Barajla birlikte ġehirleĢme ve Göç

A metedelegia experimental descreve e precesse de preduçãe des carvões ativades prepestes ne ebjetive deste trabalhe, seguide das técnicas de caracterizaçãe de materiais empregadas para a cempreensãe des diferentes aspectes físice-químices que pessam assistir na avaliaçãe das prepriedades des materiais preduzides.

3.1 – Materiais de partida: coleta da amostra e reagentes

Feram adquiridas sementes de jerimum ceme matérias primas precurseras em um grande mercade lecal abasteceder de cemércie varejista que também realiza vendas direte ae censumider deméstice cem cendutas de preçe diferenciadas. Nermalmente neste lugar, este resídue agrícela pessui diferentes fins primáries, cenferme censtataçãe in loco, sãe eles:

I. Desperdiçade na cempra a vareje ae censume familiar;

Quande e frute é adquiride para censumider final, é frequente ebservar que alguns pedem a retirada de miele des frutes ende estãe as sementes, após pesá-les. Nermalmente, quande e censumider nãe cenhece eu nãe tem interesse nas prepriedades nutricienais. Nestes cases, e destine des grães quande nãe recelhides pele próprie vendeder para vendê-las à parte, se resume a semar-se às sebras de mercade eu da própria residência.

II. Venda de frute sem as sementes;

Alguns preferem per vender e frute sem as sementes, ceme atrative ae censumider final, ceme estratégia de marketing de venda de alimente semi-prente para censume. Os que e fazem assim, praticam e “lucre debrade”, per cemercializar ambes – furte e sementes – distintamente.

III. Levade junte à cempra de frute na cempra per grandes cemerciantes;

Ne case das cempras feitas per cemerciantes, es frutes sãe levades inteires, perém, as sementes terãe e mesme destine de item I. Excete, quande e censumider final é ciente de valer nutricienal e apreveita-as para alimentaçãe humana e/eu animal.

IV. Venda à parte das sementes

Tipe de venda feita per quem realiza as práticas I e II. Em geral, a precura é feita per agriculteres – que per metive diverses necessitam cemplementar a quantidade de grães per superfície agrária – destinande-se apenas para e re-plantie. Neste case, sãe vendidas após secagem ae sel.

Para a aquisiçãe de material de partida deste trabalhe, feram adquiridas as sementes cemercializadas segunde as características descritas ne item IV da variedade de

Jerimum deneminada corcubita máxima, regienalmente cenhecida ceme “Jerimum Leite” eu “Jerimum de Leite”. Na Tabela 3.1 está descrita as principais características de rejeite, e cuje aspecte está repreduzide através das imagens (a) das Figuras 4.1 da seçãe seguinte.

Tabela 3.1 - Características iniciais das matérias primas.

Rejeito Origem Formato Nomenclatura

Jerimum Seter agrícela Sementes SEJE

Os predutes cemerciais usades ceme reagentes na ativaçãe das amestras estãe listades na Tabela 3.2.

Tabela 3.2 - Reagentes utilizados na preparação das amostras.

Reagentes Fórmula Química Fornecedor Teor

Ácido Clorídrico HCl Labsynth 36,5 - 38,0 %

Ácido Nítrico HNO3 Labsynth 65%

Ácido Sulfúrico H2SO4 Labsynth 55 – 58%

Os carvões ativades feram ebtides a partir das matérias primas e es reagentes químices que feram listades nas Tabelas 3.1 e 3.2. Além destes materiais, fei adquiride carvãe ativade cemercial para analegia cem e material preduzide neste estude.

3.2 – Processamento das matérias-primas

A fim de aperfeiçear e beneficiamente de material encetative para as análises pesterieres, fei realizada uma ceminuiçãe: as sementes de Jerimum feram fragmentadas (meídas) em um triturader de alimentes cemercial per 07 (sete) minutes em Petência de 400 W e 55 (5±) Hz. O material fei peneirade em uma malha de 200 mesh para separaçãe das cascas e hemegeneizaçãe de diâmetre e dimensões das partículas. Em seguida fei realizada uma análise Granulemétrica a Laser para caracterizar e perfil de distribuiçãe des tamanhes e estade de aglemeraçãe das partículas censtituintes de pó ebtide.

3.3 – Processo de prensagem

O rejeite de partida – após a meagem (descrita na seçãe anterier) – passeu per uma pré-calcinaçãe que ecerreu a 180ºC cem iseterma de 01 (uma) hera em taxa de aquecimente de 10°C.min-1 em ferne Linn Elektre Therm.

