Corpo Discente - Egressos
Edina Ruth Mendes Leal Mafra
| Título | AVALIAÇÃO DE BIOMASSAS RESIDUAIS DE FRUTOS AMAZÔNICOS PARA OBTENÇÃO DE CARVÃO ATIVADO | ||||||||||||||||||||||||
| Data da Defesa | 28/11/2022 | ||||||||||||||||||||||||
| Download | Visualizar a Tese(4.07MB) | ||||||||||||||||||||||||
Banca
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| Palavras-Chaves | pirólise, ativação física, adsorvente carbonoso, adsorção, azul de metileno | ||||||||||||||||||||||||
| Resumo | A Amazônia possui diversas biomassas lignocelulósicas, cujos resíduos apresentam potencial para produção de carvão ativado e somando-se a isso, existe uma crescente demanda por adsorventes para descontaminação da água. Neste contexto, o Astrocaryum murumuru (murumuru) e o Oenocarpus bataua Mart. (patauá) são opções atrativas na produção de carvão ativado devido seu baixo custo e abundância. Este trabalho buscou avaliar o potencial das sementes de murumuru e patauá para conversão neste insumo e também avaliar a qualidade do carvão ativado produzido. As sementes precursoras foram caracterizadas por meio de análise imediata, elementar, composicional, DRX, FTIR e TG/DTG. Os carvões ativados fisicamente foram produzidos através de processo de pirólise a 500 °C por 30 min, seguido de ativação com vapor d’água a 700 e 800°C por 30 min, em reator de tubo de quartzo. Os carvões ativados produzidos foram caracterizados por meio de análise imediata, elementar, composicional, termogravimétrica (TG/DTG), FTIR, BET e pH do ponto de carga zero (pHPCZ). Foi determinada a capacidade de remoção (mg g-1 ) e eficiência de remoção (%) do corante azul de metileno pelos carvões ativados, variando os fatores: concentração do corante, pH da solução, massa de carvão, diâmetros das partículas do carvão ativado e tempo de adsorção. As biomassas apresentaram relação H/C (≈ 0,13) e teores de lignina (≈ 24%) semelhantes. Com relação à possibilidade de fornecer adsorventes altamente porosos, a semente do patauá apresentou mais celulose e hemiceluloses favoravelmente. Por outro lado, a semente do mururmuru apresentou um nível extraordinariamente alto de extrativos totais (31%) em comparação com a semente do patauá. A análise imediata demonstrou que a relação material volátil (%)/carbono fixo (%) da semente do patauá era 2,4, muito inferior a semente do murumuru de 3,8. A análise de FTIR revelou alguns grupos químicos oxigenados capazes de aumentar a acidez dos carvões ativados derivados, prometendo adsorver cátions. Na análise de TG/DTG, o murumuru (23,7%) apresentou rendimento de pirólise inferior ao patauá (30,7%) a 600 °C. No processo de produção dos carvões ativados fisicamente a 700 e 800 oC com vapor d’água, o rendimento foi > 20% para os quatro carvões produzidos. Os carvões ativados da semente do murumuru apresentaram área superficial específica (345,037 e 480,118 m2 g -1 a 700 e 800 °C) superior aos produzidos a partir da semente do patauá (293,473 e 454,022 m2 g -1 a 700 e 800 °C) para as duas temperaturas de ativação. Todos os carvões ativados produzidos são microporosos (Dp ≈ 22 Å), com pHpcz > 6 e podem ser utilizados como adsorventes eficientes de espécies químicas de carga positiva, caso a solução tenha pH > pHPCZ. Todos os carvões ativados apresentaram grupos funcionais hidrofílicos (C-O) e hidrofóbicos (C=C e C-H) e apresentaram o máximo de remoção de azul de metileno de aproximadamente 13 mg g-1 e eficiência superior a 86%. Portanto, as sementes do murumuru e do patauá são biomassas precursoras potenciais para a produção de carvão ativado com vapor d’água a 700 e 800 °C, eficientes na remoção do corante azul de metileno em fase aquosa. | ||||||||||||||||||||||||
| Abstract | The Amazon has several lignocellulosic biomasses, whose residues have potential for the production of activated carbon and adding to this, there is a growing demand for adsorbents for water decontamination. In this context, Astrocaryum murumuru (murumuru) and Oenocarpus bataua Mart. (patauá) are attractive options in the production of activated carbon due to their low cost and abundance. This work sought to evaluate the potential of murumuru and patauá seeds for conversion into this input and also to evaluate the quality of the activated carbon produced. The precursor seeds were characterized by means of immediate, elemental, compositional, XRD, FTIR and TG/DTG analysis. The physically activated carbons were produced through a pyrolysis process at 500 °C for 30 min, followed by activation with water vapor at 700 and 800 °C for 30 min, in a quartz tube reactor. The activated carbons produced were characterized by means of immediate, elemental, compositional, thermogravimetric (TG/DTG), FTIR, BET and zero charge point pH (pHPCZ) analysis. The removal capacity (mg g-1 ) and removal efficiency (%) of the methylene blue dye by activated carbons were determined, varying the factors: dye concentration, solution pH, charcoal mass, activated charcoal particle diameters and adsorption time. The biomasses showed similar H/C ratio (≈ 0,13) and lignin contents (≈ 24%). Regarding the possibility of supplying highly porous adsorbents, the patauá seed presented more cellulose and hemicelluloses favorably. On the other hand, the mururmuru seed showed an extraordinarily high level of total extractives (31%) compared to the patauá seed. The immediate analysis showed that the volatile material (%)/fixed carbon (%) ratio of the patauá seed was 2,4, much lower than the murumuru seed of 3,8. The FTIR analysis revealed some oxygenated chemical groups capable of increasing the acidity of the derived activated carbons, promising to adsorb cations. In the TG/DTG analysis, murumuru (23,7%) showed a lower pyrolysis yield than patauá (30,7%) at 600 °C. In the production process of physically activated carbons at 700 and 800 oC with water steam, the yield was > 20% for the four carbons produced. The activated carbons from the murumuru seed showed a specific surface area (345,037 and 480,118 m2 g -1 at 700 and 800 °C) higher than those produced from the patauá seed (293,473 and 454,022 m2 g -1 at 700 and 800 °C) for the two activation temperatures. All activated carbons produced are microporous (Dp ≈ 22 Å), with pHpcz > 6 and can be used as efficient adsorbents of chemical species with a positive charge, if the solution has pH > pHPCZ. All activated carbons had hydrophilic (C-O) and hydrophobic (C=C and C-H) functional groups and had a maximum methylene blue removal of approximately 13 mg g-1 and efficiency greater than 86%. Therefore, murumuru and patauá seeds are potential precursor biomass for the production of activated carbon with water vapor at 700 and 800 °C, efficient in removing methylene blue dye in the aqueous phase. | ||||||||||||||||||||||||
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