 
Primeiramente, o bagaço da laranja industrial passa por um processo de 
redução do tamanho de suas partículas chamado de moagem. (BOHÓRQUEZ, 2017). 
Essa etapa ocorre antes dos tratamentos químicos justamente por haver um aumento 
na superfície de contato das partículas com o cisalhamento, logo, as etapas seguintes 
serão mais efetivas. (KARGARZADEH et al., 2017). 
 
• Filtração 
 
Após a redução do tamanho, o bagaço passa por uma etapa de separação 
dos resíduos da sua biomassa. Portanto, ocorre uma filtração de modo que seja 
42 
 
 
possível extrair os açúcares livres residuais da biomassa do BL industrial. Este 
processo de separação ocorre a partir de uma filtração com água quente. 
(BOHÓRQUEZ, 2017). 
 
• Secagem 
 
Esta etapa busca concentrar a polpa celulósica, já que ela possui alta 
quantidade de água, como visto na TABELA 1. (BOHÓRQUEZ, 2017). Após passar 
pela filtração, a matéria se encontra altamente úmida, então é preciso secá-la antes 
de se começarem os pré-tratamentos. (KARGARZADEH et al., 2017). 
 
2.7.3 Pré-tratamento alcalino/ácido 
 
QUADRO 2 - COMPARAÇÃO ENTRE OS PRÉ-TRATAMENTO QUÍMICOS E O COMBINADO 
Pré-tratamento Celulose Hemicelulose Lignina Vantagens Desvantagens 
Químico 
Ácido 
diluído 
Pouca 
despolimerização 
80-100% de 
remoção. 
Pouca 
remoção, 
mas ocorre 
mudança na 
estrutura 
Condições 
médias, altas 
de produção 
de xilose 
Ambientalmente 
incorreto, difícil 
recuperação do 
ácido, corrosivo e 
relativamente 
custoso 
Hidróxido 
de sódio 
Inchação 
significativa 
Considerável 
solubilidade e 
separação sem 
degradação da 
celulose da 
hemicelulose 
Considerável 
solubilização 
>50%, 
separação 
sem 
degradação 
Remoção 
efetiva de 
ésteres 
Reagente de alto 
custo, 
recuperação 
alcalina. 
Tratamento fácil e 
de baixo custo. 
Combinado 
Explosão 
à vapor 
Pouca 
despolimerização 
80-100% 
Pouca 
remoção, 
mas ocorre 
mudança na 
estrutura 
Energia 
eficiente, 
nenhum custo 
de reciclagem 
Degradação da 
xilana com produto 
inibitório 
FONTE: Adaptado SANTOS et al. (2012). 
 
O pré-tratamento para o bagaço de laranja consiste na conversão do material 
lignocelulósico em monômeros. Além disso, ocorre a separação da lignina da parede 
celular, solubilização da hemicelulose e a redução do grau de cristalinidade da 
celulose. De forma mais direcionada ao BL, o principal objetivo é a remoção da 
hemicelulose e da lignina das fibras do bagaço de laranja porque assim torna-se mais 
43 
 
 
fácil o contato com a celulose microcristalina nas etapas seguintes. (LEE et al, 2014 
apud CYPRIANO, 2015). 
Para o objetivo desse trabalho, será mais eficiente o uso do pré-tratamento 
alcalino, ao passo que, de acordo com o QUADRO 2, ao ser utilizado o hidróxido de 
sódio (NaOH), de grande eficiência, se observará uma solubilização considerável da 
hemicelulose, mas sem degradação. Ademais, há a separação da celulose e da 
hemicelulose e uma remoção significativa de ésteres, fora que é o mais 
ambientalmente correto. Em contrapartida, seguindo um viés ambiental, o pré-
tratamento ácido é corrosivo e, apesar de ter uma remoção favorável, ele degrada os 
materiais lignocelulósicos. 
Se compararmos com o pré-tratamento existente para o bagaço de cana-de-
açúcar, o mais utilizado é o hidrotérmico, com o principal objetivo de retirar as 
hemiceluloses das fibras utilizando água como solvente a 190°C por cerca de 10 
minutos. Nesse caso, há uma razão de 1:10 no quesito biomassa/solvente. Pode ser 
usado, também, o KOH. (BOHÓRQUEZ; 2017). 
 
FIGURA 14 - REMOÇÃO DA LIGNINA E A SOLUBILIZAÇÃO DA HEMICELULOSE DURANTE O 
PRÉ-TRATAMENTO 
FONTE: Adaptado de CYPRIANO (2015). 
 
