PPEQ PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA (PPEQ) ESCOLA POLITÉCNICA Telefone/Ramal: Não informado
Dissertações/Teses

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2023
Dissertações
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  • GUILHERME JOÃO MUSSE NETO
  • Análise do ciclo de vida de acrilonitrila produzida a partir de glicerol.

  • Orientador : LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • OFÉLIA DE QUEIROZ FERNANDES ARAÚJO
  • LEILA MARIA AGUILERA CAMPOS
  • LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • Data: 24/01/2023

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  • Musse Neto, G. J. Análise do ciclo de vida de acrilonitrila produzida a partir de glicerol. Dissertação (trabalho de conclusão de mestrado) - Escola Politécnica, Universidade Federal da Bahia, Salvador, 2023.


    A acrilonitrila é um monômero negociado como commodity no mercado global e com aplicações em diversos setores industriais, produzido a partir da amoxidação do propeno.  Novas alternativas tecnológicas vêm sendo estudadas para minimizar os potenciais impactos do processo ao meio ambiente, reduzindo a utilização de derivados do petróleo através de matérias-primas renováveis e eco-friendly. Este trabalho propõe a aplicação da  análise de ciclo de vida em uma planta de acrilonitrila que utiliza glicerol como matéria-prima alternativa, visando avaliar os impactos ambientais gerados comparativamente a processo petroquímico comercial. O uso do glicerol, coproduto da produção de biodiesel, é avaliado com informações de bancos de dados estratégicos e documentos publicados, considerando sua origem no processo de produção de biodiesel de soja e óleos residuais com foco no estado do Mato Grosso. Os resultados mostram que as rotas de produção a partir do glicerol oriundo das rotas de biodiesel de soja e de óleos residuais apresentam emissões de GEE superiores ao processo SOHIO (acréscimo entre 6,84% e 276% kg CO2-eq por kg acrilonitrila produzida a depender da rota). As categorias de consumo de água e escassez de recursos naturais mostram resultados favoráveis para a utilização da acrilonitrila. Os processos a partir da rota da soja e rota de óleos residuais economizam 2 litros e 5,9 litros de água por kg de acrilonitrila produzida, respectivamente. Por fim, a escassez de combustíveis fósseis pode reduzir 45,32% através da rota da soja e 35,52% para a rota de óleos vegetais residuais.

     

     

     

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  • Musse Neto, G. J. Life cycle assessment of acrylonitrile produced from glycerol. Dissertation (Master's thesis work) - Polytechnic School at Federal University of Bahia, Salvador, 2023.

     

    ABSTRACT

    Acrylonitrile is a monomer traded as a commodity on the global market and with applications in several industrial sectors, produced from the ammoxidation of propylene. New technological alternatives are being studied to minimize the potential impacts of the process on the environment, reducing the use of oil derivatives through renewable and eco-friendly raw materials. This work proposes the application of life cycle assessment in an acrylonitrile plant that uses glycerol as an alternative feedstock, aiming to evaluate the environmental impacts generated compared to a commercial petrochemical process. The use of glycerol, a co-product of biodiesel production, is evaluated with information from strategic databases and published documents, considering its origin in the production process of biodiesel from soybean and waste cooking oil, focusing on the state of Mato Grosso. The results show that the production routes from glycerol derived from the soybean biodiesel and waste cooking oil routes present higher GHG emissions than the SOHIO process (among 6.84% and 276% kg CO2-eq per kg acrylonitrile produced at depend on the route). The categories of water consumption and fossil resource scarcity show favorable results for the use of acrylonitrile. The processes based on the soybean route and the residual oil route save 2 liters and 5.9 liters of water per kg of acrylonitrile produced, respectively. Finally, the scarcity of fossil fuels can reduce 45.32% through the soybean route and 35.52% for the residual vegetable oil route.

     

     

     
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  • IZABELA SILVA FREITAS
  • AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA DO PROCESSO DE OBTENÇÃO DE ACETONITRILA A PARTIR DO PROPENO, AMÔNIA E BIOETANOL

     
  • Orientador : LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DIOGO APARECIDO LOPES SILVA
  • GEORGE SIMONELLI
  • LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • Data: 26/07/2023

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  • Acetonitrila (ACN) é um coproduto valioso da produção de acrilonitrila (AN), sendo utilizada como matéria-prima nas indústrias petroquímica, farmacêutica e de química fina. Aumentar a economia e a sustentabilidade requer a identificação de oportunidades de melhorias diretamente no processo. Este estudo realizou a Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) para identificar e mitigar os impactos ambientais da produção e purificação de ACN. A avaliação comparou o processo industrial convencional baseado em fósseis (propeno e amônia petroquímicos) com uma nova abordagem utilizando bioetanol e amônia verde. Para a comparação, quatro cenários de produção foram avaliados: (i) produção de ACN a 85 %m/m e (ii) a 99,9 %m/m a partir de propeno e amônia fóssil; (iii) produção de ACN 99,9 %m/m a partir de propeno, bioetanol e amônia fóssil e, (iv) a partir de propeno, bioetanol e amônia verde. O método ReCiPe 2016 Midpoint foi aplicado, utilizando o banco de dados Ecoinvent disponível no software SIMAPRO®, para avaliar as categorias de impactos ambientais de aquecimento global, de uso da terra, de escassez de recursos fósseis e de consumo de água. O cenário utilizando bioetanol, propeno e amônia petroquímica apresentou uma notável redução de impacto em 7%, além da compensação de 96 kg de CO2-eq/t de ACN produzido, devido ao plantio da cana-de-açúcar. Além disso, houve uma redução de 14% na categoria de escassez de recursos fósseis. A rota que utiliza bioetanol e amônia verde foi a mais sustentável, reduzindo em até 28% os impactos ambientais em comparação com o processo baseado em fósseis. A ACV deste estudo lança luz sobre as implicações ambientais da produção e purificação de ACN. Foi demonstrado que abordagens alternativas, como a incorporação de bioetanol e amônia verde, podem reduzir os impactos ambientais em comparação com o processo convencional baseado em fósseis. Essas descobertas destacam o potencial para melhorar a sustentabilidade levando à produção de ACN ambientalmente mais limpa e mitigando os impactos ambientais da indústria petroquímica.

     

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  • Acetonitrile (ACN) is a valuable co-product in producing acrylonitrile (AN), serving as a feedstock in the petrochemical, pharmaceutical, and fine chemical industries. Enhancing the economy and sustainability of this process requires identifying improvement opportunities. This study conducted a Life Cycle Assessment (LCA) to evaluate the environmental impacts of ACN production and purification. The assessment compared the conventional fossil-based industrial process with a novel bioethanol and green ammonia approach. Four production scenarios were examined, encompassing different combinations of propene, ammonia, bioethanol, and green ammonia. For comparison, four production scenarios were evaluated: (i) production of ACN at 85 %wt and (ii) at 99.9 %wt from propylene and fossil ammonia; (iii) production of ACN 99.9 %wt from propylene, bioethanol and fossil ammonia, and (iv) from propylene, bioethanol and green ammonia. The ReCiPe 2016 Midpoint method was applied, utilizing the Ecoinvent database available in the SIMAPRO® software to assess the environmental impacts categories such as global warming, land use, fossil resource scarcity, and water consumption. The scenario using bioethanol, propene, and petrochemical ammonia exhibited a noteworthy positive impact reduction of 7%, along with compensation for 96 kg of CO2-eq/t of ACN produced. Additionally, this scenario achieved a 14% reduction in the fossil resource scarcity category. The route utilizing bioethanol and green ammonia emerged as more environmentally friendly, demonstrating up to 28% reduction in environmental impacts compared to the conventional fossil-based process. This study's LCA sheds light on the environmental implications of ACN production and purification. It demonstrates that alternative approaches, such as incorporating bioethanol and green ammonia, can reduce environmental impacts compared to the conventional fossil-based process. These findings underline the potential for improving the sustainability of ACN production in the petrochemical industry.

     
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  • LORENA RODRIGUES CUNHA
  • BIOPETRÓLEO A PARTIR DA BIOMASSA DE MICROALGAS VIA LIQUEFAÇÃO HIDROTERMAL: UMA AVALIAÇÃO ENERGÉTICA E AMBIENTAL

  • Orientador : ANA KATERINE DE CARVALHO LIMA LOBATO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANA KATERINE DE CARVALHO LIMA LOBATO
  • LUCAS GUIMARÃES CARDOSO
  • OLIVIA MARIA CORDEIRO DE OLIVEIRA
  • ICARO THIAGO ANDRADE MOREIRA
  • DIEGO LIMA MEDEIROS
  • Data: 10/08/2023

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  • A  transição  para  uma  matriz  energética  mais  sustentável  e  com  menor  impacto  é  um objetivo  global,  e  as  bioenergias  desempenham  um  papel  significativo  nessa   transição. Encontrar  oportunidades  de  melhorias  na  produção  e  consumo  de  recursos  energéticos apoia  o  aumento  da  eficiência  de  energia  e  diminui  o  seu  impacto  no  ambiente.    Este estudo  realizou  a  Avaliação  de  Ciclo  de  Vida  (ACV)  para  identificar  a  demanda  energética  e  a  pegada  de  carbono  na  produção  de  biopetróleo  por  liquefação  hidrotermal (LHT). Foram consideradas as espécies Scenedesmus acutus  (SC),Chlorella vulgaris  (CV) e  Nannochloropsis  granulata  (NG)  para  a  comparação  de  três  cenários  de  produção  da biomassa de microalgas: alto teor de proteína (HP), alto teor de carboidrato (HC) e alto teor  lipídico  (HL).  O  fluxo  de  referência  foi  1  kg  de  biomassa  de  microalgas  em  sólidos totais  processados  em  LHT.  O  banco  de  dados  ecoinvent™ 3.6  e  métodos  de  avaliação para demanda de energia acumulada (CED) em megajoules (MJ) e potencial de aquecimento  global  (IPCC-2021  –  GWP  de  100  anos)  em  quilogramas  de  dióxido  de  carbono equivalente  (kg  CO2eq   )  foram  usados  no  openLCA® 1.11.0.   O  cenário  mais  favorável foi o NG-HL, que apresentou a menor demanda de energia e pegada de carbono,19,1 MJ kg1  e  0,85  kg  CO2eq   /kg  de  biopetróleo,  respectivamente.   O  NG-HL  alcançou  o  maior rendimento de biopetróleo 68%m/m com 42,1 MJ kg1  PCS. Além disso, foram desenvolvidas  duas  análises  de  sensibilidade,  a  primeira  para  avaliar  o  efeito  do  tempo  antes  da colheita da biomassa de microalgas e uma segunda que visou compreender a influência da demanda de calor no LHT. O retorno sobre o investimento em energia (EROI) variou de 0,8  a  2,4  MJ  MJ1CED  nos  cenários  avaliados.  O  tempo  de  colheita  tardia  considerada na  análise  de  sensibilidade  aumentou  a  demanda  de  energia  em  84%  e  a  pegada  de  carbono em 70% em NG-HL. Além disso, a demanda de calor no LHT ´e um parâmetro chave no  desempenho  energético  e  ambiental  do  biopetróleo,  que  variou  de  -19–30%  na  análise de sensibilidade das categorias avaliadas ao mudar de 5,9 MJ kg1 em LHT para 3–10 MJ  kg1.   Foi  identificado  que  a  biomassa  de  microalgas  para  produção  de  bioeptróleo com  a  utilização  fonte  de  calor  residual  pode  reduzir  a  demanda  de  energia  e  a  pegada de carbono.  A abordagem proposta neste estudo apoia a tomada de decisão na LHT com base  na  composição  da  biomassa,  tempo  de  cultivo  antes  da  colheita  e  demanda  de  calor na LHT para reduzir a demanda de energia e a pegada de carbono de bioprodutos de microalgas.   Devido  `a  necessidade  de  otimização  de  parâmetros  técnicos,  como  a  eficiência  da  produção  e  custos  operacionais,  a  implementação  na  cadeia  de  abastecimento de  biopetróleo  a  partir  de  microalgas  enfrenta  desafios  em  escala  comercial,  que  reflete  a necessidade de estudos posteriores.


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  • The transition to a more sustainable energy matrix with less impact is a global objective, and bioenergies play a significant role in this transition. Finding opportunities for improvements in the production and consumption of energy resources supports increased energy efficiency and lessens its impact on the environment. This study carried out a Life Cycle Assessment (LCA) to identify the energy demand and carbon footprint in the pro- duction of biopetroleum by hydrothermal liquefaction (LHT). The species Scenedesmus acutus (SC),Chlorella vulgaris (CV), and  Nannochloropsis granulata (NG) were considered for the comparison of three microalgae biomass production scenarios: high protein content (HP), high carbohydrate  (HC), and high lipid (HL). The reference flow was 1 kg of microalgae biomass in total processed solids in HTL. The ecoinvent™ 3.6 database and assessment methods for cumulative energy demand (CED) in megajoules (MJ) and global warming potential (IPCC-2021 – 100-year GWP) in kilograms of carbon dioxide equivalent (kg CO2eq ) were used in openLCA® 1.11.0. The most favorable scenario was the NG- HL, which presented the lowest energy demand and carbon footprint, 19.1 MJ kg1 and 0.85 kg CO2eq /kg of biopetroleum, respectively. NG-HL achieved the highest biopetroleum yield, 68.3%m/m, with 42.1 MJ kg1 HHV. In addition, two sensitivity analyzes were developed, the first to obtain more realistic values from the literature regarding the cultivation time before harvesting and the second aimed at understanding the influence of heat demand on the HTL. The return on energy investment (EROI) ranged from 0.8 to 2.4 in the evaluated scenarios. The late harvest time considered in the sensitivity analysis increased the energy demand by 84% and the carbon footprint by 70% in NG-HL. In addition, the heat demand in the HTL is a key parameter in the energy and environmental performance of the biopetroleum, which ranged from -19–30% in the sensitivity analysis of the evaluated categories when changing from 5.9  MJ kg1  in  HTL for 3 –10 MJ kg1. It has been shown that microalgae biomass for biopetroleum production using waste heat sources can reduce energy demand and carbon footprint. The approach proposed in this study supports decision-making in HTL based on biomass composition, growing time before harvest, and heat demand in HTL to reduce the energy demand and carbon footprint of microalgae bioproducts. Due to the need to optimize technical parameters, such as production efficiency and operating costs, the implementation of biopetroleum from microalgae in the supply chain faces challenges on a commercial scale, which reflects the need for further studies.

