Degradación pirolítica de sargazo: Un estudio termocinético

Abstract

RESUMEN:

El arribo masivo de sargazo a las costas del Caribe Mexicano ha provocado una serie de problemas económicos y ambientales, por ello, en esta tesis se llevó cabo una caracterización de esta macroalga, así como el estudio termo-cinético de la descomposición del sargazo mediante técnicas termoanalíticas para el desarrollo estrategias para su aprovechamiento. Este trabajo se realizó con el objetivo de identificar y comparar las principales etapas de degradación térmica del sargazo y los intervalos de temperatura que las caracterizan para describir su comportamiento termocinético a través de la dependencia de la energía de activación con la conversión y la temperatura mediante algoritmos matemáticos de cinética libre de modelos (métodos isoconversionales o no). Para lo cual se llevaron a cabo experimentos de Análisis Termogravimétrico y Calorimetría Diferencial de Barrido (TGA-DTG/DSC) simultáneos a diferentes tasas de calentamiento (β= 5, 10, 20, 40 y 50 °C min-1) en condiciones oxidantes (aire) y no oxidantes (atmósfera de N2) con un flujo de N2 ultra seco (100 mL min-1) y un intervalo de temperatura para ambos casos de 25- 1000 °C. Los resultados muestran al menos tres grandes etapas, que definen el control y rendimiento de los productos: i) etapa de inducción, en condiciones oxidantes para α ˂ 0.07 y T ˂ 227 ° C, mientras que en condiciones no oxidantes para α < 0.098 y T < 222 °C, donde la energía de activación aumenta, a medida que aumenta la conversión y la temperatura; ii) despolimerización y degradación por ruptura de enlaces paso determinante de la velocidad entre 0.07 ≤ α ≤ 0.53 y 227 ≤ T ≤ 374 °C, para condiciones oxidantes y 0.098 ≤ α ≤ 0.57 y 222 ≤ T ≤ 336 °C referidos a condiciones no oxidantes, donde tiene lugar la degradación pirolítica de los principales pseudocomponentes del sargazo (hemicelulosa, celulosa y lignina); y iii) procesos competitivos, para α > 0.53 y T > 374 °C correspondientes a condiciones oxidantes y para α > 0.57 y T > 336 °C en condiciones no oxidantes, que involucra varias fases y multicomponentes, donde el grado de conversión, α, depende de la temperatura, T, por lo tanto, del programa de calentamiento, β, por lo que se presenta más de una barrera de energía.

ABSTRACT:

The massive arrival of sargassum to the coasts of the Mexican Caribbean has caused a series of economic and environmental problems, therefore, in this thesis a characterization of this macroalgae was carried out, as well as the thermo-kinetic study of the decomposition of sargassum by thermoanalytical techniques for the development of strategies for its use. The goal of this study was to identify and to carry out a comparative analysis of the main stages of the thermal degradation of sargassum and the temperature ranges that characterize them, to describe its thermokinetic behavior through the dependence of the activation energy as function of the conversion and temperature by mathematical algorithms of model-free kinetics (isoconversional methods or not). Regarding this, simultaneous Thermogravimetric Analysis and Differential Scanning Calorimetry (TGA-DTG / DSC) experiments were carried out at different heating rates (β= 5, 10, 20, 40 and 50 °C min-1) under oxidizing (air) and non-oxidizing (N2) conditions using ultra-dry N2 flow (100 mL min-1) and temperature from 25 °C up to 1000 °C. Results show at least three stages as follows: i) Under oxidizing conditions for α ˂ 0.07 and T ˂ 227 ° C, while under non-oxidizing conditions for α < 0.098 and T < 222 ° C, where activation energy increases, as conversion and temperature increase. ii) depolymerization and degradation by breaking bonds as rate-determining step between 0.07 ≤ α ≤ 0.53 and 227 ≤ T ≤ 374 ° C, for oxidizing conditions and 0.098 ≤ α ≤ 0.57 and 222 ≤ T ≤ 336°C referred to non-oxidizing, where pyrolytic degradation of the main pseudocomponents of sargassum takes place (hemicellulose, cellulose and lignin). iii) competitive processes, for α > 0.53 and T > 374 ° C corresponding to oxidizing conditions and for α > 0.57 and T > 336 ° C under non-oxidizing conditions, which involve several phases and multi-components, where conversion degree, α, depends on the temperature, T, consequently of the heating program, β, so it faces more than a single energy barrier.