Biocarvão de bambu (Bambusa tuldoides) e aplicações: adsorção de corantes e evolução de hidrogênio

Abstract

A utilização de fontes renováveis e ambientalmente sustentáveis de materiais vem atraindo a atenção dos pesquisadores, e o biocarvão segue como uma rota alternativa. Neste trabalho, avaliou-se o desempenho do biocarvão de bambu ‘Bambusa tuldoides’ na produção de carvão ativado para adsorção de corante azul de metileno (AM) e como suporte de nanopartículas bimetálicas de Co e Pt, para evolução de hidrogênio. O biocarvão foi produzido a partir da carbonização da biomassa de bambu a temperatura final de 400 °C, a uma taxa de aquecimento de 11 e 16 °C/hora, correspondente a 26 e 35 horas de pirólise, utilizando o sistema de fornos-fornalha. Foram feitas caracterizações físicas do material por MEV, EDS, Raman, FTIR e área superficial específica por adsorção de nitrogênio. O biocarvão ativado foi produzido utilizando H2O2 30% m/v como agente ativador a 80 °C por 3h, como verificado pela otimização multivariada realizada para o procedimento de ativação frente à adsorção de AM 25 mg·L-1. A quantidade máxima de AM adsorvida foi de 66,34 mg·g-1 a temperatura de 55 oC. Quanto à evolução de hidrogênio, o nanocatalisador que apresentou melhor desempenho foi o constituído por nanopartículas bimetálicas de Co (75%) e Pt (25%) suportado em biocarvão de bambu (CoPtNPs-BC (75:25)). A taxa de geração de hidrogênio (HGR) e a eficiência de geração de hidrogênio foram de 9335,04 mL·min-1·g-1 e 93,42%, respectivamente. A energia de ativação da reação foi de 28,37 kJ·mol-1. Em ambas as aplicações, o biocarvão apresentou alta possibilidade de reúso apresentando eficiências de 80% no quinto ciclo de adsorção de AM e 74,5 % no oitavo ciclo reúso na geração de hidrogênio. Os desempenhos constatados para o biocarvão ativado em processos de adsorção e do nanocatalisador bimetálico de Co/Pt suportado em biocarvão de bambu para evolução de H2, demostram o potencial da biomassa de bambu na geração de produtos que contribuem para a sustentabilidade econômica e ambiental, enfatizando-se também os fatos de o bambu ser amplamente disponível, de rápido crescimento e de baixo custo. Palavras-chave: Palavras-chave: Biomassa; biocarvão ativado; pirólise, nanocatalisadores; evolução de hidrogênio.

The use of renewable and environmentally sustainable sources of materials has been attracting the attention of researchers, and biocoal follows as an alternative route. In this work, we evaluated the performance of bamboo biochar 'Bambusa tuldoides' in the production of activated carbon for adsorption of methylene blue (MB) dye and as support of bimetal nanoparticles of Co and Pt, for hydrogen evolution. The biochar was produced from the carbonization of bamboo biomass at a final temperature of 400 °C, at a heating rate of 11 and 16 °C/hour, corresponding to 26 and 35 hours of pyrolysis, using the furnace system. Physical characterization of the material by SEM, EDS, Raman, FTIR and specific surface area by nitrogen adsorption were made. Activated biochar was produced using H2O2 30% m/v as an activating agent at 80 °C for 3 hours, as verified by multivariate optimization performed for the activation procedure against adsorption of AM 25 mg·L-1. The maximum amount of MA adsorbed was 66.34 mg·g-1at 55 oC. As for the evolution of hydrogen, the nanocatalyst that presented better performance was constituted by bimetallic nanoparticles of Co (75%) and Pt (25%) supported in bamboo biochar (CoPtNPs-BC (75:25)). The hydrogen generation rate (HGR) and the hydrogen generation efficiency were 9335.04 mL·min-1·g-1 and 93.42%, respectively. The activation energy of the reaction was 28.37 kJ mol-1. In both applications, the biochar presented high possibility of reuse with efficiencies of 80% in the fifth cycle of adsorption of MB and 74.5% in the eighth cycle of reuse in hydrogen generation. The performances observed for activated biochar in adsorption processes and the bi-metallic nanocatalyst of Co/Pt supported on bamboo biochar for H2 evolution, demonstrate the potential of bamboo biomass in generating products that contribute to economic and environmental sustainability, also emphasizing the facts of bamboo being widely available, fast growing and low cost. Keywords: Keywords: Biomass; activated biochar; pyrolysis, nanocatalysts; hydrogen evolution.