Os solos brasileiros, assim como aqueles localizados em regiões tropicais, possuem elevada capacidade de sorver fósforo (P) devido ao alto grau de intemperismo e consequente composição mineralógica da fração argila. Os fertilizantes solúveis possuem baixa eficiência em função da rápida adsorção aos minerais presentes nestes solos, como também precipitação com cátions em solução. Um componente do solo que pode diminuir a sorção de P é a matéria orgânica que atua na formação de complexos organominerais, inativando os sítios de adsorção dos minerais. Assim, a adição de biocarvão, um composto orgânico recalcitrante, mas que possui grupos reativos de superfície, pode contribuir na redução da sorção de P no solo. O objetivo do trabalho foi estudar o efeito de diferentes temperaturas de pirólise nas características químicas e adsortivas do biocarvão e disponibilidade e aproveitamento de fósforo do fertilizante aplicado no solo. Os biocarvões foram produzidos por pirólise do bagaço de cana-de-açúcar a 250, 450, 650 ºC e um carvão comercial de eucalipto foi utilizado como controle. Os biocarvões foram caracterizados quimicamente e agitados com soluções contendo diferentes doses de P para verificar o comportamento da adsorção de P (isoterma de adsorção). Após filtragem, os biocarvões retidos no filtro foram submetidos à espectroscopia no infravermelho médio. Foram realizados: (i) Um experimento de incubação, fatorial 4 x 2 x 2 + controle, utilizando um solo contendo 70 g kg-1 de argila, com os tratamentos: 4 tipos de biocarvão aplicados na dose de 10 g kg-1; dois níveis de pH (4,8 e 5,8) e dois níveis de adubação fosfatada (0 e 50 mg kg-1). As análises realizadas no solo foram pH em solução de CaCl2 e SMP, P disponível e P remanescente. (ii) Um experimento em casa-de-vegetação, fatorial 4 x 3 x 4, com cultivo de plantas de feijão avaliando os 4 tipos de biocarvão produzidos, 3 doses de cada biocarvão (0, 450 e 900 mg kg-1) aplicados na linha de semeadura e 4 doses de P (0, 25, 50 e 100 mg kg-1) aplicadas contato com o biocarvão na linha. Não houve adsorção de P pelos biocarvões avaliados. Os espectros de infravermelho e análise química mostram que o aumento da temperatura causa diminuição da acidez total, porém aumenta aromaticidade e superfície específica dos materiais. No experimento de incubação os solos que receberam biocarvões produzidos com bagaço de cana apresentaram maior P disponível e remanescente, por mecanismos diferentes. Enquanto o biocarvão produzido à 250 ºC promove a redução da adsorção por interações promovidas por grupos ácidos, os biocarvões com estruturas aromáticas formam complexos de ligações não covalentes com os minerais. O biocarvão pode ser um material importante na redução da sorção de fósforo e economia de fertilizantes, porém pesquisas adicionais devem ser realizadas a fim de estudar a influência da matéria-prima e forma de produção nas potencialidades de uso do produto obtido. / The Brazilian soils, as those from tropical environment, have high phosphorus (P) sorption capacity as a result of their weathering degree and consequently the mineralogical composition in the clay fraction. Soluble fertilizers have low efficiency since the fast adsorption occurs in mineral surfaces, as well as precipitation with cations in the soil solution. The organic matter acts decreasing P sorption in the soils after form organomineral complexes with minerals, by inactivation of adsorption sites. In this way, biochar that is a recalcitrant organic compost; however, contains surface reactive functional groups, can contribute decreasing soil P sorption. The aim of this work was to study the effect of different pyrolysis temperatures in biochar adsorption characteristics, P availability in the soil and plant P absorption from phosphate fertilizer. Biochars were produced by pyrolysis of sugarcane bagasse at 250, 450, 650 ºC and eucalyptus biochar was used as control treatment. Biochars were chemically characterized, and after mixed with solutions containing different P concentrations to study the P sorption behaviour (adsorption isotherm). After filtering, the biochars retained in the filters were undergoing to medium infrared spectroscopy. Were performed: (i) Incubation experiment, factorial 4 x 2 x 2 + control in a soil containing 70 g kg- 1 of clay, with the following treatments: the 4 biochar types cited above, applied at 10 g kg-1 rate; 2 pH levels (4,8 and 5,8) and 2 levels of phosphate fertilizer (0 and 50 mg kg-1). The soil pH (CaCl2 salt and SMP), available and remaining P were analysed. (ii) Greenhouse experiment was performed in 4 x 3 x 4 factorial scheme, with cultivation of common bean plants to evaluate the produced biochars; 3 biochar rates (0, 450 and 900 mg kg-1) were applied at the sowing line and 4 P rates (0, 25, 50 and 100 mg kg-1) added in the same line. The evaluated biochars do not adsorb P. Infrared spectroscopy and chemical analysis showed that increasing temperature resulted in a decreasing in the total acidity. However, occurred an increase in the aromaticity and specific surface of materials. Incubation experiment revealed that the soils which received biochar produced by sugarcane bagasse have greater available and remaining P, these influenced by different mechanisms. While biochar produced at 250 ºC promote adsorption reduction by interactions between biochar acid functional groups and mineral adsorption sites, biochars produced at high temperatures contain aromatic structures can complex minerals by noncovalent bonding. Biochar can be an important tool to reduce P sorption and increase the economy of fertilizers. However, further researches must be carried out to study the influence of feedstocks and pyrolysis technology in the potentiality of use of each biochar.