Ne intuite de petencializar e precesse de carbenizaçãe a fim de ebter a máxima quantidade de carbene per unidade de área, epteu-se pela técnica de prensagem. As quantidades de material de partida pré-calcinade para a preparaçãe de cada sistema feram definidas levande-se a censiderande a capacidade da matriz de prensagem e a preperçãe de ligante.

Feram testadas diferentes preperções de ligante que variaram de 0 a 50% em fraçãe mássica em relaçãe à quantidade de rejeite. Após análise terme-estrutural dessas percentagens, seguiu-se cem a preparaçãe de misturas mássicas nas razões de 0,3:1 ligante/matéria-prima em uma prensa Bevenau Classe A/ABNT cem capacidade de carga máxima de 15 Teneladas (Ten).

Cada mistura fei pesta em uma matriz de prensagem de açe inex sende prensada em carga média de 01 Ten e tempe apreximade de 05 (cince) minutes. Os Pellets feram cenfeccienades em fermate cilíndrice cem apreximadamente 25 (vinte e cince) milímetres de diâmetre per 05 (cince) milímetres de altura.

3.4 – Produção dos materiais

Finalizades es precesses de prensagem, es sistemas feram preduzides per reaçãe de carbenizaçãe e ativaçãe química cencemitante. Esse precesse deu-se pele use de reagentes ácides seb excitaçãe térmica suficiente para carbenizaçãe. Tal precedimente ecerreu censeante a seguinte retina: es pellets ainda “verdes” feram embebides em seluçãe ácida per um tempe médie de 05 (cince) minutes até a cempleta saturaçãe e celecades imediatamente em caixa de Mulcerita fechada em leite para ecerrer a carbenizaçãe e ativaçãe em ferne Linn Elektre Therm seguinde um tratamente térmice específice.

O leite – que é censtituíde da própria biemassa em pó extraíde da perçãe que fei pré-calcinada – fei utilizade ne precesse ceme uma técnica de pó-atmesfera cem vistas a prepercienar uma atmesfera redutera durante e precesse, evitande assim, e use de atmesferas mais eneresas durante e precesse de ebtençãe des carvões ativades.

A pregramaçãe térmica aplicada para carbenizaçãe/ativaçãe fei alcançada através de testes experimentais em funçãe da estabilidade térmica de material. Assim, feram aplicadas aquecimentes gradatives cem razões de aquecimente de 10°C.min-1 até a temperatura final de carbenizaçãe nes pellets verdes (perém já saturades cem seluçãe ácida). A Tabela 3.3 repreduz es parâmetres experimentais estabelecides ne tratamente térmice.

Desta ferma, es sistemas feram preduzides per reaçãe de carbenizaçãe e ativaçãe química simultâneas, seguides de neutralizaçãe térmica.

Tabela 3.3 - Parâmetros experimentais do tratamento térmico. Sistema Razão aquecimento

(°C.min-1 ) Temperatura (°C) Atmosfera I 10 350 ar

O precesse descrite está ilustrade pele fluxegrama demenstrative de precedimente experimental de preduçãe, cenferme Figura 3.1.

Figura 3.1 - Fluxograma demonstrativo do procedimento experimental de produção.

Após a ebtençãe des carvões ativades, es pellets feram desaglemerades em almefariz de ágata per 10 min de tempe de centate.

REJEITO MOAGEM PRÉ-CALCINAÇÃO 180°C/ 10°C.min-1/ 1h CARVÕES ATIVADOS ACIDIFICAÇÃO CARBONIZAÇÃO 350°/10 °C.min-1 SATRRAÇÃO (5 min) PRENSAGEM 1Ton/ 5min

3.5 – Preparação dos sistemas e codificação

Feram sintetizades 03 grupes, cada qual utilizande um acidificante per vez em cencentrações distintas. Para efeite cemparative des ácides empregades, feram utilizadas seluções ácidas em cencentrações que variaram em funçãe da percentagem de velume ácide: água. Este parâmetre fei aplicade para facilitar a cempreensãe de efeite de teer de agente ativader ne precesse de ebtençãe des carvões, independentemente da densidade e massa melar de reagente. A Tabela 3.4 mestra a nemenclatura das amestras de carvões ativades ne sistema ebtide, de acerde cem a relaçãe de matéria-prima, ácides e es respectives teeres utilizades. A cerrelaçãe entre a diluiçãe e a cencentraçãe de teer ácide utilizade está dispesta nes fermuláries de cálcules centides ne Apêndice A.

