Identificação, evolução e transformação de compostos de silício em uma biomassa tratada termicamente até altas temperaturas

Abstract

As técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) acoplada com espectroscopia de energia dispersiva por raios X (EDS), espectroscopia Raman e difração de raios X (DRX) foram usadas com sucesso para observar a localização e morfologia dos fitólitos de sílica (SiO2) em materiais carbonosos derivados de biomassa e sua transformação em partículas de carbeto de silício (SiC) e SiO2 a altas temperaturas de tratamento térmico (TTT). As análises foram conduzidas em materiais carbonosos (carvões) derivados do endocarpo do coco de babaçu (ECB), que naturalmente contém 1,6% em peso de sílica em sua matéria mineral. Observou-se que os carvões de ECB (CECB) com TTT entre 500 e 1200 °C apresentam fitólitos de SiO2 com morfotipo globular echinate com tamanhos entre 12 e 16 μm; estes fitólitos concentram-se principalmente em torno da superfície das fibras submilimétricas carbonosas presentes no endocarpo do coco de babaçu e também na matriz carbonosa geral do material. Os fitólitos não são encontrados no interior das fibras submilimétricas carbonosas. Na TTT de 1200 °C os fitólitos começam a se arredondar, e acima de 1300 °C TTT, a maior parte dos fitólitos se decompõe, parte do silício reage com carbono formando β-SiC nanocristalinas (tamanho de cristalitos ~35 nm). Outra parte gera numerosas (dezenas a centenas) micro e submicropartículas de SiO2 amorfas ou nanoestruturadas (com tamanhos predominantemente abaixo de 2 μm) são observadas nos locais previamente ocupados pelos fitólitos. Poucos fitólitos arredondados sobrevivem a 1400 °C de TTT, mas desaparecem em TTT mais elevadas (1600 - 2000 °C). É provável que os conjuntos de micro- e submicropartículas de SiO2 observados em muitos locais correspondam à parte interna remanescente dos fitólitos originais, cujas estruturas mais externas de SiO2 (na superfície e próximo dela) se decompõem e participam da reação carbotérmica para a formação de SiC. Adicionalmente, este estudo é complementado com a caracterização por espectroscopia Raman da estrutura carbonosa das amostras tratadas termicamente de ECB reportando parâmetros característicos das bandas Raman D e G dos materiais carbonosos.