Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-10-18T15:18:23Z
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Previous issue date: 2018-04-25 / A captura e armazenamento de CO2 (CCS) em grandes fontes estacionárias e o emprego do biogás como fonte de energia constituem duas importantes abordagens para a redução das emissões de CO2. Em ambos os processos, a separação do CO2 pode ser realizada via adsorção por carbonos ativados. É sabido que, a pressões não elevadas, a adsorção de CO2 é mais eficiente em ultramicroporos (< 0,7 nm). Além disso, alguns autores consideram que a presença de grupos funcionais básicos superficiais, com destaque para os grupos nitrogenados, aumente a capacidade de adsorção de CO2 e a seletividade para adsorção deste frente ao N2 (principal componente de gases pós-combustão) e o CH4 (principal componente do biogás). Entretanto, outros autores consideram que os grupos nitrogenados não exercem tal influência. O motivo para esta controvérsia reside no fato de que, para as comparações, via de regra são empregados carbonos ativados com diferentes morfologias de poros (na maioria das vezes, o próprio processo de funcionalização altera a porosidade), de forma que o efeito da porosidade acaba por mascarar a influência dos grupos nitrogenados. Neste contexto, o objetivo central do presente trabalho foi obter pelo menos duas amostras de carbono ativado contendo morfologia de poros similar, mas com diferentes teores de grupos funcionais básicos nitrogenados, de forma que o efeito da presença destes grupos sobre a capacidade e a seletividade para a adsorção de CO2 pudesse ser avaliada. Para isso, dois carbonos ativados comerciais foram funcionalizados com NH3 (g) a 700 e 800 ºC. A incorporação foi monitorada por meio da análise da composição química (CHN e EDXRF) e da medida dos teores de grupos funcionais ácidos e básicos totais pelo Método de Boehm. Nas condições empregadas, verificou-se aumentos do teor de nitrogênio de 0,2% para até 5,5%, sendo o nitrogênio incorporado basicamente na forma de anéis aromáticos (pirróis e piridinas); com isso, o teor de grupos básicos totais aumentou de 0,448 para até 0,862 mmol/g. Os tratamentos também foram acompanhados por pronunciada remoção de grupos ácidos oxigenados. Conforme desejado, foram obtidos adsorventes com morfologia de poros muito similares, conforme constatado a partir das isotermas de adsorção de N2 (-196 oC), mas com teores de nitrogênio e grupos básicos e ácidos totais variados. Medidas das capacidades de adsorção de CO2 (de equilíbrio) e ensaios dinâmicos de adsorção em leito fixo (curvas de ruptura) para misturas CO2/N2 e CO2/CH4 mostraram que a incorporação dos grupos funcionais básicos nitrogenados não influenciou significativamente a capacidade e a seletividade para adsorção de CO2. Assim, conclui-se que a busca por carbonos ativados com melhores performances para aplicação em CCS e enriquecimento de biogás deve ser focada na otimização da morfologia de poros dos materiais. / CO2 Capture and Storage (CCS) at large stationary sources and the use of biogas as an energy source are two major approaches for reducing CO2 emissions. At both processes, the separation of CO2 can be accomplished through adsorption by activated carbons. It is known that, under not elevated pressures, the CO2 adsorption occurs more efficiently at ultramicropores (< 0,7 nm). Moreover, some authors consider that the presence of basic functional groups, mainly nitrogenated groups, increases the CO2 adsorption capacity and the selectivity for CO2 over N2 (main component of post-combustion gases) and CH4 adsorption (major constituent of biogas). However, other authors consider that nitrogenated groups do not have such influence. The main reason for this controversy lies on the fact that comparisons are usually carried out taking into account activated carbons with different pore morphologies. In this way, the effects of porosity end by masking the effects resulting from the presence of nitrogenated groups. In this context, the central goal of the present work was to obtain at least two samples of activated carbons with similar pore morphology but with different nitrogen content, so that the effect of these groups on the CO2 adsorption capacity and selectivity could be evaluated. For this purpose, two commercially available activated carbons were functionalized with NH3 (g) at 700 and 800 ºC. The incorporation of nitrogenated groups was monitored by means of CHN and EDXRF analyses, besides measuring the content of total basic and acidic groups by the Boehm's method. In the conditions employed, the nitrogen content increased from 0.2% up to 5.5%, being that the nitrogen was incorporated mainly in the form of aromatic rings (pyrroles and pyridines); thereby, the total content of basic groups increased from 0,448 up to 0,862 mmol/g. The treatments were also followed by pronounced removal of oxygen, mainly from acid groups. As desired, adsorbents with very similar pore morphology were obtained, as showed by the N2 adsorption isotherms (- 196 ºC), but with quite different nitrogen contents and total basic and acid groups. Measurements of CO2 adsorption capacities (of equilibrium) and fixed bed adsorption dynamical tests (breakthrough curves) for CO2/N2 and CO2/CH4 mixtures showed that the incorporation of basic nitrogenated groups did not significantly influence the capacity and the selectivity for CO2 adsorption. These results lend to the conclusion that the search for activated carbons with improved performances for application in CCS and biogas upgrading should be focused on the optimization of the material pore morphology.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.unb.br:10482/31740 |
| Date | 08 August 2017 |
| Creators | Oliveira, Sílvia da Cunha |
| Contributors | Prauchner, Marcos Juliano |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UnB, instname:Universidade de Brasília, instacron:UNB |
| Rights | A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data., info:eu-repo/semantics/openAccess |
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