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  • LARISSA SOARES LIMA
  • OBTENÇÃO DE CATALISADORES DE NÍQUEL E CÉRIO PARA A DESIDROGENAÇÃO DO ETANO COM DIÓXIDO DE CARBONO

  • Orientador : MARIA DO CARMO RANGEL SANTOS VARELA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CAIO LUIS SANTOS SILVA
  • CARLOS AUGUSTO DE MORAES PIRES
  • MARIA DO CARMO RANGEL SANTOS VARELA
  • SIMONE PEREIRA DE LIMA
  • Data: 11/09/2023

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  • Nos últimos anos, a crescente demanda por olefinas leves, como o eteno e o propeno, estimulou o desenvolvimento de pesquisas focadas na obtenção de novas rotas de processo. O craqueamento a vapor é a principal via comercial, mas ocorre em temperaturas elevadas, tornando esse processo aquele de maior consumo energético da indústria química. Dessa forma, as rotas alternativas, como a desidrogenaçãooxidativa catalítica do etano com dióxido de carbono, vem despertando o interesse mundial em razão das suas vantagens econômicas e ambientais. Essa reação é favorecida termodinamicamente em temperaturas mais baixas quando comparada à rota tradicional. No entanto, a chave para sua execução de forma lucrativa está relacionada com o desenvolvimento de um catalisador eficaz, ativo e seletivo ao produto principal.Sendo assim, o presente trabalho propõe a síntese, caracterização e avaliação de catalisadores baseados em óxidos de níquel e cério, com diferentes razões molares, preparados através do método sol-gel. As amostras foram caracterizadas por espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, difração de raios X, medida de área superficial específica, espectroscopia Raman, termogravimetria, redução à temperatura programada, dessorção de amônia à temperatura programada e avaliados na desidrogenação do etano com dióxido de carbono. Os catalisadores apresentaram elevadas áreas superficiais específicas quando comparados materiais similares descritos na literatura. A fase cúbica do óxido de cério e a fase cúbica do óxido de níquel foram identificadas em todas as amostras. Através dos Espectros Raman, foi verificado o modo vibracional (F2g) da estrutura fluorita cúbica do óxido de cério, embora tais bandas possam também estar associadas ao óxido de níquel, corroborando com os dados de DRX, sugerindo que não houve formação de uma solução sólida entre os óxidos, e que o óxido de níquel se encontra como fase segregada. A adição do óxido de níquel nos catalisadores proporcionou o aumento do consumo de hidrogênio e consequentemente, o aumento da velocidade de redução em baixas e elevadas temperaturas, viabilizando a redução do óxido de cério em temperaturas mais baixas, enquanto a amostra com maior teor de níquel apresentou maior redutibilidade de espécies de níquel localizadas no bulk do sólido. Os catalisadores exibiram uma maior quantidade de sítios ácidos fracos e médios, e conforme o teor de níquel aumenta, a acidez de Lewis dos catalisadores tende a diminuir. A presença do óxido de cério aumentou a quantidade de sítios de superfícies insaturadas, agindo como ácidos de Lewis fracos, facilitando a dessorçãodo eteno na ODHE, sendo benéfico para o aumento da seletividade ao eteno. A amostra NC2 foi avaliadacataliticamente na desidrogenação do etano com CO2 apresentando seletividade igual a 60%, e valores de conversão e rendimento iguais a 7,5% e 4,5%, respectivamente. De acordo com as observações deste trabalho, os catalisadores mássicos baseados em óxidos de níquel e cério mostram-se promissores para uma futura aplicação na reação de desidrogenação oxidativa catalítica do etano.


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  • In recent years, the growing demand for light olefins, such as ethylene and propylene, has stimulated the development of research focused on obtaining new process routes. Steam cracking is the main commercial route, but it takes place at high temperatures, making this process the most energy-intensive in the chemical industry. Thus, alternative routes, such as the catalytic oxidative dehydrogenation of ethane with carbon dioxide, have been attracting worldwide interest due to their economic and environmental advantages. This reaction is thermodynamically favored at lower temperatures when compared to the traditional route. However, the key to its profitable execution is related to the development of an effective catalyst, active and selective to the main product. Therefore, this work proposes the synthesis, characterization and evaluation of catalysts based on nickel and cerium oxides, with different molar ratios, prepared through the sol-gel method. The samples were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, specific surface area measurement, Raman spectroscopy, thermogravimetry, temperature programmed reduction, temperature programmed ammonia desorption and evaluated in the dehydrogenation of ethane with carbon dioxide . The catalysts showed high specific surface areas when compared to similar materials described in the literature. The cubic phase of cerium oxide and the cubic phase of nickel oxide were identified in all samples. Through Raman spectra, the vibrational mode (F2g) of the cubic fluorite structure of cerium oxide was verified, although such bands may also be associated with nickel oxide, corroborating the XRD data, suggesting that there was no formation of a solid solution between the oxides, and that nickel oxide is found as a segregated phase. The addition of nickel oxide in the catalysts provided an increase in hydrogen consumption and, consequently, an increase in the reduction speed at low and high temperatures, enabling the reduction of cerium oxide at lower temperatures, while the sample with higher nickel content showed greater reducibility of nickel species located in the bulk of the solid. The catalysts exhibited a greater amount of weak and medium acid sites, and as the nickel content increases, the Lewis acidity of the catalysts tends to decrease. The presence of cerium oxide increased the number of unsaturated surface sites, acting as weak Lewis acids, facilitating the desorption of ethylene in the ODHE, being beneficial for increasing the selectivity to ethylene. The NC2 sample was evaluated catalytically in the dehydrogenation of ethane with CO2 showing selectivity equal to 60%, and conversion and yield values equal to 7.5% and 4.5%, respectively. According to the observations of this work, bulk catalysts based on nickel and cerium oxides show promise for future application in the catalytic oxidative dehydrogenation reaction of ethane

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  • JACQUELINE ARNAUTOVIC NASCIMENTO
  • OTIMIZAÇÃO DE CONDIÇÕES OPERACIONAIS DE UM SISTEMA DE TROCADORES DE CALOR EM SÉRIE PARA RECUPERAÇÃO DE MONOCLORETO DE VINILA

  • Orientador : REGINA FERREIRA VIANNA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • REGINA FERREIRA VIANNA
  • SILVANA MATTEDI E SILVA
  • Rita Cristina Carvalho Marinho
  • Data: 27/09/2023

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  • Reações químicas não apresentam conversão total das matérias primas, sendo importante recuperar e se possível reutilizá-las no processo industrial, de forma a reduzir emissões ao meio ambiente causados pelas substâncias não convertidas e  que são descartadas como resíduos sólidos, efluentes ou queima de vapores.

    Esse trabalho visa a otimização operacional do processo de recuperação do monômero monocloreto de vinila (MVC) de uma corrente de ar e de nitrogênio em um sistema que consiste em três estágios de resfriamento utilizando condensadores. O MVC advém da reação de polimerização do policloreto de vinila (PVC) cuja conversão aproximada é de 85%. O MVC não convertido é encaminhado para um sistema onde é recuperado por condensação da corrente de gases para posterior uso como parte da carga inicial de uma nova batelada. Os gases não condensados são incinerados utilizando como combustível gás natural.

    Para a avaliação do sistema foi adotado o software Aspen Plus® vs. 11 para a modelagem termodinâmica dos dados de equilíbrio referente ao ponto de orvalho em conjunto com dados compilados de trabalhos similares na literatura. A validação da simulação do sistema foi realizada em conjunto de dados de uma unidade real de produção de PVC, e com análise de sensibilidade paramétrica foram identificadas as variáveis que influenciam a condensação do MVC, permitindo a otimização através da estruturação de função objetivo. 

    Após a identificação das otimizações possíveis de serem implantadas na unidade fabril, foi realizado plano de teste que em poucos meses trouxe capturas ambientais e econômicas. A melhoria implantada foi a elevação da pressão de operação da área, o que facilitou o processo de condensação do MVC em 7,5t em 3 meses, o que representou a redução de 13t de CO2 equivalente, além da possibilidade de reduzir 53t CO2 equivalente no ano e uma economia de R$ 75 mil por ano.

    Para estudos futuros foi proposta modificação no sistema que possibilitaria reduzir a quantidade de nitrogênio encaminhado ao sistema de recuperação de monômero, consequentemente reduzindo a perda de MVC. A avaliação inicial demonstrou ser possível capturar 1.080t de CO2 equivalente no ano e uma economia de R$ 1,6 milhões por ano, sendo por isso recomendado uma avaliação mais detalhada a partir de um estudo técnico e econômico.


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  • Chemical reactions do not present total conversion of raw materials, being important to recover and if possible, reuse them in the industrial process, to reduce emissions to the environment caused by unconverted substances that are discarded as solid waste, effluents or burning vapors.

    This work aims at the operational optimization of the recovery process of vinyl chloride monomer (VCM) from an air and nitrogen stream in a three-stage cooling system using condensers. VCM comes from the polymerization reaction of polyvinyl chloride (PVC), which is approximately 85% converted. The unconverted is routed to a system where it is recovered by condensation of the gas stream for later use as part of the initial charge of a new batch. The remaining gases are incinerated using natural gas as fuel.

    To evaluate the system, the Aspen Plus® vs. software was used for thermodynamic modeling of the dew point equilibrium data in conjunction with data compiled from similar works in the literature. The validation of the simulation was performed on a set of data from a real PVC production unit, and the variables that influence the VCM condensation were identified by parametric sensitivity analysis, that allowed the optimization through the structuring of objective function.  

    After the identification of possible optimizations to be implemented in the plant, a test plan was carried out that in a few months brought environmental and economical captures. The implemented improvement was the increase of the area's operation pressure, which facilitated the VCM condensation process by 7.5t in 3 months and that represented a reduction of 13t of CO2 equivalent, besides the possibility of reducing 53t CO2 equivalent in the year and a savings of R$ 75 thousand per year. 

    For future studies, it is proposed a modification in the system to reduce the amount of nitrogen that it is sent to the monomer recovery system, consequently reducing the loss of VCM. The initial evaluation demonstrated that it is possible to capture 1,080t of CO2 equivalent per year and a savings of R$ 1.6 million per year, so a more detailed evaluation from a technical and economic study is recommended.

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  • THAMYRIS QUEIROZ SILVA SAMPAIO
  • AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DOS EXTRATIVOS HIDROFÍLICOS DE BIOMASSAS NAS COMPOSIÇÕES DOS BIO-ÓLEOS, VISANDO UMA APLICAÇÃO FUTURA JUNTO AO PETRÓLEO.

  • Orientador : CARLOS AUGUSTO DE MORAES PIRES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS AUGUSTO DE MORAES PIRES
  • LEILA MARIA AGUILERA CAMPOS
  • KLEBERSON RICARDO DE OLIVEIRA PEREIRA
  • JOSE MARIO FERREIRA JUNIOR
  • SIRLENE BARBOSA LIMA
  • Data: 06/12/2023

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  • Dentre as diversas técnicas disponíveis para a transformação da biomassa, a pirólise tem atraído muita atenção para a conversão de biomassa lignocelulósica (celulose, hemicelulose e lignina) em produtos sólidos, líquidos e gasosos por decomposição térmica de forma eficiente. O bio-óleo obtido da pirólise da biomassa é utilizado como combustível e produtos químicos e tanto seu rendimento quanto sua composição dependem do tipo de biomassa e dos parâmetros operacionais do processo. Este trabalho tem como objetivo investigar a influência de extrativos hidrofílicos no rendimento e composição do bio-óleo obtido a partir da pirólise das biomassas de resíduo de sisal, bagaço de cana-de-açúcar e resíduo de eucalipto. Esses extrativos foram analisados por FTIR e por CG-MS a fim de obter uma melhor compreensão dos seus constituintes. Também foram realizados experimentos de micropirólise à 550°C da biomassa original, da biomassa extraída e de seus respectivos extrativos. A extração com água e etanol teve efeito significativo na composição dos bio-óleos produzidos. O resíduo de sisal apresentou teor de extrativos de até 69,3%, o que contribuiu para a formação de uma proporção significativamente maior de hidrocarbonetos alifáticos de cadeia longa e compostos nitrogenados, distintos dos outros resíduos. O teor de alcanos e alcenos no bio-óleo original de resíduo de sisal foi de 17,2% e 19,1%, enquanto diminuíram para 0,8 % e 15,9% para a biomassa extraída, respectivamente. A pirólise dos extrativos no bagaço da cana-de-açúcar e no resíduo de eucalipto formaram alguns oxigenados graxos de cadeia longa e menos compostos nitrogenados. Os bio-óleos derivados destas duas biomassas continham oxigenados como compostos dominantes, no entanto, tinham uma menor fração de constituintes pesados e menores teores de oxigênio comparado com o bio-óleo do resíduo de sisal. Enquanto os bio-óleos derivados do bagaço de cana-de-açúcar e do resíduo de eucalipto exibiram maiores teores de aldeídos, em torno de 23%, o bio-óleo proveniente do resíduo de sisal continha aproximadamente 47% de hidrocarbonetos. Por fim, os extrativos também exerceram uma influência na concentração de CO2, conforme evidenciado pelas notáveis variações na faixa de 52,6% a 75,3% deste composto durante a pirólise dos extrativos das biomassas. Portanto, a maior parte dos alcanos no óleo deriva principalmente da decomposição de triglicerídeos e hidrocarbonetos existentes nos extrativos de biomassa. Os resultados podem ser úteis para estudar a origem dos alcanos e derivados do benzeno no óleo obtido da biomassa por pirólise rápida.


