Efeito do uso de diferentes aditivos na produção de hidrochar obtido da mistura bagaço de cana-de-açúcar e vinhaça com potencial para aplicação agrícola

Abstract

Durante o processo de obtenção de açúcar e álcool são geradas quantidades elevadas de resíduos, tais como bagaço de cana-de-açúcar e vinhaça. Neste trabalho foi produzido hidrochar, utilizando a mistura bagaço de cana-de-açúcar e vinhaça, que possa ser empregado como fornecedor de nutrientes ao solo. Para tal, o processo de carbonização hidrotérmica (CHT) dos resíduos foi conduzido na presença de aditivos ácidos (H2SO4, H3PO4, H3BO3), básicos (NaOH, KOH) e salinos (FeCl2, (NH4)2SO4), em três temperaturas e tempo de reação fixo. Nos hidrochars foram determinados o rendimento em massa, teor de umidade, cinzas, matéria orgânica, e foram feitas as caracterizações por espectroscopia no infravermelho (FTIR), análise elementar (CHNS), difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e quantificação de nutrientes (K, Ca, P, Mg, B, Zn, Cu, Mn, Fe). As águas de processo geradas na CHT, foram caracterizadas quanto ao pH, cor, turbidez, condutividade elétrica, concentração de carbono orgânico total (COT) e concentração de nutrientes. Os resultados indicaram que na presença dos aditivos, principalmente do H3PO4e (NH4)2SO4, o rendimento do hidrochar aumentou à medida que o teor de cinzas aumentou devido à precipitação de fosfatos e sulfatos conforme observado por DRX. A temperatura de carbonização hidrotérmica teve influência no grau de carbonização dos hidrochars, os quais apresentaram maior teor de carbono na maior temperatura. O aumento da temperatura proporcionou maior imobilização de Ca, Mg, K, Mn, Zn, B, P e Fe em todos os hidrochars produzidos. H3PO4 e NaOH imobilizaram maior quantidade de P, Mg e Mn, enquanto Ca foi imobilizado em maior quantidade na presença de H3PO4. A imobilização de B, não presente nas matérias-primas de partida, foi possível com a adição de H3BO3. Portanto, utilizando o processo de CHT, os principais elementos da vinhaça, do bagaço de cana-de-açúcar e dos aditivos podem ser concentrados nos hidrochars, sugerindo que esses materiais podem ser utilizados como fornecedores de nutrientes ao solo.

During the process of obtaining sugar and alcohol, high amounts of residues are generated, such as sugarcane bagasse and vinasse. This work proposes to produce hydrochar, using the sugarcane bagasse and vinasse mixture, which can be used as a supplier of nutrients to the soil. The hydrothermal carbonization process (HTC) of the residues was conducted in the presence of acidic (H2SO4, H3PO4, H3BO3), basic (NaOH, KOH) and saline (FeCl2, (NH4)2SO4) additives, at three temperatures and fixed reaction time. On the hydrochars was determined the mass yield, moisture content, ash, organic matter, and characterizations were made by Infrared spectroscopy (FTIR), elemental analysis (CHNS), X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) and quantification of nutrients (K, Ca, P, Mg, B, Zn, Cu, Mn, Fe). The process water generated in the HTC were characterized as pH, color, turbidity, electrical conductivity, concentration of total organic carbon (TOC) and nutrient concentration. The results indicated that in the presence of the additives, mainly H3PO4 and (NH4)2SO4, the yield of the hydrochar increased as the ash content increased due to the precipitation of phosphates and sulphates as observed by XRD. The temperature of hydrothermal carbonization influenced the degree of carbonization of the hydrochars, which they presented higher carbon content at the higher temperature. The increase in temperature caused higher immobilization of Ca, Mg, K, Mn, Zn, B, P and Fe in all the hydrochars produced. H3PO4 and NaOH immobilized higher amounts of P, Mg and Mn, while Ca was immobilized in higher quantities in the presence of H3PO4. The immobilization of B, not present in the starting raw material, was possible with the addition of H3BO3. Therefore, using the HTC process, the main elements of vinasse, sugarcane bagasse and additives can be concentrated in the hydrochars, suggesting that these materials can be used as suppliers of nutrients to the soil.