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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Bambu como alternativa para produção de carvão ativado
Title Alternative: Bamboo as alternative for activated carbon production
Author: Hernández Mena, Laidy Esperanza, 1986-
Advisor: Bizzo, Waldir Antônio, 1955-
Abstract: Resumo: O carvão ativado é um material com alto conteúdo de carbono eficaz na adsorção de poluentes em soluções aquosas, incluindo metais pesados, corantes, produtos orgânicos e farmacêuticos. A produção de carvão ativado a partir de biomassas de origem residual e renovável é justificada por motivos ambientais e econômicos. Este estudo investiga a produção de carvão ativado do bambu da especie "Merostachys skvortzovii" por pirólise lenta de acordo com métodos de ativação física e química. O "M. skvortzovii" é uma espécie de bambu nativo do Brasil também conhecido como taquara-lixa. Pode ser encontrado principalmente nas regiões de São Paulo, Paraná, Rio Grande do Sul e Santa Catarina, embora também cresça em outras áreas como nas regiões da América Central e do Sul. O método de ativação físico envolveu dois diferentes agentes ativadores que foram CO2 e ar. O método de ativação químico envolveu agentes ativantes H3PO4 e KOH. O planejamento experimental foi utilizado para a síntese de carvões ativados produzidos. O método de ativação físico foi realizado seguindo um planejamento fatorial tendo como fatores a temperatura de ativação e o tempo de ativação. O método de síntese química foi realizado seguindo um planejamento fatorial tendo como fatores a temperatura de ativação, tempo de ativação, taxa de impregnação e agente de ativação química. O bio-carvão e os carvões ativados produzidos foram avaliados e testados como adsorventes para a remoção do azul de metileno numa solução aquosa. A avaliação técnica incluiu uma caracterização detalhada de propriedades físicas e características químicas usando uma combinação de métodos analíticos como análise elementar e imediata, composição estrutural, microscopia eletrônica de varredura (MEV/EDS), estudos espectroscópicos de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), propriedades de área superficial usando o método de BET, assim como testes de pirólise lenta através de análise termogravimétrica (TGA / DTG) para compreender o comportamento de decomposição da matéria-prima. Testes experimentais sob diferentes condições foram conduzidos para maximizar a capacidade de adsorção e as caraterísticas de área superficial específica dos produtos finais. O planejamento experimental foi utilizado para a síntese de carvões ativados produzidos. De acordo com a análise estatística obtida a partir da análise de variância, durante a ativação física, constatou-se que a temperatura foi o fator mais relevante no processo de ativação. A área superficial máxima de BET alcançada pela ativação com CO2 foi de 350 m^2/g enquanto que para a ativação com ar foi de 250 m^2/g. Para ativação química, os agentes de ativação H3PO4 e KOH desempenharam os papéis mais significativos nas propriedades. A área superficial máxima de BET alcançada pela ativação com H3PO4 foi de 736 m^2/g, enquanto para a ativação com KOH foi de 1423 m^2/g. Os resultados obtidos mostraram que é possível obter carvões ativados de alta qualidade a partir de bambu, utilizando ativação física e química.

Abstract: Activated carbon is a material with a high carbon content and effective in the adsorption of pollutants from aqueous solutions, including heavy metals, dyes, organics and pharmaceuticals products. The production of activated carbon from residual and renewable biomass is justified for environmental and economic reasons. This study investigates the production of activated carbon from "Merostachys skvortzovii" bamboo by slow pyrolysis in accordance with physical and chemical activation methods. "M. skvortzovii" is a native bamboo species from Brazil, also is known as "taquara-lixa" . This species can be found mostly along the "Floresta Ombrófila Mista" (Araucaria forest) particularly in the regions of São Paulo, Paraná, Rio Grande do Sul and Santa Catarina, although it grows in other regions of Central and South America. The physical activation method involved two different activating agents that were CO2 and air. The chemical method involved H3PO4 and KOH agents. The experimental design were used for the physical and chemically activated carbons produced. The physical method was performed following a factorial design having as factors the activation temperature and activation time. The chemical synthetic method was performed following a factorial design having as factors the activation temperature, activation time, impregnation rate and chemical activation agent. The biochar and activated carbon were evaluated and tested as adsorbents for the removal methylene blue in an aqueous solution. The technical evaluation included a detailed characterization of physical properties and chemical characteristics using a combination of analytical methods as elemental and proximate analysis, structural composition, scanning electron microscopy (SEM/EDX), the Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopic studies, surface area properties using BET equation as well as slow pyrolysis tests through thermogravimetric analysis (TGA/DTG) to understanding the decomposition behavior of the feedstock. Experimental test under different conditions have been conduced in order to maximize the adsorption capacity and BET surface of the final product. According to the statistical analysis obtained from the analysis of variance, during the physical activation, temperature has been found to be the most relevant factor. The maximum BET surface area achieved by CO2 activation was 350 m^2/g while for air activation was 250 m^2/g. For chemical activation the activation agents H3PO4 and KOH played the most significant roles in the properties. The maximum BET surface area achieved by H3PO4 activation was 736 m^2/g while for KOH activation was 1423 m^2/g. The results obtained show that it is feasible to produce activated carbon with high-quality from bamboo using physical and chemical activation
Subject: Bambu
Carvão
Pirólise
Adsorção
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: HERNÁNDEZ MENA, Laidy Esperanza. Bambu como alternativa para produção de carvão ativado. 2019. 1 recurso online (120 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/357297. Acesso em: 8 Mar. 2021.
Date Issue: 2019
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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