Solos com horizonte A escurecido, com presença de artefatos humanos como cerâmicas, ossos e/ou conchas, alta saturação por bases, carbono orgânico e carvões são denominados comumente de Terras Pretas de Índio (TPI), de ampla ocorrência na região Amazônica. Tais características tornam estes solos muito favoráveis para o cultivo agrícola, sobretudo pelo elevado conteúdo de matéria orgânica do solo (MOS). No entanto, dentre as questões ainda não desvendadas quanto à gênese destes solos, está a natureza e mecanismos de retenção desta matéria orgânica nas TPI. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho foi elucidar a natureza química da MOS em solos com horizonte A antrópico e em solos de referência (sem horizonte A antrópico). Para isso, dois perfis de TPI e um perfil de referência foram selecionados na área do Campo Experimental do Caldeirão no município de Iranduba - AM. Amostras de todos os horizontes foram coletadas e submetidas ao fracionamento físico e químico da matéria orgânica, gerando as frações: i) (FLL); ii) Leve oclusa (FLO); iii) extraível com NaOH (EX) iv) Resíduo (RES). Todas elas foram caracterizadas por meio da pirólise CG/EM. A FLL e EX estão presentes em quantidades maiores nas TPI, devido, respectivamente, ao maior imput de mateiral fresco promovido intencionalmente pelo homem nestas áreas e à maior humificação deste material. Por outro lado a FLO foi maior no perfil de referência. A FLL possui alta expressão da liteira, sendo constituída, sobretudo por materiais vegetais e carvões. A FLO teve alta variabilidade composicional, no entanto de modo geral possui semelhança com a FLL, mas é menos enriquecida em derviados do BC (compostos poliaromáticos) e maior quantidade de material vegetal fresco (ligninas). No entanto, esta fração contribui muito pouco para o carbono total do solo. Entre os diferentes perfis, a principal diferenciação ocorreu na FLL, que possuiu menos levoglucosan e mais poliaromáticos nos perfis antrópicos, o que mostra, portanto, condições mais avançadas de mineralização e enriquecimento relativo em BC. No entanto, no geral há maior abundância de compostos aromáticos nos perfis de TPI, demonstrando maior contribuição de BC. A fração do resíduo mostrou, grande contribuição de compostos alifáticos. No entanto quando compara-se os diferentes perfis, as TPI são enriquecidas com compostos poliaromáticos, reforçando novamente a contribuição do BC. Não foi possível, com os métodos de extração e fracionamento utilizados, afirmar se os produtos derivados do BC nesta fração estão realmente ligados a fração mineral ou estão presentes no RES por serem insolúveis em alcalino. Nesse sentido, conclui-se que há uma grande contribuição do BC para a estabilização (pelo mecanismo da recalcitrância química) da MO nos perfis de TPI nas diferentes frações e, além disso, verificou-se também nestes perfis estágios mais avançados de decomposição, concordando com o fato de que nas TPI há um maior grau de humificação da MO. / The Anthrosols known as Amazon Dark Earths (ADE) are peculiar soils found in Amazonian Forest, presenting dark coloured A horizons that combine the following features: presence of human artefacts, bones and shells; high levels of organic carbon and coal; and a high base saturation index. Such characteristics are an advantage for agriculture practices, even in the current days. However, their genesis mechanisms are still poorly understood, especially the processes related to organic matter fixation. This contribution aims to elucidate the chemical nature of soil organic matter (SOM) in some Anthrosols and reference soils (without Anthropic A horizons), comparing two pedons with the referred characteristics in the county of Iranduba (Amazon State, Brazil). Soil samples were physically and chemically fractioned, into the following groups: i) FLL, ii) light occluded (FLO), iii) NaOH extractable (EX); iv) residual (RES). SOM samples were chemically characterized using the CG/EM pyrolysis technique. The FLL and EX fractions are more common in IDA soil samples due to the high inputs of fresh plant materials intentionally introduced by human groups in the past, and to the high degree of humification. The FLO fraction was higher in the reference soil samples (without Anthropic A horizons). The FLL fraction was more expressive in the litter samples, consisting of plant materials and coal. The FLO fraction presented a high compositional variability but similar to FLL fraction, less enriched in polyaromatic compounds (BC) and fresh plant materials (lignin). Nevertheless, this fraction represents a minor contribution to total organic carbon of soils. Within the different pedons, the main difference was observed in the FLL fraction, less enriched in levoglucosan and polyaromatic compounds in the Anthrosols. It suggests a rapid mineralization of organic matter and high contribution of BC compounds in these soils. In general, the BC compounds are a major control in Anthrosols. The residual fraction shows high levels of aliphatic compounds. However, in the Anthrosols the BC compounds maintain a high level. It was not possible to determine whether the BC bearing compounds are bound to the mineral fraction or belong to RES fraction (low solubility in high pH values). The BC compounds must contribute significantly to SOM stabilization in the different fractions of Anthrosols pedons (chemical recalcitrance mechanism). Moreover, decomposition degree of SOM is higher in the Anthrosols, in agreement to the high degree of humification.

