Carvões ativados a partir de resíduos de biomassa de espécies amazônicas utilizando diferentes processos de carbonização para armazenamento de gases

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2018.Neste trabalho, foram preparados carvões ativados de resíduo de biomassa amazônica (caroço de açaí, casca de cupuaçu, ouriço de castanha e caroço de andiroba) por diferentes meios de carbonização, hidrotérmica assistida por micro-ondas (CHM), carbonização hidrotérmica e carbonização convencional, sob diferentes rotas de ativação, (ativação física com CO2, ativação química com hidróxido de sódio (KOH) e ácido fosfórico (H3PO4), avaliar o emprego dos carvões para armazenamento de metano a alta pressão ( 100 bar) e CO2 a baixa pressão (1 bar),. Avaliar o armazenamento de CO2 em um carvão ativado de casca de cupuaçu, preparado por carbonização convencional e ativado com (KOH) sob diferentes temperaturas de ativação e razão KOH/precursor, preparar carvão ativado por CHM e ativado com CO2 e carbonização convencional ativado com KOH de caroço de açaí para armazenamento de metano, preparar e caracterizar carvões ativados de caroço de açaí, casca de cupuaçu e caroço de andiroba, por carbonização hidrotérmica convencional e ativados com CO2 e carbonização convencional por forno horizontal e ativados com H3PO4. As matérias-primas foram caracterizadas por espectroscopia de absorção atômica (AAS), Microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise termogravimétrica (TG) e análise elementar. Os carvões ativados, foram caracterizados quanto a sua área superficial (BET), química de superfície (TPD), termogravimétricas, microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (DRF), espectroscopia de fotoelétrons por raios X (XPS) e espectroscopia Raman. Os resultados obtidos para o armazenamento de metano com os carvões ativados preparados por CHM e ativados com CO2 foram 151, 150 e 129 V/V (volume/volume) para as amostras de cupuaçu, açaí e ouriço de castanha respectivamente, apresentando valores similares aos preparados com outras biomassas presentes na literatura. Os resultados dos carvões ativados preparados por ativação química com KOH e temperatura de 600 e 700 ºC para armazenamento de CO2 a 0 ºC e 25 ºC variaram de 3,8 a 4,4 mmol/g e 6,2 a 7,8 mmol/g respectivamente, valores elevados para carvões ativados com biomassa de frutos, os carvões ativados preparados por carbonização hidrotérmica e convencional apresentaram áreas superficiais próximas a 2000 m2/g, sendo obtidos valores de área superficial superiores a 2600 m2/g para as amostras ativadas com H3PO4. Os resultados sugerem que o emprego de biomassa amazônica para o preparo de carvão ativado proporciona materiais com microporos e mesoporos que podem ser utilizados no armazenamento e captura de gases.Abstract : In this work, activated carbons of amazon biomass residues (assai stone, cupuaçu shell, Brazil nut pod and andiroba stone) were prepared by different carbonization means microwave assisted hydrothermal (CHM), hydrothermal carbonization and conventional carbonization (physical activation with CO2, chemical activation with sodium hydroxide (KOH) and phosphoric acid (H3PO4), to evaluate the use of the coals for the storage of high pressure methane (100 bar) and low pressure CO2 (1 bar), evaluate CO2 storage in cupuaçu shell activated carbon, prepared by conventional carbonization and activated with (KOH) under different activation temperatures and KOH/precursor ratio, prepare CHM activated carbon and activated with CO2 and activated carbon with assai stone KOH for methane storage, prepare and characterize activated carbon of assai stone, cupuaçu shell and andiroba stone, by conventional hydrothermal carbonization and activated with CO2 and conventional carbonization by horizontal oven and activated with H3PO4. The raw materials were characterized by atomic absorption spectroscopy (AAS), scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric (TG) analysis and elemental analysis. The activated carbons were characterized by their surface area (BET), surface chemistry (TPD), thermogravimetric, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), photoelectron spectroscopy by X-rays (XPS) and Raman spectroscopy. The results obtained for the storage of methane with the activated carbons prepared by CHM and activated with CO2 were 151, 150 and 129 V/V (volume/volume) for the cupuaçu shell, assai stone and Brazil nut pod samples respectively, presenting values like those prepared with other biomasses present in the literature. Results of the activated carbons prepared by chemical activation with KOH and temperature of 600 and 700 °C for CO2 storage at 0 °C and 25 °C ranged from 3.8 to 4.4 mmol/g and 6.2 to 7.8 mmol/g respectively, high values for activated carbon with fruit biomass, the activated carbons prepared by hydrothermal and conventional carbonization presented surface areas close to 2000 m2/g, obtaining surface area values higher than 2600 m2/g for H3PO4 activated samples. The results suggest that the use of Amazonian biomass for the preparation of activated carbon provides materials with micropores and mesopores that can be used in the storage and capture of gases