RESÍDUOS DE PNEUS COMO FONTE DE NANOPARTÍCULAS DE CARBONO

Agestão de resíduo de pneus é um sério problema ambiental. O descarte inadequado de pneus em lixões e aterros sanitários podem resultar na contaminação de lençóis freáticos e cursos d’água. Métodos de degradação térmica são técnicas promissoras para processar resíduos pneus, produzindo materiais industrialmente aplicáveis. A degradação térmica baseia-se na quebra de grandes estruturas moleculares, gerando moléculas menores e mais simples através da ação do calor. Pirólise é um método de conversão térmica que realiza a decomposição do material sob atmosfera inerte. O processo de pirólise é representado pelo craqueamento térmico molecular que ocorre em elevadas temperaturas (geralmente > 500 °C).

A decomposição térmica de resíduos de pneus por pirólise produz materiais com alto teor de energia e que podem ser usados como combustível, fonte para geração de eletricidade e precursor para síntese uma variedade de produtos químicos.

O processo de pirólise resulta em produtos sólidos, líquidos e gasosos. A fase gasosa é composta principalmente de hidrocarbonetos leves, recuperados por meio de condensação parcial, e gases não-condensáveis a condições ambiente (principalmente N2, H2, CO e CO2). O produto líquido obtido pela pirólise de pneus, denominado óleo pirolítico de pneu, é uma mistura orgânica complexa com alto conteúdo de energia. A fase sólida obtida é constituída principalmente de carvão, composto basicamente por carbono, que pode ser usado como adsorvente de metais pesados, corantes, pesticidas e outros contaminantes.

Os pneus utilizam grandes quantidades de produtos sólidos, como o carvão e alguns compostos inorgânicos em sua fabricação. Carvão é um material amorfo usado como carga de reforço e pigmento na produção de pneus. Então, o carvão obtido por pirólise de pneus pode retornar ao processo original, contribuindo para o sistema de economia cíclica. A partir do carvão de pirólise de pneus, é possível obter importantes nanomateriais à base de carbono, como carvão ativado, fulerenos, nanotubos de carbono, nanopartículas de carbono, óxido de grafeno, grafite, entre outros. Os nanomateriais à base de carbono obtidos da pirólise do pneu podem ser aplicados em diversos processos, principalmente na produção de adsorventes, membranas de alto fluxo, filtros, nanocompósitos, agentes antimicrobianos, sensores, bem como em tecnologias avançadas de energia renovável e em estratégias de prevenção da poluição.

Uma aplicação desafiadora para o carvão de pirólise é a produção de quantum dots de carbono e grafeno, materiais em destaque entre as nanoestruturas de carbono. Quantum dots são nanopartículas de carbono geralmente com 2-10 nm de dimensão, que exibem efeitos de confinamento quântico e apresentam propriedades ópticas, fluorescentes e eletrônicas diretamente relacionadas ao tamanho da partícula. Quantum dots tem aplicações em displays e iluminação, dispositivos fotovoltaicos, catalisadores e marcadores biológico. O interesse por quantum dots se deve, sobretudo, à possibilidade de obter propriedades funcionais e estruturadas que não estão disponíveis em moléculas discretas e materiais convencionais. O grafeno e seus materiais derivados tem sido sintetizados por carbonização de matérias-primas orgânicas. No entanto, os métodos de síntese envolvem normalmente etapas adicionais que empregam elevadas temperaturas, matérias-primas de alto custo e reação demasiadamente lentas. Por esse motivo, técnicas de extração foram recentemente propostas para obter quantum dots a partir de resíduos e materiais naturais.

Parra et colaboradores (2020) descrevem um processo físico-químico para sintetizar nanopartículas de carbono a partir do carvão obtido por pirólise de pneus. No processo, ilustrado na Figura 1, o carvão sólido granulado foi submetido ao tratamento ácido para produzir partículas em suspensão. O pH da suspensão foi ajustado para precipitar impurezas remanescentes. A fase sobrenadante foi ultracentrifugada e o sólido, de coloração amarelo-pálido, foi caracterizado por serie de técnicas analíticas: espectrofotometria ultravioleta-visível (UV-Vis), fotoluminescência, microscopia de transmissão eletrônica de alta resolução (HRTEM), microscopia eletrônica de varredura (SEM), análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia de energia dispersiva de raio X (EDX), microscopia infravermelho (FT-IR) e espectroscopia fotoeletrônica de raio X (XPS).

O material apresentou emissão típica dependente do comprimento de onda e rendimento quântico de cerca de 20%. O material apresentou forma esférica bem definida, bem como formato similares a quantum dots de grafeno de forma indefinida, com aplicações potenciais em dispositivos optoeletrônicos e de imagens de fluorescência.

A pirólise tem sido uma alternativa para o descarte inadequado de pneus inservíveis, produzindo material de alto valor agregado e importância comercial. Os materiais nanopartícu- lados obtidos mostraram solubilidade em água e apresentaram um comportamento de emissão dependente do comprimento de onda e alto rendimento quântico, representando uma classe de materiais com potencial aplicação em imagens de fluorescência e dispositivos optoeletrônicos.