Submitted by Marilene Donadel (marilene.donadel@unioeste.br) on 2017-08-18T19:11:56Z No. of bitstreams: 1 Viviane Manozzo 2016.pdf: 3333567 bytes, checksum: ebe7b9726675839238cfd3ee3c4ed3ca (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-18T19:11:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Viviane Manozzo 2016.pdf: 3333567 bytes, checksum: ebe7b9726675839238cfd3ee3c4ed3ca (MD5) Previous issue date: 2016-08-29 / The whole world is experiencing an energy crisis, though a lot of potential is wasted because it is necessary to develop technologies for the utilization of biomass as a raw material capable of producing energy. Municipal waste, wood waste, agricultural crop residues, plants and algae, breeding animal waste, food processing and organic waste are considered the main sources of production and biomass and boost research in the energy sector in search responses to the crises faced. The objective of this study was to obtain experimental data of thermal decomposition of biomass Pistia stratiotes and Eichhornia crassipes to determine the kinetic parameters through the pyrolysis process. Thus, laboratory studies were conducted in order to determine the chemical and physical properties: particle size, moisture, volatile matter, ash, cellulose, lignin and superior calorific value (PCS), to obtain the thermal decomposition curve by thermogravimetric analysis for biomasses studied ; and determine the kinetic parameters during pyrolysis of biomass decomposition methods using non-isothermal differential. The thermogravimetric analysis was performed under an inert nitrogen atmosphere at temperatures ranging from 60ºC to 990ºC for four heating rates of 5, 10, 15 and 20 °C / min. Results as 10.83 MJ / kg and 12, 96 MJ / kg were found for PCS of biomasses Pistia stratiotes and Eichhornia crassipes respectively. The determination of the kinetic parameters we used the methods: Flyn Wall Osawa, Kissinger and Friedman. The mass loss of biomass Pistia stratiots presented in the temperature range 244-823 ° C. The Eichhornia crassipes in the range 241-991°C. To Pistia stratiotes the activation energy calculated by the FWO method foinde 178.60 kJ / mol - 332.79 kJ / mol. Kissinger 155.89 kJ / mol. Friedman in the range of 153.75 kJ / mol - 369.09 kJ / mol. For Eichhornia crassipes the activation energy calculated by the method presented FWO in the range of 156.59 kJ / mol - 531 80 kJ / mol. Kissinger 130.46 kJ / mol. Friedman in the range of 156.53 kJ / mol - 349.47 kJ / mol. The results obtained were of the same order of magnitude. The kinetic data confirm that the molecular structures are represented by different mechanisms thermal decomposition reaction rate and the decomposition rate with the temperature in the pyrolysis showing that this technique is a powerful tool for transforming biomass into products which contribute to generation of energy. / O mundo todo vive uma crise energética, no entanto um grande potencial é desperdiçado, pois é preciso que se desenvolvam tecnologias para o aproveitamento de biomassas como matéria prima capaz de produzir energia. Os resíduos urbanos, restos de madeira, resíduos de culturas agrícolas, plantas e algas, resíduos de criadouros de animais, de processamento de alimentos e de resíduos orgânicos se apresentam como as principais fontes de produção e biomassa e impulsionam as pesquisas no setor energético em busca de respostas para as crises enfrentadas. Assim, o objetivo deste estudo foi obter dados experimentais de decomposição térmica das biomassas Pistia stratiotes e Eichhornia crassipes visando determinar os parâmetros cinéticos por meio do processo de pirólise. Desta forma, estudo laboratoriais foram desenvolvidos visando determinar as propriedades químicas e físicas: granulometria, umidade, material volátil, cinzas, celulose, lignina e poder calorífico superior (PCS), obter as curvas de decomposição térmica através de análises termogravimétricas para as biomassas em estudo; e determinar os parâmetros cinéticos durante a pirólise de decomposição das biomassas utilizando métodos não isotérmicos diferenciais. A termogravimetria foi realizada em atmosfera inerte de nitrogênio, com temperaturas variando de 60ºC a 990ºC, para quatro taxas de aquecimento: 5, 10, 15 e 20ºC / min. Resultados como 10,83 MJ/kg e 12, 96 MJ/kg foram encontradas para o PCS das biomassas Pistia stratiotes e Eichhornia crassipes respectivamente. A determinação dos parâmetros cinéticos utilizou–se dos métodos: Flyn Wall Osawa, Kissinger e o Friedman. A perda de massa da biomassa Pistia stratiotes apresentou na faixa de temperatura de 244 – 823 °C. A Eichhornia crassipes na faixa de 241 – 991 °C. Para Pistia stratiotes a energia de ativação calculada pelo método FWO foi de 178,60 kJ / mol – 332,79 kJ / mol. Por Kissinger 155,89 kJ / mol. Por Friedman na faixa de 153,75 KJ / mol – 369,09 kJ / mol. Para Eichhornia crassipes a energia de ativação calculada pelo método FWO apresentou na faixa de 156,59 kJ / mol – 531, 80 kJ / mol. Por Kissinger 130,46 kJ / mol. Por Friedman na faixa de 156,53 kJ / mol – 349,47 kJ / mol. Os resultados obtidos foram da mesma ordem de grandeza. Os dados cinéticos obtidos confirmam que as estruturas moleculares são representadas por diferentes mecanismos de decomposição térmica, taxas de reação e taxa de decomposição com a temperatura no processo de pirólise comprovando que a técnica é uma poderosa ferramenta para transformar biomassas em produtos que contribuem para geração de energia.

Este trabalho descreve a utilização de GC×GC/qMS para a caracterização de bio-óleo obtido a partir da pirólise de palha de cana-de-açúcar e de suas frações resultantes do fracionamento usando solventes pressurizados. É o primeiro uso desta técnica com analisador quadrupolar para a caracterização de bio-óleo. A GC×GC/qMS aliada a algumas ferramentas computacionais, permitiu a identificação e classificação dos compostos de acordo com diversos fatores como a classe química, o número de átomos de carbono, o número de substituintes na cadeia carbônica, o massa molecular e os picos principais no espectro de massas. Utilizou-se também o sistema de LTPRI (índice de retenção linear com temperatura programada) para a confirmação da identificação de alguns dos compostos no bio-óleo e nas frações. Verificou-se um número total de 331 compostos tentativamente identificados no bio-óleo bruto e destes 166 foram confirmados por identificação LTPRI, em sua maioria compostos polares. A análise quantitativa comprovou que o bio-óleo de palha de cana-de-açúcar estudado é composto majoritariamente por fenóis (2-metilfenol, 3,4-dimetilfenol e 4-metilcatecol), além de aldeidos (4-hidróxibenzaldeído e siringaldeído), os quais após o fracionamento puderam ter suas concentrações determinadas na amostra de forma inequívoca pela técnica de cromatografia gasosa. O passo de fracionamento promoveu uma melhor seletividade dos compostos nas frações, permitindo a identificação de um maior número de compostos, assim como suas quantificações. / This work describes the use of GC×GC/qMS for the characterization of bio-oil from the pyrolysis of sugar cane straw and its fractions using pressurized solvent fractionation. This is the first use of this technique for a bio-oil characterization. The GC×GC/qMS allied to some computational tools, allowed the identification and classification of the compounds according manyfactors as chemical class, number of carbons, number of substituents in the carbonic side chain, molecular weight and main peaks in the mass fragmentation spectra. It was used also the LTPRI (linear-temperature-programmed retention index) system for the confirmation of identification of some of the compounds in the bio-oil and fractions. It was found a total number of 331 compounds tentatively identified in the crude bio-oil and 166 were confirmed by LTPRI identification, mostly polar compounds. The quantitative analysis showed that the bio-oil of sugar cane straw is composed mainly by phenols (Phenol, 2-methyl, Phenol, 3,4-dimethyl and Catechol, 4-methyl) and also by the aldehydes Benzaldehyde (4-hydroxy and Syringaldehyde), which after fractionation might have their concentrations determined in the sample so unequivocal by gas chromatography. The step of fractionation stimulated a better selectivity of the compounds in the fractions, permitting the identification of a larger number of compounds, as well as their concentrations.

