Otimização da pirólise lenta da lignina kraft obtida de espécies folhosas para obtenção de biocarvão adsorvente de dióxido de carbono

Abstract

Resumo: A crescente preocupação com os impactos ambientais das atividades humanas e industriais tem impulsionado o desenvolvimento de tecnologias sustentáveis para a remoção de poluentes em efluentes líquidos e gasosos. Neste contexto, este estudo visa otimizar a pirólise lenta da lignina Kraft (LK), oriunda de espécies folhosas, em atmosfera inerte de nitrogênio (N2), visando a obtenção de biocarvão com elevada capacidade de adsorção. Para tanto, conduziram-se experimentos de pirólise lenta utilizando um planejamento experimental de superfície de resposta (Box-Behnken), avaliando três variáveis independentes: temperatura (300 - 500 °C), tempo de residência (60 - 240 minutos) e taxa de aquecimento (10 - 20 °C/min). O biocarvão obtido nas condições ótimas foi caracterizado por teor de cinzas e umidade, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), propriedades texturais (método BET) e ensaios de adsorção de CO2. Os resultados indicaram que a LK apresenta baixo teor de cinzas (1,20 ± 0,06%) e estrutura compacta, com área superficial inicial de 6,321 m2/g. A pirólise lenta promoveu um aumento expressivo na área superficial, sendo as condições ótimas estabelecidas em 550 °C, taxa de 20 °C/min e tempo de 215 minutos. Tais condições, que consideraram o equilíbrio entre o consumo energético e o desempenho do material, resultaram em um biocarvão com área superficial de 203,7 m2/g e capacidade de adsorção de 2,7398 mmol/g. Dessa forma, o estudo confirma a eficácia da pirólise lenta na conversão da LK em um adsorvente eficiente para a captura de CO2.

Abstract: The growing concern regarding the environmental impacts of industrial and human activities has driven the development of sustainable technologies for pollutant removal from liquid and gaseous effluents. In this context, this study aims to optimize the slow pyrolysis of Kraft lignin (KL) derived from hardwood species in an inert nitrogen (N2) atmosphere to obtain biochar with high adsorption capacity. To this end, slow pyrolysis experiments were conducted using a Box-Behnken response surface experimental design, evaluating three independent variables: temperature (300 - 500 °C), residence time (60 - 240 minutes), and heating rate (10 - 20 °C/min). The biochar obtained under optimal conditions was characterized by ash and moisture content, Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), textural properties (BET method), and CO2 adsorption assays. Results indicated that KL presents a low ash content (1.20 ± 0.06%) and a compact structure, with an initial surface area of 6.321 m2/g. Slow pyrolysis promoted a significant increase in surface area, with the optimal conditions established at 550 °C, a heating rate of 20 /min, and a residence time of 215 minutes. These conditions, which balanced energy consumption and material performance, yielded a biochar with a surface area of 203,7 m2/g and an adsorption capacity of 2,7398 mmol/g. Thus, the study confirms the effectiveness of slow pyrolysis in converting KL into an efficient adsorbent for CO2 capture