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Análise energética e exergética de biomassas como fonte energética sustentável em um forno elétrico a arco.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2013) Oliveira, Tiago Luís; Assis, Paulo Santos
O objetivo geral deste trabalho foi investigar a substituição do gás natural por briquetes de bagaço de cana, casca de arroz, casca de café e capim elefante como fonte energética em um forno elétrico a arco. O objetivo específico foi comparar a produção de energia elétrica feita por cogeração com a tecnologia de injeção de combustível em lanças de um forno elétrico a arco, por meio de uma pesquisa realizada tendo como referência uma análise energética e exergética de uma micro central de cogeração, que produziu 1.102,0kW de energia elétrica, consumindo 11.285,0kg/h de vapor, utilizando como combustível, produtos e subprodutos da carbonização de madeira reflorestada. Realizou-se uma pesquisa sobre as melhorias e as novas tecnologias para produção de aço em fornos elétricos a arco, como o tempo de corrida e a injeção direta de combustíveis, uma vez que, no balanço energético, 52% da energia total são gastos com energia elétrica e 33% com injeção de gás natural. O tempo de corrida (tap-to-tap) foi em média de 60 minutos para produzir 100 toneladas de aço, consumindo 50MW de energia elétrica. A injeção de combustível na carga metálica (DRI: Direct Reduction Iron - ferro esponja) promoveu a metalização do FeO, atuando como agente redutor, diminuindo em até 1019kWh o consumo de energia elétrica por tonelada de aço. Procurou-se assim estudar, analisar e comparar os briquetes de biomassas: bagaço de cana, casca de arroz, capim elefante e casca de café, com o gás natural na aciaria elétrica, utilizados de duas formas: forma indireta, queimados em uma caldeira no sistema de cogeração e de forma direta, injetados em queimadores oxi combustíveis no forno elétrico a arco, sendo que algumas das características das biomassas foram avaliadas através de análise imediata e análise química elementar para calcular o consumo de combustíveis. Os resultados mostraram que o consumo de combustíveis na injeção foi 9,62% em relação ao consumo dos mesmos na cogeração. Os balanços energético e exergético, do sistema de cogeração, determinaram 3544kW de irreversibilidades nos equipamentos para gerar 500kWh, ao passo que a cada 1% de metalização do ferro-esponja, feita por injeção, houve redução de 10,4kWh/t de aço no consumo de energia elétrica. Concluiu-se que o gás natural pode ser substituído pelas biomassas analisadas em ambas as formas, direta ou indireta, tendo o capim elefante como a biomassa mais rentável e que a injeção foi mais eficiente do que a cogeração para a produção de 1 tonelada de aço.
Avaliação comparativa do processo auto-fermentativo e bioaumentado de diferentes amostras de bagaços de cana- de-açúcar : identificação da microbiota autóctone e produtos gerados.
(2023) Souza, Isabela Morato de; Silva, Silvana de Queiroz; Gurgel, Leandro Vinícius Alves; Silva, Silvana de Queiroz; Guimarães, Valéria Monteze; Zorel, José Augusto; Brandão, Rogélio Lopes; Barreto, Elisa da Silva
O bagaço de cana-de-açúcar (BCA) é um material remanescente da indústria sucroalcooleira considerado fonte renovável, de baixo custo e rico em açúcares. A conversão desta biomassa lignocelulósica em bioprodutos é uma alternativa favorável para amenizar problemas ambientais causados pelo uso excessivo de matéria-prima de origem fóssil, além de contribuir para o conceito de biorrefinaria. Entretanto, devido à sua estrutura recalcitrante, o acesso aos açúcares do biomaterial é um desafio para microrganismos fermentadores. Assim sendo, objetivando alcançar um bioprocesso consolidado, o presente estudo investigou o potencial hidrolítico e fermentativo da microbiota autóctone do BCA bruto durante sua fermentação, bem como a prospecção dos microrganismos presentes na biomassa. Nos ensaios de fermentação foram testadas amostras de BCA de seis usinas (A, B, C, D, E e F) na concentração de 10 g/L, monitoradas por 408 h a 37oC, sob agitação. As cepas cultiváveis foram coletadas no tempo 96 h e três delas (X, Y e Z) foram selecionadas para serem inoculadas individualmente em ensaios bioaumentados. A caracterização metagenômica do consórcio microbiano foi realizada e para quantificação dos metabólitos obtidos durante a fermentação foi feita a análise da fração líquida, enquanto a fração sólida foi caracterizada a fim de determinar os teores de celulose, hemiceluloses e lignina no início e ao final do ensaio. A microbiota presente nos bagaços no início da fermentação incluiu principalmente organismos do gênero Acetobacter, ao passo que, com 96 h de ensaio houve predominância de bactérias fermentadoras, como Clostridium, Enterobacter e Ruminiclostridium. Ao final do ensaio a abundância de Ruminiclostridium foi expressiva para as amostras analisadas neste momento. Dentre as condições testadas, alcançou-se a remoção de 37% da fração de lignina, 58% de celulose e 44% de hemiceluloses na fermentação do bagaço D por sua microbiota autóctone bioaumentada por Klebsiella pneumoniae (isolado X). Os principais produtos obtidos foram ácido caproico (2,81 g/L em Dy), etanol (2,68 g/L em A), ácido acético (1,15 g/L em D), ácido isobutírico (0,97 g/L em E), metanol (0,97 g/L em A) e ácido propiônico (0,34 g/L em C). Isto demonstra o elevado potencial lignocelulolítico da microbiota autóctone do BCA por acessar e fermentar o próprio substrato, demonstrando a possibilidade de obtenção de bioprodutos de valor agregado através do bioprocesso consolidado.
