Este trabalho investigou a obtenção de filmes de óxido de cobalto por spray pirólise e sua caracterização para emprego como eletrocatalisador na geração de H2 por eletrólise de águas naturais via energia solar. A função desse eletrocatalisador é reduzir os sobrepotenciais necessários para eletrolisar a água e a decompor em hidrogênio e oxigênio. Para tanto, soluções precursoras de nitrato de cobalto hexahidratado foram depositadas por spray pirólise sobre uma camada de óxido de estanho dopado com flúor (FTO, em inglês) sobre um vidro sodocálcico, a diferentes concentrações e parâmetros de processo. Foram variadas a temperatura do substrato (de 190°C a 300°C), a distância entre o bico aspersor e o substrato (150 mm a 270mm). Os filmes de óxido de cobalto obtidos foram caracterizados quanto à sua cristalinidade por difração de raio-x, e quanto a sua morfologia por microscopia eletrônica de varredura. Os resultados mostraram uma forte influência da temperatura do substrato, relacionada com a natureza do solvente e do substrato, na obtenção de filmes contínuos e com aderência. Para avaliar seu desempenho na eletrólise da água, os filmes de óxido de cobalto obtidos foram ensaiados em uma célula eletroquímica, utilizando três águas distintas: água destilada, água do lago Guaíba (Porto Alegre-RS, Brasil) e do mar (Cidreira-RS, Brasil). Foi avaliada a sua eficiência na geração de hidrogênio e oxigênio, utilizando um voltâmetro de Hoffmann, pelo qual se obtinha o volume de gases gerados na eletrólise. A energia necessária para a separação da água foi fornecida por uma célula fotovoltaica exposta à radiação solar. Da mesma forma, foi avaliada sua atividade catalítica em função do tempo de eletrólise. Os resultados indicaram que os filmes eletrocatalisadores de óxido de cobalto obtidos por spray pirólise mostraram-se capazes de catalisar a eletrólise da água, baixando o sobrepotencial necessário, para todas as águas investigadas. A viabilidade de acoplar tal sistema de eletrólise de águas naturais a painéis fotovoltaicos mostrou-se viável e de grande interesse. Esta comprovação de geração de hidrogênio através de águas naturais define um curso para a implantação em larga escala de energia solar através de um mecanismo para o seu armazenamento como combustível. / This study investigated the obtaining of cobalt oxide films by spray pyrolysis and its characterization as electrocatalyst for use in the generation of H2 by electrolysis of natural water via solar energy. The function of this electrocatalyst is to reduce overpotentials needed to electrolyze water and decompose into hydrogen and oxygen. To this end, precursor solutions of cobalt nitrate hexahydrate were deposited by spray pyrolysis on a layer of fluorine-doped tin oxide (FTO) onto a soda lime glass at different concentrations and process parameters. The substrate temperature (190°C to 300 °C), the distance between the spray nozzle and the substrate (150 mm to 270mm) were varied. The films of cobalt oxide obtained were characterized for their crystallinity by x -ray diffraction, and by their morphology by scanning electron microscopy. The results showed a strong influence on the temperature of the substrate, linked to the nature of the solvent and substrate to obtain continuous films and adhesion. To assess their performance in the electrolysis of water, the films of cobalt oxide obtained were tested in an electrochemical cell using three different water: distilled water, lake water Guaiba (Porto Alegre - RS, Brazil) and the sea (Cidreira- RS, Brazil). We evaluated its effectiveness in the generation of hydrogen and oxygen, using a voltmeter Hoffmann, which was obtained by the volume of gas generated in the electrolysis. The energy required for water separation was supplied by a photovoltaic cell exposed to solar radiation. Similarly, we assessed the efficiency loss due to the electrolysis. The results indicated that the electrocatalyst cobalt oxide films obtained by spray pyrolysis were capable of catalyzing the electrolysis of water, lowering the overpotential required for all waters investigated. The feasibility of such a system of coupled natural water electrolysis photovoltaic panels proved to be feasible and of great interest. This proof of hydrogen generation through natural waters sets a course for the large-scale deployment of solar energy through a mechanism for storage as fuel.

