Avaliação da degradação térmica da biomassa vegetal pau ferro por análise termogravimétrica (TGA)

Abstract

A Caesalpinia ferrea, também conhecida como pau-ferro, é uma árvore encontrada principalmente no Brasil e na Bolívia, sua madeira é amplamente utilizada na indústria de móveis e suas sementes na medicina popular. No entanto, estima-se que milhões de toneladas de resíduos dos seus frutos não comestíveis são gerados a cada ano. As fibras naturais encontradas nos frutos da Caesalpinia ferrea podem ser utilizadas em substituição às fibras sintéticas pois são provenientes de fontes renováveis, biodegradáveis, de baixo custo e provocam um menor impacto ambiental. O objetivo principal deste trabalho foi estudar os aspectos cinéticos e mecanísticos associados à degradação térmica do fruto não comestível de Caesalpinia ferrea, a fim de avaliar sua incorporação em materiais compósitos. A análise da composição química do material na forma de pó resultou: 14,5% de umidade, 5,0% de cinzas, 8,1% de extrativos de diclorometano, 23,1% de lignina, 49,3% de holocelulose, 28,8% de α-celulose e 20,5% de hemicelulose. Também foram feitas medidas de espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier no modo de refletância total atenuada (ATR-FTIR) da biomassa em diferentes pirólises isotérmicas (265, 313, 410 e 490 ºC) nos quais se observaram os mesmos grupos funcionais. Com a análise térmica podemos ver que com o maior aumento da razão de aquecimento, a decomposição térmica passa a ocorrer em temperaturas mais elevadas. A partir das curvas de DTG concluímos que a ordem de degradação dos componentes da biomassa é: compostos de baixo peso molecular, hemicelulose, celulose e, por fim, lignina.

Caesalpinia ferrea, also known as ironwood, is a tree found mainly in Brazil and Bolivia, its wood is widely used in the furniture industry and its seeds in popular medicine. However, it is estimated that millions of tons of waste from its inedible fruits are generated each year. The natural fibers found in the inedible fruits of Caesalpinia ferrea can be used to replace synthetic fibers because they come from renewable, biodegradable, low-cost sources and cause less environmental impact. The main objective of this work was to study the kinetic and mechanistic aspects associated with the thermal degradation of the inedible fruit of Caesalpinia ferrea, in order to evaluate its incorporation in composite materials. The analysis of the chemical composition of the material in the form of a powder resulted: 14.5% moisture, 5.0% ash, 8.1% dichloromethane extracts, 23.1% lignin, 49.3% holocellulose, 28.8% α-cellulose and 20.5% hemicellulose. Infrared spectroscopy measurements with Fourier transform in the attenuated total reflectance mode (ATR-FTIR) of the biomass were also made in different isothermal pyrolysis (265, 313, 410 and 490 ºC), in which the same functional groups were observed. With thermal analysis we can see that with the greatest increase in the heating rate, thermal decomposition starts to occur at higher temperatures. From the DTG curves we conclude that the order of degradation of the biomass components is: low molecular weight compounds, hemicellulose, cellulose and, finally, lignin.