Detoxificação e aproveitamento da fração líquida proveniente do prétratamento do bagaço de cana-de-açúcar visando produção de xilitol.
(2018) Passarinho, Amanda Tafuri Paniago; Guimarães, Valéria Monteze; Guimarães, Valéria Monteze; Gonçalves, Daniel Bonoto; Porto, Lia de Mendonça; Viana, Pollyanna Amaral; Brandão, Rogélio Lopes
Uma biorrefinaria de cana-de-açúcar é definida como um processo industrial capaz de produzir diferentes produtos e subprodutos a partir da mesma matéria-prima. Este sistema geralmente trabalha com o processamento de uma biomassa para a produção de um combustível, um produto químico ou energia/calor. O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, que é a maior cultura cultivada globalmente, sendo que o resíduo gerado após a extração do suco é uma boa fonte de biomassa que pode ser usada em diversos processos dentro da indústria. A biomassa lignocelulósica apresenta um enorme potencial para produção de biocombustíveis devido à sua grande disponibilidade e baixo custo. Entretanto, para que o etanol lignocelulósico seja competitivo e economicamente viável é necessário integrá-lo à produção de outros compostos. Poliol com elevado poder edulcorante, semelhante à sacarose, o xilitol é tolerado por diabéticos e tem várias aplicações. Sua produção química pode ser substituída pela produção biotecnológica, a qual teve sua viabilidade demonstrada por diversos trabalhos, sendo bastante eficiente quando integrada a produção de etanol de segunda geração. A etapa inicial para obtenção destes produtos é o pré-tratamento, que altera a estrutura da biomassa e facilita o acesso das enzimas para liberar açúcares fermentescíveis. Quando se utiliza ácido diluído, este processo permite moderada liberação de glicose e xilose. Assim, trabalhando em um processo integrado, a glicose liberada pode ser fermentada a etanol, enquanto a xilose é direcionada para produção de xilitol. Uma outra alternativa seria a utilização de um micro-organismo que consiga fermentar pentose a etanol. Entretanto, como desvantagem, há a formação de inibidores da fermentação microbiana, o que demanda a necessidade de uma etapa adicional de detoxificação. O objetivo deste trabalho é propor uma estratégia de detoxificação que permita aumentar a produção de açúcares e produtos de valor agregado no processo de etanol 2G. Inicialmente, foram testadas diferentes concentrações de ácido sulfúrico (0,5, 2 e 4% v/v) para o pré-tratamento do bagaço de cana (10% p/v) a 120 °C por 1 hora e foram avaliados a eficiência da liberação de glicose e xilose e a formação de compostos tóxicos. Foi observada maior liberação de açúcares a partir do tratamento com 2% de ácido em relação àquele utilizando 0,5%, no entanto não foi observada diferença expressiva para o tratamento com 4% de ácido em relação a 2%. A formação de inibidores foi proporcional à concentração de ácido. Desta forma, foi selecionada a concentração de 2% de H2SO4 e foram testadas a concentração de biomassa (5, 10, 15 e 20%) e tempo de prétratamento (30 e 60 min). Maiores concentrações, tanto dos açúcares quanto dos inibidores, foram observadas no tratamento com 20% de biomassa e tempo de 60 min. Os ácidos alifáticos (acético e fórmico) e os furanos (furfural e hidroximetil-furfural) foram detectados em todos os tratamentos com 60 min e apenas no tratamento usando a maior concentração de biomassa (20%) durante 30 min. Os fenólicos foram também detectados em todos os tratamentos. Assim, a melhor condição para o pré-tratamento foi selecionada como sendo aquela que utilizou 15 % de bagaço, por 30 min, e que forneceu 5,32 g.L-1 de glicose, 27,7 g.L-1 de xilose e apenas compostos fenólicos (1,70 g.L-1) como inibidores. Na detoxificação, o tratamento com carvão ativado não removeu uma parcela significativa dos fenólicos, enquanto o tratamento com a lacase presente no extrato bruto de Chrysoporthe cubensis proporcionou a oxidação de 80% destes compostos, com aumento de 20% de glicose e xilose. A partir deste resultado, fez-se um delineamento composto central rotacional com os fatores concentração de fenólicos e carga de lacase presente no extrato bruto de Chrysoporthe cubensis para detoxificação. A validação exibiu valores satisfatórios para os parâmetros bias e acurácia, o que indica um bom ajuste das superfícies geradas e o escalonamento permitiu conhecer o comportamento da enzima para oxidação do seu substrato em volumes maiores. Para a sacarificação direta com Cellic CTec 2, a redução de 14% nos inibidores pela lacase permitiu um aumento de 30% na produção de xilose, visto que hemicelulases são mais susceptíveis a ação destes compostos. Esta etapa de detoxificação precedeu a fermentação da fração líquida por Debaryomyces hansenii UFV-1 em que a redução de 7% no conteúdo fenólico promoveu um aumento de 21 vezes na produção de xilitol.
