Bio-óleo de pirólise rápida como precursor de fibra de carbono

Abstract

Resumo: Este trabalho apresenta uma proposta de manufatura de fibra de carbono a partir de bio-óleo de pirólise rápida. A polimerização do bio-óleo foi conduzida por meio de tratamentos térmicos a 200°C. Após a análise do ponto de amolecimento, o piche foi submetido à fiação por fusão. Tratamentos térmicos do bio-óleo com adição de lignina kraft e álcool furfurílico foram necessários para melhorar a fiabilidade e resistência durante o enrolamento dos fios. Durante os tratamentos posteriores de estabilização e carbonização, os fios com aditivos resultaram em melhores fibras de carbono que os fios tratados a partir do bio-óleo sem nenhum aditivo. As amostras de bio-óleo aditivadas foram analisadas por meio da espectroscopia do infravermelho e ressonância magnética nuclear no estado sólido após cada tratamento térmico. Foi observada a presença de grupos oxigenados e aromatização das amostras carbonizadas. As fibras de bio-óleo aditivado com lignina kraft e álcool furfurílico estabilizaram a 270°C e 2 horas, enquanto que os fios de bio-óleo não estabilizaram com um tempo de tratamento de 12 horas. Isso foi atribuído ao diâmetro destas fibras, muito elevado se comparado com fibras de poliacrilonitrila (PAN). Diâmetros elevados impedem a uniformização dos grupos oxigenados em toda a extensão das fibras. O teor de carbono foi observado através da análise elementar. O teor de carbono na amostra de bio-óleo aditivado com lignina kraft aumentou em ~ 91% na etapa da carbonização com relação ao teor de carbono inicial do tratamento térmico. Através da difração de raios-X foi observada estrutura amorfa nas amostras. Apenas o bio-óleo tratado por 3 horas apresentou um aumento característico na curva de difração de raios-X, atribuído à propriedade termoplástica e presença de compostos de baixa massa molar, os quais asseguram estrutura ordenada. Palavras-chave: Pirólise rápida. Bio-óleo. Lignina kraft. Álcool furfurílico. Tratamento térmico.

Abstract: This paper presents a purpose for the manufacture of carbon fiber from the bio-oil of the fast pyrolysis. Polymerization of the bio-oil was conducted by heat treatments at 200 ° C. After the softening point analysis, the tar was subjected to melt spinning. Bio-oil thermal treatments with addition of kraft lignin and furfuryl alcohol were necessary to improve the reliability and resistance during the winding of the wires. During subsequent stabilization and carbonization treatments, wires with additives resulted in better carbon fibers than wires treated from the bio-oil without any additives. The additive bio-oil samples were analyzed by infrared spectroscopy and solid state nuclear magnetic resonance after each heat treatment. The presence of oxygenated groups and aromatization of carbonized samples were observed. The biofuel fibers added with kraft lignin and furfuryl alcohol stabilized at 270 ° C and 2 hours, while the bio-oil wires did not stabilize with a treatment time of 12 hours. This was attributed to the diameter of these fibers, very high compared to polyacrylonitrile fibers (PAN). High diameters prevent the uniformization of the oxygen groups throughout the fibers. The carbon content was observed through elemental analysis. The carbon content in the kraft lignin-added bio-oil sample increased ~ 91% at the carbonization stage with respect to the initial carbon content of the heat treatment. Through the X-ray diffraction, amorphous structure was observed in the samples. Only the bio-oil treated for 3 hours presented a characteristic increase in the X-ray diffraction curve, attributed to the thermoplastic property and the presence of compounds of low molar mass, which ensure an ordered structure. Key-words: Fast pyrolysis. Bio-oil. Kraft lignin. Furfuryl alcohol. Heat treatment.