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The effect of pre-hydrolysis Kraft pulping conditions on the production of dissolving pulp and valorization of by-products
Publication . Cunha, André Eduardo Palos; Simões, Rogério Manuel dos Santos
This study evaluated the production of dissolving pulps from Eucalyptus globulus through the pre-hydrolysis Kraft process. While the pulp and paper industries employ the best available technologies, there is potential to enhance their overall environmental and economic performance by valorizing secondary products generated from current processes. This is also true for dissolving pulp production, which requires extensive removal of hemicelluloses; their valorization can help make the process more cost-effective. Given that 30-45% of the wood used is converted into dissolving pulp, the by-products account for a sizable portion (55-70%) of the raw material utilized.
To address these issues, the work comprises two complementary parts. The first part focuses on the main product, the dissolving pulp. The second part examines the valorization of by-products, specifically the hemicelluloses removed during pre-hydrolysis and the lignin extracted during Kraft/Soda cooking.
Dissolving pulp production has been extensively researched over the past 50 years, with continuous studies exploring processes and raw materials. These efforts aim to optimize pre-hydrolysis and cooking conditions to maximize yield and improve product quality.
To explore this topic further, an experimental system was developed to conduct the pre-hydrolysis stage under non-conventional conditions using a continuous flow system.
The impact of the liquid renewal rate in pre-hydrolysis, manipulated by the flow rate, was investigated, maintaining temperature and time at standard conditions. The laboratory-developed system enabled the assessment of how pre-hydrolysis conditions affect the properties of the dissolving pulp.
The quality of the dissolving pulp was assessed based on various properties, such as porosity, cellulose degree of polymerization, crystallinity, chemical composition, and Fock reactivity, which are crucial parameters for control.
The dissolving pulp produced using the liquid renewal in pre-hydrolysis provided a pulp with a lower cellulose degree of polymerization (800 cm3/g vs. 1158 cm3/g), lower xylan content (3.0 % vs 6.8 %) and higher Fock reactivity (71.2 % vs. 52.2 %).
In addition, chemical, enzymatic, and mechanical treatments were investigated to enhance the understanding of the relative importance of the pulp properties in Fock reactivity. The objective was to examine each property individually and its influence on pulp reactivity, which is a limiting factor for its dissolution. Although the various approaches facilitate the individual exploration of different properties, intrinsic interdependencies—such as the relationship between the Segal crystallinity index and degree of polymerization—add complexity to the investigation. The expected negative correlation between cellulose degree of polymerization and Fock reactivity was confirmed. Mechanical grinding simultaneously provoked a decrease in crystal size, the Segal crystallinity index, and the cellulose degree of polymerization, as well as an increase in Fock reactivity, illustrating the difficulty in deconvolving the effects of pulp properties. The endoglucanase treatment resulted in a significant decrease in the cellulose degree of polymerization of Kraft pulp (from 873 cm³/g to 558 cm³/g) and a corresponding increase in Fock reactivity (from 52% to 65%), without significantly affecting crystal size and crystallinity index, thereby reinforcing the key role of cellulose degree of polymerization.
In the second part of this thesis, considering dissolving pulp production, where hemicellulose and lignin must be removed from the wood, valorizing by-products is crucial for enhancing the industry's sustainability and economic viability. Through advanced extraction, fractionation, and conversion techniques, hemicelluloses and lignin can be transformed into various value-added materials derived from sustainable sources, enabling them to compete directly with products derived from fossil sources.
The continuous flow system was used to examine the impact of the residence time of the hemicelluloses extracted from wood inside the pre-hydrolysis reactor on the degree of polymerization of xylooligosaccharides, high-value compounds, and dissolving pulp properties. When the pre-hydrolysis batch mode was changed to the liquid renewal mode, the X2-X3 yield in the hydrolysate increased from 6.1% to 25.0%, representing an almost 5-fold increase in added-value compounds.
Additionally, a wide range of methods—chemical, enzymatic, and mechanical—were explored to produce xylan-based oligosaccharides (X1-X6) following the extraction of hemicellulose from various sources. Among the evaluated methods, the enzymatic reaction of hemicelluloses with xylanases emerged as a more environmentally friendly alternative, and it is also selective for compounds of interest, such as xylobiose and xylotriose. However, this method encounters limitations related to substrate-enzyme accessibility, for which several optimizations have been proposed. After pre-hydrolysis, most part of the lignin remains in the solid residue, which now has low hemicellulose content (2-5%). During the subsequent Kraft/Soda cooking stage, lignin was removed along with any remaining hemicellulose by applying heat, pressure, and a highly alkaline medium (Na₂S and NaOH in the Kraft process and NaOH in the Soda process). These processes generated black liquor with a high lignin content and minimal impurities. After the black liquor's acidification, lignin with specific characteristics and high purity was obtained.