Estudo das reações álcali-agregado e das propriedades mecânicas de compósitos cimentícios com cinzas de bagaço de cana–de–açúcar.
(2017) Saraiva, Sérgio Luiz Costa; Gomes, Romero César; Bezerra, Augusto Cesar da Silva; Gomes, Romero César; Bezerra, Augusto Cesar da Silva; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Aguilar, Maria Teresa Paulino de; Resende, Domingos Sávio de
Este trabalho apresenta um estudo para o uso da cinza de bagaço de cana-de-açúcar em substituição parcial do cimento Portland em compósitos cimentícios com agregados de rocha de basalto e rocha de quartzito, com o objetivo de minimizar as reações álcali–agregado. Foram utilizadas nos experimentos as taxas de substituição de 10, 20 e 30% do cimento. As cinzas utilizadas foram nas condições: (i) in natura, (ii) moída e (iii) requeimada e moída. Como parâmetro de referência os ensaios foram realizados com compósitos cimentícios com areia normalizada e as mesmas substituições. A metodologia do trabalho foi essencialmente experimental, onde foram analisados os resultados de expansibilidade da reação álcali–agregado e os resultados da resistência mecânica dos compósitos cimentícios. O método executivo seguiu as orientações e os padrões das normas brasileiras específicas para cada etapa ou ensaio da pesquisa. Apresenta–se neste, todo o procedimento de montagem dos corpos de prova, resultados de ensaios, gráficos e análise comparativa dos resultados. Foi discutida a influência da moagem e requeima da cinza bem como a influência dos percentuais de substituição para os compósitos com agregados de basalto e quartzito. Foram utilizados nos procedimentos dos traços três parâmetros de composição: (i) traço com o consumo de água fixo (ii) traço com fator água/aglomerante fixo (iii) traço com espalhamento fixo. Finalmente foi discutido o benefício das substituições e uma análise da relação do consumo de cimento com a resistência mecânica adquirida em megapascals. O presente trabalho concluiu que a utilização de cinzas de bagaço de cana-de-açúcar em substituição ao cimento Portland é viável do ponto técnico, ambiental e econômico, contribuindo com a durabilidade dos compósitos desenvolvidos.
Mercerização e modificação química de celulose e bagaço de cana-de-açúcar com anidrido succínico e trietilenotetramina : preparação de novos materiais quelantes para a adsorção de Pb (II), Cd (II), Cr (VI) e Cu (II).
