Deslenhificação electroquímica de pasta kraft, usando polixometalato como intermediário

Abstract

Numa altura em que um dos principais temas da actualidade é a poluição e os problemas que ela irá causar no futuro, a indústria da pasta de papel, que ocupa uma parte importante na economia mundial, tem sido pressionada no sentido de substituir os métodos convencionais de branqueamento, que utilizam principalmente cloro (Cl2) e dióxido de cloro (ClO2), por tecnologias amigas do ambiente. Desde a década de noventa que têm sido feitos esforços consideráveis no sentido de introduzir reagentes alternativos para a deslenhificação da pasta de papel. Surge assim uma nova classe de compostos que apresentam vantagens enquanto oxidantes ou catalisadores regeneráveis e reutilizáveis no processo de deslenhificação de pasta – os polioxometalatos. Estes são catalisadores altamente selectivos em sínteses orgânicas oxidativas e na deslenhificação oxidativa, reagindo com a lenhina por mecanismos de transferência de electrões. Esta dissertação tem como objectivo desenvolver um processo alternativo de branqueamento de pasta kraft de Eucalyptus globulus; tentando remover a lenhina residual da pasta usando um sistema de deslenhificação electroquímica que tem como intermediário um polioxometalato. Neste sistema, a lenhina existente na pasta é oxidada pelo polioxometalato e a forma reduzida deste é novamente oxidada por intermédio de uma célula electroquímica. O trabalho experimental decorreu em três fases. Na primeira, ocorreu a síntese e caracterização do polioxometalato que foi posteriormente usado nas deslenhificações. Na segunda, efectuaram-se deslenhificações electroquímicas, considerando vários tempos de deslenhificação, à temperatura de 90ºC e pressão atmosférica. E na terceira fase, branquearamse pasta kraft e pasta kraft deslenhificada com polioxometalato. A pasta kraft foi branqueada pelo método convencional, usando dióxido de cloro (ClO2), numa sequência D0ED1ED2, enquanto que o branqueamento aplicado na pasta kraft deslenhificada com polioxometalato foi uma sequência POMD0ED1D2. Com este sistema de deslenhificação obteve-se um máximo de 44% de remoção da lenhina residual poupando 36% de dióxido de cloro.

ABSTRACT: Nowadays, when environmental pollution is a major concern worldwide, paper pulp industry, which plays a key role in world economy, has been forced to substitute conventional bleaching processes with chlorine (Cl2) and chlorine dioxide (ClO2) by environment-friendly technologies. Since the 1990s there have been considerable efforts to introduce alternative mediators for pulp delignification. A new class of compounds appears, with countless advantages as oxidants or recyclable and reusable catalysts for pulp delignification – polyoxometalates. They are highly selective catalysts in oxidative organic syntheses and in oxidative delignification, reacting with lignin by electron-transfer mechanisms. This thesis aimed to develop an alternative process for Eucalyptus globulus kraft pulp bleaching; namely, to remove residual lignin from pulp by an electrochemical delignification system using a polyoxometalate as intermediate. In such a system, lignin in pulp is oxidized by the polyoxometalate and the latters reduced form is reoxidized in an electrochemical cell. Experimental work proceeded in three steps. In the first step, the polyoxometalate used in delignification processes was synthesized and characterized. In the second step, electrochemical delignification of pulp was done, considering several times of delignification, at 90ºC and atmospheric pressure. Finally, in a third step, kraft pulp and kraft pulp delignified with polyoxometalate were bleached. The kraft pulp was bleached by a conventional method, using chlorine dioxide (ClO2), in a D0ED1ED2 sequence, alternatively kraft pulp was delignified first with polyoxometalate as mediator, using electro chemical re-oxidation step, and then bleached by chlorine dioxide in a POMD0ED1D2 sequence. In this pulp delignification with POM were obtained 44% of degree of delignification was obtained saving 36% of chlorine dioxide.