Obtenção de biochar a partir da pirólise rápida da torta de pinhão manso: uso como adsorvente e suporte

Abstract

Na busca por fontes de energia renováveis, buscando evitar problemas ambientais, algumas alternativas apresentam grande interesse, por exemplo, a produção de biodiesel a partir de oleaginosas como pinhão manso. No entanto, esta atividade é responsável pela geração diária de toneladas de biomassa, um resíduo sólido denominado torta. Outra alternativa é a conversão termoquímica da biomassa, como é o caso da pirólise rápida da torta de pinhão manso. Neste processo, são formados produtos gasosos, líquidos e sólidos como o biochar. Objetivou-se neste trabalho a produção de biochar, a partir da torta de pinhão manso e carvão ativado, a partir do biochar produzido, bem como a suportar estes materiais com ferro e cobre e testá-los quanto às capacidades de adsorção. Portanto, a torta de pinhão manso foi caracterizada quanto aos teores de umidade, cinzas, extrativos, análise elementar (CHNS-O), análise termogravimétrica (TG), bem como sua caracterização lignocelulósica. Posteriormente, realizou-se o processo de pirólise rápida da torta de pinhão manso bruta, o biochar obtido foi caracterizado por TG, CHNS-O, espectroscopia vibracional, na região do infravermelho (FTIR), difratometria de Raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS). O biochar, também, foi avaliado quanto à sua capacidade de adsorção das moléculas modelo azul de metileno (AM) e vermelho reativo (VR). Foram produzidos carvões ativados, utilizando o biochar como precursor e dois agentes ativantes, cloreto de zinco (ZnCl2) e carbonato de potássio (K2CO3), testando sua adsorção para AM e VR. Os carvões ativados foram caracterizados por CHNS-O, TG, FTIR, DRX, MEV e EDS. Após essa etapa, o biochar e os carvões ativados foram avaliados como suportes catalíticos impregnando-os com ferro, cobre e ambos. Estes materiais catalíticos, também, foram caracterizados por CHNS-O, TG, FTIR, DRX, MEV e EDS. Os materiais produzidos apresentaram-se como potenciais adsorventes para os contaminantes AM e VR em meio aquoso. O carvão ativado com carbonato de potássio CAK apresentou uma adsorção para o AM (179,19 mg.g-1), inferior quando comparado ao biochar (210,87 mg.g-1), já o carvão ativado com cloreto de zinco (CAZ), superior (424,03 mg.g-1). Para a molécula modelo VR, as capacidades de adsorção foram: biochar 278,03 mg.g-1; CAK 280,56 mg.g-1; e CAZ 423,53 mg.g-1. Entre todos os materiais com metais suportados produzidos, o carvão ativado com cloreto de potássio e suportado com ferro e cobre (CAZ-FC) foi o que mais adsorveu a molécula modelo AM (572,12 mg.g-1), e o ativado com cloreto de potássio mas suportado apenas com ferro (CAZ-F) o que mais adsorveu a molécula modelo VR (380,93 mg.g-1).

In the search for renewable energy sources, seeking to avoid environmental issues, a few alternatives present a large interest, such as the production of biodiesel from oilseeds such as jatropha. However, this activity is responsible for the daily generation of tons of biomass, a solid residue denominated pie. Another alternative is the thermochemical conversion of the biomass, as in the case of the fast jatropha pie pyrolysis. This process forms gas, liquid and solid products such as biochar. The objective of this work was the production of biochar from jatropha pie, and activated carbon from the produced biochar, as well as supporting these materials with iron and copper, testing their adsorption capacities. Therefore, jatropha pie was characterized regarding moisture, ash, extractives, elemental analysis (CHNS - O), thermogravimetric analysis (TG), as well as its lignocellulose characterization. Subsequently, the fast pyrolysis of crude jatropha pie process was performed, and the biochar obtained was characterized by TG, CHNS-O, infrared vibrational spectroscopy (FTIR), X-ray diffractometry (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS). The biochar was also evaluated for its adsorption capacity of the methylene blue (MB) and reactive red (VR) molecules. Activated carbons were produced using biochar as precursor and two activating agents, zinc chloride (ZnCl2) and potassium carbonate (K2CO3), testing its adsorption for AM and VR. The activated carbons were characterized by CHNS-O, TG, FTIR, XRD, SEM and EDS. After this stage, the biochar and the activated carbons were evaluated as catalyst support imbuing them with iron, copper, and a combination of both. These catalytic materials were also characterized by CHNS-O, TG, FTIR, XRD, SEM and EDS. The produced materials were presented as potential adsorbents for AM and VR contaminants in an aqueous medium. The carbon activated with potassium carbonate CAK presented an inferior AM adsorption (179.19 mg g - 1), when compared to biochar (210.87 mg g-1), while the carbon activated with chloride zinc (CAZ) was superior (424.03 mg g-1). For the VR template molecule, the adsorption capacities were: biochar 278.03 mg g-1; CAK 280.56 mg g-1 and CAZ 423.53 mg g-1. Among all materials produced with supported metals, carbon activated with potassium chloride supported with iron and copper (CAZ - FC) was the one which most adsorbed AM model molecule (572.12 mg g-1), and the carbon activated with potassium chloride but only supported with iron (CAZ - F)was the one which most adsorbed the VR template molecule (380.93 mg g-1).