Resumo

A Carbonização hidrotermal (HTC) de cascas do fruto de Magonia pubescens A. St. Hil. Sapindaceae (Tingui do cerrado) é apresentada como uma proposta inédita na produção de hydrochars a partir de precursores de espécies do Cerrado Brasileiro, onde se verificou a influência da temperatura nas propriedades dos materiais obtidos. Os hyrochar obtidos foram caracterizados em termos de rendimento em peso, análise elementar e estimativa do poder calorífico superior (PCS), análise de espectroscopia na região do infravermelho (FT-IR), difratometria de raios-x (DRX) e avaliação da capacidade de adsorção. O aumento da temperatura afetou negativamente o rendimento do hydrochar, o qual variou entre 46,25 % e 27,42%, nas temperaturas de 170 e 190 °C, respectivamente. Hydrochars com maior teor de carbono (64,10%) foram obtidos em baixa temperatura (170 °C), o qual também apresentou maior poder calorífico superior (23,94 MJ kg⁻¹) e área superficial específica (44,0 m².g⁻¹). A evolução das razões atômicas H/C e O/C indicou processos de desidratação e descarboxilação durante a carbonização hidrotérmica. As isotermas de adsorção-dessorção de N₂ a -176 ºC, resultantes da análise das propriedades texturais e estruturais, demonstraram a presença de mesoporos na estrutura dos hydrochars. Na avaliação da capacidade de adsorção com azul de metileno, a isoterma de Langmuir foi a que melhor explicou o comportamento de adsorção, tendo os hydrochars obtidos a 170 e 180 °C as maiores capacidades de adsorção (139,38 e 202,40 mg g⁻¹, respectivamente). Os resultados indicaram a carbonização hidrotermal de cascas do fruto de tingui como uma nova estratégia para o desenvolvimento de hydrochars com alto rendimento, teor de carbono elevado e alta eficiência de adsorção, valores superiores a diversos trabalhos encontrados na literatura.

Abstract

Obtaining hydrochar via hydrothermal carbonization of Magonia pubescens A. St. Hil. Sapindaceae fruit bark : characterization and evaluation of its adsorptive properties

The hydrothermal carbonization (HTC) of bark of the fruit of Magonia pubescens A. St. Hil. Sapindaceae (Tingui do Cerrado) presents as an unprecedented proposal for the production of hydrochars from precursors of Brazilian Cerrado species, where the influence of temperature on the properties of the obtained materials is verified. The obtained hydrochar were characterized in terms of yield, elemental analysis, estimation of the higher calorific value, infrared spectroscopy, X-ray diffractometry, and methylene blue adsorption. The temperature increases affected negatively hydrochar yield, which varied between 46,25% and 27,42%, at temperatures of 170 and 190 °C, respectively. Hydrochar with higher carbon content (64,10%), higher calorific value (23,94 MJ kg⁻¹) and specific surface area (44,0 m² g⁻¹) were obtained at 170 °C. The evolution of the atomic ratios H/C and O/C indicated processes of dehydration and decarboxylation during hydrothermal carbonization. The adsorption-desorption isotherms of N₂ at -176º C resulting from the analysis of the textural and structural properties demonstrated the presence of mesopores in the structure of the hydrochars. In the evaluation of the adsorption capacity with methylene blue, the adsorption data correlated well with the Langmuir isotherm. In this analysis, the hydrochars obtained at 170 and 180 °C demonstrated the highest adsorption capacity (Q_max = 139,38 and 202,40 mg g⁻¹, respectively). The results indicated the hydrothermal carbonization of the bark of the tingui fruit as a new strategy for the development of hydrochars with high yield, high carbon content and high adsorption efficiency, higher values than several papers found in the literature.