Influência de catalisadores baseados em zeólitas na distribuição de produtos dos vapores condensáveis de pirólise de fibras de madeira de média densidade (MDF)

Abstract

A alta produção mundial de resíduos de MDF representa uma preocupação devido as suas aplicações de baixo valor agregado, descarte incorreto e principalmente por seu potencial tóxico. O uso de catalisadores zeolíticos modificados com metais no processo de pirólise rápida se apresentou mais eficaz no aumento da conversão de MDF residual em compostos com maior valor agregado do que apenas o emprego de biomassa, sem catalisador ou mesmo com o catalisador original, não impregnado. O bio-óleo de MDF residual de madeira de eucalipto com revestimento melamínico (E-MDF/Mel) mostrou alto rendimento em compostos oxigenados e fenólicos. Dentre as alternativas para a remoção de compostos contendo nitrogênio, lavagem com água a 80 ⁰C foi a mais eficiente (86,6% de remoção). Os catalisadores baseados em HZSM-5 sintetizados em laboratório promoveram a produção de hidrocarbonetos monoaromáticos (MAH: 23,8 – 47,6%) e hidrocarbonetos poliaromáticos (PAH: 0,7 – 5,1%). O uso de Ni5S conduziu a uma maior seletividade a BTX (37,9%), seguido pelo Fe5S (31,4%) e ambos mostraram tendência de aumento da produção de MAH. O desempenho de Co5S e Nb5S foi semelhante ao da HZSM-5S e Zn5S alcançou rendimento inferior aos demais catalisadores (MAH: 23,8%). Os catalisadores impregnados com metais diminuiram o rendimento de PAH em relação à HZSM-5S. O uso de zeólitas-β propiciou excelentes resultados na produção de hidrocarbonetos aromáticos (AH: 70,2 - 85,4%) durante a pirólise catalítica de MDF residual pré-tratada com água a 80 ⁰C. Quando impregnada com níquel, a forma ácida da zeólita beta (H-β) apresentou melhor desempenho no que tange à seletividade aos compostos BTEX (23,5 a 39,3 e 38,7% das Ni3-β e Ni5-β, respectivamente, onde 3 e 5 indicam o percentual de níquel impregnado em H-β). A redução na área cromatográfica percentual de PAH, compostos indesejáveis devido a sua alta toxicidade, foi alcançada com catalisadores impregnados com níquel (36,7% a 11,1 e 15,9% para Ni3-β e Ni5-β, respectivamente). Dentre as zeólitas-β, a Ni3-β foi a melhor opção para a produção de bio-óleo seletivo para BTEX e com baixo teor de PAH. De maneira geral, a impregnação de determinados metais em catalisadores zeolíticos pode promover a melhora no desempenho do catalisador no que tange à seletividade para BTEX, redução de PAH e desoxigenação dos produtos de pirólise de MDF residual.

The high production of MDF waste worldwide is a concern due to the low value applications, incorrect disposal and mainly because of its toxic potential. The use of metal in zeolite-based catalysts in fast pyrolysis was more effective in improving the conversion of MDF to higher value-added compounds than just the use of biomass or even with the non-impregnated catalyst. The residual MDF from melamine coated eucalytptus wood (E-MDF/Mel) led to high yields of oxygenated and phenolic compounds. Among the alternatives for the removal of nitrogen-containing compounds (lower temperatures for washing and fungi treatment), washing with water at 80 ⁰C was the most efficient (86.6% % removal). HZSM-5S-based catalysts promoted the production of monoaromatic hydrocarbons (MAH: 23.8 – 47.6%) and polyaromatic hydrocarbons (PAH: 0.7 – 5.1%). The use of Ni5S led to higher BTX selectivity (37.9%), followed by Fe5S (31.4%) and both showed an upward trend in MAH production. The performance of Co5S and Nb5S was similar to that of HZSM-5S, while Zn5S showed lower yield than the other catalysts (MAH: 23.8%). The addition of metal in the catalysts decreased PAH yield over HZSM-5S. The use of β-zeolites provided high production of aromatic hydrocarbons (HA: 70.2 – 85.4%) during the catalytic pyrolysis of water-pre-treated residual MDF at 80⁰C. When impregnated with nickel, the acid form of β-zeolite (H-beta) was more selective for the production of BTEX mixtures (23.5 to 39.3 and 38.7% for Ni3-β and Ni5-β, respectively, where 3 and 5 indicate the percentage of nickel impregnated on the original catalyst). The reduction in PAH percentage chromatographic area, which are undesirable compounds due to their high toxicity, was also achieved over nickel impregnated catalysts (36.7% at 11.1 and 15.9% for Ni3-β and Ni5-β, respectively). Among the H-beta catalysts, Ni3-β proved to be the best option for the production of a bio-oil with higher content of BTEX and lower in PAH in bio-oil. In general, the metal impregnation on zeolyte based catalysts improved the catalyst performance, providing higher selectivity to BTEX and reduction of desoxygenation and PAH content in pyrolytic liquid of residual MDF.