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. PROÁGUA, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2007) Gurgel, Leandro Vinícius Alves; Gil, Laurent Frédéric
A celulose e o bagaço de cana-de-açúcar foram usados na preparação de novos materiais quelantes para a adsorção de metais pesados. Foram realizadas modificações físicas e químicas nesses biopolímeros com o objetivo de preparar materiais para adsorver metais pesados como o chumbo, o cádmio, o cobre e o cromo. Essas modificações incluem a mercerização da celulose e do bagaço de cana-de-açúcar e o tratamento dos materiais não mercerizados e mercerizados com anidrido succínico para a introdução de funções ácido carboxílico. Em seguida essas funções ácidas foram modificadas com trietilenotetramina, um ligante polidentado, para o ancoramento de grupos amina nos materiais. Esses grupos amina foram quaternizados usando iodeto de metila para a obtenção de grupos amônio quaternários. Os efeitos da mercerização foram avaliados pelas técnicas de difração de raios-X, FTIR e TGA-DTA. Os materiais obtidos pelas modificações químicas foram caracterizados por FTIR, TGA-DTA e análise elementar de C, H e N. Os ganhos de massa e as concentrações de funções ácidas e básicas introduzidas foram calculados. A celulose e o bagaço de cana mercerizados succinilados apresentaram em relação à celulose e o bagaço de cana não mercerizados succinilados um aumento de 7,1 e 12,1% no ganho de massa e de 0,4 e 0,2 mmol/g na concentração de funções ácido carboxílico respectivamente. A celulose e o bagaço de cana mercerizados succinilados modificados com trietilenotetramina apresentaram em relação à celulose e o bagaço de cana não mercerizados succinilados modificados com trietilenotetramina um aumento de 13,7 e 5,1% no ganho de massa e de 0,8 e 0,3 mmol/g na concentração de funções amina respectivamente. Um dos materiais contendo grupos amina foi quaternizado visando a preparação de um material contendo grupos amônio quaternários capazes de realizar troca-aniônica. Os materiais quelantes obtidos foram usados em estudos de adsorção e suas capacidades máximas de adsorção foram avaliadas pelo modelo de Langmuir e comparadas. A celulose e o bagaço de cana mercerizados succinilados apresentaram em relação à celulose e o bagaço de cana não mercerizados succinilados um aumento na capacidade de adsorção de 32,6 e 83,3 mg/g de Pb2+, 16,3 e 43,6 mg/g de Cd2+, 17,5 e zero mg/g de Cu2+ respectivamente, o que comprova a eficiência da mercerização na preparação de materiais com maior poder de adsorção.
Minimização do resíduo de óleo de soja de friturasde unidades de alimentação e nutrição.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. PROÁGUA, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2009) Botaro, Flávia Alessandra Silva; Guarda, Vera Lúcia de Miranda
Não há um diagnóstico da situação real do Brasil em relação à utilização e descarte de óleos para frituras. De modo geral, esse óleo após o uso é jogado na pia, no ralo ou mesmo no lixo comum, causando impactos ambientais de grande magnitude. Com propósito de minimizar o descarte irregular e reduzir o impacto ambiental, este trabalho apresenta a aplicação prática da metodologia de minimização da produção do resíduo de óleo de fritura, principalmente nas grandes geradoras, as Unidades de Alimentação e Nutrição (UANs). Para reduzir a produção desse resíduo foram avaliados os parâmetros reuso e reciclagem. Amostras de óleo de fritura usado, provenientes de UANs da região de Ouro Preto e Mariana foram coletadas e avaliadas quanto aos índices de acidez, de peróxidos e da porcentagem de compostos polares totais. A purificação do óleo de fritura através da sorção pelo bagaço de cana também foi avaliada. E a produção de sabão atendeu à reciclagem, com a utilização do óleo usado como matéria-prima. Os resultados geraram parâmetros para o aumento da vida útil dos óleos, resultando em menos resíduo, pois todas as amostras analisadas apresentaram-se dentro dos padrões internacionais para utilização. A sorção com bagaço de cana mostrou eficiência na remoção da cor e da acidez deste óleo. Na reciclagem, a melhor formulação de sabão obtida foi com adição de sebo animal e ácido sulfônico permitindo a obtenção de produto dequalidade e preço acessível. Conclui que há um grande desperdício de óleo de fritura, o que acarreta uma grande produção de resíduos, mas que constitui uma matéria-prima de valor agregado para reuso e reciclagem.