The aim of this study was to evaluate the potential of Hancornia speciosa (known as mangaba in Brazil) seeds for the production of bio-oil, in order to minimize the pollution problems caused by the inappropriate disposal of this residue and add value to this material which poses an environmental risk. The study was divided into two parts: the characterization of the biomass (through elemental analysis (CHN), infrared spectroscopy (FTIR-ATR), thermogravimetry (TG), and the moisture, ash, protein, oil, fiber, cellulose, hemicellulose and lignin contents); and the characterization of the bio-oil (thermogravimetry, infrared spectroscopy and gas chromatography/mass spectrometry-CG/MS). The mangaba seeds had a moisture content of 7.78±0.03%, high quantities of carbon (58.07%) and oxygen (27.18%), a calorific value of 23.45 MJ kg-1 and contained ash (1.87±0.06%), oil (27.33±0.37%), protein (12.10±1.60%) fiber (11.98±0.46%), cellulose (17.07%), hemicellulose (22.57%) and lignin (10.16%). The thermogravimetric curve for the sample showed a mass loss of around 90% up to a temperature of 450 °C. In the pyrolysis experiments the variables included temperature (450 and 600 °C), sample mass (5 and 11 g) and prior heating (with or without). The best conditions for the bioproduction of the bio-oil were 600 °C, 11 g of seeds and prior heating of the furnace. The characterization of the samples by FTIR allowed the presence of functional groups such as phenols, alcohols, ketones, acids, alkanes, alkenes, amides, nitriles and esters to be identified. The CG/MS analysis confirmed the results obtained with the infrared spectroscopy, with carboxylic acids and hydrocarbonates (~ 90%) being qualitatively identified as the major components, besides the presence of other compounds such as furanes, phenols, nitriles, aldehydes, ketones, alcohols, esters and amides. / O presente trabalho teve como objetivo avaliar o aproveitamento das sementes de mangaba para a produção de bio-óleo, a fim de minimizar problemas de poluição devido à disposição inadequada dos resíduos e agregar valor a este passivo ambiental. O trabalho foi dividido em duas partes: caracterização da biomassa (análise elementar (CHN), espectroscopia de infravermelho (FTIR-ATR), termogravimetria (TG), teor de umidade, cinzas, proteínas, teor de óleo, fibras, celulose, hemicelulose e lignina) e caracterização do bio-óleo (termogravimetria, infravermelho e cromatografia gasosa/espectrometria de massas-GC/MS). As sementes de mangaba apresentaram teor de umidade de 7,78±0,03%, alta quantidade de carbono (58,07%) e oxigênio (27,18%), poder calorífico (23,45 MJ kg-1), teor de cinzas de 1,87±0,06%, teor de óleo 27,33±0,37%, proteínas 12,10±1,60%, fibras 11,98±0,46%, celulose (17,07%), hemicelulose (22,57%) e lignina (10,16%). A curva termogravimétrica da amostra apresentou cerca de 90% de perda de massa até a temperatura de 450 °C. Os experimentos de pirólise incluíram como variável temperatura (450 e 600 °C), massa de amostra (5 e 11 g), com ou sem aquecimento prévio. A melhor condição para a produção de bio-óleo foi a 600 °C, 11g de semente e com aquecimento prévio do forno. Através da caracterização da amostra em FTIR foi possível identificar a presença de grupos funcionais como fenóis, alcoóis, cetonas, ácidos, alcanos, alcenos, amidas, nitrilas e ésteres. Por outro lado, as análises de GC/MS confirmaram os resultados obtidos com o infravermelho, sendo identificados qualitativamente os ácidos carboxílicos e hidrocarbonetos (~ 90%) como componentes majoritários, além de serem encontrados outros compostos como furanos, fenóis, nitrilas, aldeídos, cetonas, alcoóis, ésteres e amidas.

The energy sources and oil derivatives necessities have increased over the last years as well the mitigation of greenhouse gases (GHGs) emissions. These concepts provided an increase on the use of residual lignocellulosic biomass as a renewable source for the production of biofuels and chemical products. In this study, the cattle manure was chosen as a biomass source considering their high availability, as well as could be a major environmental pollutant residue when not treated properly. Thus, we propose to produce and characterize the bio-oil and biochar through of micro and macroscale pyrolysis. The work was divided into two parts: biomass characterization and characterization of the pyrolysis products. The cattle manure biomass presented 9.65% moisture after drying over ambient temperature, 38.86% ash, 48.29% volatile matter and 3.20% fixed carbon; high oxygen content (34.19%) and carbon (21.66%) by elemental analysis; and low lignin content (6.09%) in comparison with the hemicellulose (18.24%) and cellulose (14.24%). The thermogravimetric curve showed four mass loss stage between 25- 900 o C and a residual mass content of 39.58%; infrared analysis showed characteristic bands of alcohols, phenols, carboxylic acids, nitrogenous compounds and aliphatic groups. Concerning of bio-oils characterization, presented as highly oxygenated liquid with predominant compounds from the alcohols, phenols and carboxylic acid in micro and macroscale. Due to the high calorific value of bio-oils (21.35–27.10 MJ kg -1 ), can be used as biofuel. Biochars showed yields between 62.5% and 39.1%, the increase on pyrolysis temperature has provided an increase in ash and pH values, as also decreasing in proportion H/C, indicating increase on aromaticity of biochar the 600 ºC, also evidenced by the infrared analysis. / O aumento da necessidade energética e de produtos derivados do petróleo, bem como a necessidade de mitigação das emissões de gases de efeito estufa (GEE), têm proporcionado um crescimento em pesquisas sobre a utilização da biomassa lignocelulósica residual como fonte renovável para a obtenção de biocombustíveis e produtos químicos de maior valor agregado. Diante destas problemáticas, o esterco bovino foi escolhido como fonte de biomassa para este estudo devido a sua alta disponibilidade, além de ser um resíduo que quando não tratado adequadamente pode se tornar um grande poluente ambiental. Desta forma, este trabalho propõe produzir e caracterizar o bio-óleo e o biocarvão obtidos a partir da biomassa de esterco bovino através dos processos de pirólise em micro e macroescala. O trabalho foi dividido em duas partes: caracterização da biomassa e caracterização dos produtos das pirólises. A biomassa de esterco bovino apresentou 9,65% de umidade, 38,86% de cinzas e 51,49% de matéria orgânica; alto teor de oxigênio (34,19%) e carbono (21,66%); baixo teor de lignina (6,09%) em comparação com a hemicelulose (18,24%) e a celulose (14,24%). A curva termogravimétrica exibiu quatro estágios de perda de massa entre 25-900 o C e um teor de massa residual de 39,58%; a análise do infravermelho apresentou bandas características de álcoois, fenóis, ácidos carboxílicos, compostos nitrogenados e grupos alifáticos. Com relação à caracterização do bio-óleo, apresentou-se como líquido altamente oxigenado com predominância de compostos pertencentes às classes de fenóis, álcoois e ácidos carboxílicos em micro e macroescala. Devido ao alto valor do poder calorífico dos bio-óleos (21,35–27,10 MJ kg -1 ) pode-se cogitar a possibilidade de seu uso como biocombustível. Quanto ao biocarvão, mostrou rendimento que variou de 62,5% a 39,1%; o aumento da temperatura de pirólise aumentou o teor de cinzas e concomitantemente os valores de pH, bem como reduções em razões H/C, indicando um aumento do grau de aromaticidade do biocarvão formado a 600 ºC, fato também evidenciado pela análise de infravermelho.