Lignin can be utilized in two primary ways: first, after depolymerization, it serves as a sustainable source of basic chemical compounds; second, after polymerization, it functions as a polymer with unique mechanical properties. In the present work, the investigation focused on the second approach, emphasizing the valorization of lignin through polymerization to examine its distinctive mechanical characteristics.
Since degradation and depolymerization occur during the extraction of lignin from wood, resulting in the loss of some of its properties, especially mechanical characteristics, repolymerization becomes essential to produce compounds with high mechanical strength.
As an alternative to traditional chemical reactions, a bacterial alkaline laccase was used to catalyze lignin polymerization/cross-linking in solution and after imbibition in a cellulose porous medium. The lignin polymerization/cross-linking in solution was directly demonstrated; the average molecular weight increased, and the alkaline soluble lignin fraction decreased by 51.0 % after being exposed to alkaline laccase, suggesting strong lignin cross-linking in solution. Lignin imbibition in paper and in-situ polymerization was explored to maximize the formation of bonds within paper-based composites. Among the properties influenced by this cross-linking, the significant increase in tensile strength and decreased wettability of the composite are particularly noteworthy.
In summary, this study examined the impact of pre-hydrolysis conditions on the properties of dissolving pulp and correlated the significance of these properties with the pulp's reactivity. Additionally, the valorization of by-products from the pre-hydrolysis cooking process, such as the production of xylooligosaccharides from hemicelluloses and the extraction and integration of lignin in composites, enhances the principles of biorefinery and circular economy within the paper and pulp industry.
When subjected to effective valorization strategies, both by-products have the potential to be transformed from mere by-products into valuable co-products of the cooking process. This approach promotes improved resource utilization and reduces waste, aligning with more sustainable practices from both environmental and economic perspectives.
Efeitos do ensino favorável à autonomia nas aulas de educação física na perceção emocional de adolescentes
Publication . Geraldes, Joana Isabel Almeida Vilela Louro; Alves, Ana Sofia Ruivo
O presente relatório foi desenvolvido no âmbito da UC (Unidade Curricular) de Estágio Pedagógico, pertencente ao plano de estudos do 2º Ciclo em Ensino de Educação Física nos Ensinos Básico e Secundário. Na fase inicial do relatório, referente ao primeiro capítulo, é relatada e difundida a intervenção efetuada no ano letivo 2023/2024, na ESAL (Escola Secundária Amato Lusitano), em Castelo Branco. Neste sentido, são referidos os processos de planeamento, intervenção, gestão, avaliação, intervenção no Desporto Escolar, direção de turma, integração ao meio e atividades desenvolvidas ao longo do ano. Relativamente ao segundo capítulo, este é composto pelo Projeto de Investigação elaborado ao longo do ano letivo. O projeto tem como título “Efeitos do ensino favorável à autonomia nas aulas de educação física na perceção emocional de adolescentes”. Para obter os dados necessários para a análise de resultados, apresentação, discussão e conclusão dos mesmos, foram aplicados 3 questionários diferentes, consoante o estilo de ensino aplicado, a cada turma inserida na amostra. O estudo envolveu uma amostra de 82 alunos do ensino secundário.
Entre Movimento e EnvolVimento: A importância da dinâmica e relação professor-aluno nas aulas de Educação Física
Publication . Carolina Manuela de Abreu Boulhosa; Boulhosa, Carolina Manuela de Abreu; Lourenço, Carla Cristina Vieira
O presente relatório de estágio visa descrever e refletir sobre a experiência pedagógica adquirida ao longo do ano letivo 2024/2025, no âmbito do Mestrado em Ensino de Educação Física, no Agrupamento de Escolas do Fundão. No Capítulo 1, é apresentada a intervenção pedagógica, que incluiu a lecionação de uma turma do ensino secundário de 12.º ano, do curso de Ciências e Tecnologias e Artes Visuais (CTAV) e uma turma do ensino básico no 5.º ano, da turma B. Participei na coadjuvação de diversas turmas, tais como, a turma do 10.º ano: Técnico(a) Auxiliar de Saúde de 2024, Programador(a) de Informática de 2024, a turma de 12.ºano: Técnico(a) de Análises Laboratoriais de 2022, Técnico(a) Auxiliar de Saúde de 2022 e ainda, a turma do Curso de Educação e Formação. Paralelamente, realizei o acompanhamento de aulas dos colegas do núcleo de estágio, que envolveram as turmas do 6.º ano D e do 10.º ano CTAV. No âmbito do Desporto Escolar, a participação foi significativa no grupo de Dança, com envolvimento em diversos eventos e iniciativas da escola. Adicionalmente, foram realizadas atividades em parceria com os outros departamentos da escola, incluindo visitas de estudo. O Capítulo 2 aborda a investigação que se intitula: “Entre Movimento e EnvolVimento: A importância da dinâmica e relação professor-aluno nas aulas de Educação Física”, que procurou analisar a influência da interação professor-aluno na motivação, desempenho e envolvimento. O estudo também analisa se fatores como a identidade de género do docente, competência profissional e as estratégias pedagógicas aplicadas nas aulas podem, ou não afetar essa motivação. Os dados foram recolhidos com recurso à aplicação de questionários aos alunos e realizadas entrevistas com professores de Educação Física, cuja análise de conteúdo permitiu identificar práticas que promovem um maior envolvimento dos alunos e contribuem para uma aprendizagem mais eficaz. De destacar, ainda, a participação da convidada Professora Doutora Paula Batista, que, através de uma entrevista, partilhou a sua perspetiva sobre o tema.
