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Type: Dissertação
Title: A study on cashew bagasse hydrochars and pyrochars and their interaction with water and soil
Title in English: A study on cashew bagasse hydrochars and pyrochars and their interaction with water and soil
Authors: Andrade, Maria Clara Fernandes de
Advisor: Ferreira, Odair Pastor
Keywords: Carbonização hidrotérmica;Pirólise;Ativação termoquímica;Interação água-biochar
Issue Date: 2020
Citation: ANDRADE, M. C. F. A study on cashew bagasse hydrochars and pyrochars and their interaction with water and soil. 104 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020.
Abstract in Brazilian Portuguese: O Nordeste do Brasil vem enfrentando ao longo de sua história problemas relacionados a secas severas. Diferentes projetos devem ser sugeridos para minimizar este problema. Entre eles, estão novos aditivos para o solo, como o biochar, material feito a partir da biomassa que, entre muitas possibilidades, tem o potencial de aumentar a capacidade de retenção de água do solo ao qual é adicionado. Com o objetivo de elucidar a possibilidade de preparação do biochar com biomassa da região Nordeste, este trabalho foi desenvolvido tendo como precursor o bagaço de caju. O objetivo foi estudar a preparação, caracterização e ativação desses biochars e esclarecer as interações entre eles e a água. Assim, no Estágio I do projeto o bagaço do caju foi primeiro seco e moído, e então carbonizado por duas metodologias: pirólise e carbonização hidrotérmica. Os biochars foram então caracterizados por Análise Elementar CHNS, Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FT-IR), Espectroscopia Raman, Difração de Raios-X (XRD), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Isotermas de Adsorção-Dessorção de N2. No Estágio II do projeto, um novo lote de bagaço de caju foi coletado para produzir carvões em uma escala maior para ativação termoquímica. As amostras do Estágio II foram ativadas e caracterizadas pelas mesmas técnicas usadas antes. Foi observado que embora os biochars precursores apresentassem perfis muito diferentes, as amostras ativadas eram muito semelhantes entre si em estrutura, composição e textura. A ativação aumentou o ângulo de contato com a água destilada, tornando todas as amostras hidrofílicas, e possibilitou uma maior Capacidade de Retenção de Água Disponível (PAWC) ao solo ao qual foram adicionados. Os resultados da Calorimetria Diferencial de Varredura para as interações água-biochar não apresentaram nenhum padrão facilmente distinguível, embora para a melhor amostra PAWC, o super-resfriamento da água bulk foi suavizado e a presença de água alojada nos microporos foi evidenciada pelo teste após a ativação. Os resultados dos experimentos com bagaço de caju apresentam melhorias quando comparados aos resultados com diferentes matérias-primas descritas na literatura, o que significa que provavelmente seria adequado para ser usado como condicionador de solo.
Abstract: The Northeast of Brazil has been facing throughout its history problems related to severe droughts. Different projects should be suggested in order to minimize this problem. Among them are new soil additives as biochars, materials made from biomass that, among many possibilities, have the potential to increase the water retention capacity of the soil to which it is added. In order to elucidate the possibility of the preparation of biochar with biomass from the Northeast region, this work was developed with cashew bagasse as the precursor. The objective was to study the preparation, characterization and thermochemical activation of these biochars and clarify the interactions between them and water. So, in Stage I cashew bagasse was first dried and grounded, and then charred by two methodologies: pyrolysis and hydrothermal carbonization. The biochars were then characterized by CHNS Elemental Analysis, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), Raman Spectroscopy, X-Ray Diffractometry (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and N2 Adsorption-Desorption Isotherms. For Stage II, a new batch of cashew bagasse was retrieved to produce hydrochars and pyrochars in a greater scale for activation. Stage II samples were activated and characterized by the same techniques used before. It was observed that even though precursor biochars presented very different profiles, activated samples were very similar to each other in structure, composition and texture. The thermochemical activation process promoted a decrease in the contact angles with distilled water for all samples, suggesting enhancing in the hydrophilicity, and a greater water soil Plant Available Water Capacity (PAWC) when samples were added to soil. Differential Scanning Calorimetry (DSC) results for water-biochar interactions did not present any easily distinguishable pattern, although for the best PAWC sample, bulk water supercooling was softened and micropore lodged water appeared after activation. The results of cashew bagasse experiments present improvement when compared to experiments with different raw materials described in the literature, meaning that it would probably be suitable to be used as soil conditioner.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/57578
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