Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)/Espectroscopia por Dispersão de Energia de Raios X (EDS) do bagaço de cana-de-açúcar e cinzas

A Figura 54 demonstra as micrografias obtidas para o bagaço de cana-de-açúcar e a Figura 56 demonstra as micrografias para as cinzas do bagaço de cana-de-açúcar.

Figura 54 – Micrografias obtidas para o bagaço de cana-de-açúcar exibindo sua morfologia celular (A: variações de tamanhos de partícula e estruturas heterogêneas com ampliação de 100 x; B: Parte interna do bagaço de cana-de-açúcar mostrando anéis parcialmente danificados da extremidade das células com ampliação de 500 x; C: Anéis danificados com ampliação de 1000 x; D e E: Parte externa do bagaço de cana-de-açúcar mostrando a parede celular de proteção com ampliação de 500 x e 1000 x, respectivamente; F e G: Parte externa do bagaço de cana-de-açúcar mostrando a

parede celular de proteção parcialmente danificada com ampliação de 500 x e 1000 x, respectivamente; H e I: Estrutura fibrilar com ampliação de 500 x e 1000 x, respectivamente; J e K:

Parede celular de proteção danificada mostrando estrutura interna, com ampliação de 500 x e 1000 x, respectivamente; L e M: Presença de sílica no bagaço, com ampliação de 500 x e 1000 x,

respectivamente)

(B) (A)

(E) (D) (F) (I) (H) (K) (J) (G)

A Figura 54 descreve a morfologia de superfície do bagaço de cana-de-açúcar pela micrografia do MEV, com ampliação de 100 x, 500 x e 1000 x. A micrografia (A) com ampliação de 100 x do bagaço de cana-de-açúcar revela que tem vários poros e estruturas heterogêneos, além de variações nos tamanhos de partícula. Isso ocorreu por analisar o bagaço após sua moagem, não mantendo um tamanho de partículas uniforme, como pôde ser visto na Figura 18 (análise granulométrica do bagaço de cana-de-açúcar pós-moagem), que mesmo sendo uma pequena variação, há uma diferença no tamanho das partículas. As micrografias (B) e (C) demonstram a parte interna do bagaço de cana- de-açúcar com anéis na extremidade das células parcialmente danificados, devido provavelmente pela moagem do bagaço (COSTA et al., 2015). As micrografias (D) e (E) demonstram uma ampliação da parte externa da superfície da fibra do bagaço de cana-de-açúcar, mostrando a parede celular de proteção (COSTA et al., 2015); (CORRALES et al., 2012); (GUILHERME et al., 2015). Já as micrografias (F) e (G) mostram que a parte externa do bagaço de cana-de-açúcar está com a parede celular de proteção parcialmente danificada, podendo até verificar estruturas similares às que aparecem nas micrografias (B) e (C), mas com tamanhos menores. As micrografias (H) e (I) trazem a estrutura fibrilar do bagaço de cana-de-açúcar. (J) e (K) também mostram a parede celular de proteção, assim como às micrografias (D) e (E), mas as suas rupturas permitem verificar a estrutura interna da fibra. Por fim, as micrografias (L) e (M) servem para demonstrar a presença de sílica no bagaço, comprovada pelas análises de EDS, mencionadas a seguir. Considerando que o bagaço obtido foi retirado do pátio da usina, é inevitável que ele apresente estruturas como essas.

A Figura 55 e a Tabela 27 traz os resultados obtidos para a análise de EDS do bagaço de cana-de-açúcar.

(M) (L)

Figura 55 – Espectro EDS do bagaço de cana-de-açúcar

A Figura 55 demonstra o espectro EDS do bagaço de cana-de-açúcar, o qual demonstra a presença dos elementos carbono, oxigênio, alumínio, silício, potássio, titânio e ferro. Os elementos carbono e oxigênio não foram quantificados por essa análise apesar de terem sido detectados, por não serem quantificados adequadamente pelo detector EDS, mas a quantificação desses elementos pode ser vista na seção 3.2.4 (análise elementar). Esses elementos são quantificados por essa técnica apenas quando eles não forem analisados por outra técnica mais confiável para detecção de orgânicos. Nota-se também a presença do elemento ouro (Au), mas ele aparece no espectro por ser utilizado no preparo da amostra.