2.7.4 Branqueamento 
 
De acordo com Benini (2011 apud VIERA, 2015), “Entende-se por 
branqueamento o processo de alvura das fibras naturais que tem como principal 
objetivo a remoção da lignina residual de tratamentos anteriores, como por exemplo, 
o tratamento alcalino.”. 
44 
 
 
Seguindo o raciocínio, Momenti (2002) pontua que o branqueamento também 
pode ser definido como um tratamento que visa melhorar as propriedades da pasta 
celulósica a ele submetida e, portanto, torná-la mais clara ao remover lignina e outros 
compostos não desejáveis. 
“Os processos mais convencionais de branqueamento envolvem o cloro como 
agente branqueador (cloro, dióxido de cloro ou hipocloritode sódio), porém, esses 
processos vêm perdendo o foco devido aos impactos ambientais causados pelos 
mesmos”. (BRASILEIRO et al., 2001 apud VIERA, 2015). Na TABELA 4 será feita uma 
comparação entre os principais agentes oxidantes e branqueadores utilizados pela 
indústria de celulose e nanocelulose. 
 
TABELA 4 - COMPARAÇÃO ENTRE OS AGENTES BRANQUEADORES/OXIDANTES 
Agente branqueador / 
oxidante 
Vantagens e desvantagens 
Cloro (Cl) 
É o mais utilizado nos processos de branqueamento por apresentar 
grandes vantagens quanto ao custo e a eficiência. No entanto, seu uso 
está em declínio atualmente devido as preocupações ambientais em 
relação ao seu uso e formação de compostos organoclorados. 
Dióxido de Carbono 
(CO2) 
É o agente oxidante mais poderoso, e também o agente branqueador 
mais altamente seletivo, capaz de solubilizar a lignina residual 
relativamente intratável. 
Hipoclorito de Sódio 
(NaClO) 
Oxida, descolore e solubiliza a lignina. É aplicada sob condições 
alcalinas em etapas intermediárias ou finais de sequências de 
branqueamento, conhecida por seu custo baixo e fácil manuseio. Sua 
maior desvantagem é a perda de resistência da celulose. 
Ozônio (O2) 
Apresenta como vantagem a redução do cloro ativo, e 
consequentemente a redução da poluição ambiental. Porém é um 
procedimento de alto custo e com baixa capacidade de deslignificação. 
Peróxido de Hidrogênio 
(H2O2) 
Catalisa o processo de deslignificação, atacando a estrutura do anel de 
lignina. Este tratamento é adequado para a extração de celulose 
(sendo dificilmente decomposta sob essa condição), mais agressivo na 
lignina e parcialmente na hemicelulose. 
Clorito de Sódio (NaClO2) 
A lignina reage com o clorito de sódio e ocorre uma fragmentação 
oxidativa da lignina e parte da lignina dissolve-se como cloreto de 
lignina. São empregadas condições ácidas para uma remoção de 
impurezas que estejam ligadas às superfícies das fibras. O percentual 
45 
 
 
de aumento do componente de celulose e diminuição da lignina com 
cada etapa de processamento são as principais observações 
FONTE: Adaptado de UIEDA (2014); VIERA (2015); LEAL (2018); MOMENTI (2002). 
 
“Esse é um processo, na qual as propriedades ópticas das fibras são 
mudadas, pela remoção dos componentes capazes de absorver luz visível e pela 
redução de sua capacidade de absorção da luz.” (MOMENTI, 2002, p. 15). De acordo 
com a literatura, 
Os compostos responsáveis pela cor das polpas não podem ser eliminados 
simultaneamente em uma única etapa devido a sua diferente reatividade e 
localização, ou seja, acessibilidade. Por isso, o processo de branqueamento 
é dividido em diferentes estágios para maximizar a eficiência do processo. 
(DENCE e REEVE, 1996 apud MORBECK, 2013, p. 14) 
Primeiramente, para a etapa do branqueamento, é feito um pré-
branqueamento com H2O2 que está acoplado ao branqueamento com NaClO. “Ao se 
aplicar peróxido de hidrogênio, a fibra ganha valor, pois há eliminação de 
componentes que conferem a cor natural. Dependendo das condições, a fibra pode 
conter alguns traços de resíduos, como a hemicelulose e a lignina”. (PEREIRA, 2010, 
p. 12). Além disso, 
O peróxido de hidrogênio é um reagente nucleofílico que não tem efeito direto 
na degradação dos carboidratos da polpa. No entanto, em meio alcalino, o 
peróxido se decompõe gerando radicais livres que atuam no processo de 
deslignificação e degradação da polpa. A decomposição do peróxido de 
hidrogênio gera reações que escurecem a polpa, especialmente quando há 
consumo total do peróxido de hidrogênio e aumento do pH do meio, que 
levam à instabilidade de alvura. Por outro lado, se a solução alcalina for 
totalmente consumida antes do peróxido de hidrogênio, o pH do meio não 
será adequado para promover a ação branqueadora. Nesse estágio 
aconselha-se alto teor de peróxido residual e baixa concentração de NaOH, 
suficiente para possibilitar a ação do agente oxidante” (DENCE e REEVE, 
1996 apud AZEVEDO, 2011, p. 25). 
 