In this work, aqueous solutions were obtained by adding sucrose to produce thin films of oxides of vanadium via the spray pyrolysis technique. Solutions with different concentrations of vana-dium chloride and sucrose were prepared to study their influence on the structural, morpholog-ical and electrical properties of the films. All samples were analyzed using structural character-ization techniques (XRD), morphology (SEM) and electric (both ends). The results showed that it was possible to observe training phase V2O5 and V3O7, 200mM and the concentration of vanadium chloride was the condition that the synthesis had better crystallization of vanadium pentoxide. The results of electrical measurements, resistance versus temperature show that the deposited film has behavior of a semiconductor. The results also conclude that the band-gap model can describe the mechanism of conduction in successful films. / Neste trabalho, soluções aquosas foram obtidas com a adição de sacarose para produção de filmes finos de óxidos de vanádio via a técnica spray-pirolise. Soluções com diferentes concen-trações de cloreto de vanádio e sacarose foram preparadas para estudar sua influência nas pro-priedades estruturais, morfológicas e elétricas dos filmes. Todas as amostras foram analisadas utilizando técnicas de caracterização estrutural (DRX), morfológica (MEV) e elétrica (duas pontas). Os resultados mostraram que foi possível observar a formação das fases V2O5 e V3O7, e que a concentração 200mM de cloreto de vanádio foi a condição de síntese que melhor apre-sentou a cristalização do pentóxido de vanádio. Os resultados das medidas elétricas, resistência em função da temperatura mostram que os filmes depositados tem comportamento de um se-micondutor. Os resultados também concluem que o mecanismo de condução sucedido nos fil-mes pode ser descrito pelo modelo de bandgap.

Morro do Chaves Formation are considered important potential hydrocarbons source rock of the Sergipe-Alagoas basin. Cretaceous shales from Morro do Chaves Formation have been investigated to identify their isotopic signature and source areas by stable sulphur ä34S isotopes technique. In addition, this study shows the potential source rocks based on organic geochemical parameters. The 16 samples of shales were collected and submitted to total organic carbon (TOC), total sulphur (S), Rock-Eval pyrolysis and stable sulphur isotopes ä34S. The TOC and Rock Eval results revealed high organic contents and the predominance of kerogen classified as type I. The results of the geochemical analyses indicated TOC and S contents reaching 9,22% and 1,67%, respectively and it was possible to observe two intervals anoxic events. The results indicate sea water source from the bacterial sulfate reduction to high values of the sulfur isotopic ratio and low values reflect the isotopic signature of meteoric water. The paleoenvironment conditions were characterized like lagoon ambient with possibility marine invasion. / O objetivo deste trabalho visa caracterizar a geoquimica de folhelhos do periodo Cretaceo da Formacao Morro do Chaves, Bacia Sergipe-Alagoas. Foram estudadas 16 amostras de folhelhos submetidas a analise de carbono organico total (COT), enxofre Total (S), pirolise Rock Eval e razao isotopica de enxofre Â34S com o objetivo de identificar a assinatura isotopica e possiveis areas fontes. Os resultados de COT e Rock Eval demonstrou alta quantidade de materia organica e determinou-se o querogenio caracteristico como do tipo I, essencialmente algalica. Os resultados da analise geoquimica de COT e S atingiram valores de 9,22% e 1,67%, respectivamente, possibilitando a identificacao de dois intervalos anoxicos. Os resultados isotopicos identificaram duas provaveis fontes, sendo os altos valores relacionados a reducao bacteriana de sulfato provenientes de agua marinha, os baixos valores provenientes de fonte meteorica e os valores intermediarios de ambas as fontes. As condicoes paleoambientais foram caracterizadas como um ambiente lagunar que possivelmente ocorreu invasoes marinhas no sistema.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Elciane Regina Zanatta.pdf: 2986638 bytes, checksum: 991258b95a723fd86b0b377dcb73d253 (MD5) Previous issue date: 2012-02-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The agro-industries have generated significant amounts of waste, which raises the importance reviewing its destination in the supply chain, being an economic problem, due to waste, it is also a serious environmental problem. These residues also called biomass, due to the insignificant impact on the greenhouse, are an interesting response to the growing demand of renewable energy. Biomass is characterized as a mixture of reference components: cellulose, hemicellulose and lignin. Within this context, the main objective of this study was to investigate the kinetics pyrolysis of biomass: cassava bagasse, soy hulls and sugar cane bagasse. The study was conducted in an inert atmosphere of nitrogen, with temperatures ranging from 60 ° C to 950 ° C for four heating rates: 5, 10, 15, and 20 ° C / min for single-component cellulose, hemicellulose and lignin and temperature ambient to 900 ° C for five heating rates: 5, 10, 15, 20 and 30 ° C / min for biomass. The determination of kinetic parameters was performed using two non-isothermal differential methods: Flynn Wall Ozawa (FWO) and Kissinger. And a full non-isothermal method was used to model the conversion of single components. In the thermal analysis, pyrolysis of hemicellulose and cellulose occurred quickly. The main weight loss of hemicellulose rappened from 208 to 447 ° C and cellulose from 332 to 384 ° C. The lignin was more difficult to decompose, like the weight loss happening in a wide temperature range from 174 to 701 ° C. The weight loss of sugar cane bagasse occurred at temperatures from 270 to 480 ° C, the cassava bagasse from 270 to 540 ° C, and soy hulls from 230 to 560 ° C. The results obtained for activation energy Ea, for the pyrolysis of cellulose, for hemicellulose and lignin are in the range: 132,02 to 161,25 kJ / mol, 39,36 to 77,83 kJ / mol, 54,59 to 735,99 kJ / mol, respectively. The activation energy of biomass pyrolysis of sugar cane bagasse, cassava bagasse and soy hulls are in the range: 126,62 to 148,80 kJ / mol, 157,64 to 227,74 kJ / mol, 140,81 to 195,52 kJ / mol respectively. The results demonstrate how the behavior of decomposition and its kinetic parameters are influenced by the species or type of biomass and by the rate of heating of the process. / As agroindústrias têm gerado quantidades expressivas de resíduos, o que torna necessário rever a sua destinação na cadeia produtiva, pois além de ser um problema econômico, devido ao desperdício, é também, um sério problema ambiental. Estes resíduos também chamados de biomassas, devido ao impacto insignificante no efeito estufa, são uma resposta interessante à crescente demanda de energia renovável. A biomassa é caracterizada como uma mistura de componentes de referência: celulose, hemicelulose e lignina. Dentro deste contexto, o principal objetivo deste trabalho foi investigar a cinética da pirólise das biomassas: bagaço de mandioca, casca de soja e bagaço de cana. O estudo foi realizado em atmosfera inerte de nitrogênio, com temperaturas variando entre 60°C a 950 °C, para quatro taxas de aquecimento: 5, 10, 15, e 20 °C / min, para os mono componentes celulose, hemicelulose e lignina e da temperatura ambiente até 900 °C para cinco taxas de aquecimento: 5, 10, 15, 20 e 30 °C / min, para as biomassas. A determinação dos parâmetros cinéticos foi realizada utilizando dois métodos diferenciais não isotérmicos: Flynn Wall Ozawa (FWO) e Kissinger. Um método integral não isotérmico foi utilizado para modelar a conversão dos mono componentes. Na análise térmica, a pirólise da hemicelulose e celulose ocorreu rapidamente.A principal perda de massa da hemicelulose aconteceu entre 208 - 447 °C e de celulose entre 332 - 384 °C. A lignina foi mais difícil para se decompor, com a perda de massa acontecendo uma ampla faixa de temperatura entre 174 - 701 °C. A perda de massa do bagaço de cana ocorreu na temperatura entre 270 480 °C, do bagaço de mandioca entre 270 540 °C e da casca de soja entre 230 560 °C. Os resultados obtidos para energia de ativação Ea, da pirólise de celulose, hemicelulose e lignina estão na faixa: 132,02 161,25 kJ / mol, 39,36 77,83 kJ / mol, 54,59 735,99 kJ / mol, respectivamente. A energia de ativação da pirólise das biomassas bagaço de cana, bagaço de mandioca e casca de soja estão na faixa: 126,62 148,80 kJ / mol, 157,64 227,74 kJ / mol, 140,81 195,52 kJ / mol respectivamente.Os resultados obtidos demonstram como o comportamento da decomposição e seus parâmetros cinéticos são influenciados pala espécie ou tipo de biomassa e pela taxa de aquecimento do processo.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:23:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Thaisa _Pegoraro.pdf: 1491826 bytes, checksum: 1b9380fd12ae09c6e6128b1816c0215e (MD5) Previous issue date: 2015-02-23 / Biochar, also known as terra preta do índio, is a highly porous material and is a result of biomass pyrolysis in oxygen-controlled conditions and low temperatures (up to 600 oC). Due to the viable manufacturing process and the wide variety of applications, it is a promising material for various uses. Among the main uses of biochar, studies indicate its potential in improving soil quality, besides being a way of contributing to carbon sequestration from the atmosphere and used in the retention of organic and inorganic contaminants in the environment. This work aimed to present a review of the concepts and current studies on biochar, for a better understanding of the subject (Paper 1). The objective was to also investigate the adsorption of pharmaceuticals carbamazepine (CBZ) and lincomycin (LMC) by six biochars under the influence of surface characteristics of biochar (produced from Brazilian pepper and sugarcane bagasse, in temperatures of 300 o, 400 o and 600o C) and environmental