Tratamento de pastas kraft de Eucalyptus globulus com xilanases comerciais: estudo da localização do estágio X numa sequência de branqueamento ECF

Abstract

O objetivo deste trabalho incidiu no estudo da aplicação de tratamentos enzimáticos com xilanases (X) em diferentes localizações, que originaram quatro sequências completas de branqueamento: sequência 1 – XD0(-20%)EpD1D2; sequência 2 – D0(-20%)EpXD1D2; sequência 3 – X1D0EpD1X2; e sequência 4 – D0EpD1X. Estas sequências foram aplicadas em pasta kraft pré-deslenhificada com oxigénio. Os estágios X foram aplicados à temperatura de 70ºC durante 60 min usando dois complexos enzimáticos comerciais (Produto 1 e Produto 2). Daqui resultou o estudo de: i) a localização mais apropriada do tratamento enzimático; ii) a consequente redução da carga de dióxido de cloro no estágio D0, iii) a possibilidade da substituição do estágio final de dióxido de cloro (D2); iv) a comparação do desempenho entre o Produto 1 e o Produto 2. As dosagens de xilanases nos estágios X das sequências 1 e 2 e estágio X1 da sequência 3 foram as mesmas com os Produtos 1 e 2 e iguais a 50 g/t com pH 10. No estágio X2 da sequência 3 e no estágio X da sequência 4 empregou-se, a pH 8, uma dosagem de 25 e 50 g/t com o Produto 1, respetivamente, e 50-100 g/t com o Produto 2. Para todas as condições foram efetuados ensaios de controlo (sem enzima).Analisou-se o efeito das etapas X no teor de lenhina residual, na viscosidade intrínseca, na brancura ISO final e sua estabilidade e no teor de ácidos hexenurónicos (HexA). Na comparação geral das quatros sequências de branqueamento estudadas, conclui-se que a sequência 4 apresentou os piores resultados e verificou-se como inviável. Isto é, a etapa X única da sequência 4 no final do branqueamento, não apresentou uma branqueabilidade equivalente ao estágio D2. A brancura ISO foi 1 a 2 pontos percentuais inferior ao ensaio de controlo, exibindo uma maior reversão de brancura, apesar de terem sido usadas no estágio X as condições mais favoráveis para a ação enzimática (50-100 g/t, pH 8). As sequências 1, 2 e 3 apresentaram níveis de brancura iguais ou superiores aos ensaios de controlo. Porém, a sequência 2 apresentou uma maior instabilidade na brancura, enquanto as sequências 1 e 3 exibiram menor reversão. Adicionalmente, o tratamento enzimático só diminuiu o teor de HexA, em relação aos controlos, com as sequências 1 e 3 nos ensaios com o Produto 1. A ação enzimática nas sequências 1 e 2 compensou o défice de 20% na carga de ClO2 do estágio D0. Porém, a localização X da sequência 2 levou à obtenção de uma menor deslenhificação, em comparação à sequência 1, e uma maior capacidade em remover compostos cromóforos e/ou cromogénios que não HexA, nos estágios seguintes. Por isso, demonstrou maior bleaching boost, uma vez que foi atingida uma brancura ISO semelhante a superior ao ensaio de controlo.O estágio D2 só foi substituído com sucesso pela utilização de duas etapas X na sequência 3. Verificou-se que, duplicando a dosagem da enzima Produto 2 na etapa X final da sequência 3 (de 50 para 100 g/t), só provocou um aumento na brancura em apenas 0,2%. Adicionalmente, inferiu-se que o estágio X1 da sequência 3, mesmo em condições pouco favoráveis para a enzima (50 g/t, pH 10), foi mais preponderante no aumento de brancura que o estágio X2 final com pH 8.Os dois complexos enzimáticos utilizados nos estágios X (Produto 1 e 2) apresentaram um bom desempenho de branqueabilidade nas sequências 1, 2 e 3, mas o Produto 2 demonstrou, em geral, uma menor capacidade de deslenhificação e de bleaching boost.

The main goal of this thesis focused on the application of an enzymatic treatment (X) in different locations, resulting in four complete bleaching sequences. These are: sequence 1 - XD0(-20%)EpD1D2; sequence 2 - D0(-20%)EpXD1D2; sequence 3 - X1D0EpD1X2; and sequence 4 - D0EpD1X. These sequences were applied to kraft pulp pre-delignified with oxygen. The X stages were applied at 70°C for 60 min using two commercial enzyme complexes (Product 1 and Product 2). This resulted in the study of: i) the most appropriate location of the enzymatic treatment; ii) the consequent reduction of chlorine dioxide charge in D0 stage, iii) the possibility of replacing the final stage of chlorine dioxide (D2); iv) comparison of the performance between Product 1 and Product 2. The dosages of xylanases in X stages of sequences 1 and 2 and in X1 stage of sequence 3 were the same with Products 1 and 2 and equal to 50 g/t with pH 10. In X2 stage of sequence 3 and in X stage of sequence 4, at pH 8, a dosage of 25 and 50 g/t was used with Product 1, respectively, and 50-100 g/t with Product 2. Control assays (without enzyme) were performed for all conditions. The effect of X stages on residual lignin content, intrinsic viscosity, final ISO brightness, brightness stability, and hexenuronic acids (HexA) content were analyzed. From the analysis of the four studied sequences, it was concluded that sequence 4 presented the worse results and was deemed unviable. That is, the single stage X of sequence 4 at the end of the bleaching sequence did not show a bleachability equivalent to D2 stage. The ISO brightness was 1 to 2 percentage points lower than the control sequence, showing a greater brightness reversion, although the most favorable conditions for enzymatic action were used in X stage (50-100 g/t, pH 8). Sequences 1, 2 and 3 reached brightness levels equal to or greater than control sequences. However, sequence 2 presented a higher brightness reversion, while sequences 1 and 3 exhibited higher brightness stability. Moreover, the enzyme treatment only decreased the HexA content, relative to controls, in sequences 1 and 3 and using the Product 1.The enzymatic action on sequences 1 and 2 balanced the 20% deficit in the ClO2 load of D0 stage. However, the X location of sequence 2 led to a lower delignification, compared to sequence 1, and a greater ability to remove chromophore and/or chromogenic compounds other than HexA, in the following stages. Therefore, it demonstrated greater bleaching boost, as an ISO brightness similar to that of the control test was achieved.D2 stage was only successfully replaced by the use of two X stages in sequence 3. It was found that doubling the dosage of the enzyme Product 2 in the final X stage of sequence 3 (from 50 to 100 g/t) only caused an increase in brightness by only 0.2%. Additionally, it was inferred that the X1 stage of sequence 3, even under unfavorable conditions for the enzyme (50 g/t, pH 10), was more preponderant in the increase of brightness than the final X2 stage with pH 8. The two enzyme complexes used in the X stages (Product 1 and 2) showed a good bleachability performance in sequences 1, 2 and 3, but Product 2 showed, in general, a lower delignification and bleaching boost capacity.