Publicação: Produção, caracterização e avaliação em meio aquoso de biocarvão de resíduos lignocelulósicos
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Data
Autores
Orientador
Sarti, Arnaldo
Coorientador
Pós-graduação
Química - IQ 33004030072P8
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
A temperatura ideal de torrefação de um material para obtenção de biocarvões é determinada por meio de torra em faixas pré-estabelecidas, seguida de análises físico-químicas e ensaios de adsorção para eleção das temperaturas. Neste estudo, otimizou-se o tempo de desenvolvimento, em que amostras de casca de amendoim (BMA) coletadas e analisadas por termogravimetria (TG), razão de aquecimento de 10 ◦C min−1, temperaturas finais de 180 ◦C à 300 ◦ C e retenção de 30 min em fluxo de nitrogênio a 100 mL min−1 . Através da sua decomposição, rendimento de sólidos e aspecto, selecionaram-se as temperaturas de 260 ◦ C, 280 ◦ C e 300 ◦ C. Com essas temperaturas, produziu-se os biocarvões BMA260, BMA280 e BMA300, que avaliados por meio do teste de estabilidade em meio aquoso, a temperatura de 280 ◦C foi sele-
cionada como otimizada. BMA280 foi separado em duas frações de 1 mm e 2 mm de granulometria, denominadas de CA1MM e CA2MM e mesma condição de produção aplicada à biomassa de poda urbana (BM), obtendo-se CP1MM e CP2MM. Esses biocarvões foram comparados ao carvão antracitoso, CANT, e caracterizados via análise elementar (CNHS), análise imediata (AI), densidade aparente (DA), infravermelho (FTIR), pH, demanda química de oxigênio (DQO) e vazão em coluna (VZC). Devido à baixa VZC, CA1MM e CP1MM foram excluídos dos ensaios seguintes. CA2MM, CP2MM e CANT foram avaliados por microscopia eletrônica de varredura (MEV), Espectroscopia de Dispersão de Energia (EDS), ponto de carga zero (PCZ), ajuste às modelagens cinéticas de pseudo-primeira e pseudo-segunda ordem, às isotermas
de equilíbrio de Langmuir, Freundlich e Redlich-Peterson, através de ensaios de adsorção com azul de metileno e índice de iodo (IIO). CA2MM apresentou pH (7,34), PCZ (4,63), DA (0,13 g cm3 ), VZC (22,37 L h−1 ), DQO (efluente) (18 mg L−1 ), IIO de 187,60 mg g−1 , capacidade de adsorção máxima de azul de metileno (Qe )(8,17 mg g−1). CP2MM apresentou pH (6,98), PCZ (6,39), DA (0,17 g cm3 ), VZC 13,88 L h−1, DQO (efluente) (11 mg L−1 ), IIO (247,59 mg g−1), Qe (10,6 mg g−1 ). CANT apresentou PCZ (4,60), IIO (202,61), Qe (11,3 mg g−1 ). CA2MM, CP2MM e CANT apresentaram fisissorção segundo a isoterma de Freundlich, alta intensidade de adsorção segundo isoterma de Redlich-Peterson e adsorção na monocamada segundo isoterma de Langmuir, o que os classifica como reutilizáveis. O resultado de PCZ indicou que estes biocarvões possuem superfície predominantemente ácida em meio aquoso. Teores aproximados de C (60%), O (30%) e H (10%) por CHNS indicaram presença de grupos carregados negativamente como carbonilas, carboxilas e amidas, também evidenciados por FTIR. Os biocarvões CA2MM e CP2MM podem ser utilizados como adsorventes em processos de polimento no tratamento de água potável ou residual e para o reaproveitamento de resíduos.
Resumo (inglês)
The ideal roasting temperature of a material to obtain biochars is determined through roasting in pre-established ranges, followed by physicochemical analyzes and adsorption tests to select temperatures. In this study, the development time was optimized, in which peanut shell samples (BMA) collected and analyzed by thermogravimetry (TG), heating of 10 ◦ C min−1 , final temperatures of 180 ◦ C to 300 ◦ C and retention of 30 min in flow nitrogen at 100 mL min−1. Through its decomposition, solid yield and appearance, temperatures of 260 ◦ C, 280 ◦ C and 300 ◦ C were selected. At these temperatures, the biochars BMA260, BMA280 and BMA300 were produced, which were evaluated through the stability test in an aqueous medium, the temperature of 280 ◦ C was selected as optimized. BMA280 was separated into two fractions of 1ṁm and 2ṁm of particle size, called CA1MM and CA2MM and the same production condition applied to urban pruning biomass (BM), obtaining CP1MM and CP2MM. These biochars
were compared to anthracite coal, CANT, and characterized via elemental analysis (CNHS), immediate analysis (AI), apparent density (DA), infrared (FTIR), pH, chemical oxygen demand (COD) and column flow ( VZC). Due to low VZC, CA1MM and CP1MM were excluded from the following trials. CA2MM, CP2MM and CANT were evaluated by scanning electron microscopy (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy
(EDS), point of zero charge (PCZ), adjustment to pseudo-first and pseudo-second order kinetic modeling, to the isotherms of Langmuir, Freundlich and Redlich-Peterson equilibrium, through adsorption tests with methylene blue and iodine index (IIO). CA2MM presented pH (7.34), PCZ (4.63), DA (0.13 g cm3 ), VZC (22.37 L h−1 ), COD (effluent) (18 mg L−1 ), IIO of 187.60 mg g−1 , maximum adsorption capacity of methylene blue (Qe )(8.17 mg g−1). CP2MM presented pH (6.98), PCZ (6.39), DA (0.17 g cm3 ), VZC 13.88 L h−1 , COD (effluent) (11 mg L−1 ), IIO (247.59 mg g−1 ), Qe (10.6 mg g−1 ). CANT presented PCZ (4.60), IIO (202.61), Qe (11.3 mg g−1 ). CA2MM, CP2MM and CANT showed physisorption according to the Freundlich isotherm, high intensity of adsorption according to the Redlich-Peterson isotherm and adsorption in the monolayer according to the Langmuir isotherm, which classifies them as reusable. The PCZ result indicated that these biochars have a predominantly acidic surface in an aqueous medium. Approximate contents of C (60%), O (30%) and H (10%) by CHNS indicated the presence of negatively charged groups such as carbonyls, carboxyls and amides, also evidenced by FTIR. CA2MM and CP2MM biochars can be used as adsorbents in polishing processes in the treatment of drinking or waste water and for the reuse of waste.
Descrição
Palavras-chave
Biocarvão, Biomassa, Pirólise, Adsorção, Sustentabilidade, Biochar, Biomass, Pyrolysis, Adsorption, Sustainability
Idioma
Português
Como citar
SILVA, Francisco Raimundo da. Produção, caracterização e avaliação em meio aquoso de biocarvão de resíduos lignocelulósicos. 2023. Tese (Doutorado em Química) – Instituto de Química, Universidade Estadual Paulista, Araraquara, 2023.