Modificação química do bagaço de cana e celulose usando anidrido do EDTA : uso destes materiais na adsorção de metais pesados em solução aquosa.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. PROÁGUA, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2007) Karnitz Júnior, Osvaldo; Gil, Laurent Frédéric
É de grande interesse técnico - cientifico a preparação de novos materiais oriundos de fontes abundantes e de baixo custo como uma alternativa para a adequação de efluentes contendo contaminantes inorgânicos aos níveis exigidos pela legislação. Neste trabalho é relatada a preparação de novos materiais, a partir da celulose e do bagaço de cana, para adsorver íons Cu2+, Cd2+, Pb2+, Ca2+ e Mg2+ em solução aquosa e assim, descontaminar águas poluídas por tais metais. A primeira parte do trabalho consistiu em obter o bagaço e a celulose sem tratamento com solução de hidróxido de sódio e os mesmos com tratamento com solução de NaOH. Em seguida foi realizada a modificação química de todos os materiais com o dianidrido do EDTA. Os materiais obtidos foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho, análise elementar, análise térmica e difração de raios-X. A segunda parte do trabalho foi constituída da avaliação da habilidade de adsorção de todos os materiais modificados em relação aos íons Cu2+ em solução aquosa cuja concentração foi determinada por absorção atômica. A celulose e o bagaço de cana que sofreram tratamento com hidróxido de sódio e depois foram modificados com o dianidrido do EDTA mostraram uma maior capacidade de adsorção de cátions Cu2+ que os materiais não tratados e depois modificados. Como conseqüência prossegui-se o trabalho avaliando a habilidade de adsorção dos demais cátions metálicos com o bagaço e a celulose que foram tratados com hidróxido de sódio e depois modificados com EDTA. A capacidade máxima de adsorção para esses cátions metálicos ficou entre 0,389 e 1,12 mmol g-1 para a celulose tratada e modificada enquanto que para o bagaço tratado e modificado a capacidade máxima de adsorção ficou entre 0,927 e 1,75 mmol g-1. A adsorção de cátions metálicos pelos materiais modificados ocorreu através de adsorção química. Os estudos de adsorção competitiva mostraram que os materiais possuem maiores afinidades pelo Cu2+ e esta afinidade diminui na seguinte ordem Pb2+> Cd2+> Ca2+≈Mg2+ e está de acordo com a constante de estabilidade dos complexos formados entre o EDTA e esses metais.
Painéis aglomerados a base de bagaço de cana-de-açúcar e resinas uréia formaldeído e melamina formaldeído.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2009) Barros Filho, Roberto Monteiro de; Botaro, Vagner Roberto
Este trabalho tem como objetivo desenvolver caracterizar e comparar painéis aglomerados (compósitos de matrizes poliméricas reforçado com fibra vegetal) a base bagaço de cana-de-açúcar com uréia formaldeído e melamina formaldeído. Para tal estudo foram moldados painéis utilizando-se bagaço de cana-de-açúcar provenientes da usina de álcool e açúcar e bagaço provenientes de alambiques. Também moldar painéis misturando-se bagaço de cana-de-açúcar com partículas, ora de pinus ora de eucalipto e painéis com e sem parafina visando melhorar algumas propriedades físicas, como absorção de água, inchamento em espessura e taxa de não retorno em espessura. Foram confeccionados nove tipos de painéis (tratamentos), cada um com três repetições, todos com 9% de resina em massa, ciclo de prensagem de 40kgf/cm2, 160oC, por 8min. A microestrutura das fibras foi analisada através de ensaios padronizados como: determinação do teor de umidade, cinzas, extrativos, lignina e densidade. Foram realizadas análise TGA, DSC e MEV. Para os testes físicos os painéis atenderam a norma americana CS 236-66 de comercialização de painéis aglomerados de média densidade. Nos testes mecânicos eles não atenderam a norma americana CS 236-66 de comercialização de painéis aglomerados de média densidade e na maioria dos casos obtiveram resultados próximos ou superiores aos levantados na literatura para painéis a base de bagaço de cana-de-açúcar.
Preparação de adsorvente de bagaço de cana-de-açúcar heterossubstituído e aplicação na remoção de metais tóxicos.
(2021) Teodoro, Filipe Simoes; Gurgel, Leandro Vinícius Alves; Silva, Luís Henrique Mendes da; Gurgel, Leandro Vinícius Alves; Silva, Luís Henrique Mendes da; Soares, Liliane Catone; Nogueira, André Esteves; Vieira, Melissa Gurgel Adeodato; Azevedo, Eduardo Ribeiro de
A poluição das águas superficiais e subterrâneas causada por metais tóxicos é uma séria preocupação global, tanto no âmbito ambiental quanto no que diz respeito à saúde humana. O excesso desses elementos em corpos d’água apresenta sérios riscos para as diversas formas de vida, inclusive a humana, devido à sua elevada toxicidade e carcinogenicidade, resultando em bioacumulação ao longo da cadeia alimentar. Dentre os métodos de remediação destes contaminantes, a adsorção é uma das técnicas que tem sido amplamente estudada devido à fácil implementação e elevada eficiência. Nos últimos anos, grandes esforços têm sido dedicados à busca de novos adsorventes derivados de biomassa vegetal, visto que estes materiais são de grande abundância na natureza, sendo que alguns deles são tratados como resíduos e descartados no meio ambiente. Este trabalho tem como objetivo a preparação de um adsorvente à base de bagaço de cana-de-açúcar (BSeP) utilizando dois anidridos (succínico e piromelítico) por meio de uma reação em única etapa para aplicação na remoção de íons Cu(II) e Zn(II) de soluções aquosas propositalmente contaminadas. A modificação química foi avaliada por meio de experimentos exploratórios e de um planejamento