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Title in Portuguese: Síntese e avaliação de bioadsorventes na separação de misturas contendo CO2 e CH4 para aplicação em upgrade de biogás originado a partir de resíduos sólidos orgânicos
Title: Synthesis and evaluation of adsorbents in the separation of mixtures containing CO2 and CH4 for application It originated in biogas upgrading from organic waste
Author: Vilella, Priscila Costa
Advisor(s): Stefanutti, Ronaldo
Co-advisor(s): Bastos Neto, Moisés
Keywords: Saneamento
Carbono ativado
Coco seco
Coco Babaçu
Adsorção
Issue Date: 29-Sep-2015
Citation: VILELLA, P. C. Síntese e avaliação de bioadsorventes na separação de misturas contendo CO2 e CH4 para aplicação em upgrade de biogás originado a partir de resíduos sólidos orgânicos. 2015. 75 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015.
Abstract in Portuguese: A geração de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) vem aumentando a cada ano no País, sendo a fração orgânica normalmente responsável por mais da metade da quantidade total de RSU gerada. Entre as alternativas existentes para o aproveitamento dos resíduos sólidos orgânicos, destaca-se a digestão anaeróbia, uma solução atrativa, tendo em vista que há produção de biogás durante o processo. Entretanto, para que suas possibilidades de aplicação sejam mais abrangentes, é necessário que o biogás seja purificado e posteriormente submetido a um processo de upgrade, a fim de que adquira características similares ao do gás natural. O presente trabalho teve como objetivo sintetizar Carbonos Ativados (CAs) a partir de endocarpo de coco seco (Cocos nucifera), de coco babaçu (Orbignya speciosa) e a partir de vagem de flamboyant (Delonix regia) por meio de ativação com dióxido de carbono em única etapa. As características texturais das amostras foram determinadas por meio de isotermas de adsorção de N2 a -196 °C. Os maiores valores de área superficial específica e volume de microporos foram obtidos para o bioadsorvente sintetizado a partir do coco seco, com valores de 1452 m2/g e 0,60 cm3/g, respectivamente. Foram selecionados os CAs de coco seco e de coco babaçu para a análise de suas eficiências na separação de misturas CO2/CH4 para aplicação no upgrade de biogás. Para tanto, ensaios de equilíbrio de adsorção dos componentes puros (CO2 e CH4) e da mistura (30% vol. CO2, 70% vol. CH4) foram realizados a 20 °C utilizando uma balança de suspensão magnética. A capacidade de adsorção de CO2 pouco se diferenciou entre as duas amostras, apresentando o CA de coco seco melhores resultados. Essa amostra apresentou valores bem maiores de captura de metano a pressões acima de 3,0 bar. Os dados experimentais foram comparados com os obtidos pelo ajuste do modelo de Tóth e da IAST (Teoria da Solução Adsorvida Ideal) para os dados mono e multicomponentes, respectivamente. Os ajustes de Tóth foram bastante precisos, enquanto os da IAST se adequaram moderadamente. As seletividades das amostras para o CO2 em relação ao CH4 foram determinadas e comparadas com a de outros adsorventes comerciais. O CA do coco seco apresentou resultados melhores que o coco babaçu a baixas pressões, com valor de seletividade de 4,2 a 1,0 bar, indicando ser um material competitivo para a aplicação proposta.
Abstract: The generation of Municipal Solid Waste (MSW) is increasing every year in Brazil, being the organic matter responsible for more than half of the total MSW generated. Among the current alternatives to the use of organic solid waste, the anaerobic digestion is the most attractive as biogas production occurs in the process. Nevertheless, to increase its usage possibilities, biogas has to be purified and upgraded, in order to acquire characteristics similar to that of natural gas. The present work aims to prepare activated carbons (ACs) from coconut endocarp (Cocos nucifera), babassu coconut (Orbignya speciosa) and flamboyant pods (Delonix regia) by one step CO2 activation. The textural characteristics were determined by N2 adsorption isotherm at -196 °C. The best results of BET surface area and micropore volume were obtained for bioadsorbent synthesized from coconut shell, with values of 1452 m2/g and 0.6 cm3/g, respectively. ACs from coconut shell and babassu coconut were selected to analyze their efficiency in CO2/CH4 separation mixture for biogas upgrading application. Therefore, pure component (CO2 and CH4) and mixture (30% vol. CO2, 70% vol. CH4) adsorption equilibria were performed at 20 °C using a magnetic suspension balance. The CO2 adsorption capacity slightly differed between samples, presenting the AC from coconut shell better results. This sample had higher methane uptake above pressures of 3.0 bar. The experimental data were compared with the fit of Toth and IAST (Ideal Adsorbed Solution Theory) models for mono and multicomponent data, respectively. The Toth fitting was fairly accurate, while the IAST fit was moderate. The samples selectivity to CO2 over CH4 were calculated and compared with another commercial adsorbent. The AC from coconut shell presented better results than babassu coconut at low pressures, with a selectivity value of 4.2 at 1.0 bar, indicating to be a competitive material for the proposed application.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/14601
metadata.dc.type: Dissertação
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