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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.3.2011.tde-08122011-145442
Document
Author
Full name
Joner Oliveira Alves
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2011
Supervisor
Committee
Tenório, Jorge Alberto Soares (President)
Caponero, Jefferson
Espinosa, Denise Crocce Romano
Righi, Ariete
Silva, Guilherme Frederico Bernardo Lenz e
Title in Portuguese
Síntese de nanotubos de carbono a partir do reaproveitamento de resíduos sólidos carbonosos.
Keywords in Portuguese
Bagaço
DDGS
Nanotecnologia
Nanotubos de carbono
PET
Pneus
Abstract in Portuguese
A disposição de resíduos sólidos é um dos temas mais discutidos na atualidade. A queima controlada dos resíduos possibilita a redução do volume a ser depositado e a geração de energia. Este trabalho estudou o emprego de uma nova tecnologia no atual processo de queima de uma série de resíduos carbonosos. Um sistema de catálise foi utilizado para sintetizar nanotubos de carbono (CNTs) a partir dos gases gerados pela pirólise/combustão dos resíduos. Os CNTs são materiais com alto valor de mercado devido às suas excepcionais propriedades. Foram alvos de estudo os resíduos da indústria do etanol (bagaço da cana-de-açúcar e grãos secos de destilaria com solúveis - DDGS), borracha de pneus inservíveis e garrafas de poli(tereftalato de etileno) pós-consumo. Amostras dos resíduos foram incineradas em um forno de fluxo contínuo com atmosfera controlada através da injeção de N2 e temperaturas de 600-1000°C, sendo que jatos de O2 foram adicionados em alguns experimentos. O efluente gasoso da queima foi submetido a um filtro de SiC e repassado a um segundo forno com temperatura constante de 1000°C. Telas de aço inoxidável foram dispostas no forno secundário para atuarem como catalisador. A cromatografia gasosa foi utilizada para a comparação dos efluentes com e sem o uso do catalisador, sendo constatado que o emprego das telas ocasionou uma significativa redução na emissão de poluentes. Após os experimentos, foi verificada a formação de partículas de carbono sólido na superfície do catalisador. As partículas formadas foram submetidas a análises por MEV, MET, TG e Raman. Os resultados apontaram a formação de nanotubos de carbono de parede múltiplas com comprimentos de 20 a 50 µm e diâmetros entre 20 e 50 nm quando empregados pneus e bagaço da cana como matérias-primas. Experimentos que empregaram DDGS e garrafas PET produziram microfibras de carbono com comprimentos em torno de 40 µm e diâmetros entre 80 e 200 nm.
Title in English
Synthesis of carbon nanotubes from the recovery of carbonaceous solid wastes.
Keywords in English
Carbon nanotubes
DDGS
Nanotechnology
PET
Sugarcane bagasse
Tires
Abstract in English
The disposal of solid wastes is one of the most discussed topics nowadays. Controlled burning allows the reduction of waste volumes to be deposited, and the energy generation. This study examined the use of a new technology in the current burn processes of several carbonaceous wastes. A catalyst system was used to synthesize carbon nanotubes (CNTs) from the gases generated by pyrolysis/combustion of wastes. CNTs are materials with high market value due to its exceptional properties. Residues of the ethanol industry (sugarcane bagasse and distillers dried grains with solubles - DDGS), scrap tire rubbers and post-consumer polyethylene terephthalate bottles were subject of study. Waste samples were incinerated in a laminar-flow furnace with controlled atmosphere by injection of N2, and temperatures of 600-1000°C, while jets of O2 were added in some experiments. The effluent gases were subjected to a SiC filter and channeled into the second furnace with constant temperature of 1000°C. Stainless steel meshes were placed in the second furnace in order to work as catalyst. Gas chromatography was used to compare the effluent with and without the catalyst use, wherein was showed that the use of meshes caused a significant reduction in the emissions. After the experiments, the formation of solid carbon particles was verified on the catalyst surface. The formed particles were analyzed by SEM, TEM, TG and Raman. Results showed the formation of multi-wall carbon nanotubes with lengths of 20-50 µm and diameters in the range of 20-50 nm when tires and sugarcane bagasse were used as raw materials. Experiments using DDGS and PET bottles produced carbon microfibers with lengths of about 40 µm and diameters of 80-200 nm.
 
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Publishing Date
2011-12-09
 
WARNING: The material described below relates to works resulting from this thesis or dissertation. The contents of these works are the author's responsibility.
