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EVALUATION OF THREE LIGNOCELLULOSE BIOMASS MATERIALS (BARLEY HUSK, CORN COBS, AGAVE LEAVES) AS PRECURSORS OF ACTIVATED CARBON
EVALUACIÓN DE TRES MATERIALES DE BIOMASA LIGNOCELULOSICA (CÁSCARA DE CEBADA, MAZORCAS DE MAÍZ, HOJAS DE AGAVE) COMO PRECURSORES DEL CARBÓN ACTIVADO
DOI:
https://doi.org/10.15446/rev.fac.cienc.v11n1.97719Palabras clave:
Activated carbon, Barley husk, Corn cob, Agave leaves, Lignocellulosic materials, Biomass, Thermogravimetry (en)Carbón activado, Cáscara de cebada, Mazorca de maíz, Hojas de agave, Materiales lignocelulósicos · Biomasa · Termogravimetría (es)
Lignocellulosic biomass is a promising alternative and renewable energy source that can be transformed into other value-added products such as activated carbon. The objective was to evaluate the barley husk (Hordeum vulgare L.), the corn cobs (Zea Mays L.) and the agave leaves (Agave salmiana) as potential precursors of activated carbon. These precursors were obtained from Almoloya and Apan in the State of Hidalgo, Mexico. The raw materials were washed with distilled water, dried at 105 ºC for 72 h in an oven, ground in a blade mill to obtain a particle size of 0.3-1.0 mm and finally sieved through mesh sieves of 18 and 45. Humidity was determined according to ASTM D3173 (ASTM, 1996), ash according to ASTM D3174 (ASTM, 2000), volatile matter according to ASTM D3175 (ASTM, 1997), fixed carbon according to ASTM D3172 (ASTM, 1997), total sugars and fats according to TAPPI T204 (TAPPI, 1997), Klason Lignin according to TAPPI T222 (TAPPI, 1998), holocellulose according to the method described by (Wise et al., 1946), and (, ( and ( cellulose according to TAPPI T203 (TAPPI 1999). The results show that contents from 82 to 83% for holocellulose, from 52 to 79% for cellulose, and from 15 to 26% for lignin, were determined. Elemental analysis showed high carbon contents with values of 42-45%. Particle sizes between 390.9 mm and 610.7 mm were found. Thermogravimetric analysis showed similar profiles of thermal decomposition, being cellulose the main stage, with peaks around 300 °C. Regarding the surface morphology, the lignocellulosic residues showed fibrous and porous structure. From these findings, it is established that the precursors analyzed can be considered as potential precursors of activated carbons. The results presented here may facilitate improvements in the pyrolysis and activation areas of this lignocellulosic residues. The conditions for an acceptable yield of biochar were tested, these were: carbonization temperature of 400 °C, carbonization time of 30 min, precursor mass of 2-10 g and N2 flow rate of 150 cc/min. The biocarbons produced under these conditions were physically and chemically characterized. Biochar yields of 19.75% were obtained for corn cob (CCB), 32.88% for barley husk (BHB) and 31.14% for Agave salmiana leaves (ALB). Biocarbons with a predominantly macroporous structure, amorphous structure, numerous oxygen functional groups, anionic surface and moderate ash content were obtained. The results of this investigation show that barley husk, corn cob, and agave leaves are likely precursors for biochar production with good dye adsorption capacities.
La biomasa lignocelulósica es una prometedora fuente de energía alternativa y renovable que puede transformarse en otros productos de valor añadido como el carbón activado. El objetivo fue evaluar la cáscara de cebada (Hordeum vulgare L.), las mazorcas de maíz (Zea Mays L.) y las hojas de agave (Agave salmiana) como potenciales precursores del carbón activado. Estos precursores se obtuvieron de Almoloya y Apan en el Estado de Hidalgo, México. Las materias primas se lavaron con agua destilada, se secaron a 105 ºC durante 72 h en un horno, se molieron en un molino de cuchillas para obtener un tamaño de partícula de 0,3-1,0 mm y finalmente se tamizaron a través de tamices de malla de 18 y 45. La humedad se determinó de acuerdo con la Norma ASTM D3173 (ASTM, 1996), cenizas según la Norma ASTM D3174 (ASTM, 2000), materia volátil según la Norma ASTM D3175 (ASTM, 1997), carbono fijo según la Norma ASTM D3172 (ASTM, 1997), azúcares y grasas totales según el TAPPI T204 (TAPPI, 1997), Lignina Klason según el TAPPI T222 (TAPPI, 1998), holocelulosa según el método descrito por (Wise et al., 1946), y a, b y g celulosa según el TAPPI T203 (TAPPI 1999). Los resultados muestran que se determinaron contenidos de 82% a 83% para holocelulosa, de 52% a 79% para celulosa y de 15% a 26% para lignina. El análisis elemental mostró altos contenidos de carbono con valores de 42-45%. Se encontraron tamaños de partículas entre 390,9 µm y 610,7 µm. El análisis termogravimétrico mostró perfiles similares de descomposición térmica, siendo la celulosa el escenario principal, con picos alrededor de los 300 °C. En cuanto a la morfología superficial, los residuos lignocelulósicos mostraron estructura fibrosa y porosa. A partir de estos hallazgos, se establece que los precursores analizados pueden considerarse como potenciales precursores de los carbones activados. Los resultados presentados aquí pueden facilitar mejoras en las áreas de pirólisis y activación de estos residuos lignocelulósicos. Se probaron las condiciones para un rendimiento aceptable de biocarbón, estas fueron: temperatura de carbonización de 400 °C, tiempo de carbonización de 30 min, masa de precursor de 2-10 g y caudal de N2 de 150 cc/min. Los biocarbonos producidos en estas condiciones se caracterizaron física y químicamente. Se obtuvieron rendimientos de biocarbón de 19,75% para mazorca de maíz (CCB), 32,88% para cáscara de cebada (BHB) y 31,14% para hojas de Agave salmiana (ALB). Se obtuvieron biocarbonos de estructura predominantemente macroporosa, estructura amorfa, numerosos grupos funcionales oxígeno, superficie aniónica y contenido moderado de cenizas. Los resultados de esta investigación muestran que la cáscara de cebada, la mazorca de maíz y las hojas de agave son probablemente precursores de la producción de biocarbón con buenas capacidades de adsorción de colorantes.
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