Preparação de carvões ativados a partir do mesocarpo de coco verde, utilizando diferentes agentes ativadores

Abstract

Nos últimos tempos, a intensa atividade humana levou a um aumento da disposição de resíduos agrícolas no meio ambiente. Visando encontrar novas aplicações para eles estudou- se, neste trabalho, o efeito do agente ativador (cloreto de cálcio, magnésio, cobre e ferro) e da temperatura de carbonização/ativação sobre as propriedades físico-químicas de carvões ativados preparados a partir do mesocarpo de coco verde. Essas propriedades dependem amplamente dos métodos de preparação e podem ser ajustadas durante essa etapa. As amostras foram obtidas usando uma razão biomassa/agente ativador de 2:1 e carbonizados/ativados a 600 e 800 °C, sob fluxo de nitrogênio, por 1 h. Os sólidos foram caracterizados por thermogravimetria, difração de raios X, medida da área superficial específica e porosidade, espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, espectroscopia Ramam, microscopia eletrônica de varredura, dessorção à temperatura programada, espectroscopia fotoeletrônica de raios X e determinação do ponto de carga zero. Foram obtidos carvões ativados com diferentes propriedades texturais, que variaram com o agente ativador e com a temperatura de carbonização/ativação. Observou-se a formação de carbonato de cálcio, óxido de magnésio, atacamita, paratacamita e óxido de ferro, dependendo do agente ativador, suportados em carvões ativados com baixa organização estrutural. Todos os sólidos apresentaram isotermas do tipo II, típicas de materiais macroporosos e mesoporosos com microporos associados. As isotermas apresentaram laços de histerese H1, característicos de sólidos com distribuição de poros uniformes e com formatos cilíndricos e/ou poliédrico, com as extremidades abertas. Observou-se a presença de grupos fenólicos, carboxílicos, quinônicos, lactônicos, anidridos e carbonílicos na superfície de todos os sólidos. os cloretos de ferro III e cobre II foram os agentes ativadores que promoveram uma maior quantidade de grupos superficiais nos carvões ativados, independente da temperatura de preparação. As amostras ativadas com cloreto de magnésio, cloreto de ferro III e cloreto de cobre II a 600 °C apresentaram as áreas superficiais específicas mais elevadas. Entretanto, elas decresceram com o aumento da temperatura, com exceção da amostra preparada com cloreto de ferro III, que apresentou uma área superficial específica de 471 m2.g-1 a 800 oC, indicando que esse é o agente ativador mais eficiente na preparação dos carvões ativados, para serem utilizado como suportes catalíticos.

In recent times, the intense man activity has led to an increase disposal of agricultural wastes into the environment. Aiming to find new applications for them, such as catalyst supports, the effect of the activating agent (calcium, magnesium, copper and iron chloride) and of the carbonization/activation temperature on the physicochemical properties of activated carbons, prepared from coconut mesocarp, was studied in this work. These properties largely depend on the preparation methods and can be tailored during this step. Samples were obtained by using biomass to activating agent ratio of 2:1 and carbonized/activated at 600 or 800 °C under nitrogen flow, for 1 h. The solids were characterized by thermogravimetry, X-ray diffraction, specific surface area and porosity measurements, Fourier transform infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy, temperature programmed desorption, X- ray photoelectron spectroscopy and point of zero charge determination. Activated carbons with different textural properties were obtained, depending on the activating agent and of the carbonization/activation temperature. It was obtained calcium carbonate, magnesium oxide, atacamite, paratacamite, or iron oxide supported on poorly organized activated carbons, depending on the activating agent. All solids showed type II isotherm, which is typical of mesoporous and macroporous materials with associated micropores. The isotherms displayed H1 hysteresis loop, characteristic of solids with uniform pore distribution and with cylindrical and/or polyhedral pores with open ends. The presence of phenolic, carboxylic, quinone, lactones, anhydrides and carbonyl groups on the surface was found for all solids. The samples activated with magnesium chloride, iron III chloride and copper II chloride at 600 °C showed the largest specific surface areas. However, they decreased with temperature increase, for the sample prepared with iron chloride, which showed a specific surface area of 471 m2.g-1 at 800 oC, indicating that this is the most effective activating agent for the preparation of activated carbons to be used as catalyst support.