Tabela 27 – Elementos químicos inorgânicos presentes no bagaço de cana-de-açúcar

Elemento Químico Teor de Inorgânicos (%) Teor nas cinzasa (%)

Alumínio (Al) 29,83 ± 1,21 2,98 ± 0,12

Silício (Si) 33,36 ± 2,65 3,34 ± 0,27

Potássio (K) 9,10 ± 1,92 0,91 ± 0,19

Titânio (Ti) 5,31 ± 0,62 0,53 ± 0,31

Ferro (Fe) 24,17 ± 3,04 2,42 ± 0,30

a _{Baseado no teor de cinzas calculado na seção 3.2.3.2– 10 % de cinzas.}

A Tabela 27 demonstra que o elemento de maior concentração é o silício (Si). Isso pode ser explicado pela exposição do bagaço às intempéries do ambiente, por ficar armazenado no pátio da usina ao ar livre. Visualmente também foi possível a detecção de areia no bagaço obtido. Os outros elementos significantes são alumínio (Al) e ferro (Fe), devido a presença de óxidos de alumínio e ferro na parte inorgânica do bagaço de cana-de-açúcar.

Ao submeter o bagaço de cana-de-açúcar a altas temperaturas, conforme descrito na seção 3.1.6.2, obteve-se o teor de cinzas. Assim, esse material obtido foi analisado

0 5 10 15 20 Energy (keV) 0 5000 10000 Counts C Ti O Fe Al Au Si Au Au K K Ti Ti Fe Fe Au Au Au Au Au Au

pelo MEV/EDS para verificar a morfologia da superfície desse material resultante. A Figura 56 demonstra as micrografias obtidas pelo MEV para as cinzas do bagaço de cana-de-açúcar.

Figura 56 – Micrografias obtidas para as cinzas do bagaço de cana-de-açúcar (A: Variedade de estruturas em uma ampliação de 100 x; B e C: Grande presença de sílica, com ampliação de 500 x e 1000 x, respectivamente; C: D e F: Outras frações das cinzas com fibras, com ampliação de 500 x; E

e G: Outras frações das cinzas com ampliação de 1000 x)

(A) (B)

(C)

A morfologia das cinzas do bagaço de cana-de-açúcar pode ser visualizada na Figura 56, a micrografia (A) demonstra a dificuldade de visualizar os tipos de estruturas presentes nas cinzas do bagaço de cana-de-açúcar, por ter partículas menores que as do bagaço. As micrografias (B) e (C) demonstram a grande presença de sílica nas cinzas, sendo muito comum. As micrografias (D) a (G) apresentam algumas formas agregadas arredondadas e tubulares, formados provavelmente por sílica, alumina e óxidos alcalinos e alcalino-terrosos, presentes nas cinzas (BORLINI et al., 2008).

A Figura 57 e a Tabela 28 traz os resultados obtidos para a análise de EDS das cinzas do bagaço de cana-de-açúcar.

Figura 57 – Espectro EDS das cinzas do bagaço de cana-de-açúcar

A Figura 57 demonstra o espectro EDS das cinzas do bagaço de cana-de-açúcar, o qual demonstra a presença dos elementos carbono, oxigênio, alumínio, silício, potássio, cálcio, titânio e ferro. O elemento carbono não foi quantificado por essa análise, mas o oxigênio foi quantificado pela possibilidade de identificar os óxidos mais comuns a serem formados. O elemento ouro (Au) aparece novamente por ser utilizado no preparo da amostra. 0 5 10 15 20 Energy (keV) 0 2000 4000 6000 Counts C Ca Ti O Fe Al Au Si Au Au K K Ca Ca Ti Ti Fe Fe Au Au AuAu Au Au (F) (G)

