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Avaliação de adsorventes obtidos a partir de bagaço de cana de açúcar na remoção de dibenzotiofeno em isooctano

O principal processo para a remoção de enxofre no refino é o hidrotratamento, caracterizado por ser um processo de alto custo, uma vez que requer elevado consumo de hidrogênio e de catalisadores, além de altas temperaturas, podendo apresentar reações paralelas indesejadas. Devido a esses fatores, no...

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Main Author: GONZÁLEZ ALBA, Juan Felipe
Other Authors: BARBOSA, Celmy Maria Bezerra de Menezes
Format: doctoralThesis
Language: por
Published: Universidade Federal de Pernambuco 2019
Subjects:
Engenharia Química
Adsorção
Bagaço de cana de açúcar
Porosidade
Química superficial
Materiais carbonáceos
Dibenzotiofeno
Online Access: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/29110
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spelling ir-123456789-291102019-02-14T05:06:46Z Avaliação de adsorventes obtidos a partir de bagaço de cana de açúcar na remoção de dibenzotiofeno em isooctano GONZÁLEZ ALBA, Juan Felipe BARBOSA, Celmy Maria Bezerra de Menezes SILVA, Valdinete Lins da http://lattes.cnpq.br/2474382072027815 http://lattes.cnpq.br/5606017652367088 http://lattes.cnpq.br/6965029890444626 Engenharia Química Adsorção Bagaço de cana de açúcar Porosidade Química superficial Materiais carbonáceos Dibenzotiofeno O principal processo para a remoção de enxofre no refino é o hidrotratamento, caracterizado por ser um processo de alto custo, uma vez que requer elevado consumo de hidrogênio e de catalisadores, além de altas temperaturas, podendo apresentar reações paralelas indesejadas. Devido a esses fatores, novos processos de remoção têm sido propostos. Um deles, a adsorção, que visa a retirar o enxofre em condições brandas de operação, fazendo o processo mais económico. Para tal fim, neste trabalho, foi utilizado o dibenzotiofeno como molécula organo-sulfurada modelo, podendo ser encontrada em frações comerciais do petróleo tais como gasolina e diesel. Assim, esta pesquisa teve como objetivo utilizar adsorventes carbonáceos obtidos do bagaço de cana de açúcar na remoção de dibenzotiofeno. Os adsorventes investigados foram os seguintes: Cinza de bagaço de cana de açúcar “in natura” (CB), cinza de bagaço de cana de açúcar funcionalizada com HNO₃ (CBFA), cinza de bagaço de cana de açúcar funcionalizada com NH₄OH (CBFB), cinzas ativadas com CO₂ em duas taxas de aquecimento (5K.min⁻¹ e 10K.min⁻¹) e três temperaturas alvo: 873K (600°C), 973K (700°C) e 1073K (800°C) (CBA05600, CBA05700, CBA05800, CBA10600, CBA10700 e CBA10800) e finalmente carvões ativados (CA) obtidos por ativação química de bagaço de cana de açúcar, com duas diferentes concentrações de agente químico: H₃PO₄ ao 32% e 48% p/p (CA32 e CA48). Estes adsorventes foram caracterizados físico-quimicamente com as seguintes técnicas: isotermas de adsorção e dessorção de N₂ e CO₂, calorimetria de imersão, difração de raios X (DRX), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier com módulo de reflectância difusa (DRIFT), determinação do ponto de carga zero (PCZ) e análise elementar. A caracterização permitiu conhecer as mudanças na química superficial e na estrutura física dos materiais, atribuídas aos processos de funcionalização e ativação. A remoção de dibenzotiofeno foi avaliada por espectroscopia no ultravioleta visível e por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas, sendo realizada previamente a validação estatística para cada um dos métodos analíticos. A concentração do adsorvente foi um parâmetro investigado, determinando 5 g.L⁻¹ como a concentração de adsorvente de trabalho. Foi empregada uma concentração inicial de enxofre de 50 mg.L⁻¹ para os estudos de concentração de adsorvente e cinéticos. Foi possível determinar características físicas e químicas dos