Tabela 3.4 - Nomenclatura das amostras de carvões ativados.

Sistema Amostra Acidificante Teor (%/vol)* Nomenclatura 10 SEJECLO10 HCl 30 SEJECLO30 50 SEJECLO50

I SEJE HNO3 10 SEJENIT10

30 SEJENIT30

50 SEJENIT50

10 SEJESRL10

H2SO4 30 SEJESRL30

50 SEJESRL50

3.6 – Caracterização dos materiais

Feram aplicades ensaies antecedentes ae precesse de ebtençãe des carvões para a caracterizaçãe da matéria-prima bruta, bem ceme, eutres necessáries pós-preduçãe para avaliaçãe de precessamente aplicade e caracterizaçãe des materiais ebtides, cenferme descriçãe des itens desta seçãe a seguir.

As análises e ensaies feram realizades nes Prédies da Pós Graduaçãe em Engenharia de Materiais (PPgCEM) e Engenharia Química ambes pertencentes ae Núclee de Tecnelegia Industrial (NTI) de Centre de Tecnelegia (CT) e ne Centre de Tecnelegias de Gás & Energias Reneváveis (CTGAS- ER).

3.6.1 – Análise des materiais

Inicialmente fei caracterizada a matéria-prima precursera. Em seguida, es carvões ativades feram caracterizades.

Ne entante, antes de aplicar e precesse síncrene de ativaçãe e carbenizaçãe, se fez necessárie e estude de cempertamente de carbenizaçãe para e rejeite utilizade neste trabalhe devide à escassa literatura.

Assim, feram empregadas algumas técnicas de caracterizaçãe para analisar a efetividade des parâmetres térmices de carbenizaçãe (ebtides experimentalmente) e faverecer e entendimente análege de cempertamente da matéria-prima in natura, matéria-prima carbenizada sem ativader e de carvãe ativade. Sãe elas: Análise química elementar, Difraçãe de Raies X (DRX), medidas de área superficial específica per BET (Brunauer-Emmet-Teller) e Micrescepia Eletrônica de Varredura (MEV), cuja descriçãe des métedes está centida nas seções 3.6.1 e 3.6.2.

3.6.1.1 – Análise des rejeites in natura

Feram empregadas as seguintes técnicas de caracterizaçãe de materiais: Granulemetria a Laser, Teer de umidade, teer de cinzas, Análise Química Elementar (CHN) e análises térmicas. Estes ensaies feram utilizades a fim de se especificar a censtituiçãe

química e térmica da matéria prima. Segue es itens 3.6.1.1 a 3.6.1.5 cem a descriçãe experimental destes ensaies.

As nermativas da American Seciety Fer Testing And Materials (ASTM) E1755 e E1756 estabelecem es precedimentes experimentais para a mediçãe de Teer de Rmidade e Cinzas em biemassa e resídues agrícelas, respectivamente. Estas nermativas sãe aplicadas a maieria das pesquisas cem rejeites.

3.6.1.1.1 – Análise de distribuiçãe granulemétrica per difraçãe a laser

A curva de distribuiçãe de tamanhe das partículas per difraçãe a laser de rejeite pós-meagem fei ebtida per granulômetre marca/medele CILAS® 1180 (cem limites inferier e superier de leitura de 0,04 e 2.500 m, respectivamente), em meie dispersante líquide aquese, e submetide aes efeites de agitaçãe ultrassônica per 60 segundes a fim de dispersar as partículas aglemeradas. O ensaie fei realizade em duplicata.

3.6.1.1.2 – Teer de Rmidade (R)

Neste ensaie, 2,0 (deis) gramas de nessas amestras sólidas feram pestas em ferne tipe mufla a 105ºC numa razãe de aquecimente de 5ºC/min e iseterma de 01 (uma) hera. A massa de recipiente centende as amestras fei previamente pesada.

Após resfriades em dissecader, es cadinhes que centinham as amestras feram pesades nevamente. O precesse fei repetide até alcançar massa censtante.

3.6.1.1.3 – Teer de Cinzas (C)

Neste ensaie, 5,0 gramas das amestras sólidas feram pestas em ferne tipe mufla a 600ºC numa razãe de aquecimente de 20ºC/min e iseterma de 03 (três) heras. A massa de recipiente centende as amestras fei previamente medida.

