Produção de carvão ativado a partir de madeira tratada com arseniato de cobre cromatado (CCA) para adsorção de dióxido de carbono (CO2) - Botomé, Michele Leoratto (My University, 2016)
Chromated copper arsenate (CCA) is the most used preservative in wooden poles of electricity distribution network, due to its high efficiency in the wood preservation. The CCAtreated wooden poles may be properly disposed to avoid damage to the environment due to the metals. The thermochemical process (pyrolysis) can be an alternative to the disposal of this waste. In this work, CCA-treated wooden poles, in service for 20 years in the electricity distribution network in Rio Grande do Sul, provided by Companhia Paulista de Força e Luz (CPFL), were fractionated and the metal concentration was measured. The samples of the internal sapwood and heartwood presented low metal concentrations (4.00 mg.kg-1 of copper, 4.19 mg.kg-1 of chromium and 4.72 mg.kg-1 of arsenic) and were subject to the pyrolysis. The solid, liquid and gaseous fractions were measured and characterized. The high content of volatile matter (83.53 wt.% to A23 and 83.23 wt.% to A3) and low ash content (0.62 wt.% to A23 and 0.61 wt.% to A3) make the samples of CCA- treated wood an attractive raw material for thermochemical process. The pyrolysis process was conducted in the absence of oxygen at 700 ºC to minimize the metal release and presenting mass fractions with the following yields: char (25.3±1.1 wt.%), pyrolytic oil (44,2±0.6 wt.%) and gas fuel (30.6±1,7 wt.%). The maximum concentration of non-condensable gas (77 vol%) from the pyrolysis of CCA-treated wood and the maximum high heating value of the fuel gas (15.32 MJ.N-1m-3 ) were observed in temperature of 500 ºC. With temperature increasing (700 oC) the generation of non-condensable gases (14 vol%) and the high heating value of the fuel gas (14.16 MJ.N-1m-3 ) were reduced. However, with temperature increasing the concentration H2 increased. Most than 68 wt.% of metals are retained in the char. It is possible to use of the activated carbon from char due resistance to leaching. The gas generated presented a molar ratio H2/CO of 6 to 8 is favorable to the iron oxide reduction in reduction process in steel industry. The char produced from the pyrolysis process was impregnated with H3PO4 and physically activated in the presence of CO2 at temperatures of 800 to 900 ºC for activated carbon production. The temperature of 900 oC, isotherm of 240 min and 1:1 impregnation H3PO4 were responsible to formation of an activated carbon with a high surface area (1324 m2 .g -1 ). With the increased of time isotherm of 60 to 240 min (900 ºC / 2:1 impregnation H3PO4) there was obtained increased microporous volume with 0.3 a 1 nm diameter (0.159 to 0.209 cm3 .g-1 ). The activated carbon produced was evaluated in CO2 adsorption assays at atmospheric pressure and 25 oC. The results indicated that the activated carbons obtained from the CCA-treated wood showed high CO2 adsorption capacity ranging 69-83 mg.g -1 . The presence of metals (Cr/Cu) can be contributed to the high CO2 adsorption.
O arseniato de cobre cromatado (CCA) é um dos preservantes mais utilizados em postes de madeira de redes de distribuição de energia elétrica, devido a sua elevada eficiência na preservação da madeira. Os postes de madeira tratada com CCA devem ter uma destinação final adequada, para evitar impactos ao meio ambiente, devido à presença dos metais. A conversão termoquímica (pirólise) pode ser uma alternativa para a destinação final desse resíduo. Neste trabalho, postes de madeira utilizados por 20 anos na rede de distribuição de energia elétrica do Estado do Rio Grande do Sul, fornecidos pela Companhia Paulista de Força e Luz (CPFL), foram seccionados e medida sua concentração de metais. As 2 frações mais internas do poste (ao longo do seu raio) apresentaram menores concentrações de metal (4,00 mg.kg-1 de cobre, 4,19 mg.kg-1 de cromo e 4,72 mg.kg-1 de arsênio) e foram utilizadas para os ensaios de conversão termoquímica (pirólise). As frações sólida, líquida e gasosa foram quantificadas e caracterizadas. O elevado teor de matéria volátil (83,53%, m.m-1 para A23 e 83,23%, m.m-1 para A3) e baixo teor de cinzas (0,62%, m.m-1 para A23 e 0,61 %, m.m-1 para A3) tornam as amostras de madeira tratada com CCA, uma matéria-prima atrativa para o processo termoquímico. O processo de pirólise foi conduzido na ausência de oxigênio à temperatura de 700 ºC, minimizando a liberação de metais e apresentando os seguintes rendimentos: char (25,3 ±1,1%, m.m-1 ); óleo pirolítico (44,2±0,6%, m.m-1 ); gás combustível (30,6±1,7%, m.m-1 ). A concentração máxima de gases não condensáveis (77% vol) provenientes da pirólise de madeira tratada com CCA, bem como o máximo valor de poder calorífico superior do gás combustível (15,32 MJ.Nm-3 ), foram observados na temperatura de 500 ºC. Com o incremento de temperatura (700 ºC) houve uma redução da produção de gases não condensáveis (14% vol), bem como do poder calorífico superior do gás combustível (14,16 MJ.Nm-3 ). Entretanto, com o aumento da temperatura foi observado um aumento da concentração de H2 nos gases não condensáveis. Foi observado que mais de 68% (em massa) dos metais ficam retidos no char, os quais permanecem estáveis à lixiviação, permitindo a utilização segura do char para a obtenção de carvão ativado. O gás gerado apresentou razão molar H2/CO de 6 a 8, favorável à redução de óxidos de ferro em processos de redução da indústria siderúrgica. O char produzido no processo de pirólise foi impregnado com H3PO4 e ativado físicamente na presença de CO2, a temperaturas de 800 e 900 ºC, para a produção de carvão ativado. A temperatura de 900 ºC, isoterma de 240 min e razão de impregnação de H3PO4 de 1:1 foram responsáveis pela formação de um carvão ativado com elevada área superficial (1324 m2 .g-1 ). Com o aumento do tempo de isoterma de 60 a 240 min (900 ºC / Impregnação H3PO4 Razão 2:1) verificou-se o incremento do volume de microporos de diâmetro de 0,3 a 1 nm (0,159 a 0,209 cm3 .g-1 ). O carvão ativado produzido foi avaliado quanto a capacidade de adsorção de CO2 a pressão atmosférica e temperatura de 25 ºC. Os resultados indicaram que as amostras de carvão ativado obtidos da madeira tratada com CCA apresentaram elevada capacidade de adsorção de CO2 variando entre 69 a 83 mg.g-1 . A presença de metais (Cr/Cu) no carvão ativado pode ter contribuído para o aumento da adsorção de CO2.
Keywords: Carbono ativado; Carvão vegetal; Gases - Absorção e adsorção; Pirólise; Carbon, Activated; Charcoal; Gases - Absortion and adsortion; Pyrolysis