Estudo cinético do pré-tratamento de algodão cru com pectinase

Abstract

A fibra de algodão cru possui diversas impurezas antes de passar por tratamentos, as quais interferem na sua capacidade de absorção de água. Essa hidrofobicidade prejudica os processos de tingimento e resulta em manchas e outros problemas. Para remover essas impurezas, é necessário submeter o algodão a um processo denominado purga, que visa eliminar a camada mais externa da fibra, a cutícula, cuja composição majoritária é de pectina e óleos e graxas. A purga convencionalmente empregada é alcalina, utilizando hidróxido de sódio e tensoativos como agentes e temperatura na ordem de 90 ºC. No entanto, este método apresenta um ambiente agressivo que causa danos tanto à fibra quanto ao meio ambiente. Com o intuito de reduzir os riscos associados à purga convencional, propõe-se a utilização da biopurga, um processo baseado em enzimas. Neste trabalho, a enzima pectinase foi utilizada para realizar a purga enzimática para a remoção das impurezas do algodão sem prejudicar a fibra. Além disso, esse método é controlado e opera em condições menos severas de temperatura e pH. A abordagem enzimática apresenta diversas vantagens, destacando-se o baixo impacto ambiental, uma das principais preocupações enfrentadas pela indústria atualmente. Ao longo deste estudo de conclusão de curso, será apresentada a análise cinética da enzima pectinase no processo de purga do algodão cru. O comportamento da enzima em sistema heterogêneo passa por aspectos de transferência de massa ainda pouco explorados. Para investigar os efeitos do sistema sobre o processo de purga da malha de algodão cru, variou-se a concentração da enzima pectinase entre 0,25 g/L a 1,5 g/L e a agitação em 50 rpm, 100 rpm e 200 rpm. Todo o processo ocorreu a 55 ºC, pH 8,5, por 30 minutos, e a resposta foi a remoção da pectina utilizando a reação com azul de metileno. A avaliação de toda a mistura considerou as limitações difusivas. Os resultados indicaram que a agitação suficiente ocorreu a 100 RPM com uma concentração de enzima de 0,5 g/L. Concluiu-se que o estudo hidrodinâmico foi essencial para a compreensão do processo de biopurga do algodão.

Raw cotton fiber contains several impurities before undergoing treatments, which interfere with its water absorption capacity. This hydrophobicity harms dyeing processes and results in stains and other problems. To remove these impurities, it is necessary to subject the cotton to a process called purging, which aims to eliminate the outermost layer of the fiber, the cuticle, whose majority composition is pectin and oils and greases. The purge conventionally used is alkaline, using sodium hydroxide and surfactants as agents and a temperature of around 90 ºC. However, this method presents an aggressive environment that causes damage to both the fiber and the environment. In order to reduce the risks associated with conventional purging, it is proposed to use biopurge, a process based on enzymes. In this work, the pectinase enzyme was used to perform enzymatic purging to remove impurities from cotton without harming the fiber. Furthermore, this method is controlled and operates under less severe temperature and pH conditions. The enzymatic approach has several advantages, highlighting the low environmental impact, one of the main concerns currently faced by the industry. Throughout this course completion study, the kinetic analysis of the pectinase enzyme in the raw cotton purging process will be presented. The behavior of the enzyme in a heterogeneous system involves aspects of mass transfer that are still little explored. To investigate the effects of the system on the purging process of raw cotton mesh, the concentration of the pectinase enzyme was varied between 0.25 g/L and 1.5 g/L and agitation at 50 rpm, 100 rpm and 200 rpm. The entire process took place at 55 ºC, pH 8.5, for 30 minutes, and the response was the removal of pectin using the reaction with methylene blue. The evaluation of the entire mixture considered diffusion limitations. The results indicated that sufficient agitation occurs at 100 rpm with an enzyme concentration of 0,5 g/L. It was concluded that the hydrodynamic study was essential for understanding the cotton biopurge process.