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  • Among the various techniques available for biomass transformation, pyrolysis has attracted much attention for the efficient conversion of lignocellulosic biomass (cellulose, hemicellulose, and lignin) into solid, liquid, and gaseous products by thermal decomposition. The bio-oil obtained from biomass pyrolysis is used as fuel and chemical products. Its yield and composition depend on the biomass type and the process's operational parameters. This work investigates the influence of hydrophilic extractives on the yield and composition of bio-oil obtained from biomass pyrolysis from sisal residue, sugarcane bagasse, and eucalyptus residue. FTIR and GC-MS analyzed these extractives to understand their constituents better. Micropyrolysis experiments were also carried out at 550°C of the original biomass, the extracted biomass, and their respective extractives. Extraction with water and ethanol significantly affected the composition of the bio-oil produced. The sisal residue had an extractive content of up to 69.3%, which contributed to forming a significantly higher proportion of long-chain aliphatic hydrocarbons and nitrogen compounds, distinct from other residues. The content of alkanes and alkenes in the original sisal waste bio-oil was 17.2% and 19.1%, while they decreased to 0.8% and 15.9% for the extracted biomass, respectively. The pyrolysis of extractives in sugarcane bagasse and eucalyptus residue formed some long-chain fatty oxygenates and fewer nitrogenous compounds. The bio-oils derived from these two biomasses contained oxygenates as dominant compounds; however, they had a smaller fraction of heavy components and lower oxygen contents than the bio-oil from sisal residue. While bio-oils derived from sugarcane bagasse and eucalyptus residue exhibited higher aldehyde contents, around 23% of the bio-oil from sisal residue contained approximately 47% of hydrocarbons. Finally, extractives also influenced CO2 concentration, as evidenced by notable variations in the range of 52.6% to 75.3% of this compound during the pyrolysis of biomass extractives. Therefore, most of the alkanes in the oil are derived mainly from the decomposition of triglycerides and hydrocarbons in biomass extractives. The results may be useful in studying the origin of alkanes and benzene derivatives in oil obtained from biomass by fast pyrolysis.

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  • ARTHUR LIMA MACHADO DE SANTANA
  • Recuperação de bio-óleo proveniente do resíduo do sisal em um sistema de leito fixo.

  • Orientador : CARLOS AUGUSTO DE MORAES PIRES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS AUGUSTO DE MORAES PIRES
  • ROBERTO BATISTA DA SILVA JUNIOR
  • ROSANGELA REGIA LIMA VIDAL
  • SIRLENE BARBOSA LIMA
  • Data: 15/12/2023

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  • Diversos esquemas de sistemas de recuperação do bio-óleo proveniente de pirólise rápida são encontrados na literatura, sendo que a maioria deles envolvem trocadores de calor e/ou precipitadores eletrostáticos. Porém, existem bio-óleos que possuem elevada taxa de incrustação, o que torna sua coleta difícil por métodos convencionais. Este é o caso do bio-óleo do resíduo sólido do sisal que possui uma das maiores viscosidades e ponto de fluidez já estudados. O objetivo desse trabalho é avaliar um novo processo de recuperação de bio-óleo proveniente do resíduo sólido do sisal, baseado em uma série de leitos fixos, acoplados a trocadores de calor casco e tubo. O novo sistema de recuperação minimizou as incrustações a partir da redução de curvas acentuadas e de conexões, que são as principais responsáveis por este evento. Este sistema possui dois trocadores de calor, seguido de cinco vasos em série, que contém os leitos, e acompanhados a mais dois trocadores de calor. O primeiro tipo de experimento foi realizado com leitos de esferas de vidro, cuja recuperação do bio-óleo incrustado no leito foi realizada a partir do escoamento do fluido previamente aquecido; já o segundo tipo de experimento foi conduzido em leitos de água, cujo bio-óleo acumulado foi conduzido para o exterior da planta juntamente com o líquido. Foram realizados uma série de operações em uma planta piloto de pirólise rápida baseadas em planejamentos fatoriais compostos centrais, buscando verificar a eficiência dos sistemas em diferentes temperaturas e vazões de biomassa. Além disso, foram realizadas análises de FTIR, CG-MS e NMR nas amostras de bio-óleo e água obtidos, a fim de estudar a capacidade de separação química de cada um dos sistemas. Os resultados desse trabalho mostraram que o método de recuperação baseado em leitos fixos de esferas de vidro obteve o melhor rendimento de bio-óleo (15,08% a 550 oC e 1,556 kg/h), sem apresentar quaisquer tipos de instabilidades operacionais devido às incrustações no sistema. Por outro lado, não houve diferenças químicas significativas na composição das amostras de bio-óleo entre os leitos. Já com o leio d’água, o rendimento foi baixo (6,8%) e, apesar de recuperar espécies hidrofílicas na fase aquosa, gerou uma quantidade significativa de efluentes líquidos. O método de recuperação através de leitos de esferas se mostrou promissor, principalmente no que tange a eficiência, redução drásticas de incrustações e ausência de efluentes líquidos, se comparado com o sistema de coluna d’água.


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  • Several schemes for recovery systems for bio-oil from fast pyrolysis are found in the literature, most of which involve heat exchangers and/or electrostatic precipitators. However, some bio-oils have a high fouling rate, making their collection difficult using conventional methods. This is the case of bio-oil from solid sisal residue, which has one of the highest viscosities and pour points ever studied. This work evaluates a new process for recovering bio-oil from solid sisal residue based on a series of fixed beds coupled to shell and tube heat exchangers. The new recovery system minimized fouling by reducing sharp curves and connections, which were mainly responsible for this event. This system has two heat exchangers, followed by five vessels in series, which contain the beds and are accompanied by two more heat exchangers. The first type of experiment was carried out with beds of glass spheres, whose bio-oil was recovered in the bed by flowing the previously heated fluid. The second type of experiment was conducted in beds of water, whose accumulated bio-oil was taken to the outside of the plant along with the liquid. A series of operations were carried out in a fast pyrolysis pilot plant based on central composite factorial planning, seeking to verify the efficiency of the systems at different temperatures and biomass flow rates. Furthermore, FTIR, GC-MS, and NMR analyses were carried out on the bio-oil and water samples obtained to study the chemical separation capacity of each of the systems. This work showed that the recovery method based on fixed beds of glass spheres received the best bio-oil yield (15.08% at 550 oC and 1.556 kg/h) without presenting any operational instabilities due to encrustations in the system. On the other hand, there were no significant chemical differences in the composition of the bio-oil samples between the beds. With the water bed, the yield was low (6.8%), and despite recovering hydrophilic species in the aqueous phase, it generated a significant amount of liquid effluents. The recovery method using sphere beds proved to be promising, especially in terms of efficiency, drastic reduction in scale, and absence of liquid effluents, compared to the water column system.

Teses
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  • Alisson Dias da Silva Ruy
  • Avaliação Econômica e Ambiental de um Novo Processo de Produção de 1,3-Propanodiol a Partir do Glicerol Bruto

     
  • Orientador : LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • RAFAEL LUQUE ALVAREZ DE SOTOMAYOR
  • ANTONIO ESIO BRESCIANI
  • ANA ISABEL CERQUEIRA DE SOUSA GOUVEIA CARVALHO
  • LUCAS GUIMARÃES CARDOSO
  • LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • RITA MARIA DE BRITO ALVES
  • Data: 24/07/2023

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  • A grande disponibilidade do glicerol oriundo do biodiesel aparece como uma oportunidade econômica para seu uso como matéria prima de baixo custo na obtenção de químicos de alto valor agregado. O 1,3-Propanodiol (1,3-PDO) é uma especialidade química de interesse comercial na produção de polímeros de alto desempenho, obtido a partir da glicose por um processo biotecnológico industrial .  O uso do glicerol  permite expandir as aplicações dando maior competitividade comercial ao  1,3-PDO  . Nesse contexto, este trabalho faz uma avaliação do mercado atual e perspectivas de crescimento para o glicerol, propõe um novo projeto de processo para produzir 1,3-PDO através da hidrogenólise do glicerol sobre um catalisador de Pt-S/MMT, seguido de uma avaliação econômica (EVTE) e ambiental (ACV) comparativa com o processo biotecnológico comercial existente. O processo catalítico foi desenvolvido utilizando como ferramenta o programa Aspen Plus® e a análise do ciclo de vida (ACV) foi realizada a partir da base de dados da Ecoinvent e simulada pelo SimaPro®, utilizando o TRACI e o Environment Footprint como métodos de avaliação dos impactos ambientais. O novo processo  atingiu um VPL/INV de 2,03 e uma TIR de 38%. A rota catalítica foi mais viável economicamente que rota biotecnológica. O custo de produção foi 18% menor na rota catalítica, resultante, principamnete,  do menor investimento para construção da nova planta e menor demanda de energia durante a operação. A rota catalítica proposta  resultou em menores impactos ambientais com diferencial na ecotoxicidade,  escassez de fontes fósseis e o uso da água. O ganho ambiental nessas categorias  está associado ao menor comsumo de gás natural e água. Verificou-se que a purificação do glicerol é a etapa do processo que mais contribui para os impactos ambientais devido ao uso do NaOH como catalisador homogêneo na produção de biodiesel e do glicerol. A substituição por um catalisador um catalisador heterogêneo, como a zeólita Y, pode aumentar o rendimento do processo e os diminuir os  impactos ambientais na separação do glicerol, com redução significativa da quantidade de resíduos gerados. O processo de  obtenção de 1,3-PDO a partir do glicerol tem escalabilidade e pode representar uma rota competitiva com a produção biotecnológica comercial,  tornando o produto uma commodity.

     

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  • The abundant availability of biodiesel-based glycerol presents an economic opportunity for its use as a low-cost raw material to produce high-value chemicals. 1,3-propanediol (1,3-PDO) is a specialty chemical of commercial interest in the production of high-performance polymers and is obtained from glucose through an industrial biotechnological process. The use of glycerol allows for the expansion of 1,3-PDO applications, leading to increased commercial competitiveness. In this context, this work evaluates the current market and growth prospects for glycerol and 1,3-PDO and proposes a new process for producing 1,3-PDO through the hydrogenolysis of glycerol using a Pt-S/MMT catalyst, followed by a comparative technical and economic feasibility study (TEFS) and a comparative life cycle assessment (LCA) with a representation of the existing commercial biotechnological process. The catalytic route was developed using the Aspen Plus® software, and the LCA was performed based on the Ecoinvent database and simulated by SimaPro®. The TRACI and Environment Footprint methods were used to evaluate environmental impacts. The proposed catalytic route yielded better results than the biotechnological route, both from an economic and environmental perspective. The proposed route demonstrates cost-effectiveness and competitiveness compared to the biotechnological route. It achieved a net present value to investment ratio (NPV/INV) of 2.03, an internal rate of return (IRR) of 38%, and a 1,3-PDO production cost 18% lower than that of the biotechnological route. This is mainly due to the lower investment required for constructing the new plant and lower energy demand during operation. The proposed catalytic route resulted in reduced environmental impacts, particularly in terms of ecotoxicity, fossil fuel scarcity, and water usage, compared to the biotechnological route. The environmental benefits in these categories are attributed to the lower consumption of natural gas and water. The purification of glycerol was identified as the process step with the highest contribution to environmental impacts, primarily due to the use of NaOH as a homogeneous catalyst in biodiesel production and glycerol purification. Substituting it with a heterogeneous catalyst such as zeolite Y can increase process yield and reduce environmental impacts during glycerol separation, significantly reducing the amount of waste generated. The process of obtaining 1,3-PDO from glycerol is scalable and can represent a competitive route alongside commercial biotechnological production, which makes the product into a commodity.

