Defesa de Dissertação de Mestrado – Thaiane Andrade Cruz
No dia 21/09/2023 a pesquisadora Thaiane Andrade Cruz defendeu sua Dissertação de Mestrado intitulada “Evaluation of Thermal and Catalytic Pyrolysis of Hardwood and Softwood Kraft Lignin”.
Resumo: “Nesta pesquisa, o papel dos processos de degradação térmica e catalítica da valorização da lignina como uma alternativa sustentável para substituir recursos fósseis no setor energético e na produção de produtos químicos de valor agregado, foi explorado. A lignina, um polímero aromático complexo composto por unidades guaiacil, siríngil e p-hidroxifenil, oferece caminhos promissores para a geração de compostos aromáticos oxigenados e aromáticos. No entanto, sua diversa composição estrutural pode influenciar significativamente a composição dos produtos.
Foram realizadas a pirólise térmica de dois tipos distintos de lignina Kraft, derivados do Eucalyptus spp e do Pinheiro, como hardwood e softwood, respectivamente, a três temperaturas (500, 600 e 700 °C) usando um reator de leito fixo. Foi empregada uma análise abrangente, incluindo análises próximas e últimas, FT-IR, TGA/DTG com deconvolução, ss-NMR e GC-MS para caracterizar as propriedades físicas e químicas das ligninas e avaliar a distribuição dos produtos no bio-óleo e bio-carvão.
Destaca-se, entre os resultados, o papel crítico do grupo metoxila (-OCH₃) na pirólise da lignina e a prevalência da decomposição do guaiacol como uma via proeminente para a geração de hidrocarbonetos aromáticos e aromáticos oxigenados, com a hardwood favorecendo a produção de siringol. O conteúdo de grupo metoxila afetou os rendimentos dos produtos: a lignina softwood apresentou um rendimento de bio-carvão mais elevado (14-18 wt.%), enquanto a lignina hardwood exibiu um rendimento de gás mais elevado (13-22 wt.%). A produção de bio-óleo também foi afetada pela temperatura, responsável por converter fenóis do tipo S em fenóis do tipo G, monofenol ou catechol em temperaturas mais elevadas. Essa conversão aumenta a produção de bio-óleo, explicando o maior rendimento da lignina hardwood a 700°C (14,74 wt. %) e da lignina softwood a 500°C (14,59 wt. %).
O estudo também investigou a conversão termoquímica catalítica da lignina usando um catalisador comercial, como o ZSM-5. Dada sua complexidade estrutural, a fonte de lignina torna-se um fator crucial na composição do produto. Para avaliar as propriedades do catalisador, foram realizadas análises BET e BJH, análises X e FT-IR de piridina, seguidas de TGA/DTG acopladas com deconvolução para avaliação da degradação catalítica. Uma análise de covariância também foi empregada para avaliar as dependências funcionais entre vários fatores que afetam os rendimentos dos produtos.
A pirólise térmica revela que o bio-óleo da lignina softwood apresentou maiores quantidades de compostos do tipo guaiacol, juntamente com certos hidrocarbonetos aromáticos e aromáticos policíclicos. Por outro lado, a lignina hardwood produziu maiores quantidades de compostos do tipo siringol. Em ambos os casos, as temperaturas elevadas resultam no aumento da produção de cetonas, sendo este o componente predominante do produto líquido. As principais descobertas revelaram o potencial do ZSM-5 na redução do conteúdo de oxigênio na composição do bio-óleo.
No entanto, a fonte de lignina foi o fator predominante na formação dos componentes não oxigenados, particularmente aromáticos (BTX). Por exemplo, o bio-óleo da lignina softwood/ZSM-5 continha maiores quantidades de aromáticos devido à decomposição do guaiacol, enquanto o bio-óleo da lignina hardwood apresentou um aumento em aromáticos oxigenados. No geral, os compostos oxigenados no bio-óleo da lignina hardwood diminuíram apenas 3,7%, enquanto os compostos não oxigenados aumentaram 1%. Em contraste, os compostos oxigenados diminuíram cerca de 52% e os compostos não oxigenados aumentaram 41,6% no bio-óleo da lignina softwood. Portanto, o ZSM-5 exibiu uma maior afinidade pela softwood do que pela hardwood.
Este trabalho destacou a lignina como uma promissora fonte renovável para aplicações energéticas e químicas, oferecendo informações valiosas para a otimização do processo e seleção do catalisador, visando soluções sustentáveis baseadas em lignina.”
Nossos Parabéns a Nova Mestra e aos orientadores da pesquisa!
