Carvões ativados derivados de caroços de manga (Mangífera Indica L) para a captura de CO2 e compostos orgânicos voláteis (COVs)

Abstract

Carvões ativados foram preparados a partir do endocarpo de caroços de manga (ECM) de manga (Mangífera Indica L.) e utilizados como adsorventes na captura de CO2. A pirólise da biomassa foi previamente realizada e a ativação química do material carbonizado foi realizada com o uso de KOH. Os carvões ativados apresentaram altas áreas de superfície (883-2994 m2 g-1) e diferentes distribuições de tamanho de poros. Os estudos de captura de CO2 foram realizados por TG e capacidades de adsorção de até 9,53% foram alcançadas, a 40 ºC. Maiores capacidades de adsorção foram relacionadas à superfície altamente básica de microporos derivados das interações químicas entre o carvão obtido pela pirólise da biomassa e o agente ativante. Uma segunda rota de preparação também foi utilizada, de modo que o material de partida foi tratado hidrotermicamente a 180 e 250 ºC por 5 h e os hidrochars obtidos foram ativados com soluções de KOH. As amostras de carbono foram caracterizadas por MEV, EDX, TG/DTA, espectroscopia Raman e adsorção física para análise textural. A capacidade de adsorção e os ciclos de adsorção foram investigados por TG. Os hidrochars apresentaram morfologia esférica. Os resultados indicam que a capacidade de adsorção dos carvões ativados está diretamente relacionada às áreas de microporo de Dubinin-Astakhov e aos volumes de microporos determinados por NLDFT. A adsorção de vapor de acetona mostrou uma cinética de pseudo-primeira ordem e o transporte externo e intra-partícula contribuiu para o processo global. A remoção de vapor de acetona altamente eficiente e estável foi observada sobre os carvões ativados após 5 ciclos.

Activated carbons were prepared from Mango (Mangifera Indica L.) fruit seed shells and used as CO2 capture adsorbents. The pyrolysis of the biomass was previously undertaken and the chemical activation of the carbonized material was performed by using KOH. The activated carbons showed high surface areas (883-2994 m2 g-1) and different pore size distributions. The CO2 capture studies were undertaken by TG and adsorption capacities as high as 9.53 % were achieved, at 40 ºC. Higher adsorption capacities were related to highly basic surface of micropores derived from the chemical interactions between the char obtained by pyrolysis of the biomass and the activating agent. A second preparation route was also used, so that the starting material was hydrothermally treated at 180 or 250 ºC for 5h and the obtained hydrochars were activated with KOH solutions. The carbon samples were characterized by SEM, EDX, TG/DTA, Raman spectroscopy and physical adsorption for textural analysis. The adsorption capacity and adsorption cycles were investigated by TG. The hydrochars presented spherical morphology. The results indicate that the adsorption capacity of the activated carbons is directly related to their Dubinin-Astakhov micropore surface areas and the microporous volumes determined by NLDFT. The adsorption of acetone vapor showed a pseudo-first order kinetics and both external and intra-particle transport contributed for the overall process. Highly efficient and stable acetone vapor removal was observed over the activated carbons after 5 cycles.