     

     
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  • EDUARDO RAMOS BRAGA
  • Desenvolvimento de novo processo de produção de acrilonitrila a partir do glicerol

     
     
     
  • Orientador : LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • NEWTON LIBANIO FERREIRA
  • FERNANDO LUIZ PELLEGRINI PESSOA
  • GEORGE SIMONELLI
  • LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • SILVANA MATTEDI E SILVA
  • Data: 10/08/2023

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  • O glicerol é o principal subproduto da indústria de biodiesel e novas rotas tecnológicas vêm sendo estudadas para o seu aproveitamento devido ao aumento da produção mundial do biocombustível. Uma das possíveis aplicações é na produção de acrilonitrila. Industrialmente, a acrilonitrila é obtida a partir da amoxidação do propeno e utilizada na obtenção de fibras sintéticas e resinas. O alto custo do propeno incentivou estudos para a obtenção da acrilonitrila via amoxidação do glicerol, que é uma matéria prima sustentável e de menor valor comercial. A acetonitrila é um coproduto de alto valor comercial que pode ser comercializada após purificação. Neste contexto, este trabalho desenvolveu um novo processo de produção da acrilonitrila (com pureza comercial de 99,5% m/m) e acetonitrila de alta pureza até o grau HPLC (pureza de 99,9% m/m) a partir do glicerol. A síntese do processo parte do glicerol bruto que foi purificado antes de alimentar o reator de desidratação. A acrilonitrila e a acetonitrila produzidas foram separadas até a especificação para comercialização. A otimização do processo foi realizada utilizando redes neurais artificiais e algoritmo genético visando as melhores condições de projeto/operação para maior economicidade. A análise de risco utilizando simulação de Monte Carlo verificou que o novo processo é economicamente viável nos cenários testados (que consideram variações simultâneas nos preços de matérias-primas, produtos e insumos), satisfazendo os critérios econômicos (VPL/Investimento Total >=2 e TIR >= 21,5%) em 73% dos cenários testados. Por fim, uma comparação econômica com o processo convencional (via propeno) foi realizada e constatou-se que o novo processo tem potencial para ser mais viável em termos econômicos.

     
     
     

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  • Glycerol is the main by-product of the biodiesel industry and new technological routes have been studied for its use due to the increase in world production of the biofuel. One of the possible applications is in the production of acrylonitrile. Industrially, acrylonitrile is obtained from the ammoxidation of propylene and used to obtain synthetic fibers and resins. The high cost of propylene encouraged studies to obtain acrylonitrile via glycerol ammoxidation, which is a sustainable raw material with less commercial value. Acetonitrile is a co-product of high commercial value that can be commercialized after purification. In this context, this work developed a new production process of acrylonitrile (with commercial purity of 99.5% m/m) and high purity acetonitrile up to HPLC grade (purity of 99.9% m/m) from glycerol. The process synthesis starts from the crude glycerol that was purified before feeding the dehydration reactor. The acrylonitrile and acetonitrile produced were separated until the specification for commercialization. The process optimization was carried out using artificial neural networks and genetic algorithm aiming at the best design/operation conditions for greater economy. The risk analysis using Monte Carlo simulation verified that the new process is economically viable in the tested scenarios (which consider simultaneous variations in the prices of raw materials, products and inputs), satisfying the economic criteria (NPV/Total Investment >=2 and IRR >= 21,5%) in 73% of the scenarios tested. Finally, an economic comparison with the conventional process (via propylene) was performed and it was found that the new process has the potential to be more viable in economic terms.

     
     
     
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  • JÔSY SUYANE DE BRITO SOUZA
  • Tratamento de água produzida utilizando microemulsão formulada a partir de tensoativos de origem vegetal

  • Orientador : LUIZ CARLOS LOBATO DOS SANTOS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ CARLOS LOBATO DOS SANTOS
  • ANA CRISTINA MORAIS DA SILVA
  • GEORGE SIMONELLI
  • KLEBERSON RICARDO DE OLIVEIRA PEREIRA
  • CAETANO MORAES
  • ACTO DE LIMA CUNHA
  • Data: 10/08/2023

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  • Água produzida (AP) é um efluente oriundo da extração de petróleo. Junto com o crescimento dessa exploração, há o aumento da preocupação ambiental dos órgãos responsáveis, especialmente em relação à qualidade das águas residuais descartadas deste tipo de atividade, que traz duas grandes problemáticas: sua composição, pois a mesma possui um alto teor de óleos e graxas (TOG) e de salinidade, e seu volume expressivo. Tais características dificultam sua disposição final, fazendo-se necessário gerenciar adequadamente a AP, ou seja, aplicar ações como caracterização, tratamento, descarte ou reinjeção. Este estudo propõe um tratamento de água produzida utilizando microemulsões (ME) com tensoativos de origem vegetal, com o objetivo de reduzir dois fatores principais, TOG e salinidade. A decisão de usar um tensoativo de origem vegetal como alternativa a um tensoativo a base de petróleo foi feita para reduzir os efeitos negativos do processo geral no meio ambiente. O sabão de coco, tensoativo usado na ME formulada, foi selecionado após testar uma variedade de tensoativos de origem vegetal. Os outros componentes usados na formulação da ME foram 2-butanol, como cotensoativo (C), hexano como fase oleosa e água salina a 2% de NaCl, como fase aquosa. O ponto de ME utilizado no tratamento da água foi definido pelo planejamento da mistura D-ótimo, composto por 85% C/T, 2,5% fase oleosa e 12,5% fase água, com razão C/T de 4. Além disso, utilizou-se um planejamento experimental fatorial completo com combinações de três variáveis (tempo, temperatura e porcentagem de microemulsão) e repetição do ponto central para selecionar a maior redução em TOG e salinidade e as melhores condições foram aplicadas na água produzida real. De acordo com os resultados, os valores de redução do TOG variaram de 90,97 a 97,78%, os valores reais variaram de 14,33 a 3,52 mg/L. Esses valores estão dentro dos limites estabelecidos pelos órgãos ambientais, CONAMA, US EPA e Comissão OSPAR, para o descarte de água produzida no mar. Além disso, a redução da salinidade variou de 44,37 a 52,17%, os valores reais variaram de 31660,35 a 27221,19 mg/L. A redução da salinidade da água sintética produzida tratada com microemulsão neste trabalho apresentou melhores resultados quando comparada a literatura que utilizou ME com tensoativo não biodegradável à base de petróleo em sua composição. Quanto a água produzida real (APR), a redução do TOG foi bem significativa, passando de 138,95 mg/L para 12,54 mg/L em média, atingindo uma redução de 90,98%. A redução de salinidade da APR também foi bastante significativa, passando de 49376,47 para 25905,88 mg/L, obtendo assim, uma redução de salinidade de 47,53%. Portanto, pode-se dizer que a utilização de um tensoativo de origem vegetal e biodegradável na formulação da microemulsão para o tratamento da água produzida é tão eficaz na redução do TOG e da salinidade quanto os tensoativos à base de petróleo, que são mais nocivos ao meio ambiente.


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  • Produced water (PW) is an effluent from petroleum extraction. Along with the growth of this exploration, there is an increase in the environmental concern of the responsible bodies, especially in relation to the quality of wastewater discarded from this type of activity, which brings two major problems: its composition, as it has a high oils and greases content (OGC) and salinity, and its expressive volume. Such characteristics make its final disposal difficult, making it necessary to properly manage the PW, that is, to apply actions such as characterization, treatment, disposal, or reinjection. This study proposes a treatment of produced water using microemulsions (ME) with surfactants of vegetable origin, with the objective of reducing two main factors, OGC and salinity. The decision to use of surfactants of vegetable origin as an alternative to a petroleum-based surfactant was made to reduce the negative effects of the overall process on the environment. Coconut soap, the surfactant used in the formulated ME, was selected after testing a variety of surfactants of vegetable origin. The other components used in the ME formulation were 2-butanol, as co-surfactant (C), hexane as oil phase and 2% NaCl saline water as aqueous phase. The ME point used in the water treatment was defined by planning the D-optimal mixture, composed of 85% C/S, 2.5% oil phase and 12.5% water phase, with a C/S ratio of 4. In addition, a full factorial experimental design was used with combinations of three variables (time, temperature, and percentage of microemulsion) and repetition of the central point to select the greatest reduction in OGC and salinity and the best conditions were applied in the real produced water. According to the results, the OGC reduction values ranged from 90.97 to 97.78%, the actual values ranged from 14.33 to 3.52 mg/L. These values are within the limits established by environmental agencies, CONAMA, US EPA and OSPAR Commission, for the disposal of produced water at sea. In addition, the salinity reduction ranged from 44.37 to 52.17%, the actual values ranged from 31660.35 to 27221.19 mg/L. The reduction of the salinity of the produced synthetic water treated with microemulsion in this work presented better results when compared to the literature that used ME with non-biodegradable surfactant based on petroleum in its composition. As for real produced water (RPW), the reduction in OGC was very significant, going from 138.95 mg/L to 12.54 mg/L on average, reaching a reduction of 90.98%. The RPW salinity reduction was also quite significant, going from 49376.47 to 25905.88 mg/L, thus obtaining a salinity reduction of 47.53%. Therefore, it can be said that the use of a biodegradable vegetable oil-based surfactant in the microemulsion formulation for the treatment of produced water is as effective in reducing OGC and salinity as petroleum-based surfactants, which are more harmful to the environment. environment.

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  • FLAVIA SILVA CUNHA
  • COMPOSTAGEM COMO PRÉ-TRATAMENTO PARA O MELHORAMENTO DO BIO-ÓLEO DO RESÍDUO DE SISAL

     

  • Orientador : CARLOS AUGUSTO DE MORAES PIRES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CAIO LUIS SANTOS SILVA
  • CARLOS AUGUSTO DE MORAES PIRES
  • CESARIO FRANCISCO DAS VIRGENS
  • GEORGE SIMONELLI
  • SIRLENE BARBOSA LIMA
  • Data: 01/09/2023

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  • O presente trabalho estuda o melhoramento do bio-óleo produzido pela pirólise rápida do resíduo de sisal compostado. Os experimentos de compostagem foram realizados com três sistemas de resíduo e pó de fibra de sisal, formando misturas na proporção de 100:0 (COM01), 90:10 (COM02) e 75:25 (COM03), respectivamente. As compostagens ocorreram em 45 dias, com coletas semanais de amostras e posterior análises de composição da biomassa, temperatura dos leitos, análises elementares das biomassas, determinação de espécies metálicas, FTIR, DTA, TG/DTG. A transformação térmica da biomassa foi feita em um micropirolisador, com identificação imediata das espécies químicas por CG-MS, em temperaturas de 450°C e 550°C. Como resultados mais relevantes sobre as biomassas após a compostagem, percebeu-se reduções nos teores de extrativos (33-48%), da hemicelulose (70-80%) e da celulose (80-90%). Por outro lado, foi observado aumentos nos teores de lignina em todos os sistemas estudados. Além desses resultados, os processos de compostagem causaram reduções nos teores de oxigênio de 3% (COM01), 15% (COM02) e 13% (COM03). As micropirólises das biomassas compostadas foi seletiva para hidrocarbonetos, principalmente alcanos e alcenos, com aumentos de até 300%. Além disso, a compostagem proporcionou reduções nas concentrações de ácidos acéticos, ésteres, cetonas, aldeídos e fenólicos (> 50%) e eliminações de furanos nos bio-óleos. Os principais efeitos do aumento de temperatura de reação foram o aumento da produção de fenólicos, aromáticos e hidrocarbonetos cíclicos. Além desses resultados, a compostagem ajudou a reduzir as espécies oxigenadas do bio-óleo chegando a, aproximadamente, 70%. Esses resultados indicam que a compostagem pode produzir bio-óleo mais adequados para biorrefinarias, pois são ricos em hidrocarbonetos alifáticos e espécies não oxigenadas.

     


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  • The present work studies the improvement of bio-oil produced by fast pyrolysis of composted sisal residue. Composting experiments were performed with three sisal residue and sisal fiber powder systems, forming mixtures in proportions 100: 0 (COM01), 90:10 (COM02) and 75:25 (COM03), respectively. The composting occurred in 45 days, with weekly sample collections and subsequent analyses of biomass composition, bed temperature, elementary analysis of biomass, determination of metal species, FTIR, DTA, TG/DTG. The thermal transformation of biomass was made in a micropyrolysis reactor, with immediate identification of chemical species by GC-MS, at temperatures of 450°C and 550°C. As more relevant results about biomass after composting, reductions were noticed in extractive content (33-48%), hemicellulose (70-80%) and cellulose (80-90%). On the other hand, increases in lignin contents were observed in all studied systems. In addition to these results, composting processes caused reductions in 3% oxygen contents (COM01), 15% (COM02) and 13% (COM03). Composted biomasses micropyrolysis was selective for hydrocarbons, mainly alkanes and alkenes, with increases of up to 300%. In addition, composting provided reductions in acetic acid concentrations, esters, ketones, aldehydes and phenolics (> 50%) and furans eliminations in bio-oils. The main effects of the reaction temperature increase were increased production of phenolic, aromatic and cyclic hydrocarbons. In addition to these results, composting helped reduce oxygenated bio-oil species reaching approximately 70%. These results indicate that composting can produce more appropriate bio-oil for biorefinery as they are rich in aliphatic hydrocarbons and non-oxygenated species.

