Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Atualmente a biomassa tem sido utilizada como fonte renovÃvel para a geraÃÃo de energia, atravÃs de sua combustÃo, e para a produÃÃo de carvÃo e biocombustÃveis. Esta DissertaÃÃo tem como proposta o aproveitamento alternativo de biomassa para a produÃÃo de novos materiais carbonÃceos, buscando entender suas propriedades e, desta forma, vislumbrar novas aplicaÃÃes. A obtenÃÃo destes (nano)materiais foi realizada dentro dos conceitos da produÃÃo sustentÃvel de materiais. Desta forma, utilizou-se a metodologia de carbonizaÃÃo hidrotÃrmica (HTC) e resÃduos da biomassa (quitosana) como fonte precursora para a preparaÃÃo dos (nano)materiais. Os (nano)materiais obtidos (carbono hidrotÃrmico) a partir das diferentes preparaÃÃes, variando-se o tempo e a temperatura da carbonizaÃÃo, foram caracterizados quanto à sua estrutura, morfologia, composiÃÃo e textura. Os diferentes carbonos hidrotÃrmicos preparados apresentaram baixo ordenamento estrutural, caracterÃstico de carbono amorfo. Em relaÃÃo à composiÃÃo, os teores de carbono aumentam com a elevaÃÃo do tempo e da temperatura atingindo um patamar em aproximadamente 55 %. Por outro lado, os teores de nitrogÃnio permanecem entre 5 e 6 %, independente dos parÃmetros de preparaÃÃo. Adicionalmente, grupos funcionais hidroxila, Ãcidos carboxÃlicos, aminas e amidas ainda permanecem ou sÃo gerados em na superfÃcie do material. Os carbonos hidrotÃrmicos apresentam partÃculas da ordem de mÃcrons com morfologia de placas irregulares constituÃdas de agregados de nanopartÃculas e possuem Ãreas superficiais no intervalo de 60-290 m2/g, dependendo dos parÃmetros de sÃntese. AlÃm disso, a quitosana e o carbono hidrotÃrmico foram pirolisados visando comparÃ-los do ponto de vista estrutural, composicional, morfolÃgico e textural. A pirÃlise do carbono hidrotÃrmico promoveu a formaÃÃo de uma estrutura do tipo grafÃtica, porÃm muito defeituosa. A porcentagem em carbono dos produtos aumentou com o incremento da temperatura de pirÃlise, corroborando com os resultados de FTIR, nos quais sugerem a perda dos grupos funcionais. Aproximadamente 7 % de nitrogÃnio continuam inseridos na estrutura apÃs o tratamento tÃrmico, gerando, desta forma, um material carbonÃceo dopado com nitrogÃnio. A pirÃlise do carbono hidrotÃrmico a 600 oC levou a um produto com Ãrea superficial de aproximadamente 420 m2/g sendo sete vezes maior que a Ãrea de seu precursor. A morfologia das partÃculas nÃo foi drasticamente modificada, porÃm observa-se a formaÃÃo macroporos. Na pirÃlise direta da quitosana, o aumento da temperatura tambÃm acarreta na formaÃÃo de uma estrutura do tipo grafÃtica, passando por um intermediÃrio de baixo ordenamento estrutural. A conversÃo em carbono nÃo foi de 100 %, uma vez que se observou perda de material por volatilizaÃÃo durante as reaÃÃes. A Ãrea superficial foi de 82 m2/g quando a pirÃlise foi realizada a 300 oC e aproximadamente nula para maiores temperaturas. Dadas Ãs caracterÃsticas dos nanomateriais produzidos estes poderÃo ser aplicados como suporte para catalisadores, novos adsorventes e em agricultura.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / The one pot hydrothermal carbonization method was used to prepare hybrid materials based on carbon and iron species. The as - prepared solids were appliedin glycerol acetylation with acetic acid reaction at 180 ÂC for 24 h. The glucose was used as carbon source whereas ferrous iron sulfate salt was the iron species precursor. The synthetized samples were labelled as xFe@C, being x the nominal iron (II) content in weight percentage (0, 1, 5, 10, 15 and 30 %wt). The hybrid materials were characterized through