factors (pH and adsorption competition between CBZ and LMC) (Paper 2). The latest study aimed to understand the effects of exposure of dissolved organic matter (DOM) in the surface properties of three biochars produced from sugarcane bagasse, in the CBZ adsorption (Paper 3). Batch equilibrium tests were performed in constant temperature, varying pH, and the data were adjusted in Freundlich isotherms. For the DOM test, the biochars were previously loaded with humic acid, tannic acid, gallic acid, and catechol in concentrations equivalent to those found in soils. The values of Kd, n and KF were reported and analyzed. As a result, it was found that biochars produced from sugarcane bagasse and high pyrolysis temperature were more effective in CBZ and LMC adsorption. In the biochar produced from bagasse at 300° C, the adsorption of CBZ was not affected by the presence of functional groups on the surface of biochar. LMC, which is ionized at pH 7.6, is more easily binded to negatively charged biochars when pH is acidic (pH<pKa). Furthermore, it was found that the CBZ and LMC compete for the same adsorption sites, regardless the variation of pH solution. In general, DOM affected adsorptive properties of biochars and attenuated CBZ adsorption, especially for biochars produced in higher temperatures because of the greater complexity of its structure, when DOM enters or blocks the biochar micro and mesoporous. It was concluded that the use of biochar as a product of sustainable feature looks promising, but there are still some gaps in the current literature about the positive and negative impacts of its use. Laboratory results indicate a possible use of biochar in removing organic compounds from water, which can replace less effective existing treatment technologies. There is to be considered, however, several factors that influence this process and more studies are needed to corroborate such evidence. / O biocarvão, também conhecido como terra preta do índio, é um material de alta porosidade e é resultado da pirólise da biomassa em condições de oxigênio controlado e baixas temperaturas (até 600 oC). Devido ao viável processo de produção e à ampla variedade de aplicações, trata-se de um material promissor para diversos usos. Dentre as principais utilidades do biocarvão, estudos indicam seu potencial na melhoria da qualidade do solo, além de ser uma forma de contribuir para o sequestro de carbono da atmosfera e ser utilizado na retenção de contaminantes orgânicos e inorgânicos no ambiente. Nesse trabalho, objetivou-se realizar uma revisão sobre os conceitos e estudos atuais sobre biocarvão, para uma melhor compreensão do tema (Artigo 1). Objetivou-se também investigar o processo de adsorção dos fármacos carbamazepina (CBZ) e lincomicina (LMC) por seis biocarvões, sob a influência de características superficiais do biocarvão (produzidos a partir de pimenta brasileira e bagaço de cana-de-açúcar, a 300o, 400o e 600o C) e fatores ambientais (pH e competição sortiva entre CBZ e LMC) (Artigo 2). No último estudo, objetivou-se compreender os efeitos da exposição da matéria orgânica dissolvida (MOD) nas propriedades superficiais de três biocarvões produzidos a partir de bagaço de cana-de-açúcar, na adsorção de CBZ (Artigo 3). Ensaios de equilíbrio de adsorção foram realizados em batelada e temperatura constante, variando o pH, e os dados foram ajustados em isotermas de Freundlich. Para o ensaio com MOD, os biocarvões foram previamente carregados com ácido húmico, ácido tânico, ácido gálico e catecol em concentrações equivalentes às de matéria orgânica encontrada em solos. Os valores de Kd, KF e n foram reportados e analisados. Como resultado, verificou-se que biocarvões produzidos a partir da biomassa de bagaço de cana-de-açúcar e altas temperaturas de pirólise foram mais efetivos na adsorção de CBZ e LMC. Em biocarvão produzido a partir de bagaço de cana-de-açúcar, a 300 oC, a adsorção de CBZ não foi afetada pela presença de grupos funcionais na superfície do biocarvão. Já a LMC, que é ionizada a pH 7,6, liga-se mais facilmente a biocarvões carregados negativamente quando o pH é ácido (pH<pKa). Além disso, verificou-se que a CBZ e LMC competem entre si pelos mesmos sítios sortivos, independente da variação do pH da solução. A MOD afetou as propriedades adsortivas de biocarvões para CBZ, principalmente em biocarvões produzidos a maiores temperaturas, devido à maior complexidade de sua estrutura, entrando ou bloqueando os micro e mesoporos do biocarvão. Conclui-se que o uso do biocarvão como um produto de característica sustentável parece ser promissor, porém, lacunas ainda existem na literatura atual sobre os impactos positivos e negativos do seu uso. Os resultados laboratoriais indicam um possível uso do biocarvão na remoção de compostos orgânicos da água, o que pode substituir tecnologias de tratamento existentes menos eficazes. Há, porém, de se considerar diversos fatores de influência nesse processo e mais estudos devem ser realizados a fim de corroborar com tais evidências.