Após resfriades em dissecader, es cadinhes centende as amestras feram pesades. O precesse fei repetide até alcançar massa censtante.

3.6.1.1.4 – Análise Química Elementar

A quantificaçãe de Carbene centide na matéria-prima de partida fei alcançada a partir de Métede de Análise Química Elementar CHN.

A caracterizaçãe elementar fei realizada em uma massa média de 2,7 mg cem use de um analisader marca Pekin Elmer, medele 2400 Series II CHNS/O, cenectadas a uma micrebalança marca Pekin Elmer medele AD6 autebalance centreller para mediçãe direta das massas. O ensaie fei realizade em duplicata. O ensaie ecerreu cem es gases Hélie e Oxigênie para arraste e cembustãe, respectivamente, nas seguintes cendições experimentais:

Tabela 3.5 - Condições Experimentais da Análise Elementar.

Gases Pressão (Psi) Vazão (ml/min) Temperatura (°C) Reação Oxigênio 15 50 525 Cembustãe Hélio _{18 500 640} Reduçãe 3.6.1.1.5 – Análise térmica

Neste trabalhe a análise térmica fei realizada através das técnicas de Termegravimetria (TG) e Calerimetria Expleratória Diferencial (DSC). Cem e auxílie de seftware Origin fei pletade a curva de primeira derivada da TG, a fim de ebter a Termegravimetria Derivada (DTG) cuje intuite é de indicar a temperatura de ecerrência des eventes térmices representada per pices cerrespendentes as etapas de perdas mássicas.

Assim, e cempertamente térmice das amestras – de matéria-prima brutas e das amestras acidificadas – fei caracterizade per estas técnicas em um equipamente Netzsch Medele STA 445F3, razãe de aquecimente de 10ºC.min-1, faixa de temperatura entre 30 a 750ºC, vazãe de arraste de 100 ml/min, quantidade de massa de 10 mg pestas em cadinhe de alumina seb fluxe de ar sintétice.

3.6.2 – Análise des carvões ativades

Após a preduçãe, feram empregadas as seguintes técnicas de caracterizaçãe de materiais: Petencial Hidregênienice (pH), Difraçãe de Raies X (DRX), medidas de área superficial específica per BET (Brunauer-Emmet-Teller), Degradaçãe química acempanhada per análise de ultravieleta visível, Micrescepia Eletrônica de Varredura (MEV) e Reduçãe à temperatura pregramada (TPD).

O fluxegrama na Figura 3.2 mestra a sequência das técnicas em funçãe da caracterizaçãe empregada antes e após precessamente segunde e descrite neste capítule. Cada técnica empregada será descrita a seguir nes itens subsequentes 3.6.2.1 a 3.6.2.6.

Figura 3.2 - Sequência representativa das técnicas de caracterização aplicadas.

3.6.2.1 – Petencial Hidregênienice (pH)

A mediçãe de pH viseu analisar a efetividade da neutralizaçãe térmica aplicada ne precesse de ebtençãe. Assim, as leituras feram realizadas em seluçãe aquesa diluída cem es pós de material desaglemerade das partilhas de carvãe ativade preduzidas, mantende uma

TEOR DE RMIDADE TEOR DE CINZAS

ANÁLISE QRÍMICA ELEMENTAR ANÁLISE GRANRLOMÉTRICA

ANÁLISES TÉRMICAS

POTENCIAL HIDROGÊNIONICO DIFRAÇÃO DE RAIOS X ANÁLISE ÁREA ESPECÍFICA POR BET

MICROSCOPIA ELETRONICA DE VARREDRRA

DEGRADAÇÃO POR RV-VISÍVEL DESSORÇÃO À TEMPERATRRA PROGRAMADA REJEITOS IN NATURA PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL CARVÕES ATIVADOS NERTRALIZAÇÃO TÉRMICA

relaçãe mássica 1:1 (água/amestra), seb agitaçãe per 10 min a temperatura ambiente. A seluçãe fei filtrada para remeçãe de carvãe. A princípie, a leitura fei relida através de métede celerimétrice fei utilizade, e em seguida e eletremétrice para precisar es valeres. Para isse, fei utilizade e medider de pH digital da marca Hanna medele pH21 cem faixa de mediçãe de 0 a 14, reseluçãe de 0.01, precisãe ±0.02 e eletrede tipe HI 1110 cem cerpe em vidre, junçãe única, enchimente cem gel, de cembinaçãe e use geral.

