OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DO BIO-ÓLEO DE TALOS DE MANDIOCA EMPREGANDO CG-EM

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Química Analítica

Autores

Uemura, D.T. (UEMS) ; Ferreira, M.E.S. (UEMS) ; Solaliendres, M.O. (UEMS) ; Caramão, E.B. (UFRGS) ; Lazzari, E. (UFRGS) ; Cardoso, C.A.L. (UEMS)

Resumo

O bio-óleo obtido por processo de pirólise de resíduos vegetais pode ser usada como combustível e também para a produção de produtos químicos de elevado valor comercial. Uma etapa de grande importância para a utilização do bio-óleo é a caracterização de sua composição química, visando avaliar suas potenciais utilizações. Neste estudo foram analisados os compostos presentes no bio-óleo obtido por pirólise de talos de mandioca empregando cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas. O bio-óleo foi obtido em reator de leito fixo na temperatura de 650oC. Os compostos majoritários identificados no bio-óleo dos talos de mandioca foram alcool furfuril (6,27%), 2-octina (6,27%), 2-metoxi fenol (4,51%), cicloheptanona (3,64%) e 3,4,4-trimetil cyclohexen-1-ona (3,41%).

Palavras chaves

Biomassa; Pirólise; Cromatografia

Introdução

O uso da biomassa para produzir energia implica em vantagens ambientais significantes, em contraste com combustíveis fósseis. Muitos processos de conversão de biomassa em combustíveis líquidos começam com a pirólise (MOHAN, 2006). A pirólise consiste na decomposição térmica de materiais orgânicos na ausência de oxigênio ou quando há menos oxigênio do que o exigido para a combustão completa. A produção de produtos químicos a partir da pirólise de biomassa vegetal é possível. Entretanto, para tornar esta atividade economicamente viável, deve-se desenvolver um extenso estudo sobre processos de obtenção, fracionamento e caracterização deste material. Uma das biomassas a serem utilizadas para produção de bio-óleo é a mandioca. Entre as principais utilizações da mandioca encontram-se a indústria, alimentos e ração animal, mas recentemente essa cultura está sendo utilizada como matéria- prima para produção de etanol. Desta forma, haverá maior demanda de raízes de mandioca, levando consequentemente a um aumento nos resíduos agrícolas provenientes desse cultivo, que se constituem prioritariamente da casca e talos. Apenas pequena parte do talo é utilizada como broto para cultivo posterior da mandioca (PATTIYA , 2012). Em relação à produção da fração líquida utilizando-se resíduos de mandioca, estudos descrevem resultados a partir de modificações no processo de pirólise caracterizações físico-químicas dos produtos da pirólise e composição dos gases não condensáveis. Referente à caracterização da fração líquida das cascas e rizomas, esta é realizada pela técnica de cromatografia gasosa (PATTIYA , 2012).

Material e métodos

A biomassa foi seca em estufa de secagem na temperatura de 100° C por 2 horas. Apó foi submetida a análise termogravimétrica (TGA) realizada em equipamento TGA 5000IR, sob atmosfera inerte utilizando nitrogênio ultra puro com vazão de 25 mL/min, taxa de aquecimento utilizada foi de 10° C/min, iniciando na temperatura de 50° C até temperatura de 1000° C. Cerca de 5 g das amostras foram pirolisadas em reator de quartzo com forno de leito fixo com taxa de aquecimento de 100º C/min, nitrogênio com vazão 1mL/min, granulometria das amostras < 1mm e temperatura final de 650 ºC. A pirólise foi realizada em triplicata. Para remoção do conteúdo de água para as análises por cromatografia gasosa os bio-óleos brutos foram submetidos à extração líquido-líquido (ELL), empregando- se como solvente diclorometano. Para análise utilizou-se um cromatógrafo gasoso acoplado ao espectrômetro de massas. A separação cromatográfica foi realizada em coluna capilar DV-5 com dimensões de 60m de comprimento, 0,25mm de diâmetro interno e 0,25 µm de espessura de filme. Como gás de arraste utilizou-se hélio com fluxo de 1mL/min. A fonte de íons mantidas em 200º C. Temperaturas do injetor e detector de 260º C. A programação de temperatura iniciou em 50º C por 10 minutos com taxa de aquecimento de 3º C/min até 260º C permanecendo por 10.minutos. O modo de injeção foi split 1:10 com volume de injeção de 1µL. A energia de ionização por impacto eletrônico foi de 70 eV. A análise de varredura foi realizada com range de massa de 45-600. Para o cálculo do índice de retenção injetou-se padrão de hidrocarbonetos lineares C6-C30 na mesma programação utilizada para as amostras.

Resultado e discussão

As análises de TGA dos talos da mandioca apresentaram perda de massa nas diferentes temperaturas. As amostras apresentaram três etapas de volatilização. A primeira a temperatura baixo de 100° C pode ser atribuída à perda de água, e as demais à degradação dos constituintes da biomassa, celulose, hemicelulose e lignina (SHURONG, 2011). As duas etapas mais significativas de volatilização ocorrem em temperaturas de 240° C a 400° C correspondendo a 61,39% e de 400º C a 650º C com 27,99%. Pela técnica de cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas (CG- EM), procurou-se identificar compostos presentes na fração orgânica dos bio- óleos obtidos de talos de mandioca. Para auxiliar na identificação dos compostos foi empregado como padrão de referência uma amostra de alcanos lineares cuja análise foi realizada pelo mesmo procedimento experimental empregado para as amostras reais. Analisando o bio-óleo de talos de mandioca obtido por pirolise a 650oC (Figura 1) foram identificados 78 compostos. Os compostos majoritários do bio-óleo obtidos foram alcool furfuril (6,27%), 2-octina (6,27%), 2-metoxi fenol (4,51%), cicloheptanona (3,64%), 3,4,4-trimetil ciclohexen-1-ona (3,41%), 1-nonina (2,99%), m-cresol (2,60 %), carvacrol (2,49%), heptadecano (2,34%), fenol (2,31%), 2-metil-2-ciclopente-1-ona (2,22%) e isoeugenol (2,22%). As análises da triplicata apresentaram respostas similares entre as replicas tanto em termos qualitativos quanto quantitativos.

Cromatograma de CG-EM do bio-óleo de talos de mandioca.

Conclusões

Foram identificados no bio-óleo de talos de mandioca 78 compostos, sendo como majoritários alcool furfuril, 2-octina, 2-metoxi fenol, cicloheptanona e 3,4,4- trimetil ciclohexen-1-ona.

Agradecimentos

Petrobras, CNPq e FUNDECT

Referências

MOHAN, D., PITTMAN, C. U., STEELE, P. H. Pyrolysis of Wood/Biomass for Bio-oil: A Critical Review. Energy & Fuels, , 20, 848-889, 2006.

PATTIYA, A.; SUTTIBAK, S. Influence of a glass wool hot vapour filter on yields and properties of bio-oil derived from rapid pyrolysis of paddy residues. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 95, 227–235, 2012.

SHURONG W.; XIUJUAN G.; KAIGE W.; ZHONGYANG L. Influence of the interaction of components on the pyrolysis behavior of biomass. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 91, p. 183–189, 2011.