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Desenvolvimento de carvões ativados enriquecidos com nitrogénio, obtidos a partir de resíduos
| datacite.subject.fos | Engenharia e Tecnologia | pt_PT |
| dc.contributor.advisor | Freitas, Maria Madalena Alves de | |
| dc.contributor.author | Moreira, Gonçalo Filipe Soares | |
| dc.date.accessioned | 2024-11-29T09:54:22Z | |
| dc.date.embargo | 2027-11-29 | |
| dc.date.issued | 2024-10-02 | |
| dc.description.abstract | O principal objetivo do presente estudo foi a produção de carvões ativados, dopados com nitrogénio, a partir de resíduos de biomassa lenhocelulósica. Determinaram-se as condições de ativação com KOH em razão mássica de 3:1 (KOH:precursor) ativando carbonizados de pinha a 700 e 800 ºC, e de caroço de azeitona a 900 ºC, assim como pinha a 800 ºC. A partir dos resultados, escolheram-se o carbonizado de pinha como precursor e a temperatura de ativação de 800 ºC para produção de material com elevada área superficial específica para posterior dopagem. De seguida, procedeu-se à dopagem deste material com melamina, em razão mássica 1:0,5 (carvão:melamina), às temperaturas de 450, 500, 550, 600, 700 e 800 ºC. Estes carvões foram caraterizados texturalmente através da determinação das isotérmicas de adsorção de N2 a 77 K. Verificou-se que os materiais eram essencialmente microporosos e que a área superficial mais elevada era a do carvão ativado (não dopado), de 1506 m2/g. Quanto ao material dopado, as áreas superficiais variaram entre os 786 m2/g, para a temperatura de dopagem de 450 ºC, e os 1355 m2/g, para 800 ºC. A caraterização por análise elementar revelou que o carvão ativado (não dopado) não continha nitrogénio, enquanto que o teor no material dopado variava entre os 2 e os 14%, sendo tanto maior quanto menor a temperatura de dopagem. Selecionaram-se um carvão ativado sem tratamento, um dopado a 550 ºC, e um comercial, DARCO® 242268, para testagem na adsorção de fármacos em fase líquida, nomeadamente paracetamol. Respetivamente, as taxas de remoção situaram-se nos 83, 47 e 32%, sendo as quantidades de paracetamol removido no equilíbrio de 336, 186 e 125 mg paracetamol/g carvão. Os dados destes ensaios foram ajustados aos modelos cinéticos de pseudo -primeira e pseudo-segunda ordens e ao de difusão intraparticular. No que toca aos carvões produzidos, o modelo com melhor ajuste foi o de pseudo-segunda ordem, apesar de existir difusão intraparticular. Já no carvão comercial, apenas este último se adequou aos dados experimentais. O carvão ativado produzido apresenta boas caraterísticas texturais, com valores elevados para a área superficial específica e volume de microporos , sendo o teor de nitrogénio relativamente elevado quando o material é dopado. Quanto à remoção de paracetamol, o carvão produzido apresenta bom desempenho, apesar de esta não ser provavelmente a sua aplicação mais adequada. | pt_PT |
| dc.description.abstract | The following thesis’ main goal centered around the production of nitrogen-doped activated carbon using biomass waste. First, the 3:1 mass ratio (KOH:precursor) activation conditions were determined through the production of activated carbons from pine cone and olive stone chars at 700, 800 and 900 ºC, as well as non-carbonized pine cone at 800 ºC. As a result, it was decided that pine char activation at 800 ºC would be used for production of high surface area activated carbon for future doping. This material was then doped with melamine, using a 1:0,5 mass ratio (carbon:melamine), at the temperatures of 450, 500, 550, 600, 700 and 800 ºC. The produced carbon materials were texturally characterized via the determination of their N2 adsorption isotherms at 77 K. This way, we could confirm that all the prepared carbons were essentially microporous and that the highest surface area belonged to the non-doped activated carbon, at 1506 m2/g. As for the N-doped carbons, the surface areas fluctuated between 786 m2/g, for the material doped at 450 ºC, and 1355 m2/g for 800 ºC. The elemental analysis showed that the activated charcoal had no nitrogen in its structure, while, the N contents in the doped materials varied between 2 and 14%, generally increasing as the doping temperature decreased. After this was done, two carbons were chosen, one simply activated, another doped at 550 ºC, and, along with the comercial carbon DARCO® 242268, were submitted to liquid phase adsorption tests, in order to determine their potential for the removal of paracetamol from contaminated water. Their maximum removal rates were of, respectively, 83, 47 and 32%, while their equilibrium adsorbed quantities were of 336, 186 and 125 mg paracetamol/g carbon. The experimental data was then ajusted to the pseudo-first and pseudo-second order models, as well as the intraparticle difusion model. As for the produced charcoal data, the best fitted model was the pseudo-second order one, despite there being intraparticle difusion in both, while the comercial carbon data only had the intraparticle difusion model fit well in the beginning stages. In general, the produced activated carbons show good textural characteristics, mainly in suface area and micropore volume, with the resulting nitrogen contentes post doping are also generally high. As for the application of these materials in paracetamol a dsorption, while they show satisfactory results, this is probably not their most adequate use. | pt_PT |
| dc.identifier.tid | 203732839 | pt_PT |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.22/26562 | |
| dc.language.iso | por | pt_PT |
| dc.subject | Activated carbon | pt_PT |
| dc.subject | Nitrogen | pt_PT |
| dc.subject | Doping | pt_PT |
| dc.subject | Paracetamol adsorption | pt_PT |
| dc.subject | Porous structure | pt_PT |
| dc.subject | Dopagem; | pt_PT |
| dc.subject | Carvão ativado | pt_PT |
| dc.subject | Nitrogénio | pt_PT |
| dc.subject | Adsorção de paracetamol | pt_PT |
| dc.subject | Estrutura porosa | pt_PT |
| dc.title | Desenvolvimento de carvões ativados enriquecidos com nitrogénio, obtidos a partir de resíduos | pt_PT |
| dc.title.alternative | Development of nitrogen enriched activated carbons from waste | pt_PT |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | embargoedAccess | pt_PT |
| rcaap.type | masterThesis | pt_PT |
| thesis.degree.name | Mestrado em Engenharia Química | pt_PT |