Orientadores: Jayr de Amorim Filho, Marco Aurélio Pinheiro de Lima

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin

Resumo: Neste trabalho plasmas não térmicos gerados em pressão atmosférica e sustentados por ondas de superfície em micro-ondas, tendo o argônio como gás de alimentação, foram estudados experimentalmente e teoricamente tendo em vista aspectos pouco compreendidos de suas propriedades físicas e...

Resumo: Neste trabalho plasmas não térmicos gerados em pressão atmosférica e sustentados por ondas de superfície em micro-ondas, tendo o argônio como gás de alimentação, foram estudados experimentalmente e teoricamente tendo em vista aspectos pouco compreendidos de suas propriedades físicas e aplicações voltadas ao tratamento de biomassa. Medições da composição elementar e dos parâmetros físicos foram realizados por meio de técnicas de diagnóstico baseadas em espectrometria de massa e espectroscopia óptica de emissão. O sistema físico foi modelado por meio das equações de continuidade das espécies neutras e carregadas, da equação do calor e da equação de Boltzmann dos elétrons, que foram acopladas utilizando um procedimento auto-consistente. Uma vez obtido o quadro geral das propriedades do plasma, foi estabelecida a condição de operação adequada ao tratamento das amostras derivadas de biomassa. O tratamento foi realizado sobre quatro tipo de amostras: lignina, xilana, celulose e bagaço de cana-de-açúcar. Dentre as contribuições importantes deste trabalho podem ser destacadas: (i) a verificação experimental do papel dos íons moleculares do argônio no processo de contração da descarga; (ii) a determinação do perfil axial no plasma dos principais íon positivos e negativos, da densidade e temperatura eletrônicas, da temperatura do gás e da densidade do estado metaestável Ar(1s5); (iii) verificação da seletividade do tratamento a plasma, tendo sido observada uma alteração significativa dos espectros de absorção no infravermelho nos casos da lignina e da xilana, mas não no caso da celulose. Esse último resultado sugere uma rota inusitada para novas tecnologias de deslignificação e síntese de novos materiais a partir de biomassa

Abstract: In this work non-thermal argon plasmas produced at atmospheric pressure and sustained by microwave surface waves were theoretically and experimentally studied in view of their non understood aspects and also the applications aimed at biomass treatment. Measurements of elemental composition...

Abstract: In this work non-thermal argon plasmas produced at atmospheric pressure and sustained by microwave surface waves were theoretically and experimentally studied in view of their non understood aspects and also the applications aimed at biomass treatment. Measurements of elemental composition and physical parameters were carried by means of plasma diagnostic techniques such as mass spectrometry and optical emission spectroscopy. Plasma modelling based on the self-consistent solution of the continuity equations of the neutral and charged species, the heat equation and the electron Boltzmann equation was developed to describe the plasma properties. Once a complete picture of the plasma behaviour was obtained, a promising condition for plasma treatment was established. Four types of biomass derived material were plasma treated: lignin, cellulose, xylan and sugarcane bagasse. Among the important contributions of this work one may highlight the following: (i) the experimental verification of the crucial role of argon molecular ions in the discharge contraction; (ii) axial profile determination of the main positive and negative ions, the electronic temperature and density, the gas temperature and the metastable state Ar(1s5) density; (iii) important modification of the infrared absorption spectra after plasma treatment in the cases of lignin and xylan, but not in the case of cellulose, suggesting a unexpected route for delignification and new materials synthesis from biomass