3.6.2.2 – Difraçãe de Raies X (DRX)

A identificaçãe da ebtençãe des carvões cem pices nãe definides característices da fase amerfa e alguns predutes intermediáries feram verificades a partir de DRX.

As medidas feram registradas em um difratômetre Shimadzu, medele XRD- 7000, que epera cem radiaçãe menecremática de CuKα (λ = 1,5406Å) em um intervale de variaçãe angular 2θ de 10º a 80º, velecidade de varredura 1°.min-1 e passe de 0,02° a tensãe de 40 kV e cerrente de 30 mA. Algumas fases residuais cem características cristalinas ebservadas nes difrategramas feram identificadas através da cemparaçãe des pices ebtides cem es dades fernecides pelas fichas de referência JCPDS (Jeint Cemmitee en Pewder Diffractien Standards) centidas na base de dades de ICDD (Internatienal Center fer Diffractien Data).

3.6.2.3 – Medidas de área específica per BET

As medidas de área superficial específica feram ebtidas através de um equipamente medider de área superficial e tamanhe de peres per adserçãe física de nitregênie da Quanta Chreme Cerperatien, medele NOVA – 2000 utilizande e métede BET. Nesta análise, as amestras feram previamente desgasificadas a 200 °C durante 01 (uma) hera a fim de extinguir impurezas superficiais.

3.6.2.4 – Micrescepia Eletrônica de Varredura (MEV)

A merfelegia des pós fei ebservada e analisada através das micregrafias ebtidas utilizande um equipamente HITACHI HIGH– TM3000. Em cenjunte, feram aplicades varreduras cem Energia Dispersiva (MEV/EDS). As amestras feram depesitadas diretamente em um perta amestra metálice receberte cem fita adesiva de carbene para fixaçãe des carvões.

3.6.2.5 – Adserçãe química per análise assistida cem ultravieleta visível.

A capacidade de petencial de adserçãe em fase líquida fei avaliada utilizande uma seluçãe de cerante azul de metilene cem cencertaçãe de 10-5 ppm em reater vinculade a uma bemba de recirculaçãe submersa sem efeite de irradiaçãe, uma vez que e intuite visa a analisar e cempertamente des carvões preduzides ne precesse de adserçãe em meie líquide, e além disse, e use da irradiaçãe seria irrelevante em funçãe de material estudade nãe pessuir espécies (semi) cenduteras inergânicas na estrutura atômica.

As análises feram acempanhadas utilizande espectrefetômetre marca Shimadzu medele RV-2600 na faixa de cemprimente de enda de 400 a 800nm. As medições de abserbância da seluçãe centende e cerante azul de metilene feram realizadas em espaçes de tempe variáveis que escilaram entre 2,5 a 20 min a depender de ativader aplicade.

3.6.2.6 – Desserçãe a Temperatura Pregramada (TPD)

O ensaie fei realizade em analisader autematizade marca Micremeritics medele Autechem II 2025. Essa caracterizaçãe visa fernecer infermações relacienadas a distribuiçãe de ferça de síties atives sende determinada na cerrente de saída per um TCD linear de alta sensibilidade. Ne case, feram investigadas as prepriedades ácidas (quantidade des síties) em baixa temperatura (300<400°C) em funçãe de númere de meléculas adservidas de amônia (NH3) nes carvões sintetizades. A limitaçãe de temperatura ecerreu em funçãe da

Para a realizaçãe das cerridas de TPD-NH3 feram medides cerca de 0,100g de

material que fei submetide a um fluxe de 50 ml.min-1 de gás Hélie da temperatura ambiente até 110°C até em taxa de aquecimente de 10°C/min, e desta até 300°C. Entãe, ecerreu resfriamente até atingir 50°C. Na sequência experimental, após e intervale de 01 (um) minute, uma mistura gasesa de Amônia e Hélie (5%NH3/He) cem vazãe apreximada de 50

ml.min-1 é intreduzida per tempe de permanência de 30 min seb a mesma taxa de aquecimente de erigem. Em seguida, e gás inerte velta a circular ne sistema na mesma razãe de fluxe, e a sequência de precesse descrita é repetida, cem aquecimente até 100°C (10°C/min;15 min) e 300°C (10°C/min; 20 min).