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  • JULIO VIANA MACHADO
  • ANÁLISE DO MERCADO E TECNOLOGIAS PARA PRODUÇÃO DE ÁCIDO GLUCÔNICO E ÁCIDO GLUCÁRICO VIA CATÁLISE HETEROGÊNEA

     
  • Orientador : LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ROSANGELA REGIA LIMA VIDAL
  • LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MARIA LUIZA ANDRADE DA SILVA
  • CAIO LUIS SANTOS SILVA
  • Antônio José Gonçalves da Cruz
  • JOSE GERALDO DE ANDRADE PACHECO FILHO
  • Data: 05/09/2023

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  • O mercado do ácido glucárico pode atingir o patamar de US$ 1,41 bilhões em 2028 devido à versatilidade de suas aplicações nas indústrias de alimentos, cuidados pessoais e fármacos, entre outras.  É obtido diretamente da glicose ou a partir do ácido glucônico, sobre catalisadores heterogêneos. O ácido glucônico tem mercado com patamar estimado em US$ 1,9 bilhões em 2028 e é utilizado como aditivo na indústria de alimentos, regulando a acidez e na indústria de produtos de limpeza. Neste trabalho, foi realizado um estudo do potencial do mercado dos ácidos glucônico e glucárico, uma avaliação crítica dos catalisadores heterogêneos, tecnologias e condições de operação de processo, tendo como matéria prima a partir da glicose. Foi avaliada a oxidação da glicose em uma única etapa reacional (one-pot) ao ácido glucárico e a oxidação parcial em duas etapas, obtendo na primeira etapa o ácido glucônico. Verificou-se que o ácido glucônico pode ser facilmente obtido empregando catalisadores contendo Au como fase ativa, suportados em materiais de carbono ou óxidos diversos atingindo rendimentos próximos a 100%, em meio fortemente básico (pH ≥ 9), e em condições brandas de temperatura e pressão. A reação one-pot da glicose ao ácido glucárico ocorre sobre catalisadores contendo Pt sobre diversos suportes, em pH levemente básico (pH = 7,2), elevadas pressões parciais de oxigênio (PO2 ≥ 10 bar) e temperaturas entre 353 e 373K, com rendimentos de até 82%, com formação de outros ácidos de menor valor agregado.  Sugere-se que o processo de produção do ácido glucárico possa ter maior rendimento e economicidade caso se utilize dois reatores em série, com a oxidação parcial da glicose ao ácido glucônico no primeiro reator e a reação de obtenção do ácido glucárico no segundo reator.

     

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  • The glucaric acid market could reach US$ 1.41 billion in 2028 due to the versatility of its applications in the food, personal care and pharmaceutical industries, among others. It is obtained directly from glucose or from gluconic acid, over heterogeneous catalysts. Gluconic acid has a market estimated at US$ 1.9 billion in 2028 and is used as an additive in the food industry, regulating acidity and in the cleaning products industry. In this work, a study of the market potential of gluconic and glucaric acids was carried out, a critical evaluation of heterogeneous catalysts, technologies and process operating conditions, having as raw material from glucose. The oxidation of glucose was evaluated in a single reaction step (one-pot) to glucaric acid and the partial oxidation in two steps, obtaining gluconic acid in the first step. It was found that gluconic acid can be easily obtained using catalysts containing Au as the active phase, supported on carbon materials or various oxides, reaching yields close to 100%, in a strongly basic medium (pH ≥ 9), and in mild temperature conditions. and pressure. The one-pot reaction of glucose to glucaric acid occurs over Pt-containing catalysts on various supports, at slightly basic pH (pH = 7.2), high oxygen partial pressures (PO2 ≥ 10 bar) and temperatures between 353 and 373K, with yields of up to 82%, with the formation of other acids of lower added value. It is suggested that the production process of glucaric acid may have greater yield and economy if two reactors are used in series, with the partial oxidation of glucose to gluconic acid in the first reactor and the reaction to obtain glucaric acid in the second reactor.

     
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  • LUIS GABRIEL GOMES PEREIRA
  • VALORIZAÇÃO DO BIO-ÓLEO DO RESÍDUO DE SISAL

  • Orientador : CARLOS AUGUSTO DE MORAES PIRES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS AUGUSTO DE MORAES PIRES
  • MARIA DO CARMO RANGEL SANTOS VARELA
  • LEILA MARIA AGUILERA CAMPOS
  • SIRLENE BARBOSA LIMA
  • ROBERTO BATISTA DA SILVA JUNIOR
  • JORGE OTÁVIO TRIERWEILER
  • Data: 15/09/2023

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  • O bio-óleo do resíduo de sisal, produzido por meio do processo de pirólise rápida em leito fluidizado, possui uma composição diferenciada, que se destaca pela alta viscosidade, elevado ponto de fluidez, baixa razão entre oxigênio e carbono (O/C) e o elevado teor de fenólicos. Porém, apesar de apresentar baixa concentração de espécies oxigenadas em relação a outros bio-óleos, ele ainda precisa ter suas características melhoradas, a fim de ser utilizado em biorrefinarias, para a produção de espécies químicas de interesse industrial. Sendo assim, o presente trabalho tem o objetivo de avaliar a redução das espécies oxigenadas no bio-óleo do resíduo de sisal a partir da manipulação das variáveis operacionais do processo de pirólise rápida e da sua transformação catalítica por meio de catalisadores do tipo Ni-Cu/Al-MCM-41. Inicialmente, as características do bio-óleo foram estudadas a partir da variação da vazão de N2 (8-9 Nm³/h), da temperatura de reação (450-500 ºC), da vazão de injeção de biomassa (610-1000 g/h) e da pressão total do sistema (50-1700 mmH2O). O bio-óleo que forneceu a menor razão O/C, além de possuir o maior teor de aromáticos, foi obtido com a vazão de N2 de 8 Nm³/h, temperatura de 450 °C, vazão de biomassa de 1000 g/h pressão do sistema de 50 mmH2O. O bio-óleo de maior teor de fenólicos (14,2 wt%), por sua vez, foi obtido com a menor vazão de N2 de 8 Nm³/h, vazão de biomassa 610 g/h e temperatura de reação de 500 ºC. Nesta última condição operacional, foi obtido um produto com menor peso molecular médio (~362 g/mol), o que indicou o favorecimento da despolimerização do bio-óleo. Em geral os teores de oxigênio obtidos foram muito menores do que os reportados para outros óleos de pirólise; enquanto o bio-óleo do resíduo do sisal obteve uma razão O/C de 0,13, sem catalisador, os outros óleos obtiveram 1,5, em média. Esses resultados preliminares mostraram que o bio-óleo do resíduo de sisal apresenta uma composição com altos teores de compostos fenólicos. Ele possui, portanto, grande potencial para a obtenção de biocombustíveis e/ou aromáticos e fenóis de alto valor agregado via modificação catalítica, devido ao baixo teor de oxigênio e alto grau de despolimerização.



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  • The sisal residue bio-oil, produced by the fast pyrolysis process in a fluidized bed, presented unusual viscosity and flow characteristics in relation to the typical bio-oils found in the literature. The characterization performed in the bio-oil showed that it has a differentiated composition, which stands out due to the low O/C ratio and the high phenolic content, which varied according to the process operating conditions. The present work has the objective of evaluating the reduction of oxygen species in the sisal residue bio-oil from the influence of the operational variables of the fast pyrolysis process and its catalytic transformation by Cu-Al/MCM-41 type catalysts. The bio-oils were produced from N2 (8-9 Nm³/h), reaction temperature (450-500 ºC), biomass injection flow rate (610-1000 g/h) and (50-1700 mmH2O). The bio-oil that provided the lowest oxygen-to-carbon ratio (O/C) elements, besides having the highest content of aromatics, was obtained with N2 flow rate of 8 Nm³/h, temperature of 450 °C, biomass flow rate of 1000 g/h and system pressure of 50 mmH2O. The bio-oil with the highest phenolic content (14,2 wt%), in turn, was obtained with the lowest N2 flow rate of 8 Nm³/h, biomass flow rate of 610 g/h and reaction temperature of 500 ºC. In this last operating condition, a product with a lower average molecular weight (~ 362 g/mol) was obtained, which indicated the favoring of the depolymerization of the bio-oil. In general, the oxygen contents obtained were much lower than those reported for pyrolysis oils; while the sisal residue bio-oil obtained an O/C ratio of 0,13, without catalyst, the other oils obtained 1,5 on average. These preliminary results showed that the sisal residue bio-oil presents a composition with high contents of phenolic compounds. It has, therefore, great potential for obtaining biofuels and/or aromatics and phenols of high added value through catalytic modification, due to the low oxygen content and high degree of depolymerization.


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  • SAIONARA LUNA
  • DESENVOLVIMENTO DE ADITIVOS NATURAIS PARA APRIMORAMENTO DAS PROPRIEDADES ANTIOXIDANTES E ANTICORROSIVAS DO BIODIESEL DE SOJA

  • Orientador : CARLOS ALBERTO CALDAS DE SOUSA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GEORGE SIMONELLI
  • CARLOS ALBERTO CALDAS DE SOUSA
  • MARCELO STROZI CILLA
  • JOSE JORGE MENDES DE FREITAS
  • GABRIELA SILVA CERQUEIRA
  • Data: 20/10/2023

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    O biodiesel é um combustível renovável e, quando de origem vegetal, funciona como um aliado na captura de CO2, oriundo da queima dos combustíveis. Porém, é susceptível a contaminação por umidade, microrganismos, traços de metais e entre outras impurezas, alterando suas propriedades iniciais. Por exemplo, o uso do biodiesel degradado em contato com peças e estruturas metálicas dos sistemas automotivos, podem ocasionar a corrosão. Como solução são acrescidos aditivos com efeitos antioxidante e anticorrosivo para melhorar a qualidade desse combustível. O efeito dos aditivos na estabilidade oxidativa e resistência à corrosão dos metais em meio a biodiesel, vem sendo amplamente investigado pela literatura acadêmica. No entanto, há informações limitadas sobre o efeito de aditivos de origem natural, oriundos de extratos vegetais, no incremento da resistência à corrosão do metal no biodiesel. O presente trabalho tem como objetivo investigar o efeito de aditivos multifuncionais tais como: extratos de alecrim, cúrcuma, gengibre, quebra-pedra e tomilho, adicionados ao biodiesel de soja (B100) em relação a corrosão e estabilidade oxidativa em contato com aço carbono (AISI 1020) puro, revestido com zinco por eletrodeposição e o mesmo revestimento imerso em ácido oxálico. O efeito dos aditivos na resistência à corrosão do aço foi avaliado por testes de imersão em B100 a 25 °C, ensaios eletroquímicos, difração de raios-X (DRX) e por microscopia óptica e eletrônico de varredura (MEV). O estudo dos aditivos na estabilidade oxidativa foi realizado através da obtenção do período de indução (PI) pelo método Rancimat. Os resultados obtidos indicam que os aditivos analisados aumentam a estabilidade oxidativa do biodiesel, bem como atuam como inibidores de corrosão. O extrato de cúrcuma foi o melhor aditivo em relação à estabilidade oxidativa, causando um aumento de 92% no período de indução do biodiesel. Já relacionado a corrosão, o extrato de gengibre foi o que apresentou melhor desempenho na média geral, onde para o substrato de aço obteve um incremento de 55,8% na eficiência de corrosão, no aço com revestimento de zinco obteve 94% e com tratamento no ácido oxálico obteve 95,6%. Conclui-se que o efeito dos aditivos na estabilidade oxidativa e na inibição da corrosão está relacionado à existência de oxigênio e a compostos fenólicos presentes na estrutura molecular das substâncias naturais.


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    Biodiesel is a renewable fuel and, when of vegetable origin, works as an ally in capturing CO2, arising from the burning of fuels. However, it is susceptible to contamination by air humidity, microorganisms, traces of metals and other impurities, altering its initial properties. For example, the use of degraded biodiesel in contact with metal parts and structures of automotive systems can cause corrosion. As a solution, additives with antioxidant and anticorrosive effects are added to improve the quality of this fuel. The effect of additives on the oxidative stability and corrosion resistance of metals in biodiesel has been widely investigated in academic literature, but there is limited information on the effect of additives of natural origin, from plant extracts, on increasing the corrosion resistance of metal in biodiesel. The present work aims to investigate the effect of multifunctional additives such as: extracts of rosemary, turmeric, ginger, stonebreaker and thyme, added to soy biodiesel (B100) in relation to corrosion and oxidative stability in contact with carbon steel ( AISI 1020) pure, coated with zinc by electrodeposition and the same coating immersed in oxalic acid. The effect of additives on the corrosion resistance of steel was evaluated by immersion tests in B100 at 25 °C, electrochemical tests, X-ray diffraction (XRD), optical and scanning electron microscopy (SEM). The study of additives on oxidative stability was carried out by obtaining the induction period (IP) using the Rancimat method. The results obtained indicate that the additives analyzed increase the oxidative stability of biodiesel, in addition to acting to inhibit corrosion. Turmeric extract was the best additive in relation to oxidative stability, causing a 92% increase in the biodiesel induction period. Regarding corrosion, the ginger extract was the one that presented the best performance in the general average, where for the steel substrate it obtained an increase of 55.8% in corrosion efficiency, in the steel with zinc coating it obtained 94% and with treatment in oxalic acid it obtained 95.6%. It is concluded that the effect of additives on oxidative stability and corrosion inhibition is related to the existence of oxygen and phenolic compounds present in the molecular structure of natural substances.

