Novos processos de obtenção de carbono ativo e seu uso no estudo da reação de redução do oxigênio

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Sperandio, Daniel Couto
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Activated carbon; Carbono ativado; Hydrogen peroxide; Oxygen reduction reaction; Peróxido de hidrogênio; Reação de redução de oxigênio; Resíduos sólidos; Solid waste
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97134/tde-07122022-100121/

O peróxido de hidrogênio (H2O2), muito utilizado como agente oxidante, pode ser produzido em célula eletroquímica com materiais carbonosos através da reação de redução do oxigênio (RRO) via 2 e-. O carbono ativado Printex 6L é referência na literatura para geração de H2O2, porém, o carbono amorfo também pode ser obtido via síntese a partir de resíduos lignocelulósicos. O presente trabalho aborda a obtenção de carbono ativado a partir de resíduos de borra de cerveja e bagaço de cana-de-açúcar para geração eletroquímica de H2O2. O planejamento e otimização dos experimentos foram baseados no planejamento fatorial 23 com delineamento rotacional. As sínteses dos materiais foram feitas em via única de ativação/carbonização, com impregnação de 0 a 30% de H3PO4, carbonização em mufla de 450 a 950ºC e tempo de permanência de 0 a 180 minutos. Para os experimentos eletroquímicos, foi utilizada a mesma condição experimental para todos os materiais, com eletrólito K2SO4 (pH = 3) 0,05 mol/L, intervalos de voltametria de varredura linear de +0,40 V a -0,80 V vs Ag/AgCl, velocidade de varredura de 5 mVs-1 e controle hidrodinâmico a 900 rpm. Para caracterização dos materiais foram realizadas as técnicas de Microscopia Eletrônica de Varredura e Espectrometria de Dispersão de Energia (MEV-EDS), Isoterma de Adsorção de N2, Difratometria de raios X (DRX), Espectroscopia Raman e Espectroscopia no Infravermelho (FT-IR). Através da equação de regressão obtida pelo modelo estatístico, foi encontrada a região com melhor eficiência de corrente para geração de H2O2, situada nas condições de 580ºC 30 minutos 25% H3PO4, e sinteizadas 8 replicatas do melhor material 580-30-25, que deveria estatisticamente apresentar 77,7% de eficiência na geração de H2O2, com margem entre 71,4% e 84,0%. Todas as replicatas do melhor material apontado pelo modelo apresentaram perfil de corrente semelhante ao Printex 6L, iniciando a RRO em -0,10 V vs Ag/AgCl com patamar de corrente limite difusional em -0,70 V vs Ag/AgCl, e resultado médio de 71,9±3,9% de H2O2, muito próximo do Printex 6L com 73,5% de H2O2. Quanto às características morfológicas e estruturais, o melhor material apresentou presença de grupos superficiais de fosfato, tamanho e volume de mesoporos menor que o Printex 6L, e maior área superficial. Assim como para o Printex 6L, o melhor material apresentou estrutura de carbono amorfo, apenas com diferença quanto a presença de picos de baixa intensidade da fase cúbica de SiP2O7 disperso como impureza na estrutura carbonosa. Diante do exposto, apesar da diferença na morfologia das partículas, composição elementar, área superficial e presença de grupos fosfatos no melhor material, foi possível obter carbono ativado a partir de precursor lignocelulósico com aplicação eletroquímica para geração de H2O2 similar ao Printex 6L, trazendo assim no presente trabalho uma inovação na aplicabilidade do carbono ativo sintetizado a partir de resíduos sólidos.