Produção anaeróbia de biogás a partir da vinhaça de cana de açúcar : efeito da adição de nanopartículas de óxido de ferro

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Lopes, Leonardo Rey Oliveira, 1974-
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1639756
Resumo: Orientador: Diego Stéfani Teodoro Martinez
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spelling Produção anaeróbia de biogás a partir da vinhaça de cana de açúcar : efeito da adição de nanopartículas de óxido de ferroAnaerobic production of biogas from sugarcane vinasse : effect of the addition of iron oxide nanoparticlesBiogásVinhaçaNanopartículasÓxidos de ferroCana-de-açúcarBiogasVinasseNanoparticlesIron oxidesSugarcaneOrientador: Diego Stéfani Teodoro MartinezDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de TecnologiaResumo: O principal objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da adição de nanopartículas óxido de ferro em biodigestores anaeróbios de vinhaça (maior resíduo agroindustrial brasileiro oriundo da produção de etanol e açúcar), visando o aumento da produção de biogás (bioenergia). Inicialmente, as nanopartículas foram sintetizadas pelo método de co-precipitação em escala laboratorial (reatores de 2 L), e em seguida, foi realizado o escalonamento desta síntese empregando reatores de 40 L. As nanopartículas produzidas e dispersões foram caracterizadas através das seguintes técnicas: TEM, XRD, FTIR, TGA, UV-Vis, DLS, DCS e SQUID. As nanopartículas obtidas (11-17 nm) foram incubadas em biodigestores anaeróbios de vinhaça para avaliação do volume de biogás produzido e atividade metanogênica específica (AME). Ao longo deste trabalho foram utilizados biodigestores contendo 800 mL de lodo ativo microbiológico, 1000 mL de vinhaça bruta e dispersões contendo as nanopartículas. Após a padronização do funcionamento dos biodigestores, foram realizados experimentos comparativos de biodigestão da vinhaça para avaliação do efeito das nanopartículas produzidas em diferentes concentrações: 60, 120, 240, 270, 300, 500 e 1000 ppm. Nossos resultados demonstraram que a melhor concentração de nanopartícula foi 270 ppm, onde verificamos um aumento na produção de biogás/AME, com taxas variando de 5% até 57% de aumento. Contudo, estes resultados demonstram uma baixa reprodutibilidade do sistema empregado (biodigestores de batelada). Através de análises quantitativas do teor de ferro pela técnica de ICP-OES, foi demonstrado que as nanopartículas ficam acumuladas principalmente no lodo microbiológico e apresentam uma baixa taxa de dissolução na vinhaça. A interação entre os microrganismos e as nanopartículas precisa ser melhor elucidada, uma vez que foi verificado aumento na produção de biogás e não foi verificado toxicidade para o digestor anaeróbio após adição das nanopartículas, mesmo em altas doses (1000 ppm). Todavia, é recomendado a continuidade deste trabalho empregando biodigestores de vinhaça de fluxo contínuo. Com base nos resultados experimentais obtidos, concluímos que as nanopartículas de óxido de ferro são promissoras nanomateriais para aplicação em biodigestores anaeróbios de vinhaça para aumento da produção de biogás e geração de energia limpa e renovávelAbstract: The main objective of this work was to evaluate the effects of iron oxide nanoparticles addition in anaerobic biodigestors of vinasse (the largest Brazilian agroindustry residue from production of ethanol and sugar), aiming to increase the production of biogas (bioenergy). Initially, the nanoparticles were synthesized by the co-precipitation method on a laboratory scale (2 L reactors), and then the synthesis was performed using 40 L reactors. The produced nanoparticles and dispersions were characterized by the following techniques: TEM, XRD, FTIR, TGA, UV- vis, DLS, DCS and SQUID. The nanoparticles obtained (11-17 nm) were incubated in the vinasse biodigesters to evaluate the volume of biogas produced and the specific methanogenic activity (AME). During this project, biodigesters containing 800 mL of microbiological active sludge, 1000 mL of crude vinasse and formulations containing the nanoparticles were used. After the standardization of the biodigesters operation, comparative experiments of vinasse biodigestion were carried out to evaluate the effect of the nanoparticles produced at different concentrations: 60, 120, 240, 270, 300, 500 and 1000 ppm. Our results demonstrated that the best nanoparticle concentration was 270 ppm. In this concentration, it was observed an increase in biogas/AME production, with rates ranging from 5% to 57%. However, these results demonstrate a low reproducibility of the system used (batch biodigesters). By means of quantitative analyzes of the iron content by the ICP-OES technique, it was demonstrated that the nanoparticles accumulate mainly in the microbiological sludge and present a low dissolution/leaching rate in the vinasse. Thus, the interaction between microorganisms and nanoparticles is promising and needs to be better elucidated, since there was an increase in biogas production and no toxicity of the nanoparticles applied at anaerobic digester was verified, even at high doses (1000 ppm). However, the continuity of this work using continuous flow system biodigesters is recommended. Finally, we concluded that iron oxide nanoparticles are promising nanomaterials to be applied in anaerobic biodigestors of vinasse for enhancing the biogas production towards clean and renewable energy generationMestradoCiência dos MateriaisMestre em Tecnologia[s.n.]Martinez, Diego Stéfani Teodoro, 1982-Pires, Marta Siviero GuilhermeCosta, Luelc Souza daUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de TecnologiaPrograma de Pós-Graduação em TecnologiaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASLopes, Leonardo Rey Oliveira, 1974-20202019-05-03T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online ( 66 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1639756LOPES, Leonardo Rey Oliveira. Produção anaeróbia de biogás a partir da vinhaça de cana de açúcar: efeito da adição de nanopartículas de óxido de ferro. 2020. 1 recurso online ( 66 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia, Limeira, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1639756. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1149378Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2020-10-01T12:00:14Zoai::1149378Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2020-10-01T12:00:14Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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