materiais, compreendendo assim possíveis mecanismos de interação adsorvato-adsorvente: a estrutura porosa – especialmente a microporosa - e a acidez superficial dos materiais foram determinantes na capacidade de remoção dos materiais. Foi observado em todos os materiais capacidade de remoção de enxofre, sendo em maior medida para as amostras CA32, CA48 e CBFB, com remoção de até 70% para testes de 24 horas. Encontraram-se tempos de equilíbrio de 6 horas, e os dados experimentais foram ajustados aos modelos de equilíbrio de Langmuir, Freundlich e Langmuir - Freundlich, apresentando um ajuste aceitável. Este trabalho mostra uma perspectiva bastante promissória ao demostrar que as cinzas de bagaço de cana de açúcar, considerados rejeito na indústria sucro-alcooleira, apresentam capacidade de remoção de dibenzotiofeno. PETROBRAS The main process for the removal of sulfur in oil refining is hydrotreatment, characterized by being a high cost process, since it requires high consumption of hydrogen, besides high temperatures and consumption of catalysts, and may present undesired parallel reactions. Due to those factors, new removal processes have been proposed. One of them, adsorption, aims to remove the sulfur in soft conditions of operation, making the process more economical. For this purpose, in this research, dibenzothiophene was used as a model organosulfur molecule, and it can be found in commercial fractions of petroleum such as gasoline and diesel. Thus, this research has as objective to use carbonaceous adsorbents obtained from sugarcane bagasse in the removal of dibenzothiophene. The adsorbents investigated were as follows: In natura sugarcane bagasse ash (CB), sugarcane bagasse ash functionalized with HNO₃ (CBFA), sugarcane bagasse ash functionalized with NH4OH (CBFB), fly ashes activated by CO₂ with two temperature rates (5K.min⁻¹ and 10K.mi⁻¹) and three target temperatures: 873K (600°C), 973K (700°C) and 1073K (800°C) (named as CBA05600, CBA05700, CBA05800, CBA10600, CBA10700 and CBA10800) and finally activated carbons obtained by chemical activation of sugarcane bagasse with two different concentrations of chemical agent (H₃PO₄), 32% and 48% w / w (CA32 and CA48). These adsorbents were characterized physically and chemically with the following techniques: adsorption and desorption isotherms of N₂ and CO₂, immersion calorimetry, X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy with diffuse reflectance module (DRIFT), determination of point of zero charge (PZC) and elementary analysis. The characterization allowed to know the changes in the superficial chemistry and the physical structure of the materials, attributed to the functionalization and activation processes. The removal of dibenzothiophene was evaluated by visible ultraviolet spectroscopy and gas chromatography coupled to mass spectrometry, with previous statistical validation performed for each of the analytical methods. The adsorbent concentration was an investigated parameter, determining 5 g.L⁻¹ as the working adsorbent concentration. An initial sulfur concentration of 50 mg.L⁻¹ was employed for adsorbent concentration and kinetic studies. It was possible to determine the physical and chemical characteristics of the materials, thus understanding possible mechanisms of adsorbate-adsorbent interaction: the porous structure - especially the microporous one - and the surface acidity of the materials were determinant on the material removal capacity. Sulfur removal capacity was observed in all materials, being the CA32, CA48 and CBFB samples, with removal up to 70% for 24 hours testing. We found equilibrium times of 6 hours, and the experimental data were fitted to the Langmuir, Freundlich and Langmuir-Freundlich equilibrium models, presenting an acceptable fit. This work shows a very promising prospect in demonstrating that the sugarcane bagasse ash, considered as waste in the sugar-alcohol industry, has the ability to remove dibenzothiophene. 2019-02-13T17:52:05Z 2019-02-13T17:52:05Z 2017-07-12 doctoralThesis https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/29110 por embargoedAccess Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ Universidade Federal de Pernambuco UFPE Brasil Programa de Pos Graduacao em Engenharia Quimica