Diferentes resíduos são gerados pelas indústrias siderúrgicas, dentre eles o resíduo dos trituradores de sucata (RTS). O destino mais utilizado para o RTS pelas indústrias siderúrgicas brasileiras é o aterro de resíduos industriais. A pirólise se apresenta como uma alternativa para o reaproveitamento do RTS. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de diferentes parâmetros operacionais sobre as propriedades e o rendimento dos produtos do processo de pirólise do RTS para fins de um posterior aproveitamento. Um reator de pirólise de leito fixo foi utilizado e as seguintes variáveis foram testadas fazendo-se uso de um planejamento experimental 2k: temperatura (500, 600 e 700 ºC), taxa de aquecimento (5, 20, 35 ºC/min), vazão de gás inerte (N2) (0,03, 0,44 e 0,76 L/min) e razão CaO/RTS (0, 1 e 2). A utilização de uma taxa de aquecimento menor, associada a presença de CaO, resultou nos maiores rendimentos de gás não-condensável (> 50%). O poder calorífico deste gás, aumentou com o incremento da razão CaO/RTS. Este aumento foi atribuído a captura in situ do CO2. A utilização de uma vazão maior de gás inerte, também favoreceu o aumento do poder calorífico do gás não-condensável. Os maiores valores obtidos (25 MJ/Nm3) são apreciáveis, considerando o poder calorífico de outros combustíveis. Os maiores rendimentos de char (> 24%) foram obtidos nos experimentos com a utilização de uma temperatura menor, associada a ausência de CaO. A utilização de uma taxa de aquecimento mais elevada resultou em maiores rendimentos de voláteis condensáveis. Os menores rendimentos de voláteis condensáveis foram obtidos quando a vazão de inerte foi menor. Também foi possível verificar que, houve um aumento do rendimento de voláteis condensáveis com a presença de CaO para a temperatura de 700 ºC. Este comportamento foi atribuído ao maior rendimento global de estireno nas referidas condições operacionais. O rendimento global de 2,4-dimetil-1-heptano também apresentou comportamento semelhante ao observado para o rendimento de voláteis condensáveis, indicando que o AlCl3 pode ter atuado como catalisador da pirólise do PP presente no RTS. Com o aumento da razão CaO/RTS, houve uma redução da concentração de CO2. A redução da concentração de CO2 na presença de CaO está associada a formação de CaCO3. A retenção de cloro no char foi mais elevada nos ensaios conduzidos na presença de CaO. Verificou-se uma redução da retenção de cloro no char com o aumento da temperatura para os ensaios conduzidos na presença de CaO. Uma diminuição da retenção de metais no char foi verificada nos experimentos conduzidos com CaO para os seguintes metais: Co, Cu, Cr, Fe, Ni e Zn. A remoção do cloro permitiria conduzir o processo de pirólise a temperaturas mais elevadas, aumentando a Eficiência Energética mínima (EE) do processo. Desta forma, fica clara a necessidade da remoção do cloro do RTS antes do processo de pirólise, pois a partir disto o uso do CaO contribuiria para o aumento da EE e da retenção de metais no char, e consequentemente da desejabilidade global. / Different wastes are generated by steel industries, among them the shredder residue (SR). The most commonly used destination for SR by Brazilian steel industry is the landfill of industrial waste. The pyrolysis can be considered a solution to this problem. The aim of this work was to evaluate the effects of different operating parameters upon the properties and yield of the SR pyrolysis process products for later use. A fixed bed pyrolysis reactor was used and the following variables were tested using a 2k experimental design: temperature (500, 600 and 700 ºC), heating rate (5, 20, 35 ºC/min), flow rate of inert gas (N2) (0.03, 0.44 and 0.76 L/min) and CaO/SR ratio (0, 1 and 2). The use of a lower heating rate, associated with the CaO presence, resulted in higher yields of non-condensable gas (> 50%). The calorific value of this gas increased with the growth of the CaO/SR ratio. This increase was attributed to an in situ CO2 capture. The use of a higher flow rate of inert gas also favored the increase in the calorific power of the non-condensable gas. The highest values (25 MJ/Nm3) are appreciable considering the calorific value of other fuels. The highest char yields (> 24%) were obtained in the experiments using a lower temperature associated with the absence of CaO. The use of a higher heating rate resulted in higher yields of condensable volatiles. The lower yields of condensable volatiles were obtained when the inert flow rate was lower. It was also possible to verify that there was an increase in the condensable volatiles yield with the CaO presence at a temperature of 700 ºC.This behavior was attributed to the higher styrene overall yield under these operating conditions. The 2,4-dimethyl-1-heptane overall yield also presented a similar behavior to that observed for the condensable volatiles yield, indicating that the AlCl3 may have acted as a catalyst for the PP pyrolysis present in the SR. With the increase in the CaO/RTS ratio, there was a reduction in the CO2 concentration. The CO2 concentration reduction in the CaO presence is associated with the CaCO3 formation. The chlorine retention in the char was higher in the experiments conducted with CaO presence. A reduction in the chlorine retention in char was observed with increasing temperature for the experiments conducted with CaO presence. A decrease in metal retention in the char was verified in the experiments conducted with CaO for the following metals: Co, Cu, Cr, Fe, Ni and Zn. Chlorine removal would allow the pyrolysis process to be conducted at higher temperatures, increasing the minimum energy efficiency (EE) of the process. Therefore, it is clear the need to remove chlorine from the SR before the pyrolysis process, since, the CaO use would contribute to the EE increase and the retention of metals in the char, and consequently the global desirability.

