Search

Os resíduos de coco representam um grande passivo ambiental nas regiões costeiras do Brasil em especial no Nordeste. Neste trabalho foi realizada a otimização do processo de pirólise deste resíduo para a geração de bio-óleo e biochar, que são os principais produtos da pirólise, reduzindo assim seu impacto ambiental e propondo formas de agregar valor aos resíduos de coco. Primeiramente a composição qualitativa e semi-quantitativa do bio-óleo foi determinada por GC×GC/qMS, apresentando elevada quantidade de compostos fenólicos, de alto valor agregado. Na sequência, o biochar foi caracterizado e testado como catalisador na produção de um bio-óleo com melhor composição química. A melhor condição de pirólise catalítica estudada foi utilizando 5% do biochar, aumentando em cerca de 75% no seu valor agregado aproximado, indicando a viabilidade de implementação de uma biorrefinaria baseada nos resíduos da agroindústria, em especial as cascas de coco verde. Desenvolveu-se também o primeiro método de fast-GC×GC, combinado com detector de espectrometria de massas por tempo de voo (TOFMS) para analisar a amostras de bio-óleo, o qual apresentou um aumento no sinal cromatográfico e redução do ruído. O fast-GC×GC manteve todas as informações cromatográficas obtidas por GC×GC convencional, reduzindo drasticamente o tempo total de análise. Por fim, usando o método de fast-GC×GC otimizado, avaliou-se o efeito na variação da taxa de aquisição de dados sobre o resultado analítico, concluindo que, sob condições de fast-GC×GC/TOFMS, é importante usar taxas de aquisição mais altas (200-300 Hz), levando a melhoria na reconstrução do pico e a uma melhor caracterização da amostra. Coconut waste represents a major environmental liability in the coastal regions of Brazil, especially in the Northeast. In this work, the pyrolysis process of this residue was optimized for the generation of bio-oil and biochar, which are the main products of pyrolysis, thus reducing its environmental impact and proposing ways to add value to these materials. Firstly, the qualitative and semi-quantitative composition of the bio-oil was determined by GC×GC/qMS, finding high amount of phenolic compounds, with high added value. Following this, the biochar was characterized and tested as a catalyst in the production of a bio-oil with better chemical composition. The best catalytic pyrolysis condition studied was 5% biochar, increasing 75% its approximated added value, indicating the feasibility of implementing a biorefinery based on agroindustry residues, especially green coconut shells. Subsequently, the first fast-GC×GC method combined with a time-of-flight mass spectrometer (TOFMS) was developed to analyze bio-oil samples, which showed an increase of the chromatographic signal and noise reduction. The fast-GC×GC maintained all chromatographic information obtained by conventional GC×GC, dramatically reducing the total analysis time. Finally, using the optimized fast-GC×GC method, it was evaluated the effect of data acquisition rate on the analytical result, concluding that on fast-GC×GC/TOFMS, it is important to use high acquisition rates (200-300 Hz), improving peak reconstruction and producing better sample characterization.

Uma alternativa de aproveitamento da fibra da casca do coco verde (Cocos nucifera L. var. nana.) é a geração de bio-óleo através do processo de pirólise, o qual é aplicado neste trabalho. Também foram empregados dois tipos de processos de upgrading (melhoramento das qualidades) do bio-óleo produzido. O primeiro processo consiste na extração alcalina, usando uma solução de hidróxido de sódio (NaOH) para gerar uma fração ácida e uma fração neutra. A fração ácida apresenta uma elevada quantidade de compostos fenólicos, podendo ser utilizada na produção de derivados químicos. Em contrapartida, a fração neutra pode ser indicada como aditivo para combustíveis (hidrocarbonetos) ou como fonte de matéria prima para a indústria de cetonas e aldeídos. O outro processo de upgrading utilizado foi a extração de alguns compostos da fibra de coco antes do processo de pirólise. Nesta etapa utilizou-se o ultrassom e a extração com Soxhlet tendo o hexano como solvente extrator. O principal objetivo foi a retirada de glicerídeos, ácidos e ésteres que tendem a não se decompor termicamente, produzindo um bio-óleo de menor qualidade. A principal característica dos bio-óleos gerados neste processo foram os baixos teores de hidrocarbonetos, ésteres e ácidos graxos e elevados teores de fenóis, de forma similar à fração ácida, sendo indicado para indústrias de resinas fenol-formaldeído e flavorizantes na indústria alimentícia. Em ambos os processos, a técnica de cromatografia gasosa bidimensional abrangente comprovou a grande eficiência na caracterização das amostras. An alternative utilization to coconut shell fiber (Cocos nucifera L. var. Nana.) is the generation of bio-oil by pyrolysis process, which is applied in this work. Were also employed two types of upgrading processes (improvement of quality) of the produced bio-oil. The first process consists in the alkaline extraction, using a sodium hydroxide solution (NaOH) to generate an acidic fraction and a neutral fraction. The acid fraction has a high amount of phenolic compounds, indicanting its potential use in the production of chemical derivatives. In contrast, the neutral fraction may be indicated as an additive to fuels (hydrocarbons) or as raw material source to ketone and aldehyde industries. The other upgrading process was the extraction of some compounds presents in coconut fiber before pyrolysis. In this step was used ultrasound and Soxhlet extraction with hexane as solvent extractor. The main objective is the removal of glycerides, acids and esters, which does not tend to suffer a thermal decomposition, producing a lower quality bio-oil. The main characteristic of bio-oil obtained from this process were low levels of hydrocarbons, esters and fatty acids and high levels of phenols, like the acidic fraction, being indicated for phenol-formaldehyde resins industries and flavorings in food industry. In both processes, GC×GC proves to be highly efficient for the total characterization of the samples.

