Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16655
Tipo: Tese
Data do documento: 26-Jun-2024
Autor(es): RIBEIRO, Haroldo Jorge da Silva
Afiliação do(s) Autor(es): UFPA - Universidade Federal do Pará
Primeiro(a) Orientador(a): MACHADO, Nélio Teixeira
Segundo(a) Orientador(a): BORGES, Luiz Eduardo Pizarro
Título: Análise do processo de despolimerização de resíduos de resinas dentárias à base de pmma em diferentes escalas de produção
Título(s) alternativo(s): Analysis of the Depolymerization Process of PMMA-based Dental Resin Waste at Different Production Scales
Citar como: RIBEIRO, Haroldo Jorge da Silva. Análise do processo de despolimerização de resíduos de resinas dentárias à base de pmma em diferentes escalas de produção. Orientador: Nélio Teixeira Machado. 2024. 142 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16655. Acesso em:.
Resumo: Nos últimos anos, o uso crescente de plásticos trouxe benefícios econômicos e industriais, mas também gerou um aumento significativo na quantidade de resíduos, representando um desafio ambiental global. Nesse contexto, a pirólise emerge como uma tecnologia promissora, oferecendo potenciais soluções para lidar com o problema crescente dos resíduos plásticos e promover uma economia circular mais sustentável. Este trabalho investigou a decomposição térmica de resíduos dentários à base de poli(metacrilato de metila) (PMMA), com foco na caracterização termodinâmica e na otimização dos processos de pirólise em diferentes escalas de produção. As análises de Termogravimetria (TG) mostraram que os resíduos de PMMA são estáveis até 200 ºC, iniciando a degradação com perda progressiva de massa a partir dessa temperatura. A decomposição térmica foi observada em um único estágio, com um pico de decomposição a 366 ºC, dentro da faixa de 327 ºC a 405 ºC, predominantemente devido à despolimerização radical sob atmosferas inertes de nitrogênio e argônio. A análise de calor por DSC indicou um pico endotérmico entre 370 ºC e 433 ºC, destacando a complexidade dos processos envolvidos na pirólise. A caracterização energética revelou valores de 423 J/g para o calor integral, 1748 J/g para o calor de gaseificação e aproximadamente 820 J/g para o calor de decomposição, evidenciando discrepâncias que requerem investigações adicionais para compreensão completa. Em estudos com reatores de leito fixo semibatelada, observou-se que o gradiente de temperatura ao longo do leito teve impacto adverso no rendimento líquido e na concentração de MMA, especialmente nas escalas técnica e piloto, onde o gradiente foi mais pronunciado devido à espessura maior do leito. Duas variáveis críticas foram identificadas: a carga do reator e a carga de potência, cuja redução em escalas maiores resultou em temperaturas de pirólise mais baixas, impactando negativamente a produção de MMA. Além disso, foi constatado que as bordas do leito fixo apresentavam temperaturas mais altas, o que aumentou a produção de gás e reduziu o rendimento líquido. A análise da fração líquida revelou uma predominância de MMA no início da reação, com uma transição gradual para hidrocarbonetos aromáticos nos estágios finais, associada à pirolise de carvão remanescente, que se forma em maior quantidade com o aumento da escala de produção. Os resultados destacam a eficácia de temperaturas abaixo de 450 ºC na produção de frações líquidas ricas em MMA, mesmo em condições de gradiente de temperatura, ressaltando a importância de taxas de aquecimento moderadas para uma despolimerização eficiente em sistemas semibatelada. Essas descobertas oferecem informações valiosas para o design de reatores e são fundamentais para a avaliação econômica e otimização de processos de reciclagem de PMMA via pirólise em diferentes escalas de produção
Abstract: In recent years, the increasing use of plastics has brought economic and industrial benefits but has also led to a significant rise in waste, representing a global environmental challenge. In this context, pyrolysis emerges as a promising technology, offering potential solutions to address the growing problem of plastic waste and promote a more sustainable circular economy. This study investigated the thermal decomposition of dental waste based on poly(methyl methacrylate) (PMMA), focusing on the thermodynamic characterization and optimization of pyrolysis processes at different production scales. Thermogravimetric analysis (TG) showed that PMMA waste remains stable up to 200 ºC, with degradation starting as mass loss occurs beyond this temperature. Thermal decomposition was observed to occur in a single stage, with a decomposition peak at 366 ºC, within the range of 327 ºC to 405 ºC, primarily due to radical depolymerization under inert nitrogen and argon atmospheres. Differential Scanning Calorimetry (DSC) analysis revealed an endothermic peak between 370 ºC and 433 ºC, highlighting the complexity of the pyrolysis processes. The energy characterization showed specific values of 423 J/g for total heat, 1748 J/g for gasification heat, and approximately 820 J/g for decomposition heat, indicating discrepancies that require further investigation for a more complete understanding. In studies using semi-batch fixed-bed reactors, a temperature gradient along the bed was observed to have an adverse impact on the liquid yield and MMA concentration, especially in technical and pilot scales, where the gradient was more pronounced due to the thicker bed. Two critical variables were identified: reactor load and power load, both of which decreased as the process scale increased, leading to lower pyrolysis temperatures and negatively affecting MMA production. Additionally, higher temperatures were found at the edges of the fixed bed, which increased gas production and reduced liquid yield. The liquid fraction analysis revealed a predominance of MMA at the beginning of the reaction, with a gradual transition to aromatic hydrocarbons in the final stages, associated with the pyrolysis of residual char, which increased with the scale of production. The results highlight the effectiveness of temperatures below 450 ºC in producing MMA-rich liquid fractions, even under temperature gradient conditions, emphasizing the importance of moderate heating rates for efficient PMMA depolymerization in semi-batch systems. These findings provide valuable insights for reactor design and are essential for the economic evaluation and optimization of PMMA recycling processes through pyrolysis at various production scales.
Palavras-chave: PMMA
Despolimerização
Reatores
Escalas de Processos
Pirólise
PMMA
Depolymerization
Reactors
Process Scales
Pyrolysis
Área de Concentração: USO E TRANSFORMAÇÃO DE RECURSOS NATURAIS
Linha de Pesquisa: ENGENHARIA DE PROCESSOS
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Pará
Sigla da Instituição: UFPA
Instituto: Instituto de Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Fonte: 1 CD-ROM
Aparece nas coleções:Teses em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia (Doutorado) - PRODERNA/ITEC

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
Tese_AnaliseProcessoDespolimerizacao.pdf2,99 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir


Este item está licenciado sob uma Licença Creative Commons Creative Commons