A crescente necessidade de se obter fontes de energia e materiais mais sustentáveis tem aumentado o interesse em processos baseados na conversão de biomassa. Microalgas são particularmente interessantes por não competirem com alimentos e serem facilmente adaptáveis ao meio de crescimento. Além disso, microalgas podem ser processadas termicamente para geração tanto de biocombustíveis quanto de produtos químicos úteis. Estudos de conversão térmica de microalgas tem aparecido apenas em anos recentes, endereçando principalmente temperaturas entre 350 e 500 ºC. Neste estudo, a pirólise em temperaturas entre 500 e 900 ºC foi avaliada pelo interesse em se obter biocombustíveis e produtos químicos úteis. As classes de compostos obtidos a partir da pirólise isotérmica da microalga da espécie Chlorella vulgaris foram investigadas através de um sistema composto por um pirolisador conectado a um CG/MS. Dentre as classes identificadas, houve uma predominância de compostos aromáticos e nitrogenados, principalmente derivados de proteínas. Além disso, a maioria dos compostos identificados na corrente de produtos voláteis está presente em todas as temperaturas de reação estudadas. Os parâmetros cinéticos de energia de ativação aparente, constante de reação e ordem de reação foram determinados através de três modelos cinéticos conhecidos como K-A-S, Osawa e Freeman-Carroll, a partir de dados termogravimétricos. A energia de ativação determinada para Chlorella apresentou valores entre 60 e 206 kJ/mol, enquanto a ordem de reação teve como resultado valores entre segunda e décima ordem, de acordo com o modelo cinético. / The increasing need to obtain more sustainable sources of energy and raw materials has attracted attention to processes based on biomass conversion. Microalgae are particularly interesting because they do not compete with human food and they are easily adaptable to the growth medium. Besides, microalgae can be thermally processed to produce both biofuels and useful chemicals. Studies on thermal conversion of microalgae have appeared only in recent years, addressing mainly reaction temperatures between 350 and 500 °C. In this study, pyrolysis in temperatures ranging from 500 to 900 ºC have been investigated considering the interest in producing biofuels and useful chemical compounds. The classes of products obtained by isothermal pyrolysis of the Chlorella vulgaris microalgae have been investigated using a pyrolyzer directly connected to a GC/MS system. Among the classes identified, there was a predominance of aromatic and nitrogenous compounds, mainly protein derived compounds. In addition, most products identified in the volatile products stream are present in all reaction temperatures investigated. The kinetic parameters of apparent activation energy, reaction constant and order of reaction were determined through three kinetic models known as K-A-S, Osawa and Freeman-Carroll, calculated from thermogravimetric data. The activation energy for Chlorella presented values within the range of 60 and 206 kJ/mole, while the order of reaction resulted in values between second and tenth order, from the different methods.

Solos com horizonte A escurecido, com presença de artefatos humanos como cerâmicas, ossos e/ou conchas, alta saturação por bases, carbono orgânico e carvões são denominados comumente de Terras Pretas de Índio (TPI), de ampla ocorrência na região Amazônica. Tais características tornam estes solos muito favoráveis para o cultivo agrícola, sobretudo pelo elevado conteúdo de matéria orgânica do solo (MOS). No entanto, dentre as questões ainda não desvendadas quanto à gênese destes solos, está a natureza e mecanismos de retenção desta matéria orgânica nas TPI. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho foi elucidar a natureza química da MOS em solos com horizonte A antrópico e em solos de referência (sem horizonte A antrópico). Para isso, dois perfis de TPI e um perfil de referência foram selecionados na área do Campo Experimental do Caldeirão no município de Iranduba - AM. Amostras de todos os horizontes foram coletadas e submetidas ao fracionamento físico e químico da matéria orgânica, gerando as frações: i) (FLL); ii) Leve oclusa (FLO); iii) extraível com NaOH (EX) iv) Resíduo (RES). Todas elas foram caracterizadas por meio da pirólise CG/EM. A FLL e EX estão presentes em quantidades maiores nas TPI, devido, respectivamente, ao maior imput de mateiral fresco promovido intencionalmente pelo homem nestas áreas e à maior humificação deste material. Por outro lado a FLO foi maior no perfil de referência. A FLL possui alta expressão da liteira, sendo constituída, sobretudo por materiais vegetais e carvões. A FLO teve alta variabilidade composicional, no entanto de modo geral possui semelhança com a FLL, mas é menos enriquecida em derviados do BC (compostos poliaromáticos) e maior quantidade de material vegetal fresco (ligninas). No entanto, esta fração contribui muito pouco para o carbono total do solo. Entre os diferentes perfis, a principal diferenciação ocorreu na FLL, que possuiu menos levoglucosan e mais poliaromáticos nos perfis antrópicos, o que mostra, portanto, condições mais avançadas de mineralização e enriquecimento relativo em BC. No entanto, no geral há maior abundância de compostos aromáticos nos perfis de TPI, demonstrando maior contribuição de BC. A fração do resíduo mostrou, grande contribuição de compostos alifáticos. No entanto quando compara-se os diferentes perfis, as TPI são enriquecidas com compostos poliaromáticos, reforçando novamente a contribuição do BC. Não foi possível, com os métodos de extração e fracionamento utilizados, afirmar se os produtos derivados do BC nesta fração estão realmente ligados a fração mineral ou estão presentes no RES por serem insolúveis em alcalino. Nesse sentido, conclui-se que há uma grande contribuição do BC para a estabilização (pelo mecanismo da recalcitrância química) da MO nos perfis de TPI nas diferentes frações e, além disso, verificou-se também nestes perfis estágios mais avançados de decomposição, concordando com o fato de que nas TPI há um maior grau de humificação da MO. / The Anthrosols known as Amazon Dark Earths (ADE) are peculiar soils found in Amazonian Forest, presenting dark coloured A horizons that combine the following features: presence of human artefacts, bones and shells; high levels of organic carbon and coal; and a high base saturation index. Such characteristics are an advantage for agriculture practices, even in the current days. However, their genesis mechanisms are still poorly understood, especially the