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  • GABRIELA FONTES DEIRÓ FERREIRA
  • Estudo do Processo de Micelização de Líquidos Iônicos Próticos para Aplicação em Recuperação Avançada de Petróleo

  • Orientador : ANA KATERINE DE CARVALHO LIMA LOBATO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANA KATERINE DE CARVALHO LIMA LOBATO
  • LUIZ CARLOS LOBATO DOS SANTOS
  • ANA CRISTINA MORAIS DA SILVA
  • GEORGE SIMONELLI
  • SILVANA MATTEDI E SILVA
  • Pamela Dias Rodrigues
  • OSVALDO CHIAVONE FILHO
  • Data: 31/10/2023

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  • O fenômeno de micelização tem sido amplamente estudado nos últimos anos devido às diversas aplicações de sistemas micelares em áreas como química, petroquímica, farmacêutica e ambiental.  As micelas são formadas por substâncias anfifílicas, geralmente conhecidas como surfactantes ou tensoativos. Contudo, uma evolução notável nesse campo é a crescente utilização de líquidos iônicos (LI's) como alternativa aos surfactantes comerciais na recuperação avançada de petróleo. Os líquidos iônicos são sais orgânicos que exibem propriedades surfactantes, o que lhes permite serem aplicados na formação de micelas, tornando-os uma opção promissora em processos de recuperação avançada de petróleo. Devido à essas características, muitos estudos têm se dedicado a avaliar o processo de formação de micelas utilizando líquidos iônicos, embora a maioria deles tenha se concentrado nos líquidos iônicos apróticos, havendo uma lacuna de informações sobre os líquidos iônicos próticos. Em vista disso, este trabalho propõe estudar seis líquidos iônicos a base de ácido hexanóico como ânion, e cátions com diferentes estruturas. Para síntese desses líquidos utilizou-se como base (cátion) substâncias com grupos nitrogenados e hidrogenados com intuito de avaliar sua influência na formação de micelas. Através de um planejamento estatístico de experimentos, do tipo Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) foi possível determinar a influência da concentração de líquido iônico e de NaCl na tensão interfacial de uma solução de líquido iônico e óleo, uma vez que esse parâmetro está diretamente relacionado a tendência de micelização. Os resultados mostraram que à medida que aumenta a sua concentração, os líquidos iônicos diminuem a tensão interfacial até determinado ponto onde começa a aumentar novamente. Esse efeito é amenizado pela adição de NaCl, que faz com que a tensão interfacial diminua mesmo em concentrações mais elevadas de líquido iônico. Uma abordagem termodinâmica foi utilizada para descrever/prever as condições de formação de micelas a partir de soluções de LI’s próticos estudadas neste trabalho, através da minimização da energia livre de Gibbs. A partir disso, obteve-se a concentração micelar crítica que foi comparada com os valores experimentais para validação do modelo. A modelagem termodinâmica proposta apresentou boa concordância com os dados experimentais para o primeiro valor de concentração micelar crítica, descrevendo uma geometria esférica para as micelas. 


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  • The micelle formation has been studied in recent years due to the various applications of micellar systems in areas such as chemistry, petrochemistry, pharmaceuticals, and the environment. Micelles are formed by amphiphilic substances, denominated as surfactants. However, a notable evolution in this field is the increasing use of ionic liquids (ILs) as an alternative to commercial surfactants in enhanced oil recovery. Ionic liquids (ILs) are organic salts that have surfactant properties, which gives them several applications in the form of micelle, making them a promising option in enhanced oil recovery processes. Due to these characteristics, many studies have been dedicated to evaluating the micelle formation process using ionic liquids. However, most published works explore aprotic ionic liquids, and more published data on protic ionic liquids needs to be published. Therefore, this work proposes to study six ionic liquids based on hexanoic acid as anion and cations with different structures. To synthesize these liquids, substances with nitrogenous and hydrogenated groups were used as a base (cation) to evaluate their influence on the formation of micelles. Through a statistical design of experiments of the Rotational Central Composite Design (RCCD) type, it was possible to determine the influence of the concentration of ionic liquid and NaCl on the interfacial tension of a solution of ionic liquid and oil since this parameter is directly related to the tendency of micellization. The results showed that as their concentration increases, ionic liquids decrease the interfacial tension to a point where it increases again. This effect is mitigated by adding salt, which causes the interfacial tension to decrease even at higher ionic liquid concentrations. A thermodynamic approach was used to describe/predict the conditions for micelle formation from solutions of protic ILs studied in this work by minimizing the Gibbs free energy. The critical micellar concentration was obtained from this, which was compared with the experimental values for model validation. The proposed thermodynamic modeling agreed with the experimental data for the first critical micellar concentration value, describing a spherical geometry for the micelles.

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  • ALEXANDRE MAGNO COUTINHO BORGES
  • EFEITOS DOS NANOCRISTAIS DE CELULOSE OBTIDOS DA FIBRA DE SISAL NAS CARACTERÍSTICAS DE DEPÓSITOS À BASE DE ZN-NI OBTIDO POR ELETRODEPOSIÇÃO

  • Orientador : CARLOS ALBERTO CALDAS DE SOUSA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CÉLIA DE FRAGA MALFATTI
  • LÚCIA HELENA MASCARO SALES
  • CARLOS ALBERTO CALDAS DE SOUSA
  • RAILDO ALVES FIUZA JUNIOR
  • VANESSA SILVEIRA SILVA
  • Data: 17/11/2023

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  • As Ligas de Zn-Ni têm sido usadas para diminuir a taxa de corrosão de substratos de aço carbono. Elas são utilizadas em aplicações como revestimento de parafusos, peças roscadas, válvulas para gasodutos, trens de pouso de aeronaves, componentes de sistemas de freios e outros. No presente trabalho, foram produzidos, pela técnica de eletrodeposição, revestimentos de Zn-Ni contendo nanocristais de celulose (CNC) obtidos a partir da fibra de sisal. A obtenção dos nanocristais envolveu o branqueamento da fibra bruta de sisal e, em seguida, a hidrólise ácida para extrair os nanocristais. O efeito das concentrações do CNC-Sisal (0% V/V, 2% V/V, 3% V/V e 4% V/V) na morfologia e microestrutura do revestimento de Zn-Ni foi analisado através Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), difração de raios X e medições de rugosidade usando microscopia confocal. O efeito da adição de CNC-Sisal na eficiência da deposição galvanostática também foi analisado. Além disso, foi analisada a taxa de corrosão por perda de massa e por testes eletroquímicos. Também foi investigado, o efeito da adição de CNC-Sisal na microdureza do revestimento. Os resultados mostram que a adição de nanocristais altera a estrutura, a morfologia, aumenta a eficiência de corrente e a resistência à corrosão do revestimento Zn-Ni, sendo esses efeitos mais significativos com a adição de 2% V/V. Nesta concentração, a adição de CNC-Sisal diminuiu a rugosidade de 0,37 μm para 0,21 μm, a dimensão do cristalito de 57,4 nm para 48 nm e aumentou o coeficiente de textura correspondente ao plano (330) γ de 75% para 96%. Esta elevação do coeficiente de textura favorece a densidade de empacotamento do revestimento. Com relação à eficiência de corrente de deposição, observou-se que a adição de 2% V/V de CNC-Sif aumentou a eficiência de corrente de deposição do revestimento Zn-Ni de 85% para 93%. Além disso, verificou-se que esta concentração diminuiu a taxa de corrosão de de 0,146 ± 0,021 mm/ano para 0,036 ± 0,017 mm/ano e aumentou a resistência à polarização de 1083 ± 173 Ohm para 3485 ± 324 Ohm. Com relação à propriedade mecânica analisada, constatou-se que a adição dos nanocristais aumentou a microdureza do revestimento, na presença de 2 %v/v do CNC-Sisal, de 238 ± 12 HV para 336,3 ± 32 HV. Os resultados obtidos indicam que a adição do CNC-Sisal no recobrimento de Zn-Ni é promissora, pois reduz a energia consumida durante o processo de eletrodeposição além de aumentar a resistência à corrosão do depósito Zn-Ni e a microdureza do revestimento.


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  • Zn-Ni alloys have been used to decrease the corrosion rate of carbon steel substrates. These are used in applications such as bolt coatings, threaded parts, swift valves for gas pipelines, aircraft landing gear, brake system components and others. Zn-Ni coatings containing nanocrystals of cellulose (CNC) obtained from sisal fiber (Sif), were manufactured using the electroplating technique. Obtaining the nanocrystals involved bleaching raw sisal fiber and then acid hydrolysis to extract the nanocrystals. The effect of the concentrations of the CNC-Sif (0 % V/V, 2% V/V, 3% V/V, and 4% V/V) on the morphology and microstructure of the Zn-Ni coating was analyzed through Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray diffraction, and roughness measurements using confocal microscopy. The effect of the addition of CNC-Sif on the efficiency of galvanostatic deposition was analyzed. The corrosion rate through mass loss and electrochemical tests were also analyzed.  The effect of adding CNC-SIF on coating microhardness investigated. The results show that the addition of nanocrystals alters the structure, the morphology, increases current efficiency and the corrosion resistance of the Zn-Ni coating and these effects are more significant with the addition of 2% V/V. At this concentration, the addition of CNC-Sif decreased the roughness from 0.37 μm to 0.21 μm, the crystallite dimension from 57.4 nm to 48 nm, and increased the texture coefficient corresponding to the (330) γ plane of 75% to 96%. This elevation of the texture coefficient favors the packing density of the coating. Regarding the deposition current efficiency, it was observed that the addition 2% V/V of CNC-Sif increases the deposition current efficiency of the Zn-Ni coating from 85% to 93%. Furthermore, it was found that this concentration decreases the corrosion rate from 0.146 ± 0.021 mm/year to 0.036 ± 0.017 mm/year and increases polarization resistance from 1083 ± 173 Ohm to 3485 ± 324 Ohm. Regarding the analyzed mechanical property, it was found that the addition of the nanocrystals increases the microhardness of the coating, in the presence of 2% V/V of the CNC-Sif, from 238 ± 12 HV to 336.3 ± 32 HV. The results obtained indicate that the addition of the CNC-Sif in the Zn-Ni coating is promising, because it reduces the energy consumed during the electrodeposition process in addition to increasing corrosion resistance of the Zn-Ni coating and the microhardness.

2022
Dissertações
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  • LUCAS OLIVEIRA CARDOSO
  • MODELAGEM TERMODINÂMICA DE LÍQUIDOS IÔNICOS PARA REMOÇÃO DE GASES ÁCIDOS PRESENTES NO GÁS NATURAL E APLICAÇÃO NO SIMULADOR ASPEN PLUS

  • Orientador : SILVANA MATTEDI E SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARCELO CASTIER
  • MURILO LEITE ALCÂNTARA
  • MÁRCIO LUIS LYRA PAREDES
  • SILVANA MATTEDI E SILVA
  • Data: 25/03/2022

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  • Este trabalho visou a modelagem termodinâmica dos gases ácidos com líquidos iônicos utilizando as equações de estado SRK (Soave-Redlich-Kwong), CPA (Cubic-Plus-Association) e PC-SAFT (Perturbed-Chain Statistical Associating Fluid Theory) para serem aplicadas para remoção de gases ácidos presentes no gás natural. A literatura já propôs uma metodologia de parametrização dos líquidos iônicos a partir de dados de densidade e velocidade do som usando a equação de estado GCsPC-SAFT (Group Contribution Simplified Perturbed-Chain Statistical Associating Fluid Theory). Desta maneira, neste presente estudo foram desenvolvidas rotinas em linguagem de programação em Python para a parametrização dos líquidos iônicos. Não foram apresentados na literatura estudos de equilíbrio com as equações de estado SRK, CPA e PC-SAFT e líquidos iônicos com o simulador de processos Aspen Plus. Nesse trabalho, foram realizadas implementações de novas substâncias (líquidos iônicos) no Aspen Plus, de maneira a avaliar as equações de estados presentes no simulador e, assim, realizar estudos com os líquidos iônicos individualizados e explorar os dados de equilíbrio com os hidrocarbonetos e gases ácidos com as equações preditivas e com correlação do parâmetro de interação binária. Sendo assim, verificou-se que a correlação das curvas de densidade e velocidade do som apresentaram limitações para acertar a inclinação das curvas dos líquidos iônicos puros; contudo, a PC-SAFT com o esquema associativo 4C apresentou melhor ajuste nas propriedades termofísicas, apresentando para o [EMIM][TfO] desvios de 0,16% para densidade e 0,53% para velocidade do som, enquanto o [OMIM][NTf2] foi 0,07% para a densidade e 0,75% para a velocidade do som. Quanto à previsão do equilíbrio de fases, para o líquido iônico [EMIM][TfO] com os dois gases ácidos, a CPA com o esquema associativo 2B apresentou os melhores resultados, assim como a PC-SAFT com o esquema 1A com o CO2 e a CPA com o esquema 2B para o H2S. Para sistemas binários, a parametrização dos dois componentes deve ser levada em conta, sendo importante também revisitar a parametrização dos componentes do gás natural quando necessário. De forma correlativa, se todos os dados experimentais de equilíbrio estiverem disponíveis, recomenda-se utilizar o modelo RK-Aspen com excelente desempenho e menor tempo computacional.


