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Tipo: Tese
Título: A PIRÓLISE COMO PROCEDIMENTO DE CONVERSÃO TÉRMICA NA VALORIZAÇÃO ECONÔMICA DOS RESÍDUOS DA ERVA-MATE (ILEX PARAGUARIENSIS) ORIUNDOS DA BEBIDA TERERÉ: ESTUDO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO BIO-ÓLEO E DAS CARACTERÍSTICAS DO BIOCARVÃO
Autor(es): Érico Vinícius Rocha Sanches
Primeiro orientador: Joao Batista Gomes de Souza
Resumo: O esgotamento das reservas de petróleo e as questões ambientais envolvidas na utilização de combustíveis fósseis têm gerado interesse na utilização de biomassa para a obtenção de combustíveis e produtos químicos renováveis com alto valor agregado. Atualmente o processo de valorização mais comum da biomassa consiste na sua conversão termoquímica, com destaque para o processo de pirólise. Apresenta-se aqui um estudo da conversão térmica de resíduos de erva-mate (REM) após consumo da bebida tereré, visando a produção e caracterização de bio-óleo e biocarvão. A erva-mate (Ilex paraguariensis) é uma planta nativa da América do Sul e se estende pelo Brasil, Argentina e Paraguai. Estima-se que no estado de Mato Grosso do Sul, o consumo médio anual per capita seja de 1,45 kg, o que demostra uma expressiva produção de resíduo que pode ser utilizado como fonte de biomassa. Para o processo de pirólise utilizou-se um sistema constituído por um forno tipo mufla e vidrarias de borossilicato adaptadas. As análises das curvas TG/DTG, que indicaram a presença de macromoléculas características de biomassa lignocelulósica para o REM. Avaliou-se três diferentes temperaturas finais de pirólise (450, 550 e 650 °C). Obteve-se maior rendimento de produtos líquidos, [58,8% (m/m)] com tratamento térmico de 650 °C, indicando que o aumento na temperatura final de pirólise favorece a formação de produtos líquidos. Para o estudo da composição química do bio-óleo utilizou-se um cromatógrafo a gás hifenado a um espectrômetro de massas. Na condição de maior rendimento, 29 compostos foram identificados na fração aquosa e 84 compostos na fração orgânica. A maior classe química, em termos de porcentagem de área relativa, para ambas as frações foram os fenóis (50,16 % na fase aquosa e 27,17 % na fase orgânica). Além dos fenóis, outros grupos majoritários foram detectados na fase orgânica, como os ésteres e hidrocarbonetos aromáticos (7,00 % e 7,07 %), já na fase aquosa o segundo grupo majoritário foram os compostos nitrogenados (18,55 %). O siringol, 3 metoxi-catecol e o catecol foram as substâncias majoritárias nas frações aquosas. Na fração orgânica, os substâncias majoritárias são o m-cresol, o fenol e siringol, seguidos pelos hidrocarbonetos saturados e aromáticos. Os resultados obtidos apontam que o REM é uma biomassa promissora na produção de bio-óleo, agregando assim valor econômico a esse resíduo. Com relação ao biocarvão, as análises dar curvas TG/DTG indicaram que o incremento da temperatura favoreceu produtos com alto teor de carbono fixo (82,84%) confirmados pelas análises de EDX, que apresentou valores próximo a 89,90 % para o biocarvão produzido a 650 °C. A razão atômica O/C para este biocarvão foi de 0,05 indicando a presença de estruturas aromáticas estáveis. As micrografias MEV das amostras indicaram a presença de uma superfície porosa, o que favorece o processo de adsorção. As análises de DRX foram característicos de material amorfo. Isotermas de adsorção utilizando o corante azul de metileno foram ajustadas aos modelos matemáticos de Langmuir, Freundilich e Temkin, sendo que o modelo de Freundlich foi o que mais se ajustou aos biocarvões produzidos, sugerindo a adsorção em multicamadas. A capacidade máxima de adsorção (38,551 mg g-1) foi observada para o biocarvão produzido a temperatura de 650 °C, sugerindo o biocarvão produzido através dos REM como adequados na adsorção do corante azul de metileno em solução aquosa.
Abstract: The depletion of oil reserves and the environmental issues involved in the use of fossil fuels have generated interest in the use of biomass for the source of renewable sources and chemicals with high added value. Currently, the most common process of valorization of biomass consists of its thermochemical conversion, with emphasis on the pyrolysis process. A study on the thermal conversion of yerba mate residues (REM) resulting from the consumption of tereré drink, specific to the production and characterization of bio-oil and biochar, is presented here. Yerba mate (Ilex paraguariensis) is a plant native to South America and extends to Brazil, Argentina and Paraguay. It is estimated that in the state of Mato Grosso do Sul, the average annual consumption per capita is 1.45 kg, which demonstrates an expressive production of waste that can be used as a source of biomass. For the pyrolysis process, a system consisting of a muffle oven and borosilicate glasstiles adapted. Analyzes of TG/DTG curves, which indicated the presence of macromolecules characteristic of lignocellulosic biomass for REM. Three different pyrolysis final temperatures (450, 550 and 650 ° C) were evaluated. Higher yield of liquid products was obtained, [58.8% (m / m)] with heat treatment of 650 ° C, indicating that the increase in the final temperature of pyrolysis favors the formation of liquid products. To study the chemical composition of bio-oil, a gas chromatograph hyphenated with a mass spectrometer. In the highest yield condition, 29 compounds were identified in the aqueous fraction and 84 compounds in the organic fraction. The highest chemical class, in terms of percentage of relative area, for both fractions was phenols (50.16% in the aqueous phase and 27.17% in the organic phase). In addition to phenols, other major groups were detected in the organic phase, such as esters and aromatic hydrocarbons (7.00% and 7.07%), while in the aqueous phase the second major group was nitrogen compounds (18.55%). Syringol, 3-methoxy-catechol and catechol were the major substances in aqueous fractions. In the organic fraction, the major substances are m-cresol, phenol and syringol, followed by saturated and aromatic hydrocarbons. The results obtained show that REM is a promising biomass in the production of bio-oil, thus adding economic value to this residue. With regard to biochar, the analyzes giving TG/DTG curves indicated that the increase in temperature favored products with a high fixed carbon content (82.84%) confirmed by the EDX analyzes, which presented values close to 89.90% for the biochar produced at 650 ° C. The O / C atomic ratio for this biochar was 0.05 indicating the presence of stable aromatic structures. The SEM micrographs of the samples indicated the presence of a porous surface, which favors the adsorption process. XRD analyzes were characteristic of amorphous material. Adsorption isotherms using the methylene blue dye were adjusted to the mathematical models of Langmuir, Freundilich and Temkin, and the Freundlich model was the one that most adjusted to the biocarbons produced, suggesting the adsorption in multilayers. The maximum adsorption capacity (38.551 mg g-1) was observed for biochar produced at a temperature of 650 ° C, suggesting the biochar produced through the REM as suitable for the adsorption of the methylene blue dye in aqueous solution.
Palavras-chave: erva-mate
biomassa
pirólise
bio-óleo
biocarvão.
País: Brasil
Editor: Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul
Sigla da Instituição: UFMS
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/3754
Data do documento: 2021
Aparece nas coleções:Programa de Pós-graduação em Química

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