processes related to organic matter fixation. This contribution aims to elucidate the chemical nature of soil organic matter (SOM) in some Anthrosols and reference soils (without Anthropic A horizons), comparing two pedons with the referred characteristics in the county of Iranduba (Amazon State, Brazil). Soil samples were physically and chemically fractioned, into the following groups: i) FLL, ii) light occluded (FLO), iii) NaOH extractable (EX); iv) residual (RES). SOM samples were chemically characterized using the CG/EM pyrolysis technique. The FLL and EX fractions are more common in IDA soil samples due to the high inputs of fresh plant materials intentionally introduced by human groups in the past, and to the high degree of humification. The FLO fraction was higher in the reference soil samples (without Anthropic A horizons). The FLL fraction was more expressive in the litter samples, consisting of plant materials and coal. The FLO fraction presented a high compositional variability but similar to FLL fraction, less enriched in polyaromatic compounds (BC) and fresh plant materials (lignin). Nevertheless, this fraction represents a minor contribution to total organic carbon of soils. Within the different pedons, the main difference was observed in the FLL fraction, less enriched in levoglucosan and polyaromatic compounds in the Anthrosols. It suggests a rapid mineralization of organic matter and high contribution of BC compounds in these soils. In general, the BC compounds are a major control in Anthrosols. The residual fraction shows high levels of aliphatic compounds. However, in the Anthrosols the BC compounds maintain a high level. It was not possible to determine whether the BC bearing compounds are bound to the mineral fraction or belong to RES fraction (low solubility in high pH values). The BC compounds must contribute significantly to SOM stabilization in the different fractions of Anthrosols pedons (chemical recalcitrance mechanism). Moreover, decomposition degree of SOM is higher in the Anthrosols, in agreement to the high degree of humification.

A matéria orgânica do solo (MOS) representa um importante reservatório de carbono (C) nos ecossistemas terrestres. O conteúdo de C estocado no solo pode ser liberado para a atmosfera na forma de CO2, com a decomposição da MOS, ou pode ser aumentado com a entrada de resíduos e retenção da MOS. Nesse sentido, é importante entender os mecanismos de estabilidade e retenção da MOS para predizer como os solos respondem a mudanças, quer sejam elas induzidas por alterações climáticas ou por práticas de manejo. Dentro dos Latossolos, classe que ocupa cerca de 32 % do território brasileiro, há aqueles que possuem horizonte A húmico hiper espesso e, portanto, com maior estoque de C. Aspectos sobre a origem, formação e preservação do horizonte A húmico destes solos em suas ocorrências em diferentes biomas ainda não foram completamente elucidados e estão estritamente ligados à fonte, dinâmica e mecanismos de preservação e distribuição da MOS no solo. O objetivo deste trabalho é entender a gênese da MO dos Latossolos húmicos que ocorrem no Bioma Cerrado, por meio da caracterização molecular pela técnica da pirólise acoplada à cromatografia gasosa e espectroscopia de massas (pirólise - CG/EM). Para isso, foram coletadas amostras dos horizontes A em dois perfis de Latossolos com horizonte A húmico (LH1, LH2) e um perfil de Latossolo com horizonte A moderado (solo de referência; LNH) situados em superfície de aplanamento adjacente à Serra do Espinhaço, no município de Grão Mogol - MG, sob clima tropical semi-úmido e vegetação de cerrado sensu strictu. Por meio da descrição morfológica dos solos em diferentes níveis de observação (campo, lupa e microscópio) procurou-se entender melhor os mecanismos de espessamento do horizonte A e a distribuição de partículas de carvão ao longo do perfil. As amostras dos horizontes foram submetidas ao fracionamento físico e extração da MOS, gerando as seguintes frações: fração leve livre (FLL); fração leve oclusa (FLO), fração extraível com NaOH (EXT) e resíduo (RES). A morfologia dos perfis evidencia a intensa e longa atividade biológica (fauna e raízes) a que esses solos foram e estão submetidos. Isso explica a abundância de microagregados e a consequente macropososidade elevada, assim como a ampla distribuição de fragmentos de carvão em todo o horizonte A, e parte do B, com dimensões milimétricas a submilimétricas, sugerindo a fragmentação destes ao longo do tempo. Foi evidenciado o maior conteúdo de carvões nos dois LHs em comparação ao LNH. A distribuição da MOS nas frações estudadas foi a mesma para os três perfis estudados: RES>EXT>FLL>FLO, que mostra a importância da fração RES para estes solos. Produtos da carbonização (Black carbon; BC: hidrocarbonetos poliaromáticos) foram mais abundantes na fração RES e FLO, no entanto, a maior diferença qualitativa entre a MOS de LHs e LNH diz respeito à abundância de BC na fração RES, que é maior em LHs do que LNH; confirmando a maior quantidade de carvões em LHs verificada na morfologia. Um índice de degradação do BC foi estabelecido com base em análise fatorial com os todas as frações estudadas e produtos poliaromáticos. Este índice, aplicado às frações EXT e RES, mostrou que a degradação do BC aumenta com a profundidade/idade, e não houve diferenças significativas entre os perfis estudados. Portanto, LHs provavelmente tem maior entrada de carvões, o que deve estar ligado a um histórico de maior incidência de incêndios ou maior abundância local de espécies arbóreas. / Soil organic matter (SOM) is an important carbon (C) stock in terrestrial ecosystems. C in soils can be released to the atmosphere in CO2 form by SOM decomposition, or can be stored with residue inputs and SOM retention in the soils. In this sense, it is important to understand the SOM stability mechanisms to predict how soils behave under climatic or human management induced environmental changes. Latosols occupy 40% of the national territory in Brazil. Some of them have a hyper thick A horizon with a major C stock, Humic Latasols. Aspects that underlie the formation of humic A horizon are still unclear, and mainly concern SOM dynamics, SOM preservation mechanisms, and SOM distribution with depth. The aim of this work is to understand the genesis of Humic Latosols through molecular characterization of SOM by pyrolysis coupled to gas chromatography and mass spectrometry (pyrolysis - GC/MS). For this purpose samples from two profiles (LH1, LH2) were collected, and in addition a reference profile was sampled (Latosol without