Solar pyrolysis and electrical furnace pyrolysis of Luffa cylindrica fibers to obtain adsorbent biochar

Abstract

Na última década, muitos estudos comprovaram a eficiência das fibras de Luffa cylindrica em várias aplicações de adsorção de águas residuais. Porém, uma vez que os contaminantes são removidos da água pelas fibras naturais, um novo resíduo sólido é gerado. Uma ótima alternativa de tratamento para diminuir o impacto ambiental desses resíduos sólidos é o processo de pirólise. Pirólise, a decomposição térmica de compostos orgânicos na ausência de oxigênio em altas temperaturas, foi amplamente desenvolvida como uma plataforma promissora para a produção de combustíveis e produtos químicos a partir de vários tipos de biomassa. Os principais produtos desse processo são biocarvão, bio-óleo e gás de síntese. Embora os produtos voláteis sejam geralmente associados a fins energéticos, alguns biocarvões têm sido amplamente estudados e aplicados com sucesso como materiais adsorventes. Um grande desafio da pirólise de biomassa é a necessidade de aquecer a matéria-prima em altas temperaturas, o que aumenta os custos econômicos e ambientais do processo. Para resolver esse problema, uma alternativa é realizar o aquecimento com energia solar concentrada. Dois pirolisares solares de diferentes designs foram construídos neste trabalho, um com coletor de calha parabólica e o outro com coletor de prato parabólico. Os custos de construção foram de R$ 10.000 e R$ 200, respectivamente. Os cálculos de transferência de calor estão disponíveis como resultado deste trabalho. Este projeto de pesquisa estudou a pirólise lenta de Luffa cylindrica para a obtenção de biocarvão nos pirolisados solares e em um reator elétrico. Diferentes temperaturas terminais (300, 400 e 500 °C) e taxas de aquecimento (2, 10 e 20 ° C.min-1) foram testadas sob atmosfera de nitrogênio no forno elétrico. O experimento de pirólise solar foi realizado no reator com coletor de prato parabólico sob fluxo de nitrogênio por 1 hora, chegando a temperaturas de até 417 °C. O pirolisador de calha parabólica não foi operacionalizado até a redação deste documento devido a questões técnicas e logísticas. Os biocarvões obtidos foram caracterizados via número de iodo, TG/DTG, FTIR, PCS e MEV. A influência dos parâmetros de pirólise no rendimento, composição, grupos funcionais de superfície, poder calorífico e morfologia dos biocarvões foi estudada e discutida neste trabalho. Todos os biocarvões produzidos e um carvão ativado comercial também foram submetidos a testes de adsorção de iodo para avaliar a influência dos parâmetros do processo no desempenho de adsorção. Os objetivos definidos para este trabalho foram cumpridos, uma vez que os pirolisadores solares propostos foram construídos, a pirólise lenta de Luffa cylindrica foi estudada com detalhes ainda não vistos na literatura e biocarvões com boas propriedades adsortivas foram obtidos.