Orientador: Carlos Kenichi Suzuki / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-24T13:34:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Morales_RoneCesar_M.pdf: 8735132 bytes, checksum: d1426ae0f0f829e57ca80edcdf2271b9 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: A importância sempre crescente da biomassa e de seus subprodutos na área industrial, com destaque ao uso do carvão vegetal, para geração de energia ou termo-redução (agente desoxidante); requer pesquisas fundamentais visando amplo entendimento de suas características estruturais e composicionais. No Brasil, o bagaço de cana abre perspectivas bastante atraentes neste setor, visto que constitui-se numa matéria-prima usual, renovável de grande produção, podendo contribuir no sentido de substituir parte da exploração madeireira para produção de carvão, haja vista que parte dessa exploração ainda é atribuída ao desmatamento de matas nativas. Contribuindo para tal questão, conduziu-se neste trabalho a análise estrutural por Difração de Raios-X (XRD), Espalhamento de Raios -X a Baixo Ângulo (SAXS) e a Ultra Baixo Ângulo (VSAXS), em carvões derivados de madeira e bagaço de cana- de -açucaro Análise Química por Fluorescência de Raios-X (XRF) detenninaram a composição química, acompanhada por Análise com Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Parte das amostras de carvão vegetal foram pirolisadas e tratadas termicamente (HTT) a temperaturas entre 430 e 1300°C.A aplicação da teoria de Warren nas análises dos difratogramas, permitiu avaliar a reordenação estrutural alcançada para o carbono ao longo do tratamento térmico. Tais interpretações mostraram que, em relação às amostras de carvão de madeira, as amostras de carvão de bagaço são menos susceptíveis a uma ordenação na cadeia carbônica, que induz ao rearranjo para estrutura grafitica. Análises por SAXS e VSAXS, mostraram também, em função de HTT, certa diminuição no tamanho de microporos (próximos a 80 Á) e agregados (próximos a 1200 Á), respectivamente. Análises por SAXS denotam ainda, aumento na concentração de centros de espalhamentos (heterogeneidades), em função de HTT, na faixa de SAXS (~0,2 < q < 0,4 'm POT. ¿1¿). Análises por XRF indicam grande gama de elementos, destacando-se a sílica, que é encontrada em maiores quantidades no carvão de bagaço em relação ao de madeira. Elementos como K, AI. Mg, Fe ,Na, Ca, Mn, são detectados para ambos tipos de carvão, porém em maiores concentrações para o carvão de bagaço de cana. Entretanto, a desmineralização conduzidas para amostras de carvão de bagaço de cana, demonstra viabilizar um decréscimo na participação dos elementos mais proeminentes (como Fe, AI. K, Ca, Na) para valores próximos àqueles encontrados para madeira, sabidamente de maior pureza. A utilização de carvão vegetal de bagaço de cana, analisado sob o ponto de vista composicional, tornaria-se deste modo, passível de utilização na redução carbotérmica do quartzo, haja vista que a impureza principal por sílica, não traria agravantes ao processo / Abstract: During the last few years, the industrial interest for the utilization of biomass and its byproducts has being increased very fast. In particular, the application of charcoal for thermo reduction of minerais (e.g. carbothermic reduction of quartz into silicon) is very attractive as an environmentally friend process in comparison with coal. In Brazil, the sugar- cane bagasse opens a new perspective for the substitution of wood for charcoal production, especially if we consider that a fraction of utilized wood comes from native forest. The present research reports the study of properties characterization of structure and chemical composition of charcoal carbonized from wood an sugar-cane bagasse by using X-ray diffraction (XRD), small angle and very-small angle X-ray scattering (SAXS and VSAXS), X-ray fluorescence spectroscopy (XRF), and scanning electron microscopy (SEM). A number ofsamples were heat-treated afier pyrolysis in the interval oftemperature of 430 and 1300 oCoThe Warren model was applied to evaluate the structural rearrangement of disordered carbons. The result shows a slight progressive structural ordering with carbonization temperature and also with heat treatment temperature (HTT). It has also been observed that such interpretation, the samples of charcoal from sugar cane is less susceptible to carbon ordering than charcoal from wood, fact that can conduct to graphitization. The analysis by SAXS e VSAXS reveals a slight decrease of inhomogeneities and micropores in the range of the radius of gyration of ~80 A and 1200A,respectively,as a function of increasing of HTT. SAXS analysis still denotes an increase of concentration of scattering centres (inhomogeneities) as a function of HTT, in the interval ofSAXS (~,2 < q < '0,4 POT. -l). The content of mineraIs, particular silica is much higher for the charcoal from bagasse in comparison with wood. Several other elements, such as K, AI, Mg, Fe, Na, Ca, are also present, but with higher concentration in bagasse charcoal. However, the result of desmineralization process in charcoal bagasse samples, exhibits a significant decrease for majority elements (Fe, AI, K, Ca, Na). The application in terms of chemical composition of bagasse charcoal for thermoreduction of quartz could be feasible, considering that quartz has no implication in quality of reduction process / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Os objetivos deste estudo foram: 1) avaliar por meio da análise elementar (C, N, H, S, O), Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE), e Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) às características dos ácidos húmicos (AHs) extraídos do solo do manguezal de Pai Matos (Cananéia-SP-BR) sob diferentes tipos de vegetação (Rhizophora mangle, Avicennia schaueriana, Laguncularia racemosa, Spartina alterniflora) e condições de