humic characteristics, LNH). All profiles were located near Grão Mogol city (MG) under a semi-humid tropical climate and Cerrado vegetation. Morphology at different levels (field, bloom and microscope) showed that charcoal was abundant in all three profiles, and an extremely high biological activity. Profiles were sampled in detail and all samples were submitted to sequential physical fractionation and chemical extraction, generating the following SOM fractions: free light fraction (FLF); occluded light fraction (OLF); NaOH extractable fraction (EXT) and residue (RES). The molecular composition of the samples was studied by pyrolysis-GC/MS. Profile morphology evidence the long and intense biological activity (faunal and roots) in this soils, in the past and present time. This explains the microaggregate abundance and consequent macroporosity, and also the distribution of charcoal fragments in all of A and part of B horizon. These fragments have submilimetrical a milimetrical dimensions, suggests its fragmentation along the time. It was evidenced too, the bigger charcoal content in LHs than LNH. The C distribution in the fractions was the same for all the studied profiles: RES>EXT>FLL>FLO, which shows the importance of the RES fraction for these soils. Pyrolysis products derived from black carbon (BC; polyaromatics hydrocarbons) were most abundant in RES and FLO. In the RES, PAHs were more abundant in the LH than LNH; confirming the biggest quantity of charcoals in LHs verified in morphology. A BC degradation index was established using factor analysis with all PAH and all fractions studied. Depth records of these parameter showed an increase with depth in both EX and RES, and showed no differences between the studied profiles. It is concluded, therefore, that the LH had a larger input of charcoal. It is hypothesized that the larger contribution from BC in LHs is related to local differences in fire intensity and/or more trees in the vegetation.

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No. of bitstreams: 1 martins_de_me_rcla.pdf: 2264546 bytes, checksum: c6a41db1fcf4e53fca66f918fed76ebf (MD5) Previous issue date: 2018-01-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta o estudo das propriedades elétricas de filmes finos de óxidos condutores transparentes (TCOs) obtidos por spray-pirólise. A fabricação de filmes finos de TCOs depositados por sputtering ou laser pulsado (PLD) é atraente para aplicações optoeletrônicas devido à alta condutividade elétrica e transmitância na faixa do visível, porém a dificuldade em cobrir grandes áreas é um fator limitante para o aumento da escala de produção. Por outro lado, a utilização de soluções de precursores orgânicos permite o uso de métodos de deposição relativamente simples (por exemplo, spin coating, spray, roll-to-roll, dentre outros) que permitem a cobertura de áreas extremamente grandes. Particularmente, o processo de spray-pirólise é um método de deposição simples, versátil, eficiente e de baixo custo que tem vários parâmetros de fabricação que podem ser variados para alcançar um desempenho ótimo do dispositivo. Desenvolvemos um sistema de deposição de spray-pirólise totalmente automatizado utilizando soluções aquosas de precursores de TCOs para obter filmes homogêneos, que foram avaliados para aplicação em dispositivos semicondutores através do desempenho elétrico quantificado pela técnica de caracterização elétrica d.c. corrente-tensão (I-V). Para determinar os melhores parâmetros de fabricação, variou-se a temperatura dos substratos (vidro de borosilicato) durante a deposição de 250 ºC a 400 ºC, o número de camadas depositadas (1 a 5), o tempo de deposição (de 5 a 150 s), diferentes pressões do ar comprimido utilizado no aerógrafo (0,7 a 2 bar), a concentração da solução (de 0,5 % a 3 % em massa) e a razão molar Al:Zn (de 5 % a 30 %), para os filmes de AZO. Utilizaram-se eletrodos de alumínio evaporados a vácuo com diferentes razões de aspecto (1/18, 2/9, 5/13, 5/9 e 8/9) para determinar a resistência de folha sobre toda a área do filme. Para determinar a condutividade elétrica dos filmes foi necessário fazer análise de microscopia de forca atômica (AFM) para descobrir a espessura dos filmes. A análise termogravimétrica (TGA) e a análise por infravermelha (FTIR) foram também utilizadas para verificar a formação da fase de óxido metálico dos compostos e a análise de difração de raio-X (XRD) foi utilizada para identificar qual a estrutura formada nos filmes / This work presents the study of the electrical properties of thin films of transparent conductors oxides (TCOs) obtained by spray-pyrolysis deposition. The fabrication of thin films of TCOs by RF sputtering or pulsed-laser deposition (PLD) is attractive for optoelectronic applications due the high electric conductivity and transmittance in the visible spectrum range. However the difficulty to cover extra-large areas is a limiting factor for upscaling production. On the other hand, the use of organic precursor solutions allow the use of relatively simple deposition methods (e.g. spin-coating, spray, roll-to-roll) that enable the coverage of very large areas. Particularly, spray-pyrolysis is a simple, versatile, efficient and of low cost deposition method wich has several manufacturing parameters that can be varied to achieve optimal device performance. We developed a fully automated spray-pyrolysis deposition system using aqueous solutions of TCOs precursors to obtain very homogeneous films, wich were evaluated for application to semiconductor devices by d.c. current-voltage (I-V) analysis. To determine the optimum manufacturing parameters, we varied the temperature of the substrates (borosilicate glass) during the deposition from 250 ºC to 400 ºC, the number of deposited layers (from 1 to 5), the deposition time of each layer (from 5 to 150 s), different network pressures (0,7 and 2 bar), the solution concentration (from 0,5 % to 30 % w/w) and the Al:Zn molar ration (from 5 % to 30 %), for AZO fims. Thermally vacuum evaporated aluminum electrodes with different aspect ratios (1/18, 2/9, 5/13, 5/9 and 8/9) were used to determine the sheet resistance over the whole film area. To determine the electrical conductivity of the films it was necessary to perform atomic force microscopy analysis (AFM) to discover the thickness of the films. Thermogravimetric analysis (TGA) and infrared analysis (FTIR) were also used to verify the formation of the metal oxide phase of the compounds and the X-ray diffraction analysis (XRD) was used to identify which structure formed in the films. / CAPES: 1633460.