2.7.5 Hidrólise Ácida 
 
Após serem feitos os processos de pré-tratamento e branqueamento, a 
biomassa é geralmente submetida por mais um processo de purificação da celulose, 
com o intuito de despolimerizar o material e aumentar sua cristalinidade, isolando as 
partículas nanocristalinas de interesse. (BOHÓRQUEZ, 2017). 
46 
 
 
O QUADRO 3 traz algumas perspectivas de alguns métodos passíveis de 
serem utilizados na produção da nanocelulose. 
 
QUADRO 3 - COMPARAÇÃO DE MÉTODOS PARA OBTENÇÃO DA NANOCELULOSE 
Métodos Vantagens Desvantagens 
Métodos 
Químicos 
Geral 
Maior rendimento, preservação 
da cristalinidade da molécula, 
maior grau de pureza na 
nanocelulose 
Processos com menos etapas 
quando comparados aos 
métodos mecânicos. 
Hidrólise 
ácida 
Valorização das nanoestruturas 
cristalinas da celulose. 
Processo com menor 
rendimento, mais poluente, 
tóxico e corrosivo, feito em 
condições mais extremas. 
Hidrólise 
enzimática 
Especificidade de ação, menos 
problemas associados à 
corrosão de reatores, poluição, 
menor custo com energia 
elétrica são e baixa toxicidade. 
Processo mais lento e menos 
econômico por conta do custo 
das enzimas envolvidas. 
Cristalinidade do material. 
Proteção da Lignina e as 
configurações espaciais do 
complexo celulose-hemicelulose-
lignina. Processo lento e pouco 
econômico 
Métodos Mecânicos 
Nenhuma vantagem que se 
sobressai de acordo com a 
proposta pelo trabalho em 
questão. 
Alto custo energético, 
necessidade de manutenção 
frequente dos equipamentos, 
pode danificar a cristalinidade 
final da nanocelulose cristalina, 
exige tratamentos prévios. 
FONTE: Adaptado de CRUZ (2017); KIRACZ (2018). 
 
Conforme exposto no QUADRO 3 , os métodos químicos se sobressaem em 
detrimento dos mecânicos. Levando em consideração, ainda, fatores como tempo de 
reação, custo geral e qualidade do produto final, destaca-se a hidrólise ácida. Esse é 
um processo já muito utilizado e estabelecido na indústria da nanocelulose. (LEE et 
al., 2014 apud BOHÓRQUEZ, 2017). 
47 
 
 
De acordo com Lacerda (2012 apud CRUZ, 2017), os principais ácidos 
empregados no processo de hidrólise ácida de biomassa celulósica são: ácido 
sulfúrico, ácido clorídrico, ácido fosfórico, ácido fórmico e ácido oxálico. 
Segundo Pereira et al. (2010), 
“o ácido sulfúrico é comumente utilizado na hidrólise ácida, pois gera uma 
solução coloidal estável, provocada pela repulsão eletrostática entre os 
nanocristais, causada pela carga superficial negativa obtida da substituição 
dos grupos hidroxila por grupos sulfatos esterificados, após hidrólise”. 
(PEREIRA et al., 2010, p. 43). 
Normalmente essa substância é utilizada em concentrações de 64 % (v.v-1) a 
45°C. (BOHÓRQUEZ, 2018). Tendo em vista as desvantagens citadas na QUADRO 
3 em relação à corrosão e toxidade do componente ácido, e, com base nos estudos 
feitos por Bohórquez (2017), a utilização dessa substância em quantidades de 5 a 
10% (m.v-1), caracterizando um processo de hidrólise moderada, não fez necessário 
o pré-tratamento com ácido clorídrico (HCl) para remoção de pectina proposto 
anteriormente em seu estudo, o que também auxilia a contornar os pontos negativos 
do processo original citado anteriormente. 
 
2.7.6 Lavagem 
 
Com base nos estudos de Hahmann e Silva (2020), após a hidrólise ácida terá 
sequência a lavagem da solução obtida, com o objetivo de interromper a reação 
química da biomassa celulósica com o ácido sulfúrico (H2SO4) e reduzir o pH do 
sistema – recuperando o ácido diluído em questão – para que não haja corrosão dos 
equipamentos das próximas etapas com que o produto terá contato. 
 
2.7.7 Centrifugação 
 
O processo de centrifugação se trata do método de separação utilizado para 
sedimentar sólidos em líquidos, ou líquidos imiscíveis com diferentes densidades, por 
meio da força centrífuga gerada pela rotação da amostra desejada. (FILHO,