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Authors: Lôbo, Ranyere do Nascimento
metadata.dc.contributor.advisor: Pedroza, Marcelo Mendes
Title: Degradação térmica de podas de árvores (Syzygium Cumini) visando a produção de carvão ativado para uso industrial
Keywords: Poda de árvores; Syzygium cumini; Pirólise; Carvão ativado; Adsorção; Tree pruning; Syzygium cumini; Pyrolysis; Activated charcoal; Adsorption
Issue Date: 20-Dec-2021
Publisher: Universidade Federal do Tocantins
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental - PPGEA
Citation: LÔBO, Ranyere do Nascimento. Degradação térmica de podas de árvores (Syzygium Cumini) visando a produção de carvão ativado para uso industrial. 2021. 72f. Dissertação (Mestrado Profissional em Engenharia Ambiental) – Universidade Federal do Tocantins, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Palmas, 2021.
metadata.dc.description.resumo: Este trabalho tem por objetivo produzir carvão ativado utilizando como material precursor a poda de arborização urbana da cidade de Palmas - TO da espécie Suzygium cumini, em processo de pirólise. A pesquisa teve as seguintes fases: (a) caracterização da biomassa, (b) cinética de perda de massa, (c) planejamento de seleção de variáveis do processo de tratamento térmico, (d) caracterização do carvão ativado e (e) teste de adsorção. A biomassa foi caracterizada através da análise imediata, análise elementar, análise termogravimétrica (TG), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). O estudo da cinética de perda foi realizado na temperatura de 50 °C. Nos ensaios de pirólise da biomassa foram estudadas as seguintes variáveis de processo: temperatura da pirólise (350, 500 e 650 °C), vazão de gás inerte no reator de pirólise (4, 6 e 8 mL/min), taxa de aquecimento do reator de pirólise (25, 35 e 45 °C/min), diâmetro da partícula de biomassa (6,3, 8 e 12,5 mm), temperatura de aquecimento da biomassa em vapor úmido (110, 120 e 130 °C) e tempo de contato da biomassa com vapor úmido (20, 30 e 40 min). O carvão ativado foi caracterizado pelas análises imediatas e elementares, pH, ponto de carga zero (pHPCZ), número de iodo, termogravimétrica, espectroscopia de infravermelho transformada de Fourier. O planejamento para o teste de adsorção de azul de metileno foi delineado com 7 fatores entre eles estão: temperatura (20, 25 e 30 °C), concentração do azul de metileno (5, 10 e 15 mg/L), tempo de adsorção (20, 40 e 60 min), massa de carvão ativado (0,5, 0,75 e 1 g), velocidade de agitação (71, 119 e 167 rpm), pH da solução de azul metileno (6,5, 7,5 e 8,5) e granulometria do adsorvente (0,45, 1,2 e 2 mm). A biomassa apresentou as seguintes características: (a) umidade = 5,97%, (b) material volátil = 81,90 %, (c) cinzas = 0,66 %, (d) carbono = 45,09 %, (e) nitrogênio = 0,19 % e (f) hidrogênio = 5,57 %. Nos testes de pirólise, o rendimento máximo de carvão foi de 78 % obtido nas seguintes condições: temperatura do reator = 350 ºC, taxa de aquecimento = 25 ºC / min e vazão de gás inerte = 4 mL/min. Na temperatura do reator de pirólise de 650 °C o rendimento médio de carvão foi de 15,87 %. O carvão apresentou pH entre 8,02 e 9,02, com relação de C/H igual a 31,09. O pHPCZ do material carbonáceo a 650 °C foi de pHPCZ 7,042. Adeterminação do número de iodo obteve resultados superiores a 1162,07 mgI2/g, valor bem superior do limite mínimo estabelecido pela norma para aceitação de carvão ativado. Nos testes de adsorção, os fatores que apresentaram significância foram a concentração de azul de metileno e massa de carvão. A capacidade máxima de adsorção foi de 1,48 mg/g de carvão nos testes. Os dados relacionados às características do carvão obtido no processo de pirólise a partir da biomassa residual Suzygium cumini apontam para a sua utilização como material adsorvente de micropoluentes.
Abstract: This work aims to produce activated carbon using as precursor material the pruning of urban trees in the city of Palmas - TO of the species Suzygium cumini, in a pyrolysis process. The research had the following phases: (a) characterization of the biomass, (b) kinetics of mass loss, (c) planning of selection of variables of the heat treatment process, (d) characterization of activated carbon and (e) adsorption. The biomass was characterized through immediate analysis, elemental analysis, thermogravimetric analysis (TG), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The study of the loss kinetics was carried out at a temperature of 50 °C. In the biomass pyrolysis tests, the following process variables were studied: pyrolysis temperature (350, 500 and 650 °C), inert gas flow in the pyrolysis reactor (4, 6 and 8 mL/min), heating rate of the pyrolysis reactor (25, 35 and 45 °C/min), biomass particle diameter (6.3, 8 and 12.5 mm), biomass heating temperature in wet steam (110, 120 and 130 °C) and biomass contact time with wet steam (20, 30 and 40 min). Activated carbon was characterized by immediate and elemental analyses, pH, point of zero charge (pHPCZ), iodine number, thermogravimetry, Fourier transform infrared spectroscopy. The planning for the methylene blue adsorption test was designed with 7 factors, including: temperature (20, 25 and 30 °C), methylene blue concentration (5, 10 and 15 mg/L), adsorption time (20, 40 and 60 min), activated carbon mass (0.5, 0.75 and 1 g), stirring speed (71, 119 and 167 rpm), pH of the methylene blue solution (6.5, 7 .5 and 8.5) and adsorbent granulometry (0.45, 1.2 and 2 mm). The biomass showed the following characteristics: (a) moisture = 5.97%, (b) volatile material = 81.90%, (c) ash = 0.66%, (d) carbon = 45.09%, (and ) nitrogen = 0.19% and (f) hydrogen = 5.57%. In the pyrolysis tests, the maximum carbon yield was 78% obtained under the following conditions: reactor temperature = 350 ºC, heating rate = 25 ºC / min and inert gas flow = 4 mL/min. At the temperature of the pyrolysis reactor of 650 °C, the average yield of coal was 15.87%. The coal presented a pH between 8.02 and 9.02, with a C/H ratio equal to 31.09. The pHPCZ of the carbonaceous material at 650°C was pHPCZ 7.042. The determination of the iodine number obtained results above 1162.07 mgI2/g, a value well above the minimum limit established by the standard for the acceptance of activated carbon. In the adsorption tests, the factors that showed significance were the concentration of methylene blue and the mass of carbon. The maximum adsorption capacity was 1.48 mg/g of carbon in the tests. The data related to the characteristics of the coal obtained in the pyrolysis process from the residual biomass Suzygium cumini point to its use as adsorbing material for micropollutants.
URI: http://hdl.handle.net/11612/4115
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