Desenvolvimento de criogéis de celulose/biochar

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Lazzari, Lídia Kunz
• Orientador(a): Santana, Ruth Marlene Campomanes
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Aerogéis; Celulose; Biochar; Propriedades dos materiais
• Palavras-chave em Inglês: Cellulose; Cryogel; Adsorption; Thermal insulation
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/235530

Os criogéis de celulose são materiais sólidos que apresentam baixa densidade, comparável a espumas de poliuretano e poliestireno expandido, e são muito estudados nas áreas de adsorção e isolamento térmico devido sua elevada porosidade (acima de 90%) e baixa condutividade térmica (próxima a do ar – 0,03 W m-1 K-1). A utilização de estruturas de carbono, tais como o grafeno e nanotubos de carbono, em criogéis, cresce a cada ano, porém o alto custo e tecnologia na sintetização desses materiais torna-os custosos nos processos industriais. Visando a diminuição de custos, a substituição dessas estruturas pelo biochar, torna-se interessante visto que o mesmo pode ser produzido a partir de resíduos agrícolas. A utilização do biochar como reforço para criogéis de celulose trás propriedades interessantes para o mesmo, como o aumento da resistência mecânica e capacidade de adsorção (óleos, corantes,...). O presente trabalho teve como objetivo produzir criogéis de celulose/biochar e estudar estes materiais quanto a suas propriedades mecânicas, térmicas e de adsorção. Inicialmente foram comparados os criogéis de celulose/biochar com criogéis de celulose/nanoplaquetas de grafeno (GNP), para avaliar o comportamento das propriedades do biochar em relação as GNPs. Os criogéis foram produzidos a partir de uma suspensão de celulose com concentração de 1,5% (m/m) obtida em um moinho de pedras, e a esta foi adicionado o biochar em concentração de 0-100% (m/m) em relação a concentração de celulose. A suspensão de celulose/biochar foi congelada e liofilizada para a obtenção dos criogéis. Foram avaliadas as propriedades mecânicas, térmicas e de adsorção dos criogéis, sendo que no contexto geral, o biochar apresentou potencial para ser utilizado na substituição de estruturas de carbono comercialmente utilizadas, tal como as nanoplaquetas de grafeno. Na sequência do trabalho, foram avaliadas diferentes concentrações de celulose e biochar nos criogéis e avaliadas suas influências nas propriedades de condutividade térmica e capacidade de adsorção de óleos. Os criogéis de celulose/biochar, apresentaram porosidade acima de 90% e densidade aparente inferior a 0,035 g cm-3, o que demostram que são materiais extremamente leves. A adição do biochar aos criogéis de celulose proporcionam um aumento de cerca de 60% na resistência a compressão do mesmo. A condutividade térmica dos criogéis foi de 0,021 a 0,026 W m-1K-1, a adição do biochar não apresentou influência significativa nesta propriedade. Porém os criogéis de celulose/biochar possuem capacidade para serem utilizados como isolantes térmicos devido sua condutividade térmica ser muito próxima a condutividade térmica do ar e também aos materiais utilizados comercialmente. Para a capacidade de adsorção, a adição de 5% de biochar (m/m em relação a celulose) ao criogel de celulose aumentou cerca de 76% a capacidade de adsorção de petróleo. No estudo da cinética e isoterma de adsorção os modelos que mais se ajustaram ao processo foram pseudossegunda ordem e Langmuir, respectivamente. Com isso, conclui-se que o processo de adsorção de petróleo pelo criogel de celulose ocorre em monocamada. No geral, a utilização do biochar como substituto de estruturas de carbono em criogéis de celulose, apresentou propriedades semelhantes aos produtos comerciais utilizados como adsorventes e isolantes térmicos mostrando-se adequados para estas aplicações.