Tese
Estudo da pirólise para a produção de bio-óleo a partir do resíduo agrícola de Feijão-Caupi (Vigna unguiculata)
Pyrolysis Study for the production of bio-oil from agricultural residue of Bean-Caupi (Vigna unguiculata)
Registro en:
SANTOS, Roberta Menezes. Estudo da pirólise para a produção de bio-óleo a partir do resíduo agrícola de Feijão-Caupi (Vigna unguiculata). 2021. 111 f. Tese (Doutorado em Química) – Universidade Federal de
Sergipe, São Cristóvão, 2021.
Autor
Santos, Roberta Menezes
Institución
Resumen
The valorization of agricultural residues for the production of bio-oil is a promising
alternative, as it contributes to minimize the environmental impact. In this study,
the Caupi bean pod (Vigna unguiculata) was characterized and used as biomass
in the production of bio-oil. Conventional pyrolysis was conducted at 550, 600,
and 700 °C and N2 gas flow of 2, 5, and 7 mL min-1
. Five different catalysts were
chosen for application in situ (K3PO4, K2HPO4, KH2PO4, K2CO3 e KCl) and the
pyrolysis was conducted in the best condition chosen from conventional pyrolysis
(600 °C, 5 mL min-1 nitrogen gas flow), catalyst ratio and biomass 20% wt. The
bio-oils obtained conventional pyrolysis were analyzed by element analysis,
thermogravimetry, infrared and by gas chromatography/mass spectrometry
(GC/MS). The bio-oils of catalytic pyrolysis in situ obtained were characterized by
gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC/MS) and
comprehensive two-dimensional gas chromatography with time-of-flight mass
spectrometry GC×GC/TOF-MS. The physicochemical characterization showed
that the bean pod presented moisture content below 10%, high carbon (42.01%)
and oxygen (46.36%) contents, flow nitrogen (1.36%) and ash (4.36%) contents
and superior calorific power (17.55 MJ kg-1
) The thermogravimetric analyses
demonstrate that there can be a relationship between the components of the
principal biomass (cellulose, hemicellulose, and lignin) and the compounds
present in the bio-oil. The application of GC×GC/TOF-MS was important to
resolve coeluted peaks from the GC/MS analysis, resulting in a different
distribution of compounds by chemical classes. The data showed that K+ and
anions affected primary and secondary reactions, modifying the formation of
several chemical species, as carboxylic acids, alcohols, aldehydes, ketones,
ethers, esters, phenols and others. This work contributes with relevant
information regarding the potential of Caupi bean pod (Vigna unguiculata) for
obtaining fine chemicals with commercial value, such phenols and derivatives. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Fundação de Apoio a Pesquisa Tecnológica do Estado de Sergipe - FAPITEC/SE A valorização de resíduos agrícolas para a produção de bio-óleo é uma
alternativa promissora, pois contribui para minimizar o impacto ambiental. Neste
estudo, a vagem de Feijão-Caupi (Vigna unguiculata) foi caracterizada e utilizada
como biomassa na produção de bio-óleo. As pirólises convencionais foram
realizadas nas temperaturas de 550, 600, 700 °C, fluxo de N2 2, 5 e 7 mL min-1
.
Cinco diferentes catalisadores foram escolhidos para aplicação in situ (K3PO4,
K2HPO4, KH2PO4, K2CO3 e KCl) e as pirólises foram realizadas na melhor
condição estabelecida a partir da pirólise convencional (600 °C, fluxo de N2 5 mL
min-1
), relação catalisador e biomassa 20% (m/m). Os bio-óleos das pirólises
convencionais foram analisados por análise elementar, termogravimetria,
infravermelho e por cromatografia gasosa/espectrometria de massas (GC/MS).
Os bio-óleos das pirólises catalíticas in situ foram caracterizados por meio das
técnicas analíticas GC/MS e GC×GC/TOF-MS. A caracterização físico-química
mostrou que a vagem de feijão apresentou conteúdo de umidade abaixo de 10%,
alto teor de carbono (42,01%) e oxigênio (46,36%), baixo conteúdo de nitrogênio
(1,36%) e cinzas (4,36%) e poder calorifico superior 17,55 MJ kg-1
. A análise
termogravimétrica demonstrou que pode haver uma relação entre os
componentes da biomassa principal (celulose, hemicelulose e lignina) e os
compostos presentes no bio-óleo. A aplicação de GC×GC/TOF-MS foi
importante para resolver picos coeluídos da análise de GC/MS, resultando em
uma distribuição diferente dos compostos por classes químicas. Os dados
mostraram que o K+ e os ânions afetaram as reações primárias e secundárias,
modificando a formação de várias espécies químicas, como ácidos carboxílicos,
alcoois, aldeidos, cetonas, éteres, fenóis e outros. Este trabalho contribui com
informações relevantes no que diz respeito ao potencial da vagem de FeijãoCaupi (Vigna unguiculata) para obtenção de produtos químicos finos com valor
comercial, como fenóis e derivados. São Cristóvão, SE
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