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  • This work aimed at the thermodynamic modeling of acid gases with ionic liquids using the SRK (Soave-Redlich-Kwong), CPA (Cubic-Plus-Association), and PC-SAFT (Perturbed-Chain Statistical Associating Fluid Theory) equations of state to be applied for removing acid gases present in natural gas. The literature has already proposed a methodology for parameterization of ionic liquids from density and speed of sound data using the GC-sPC-SAFT (Group Contribution Simplified Perturbed-Chain Statistical Associating Fluid Theory) equation of state. Wherefore, in this study, routines were developed in Python programming language for the parameterization of ionic liquids. Equilibrium studies with the SRK, CPA and PC-SAFT equations of state and ionic liquids with the Aspen Plus process simulator were not presented in the literature. In this work, implementations of new substances (ionic liquids) were carried out in Aspen Plus, to evaluate the equations of states present in the simulator and, thus, carry out studies with individualized ionic liquids and explore the equilibrium data with hydrocarbons and gases acids with the predictive equations and with the correlation of the binary interaction parameter. Hence, it was verified that the correlation of the density and speed of sound curves presented limitations to correct the slope of the curves of pure ionic liquids. Nonetheless, PC-SAFT with the 4C associative scheme demonstrated a better fit in the thermophysical properties, presenting for the [EMIM][TfO] deviations of 0.16% for density and 0.53% for speed of sound, while [OMIM][NTf2] was 0.07% for the density and 0.75% for the speed of sound. As for the prediction of phase equilibrium, for the ionic liquid [EMIM][TfO] with the two acid gases, the CPA with the associative scheme 2B presented the best results, as well as the PCSAFT with the scheme 1A with the CO2, and the CPA with Scheme 2B for the H2S. For binary systems, the parameterization of the two components must be considered, and it is also important to revisit the parameterization of the natural gas components when necessary. Correlatively, if all experimental equilibrium data are available, it is recommended to use the RK-Aspen model with excellent performance and less computational time.

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  • LARISSA BIANCA LEÃO SANTOS
  • ANÁLISE DE POLÍTICAS ENERGÉTICAS BRASILEIRAS PARA O GÁS NATURAL UTILIZANDO REDES NEURAIS ARTIFICIAIS

  • Orientador : GEORGE SIMONELLI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GEORGE SIMONELLI
  • JOSE MARIO FERREIRA JUNIOR
  • LUIZ CARLOS LOBATO DOS SANTOS
  • LUIZ MARIO NELSON DE GOIS
  • Data: 12/05/2022

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  • Encontrar métodos de previsão adequados para uma gestão dos recursos energéticos é importante para melhorar a eficiência no consumo de energia e diminuir o seu impacto no ambiente. O gás natural é uma das principais fontes para produção de energia elétrica no Brasil e no mundo, principalmente por ser um dos combustíveis alternativos mais promissores para a redução de emissão de gases poluentes. No Brasil, o pre ̧co do gás natural é muito elevado em relação aos preços praticados por outros países. Para enfrentar esse problema, recentemente foi aprovada e está em fase de implementação uma nova política para o mercado de gás, conhecida como Novo Mercado de Gas. Até o presente momento não está claro o impacto que a demanda nacional sofrerá com a alteração da política energética de gás. Neste trabalho, é proposto o uso de redes neurais artificiais (RNA) do tipo perceptron de múltiplas camadas para realizar uma análise nas mudanças político energéticas brasileiras. Foi realizada a previsão para o período de 2021 a 2030 das demandas futuras para o novo e o antigo mercado de gás. A demanda total do gás natural no Brasil é descrita utilizando sete demandas individuais (industrial, automotiva, residencial, comercial, geração, cogeração e outras). Essas demandas foram previstas individualmente por meio de quatro variáveis de entrada (tempo (em meses), preço do dólar americano (convertido para o real brasileiro), preço do gás natural e PIB) fornecidas para as redes neurais artificiais. Os resultados mostraram que a adoção do novo mercado de gás provocará o aumento da demanda. Ao contrário, caso não houvesse a mudança de política energética, a demanda de gás natural diminuiria com o tempo. Em razão das variáveis de entrada utilizadas neste estudo poderem ser quantificadas para qualquer
    país, a abordagem proposta nesta pesquisa também pode ser empregada para previsões de demandas de outros países, podendo ser útil para análise de suas políticas energéticas.


  • Mostrar Abstract
  • Finding suitable forecasting methods for energy resource management is important to improve energy consumption efficiency and reduce its impact on the environment. Natural gas is one of the main sources for the production of electricity in Brazil and in the world, mainly because it is one of the most promising alternative fuels for reducing the emission of polluting gases. In Brazil, the price of natural gas is very high compared to prices practiced by other countries. To face this problem, a new policy for the gas market, known as New Gas Market, was recently approved and is being implemented. To date, it is not clear the impact that national demand will suffer from the change in the gas energy policy. In this work, the use of artificial neural networks (ANN) of the multilayer perceptron type is proposed to carry out an analysis of the Brazilian energetic political
    changes. The forecast for the period 2021 to 2030 of future demands for the new and old gas market was made. The total demand for natural gas in Brazil is described using seven individual demands (industrial, automotive, residential, commercial, generation, cogeneration and others). These demands were individually predicted through four input variables (time (in months), US dollar price (converted to the Brazilian real), natural gas price and GDP) provided to the artificial neural networks. The results showed that the adoption of the new gas market will lead to an increase in demand. On the contrary, if there was no change in energy policy, the demand for natural gas would decrease over time. Because the input variables used in this study can be quantified for any country, the approach proposed in this research can also be used to forecast demand from other countries, and may be useful for analyzing their energy policies.

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  • ANA LUÍZA FREITAS FERREIRA
  • CATALISADORES Pt-WO3/SBA-15 PARA A CONVERSÃO DO GLICEROL 

  • Orientador : LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MARIA LUIZA ANDRADE DA SILVA
  • RONALDO COSTA SANTOS
  • TIAGO PINHEIRO BRAGA
  • Data: 15/07/2022

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  • RESUMO
    O glicerol é um insumo que possui aplicações como matéria-prima em diferentes processos industriais. Seu mercado foi avaliado em cerca de US$ 2,7 bilhões em 2020, com previsão de atingir US$ 4,6 bilhões em 2028, crescimento que está atrelado à demanda em indústrias alimentícias, farmacêuticas e de cosméticos. Sua principal origem é como subproduto da indústria de biodiesel, e devido ao crescimento dessa indústria, há no mercado um excedente de glicerol, resultando em sua desvalorização. Uma alternativa para aumentar o valor agregado desse insumo é a sua conversão em produtos químicos de alto valor agregado, a exemplo das reações de desidratação e hidrogenação, das quais podem ser obtidas o 1,2-PDO e 1,3-PDO, respectivamente. Os propanodióis possuem larga aplicação em indústrias têxteis, farmacêuticas, alimentícias e cosméticas.
    De forma a aumentar a conversão e seletividade desses processos, é necessário o desenvolvimento de catalisadores com maiores atividades e que sejam mais estáveis em meio reacional, aumentando sua viabilidade em escala industrial. Os sólidos catalíticos utilizados nesses processos possuem como fases ativas sítios ácidos, que possibilitam a desidratação da molécula de glicerol, e sítios metálicos, onde ocorre a etapa de hidrogenação, com os sólidos bifuncionais de Pt e WO3 sendo bastante aplicados na conversão do glicerol à 1,3-PDO. Essa fase bimetálica geralmente é associada a outras estruturas, a fim de proporcionar maior estabilidade e área superficial. A SBA-15 é um exemplo de material mesoporoso aplicado como suporte catalítico, que possui alta área superficial, paredes de poros espessas, e fornece boa estabilidade térmica e mecânica aos materiais ligantes.
    Nesse trabalho foram desenvolvidos catalisadores contendo 2% de Pt e 10% de WO3 suportados em SBA-15, preparados através da impregnação sequencial, com etapas de impregnação incipiente para cada espécie, e pela co-impregnação das duas espécies em uma mesma etapa. O objetivo foi estudar a influência desses métodos nas propriedades estruturais e texturais, utilizando as técnicas de FRX, TGA/DTA, DRX, FTIR, MEV, EDS, Raman, análise textural e FTIR de piridina.
    Verificou-se que o método empregado foi eficaz para promover a formação da estrutura hexagonal mesoporosa ordenada da SBA-15 e que após as etapas de impregnação houve a manutenção dessa estrutura. As análises de DRX e Raman mostraram que a co-impregnação proporcionou uma melhor dispersão das espécies de WO3 na superfície da SBA-15, e que o processo de redução, para ambas as metodologias empregadas, apresentou melhora na dispersão metálica. Para o método de co-impregnação houve também menor diminuição da área superficial. Por fim, a melhor distribuição do WO3 sobre a superfície da SBA-15 resultou na maior formação de sítios ácidos de Bronsted para esse método, com predominância dos sítios de Lewis na estrutura dos catalisadores obtidos por ambos as metodologias.


  • Mostrar Abstract
  • Glycerol is an input that has applications as a raw material in different industrial processes. Its market size is estimated US$ 2.7 billion in 2020 and is expected to reach US$ 4.6 billion in 2028, growth connected to demands in food, pharmaceutical and cosmetics industries. Glycerol is the main by-product of the biodiesel industry and due to the growth of biofuels plants, there is a surplus of glycerol in the market, causing its devaluation. An alternative to increase the added value of this product is to convert it into molecules with high added value in reactions such as the dehydration and hydrogenation, from which 1,2-PDO and 1,3-PDO can be obtained, respectively. Propanediols have wide application in textile, pharmaceutical, food and cosmetic industries.
    In order to increase the conversion and selectivity of these processes, it is necessary to develop catalysts with great activity and that are stable in reaction conditions, increasing their viability on industrial scale. The catalytic solids used in these processes have acidic sites as active phases, which allow the dehydration of glycerol molecule, and metallic sites, where the hydrogenation step takes place. Pt and WO3 are bifunctional solids being widely applied in glycerol conversion to 1,3-PDO. This bimetallic phase is usually associated with other structures in order to provide greater stability and high surface area. SBA-15 is an example of a mesoporous material applied as catalytic support due its high surface area, thick pore walls, and provides good thermal and mechanical stability to the bonding materials.
    In the present work, catalysts containing 2% Pt and 10% WO3 supported on SBA-15 were developed through sequential impregnation steps for each active species and by co-impregnation of the two species in in a single step. The main goal was to verify the influence of these methods on structural and textural properties through XRF, TGA/DTA, XRD, FTIR, SEM, EDS, Raman, textural analysis and pyridine FTIR techniques.
    It was verified that the applied method was effective to promote the formation of ordered mesoporous hexagonal structure of SBA-15 and that after the impregnation steps the structure was maintained. XRD and Raman analyzes showed that the co-impregnation provided a better dispersion of WO3 species on SBA-15 surface and that the reduction process, for both methodologies, showed an improvement in metallic dispersion. For the co-impregnation method, there was also a smaller decrease in surface area. Ultimately, the better distribution of WO3 on SBA-15 surface resulted in greater formation of Bronsted acid sites for this method, with predominance of Lewis sites in the structure of the catalysts obtained by both methodologies.

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  • NATÁLIA SANTANA CARVALHO
  • VALORAÇÃO DO GLICEROL BRUTO A PARTIR DO CULTIVO HETEROTRÓFICO DE MICROALGAS: OTIMIZAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DOS BIOPRODUTOS

  • Orientador : DENILSON DE JESUS ASSIS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DENILSON DE JESUS ASSIS
  • ICARO THIAGO ANDRADE MOREIRA
  • SAMANTHA SERRA COSTA
  • Data: 12/09/2022
    Ata de defesa assinada:

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  • As microalgas são organismos microscópicos, conhecidos pela capacidade de utilizar energia solar como fonte de energia. Entretanto, sua versatilidade metabólica permite a obtenção de energia a partir de compostos orgânicos, em detrimento da fotossíntese. Assim, o uso de resíduos orgânicos e combinações de variáveis do processo podem favorecer produção de biomassa microalgal e bioprodutos de baixo custo e com características diferenciadas. O presente trabalho tem o objetivo de avaliar as tendências tecnológicas do mercado de lipídios de microalgas, bem como os efeitos da velocidade de agitação e concentrações de glicerol bruto e nitrato de sódio sobre a produção de biomassa celular e polímeros extracelulares (EPS) em cultivo heterotrófico de microalgas. Uma repetição sucessiva da categoria do gênero Chlorella foi encontrada nos agrupamentos de palavras-chave quanto à extração e separação de lipídios. A curva S do ciclo de vida indica um mercado iniciando na fase de maturidade, onde se destaca o modelo BiDoseResp. São apresentados os principais países e instituições na vanguarda tecnológica, bem como domínios tecnológicos potenciais para a abertura de novos mercados. Uma Matriz de Doehrlet para 3 fatores foi utilizada para gerar combinações dos níveis de agitação e concentrações de glicerol bruto e nitrato de sódio (NaNO3), em cultivos heterotróficos de microalgas Chlorella vulgaris IBL-C105 e Ankistrodesmus fusiformis IBL-C111.  Os dados de produção de biomassa e polímeros extracelulares foram tratados estatisticamente a 95% de confiança e utilizados para estimar os efeitos das variáveis sobre as respostas e a preditividade dos modelos gerados, bem como a combinação de variáveis para maximizar as respostas. Na produção de biomassa por C. vulgaris, a otimização para esta resposta indicou 1,6 g L-1 de NaNO3, 2,6 g L-1 de glicerol e 165 rpm, para obter 1,18 g L-1. E, na produção de polímeros extracelulares por A. fusiformis, a otimização para esta resposta indicou 1,6 g L-1 de NaNO3, 2,2 g L-1 de glicerol e 141 rpm, e estes valores foram similares aos estabelecidos para o ponto central, que obteve 0,85 g L-1 de polímeros extracelulares. Nos cultivos otimizados por C. vulgaris e A. fusiformis, as composições encontradas de ácidos graxos demostraram potencialidade para o uso destes óleos gerados para produção de biodiesel, entretanto, apenas os parâmetros de qualidade de biodiesel apresentados pelo óleo obtido por C. vulgaris estavam em conformidade com todos os parâmetros de referência analisados. As amostras dos cultivos em condições ótimas por C. vulgaris e A. fusiformis apresentaram índice de emulsificação acima de 50%, o que evidencia que estas podem ser bons agentes emulsificantes. Os EPS produzidos nos cultivos otimizados por C. vulgaris e A. fusiformis, caracterizados como fluídos não-newtonianos, foram comparados com a goma xantana Sigma, e considerados menos pseudoplásticos, entretanto, o EPS obtido por A. fusiformis apresentou resultados mais similares aos desta goma comercial. Assim, a aplicação da Matriz de Doehlert auxilia na identificação das condições favoráveis para a obtenção de bioprodutos, e as variações na concentração de NaNO3, concentração de glicerol e na velocidade de agitação dos cultivos heterotróficos das microalgas C. vulgaris IBL-C105 e A. fusiformis IBL-C111, exercem influência na produção e propriedades (produtividade, composição química, viscosidade aparente) da biomassa e dos polímeros extracelulares obtidos.


