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Tipo: Dissertação
Título: Estudo do equilíbrio de adsorção de siloxanos em materiais porosos
Autor(es): Silva, Edilton Nunes da
Orientador: Azevedo, Diana Cristina Silva de
Coorientador: Bastos Neto, Moisés
Palavras-chave: Engenharia química;Adsorção;Biogás;Siloxane;Equilibrium
Data do documento: 2020
Citação: SILVA, E. N. da. Estudo do equilíbrio de adsorção de siloxanos em materiais porosos. 2020. 67 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020.
Resumo: O biogás apresenta-se como uma opção viável para a produção de calor e energia, podendo ser produzido a partir de várias fontes: resíduos da indústria de alimentos, de aterros sanitários e de esgotos. Quando se utiliza biogás tendo o esgoto como fonte de produção, é comum que ocorram problemas nos motores a combustão devido à presença de siloxanos, principalmente octametilciclotetrasiloxano (D4) e decametilciclopentasiloxano (D5). Após a combustão desses compostos, há a formação de dióxido de silício, que se deposita no interior do motor, conduzindo a um aumento em gastos com manutenção e interrupções no serviço. A tecnologia mais empregada para remoção de siloxanos do biogás é a adsorção não regenerativa. Portanto, a utilização de materiais de baixo custo e de fácil obtenção é essencial. Neste contexto, este estudo avaliou um método de simples implementação (fase líquida), como aproximação do caso real em meio gasoso, para prospecção de adsorventes que removam siloxanos do biogás. Os materiais escolhidos para os testes iniciais foram adsorventes normalmente utilizados na indústria (carbonos ativados, zeólita e sílicas-gel), além de materiais de baixo custo e fácil obtenção (argilas naturais) e materiais sintetizados a partir de resíduos, como garrafas PET e areia de esgoto. Dentre estes materiais, os que obtiveram melhores resultados nos testes iniciais foram adsorventes inorgânicos: sílica gel azul, sílica gel branca, bauxita vermelha e sílica de areia, os quais foram caracterizados por fluorescência de raios-X (FRX) e isotermas de adsorção/dessorção de N2 a 77 K. A caracterização textural revelou a presença de microporos e mesoporos estreitos (na faixa de 10 a 50 Å) nas sílicas-gel e mesoporos na amostra de bauxita, ao passo que a sílica de areia apresentou uma ampla distribuição de tamanho de poros. A análise de FRX mostrou um alto teor de silício em todas as amostras, exceto a bauxita que possui um alto teor de ferro e alumínio. A cinética de adsorção dos dois siloxanos foi semelhante, o tempo para atingir o equilíbrio variou de 25h, para sílica de areia, a 150h para a bauxita. A sílica branca apresentou os melhores resultados de adsorção de siloxanos, 66 mg/g para o octametilciclotetrasiloxano (D4) e 59 mg/g para o decametilciclopentasiloxano (D5), seguida da sílica sintetizada da areia de esgoto, com capacidades de adsorção de 44 e 58 mg/g para o D4 e D5 respectivamente. Na faixa de baixa concentração (<300mg/L) a sílica de areia teve uma maior capacidade de adsorção que todos os outros materiais estudados. Apesar das isotermas dos siloxanos em fase líquida (em solvente apolar) não representarem as condições reais de processo, este trabalho demonstra ser possível utilizá-las como uma etapa de prospecção de potenciais materiais para adsorção de siloxanos de correntes gasosas. Materiais promissores devem ser posteriormente estudados com biogás real
Abstract: Biogas presents itself as a viable option for energy and heat production and it can be produced from several sources, highlighting: waste from food industry, landfills, and sewage. When biogas’ source is sewage, it commonly generates problems in combustion engines due to siloxanes’ presence, mainly octamethylcyclotetrasiloxane (D4) and decamethylcyclopentasiloxane (D5). After combustion of these compounds, there is formation of silicon dioxide that is deposited inside the engine, leading to an increase in expenses with maintenance and interruptions in service. The most used technology for removing siloxanes from biogas is non-regenerative adsorption. Therefore, the use of low cost and easily obtainable materials is essential. In this context, this study evaluated a simple implementation method (liquid phase), as an approximation of real case in a gaseous medium, for prospecting adsorbents that remove siloxanes from biogas. The materials chosen for initial tests were adsorbents normally used in industry (activated carbons, zeolite, and silica gel), in addition to low-cost and easy-to-obtain materials (natural clays) and materials synthesized from waste such as PET and sewage sand. Among these materials, the ones that obtained the best results in initial tests were inorganic adsorbents: blue silica gel, white silica gel, red bauxite, and sand silica, which were characterized by X-ray fluorescence (FRX) and N2 adsorption/ desorption isotherms at 77 K. Textural characterization revealed presence of micropores and narrow mesopores in a range of 10 to 50 Å in the silica gels and mesopores in the bauxite sample, whereas the sand silica showed a wide pore size distribution. The FRX analysis showed a high silicon content in all samples, except for bauxite, which has a high iron and aluminum content. The kinetics of adsorption for the two siloxanes was similar, equilibrium time varied from 25 hours for sand silica, to 150 hours for bauxite. White silica showed the best adsorption results for siloxanes, 66 mg/g for octamethylcyclotetrasiloxane (D4) and 59 mg/g for decamethylcyclopentasiloxane (D5), followed by sand synthesized silica with adsorption capacities of 44 and 58 mg/g for D4 and D5, respectively. In low concentration regions (<300mg/L) the sand silica had a greater adsorption capacity than all other materials studied. Although siloxane isotherms in liquid phase (in nonpolar solvent) do not represent real process conditions, this work has shown that they may be a screening tool for potential adsorbents. Promising materials should be further investigated with real biogas.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/52322
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