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http://hdl.handle.net/11612/5934| Authors: | Silva, Alexandre Cotrin da |
| metadata.dc.contributor.advisor: | Pedroza, Marcelo Mendes |
| Title: | Produção de carvão ativado a partir da pirólise de vagens de flamboyant (Delonix Regia) |
| Keywords: | Carvão ativado; Delonix regia; Vagens de Flamboyant; Ativação física; Pirólise; Activated carbon; Delonix regia; Flamboyant pods; Physical Activation; Pyrolysis |
| Issue Date: | 14-Oct-2022 |
| Publisher: | Universidade Federal do Tocantins |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental - PPGEA |
| Citation: | SILVA, Alexandre Cotrin da. Produção de carvão ativado a partir da pirólise de vagens de flamboyant (Delonix Regia). 2022. 73f. Dissertação (Mestrado Profissional em Engenharia Ambiental) – Universidade Federal do Tocantins, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Palmas, 2022. |
| metadata.dc.description.resumo: | Este trabalho tem como objetivo produzir carvão ativado utilizando vagens de Flamboyant como material precursor. A pesquisa teve as seguintes fases: caracterização da biomassa, pirólise da biomassa e caracterização do carvão ativado. A biomassa foi caracterizada através da análise imediata (umidade, material volátil, cinzas e carbono fixo), análise elementar (carbono, hidrogênio, nitrogênio), análise de materiais lignocelulósicos (celulose, hemicelulose e lignina), análise termogravimétrica (TG) e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). A pirólise da biomassa aconteceu em um reator de leito fixo com tempo de reação de 30 minutos. Foram estudadas duas variáveis na pirólise da biomassa: (a) temperatura do processo (408, 450, 550, 650 e 691 °C) e (b) taxa de aquecimento do reator (13, 15, 20, 25 e 27 °C/min). O carvão ativado foi caracterizado pelas análises imediata e elementar, número de iodo e análise termogravimétrica. Foi realizado teste de adsorção de azul de metileno com o carvão produzido durante a pesquisa, sendo estudadas duas variáveis: (a) massa de carvão (0,2; 0,4 e 0,6 g) e (b) concentração do corante (20, 60 e 100 mg/L), com tempo de adsorção de 30 minutos. O teor de material volátil e cinzas nas amostras de vagens de Flamboyant foram de 80 e 2,4 %, respectivamente. Os teores médios de celulose, hemicelulose e lignina nas vagens de Flamboyant foram de 27,0; 24,5 e 28,0 %. A relação C/H para as vagens de Flamboyant foi de 7,3. Os dados obtidos durante a pirólise da biomassa indicam que a temperatura do processo teve um coeficiente de regressão negativo (-3,85) para a obtenção do carvão, indicando que o aumento da temperatura de 408 para 691 ºC favorece uma diminuição no rendimento do material. Durante a caracterização do carvão produzido foi observada uma relação C/H igual a 28,3, valor esse aproximadamente 4 vezes maior quando se comparado com a biomassa precursora. Na análise termogravimétrica do carvão ativado foi observado um resíduo final de aproximadamente 73 % detectado na temperatura de 900 oC. Durante o teste de adsorção de azul de metileno utilizando amostra de carvão ativado produzido nesse trabalho de investigação, foram obtidos resultados de eficiência de remoção do corante superiores a 93 %. Para a resposta do planejamento experimental razão de adsorção (Q), a massa do carvão e concentração do corante (ambas com p-valor menor ou igual a 0,05) são variáveis com efeitos estatisticamente significativos na etapa de adsorção. Os dados apresentados mostram que a temperatura do processo de fabricação do carvão interfere no Número de Iodo do material adsorvente. O menor número de iodo observado foi de 110 mgI2/g, sendo o valor de 623 mgI2/g obtido para amostra de carvão produzido a 691 oC |
| Abstract: | This work aims to produce activated carbon using Flamboyant pods as precursor material. The research had the following phases: biomass characterization, biomass pyrolysis and activated carbon characterization. Biomass was characterized through immediate analysis (moisture, volatile material, ash and fixed carbon), elemental analysis (carbon, hydrogen, nitrogen), analysis of lignocellulosic materials (cellulose, hemicellulose and lignin), thermogravimetric analysis (TG) and spectroscopy of Fourier transform infrared (FTIR). Biomass pyrolysis took place in a fixed bed reactor with a reaction time of 30 minutes. Two variables were studied in the pyrolysis of biomass: (a) process temperature (408, 450, 550, 650 and 691 °C) and (b) reactor heating rate (13, 15, 20, 25 and 27 °C/ min). Activated carbon was characterized by immediate and elemental analysis, iodine number and thermogravimetric analysis. A methylene blue adsorption test was carried out with the carbon produced during the research, and two variables were studied: (a) carbon mass (0.2; 0.4 and 0.6 g) and (b) dye concentration (20, 60 and 100 mg/L), with adsorption time of 30 minutes. The volatile material and ash content in the Flamboyant pod samples were 80 and 2.4%, respectively. The average contents of cellulose, hemicellulose and lignin in Flamboyant pods were 27.0; 24.5 and 28.0%. The C/H ratio for Flamboyant pods was 7.3. The data obtained during the pyrolysis of the biomass indicate that the temperature of the process had a negative regression coefficient (-3.85) for obtaining coal, indicating that the increase in temperature from 408 to 691 ºC favors a decrease in the yield of the material. During the characterization of the charcoal produced, a C/H ratio of 28.3 was observed, a value approximately 4 times higher when compared to the precursor biomass. In the thermogravimetric analysis of activated carbon, a final residue of approximately 73% was observed, detected at a temperature of 900 oC. During the methylene blue adsorption test using a sample of activated carbon produced in this investigation, results of dye removal efficiency above 93% were obtained. For the response of the experimental design adsorption ratio (Q), carbon mass and dye concentration (both with p-value less or equal to 0,05) are variables with statistically significant effects in the adsorption step. The data presented show that the temperature of the coal manufacturing process interferes with the Iodine Number of the adsorbent material. The lowest iodine number observed was 110 mgI2/g, with a value of 623 mgI2/g obtained for a sample of coal produced at 691 oC. |
| URI: | http://hdl.handle.net/11612/5934 |
| Appears in Collections: | Mestrado em Engenharia Ambiental |
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