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http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/11835
Tipo: | Tese |
Título: | Produção e caracterização de biocarvão por pirólise de biomassa de casca de mandioca: avaliação com nutriente e contaminante |
Título(s) alternativo(s): | Production and characterization of biochar from cassava peel biomass: evaluation with nutrient and contaminant |
Autor(es): | Silva, Ricardo Rafaell da |
Primeiro Orientador: | Botero, Wander Gustavo |
metadata.dc.contributor.referee1: | Goveia, Danielle |
metadata.dc.contributor.referee2: | Oliveira, Luciana Camargo de |
metadata.dc.contributor.referee3: | Fernandes, Andrea Pires |
metadata.dc.contributor.referee4: | Bortoluzzi, Janaina Heberle |
Resumo: | O crescimento da agricultura e agroindústria brasileira é um dos principais setores responsáveis pelo crescimento econômico e social do país. Esse desenvolvimento leva ao aumento significativo dos resíduos gerados durante o processo de produção e industrialização, que pode causar contaminação do solo e da água quando inadequadamente descartado. O Brasil é um dos principais produtores de mandioca do mundo. No entanto, o processo de obtenção de produtos dessa cultura traz a preocupação com uma grande quantidade de resíduos gerados. Além disso, as atividades antropogênicas são as principais responsáveis pela contaminação ambiental, trazendo preocupações e desafios constantes para a comunidade científica. O biocarvão de pirólise lenta sob condições controladas é favorável na transformação de resíduos agroindustriais em materiais que possam atuar como condicionadores de solo e/ou remediação ambiental. Assim, este trabalho teve como objetivo produzir e caracterizar biocarvão a partir de casca de mandioca (resíduo agroindustrial) sob diferentes condições de temperatura e avaliar interações com Pb(II) e Ca(II) para aplicações agrícola e ambiental. Os biocarvões foram caracterizados por análise termogravimétrica, análise elementar, espectroscopia de infravermelho e difração de raios-X, além de determinação de espécies metálicas por espectroscopia de emissão atômica por plasma de micro-ondas, pH e pH de ponto de carga zero. Para investigar a eficiência da interação do biocarvão com contaminante (Pb) e nutriente (Ca), a influência do pH e do tempo de contato foram avaliados. A análise elementar evidenciou a influência da temperatura de pirólise na característica do biocarvão. Houve um aumento do pH, pHpcz (ponto de carga zero) e estruturas aromáticas condensadas em biocarvão, devido ao aumento da temperatura de pirólise. Além disso, os biocarvões demonstraram quantidades adsortiva de Pb(II) de 2,03 mg g -1 a 2,37 mg g-1 e uma quantidade de liberação de Ca(II) de 0,655 mg g-1 a 0,765 mg g-1. O modelo cinético de pseudo-segunda ordem descreveu melhor o comportamento cinético de ambos os íons metálicos no adsorvente investigado, o biocarvão de casca de mandioca. Entre os modelos isotérmicos de adsorção, o modelo de Langmuir descreveu melhor os dados experimentais para Pb(II) e Ca(II) para os biocarvões produzidos em menores temperaturas (350 °C e 450 °C), enquanto o modelo de Freundlich, demonstrou melhor capacidade de descrever a adsorção de Ca(II) para os biocarvões produzidos em maiores temperaturas (500 °C e 550 °C). As capacidades máximas de adsorção de Pb(II) e Ca(II) foram de 37,27 mg g-1 e 16,31 mg g-1, respectivamente, sendo alcançadas com o biocarvão produzido na maior temperatura de pirólise (550 °C). A capacidade de complexação dos biocarvões foi de 37,60 mg g-1 a 39,11 mg g-1 para Pb(II) e de 8,66 mg g-1 a 14,21 mg g-1 para Ca(II). Desta forma, os biocarvões produzido a partir de casca de mandioca podem ser uma estratégia viável para aumentar a produção agrícola e reduzir contaminantes. |
Abstract: | The development of Brazilian agriculture and agribusiness is one of the main sectors responsible for the country’s economic and social growth. This development leads to a significant increase in the waste generated during the process of production and industrialization, which may cause soil and water contamination when improperly disposed. Brazil is one of the main cassava producers in the world. However, the process of obtaining products from this culture brings concern about a large amount of waste generated. In addition, the anthropogenic activities are main responsible for environmental contamination, bringing constant concerns and challenges to the scientific community. The biochar from slow pyrolysis under controlled conditions is favorable in the transformation of waste into materials that serve as soil conditioners, and/or environmental remediation. Thus, this work aimed to produce and characterize biochar from cassava peel (agro-industrial residues) under different temperature conditions and evaluate interactions with Pb(II) and Ca(II) for agricultural and environmental applications. The biochar were characterized by thermogravimetric analysis, elemental analysis, infrared spectroscopy and X-ray diffraction, in addition to determination of metallic species by microwave plasma atomic emission spectroscopy, pH and zero charge point pH. To investigate the efficiency of the interaction of biochar with contaminant (Pb) and nutrient (Ca), the influence of pH and contact time were evaluated. The elemental analysis showed the influence of the pyrolysis temperature on the biochar characteristic. There was an increase in pH, pHzpc (zero point charge), and condensed aromatic structures in biochar, due to the increase in pyrolysis temperature. Also, biochar demonstrated a Pb(II) adsorbed amount of 2.03 to 2.37 mg g–1 and a Ca(II) release amount of 0.655 to 0.765 mg g–1 . The pseudo-second order kinetic model better described the kinetic behavior of both metal ions in the investigated adsorbent, the biochar from cassava peel. Among the adsorption isotherm models, the Langmuir model better described the experimental data for Pb(II) and Ca(II) for biochar produced at lower temperatures (350 °C and 450 °C), while the Freundlich model, demonstrated better ability to describe Ca(II) adsorption for biochar produced at higher temperatures (500 °C and 550 °C). The maximum adsorption capacity of Pb(II) and Ca(II) were 37.27 mg g-1 and 16.31 mg g-1, respectively, being achieved with the biochar produced at the highest pyrolysis temperature (550 °C). The complexing capacity of the biochar was 37.60 mg g-1 to 39.11 mg g-1 for Pb(II) and from 8.66 mg g-1 to 14.21 mg g-1 for Ca(II). In this way, biochar produced from residues of cassava peel can be a viable strategy to enhance agricultural production and reduce environmental contaminants. |
Palavras-chave: | Biocarvão - Casca de mandioca Pirólise Condicionador do solo Contaminantes – Adsorção Pyrolysis Contaminants adsorption Nutrients release Soil conditioner Residues reuse |
CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal de Alagoas |
Sigla da Instituição: | UFAL |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Química e Biotecnologia |
Citação: | SILVA, Ricardo Rafaell da. Produção e caracterização de biocarvão por pirólise de biomassa de casca de mandioca: avaliação com nutriente e contaminante. 2023. 85 f. Tese (Doutorado em Química e Biotecnologia) – Programa de Pós-Graduação em Química e Biotecnologia, Instituto de Química e Biotecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2022. |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/11835 |
Data do documento: | 28-nov-2022 |
Aparece nas coleções: | Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IQB |
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Produção e caracterização de biocarvão por pirólise de biomassa de casca de mandioca_avaliação com nutriente e contaminante.pdf | 2.61 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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