Estudos afirmam que o cloro elementar tem potencial risco carcinogênico. Como alternativa existe o processo de branqueamento ECF (livre de cloro elementar), o qual usa hipocloritos e demais reagentes para a oxidação da lignina da polpa celulósica. O objetivo desse estudo foi otimizar diferentes etapas de branqueamento ECF para a obtenção de celulose de bagaço de cana-de-açúcar purificada. Foi empregada Metodologia da Superfície de Resposta para a avaliação dos oxidantes, aditivos e temperatura quanto às variáveis resposta número kappa, grau de alvura e viscosidade. Por meio da função Desirability (Minitab 17) foram determinadas as melhores condições de trabalho. Empregando-se a rota P-E-H-E-H-P (P: Peróxido de hidrogênio, E: Extração alcalina e H: Hipoclorito de sódio) reduziu-se em 80,5% o número kappa, 259,81% o grau de alvura e aumentou-se a viscosidade em 5%. Conclui-se que é possível realizar de maneira satisfatória e sustentável a purificação da celulose por meio do processo EFC.