institution REPOSITORIO UFPE
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GONZÁLEZ ALBA, Juan Felipe
Avaliação de adsorventes obtidos a partir de bagaço de cana de açúcar na remoção de dibenzotiofeno em isooctano
description O principal processo para a remoção de enxofre no refino é o hidrotratamento, caracterizado por ser um processo de alto custo, uma vez que requer elevado consumo de hidrogênio e de catalisadores, além de altas temperaturas, podendo apresentar reações paralelas indesejadas. Devido a esses fatores, novos processos de remoção têm sido propostos. Um deles, a adsorção, que visa a retirar o enxofre em condições brandas de operação, fazendo o processo mais económico. Para tal fim, neste trabalho, foi utilizado o dibenzotiofeno como molécula organo-sulfurada modelo, podendo ser encontrada em frações comerciais do petróleo tais como gasolina e diesel. Assim, esta pesquisa teve como objetivo utilizar adsorventes carbonáceos obtidos do bagaço de cana de açúcar na remoção de dibenzotiofeno. Os adsorventes investigados foram os seguintes: Cinza de bagaço de cana de açúcar “in natura” (CB), cinza de bagaço de cana de açúcar funcionalizada com HNO₃ (CBFA), cinza de bagaço de cana de açúcar funcionalizada com NH₄OH (CBFB), cinzas ativadas com CO₂ em duas taxas de aquecimento (5K.min⁻¹ e 10K.min⁻¹) e três temperaturas alvo: 873K (600°C), 973K (700°C) e 1073K (800°C) (CBA05600, CBA05700, CBA05800, CBA10600, CBA10700 e CBA10800) e finalmente carvões ativados (CA) obtidos por ativação química de bagaço de cana de açúcar, com duas diferentes concentrações de agente químico: H₃PO₄ ao 32% e 48% p/p (CA32 e CA48). Estes adsorventes foram caracterizados físico-quimicamente com as seguintes técnicas: isotermas de adsorção e dessorção de N₂ e CO₂, calorimetria de imersão, difração de raios X (DRX), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier com módulo de reflectância difusa (DRIFT), determinação do ponto de carga zero (PCZ) e análise elementar. A caracterização permitiu conhecer as mudanças na química superficial e na estrutura física dos materiais, atribuídas aos processos de funcionalização e ativação. A remoção de dibenzotiofeno foi avaliada por espectroscopia no ultravioleta visível e por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas, sendo realizada previamente a validação estatística para cada um dos métodos analíticos. A concentração do adsorvente foi um parâmetro investigado, determinando 5 g.L⁻¹ como a concentração de adsorvente de trabalho. Foi empregada uma concentração inicial de enxofre de 50 mg.L⁻¹ para os estudos de concentração de adsorvente e cinéticos. Foi possível determinar características físicas e químicas dos materiais, compreendendo assim possíveis mecanismos de interação adsorvato-adsorvente: a estrutura porosa – especialmente a microporosa - e a acidez superficial dos materiais foram determinantes na capacidade de remoção dos materiais. Foi observado em todos os materiais capacidade de remoção de enxofre, sendo em maior medida para as amostras CA32, CA48 e CBFB, com remoção de até 70% para testes de 24 horas. Encontraram-se tempos de equilíbrio de 6 horas, e os dados experimentais foram ajustados aos modelos de equilíbrio de Langmuir, Freundlich e Langmuir - Freundlich, apresentando um ajuste aceitável. Este trabalho mostra uma perspectiva bastante promissória ao demostrar que as cinzas de bagaço de cana de açúcar, considerados rejeito na indústria sucro-alcooleira, apresentam capacidade de remoção de dibenzotiofeno.
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