Valorização de caroços de frutas regionais e captura de CO2

Abstract

Caroços de frutas regionais (tamarindo, umbu, seriguela e cajá), provenientes de uma indústria de polpa de frutas foram caracterizados utilizando as normas ASTM, quantificação dos componentes por Van Soest, FTIR, DRX, TG, DSC e EDX. As biomassas estudadas apresentaram um grande potencial para o uso na geração de energia e produção de carvão. Os caroços de cajá foram utilizados inteiros como matéria prima para a produção de carvões ativados a 500°C e posteriormente avaliados como adsorvente na captura de CO2 . Os materiais foram ativados quimicamente por impregnação com HNO3, H3PO4 e KOH ou fisicamente ativado com CO2 após uma prévia pirólise. As amostras de carvão ativado foram caracterizadas por EDX, MEV, TGA, espectroscopia Raman, análise textural (BET, Langmuir, DFT e Dubinin-Astakhov) e por titulação ácido-base. A capacidade de adsorção CO2 e regeneração do adsorvente foi investigada por TGA. Os resultados indicam que a capacidade de adsorção de CO2 pode ser maximizada em superfícies altamente básica de microporos menores que 1 nm. O carvão ativado com KOH mostrou capacidade elevada e estável adsorção de CO2 durante 10 ciclos a 40°C. Num segundo momento a biomassa triturada e pirolisada a 400°C foi impregnada com KOH e ativada em 500 e 700°C. Esses novos materiais foram caracterizados pelos métodos já citados, acrescentando a caracterização por DRX para avaliar os parâmetros cristalográficos da estrutura carbonácea. Em geral, diminuiu a grafitização dos carvões ativados e uma melhora significativa da estrutura microporosa foi observada com o aumento a temperatura de 500 para 700°C. Poros na faixa de tamanho de 0,85-1,0 nm foram comprovados como uma característica importante para a adsorção de CO2 em baixas pressões. Assim, a amostra ativada numa menor temperatura (500°C), apresentou elevada capacidade de adsorção por modulação de pressão nas temperaturas avaliadas (10,5 mmol g -1 CO2, a 0 °C; 7,3 mmol g-1 de CO2, a 25 °C, e 4,9 mmol g-1 de CO2, a 75 °C) e uma captura de CO2 altamente estável após 10 ciclos de adsorção-dessorção, a 75 °C.

Stones of regional fruits (tamarind, umbu, red and yellow mombin) provided by a fruit pulp industry were characterized using ASTM standards, quantification of components by the Van Soest method, FTIR, XRD, TG, DSC and EDX. These biomasses showed a great potential as raw materials for power generation and production of activated carbons. The yellow mombin stones were used as raw material for producing activated carbons at 500 °C and subsequently evaluated as adsorbent for CO2 capture. The materials were chemically activated by impregnation with HNO3, H3PO4 and KOH or physically activated with CO2 after pyrolysis.The activated carbons were characterized by EDX, SEM, TGA, Raman spectroscopy, surface area measurement (BET, Langmuir, DFT and Dubinin-Astakhov) and acid-base titration. The adsorption capacity of CO2 and regeneration of the adsorbent was investigated by TG. The results show that CO2 adsorption capacity can be maximized in highly basic surfaces with micropores smaller than 1 nm. The carbons activated with KOH showed high and stable CO2 adsorption capacity for 10 cycles at 40°C. In order to investigate the influence of the activation temperature, the biomass w as initially pyrolyzed at 400°C; impregnated with KOH and then heated at 500 and 700°C. These new materials have been characterized by the above mentioned methods and by XRD to evaluate the crystallographic parameters of the carbonaceous structure. In general, the extent of graphitization of the activated carbons decreased and a significant improvement in the microporous structure was observed with increasing the activation temperature from 500 to 700 ° C. Pores in the size range 0.85-1.0 nm have proven to be an important feature for the adsorption of CO2 at low pressures. Thus, the sample activated at a lower temperature (500°C), showed a high adsorption capacity in a PSA process at the investigated temperatures (10.5 mmol g-1 CO2 at 0°C, 7.3 g mmol-1 CO2 at 25 °C, and 4.9 mmol g-1 CO2, 75 °C) and a highly stable CO2 capture after 10 cycles of adsorption-desorption at 75 °C.