Teses

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Lucas Lorenzini

Ana Paula de Carvalho Teixeira

Carbonos Porosos Derivados de Biomassa: Síntese, Modificação e Aplicação Na Produção de Hidrogênio

Porous Carbons Derived From Biomass: Synthesis, Modification, And Applications In Hydrogen Production

Química

Energia, Água e Ciências Ambientais

 

06/02/2026

Auditório II - Aluísio Pimenta

09:00

Profa. Ana Paula de Carvalho Teixeira - Orientadora (Dr. (UFMG))
Dra. Paula Sevenini Pinto - Coorientadora (Dr. (UEMG))
Prof. Rodrigo Lassarote Lavall (Dr. (UFMG))
Prof. Guilherme Ferreira de Lima (Dr. (UFMG))
Prof. Marcelo Gonçalves Rosmaninho (Dr. (UFOP))
Prof. Fabrício Vieira de Andrade (Dr. (UNIFEI))

Este trabalho aborda a síntese de carbonos porosos sustentáveis a partir de diferentes biomassas vegetais (tanino e resíduo de lignina), e descreve a utilização desses materiais como suportes para deposição de nanopartículas de cobalto e níquel, para posterior aplicação na produção de H2 a partir da hidrólise do NaBH4. Os materiais foram produzidos utilizando uma metodologia livre de solvente, baseada em princípios da mecanoquímica. O carbono poroso produzido a partir de tanino (T1:1:0,5T@M30) apresentou características típicas de estruturas mesoporosas (isoterma de adsorção do tipo IV com perfil histerese H1, diâmetro médio de poros de 9,6 nm, 541 m2.g-1 de área superficial específica e 58,7% de volume de mesoporos). No estudo cinético de evolução de hidrogênio, o catalisador apresentou HGR de 6091,5 mL.min-1.g−1 nas condições ótimas: NaBH4 (0,50 mol.L-1) dissolvido em 1,0 mL de NaOH (0,75 mol.L-1), quantidade de matéria de Co + Ni: 0,07 mmol (20% Ni e 80% Co) e temperatura de 45C; e energia de ativação de 55,9 kJ.mol-1, mantendo desempenho satisfatório após seis ciclos de reuso e durabilidade. Para os carbonos porosos de lignina, realizou-se um estudo sistemático sobre a influência de diferentes parâmetros de síntese na arquitetura de poros do material produzido (variação do agente de reticulação, da proporção de surfactante, do tempo de moagem dos precursores, do tempo de pré-moagem da lignina e ativação com CO2). Todos os carbonos porosos de lignina foram utilizados como suporte para a deposição de nanopartículas metálicas e aplicados na produção de H2. O material L1:1:0,5Z@M30 apresentou a melhor resposta catalítica (HGR de 6834,1 mL.min-1.g-1) nas condições ótimas: NaBH4 (0,50 mol.L-1) dissolvido em 1,0 mL de NaOH (1,00 mol.L-1), quantidade de matéria de Co + Ni: 0,07 mmol (20% Ni e 80% Co) e temperatura de 45 C; e energia de ativação de 56,2 kJ.mol-1. Em relação ao reuso e durabilidade, o volume de H2 produzido manteve-se estável nos quatro primeiros ciclos, mas apresentou queda progressiva no quinto e no sexto. Os resultados demonstraram que o catalisador de lignina exibe uma taxa de geração de hidrogênio mais promissora, enquanto o material de tanino confere maior estabilidade durante múltiplos ciclos de uso.

biomassa vegetal, carbonos porosos, lignina, produção de hidrogênio, tanino

This work addresses the synthesis of sustainable porous carbons from different plant biomasses (tannin and lignin residue), and describes the use of these materials as supports for the deposition of cobalt and nickel nanoparticles, for subsequent application in the production of H2 from the hydrolysis of NaBH4. The materials were produced using a solvent-free methodology, based on mechanochemical principles. The porous carbon produced from tannin (T1:1:0.5T@M30) presented typical characteristics of mesoporous structures (type IV adsorption isotherm with H1 hysteresis profile, average pore diameter of 9.6 nm, 541 m2.g-1 specific surface area and 58.7% mesopore volume). In the kinetic study of hydrogen evolution, the catalyst presented a HGR of 6091.5 mL.min-1.g−1 under optimal conditions: NaBH4 (0.50 mol.L-1) dissolved in 1.0 mL of NaOH (0.75 mol.L-1), amount of Co + Ni: 0.07 mmol (20% Ni and 80% Co) and temperature of 45C; and activation energy of 55.9 kJ.mol−1, maintaining satisfactory performance after six reuse and durability cycles. For the porous lignin carbons, a systematic study was carried out on the influence of different synthesis parameters on the pore architecture of the produced material (variation of the crosslinking agent, the surfactant ratio, the milling time of the precursors, the pre-milling time of the lignin and activation with CO2). All porous lignin carbons were used as a support for the deposition of metallic nanoparticles and applied in H2 production. The L1:1:0.5Z@M30 material showed the best catalytic response (HGR of 6834.1 mL.min-1.g-1) under optimal conditions: NaBH4 (0.50 mol.L−1) dissolved in 1.0 mL of NaOH (1.00 mol.L-1), amount of Co + Ni: 0.07 mmol (20% Ni and 80% Co) and temperature of 45 C; and activation energy of 56.2 kJ.mol−1. Regarding reuse and durability, the volume of H2 produced remained stable in the first four cycles, but showed a progressive decrease in the fifth and sixth. The results demonstrated that the lignin catalyst exhibits a more promising hydrogen generation rate, while the tannin material provides greater stability during multiple cycles of use.

hydrogen production, lignin, plant biomass, porous carbons, tannin