A contaminação do solo com resíduos tóxicos tornou-se um dos maiores problemas ambientais. Na maioria das vezes, as condições do local incluem a contaminação da água subterrânea. Neste contexto, os metais pesados têm sido motivo de preocupação, destacando-se o cromo hexavalente como poluente de elevada toxicidade e mobilidade. Quando um problema de contaminação no solo é identificado, ações de remediação devem ser aplicadas. Dentre as tecnologias existentes, uma das mais promissoras é o uso de barreiras reativas permeáveis. A barreira é construída com materiais reativos de forma a interceptar a pluma contaminada, atenuando a concentração do contaminante a níveis aceitáveis ou controláveis. É possível converter resíduos agrícolas em carvões ativados, material adsorvente resultante de processo pirolítico. Esses carvões podem apresentar desempenhos diferenciados em aplicações específicas. A presente tese tem como objetivo geral avaliar a aplicação de carvões ativados, oriundos da pirólise de casca de arroz, em barreiras reativas permeáveis. Os objetivos específicos consistem em estudar o desenvolvimento de carvões quimicamente ativados e investigar, por meio de ensaios de laboratório, sua aplicação na remoção de cromo hexavalente de meios aquosos e de meios porosos saturados. Para a preparação dos carvões ativados, foi desenvolvida uma unidade pirolítica rápida a vácuo com características escaláveis e com ênfase no controle e registro das variáveis do processo. Foram preparados carvões por ativação química com K2CO3 e KOH e determinadas suas características físico-químicas, texturais e análise morfológica por microscopia eletrônica de varredura. Ensaios de batelada e um ensaio de coluna com soluções de cromo foram realizados para avaliação da atenuação do contaminante. Os carvões ativados apresentaram baixa densidade aparente, similares valores de pH e de condutividade elétrica e elevado conteúdo de cinzas quando comparados com carvões de outras biomassas. A ativação química com reagentes alcalinos, associada às condições pirolíticas, resultou em superfícies menos ácidas, característica favorável para adsorção de Cr(VI). Resultaram em adsorventes mesoporosos, característica necessária para a adsorção de íons de elevado peso molecular; exibiram baixas áreas superficiais e similaridade morfológica entre si com a predominância da estrutura de sílica. Embora os carvões tenham apresentado baixas áreas superficiais, a adsorção teve a predominância da influência do diâmetro médio dos poros, seguido da área de mesoporos e da carga superficial negativa, indicando o potencial de aplicação dos carvões na remoção de Cr(VI). O ensaio de coluna possibilitou demonstrar o emprego do carvão ativado de casca de arroz em barreiras reativas, indicando suas limitações em pHs próximo à neutralidade e candidatando-o a situações de tratamento em série ou seqüenciais. Os trabalhos realizados estabeleceram base segura para o desenvolvimento de equipamento adequado para a pirólise e domínio do processo de manufatura do carvão ativado. A análise conjunta dos resultados sugere que as condições do processo pirolítico a vácuo adotado, juntamente com a ativação química com baixas concentrações de reagente ativantes, configuram uma rota atrativa para a elaboração de material poroso a partir de casca de arroz, com potencial aplicação na remoção de Cr(VI) em barreiras reativas permeáveis. / Soil contamination with toxic waste has become one of the biggest environmental problems. Site conditions often include groundwater contamination. In this context, heavy metals have been a matter of concern with chromium hexavalent recognized as pollutant of high toxicity and mobility. When a problem of soil contamination is identified, remediation tasks must be applied. Amongst the new technologies, the use of permeable reactive barriers is one of the most promising. This barrier is constructed with reactive materials in order to intercept the contaminated plume, attenuating the contaminant concentration to acceptable or controllable levels. It is possible to convert agricultural waste into activated carbon, an adsorbent material resulting from the pyrolytic process. This carbon can perform differently face to environmental applications. The present thesis has as a major objective to evaluate the application of activated carbons, derived from rice husk pyrolysis, in permeable reactive barriers, with emphasis on the remediation of contaminated soil with heavy metals. The specific objectives consist of studying the development of activated carbon from chemical activation and also investigating, through laboratory tests, its application in chromium removal from watery and saturated porous media. With the purpose of preparing activated carbons, a fast pyrolytic unit of rice husk was developed, with characteristics that can be scaled up and with emphasis on the control and register of process variables. Chemical activated carbons using K2CO3 and KOH have been prepared in different activation conditions and determined their physico-chemical and textural parameters. The morphological analysis was performed by scanning electron microscopy. Batch tests and a column test with solutions of chromium were performed to evaluate the attenuation of the contaminant. The activated carbons showed a low apparent density, similar values of pH and electrical conductivity and high ash content compared to carbons from other biomass. The chemical activation with alkaline reagents, associated with pyrolytic conditions, resulted in less acidic surface, characteristic favorable for Cr(VI) adsorption. The adsorbent manufactured results in mesoporous carbons, a characteristic necessary for the adsorption of ions of high molecular weight, exhibited low surface areas and morphological similarities between them, with the predominance of the structure of silica. Despite the carbons have shown low surfaces areas, the adsorption showed the predominant influence of the average pore diameter, followed by the mesopores area and surface negative charge, indicating the potential application of these carbons in Cr(VI) removal. The column test has demonstrated the use of activated carbon from rice husk in reactive barriers, showing its limitations in pHs close to neutrality and pointing it to cases of serial or sequential processing. The work carried out established safe basis for the development of suitable equipment for the pyrolysis and for the domain of the manufacturing process of activated carbon. The analysis of the results suggests that the conditions of the adopted vacuum pyrolytic process, jointly with the chemical activation with low concentrations of activate reagent, constitute an attractive route for the preparation of porous material from rice husk, with potential application in removing Cr (VI) in permeable reactive barriers.