chemical composition, structure, morphology and texture, as well. X - ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectra (FTIR) techniques showed that the solids mostly amorphous had carboxylic acids and hydroxyls superficial functional groups. FTIR spectra exhibited band sassigned to be from carboxylic acids /carboxylate functional groups interacting with Fe2+/Fe3+species. SEM images indicated the formation of dense spheres possessing smooth surfaces with sizes varying from 1 to 7 μm. X-ray photoelectron spectroscopy confirmed the existence of the ionic Fe2+and Fe3+ species on the surface of the solids. The catalytic properties of the as - synthesized solids towards glycerol acetylation reaction with acetic acid were carried out using the following parameters: catalyst mass (25, 50, 75 and 100 mg), temperature (80, 100 and 120 ÂC) and the acetic acid/glycerol molar ratio (3:1, 6:1, 9:1). The solids possessing low iron content such as from 1Fe@C to 15Fe@C samples showed very low activity. On the other hand, increased iron contents as for 30Fe@C sample had a glycerol conversion of 20%. The main products o btained in the reaction were monoacetylglycerol (MAG), diacetylglycerol (DA G) and triacetylglycerol (TAG), being the byproducts formation negligible. The results obtained using the several parameters indicates that the catalyst performance depend ed on the amount of iron species, catalyst mass as well as the glycerol to acetic acid molar ratio. / O mÃtodo de carbonizaÃÃo hidrotÃrmica em uma Ãnica etapa foi utilizado para preparar materiais hÃbridos à base de carbono e espÃcies de ferro Os sÃlidos como-preparados foram aplicados na reaÃÃo de acetilaÃÃo do glicerol com Ãcido acÃtico a 180 ÂC durante 24 h A glicose foi usada como fonte de carbono enquanto o sal sulfato ferroso foi empregado como precursor das espÃcies de ferro. As reaÃÃes foram conduzidas a 180 ÂC por 24 h As amostras preparadas foram denominadas de xFe@C, sendo x o teor nominal de ferro (II) em porcentagem de massa ( 0 1 5 10 15 30 % (m/m)) Os materiais foram caracterizados quanto à composiÃÃo quÃmica estrutura, morfologia e textura As tÃcnicas de difraÃÃo de raios X (DRX) e a espectroscopia na regiÃo do infravermelho (FTIR) mostraram a formaÃÃo de sÃlidos amorfos contendo grupos funcionais superficiais tais como Ãcidos carboxÃlicos e hidroxilas Os espectros de FTIR exibiram bandas assinaladas ao grupo Ãcido carboxÃlico/carboxilato os quais interagem com os Ãons Fe2+/Fe3+ As imagens de microscopia eletrÃnica de varredura dos materiais hÃbridos indicaram a formaÃÃo de esferas densas com superfÃcies lisas de tamanhos da ordem de 1 â 7 Âm A espectroscopia fotoelÃtrons excitados por raios X (XPS) confirmou a existÃncia de espÃcies iÃnicas Fe2+ e Fe3+ na superfÃcie do sÃlido A avaliaÃÃo das propriedades catalÃticas dos materiais na reaÃÃo de acetilaÃÃo de glicerol com Ãcido acÃtico foi conduzida variando-se os seguintes parÃmetros: massa do catalisador (25, 50, 75, 100 mg) temperatura (80 100 e 120 ÂC) bem como a razÃo molar de Ãcido acÃtico/glicerol (3:1 6:1 9:1). As amostras que possuÃam baixo teor de ferro tais como 1Fe@C a 15Fe@C apresentaram baixa atividade Por outro lado aumentando-se o teor de ferro tal como para a amostra 30Fe@C mostrou-se uma conversÃo de glicerol de 20% Os principais produtos formados nas reaÃÃes envolvendo foram monoacetilglicerol (MAG) diacetiglicerol (DAG) e triacetilglicerol (TAG) de modo que formaÃÃo de subprodutos foi negligenciada Assim com os resultados das variaÃÃes dos parÃmetros citados foi possÃvel concluir que a atividade catalÃtica depende da quantidade de ferro e a massa de catalisador bem como a razÃo molar de glicerol/Ãcido acÃtico.