redução, bem como às características dos AHs extraídos do solo de marismas espanholas também sob diferentes tipos de vegetação (Galícia: Spartina maritima, Juncus maritimus e Phragmites australis; Valência: Phragmites australis e Scirpus maritimus) e condições de redução; e 2) avaliar por meio da Pirólise-associada à cromatografia gasosa/espectrometria de massas (Pi-CG/EM) às características da matéria orgânica (MO) extraída do solo destes ecossistemas sob os mesmos tipos de vegetação e condições e redução. O carbono orgânico total, o nitrogênio total, o enxofre total e os valores de Eh e pH dos solos estudados também foram analisados. Os resultados mostraram que o ambiente predominantemente redutor dos solos estudados ocasionou uma maior incorporação de N e S e uma menor concentração de radicais livres semiquinona (CRLS) em relação aos AHs derivados de solos de ecossistemas terrestres, sugerindo desta forma, a presença de uma matéria orgânica (MO) menos humificada no solo das áreas de estudo; entretanto, somente os AHs extraídos do solo do manguezal apresentaram uma maior razão atômica H/C e O/C em relação aos AHs derivados de solos terrestres. A CRLS também foi maior nos AHs das camadas subsuperficiais dos solos estudados, sugerindo que o ambiente mais anóxico ocasionou um maior grau de humificação da MOS destas camadas, entretanto, como os manguezais e as marismas são ambientes de sedimentação, a contribuição de uma matéria orgânica mais humificada de origem terrestre previamente depositada nas áreas de estudo também pode ter ocasionado este resultado. Entre as diferentes vegetações estudadas, foi observada uma maior relação C/N e CRLS dos AHs extraídos do solo sob Rhizophora e Avicennia (manguezal) e uma maior relação C/N dos AHs extraídos do solo da marisma de Valência-ES, sugerindo uma maior recalcitrância da MOS sob estas vegetações. Os espectros de FTIR não permitiram verificar variações significativas na composição química e estrutural dos AHs obtidos dos solos sob as diferentes vegetações e condições de redução; entretanto, observo-se através da Pi-CG/EM uma maior concentração de compostos lignificados na MO extraída do solo sob Avicennia e Rhizophora (manguezal) e da marisma de Valência-ES, também sugerindo uma maior recalcitrância e menor humificação da MOS destas áreas de estudo. Além disso, observou-se que a maior decomposição da MOS ocasionou o decréscimo no conteúdo de lignina com o acréscimo relativo de compostos alifáticos; o acréscimo dos compostos alifáticos de cadeia curta em detrimento ao acúmulo dos de cadeia longa; a perda da dominância dos alcanos/alquenos de cadeias ímpares em relação aos de cadeias pares; e o acréscimo de compostos orgânicos de origem microbiana nos solos estudados. / The goals of this study were: 1) evaluate by elemental analysis (C, N, H, S, O), Electronic Paramagnetic Resonance (EPR), and Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR) the characteristics of the humic acids (HA) extracted from the soil of Pai Matos mangrove forest (Cananéia, SP, BR) under different vegetation types (Rhizophora mangle, Avicennia schaueriana, Laguncularia racemosa, Spartina alterniflora) and soil reduction conditions, as well as the HA extracted from Spanish salt marsh soils (Galícia and Valência) under different vegetation types (Galicia: Spartina maritima, Juncus maritimus, and Phragmites australis; Valencia: Phragmites australis e Scirpus maritimus) and soil reduction conditions; and 2) evaluate by Pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry (Py-GC/MS) technique the characteristics of the SOM extracted from the these study areas under the same vegetation types and reduction condition. The total organic carbon, the total nitrogen, the total sulfur, and the soil pH and Eh in the field also were analyzed. The results showed that the predominantly anoxic soil condition caused the higher N and S content in the HA of both study areas than the HA derived from terrestrial soils and marine environments, and that the studied HA also showed a lower semiquinone-type free radical (SFR) content than terrestrial soils, thus suggesting a lower humification degree of the SOM derived from the study areas; however, only the HA derived from de mangrove forest soil showed a higher H/C and O/C atomic ratio than the HA derived from the terrestrial soils and marine environments. In addition, the SFR content also was lower in the surface soil layers, suggesting the input of a fresh and labile plant-derived organic matter as responsible by the lower humification degree of the SOM derived from these layers; however, as mangroves and salt marshes are sedimentation environments, it is likely that besides the more anoxic soil condition, a more humified organic matter (OM) derived from terrestrial soils also may cause the highest SFR content observed in the subsurface soil layers. Among the different vegetation types, also was observed a higher C/N ratio of the soil and HA derived from Valencian salt marsh, as well as both a higher C/N ratio and SFR content in the HA extracted from the soil under Rizhophora and Avicennia (mangrove), suggesting a more recalcitrant SOM in these sites. The FTIR spectras did not show significant variation among vegetation types and soil depths, and finally, by the Py-GC/MS technique was observed that the OM derived from the Valencian salt marsh soils and from the soil under Avicennia and Rhizophora (mangrove) showed a more recalcitrant SOM (higher lignin content) than the SOM derived from the soil under the other vegetation types studied. In addition, it was also observed that the SOM decomposition caused a decrease in lignin contents and a relative increase in aliphatics; an increase in short-chain aliphatics at the expense of longer ones; a loss of odd-over-even dominance in the n-alkanes and n-alkenes; and an increase in microbial products in the studied soils.