fatorial 23 , cujas variáveis independentes foram temperatura (T), tempo de reação com anidrido succínico (tAS) e fração molar de anidrido succínico (χAS), sendo as variáveis resposta as capacidades de adsorção de Cu(II) e Zn(II). Estes experimentos apontaram para a melhor condição de síntese em 100ºC, 1 h de reação com anidrido succínico e χAS de 0,62. O bagaço de cana modificado foi caracterizado por ganho de massa, pHPCZ, análise elementar (C, H e N), espectroscopia na região do infravermelho, análise termogravimétrica, difração de raios-X, ressonância magnética nuclear de carbono 13 em estado sólido, microscopia eletrônica de varredura juntamente com espectrometria de energia dispersiva de raios-X. O adsorvente foi utilizado em experimentos de adsorção/dessorção mono e bicomponente de Cu(II) e Zn(II) em batelada e em coluna de leito fixo. Os estudos de adsorção em batelada revelaram que o pH de melhor adsorção dos íons metálicos foi de 5,5. Os dados de cinética monocomponente foram modelados com os modelos de Boyd, difusão intrapartícula (DIP) e de difusão de superfície homogênea (HSDM) e as isotermas monocomponente foram modeladas com os modelos de Langmuir e Sips. As capacidades máximas de adsorção (Qmax) obtidas nos experimentos monocomponente foram de 1,19 e 0,95 mmol g-1 para Cu(II) e Zn(II), respectivamente. Foram realizados três ciclos de adsorção/dessorção monocomponente em coluna de leito fixo, os quais mostraram que a adsorção em contínuo de Cu(II) e Zn(II) é um processo de remediação tecnicamente viável. Os modelos de Thomas e Bohart-Adams foram utilizados para descrever a adsorção monocomponente em coluna de leito fixo com Qmax igual à 0,92 e 0,81 mmol g-1 para adsorção de Cu(II) e Zn(II), respectivamente. As medidas de calorimetria de titulação isotérmica e os parâmetros termodinâmicos indicaram que as variações de entalpia do processo de adsorção foram positivas, evidenciando um processo endotérmico e entropicamente dirigido. Estudos bicomponente em batelada foram realizados em três diferentes proporções molares de Cu(II) e Zn(II) (1:1, 3:1 e 1:3). Os dados de cinética e isoterma bicomponente foram modelados com os modelos de Corsel e RAST (Real Adsorbed Solution Theory), respectivamente. Os dados experimentais e os parâmetros obtidos nestes modelos demonstraram que a presença de Cu(II) influenciou antagonicamente na adsorção de Zn(II) em todas as proporções estudadas. Já a adsorção de Cu(II) em BSeP só foi afetada na proporção 1:3 (Cu:Zn). A adsorção bicomponente em coluna de leito fixo também foi realizada nas três proporções Cu(II):Zn(II) e o modelo de difusão no filme e no poro foi ajustado às curvas de ruptura. Os experimentos de mistura mostraram que o Cu(II) possui maior afinidade pelos sítios de adsorção que o Zn(II), causando a substituição destes íons adsorvidos, caracterizando o fenômeno de overshooting. Os experimentos para determinação da estequiometria da adsorção mostraram que a adsorção de um íon metálico envolve a interação com dois sítios de adsorção.
Produção de metano e hidrogênio com hidrolisados gerados no tratamento oxidativo do bagaço de cana-de-açúcar.
(2015) Herrera Adarme, Oscar Fernando; Aquino, Sergio Francisco de; Mounteer, Ann Honor Mounteer; Gurgel, Leandro Vinícius Alves
Atualmente, a principal fonte de energia utilizada na grande maioria das atividades industriais é o petróleo e o gás natural, cujas quantidades e disponibilidade estão sujeitas a diferentes fatores como econômicos, ambientais e políticos. Neste sentido, o processamento de recursos renováveis, como a biomassa, é uma alternativa estratégica e sustentável para a produção de energia e combustíveis. Uma fonte de matéria prima renovável (biomassa) para conversão em biocombustível e biogás são os resíduos lignocelulósicos como o bagaço de cana. Tais materiais possuem, em suas composições, teores consideráveis de compostos poliméricos como celulose, hemiceluloses e lignina, os quais podem liberar compostos fermentescíveis para produção de energia mediante o uso de técnicas de pré-tratamento. Em geral os métodos de pré-tratamento de biomassas lignocelulósicas podem ser divididos em físicos, químicos e biológicos e seu objetivo principal é fracionar o material lignocelulósico. No presente estudo, foi avaliada a efetividade de utilização de ozônio, em diferentes valores de pH para permitir a oxidação molecular e radicalar, no pré-tratamento de bagaço de cana-de-açúcar visando à obtenção de hidrolisados fermentescíveis para produção de biogás (CH4 e H2) mediante digestão anaeróbia. As variáveis estudadas no pré-tratamento foram pH, tempo de reação (min), carga de ozônio (mg/min) e razão solido-liquido - RSL (g/mL). Os resultados mostraram que é possível remover 45,2 % da lignina e 48,3 % de hemiceluloses usando ozônio (8 mg/min) em pH 11, por 15 min, na razão RSL de 0,075 g/mL.Os hidrolisados obtidos foram caraterizados em função do teor de açúcares, carbono orgânico total, lignina solúvel, furanos e alguns outros compostos presentes identificados por cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas. A Avaliação do potencial bioquímico de metano (PBM) e hidrogênio (PBH) dos hidrolisados obtidos, mostrou que é possível produzir 2,6 Nm3 CH4 e 0,2 Nm3 de H2 por kg de COD nas melhores condições. Finalmente, foi realizada uma análise energética dos pré-tratamentos, mostrando um gasto significativamente alto relacionado à produção de ozônio. No entanto, ao se considerar o uso da fração sólida pré-tratada para produção de etanol 2G, o investimento energético no pré-tratamento é compensado, garantindo assim a viabilidade do processo integrado de produção de combustíveis de 1ª e 2ª geração.
