Utilização da serragem de Eucalyptus sp. na preparação de carvões ativados

Abstract

O objetivo do presente trabalho foi utilizar as serragens de eucaliptos, resíduos da indústria madeireira, como material precursor na preparação de carvões ativados (CA) e testá-los como adsorventes de compostos orgânicos e íons metálicos. Inicialmente o material precursor foi caracterizado através de análises químicas relativas ao teor de celulose, lignina, hemiceluloses, cinzas e extrativos, bem como algumas análises instrumentais como análise elementar (CHNS-O), análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Foram preparados carvões ativados fisicamente com dióxido de carbono (CA_CO2) e quimicamente com carbonato de potássio (CA_K2CO3). Os materiais obtidos foram caracterizados por CHNS-O, TGA, FTIR, difratometria de raios X (XRD), adsorção/dessorção de N2 para cálculo da área BET (área superficial) e MEV. Os carvões preparados também foram testados quanto à capacidade de adsorção de contaminantes em meio aquoso como azul de metileno (AM), fenol e íons Cr+6. Durante a carbonização do CA_CO2, o efluente da pirólise da serragem de eucalipto (bio-óleo) foi recolhido e caracterizado por cromatografia a gás acoplada a espectrometria de massas (CG-MS) e por FTIR. Pela análise de CHNS-O, verificou-se o aumento dos teores de carbono e a diminuição dos teores de oxigênio e hidrogênio, após a pirólise e a ativação do carvão de eucalipto. Pela análise de TGA, observou-se a maior estabilidade térmica dos carvões ativados em relação à serragem. As análises de FTIR confirmaram a carbonização dos materiais. Os difratogramas de raios X apresentaram-se típicos de materiais amorfos. Os carvões ativados produzidos apresentam natureza predominantemente microporosa e o CA_K2CO3 apresentou maior área superficial que o CA_CO2. De acordo com as micrografias obtidas observou-se que os carvões ativados apresentaram maior volume de poros que a serragem de eucalipto. O CA_K2CO3 foi mais efetivo na adsorção de AM e de fenol se comparado ao CA_CO2. A adsorção de Cr+6 não foi efetiva para nenhum dos carvões ativados produzidos. A análise do bio-óleo por FTIR demonstra a presença de uma gama de compostos oxigenados, confirmados pela análise de CG-MS.

The aim of this study was to use the eucalyptus sawdust, waste timber industry, in the preparation of activated carbons (AC) and test them as adsorbents of organic compounds and metal ions. Initially, the Eucalyptus sp sawdust was characterized by chemical analysis like cellulose, lignin, hemicelluloses, ash and extractives content as well as some instrumental analysis like elementary analysis (CHNS-O), thermogravimetric analysis (TGA) infrared spectroscopy (FTIR) and scanning eletronic microscopy (SEM). The activated carbons were prepared by physical activation with carbon dioxide (AC_CO2) and by chemical activation with potassium carbonate (AC_K2CO3). The materials were characterized by CHNS-O, TGA, FTIR, XRD, adsorption/desorption for calculate the BET surface area and SEM. The resulting activated carbons were also tested for their ability of adsorption of contaminants in water and methylene blue (MB), phenol and Cr+6. During the carbonization of AC_CO2, the effluent from the pyrolysis of sawdust (bio-oil) was collected and characterized by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and FTIR. After pyrolysis and activation of charcoal, the analysis of CHNS-O showed an increase in carbon content and decrease in levels of oxygen and hydrogen. In the analysis of TGA, we observed higher thermal stability of activated carbons in relation to the sawdust. The FTIR analysis confirmed the carbonization of the materials. The X-ray diffraction showed typical amorphous materials. The ACs produced in this work are predominantly microporosus and AC_K2CO3 showed higher surface area than AC_CO2. The micrographs obtained showed that the activated carbons had higher pore volume than the sawdust. The AC_K2CO3 was more effective in adsorption of phenol and MB compared to AC_CO2. The adsorption of Cr+6 was not effective for any of the activated carbons produced. The analysis of bio-oil by FTIR shows the presence of a range oxygenated compounds, confirmed by analysis of GC-MS.