  • ALVES, J. O., et al. Síntese de Nanomateriais de Carbono a partir de Res[iduos de Milho (DDGS). Química Nova , 2012, vol. 35, p. 1534-1537.
  • ALVES, J. O., et al. Use of stainless steel AISI 304 for catalytic synthesis of carbon nanomaterials from solid wastes. Journal of Materials Research and Technology, 2012, vol. 1, p. 128-133.
  • Alves, Joner Oliveira, et al. ANÁLISE E CONTROLE DOS HIDROCARBONETOS GERADOS NA COMBUSTÃO DOS RESÍDUOS DE PET [doi:10.4322/tmm.2012.041]. Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineração [online], 2012, vol. 9, p. 279-283.
  • Alves, Joner Oliveira, et al. Catalytic conversion of wastes from the bioethanol production into carbon nanomaterials. Applied Catalysis. B, Environmental , 2011, vol. 106, p. 433-444.
  • Alves, Joner Oliveira, et al. Characterization of Nanomaterials Produced from Sugarcane Bagasse. Journal of MaterialsRresearch and Technology, 2012, vol. 1, p. 31-34.
  • Alves, Joner Oliveira, et al. Microstructural analysis of carbon nanomaterials produced from pyrolysis/combustion of Styrene-Butadiene-Rubber (SBR) [doi:10.1590/S1516-14392011005000078]. Materials Research (São Carlos. Impresso) [online], 2011, vol. 14, p. 499-504.
  • Alves, Joner Oliveira, et al. SÍNTESE DE NANOMATERIAIS UTILIZANDO GARRAFAS PET PÓS-CONSUMO COMO MATÉRIA-PRIMA [doi:10.4322/tmm.2012.010]. Tecnologia em Metalurgia Materiais e Mineração [online], 2012, vol. 9, p. 59-63.
  • Alves, Joner Oliveira, et al. Síntese de nanotubos de carbono a partir do bagaço da cana-de-açúcar [doi:10.1590/S0370-44672012000300006]. REM. Revista Escola de Minas [online], 2012, vol. 65, p. 313-318.
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  • ALVES, J. O., et al. Análise dos hidrocarbonetos leves gerados durante o processo de pirólise do bagaço da cana-de-açúcar. In 66º Congresso da ABM, Rio de Janeiro, 2010. 65º Congresso da ABM.São Paulo : ABM, 2010.
  • ALVES, J. O., et al. Analysis of light hydrocarbon gases in the pyrolysis and combustion processes of waste tires. In EPD Congress 2010, San Diego, 2010. Proceedings.Warrendale : TMS, 2010.
  • ALVES, J. O., et al. Avaliação e controle das emissões gasosas geradas durante o processo de pirólise de resíduos da indústria do bioetanol. In Congresso Internacional de Bioenergia, Curitiba, 2010. Anais.Curitiba : UFPR, 2010.
  • ALVES, J. O., et al. Caracterização das emissões de hidrocarbonetos leves geradas durante o processo de combustão de garrafas PET. In 66º Congresso da ABM, São Paulo, 2011. 66º Congresso da ABM.São Paulo : ABM, 2011.
  • ALVES, J. O., et al. Estudo da viabilidade do uso do bagaço da cana-de-açúcar como matéria prima para a produção de nanomateriais. In Congresso Internacional de Bioenergia, Curitiba, 2010. Anais.Curitiba : UFPR, 2010.
  • ALVES, J. O., et al. Microstructural analysis of carbon nanotubes produced from pyrolysis/combustion of styrene-butadiene-rubber (SBR). In Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais,, Campos do Jordão, 2010. Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais,., 2010.
  • ALVES, J. O., et al. Recuperação de pneus usados na síntese de nanotubos de carbono. In Simpósio Internacional de Engenharia Automotiva, São Paulo, 2010. Anais SIMEA.São Paulo : Associação Brasileira de Engenharia Automotiva, 2010.
  • ALVES, J. O., TENÓRIO, J. A. S., e Tenório, Jorge Alberto Soares. Emprego do aço inoxidável 304 para a síntese de nanotubos de carbono a partir de resíduos sólidos. In 66º Congresso da ABM, São Paulo, 2011. 66º Congresso da ABM.São Paulo : ABM, 2011.
  • Alves, Joner O., et al. Conversão catalítica de resíduos de látex em nanofibras de carbono. In Congresso da ABM Internacional, Rio de Janeiro, 2012. Congresso da ABM Internacional., 2012.
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