Tabela 28 – Elementos químicos inorgânicos e óxidos presentes nas cinzas do bagaço de cana-de- açúcar Elemento Químico Teor (%) Teor nas cinzas (%) Possíveis óxidos Teor de óxidos (%) Teor de óxidos nas cinzas (%) Alumínio (Al) 18,26 ± 0,35 1,83 ± 0,04 Al2O3 34,49 ± 0,66 3,45 ± 0,07

Silício (Si) 15,16 ± 1,06 1,52 ± 0,11 SiO2 32,42 ± 2,25 3,24 ± 0,22

Potássio (K) 4,89 ± 0,31 0,49 ± 0,03 K2O 4,59 ± 2,27 0,59 ± 0,04

Cálcio (Ca) 2,26 ± 0,86 0,23 ± 0,09 CaO 3,17 ± 1,21 0,32 ± 0,12 Titânio (Ti) 2,28 ± 0,64 0,23 ± 0,06 TiO2 4,28 ± 0,95 0,43 ± 0,10

Ferro (Fe) 17,30 ± 1,92 1,73 ± 0,19 Fe2O3 24,74 ± 2,75 2,47 ± 0,28

Oxigênio (O) 43,19 ± 0,35 4,32 ± 0,04

A Tabela 28 demonstra que o elemento inorgânico de maior concentração nas cinzas passou a ser o alumínio (Al), quando antes no bagaço era o silício (Si). Isso ocorre pela concentração dos elementos inorgânicos nas cinzas. Dentre os possíveis óxidos formados, o Al2O3, SiO2 e Fe2O3 são os óxidos mais representativos das cinzas

do bagaço de cana-de-açúcar. A presença de ferro (Fe) nas cinzas faz com que o material obtido seja de cor alaranjada.

O uso da microscopia eletrônica de varredura como uma técnica de caracterização, juntamente com EDS, provou ser de grande importância e versatilidade para estudar a estrutura e caracterização de elementos inorgânicos da biomassa utilizada e das cinzas formadas, além de possibilitar a comparação com os sólidos formados na planta piloto utilizada nessa dissertação, mencionados no Capítulo 6.

3.3 Conclusões

A caracterização do bagaço de cana-de-açúcar como um todo requer muitas técnicas analíticas. Todos os procedimentos e resultados apresentados nesse capítulo é de suma importância para adquirir um conhecimento sobre a matéria-prima utilizada. Como previamente mencionado no Capítulo 2, algumas características da matéria-prima influenciam significativamente na distribuição dos produtos do processo estudado nessa dissertação, exemplificando a importância de conhecer o material utilizado.

A partir desse capítulo, foi possível detectar que o bagaço de cana-de-açúcar bruto apresenta um alto teor de umidade, necessitando do processo de secagem para ser utilizado em qualquer processo. Além disso, possui um alto teor de voláteis, a qual é uma vantagem para o processo de pirólise quando o objetivo é produzir líquidos.

A presença de celulose, hemicelulose e lignina traz uma característica importante para o bagaço, pois suas degradações térmicas têm a capacidade de produzir diversos tipos de compostos, os quais apresentam maior valor agregado que o bagaço.

As caracterizações realizadas nesse capítulo foram essenciais para algumas etapas demonstradas no próximos capítulos, principalmente na simulação (Capítulo 4) e no cálculo de vazão de gás de fluidização e vazão de entrada de bagaço na planta piloto (Capítulo 5).

Esse capítulo cumpriu o que foi exposto no objetivo específico 02 dessa dissertação, além de ter contemplado caracterizações adicionais.

Alguns trabalhos relacionados a esse capítulo já estão previstos:

 Determinação da cinética de degradação térmica do bagaço de cana-de- açúcar via DSC.

 Caracterização do bagaço de cana-de-açúcar e seu potencial para utilização em processos termoquímicos.

Algumas caracterizações aqui mencionadas serão utilizadas em conjunto com outros tópicos abordados nos próximos capítulos dessa dissertação para a realização de outros trabalhos.

CAPÍTULO 4