Reciclagem de éter-aminas, utilizadas na flotação de minério de ferro, por meio da adsorção.
(2019) Fernandes, Hana Dalila; Carvalho, Cornélio de Freitas; Paula, Caio Cesar Pereira de; Azevedo, Luana Silva de; Gonçalves, Sabrina Mayra Dias
O presente trabalho teve por objetivo verificar uma possível rota de reciclagem para as éter-aminas, utilizadas para aumentar a eficiência do processo de flotação catiônica reversa do minério de ferro. Estudou-se um método de separação físico-química utilizando TANFLOC como floculante. As águas de rejeito contêm, em sua maior parte, amina e sílica, e o objetivo desse método era separar a sílica do rejeito. A separação físico-química, porém, não foi eficaz, visto que o processo não foi capaz de flocular somente a sílica, floculando também parte da éter-amina. Foi avaliado também o processo de adsorção e, para tanto, utilizaram-se como materiais adsorventes a serragem Angelim e bagaço de cana-de-açúcar, ambos in natura. Esses materiais foram capazes de remover aproximadamente 95 e 90% de éter-amina, com capacidades adsortivas de 4,2 e 2,7 mg.g-1, respectivamente, utilizando massa de 1,5 g e estabelecendo tempo de equilíbrio de 30 minutos. Verificou- se que a eficiência de remoção é maior em pH próximo a 10. Pelos estudos termodinâmicos foi possível concluir, para a serragem, que o processo é termodinamicamente favorável e exotérmico. Para o bagaço de cana não foi possível analisar o comportamento termodinâmico. Além disso, o processo de dessorção permitiu recuperar em torno de 80% de éter-amina, além da possibilidade de regeneração e reutilização dos materiais adsorventes, o que mostra a viabilidade de reciclar a éter-amina pelo mecanismo de adsorção.
Remoção de íons zinco (ii) de efluentes derivados de processos de galvanoplastia utilizando rejeitos de fibras vegetais modificadas quimicamente.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. PROÁGUA, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2008) Pereira, Flaviane Vilela; Gil, Laurent Frédéric
Inúmeras atividades industriais contribuem para um aumento significativo nas concentrações de íons metálicos em águas naturais por não tratarem seus rejeitos adequadamente conforme os padrões estabelecidos pela legislação. A aplicabilidade de novas metodologias de baixo custo-benefício desenvolvidas tem o intuito de viabilizar um sistema de tratamento para remoção dos contaminantes oriundos do processo industrial. Dentre as inúmeras indústrias responsáveis por gerar efluentes líquidos contento íons metálicos de alta toxicidade ao ser vivo, a galvanoplastia destaca-se. Neste trabalho novos materiais foram preparados, a partir de resíduos de fibras vegetais agroindustriais, o bagaço de cana-de-açúcar e a serragem da madeira parajú (Manilkara sp.), para adsorver íons Zn2+ em solução aquosa e em efluente real da galvanoplastia. Primeiramente foram obtidos os materiais adsorventes por meio de modificações químicas do bagaço e da serragem com o anidrido succínico e com o dianidrido do EDTA. Estes materiais foram caracterizados seguindo o critério de cada nova função orgânica introduzida e posteriormente foram aplicados em sistemas de batelada para avaliar a capacidade de adsorção em relação aos íons Zn2+ em solução aquosa e em efluente da galvanoplastia oriundo da linha de eletrodeposição de zinco, analisado físico-quimicamente antes e após o tratamento. Os materiais adsorventes modificados com o anidrido succínico mostraram um melhor desempenho obtido nos ensaios em batelada em vista de uma capacidade de adsorção de íon Zn2+ maior em relação aos modificados com o dianidrido do EDTA, tanto em solução aquosa quanto no efluente. A capacidade máxima de adsorção do íon Zn2+ em solução aquosa foi de 125,00mg/g, 144,93mg/g, 80,00mg/g e 105,26mg/g para BMAs2, SMAs2, BMDe e SMDe, respectivamente. Visto que, no efluente existem outros interferentes além do íon metálico Zn2+ a ser adsorvido, estes valores de adsorção máxima caem para 54,64mg/g, 60,98mg/g, 45,45 mg/g e 47,39mg/g para BMAs2, SMAs2, BMDe e SMDe, respectivamente. Mediante os resultados mais satisfatórios realizaram-se ensaios de aplicação à remoção de Zn2+ no efluente em colunas de leito fixo, em escala laboratorial. Por meio destes resultados e baseando-se na real geração de efluentes de uma indústria de galvanoplastia localizada em Contagem – MG, um projeto em escala industrial foi traçado obtendo suportes e dimensões reais necessárias para aplicabilidade destes novos materiais quelantes.