Empenhamento Motor nas Aulas de Educação Física: Monitorização com Pedómetros em turmas do ensino secundário
Publication . Ribeiro, Maria Madalena da Câmara Quintela da Silva; Costa, Aldo Filipe de Matos Moreira Carvalho da
O presente relatório foi desenvolvido no âmbito da Unidade Curricular de Estágio Pedagógico, integrada no 2.º Ciclo de estudos do Mestrado em Ensino de Educação Física nos Ensinos Básico e Secundário da Universidade da Beira Interior. O seu principal objetivo é documentar e refletir sobre a prática de ensino supervisionada realizada ao longo do ano letivo de 2024/2025, na Escola Secundária Campos Melo. A estrutura do relatório contempla dois capítulos, sendo o primeiro designado “Intervenção Pedagógica”. Este capítulo tem como objetivo expor o trabalho realizado com os diferentes ciclos de ensino, descrever as atividades desenvolvidas ao longo do ano letivo, bem como a participação nas dinâmicas do Desporto Escolar, destacar a colaboração prestada no acompanhamento da Direção de Turma e refletir sobre o processo de integração da Professora Estagiária na comunidade escolar. O segundo capítulo, intitulado “Investigação e Inovação Pedagógica”, apresenta o Projeto de Investigação desenvolvido ao longo do ano letivo. Este estudo teve como objetivo principal analisar as diferenças no empenhamento motor entre rapazes e raparigas, nas diferentes modalidades lecionadas nas aulas de Educação Física, utilizando pedómetros como instrumento de monitorização da atividade física. A investigação envolveu uma amostra de 20 alunos do ensino secundário e adotou uma metodologia quantitativa, recorrendo exclusivamente à recolha de dados através do número de passos registados pelos pedómetros. Através deste estudo foi possível concluir que os alunos demonstraram maior empenhamento motor nas aulas de desportos coletivos, com os rapazes a registarem, em média, mais passos do que as raparigas. Verificou-se também uma correlação negativa e estatisticamente significativa entre o IMC e a aptidão física (r = –0,616; p = 0,004); adicionalmente, valores mais altos de IMC estavam associados a um menor empenho motor, ainda que sem significância estatística. Estes resultados sublinham a importância de estratégias pedagógicas diferenciadas, que promovam a participação ativa e equilibrada de todos os alunos, independentemente do género ou condição física.
A influência de um programa de treino de Pilates nos resultados dos testes de abdominais e flexibilidade da bateria de testes do Fitescola
Publication . Pereira, Mónica Catarina da Silva Paixão e; Costa, Aldo Filipe de Matos Moreira Carvalho da
O presente documento foi elaborado no âmbito da Unidade Curricular de Estágio Pedagógico do 2.º ciclo de estudos, com vista à obtenção do grau de Mestre em Ensino de Educação Física nos Ensinos Básico e Secundário, da Universidade da Beira Interior. O estágio decorreu na Escola Secundária Campos Melo, durante o ano letivo de 2024/2025. O Relatório de Estágio encontra-se organizado em dois grandes capítulos. No primeiro, ‘‘Intervenção Pedagógica’’, é apresentada de forma detalhada a minha atuação ao longo do ano letivo, incluindo o trabalho desenvolvido nas turmas atribuídas, a participação no Desporto Escolar, o acompanhamento da Direção de Turma e a integração na vida da escola e na comunidade educativa. O segundo capítulo, ‘‘Investigação e Inovação Pedagógica’’, descreve o estudo realizado sobre a influência de um programa de Pilates nos indicadores do programa FitEscola, nomeadamente na força abdominal e na flexibilidade. A investigação decorreu com 22 alunos do ensino secundário e demonstrou que, após seis semanas de intervenção, os participantes revelaram melhorias estatisticamente significativas nos parâmetros de flexibilidade direita (p = 0,016) e flexibilidade esquerda (p = 0,025) analisados, comprovando os benefícios da prática regular de Pilates no contexto escolar.