Evaluación del efecto de la torrefacción y la pirólisis lenta en el desarrollo de porosidad de carbones activados especiales obtenidos a partir de biomasa lignocelulósica

Abstract

En esta tesis se estudió el efecto de la torrefacción y la pirólisis lenta en el desarrollo de porosidad y cambios estructurales orientados a la obtención de carbones activados a partir de un residuo lignocelulósico (cuesco de palma). Para tal fin, se llevó a cabo un análisis del efecto de la torrefacción a diferentes temperaturas como etapa de tratamiento previo, proponiendo una ruta torrefacción – pirólisis lenta – activación. A partir de esto, se encontraron cambios en la dinámica de desvolatilización y recomposición del material, hallando que la torrefacción previa favorece las reacciones de descarbonilación reflejadas en pérdidas de compuestos y grupos funcionales vía CO2, que no son evidentes a partir de la pirólisis directa del material. Adicionalmente, Se llevó a cabo una caracterización detallada del biochar obtenido a diferentes temperaturas de pirólisis (220, 250, 280, 350, 550 y 700°C) para tener una visión completa de cómo evoluciona la estructura porosa a medida que se avanza en el proceso de pirólisis lenta. También se evaluó el efecto de las condiciones de activación, tomando en cuenta distintos tiempos de proceso (2-6 horas) y el uso de diferentes atmósferas, como CO2 y vapor de agua. A partir de este análisis, se pudo determinar que la temperatura de pirólisis tiene un gran impacto en el desarrollo de una matriz porosa previa, que se aclara y se define mejor tras la activación. Finalmente, se analizó cómo estos cambios previamente mencionados afectan el desempeño del biochar y el carbón activado como materiales adsorbentes de CO2 y H2S, encontrando importantes diferencias en su comportamiento con cada uno de estos gases, relacionadas tanto con la estructura porosa como con la química superficial. (Texto tomado de la fuente)

In this thesis, the effect of torrefaction and slow pyrolysis on the development of porosity and structural changes aimed at obtaining activated carbons from a lignocellulosic residue (palm kernel shell) was studied. To this end, a detailed analysis of the effect of torrefaction at different temperatures as a pretreatment stage was carried out, proposing a torrefaction - slow pyrolysis - activation route; the biochar and activated carbon obtained from this route were compared with those obtained by direct pyrolysis. From this, changes in the dynamics of devolatilization and recomposition of the material were confirmed, finding as main finding that the previous torrefaction favors more decarbonylation reactions reflected in loss of compounds and functional groups via CO2 liberation, which are not evident from the direct pyrolysis of the material. Additionally, a detailed characterization of the biochar obtained at different temperatures (220, 250, 280, 350, 550 and 700°C) was carried out to have a complete view of how the porous structure evolves as the slow pyrolysis process progresses. The effect of activation conditions was also evaluated, considering different process times (2-6 hours) and the use of different atmospheres, such as CO2 and steam. From this analysis, it could be determined that the pyrolysis temperature has a great impact on the development of a porous pre-matrix, which becomes clearer and better defined after activation. Finally, it was analyzed how these previously mentioned changes affect the performance of biochar and activated carbon as CO2 and H2S adsorbent materials, finding important differences in their behavior with each of these gases, related to both the porous structure and the surface chemistry.