Materiais alternativos produzidos a partir de uma blenda de tanino e licor negro Kraft integral e suas aplicações

Abstract

RESUMO: Diante da crescente industrialização, aliado às perspectivas de crescimento global, a geração de resíduos pode agravar ainda mais o impacto ambiental que os ecossistemas têm sofrido. Diante desse cenário, o conceito de biorrefinaria vem ganhando espaço e assumindo proporções consideráveis. O licor negro é o principal subproduto da indústria de papel e celulose, sendo comumente destinado à queima na caldeira de recuperação para o fornecimento de energia e a recuperação dos produtos químicos inorgânicos utilizados durante o processo de cozimento. Como a capacidade de produção industrial do setor é limitada à capacidade de recuperação da caldeira, novas rotas de processamento do licor negro devem ser consideradas de forma a agregar valor a esse subproduto e não limitar seu uso apenas à queima. Tendo em vista que o licor negro é um composto fenólico natural, o mesmo foi utilizado juntamente com o tanino condensado como uma matéria-prima alternativa para a produção de materias de base biológica e natural. Assim, o presente trabalho tem como objetivo descrever o procedimento de síntese, bem como realizar as caracterizações do material obtido e elucidar suas possíveis aplicações futuras. Dentre os parâmetros de reação avaliados, podem ser citadas as quantidades relativas de tanino (T), licor negro (BL), formaldeído (F) e catalisador (C). Primeiramente, o licor negro Kraft foi hidroximetilado com formaldeído. Em seguida, a mistura foi submetida à reação de policondensação com tanino, seguida da reticulação (ou entrecruzamento) térmica. O processo de cura, ou entrecruzamento, foi realizado segundo os métodos tradicionais e também pelo método hidrotérmico. O processamento da cura por via hidrotérmica se destacou devido não apenas ao fato de ter possibilitado um maior rendimento, mas também resultou em um material com melhores propriedades químicas e estruturais. A avaliação textural, morfológica e estrutural dos materiais evidenciou a macroporosidade da resina e uma grande variedade de grupos funcionais na superfície. Além disso, a análise morfológica também revelou a estrutura nodular do material. Uma vez produzidos, os materiais obtidos foram avaliados para aplicação como eletrodos eletroquímicos, sensores químicos e adsorventes. Soluções 1 M de KOH, H2SO4 e KCl foram utilizados como eletrólitos para avaliar as propriedades capacitivas do material. Em seguida, os eletrodos obtidos do biomaterial foram empregados para a detecção de paracetamol e bisfenol A. Além disso, o potencial da resina hidrotérmica como adsorvente, bem como o seu homólogo pirolizado, foram examinados quanto à remoção de paracetamol e aspirina de águas residuais. Finalmente, a produção de xerogel livre de formaldeído foi avaliada. O furfural não apenas substitui o formaldeído na formulação de síntese do gel, mas também o seu uso como agente entrecruzante acaba por melhorar as propriedades finais do material

ABSTRACT: In view of the global perspective inherent to the increasing global industrialization, the generation of waste has caused large environmental impact. In this scenario, the concept of biorefinery has taken on considerable proportions. Black liquor is a main by-product of pulp and paper industry, which is intended for burning in the recovery boiler for power supply and recovery of inorganic chemicals used during the cooking process. Since the industrial production capacity is limited to the recovery boiler capacity, new processing routes are needed in order to add value to this by-product and not to limit its use only to burning. As a source of phenolic compounds, black liquor was blended with condensed tannin and used as an alternative raw material to produce a biobased material. Thus, this work aims to describe the synthesis and characterization of the innovative material and elucidates its possible future applications. Among the reaction parameters evaluated, the relative amounts of tannin (T), black liquor (L), formaldehyde (F) and catalyst (C) can be cited. First, the Kraft black liquor was hydroxymethylated with formaldehyde. Then, a polycondensation reaction with tannin occurred which was followed by thermal crosslinking. The curing process proceeded conventionally and hydrothermally. The last stood out with a higher yield and better chemical and structural properties of the new materials. Textural and structural evaluation of the samples evidenced the resin macroporosity and a great variety of surface functional groups. Morphological analysis revealed the material nodular structure. The obtained materials were evaluated for application as electrode in the electrochemical fields, chemical sensors and adsorbents. KOH, H2SO4 and KCl were used as electrolytes to evaluate the material capacitive properties. Then, the biobased resin electrodes were employed for paracetamol and bisphenol A sensoring. Moreover, the hydrothermal resin potential as adsorbent, as well as its carbon counterpart, was examined for paracetamol and aspirin removal from wastewater. Finally, the production of a formaldehyde free xerogel was performed and furfural can not only successfully replace formaldehyde in the synthesis formulation, but also improve the material final properties