The population growth also provides an increase in the consumption of chemical compounds, lack of resources and criteria for treating the generated waste points out to an increasing accumulation of emerging pollutants in the environment, among which, caffeine stands out. Residue from coconut cultivation, the leaves of the coconut palm Cocos nucífera L, are used in this work for biochar production through pyrolysis process at 500 oC and later analysis of this biomass by thermogravimetry (TGA). The biochar generated were activated with potassium carbonate (K2CO3) to be used as an adsorbent for caffeine in aqueous media. The ray diffraction analysis (XRD) performed on activated shows a predominantly amorphous structure and the study of pH at the zero charge point (pHPZC) showed a value of 7.9. In the nitrogen adsorption by the Brunauer, Emmett and Teller (BET) method, the adsorbent under study showed a predominance of mesopores, in the order of 45.48 ηm and a surface area of 678.03 m2 /g, which are quite acceptable data when compared to other processes and biomasses mainly for the time and temperature necessary for the equilibrium, 40 minutes and 30 oC. Using statistical tools to adjust the experiments to models defined in the literature, the adsorption kinetics suggests a pseudo-second order process where the intraparticle diffusion can be neglected, the adsorption isotherms were adjusted for the Redlich-Peterson model and a type L curve in the model proposed by Giles, both models defining that the difference in concentration between adsorbent and adsorbate controls ou conduct the process. The thermodynamic parameters calculated at temperatures of 30, 40 and 50 oC resulted in a system where the Gibbs free energy (ΔG °) with negative values defines that the adsorption occurs spontaneously and the enthalpy (ΔH °) with the value of - 28 , 35 kJ / mol for a process governed by physical adsorption. CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior O crescente aumento populacional proporciona também o aumento do consumo de compostos químicos, falta de recursos e critérios para tratamento dos resíduos gerados aponta para um crescente acúmulo dos poluentes emergentes no meio ambiente, dentre eles, destaca-se a cafeína. Resíduo da cocoicultura, as folhas do coqueiro Cocos nucífera L, são utilizadas neste trabalho para a produção de biocarvão pelo processo de pirólise a 500 oC após análise desta biomassa por termogravimetria (TGA). O biocarvão gerado é ativado com carbonato de potássio (K2CO3) para ser usado como adsorvente da cafeína em meio aquoso. A análise de difração de raio (DRX) realizada no carvão ativado aponta para uma estrutura predominantemente amorfa e o estudo do pH no ponto de carga zero (pHPZC) apresentou o valor de 7,9. Na Adsorção de nitrogênio pelo método Brunauer, Emmett e Teller (BET) o adsorvente em estudo apresentou a predominância de mesoporos, da ordem de 45,48 ηm e uma área superficial de 678,03 m2 /g, dados bastante aceitáveis quando comparados a outros processos e biomassas principalmente pelo tempo e temperatura necessário para o equilíbrio (40 minutos e 30 oC). Usando recursos estatísticos para ajuste dos experimentos a modelos definidos na literatura, a cinética de adsorção sugere um processo em pseudo-segunda ordem onde a difusão intrapartícula pode ser desprezada, as isotermas de adsorção foram ajustadas para o modelo de Redlich-Peterson e uma curva tipo L no modelo proposto por Giles, ambos os modelos definindo que a diferença de concentração entre adsorvente e adsorvato regem o processo. Os parâmetros termodinâmicos calculados nas temperaturas de 30, 40 e 50 oC resultaram num sistema onde a energia livre de Gibbs (ΔG°) com valores negativos define que a adsorção ocorre de forma espontânea e a entalpia (ΔH°) com o valor de – 28,35 kJ/mol para um processo regido por adsorção física.