The most frequent soils in the São Paulo State Coastal Plain are Podzols, characterized by strong to moderate hydromorphic to well-drained podzolization with very well developed podzol-B horizons (Bh or Bhm). Podzolization processes include the effects of hydrology and rooting on profile morphology and the subsequent effects of improved drainage. A Podzol chrono-hydrosequence was described in detail on a cliff at the south coast of Ilha Comprida, a Holocene barrier island, and allowed a subdivision into four distinct groups: poorly-drained profiles, profiles with well-drained B horizons, strongly rooted profiles and superposed profiles. The morphological description and some observations about the exposure cliff were essential for grouping and differentiating the podzol profiles. Some well-drained podzols have OM-depleted mottles that are related to selective decomposition of organic matter (OM) by microorganisms. Such mottles are frequently associated to root channels. Seventeen profiles were studied, thirteen had depletion mottles scattered along the profile. Most of these mottles are whitish and are located preferentially in the horizons of transition between the E and B horizons, particularly in conditions of good drainage. Such mottles have certain morphological differences and may be grouped according to similarities in their morphology and their position in the profile. Distinct groups are: (a) concentric OM-depleted mottles; (b) circular/tubular OM-depleted mottles (burrows); (c) dotted OM-depleted mottles; (d) ghost OM-depleted mottles; (e) irregular OM-depleted mottles and (f) Fe-depleted mottles. The chemical composition of soil organic matter was studied in detail using pyrolysis in combination with gas chromatography/mass spectrometry (Py-GC/MS). Samples of all horizons of the distinct profiles studied were taken, as well as from the center of the mottle (M) and from the direct surroundings (S). The processes involved in the genesis of Podzols in the sandy coastal plain are directly related to drainage, the contribution of dissolved organic matter (DOM), the contribution of organic matter derived from roots, the chemical composition of organic matter and its decomposition by microorganisms, causing a large variation in adjacent Podzols. The well-drained Podzols differ in characteristics from the poorly drained ones in composition and deposition of OM, as well as its decomposition, which is directly related to the activity of groups of microorganisms. They also differ in the relative contribution of OM-derived from roots and DOM. There is a wide variation in the characteristics of decomposition by microorganisms between the profiles of Podzols permanently exposed to air and marine spray (the cliffs) on Ilha Comprida and those inland (pits). There are therefore two main processes that change the morphology of Podzols (OM and composition): (a) change in drainage and rooting, and (b) exposure to air. / Os solos mais frequentes na Planície Costeira do Estado de São Paulo são os podzóis, caracterizados por podzolização com hidromorfismo forte a moderado a bem drenado com horizontes B-podzol muito bem desenvolvidos (Bh ou Bhm). O processo de podzolização inclui os efeitos da hidrologia e do enraizamento no perfil e os efeitos subsequentes da drenagem melhorada. Uma crono-hidrosequencia de podzóis foi descrita em detalhes em um barranco na costa sul da Ilha Comprida, uma ilha barreira do Holoceno, e permitiu uma subdivisão em quatro grupos distintos: perfis mal drenados, perfis com horizonte B bem drenados, perfis fortemente enraizados e perfis superpostos. A descrição morfológica e algumas observações sobre o barranco exposto foram essenciais para o agrupamento e diferenciar os perfis de podzóis. Alguns desses podzóis bem drenados possuem manchas esbranquiçadas que estão relacionadas com a seletiva decomposição da matéria orgânica (MO) por microorganismos. Tais manchas são freqüentemente associadas aos canais radiculares. Foram estudados dezessete perfis, dos quais treze apresentaram manchas de esgotamento espalhadas ao longo do perfil. A maioria destas manchas são esbranquiçadas e estão localizadas preferencialmente nos horizontes de transição entre os horizontes E e B, particularmente em condições de boa drenagem. Tais manchas possuem algumas diferenças morfológicas e puderam ser agrupadas de acordo com semelhanças na sua morfologia e da sua posição no perfil. Os grupos são: (a) manchas concêntricas de depleção da MO; (b) manchas circulares/tubularess de depleção da MO (tocas); (c) manchas pontilhadas de depleção da MO; (d) manchas fantasmas de depleção da MO; (e) manchas irregulares de depleção da MO; e (f) manchas de depleção de Fe. A composição química da matéria orgânica do solo foi estudada em detalhe por pirólise em combinação com cromatografia em fase gasosa/espectrometria de massa (Py-CG/EM). Amostras de todos os horizontes dos perfis estudados foram coletadas, bem como amostras do centro das manchas (M) e do solo adjacente (S). Os processos envolvidos na gênese de podzóis da planície costeira arenosa estão diretamente relacionados com a drenagem, a contribuição de matéria orgânica dissolvida (MOD), a contribuição de matéria orgânica derivada de raízes, a composição química da matéria orgânica e sua decomposição por microorganismos, causando uma grande variação no podzóis. Os podzóis bem drenados diferem em características dos mal drenados em composição e deposição de MO, bem como a sua decomposição, que está directamente relacionada com a actividade dos grupos de microrganismos. Eles também diferem na contribuição relativa da MO derivada de raízes e MOD. Existe uma grande variação nas características da decomposição por microorganismos entre os perfis de podzóis permanentemente expostas ao ar e spray marinho (falésias) na Ilha Comprida e os do interior (trincheiras). Há, portanto, dois processos principais que alteram a morfologia de podzóis (composição da MO): (a) mudança na drenagem e enraizamento, e (b) a exposição ao ar.