Síntese de um novo material adsorvente a base de bagaço de cana-de-açúcar para remoção de íons de metais pesados e corantes têxteis de soluções aquosas.
(2017) Carvalho, Megg Madonyk Cota Elias; Gurgel, Leandro Vinícius Alves; Ferreira, Gabriel Max Dias; Mageste, Aparecida Barbosa; Gurgel, Leandro Vinícius Alves; Alves, Rosemeire Brondi
A contaminação química dos recursos hídricos por contaminates orgânicos e inorgânicos tais como corantes têxteis e metais pesados vem despertando uma grande preocupação global devido aos problemas ambientais que a presença destes compostos causam. Devido aos métodos de tratamento físico-químicos e biológicos tradicionalmente empregados gerarem elevados custos, métodos alternativos como a adsorção empregando bioadsorventes vêm sendo estudados para substituir e/ou complementar tais métodos. Neste trabalho, o bagaço de cana-de-açúcar (BC) foi modificado com os anidridos ftálico e succicínico em uma síntese em uma única etapa (one pot). A síntese foi avaliada por meio de um planejamento fatorial 23, cujas variáveis independentes foram temperatura, tempo e fração molar de anidrido succínico (χAS) e as variáveis resposta foram as capacidades de adsorção dos corantes auramina-O (AO) e safranina-T (ST) e dos metais Co+2 e Ni+2 a fim de um melhor conhecimento do sistema. O perfil de desejabilidade indicou a melhor condição de síntese em 100°C, 660 min e χAS de 0,2 dentro do domínio experimental investigado e tal resultado foi satisfatório dentro da proposta deste estudo. O BC modificado foi caracterizado por ganho de massa, quantidade de funções ácidas, PCZ, análise elementar, FTIR, TGA/DTG, DRX, RMN 13C em estado sólido, MEV e EDX. Os estudos de adsorção monocomponente revelaram que o pH de melhor adsorção dos corantes foi 7,0 e dos metais foi 5,75. A adsorção dos corantes seguiu uma cinética de Elovich, enquanto a adsorção dos íons Co+2 e Ni+2 seguiu uma cinética de pseudo segunda ordem. As isotermas foram modeladas com os modelos de Langmuir, Sips, D-R e R-P. As capacidades máximas de adsorção encontradas experimentalmente foram 1,37, 0,93, 0,53 e 0,49 mmol/g para AO, ST, Co+2 e Ni+2, respectivamente. Medidas de titulação calorimétrica isotérmica foram feitas e as variações de entalpias de adsorção encontradas revelaram que a adsorção dos corantes foi um processo exotérmico e a de metais endotérmico. A energia livre de Gibbs calculada revelou que os corantes e metais concentraram-se preferencialmente na superfície do bagaço de cana modificado. Os estudos de adsorção de corantes com o BC in natura revelaram que a modificação química incrementou a capacidade adsortiva deste material. Estudos de dessorção e re-adsorção mostraram que é possível obter eficiências de dessorção superiores a 42%, 54%, 83% e 95% e de re-adsorção superiores a 98%, 76%, 90% e 100% para AO, ST, Co2+ e Ni2+, respectivamente, e, desta forma, revelaram que o BC modificado pode ser reutilizado sem perda de sua capacidade adsortiva e que o processo de dessorção usando solução ácida não é agressivo, nas condições empregadas, mantendo a integridade das fibras do material e sua funcionalidade química.