Estudo de biocarvões obtidos a partir de lodo de esgoto com catalisadores para a valorização de furfural

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Madriaga, Vinicius Gomes da Costa
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Carvão vegetal; Lodo de esgoto doméstico; Biomassa; Catalisador; Composto bioquímico; Pirólise; Catálise heterogênea; Química verde
• Link de acesso: http://app.uff.br/riuff/handle/1/29122

No contexto de uma ampla utilização e dependência do petróleo como fonte não renovável para diversos produtos relevantes na sociedade moderna, diferentes estudos têm se concentrado em formas de valorizar a biomassa com o intuito de se obter compostos de valor agregado para indústria a partir de uma fonte limpa. Este trabalho tem como objetivo estudar dois catalisadores ambientalmente amigáveis obtidos através de lodo de esgoto: o lodo cru (CLETE) e após o processo de decantação (CLC) para a valorização do furfural, uma molécula plataforma obtida a partir da biomassa que apresenta diversas possibilidades de conversão. Os catalisadores foram sintetizados por um processo de pirólise dos respectivos lodos que ocorreu em atmosfera inerte a 380 °C por duas horas, dando origem ao biocarvão. As propriedades estruturais e químicas foram estudadas por diversas técnicas revelando que ambos os materiais são compostos por uma fração orgânica, formada no processo de pirólise, e uma fração de cinzas, constituída de compostos inorgânicos. Além disso, há um teor metálico significativo nas duas amostras, que funcionam como sítios ácidos de Lewis, e outros óxidos que apresentam acidez de Brønsted. A caracterização da superfície revelou que ambos os materiais são bastante heterogêneos, possuindo diferentes domínios morfológicos, além de uma baixa área específica. A composição da superfície, avaliada por XPS, mostrou que ambos os biocarvões estão recobertos com a fração orgânica, porém, alguns compostos metálicos foram identificados na superfície. Em especial no CLETE, a presença de hidróxido de cálcio indicou a presença de sítios básicos. A investigação da acidez dos materiais demonstrou que o CLETE possui uma maior acidez, porém, ambos os biocarvões apresentaram acidez de Brønsted e de Lewis, atingindo valores de acidez total de 0,55 e 0,36 mmol/g de para o CLETE e o CLC, respectivamente. Os resultados de conversão do furfural mostraram a formação de cinco produtos diferentes, sendo o álcool furfurílico o que apresentou a maior seletividade. Além disso, a conversão de furfural chegou a 47,8% para o CLC e 59,6% para o CLETE para diferentes produtos de valor agregado incluindo ésteres, éteres e cetonas derivadas. Um estudo das condições reacionais mostrou que para o CLC, o aumento da temperatura, a diminuição do volume de reação e o aumento da massa de catalisador favorecem a formação do álcool furfurílico, enquanto no CLETE isso não ocorre. O reuso do catalisador e aumento de escala revelaram que apesar da queda drástica da conversão devido aos efeitos de difusão, os catalisadores parecem não sofrer severas modificações nas suas estruturas após os reusos, como foi avaliado por TGA, DRX, Fisissorção de N2 e FTIR. Portanto, ambos os catalisadores são eficientes para uma série de reações de conversão do furfural, podendo ser aplicados para diferentes processos de valorização da biomassa.