Pirólisis catalítica de cáscaras de maní para la obtención de productos químicos de interés

Abstract

En las siguientes páginas se presenta el estudio de la pirólisis catalítica de la cáscara de maní, como una alternativa de valorización de este residuo. La cáscara de maní constituye el principal desecho de la industrialización de la oleaginosa. Siendo Argentina el primer exportador mundial de maní, el país presenta una elevada disponibilidad de esta biomasa residual. El objetivo del presente trabajo es lograr la valorización de la cáscara de maní mediante procesos químicos catalíticos obteniendo productos de alto valor agregado e intermediarios de síntesis orgánicas. En el Capítulo I se presentan los posibles tratamientos de valorización de este residuo, tanto para la producción de energía, como para la generación de biocombustibles o de productos de mayor valor agregado. Entre las opciones estudiadas, la pirólisis de biomasa y la fabricación de carbón activado se presentaron como alternativas superadoras. El Capítulo II presenta los objetivos de este trabajo de tesis y la metodología empleada para alcanzarlos. En el Capítulo III se resumen los resultados de la caracterización física y química de la biomasa, determinando el contenido de cenizas, volátiles y carbono fijo, así como el comportamiento térmico y el Poder Calorífico Superior (PCS). También se determinaron la composición elemental (contenido de Carbono, Hidrógeno, Nitrógeno y Azufre); las proporciones de biopolímeros (hemicelulosa, celulosa, lignina) y el contenido de hierro, calcio, silicio, potasio y aluminio. Morfología superficial, cristalinidad y grupos funcionales superficiales también fueron estudiados y caracterizados. Con los resultados de caracterización, en el Capítulo IV se presenta el estudio de la pirólisis térmica de la cáscara de maní para la generación de bio-oil, bio-gas y bio-carbón. Las reacciones se realizaron en un reactor de vidrio de lecho fijo a 5O0 °C. Se estudiaron los rendimientos de las diferentes fracciones, así como también la composición del bio-oil en cuanto a selectividad hacia hidrocarburos y compuestos de interés en la industria química fina. En relación a la fracción sólida, se estimaron los valores de Poder Calorífico Superior y área superficial BET. Con la finalidad de mejorar los resultados obtenidos mediante el proceso pirolítico puramente térmico, en el Capítulo V se presenta la síntesis y caracterización de zeolitas tipo ZSM-5, ZSM 11, Beta e Y. Estos materiales se modificaron mediante la incorporación de especies metálicas, con la finalidad de mejorar su actividad. En el Capítulo VI se presenta la evaluación de la actividad de las zeolitas sintetizadas, sobre la pirólisis catalítica de la cáscara de maní. Entre los parámetros estudiados se encuentran: balance de masas de los productos de reacción, composición del bio-oil y determinación de coque en los diferentes catalizadores. El efecto de zeolitas en forma protónica, mono y bimetálicas fue analizado en detalle, así como también la actividad catalítica de zeolitas naturales tipo clinoptilolitas. El furfural constituye una molécula plataforma de interés, cuya presencia fue observada en pirólisis térmicas y catalíticas. La oxidación de este compuesto puede dar origen a productos de mayor valor agregado. En este sentido, en el Capítulo VII se presenta la evaluación de la v actividad de zeolitas ZSM-5, ZSM-11, Beta e Y modificadas con Cu, sobre la oxidación de furfural en medio acuoso con peróxido de hidrógeno. Para dar un cierre a la valorización de las diferentes fracciones de la pirólisis, el Capítulo VIII presenta la síntesis de carbones activados tomando como materia prima para el proceso, el biocarbón producido durante la pirólisis. Por último, el Capítulo IX presenta las conclusiones arribadas como resultado de este trabajo de tesis.