  • Mostrar Abstract
  • Microalgae are microscopic organisms, known for their ability to use solar energy as an energy source. However, its metabolic versatility allows obtaining energy from organic compounds, to the detriment of photosynthesis. Thus, the use of organic residues and combinations of process variables can favor the production of microalgal biomass and low-cost bioproducts with differentiated characteristics. The present work aims to evaluate the technological trends in the microalgae lipid market, as well as the effects of agitation speed and concentrations of crude glycerol and sodium nitrate on the production of cellular biomass and extracellular polymers (EPS) in microalgae heterotrophic cultivation. A successive repetition of the Chlorella genus category was found in the keyword clusters regarding lipid extraction and separation. The life cycle S curve indicates a market starting in the maturity phase, where the BiDoseResp model stands out. The main countries and institutions at the technological forefront are presented, as well as potential technological domains for opening new markets. A Doehrlet Matrix for 3 factors was used to generate combinations of agitation levels and concentrations of crude glycerol and sodium nitrate (NaNO3) in heterotrophic cultures of microalgae Chlorella vulgaris IBL-C105 and Ankistrodesmus fusiformis IBL-C111. The biomass production data and extracellular polymers were statistically treated at 95% confidence and used to estimate the effects of variables on responses and predictability of the generated models, as well as the combination of variables to maximize responses. In biomass production by C. vulgaris, the optimization for this response indicated 1.6 g L-1 of NaNO3, 2.6 g L-1 of glycerol and 165 rpm, to obtain 1.18 g L-1. And, in the production of extracellular polymers by A. fusiformis, the optimization for this response indicated 1.6 g L-1 of NaNO3, 2.2 g L-1 of glycerol and 141 rpm, and these values were similar to those established for the central point, which obtained 0.85 g L-1 of extracellular polymers. In the cultures optimized by C. vulgaris and A. fusiformis, the fatty acid compositions found showed potential for the use of these generated oils for biodiesel production, however, only the biodiesel quality parameters presented by the oil obtained by C. vulgaris were in compliance with all reference parameters. Samples from cultures under optimal conditions for C. vulgaris and A. fusiformis showed an emulsification index above 50%, which shows that they can be good emulsifying agents. The EPS produced in the cultures optimized by C. vulgaris and A. fusiformis, characterized as non-Newtonian fluids, were compared with Sigma xanthan gum, and considered less pseudoplastic, however, the EPS obtained by A. fusiformis presented results more similar to this commercial gum. Thus, the application of the Doehlert Matrix helps to identify favorable conditions for obtaining bioproducts, and the variations in NaNO3 concentration, glycerol concentration and in the agitation speed of heterotrophic cultures of microalgae C. vulgaris IBL-C105 and A. fusiformis IBL-C111, influence the production and properties (productivity, chemical composition, apparent viscosity) of the biomass and extracellular polymers obtained.

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  • DIEGO SANTANA DA SILVA
  • ESTUDO CINÉTICO DA DECOMPOSIÇÃO TÉRMICA DE COQUE SOBRE ZEÓLITA BETA MODIFICADA COM Zn e La

     
  • Orientador : LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ELEDIR VITOR SOBRINHO
  • ANTONIO SOUZA DE ARAUJO
  • LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • RONALDO COSTA SANTOS
  • Data: 16/11/2022

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  • As regulamentações ambientais têm intensificado as medidas para reduzir o teor de enxofre da gasolina, uma vez que este combustível gera óxidos de enxofre após queima, agravando os problemas ambientais e a saúde humana. A redução desse contaminante da gasolina pode ser feita diretamente no FCC, empregando aditivos que realizam a dessulfurização in situ. O processo FCC é severamente impactado pela desativação dos catalisadores e aditivos, devido a formação de coque. Este problema é contornado com a regeneração cíclica dos materiais, através da combustão do coque, que necessita de dados cinéticos da sua decomposição térmica para determinar os parâmetros de temperatura e tempo de residência no regenerador. Diante do exposto, neste trabalho avaliou-se a energia de ativação necessária para a termoxidação do coque, depositado sobre zeólita Beta modificada com Zn e La, que são materiais promissores para a redução de enxofre na faixa da gasolina, e realizou-se comparativo dos dados com dois aditivos comerciais. As amostras foram desativadas, de forma acelerada, com deposição do coque através do craqueamento catalítico de ciclohexano contendo 2% de enxofre, na temperatura de 500 °C e velocidade espacial de 0,02 s-1. As modificações da zeólita Beta foram realizadas através da incorporação de 2% de zinco e 2% de lantânio via impregnação úmida. Os materiais sintetizados foram caracterizados com as técnicas de FRX, DRX fisissorção de N2 e FTIR, as quais indicaram não haver alterações estruturais significativas na zeólita Beta após as modificações. As amostras desativadas pelo coque foram analisadas por termogravimetria, a qual mostrou que a zeólita Beta de referência e a modificada com lantânio obtiveram o maior e menor teor de coque depositado, respectivamente. Já a zeólita Beta modificada com zinco apresentou teor de coque intermediário. O método Ozawa-Flynn-Wall foi aplicado para o estudo cinético, o qual utiliza os dados das análises termogravimétricas. Verificou-se que a menor energia de ativação para a termoxidação do coque foi encontrada na zeólita modificada com lantânio, enquanto a zeólita modificada com zinco obteve energia de ativação intermediária e a zeólita Beta sem modificações apresentou o valor mais elevado. As análises de espectroscopia Raman mostraram uma relação direta do grau de grafitização com a energia de ativação de combustão do coque, e a zeólita modificada com lantânio apresentou a menor energia de ativação para combustão, indicando que o coque é mais facilmente consumido durante a regeneração do catalisador no FCC.

     

  • Mostrar Abstract
  • Environmental regulations have intensified measures to reduce the sulfur content of gasoline, as sulfur oxides are generated after combustion, aggravating environmental and human health problems. The reduction of this gasoline contaminant can be done directly in the FCC by employing additives that perform in situ desulfurization. The FCC process is severely impacted by the deactivation of catalysts and additives, due to coke formation. This problem is circumvented with the cyclic regeneration of materials, through the combustion of coke, which requires kinetic data of its thermal decomposition to determine the parameters of temperature and residence time in the regenerator. Given the above, this work evaluated the activation energy required for the thermoxidation of coke, deposited on zeolite Beta modified with La and Zn, which are promising materials for the reduction of sulfur in gasoline range, and performed a comparison of the data with two commercial additives. The samples were deactivated, in an accelerated manner, with coke deposition by catalytic cracking of cyclohexane containing 2% sulfur, at a temperature of 500 °C and a space velocity of 0.02 s-1. Modifications of the Beta zeolite were carried out by incorporating 2% zinc and 2% lanthanum via wet impregnation. The synthesized materials were characterized with XRF, XRD, N2 physisorption and FTIR techniques, which indicated that there were no significant structural changes in the Beta zeolite after the modifications. The coke deactivated samples were analyzed by thermogravimetry, which showed that the reference zeolite Beta and the one modified with lanthanum obtained the highest and lowest deposited coke content, respectively. The Ozawa-Flynn-Wall method was applied for the kinetic study, which uses the data from the thermogravimetric analyses. It was found that the lowest activation energy for coke thermoxidation was found in the zeolite modified with lanthanum, while the unmodified Beta zeolite presented the highest value. The Raman spectroscopy analyses showed a direct relationship of the degree of graphitization with the activation energy of coke combustion, and the zeolite modified with lanthanum showed the lowest activation energy for combustion, indicating that the coke is more easily consumed during the regeneration of the catalyst in the FCC. 

     
Teses
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  • CAROLINA DA SILVA LOPES
  • OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS SINTETIZADOS POR ELETRODEPOSIÇÃO E CONSTITUIDOS ´POR UMA MATRIZ DE ZINCO E PARTICULAS POLIMERICAS

  • Orientador : CARLOS ALBERTO CALDAS DE SOUSA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS ALBERTO DELLA ROVERE
  • JOSE JORGE MENDES DE FREITAS
  • CARLOS ALBERTO CALDAS DE SOUSA
  • GEORGE SIMONELLI
  • ISABEL CRISTINA RIGOLI
  • Data: 02/09/2022
    Ata de defesa assinada:

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  • O presente trabalho propõe o estudo de um revestimento compósito de zinco obtido por eletrodeposição contendo nanocristais de um polímero natural. O revestimento compósito foi produzido por eletrodeposição na ausência e na presença de diferentes concentrações de nanocristais de Licuri, Casca de Soja e Algodão. Neste trabalho, o efeito da adição de nanocristais na morfologia, estrutura, resistência à corrosão e dureza do revestimento de zinco é investigado. O efeito da adição dessas partículas na eficiência de deposição também é investigado por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X, medidas de rugosidade e microdureza Vicker, testes de perda de massa, obtenção de curvas de polarização potenciodinâmicas e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS). Medidas de eficiência de densidade de corrente também foram tomadas. Verificou-se que a adição do nanocristal de Licuri não era viável pois ele não formava um depósito estável e logo foi descargado seu uso. Com os resultados obtidos ficou claro que a presença do nanocristal de soja reduz a dureza, mas aumenta a resistência à corrosão do revestimento de Zn e este efeito está relacionado com a diminuição da rugosidade do revestimento. Já o nanocristal de algodão no banho de deposição levou à produção de um revestimento com morfologia mais fina e com menor rugosidade em relação ao revestimento de Zn obtido na ausência do nanocristal. Foi notado que adição de nanocristais de algodão aumenta a eficiência de corrente e resistência à corrosão do revestimento de zinco em solução de NaCl 0,5 mol/L, sendo este efeito mais significativo com o aumento do teor dos nanocristais. Com a adição de 10% v/v de nanocristais de algodão, a resistência à polarização do revestimento foi melhorada em até 5 vezes, enquanto sua taxa de corrosão foi reduzida em até 6 vezes.


  • Mostrar Abstract
  • The present work of study project of a coating with zinccri prepared by electrodeposition containing nanotals of a natural polymer. The composite coating was produced by electrodeposition in the absence and presence of different variations of nanocrystals, Soybean Husk and Cotton. In this work, the effect of the addition of nanocrystals on the morphology, structure, corrosion resistance and durability of the zinc coating is investigated. The mass of X-ray radiation, measurement of X-ray radiation, measurement of X-ray polarization bends, measurement of X-ray polarization bends, measurement of polarization bends and electrochemical impedance power (EIS). Current density efficiency measurements were also taken. It was found that the addition of the Licuri nanocrystal was not feasible as it did not form a stable one and was soon downloaded for its use. With the results obtained, it became clear that the presence of the soy nanocrystal reduces the hardness, but increases the protection resistance of the Z coating and this is related to the increase in the coating roughness. On the other hand, the non-position bath cotton nanocrystal led to the production of a coating with finer morphology and with less roughness in relation to the Zn coating obtained in the absence of the nanocrystal. It was noted that the addition of nanocrystals increases the current efficiency and protection resistance of the zinc coating in a significant 0.5 mol/l solution, this effect being more significant with the increase of nanocrystals. With an additional addition of 10% cotton nanocris, the coating strength was made up to 5 times, while its protection rate was more than 6 times in coating.

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  • Daniel Bemmuyal Passos Santos
  • MODELAGEM E SIMULAÇÃO DA PIRÓLISE RÁPIDA DE UMA PARTÍCULA DE BIOMASSA EM UM REATOR DE LEITO FLUIDIZADO CONSIDERANDO A CINÉTICA DA REAÇÃO

  • Orientador : CARLOS AUGUSTO DE MORAES PIRES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS AUGUSTO DE MORAES PIRES
  • SAMUEL LUPORINI
  • GEORGE SIMONELLI
  • DELANO MENDES DE SANTANA
  • MURILO LEITE ALCÂNTARA
  • Data: 14/12/2022

  • Mostrar Resumo
  • A modelagem do processo de pirólise é muito complexa, tendo em vista que os produtos de pirólise são resultados de dezenas de reações paralelas, competitivas e consecutivas. Consequência disso, é praticamente impossível determinar a cinética do processo. Diante dessa complexidade, alguns autores tem modelado a biomassa em termos dos seus macrocomponentes. Nesse trabalho, optamos por modelar a partícula. A inovação na modelagem surgiu da necessidade de adaptação à realidade. O resíduo de sisal tem grande quantidade de extrativos (mais de 50%) e na modelagem em função dos macrocomponentes, os extrativos não são levados em consideração. Durante a modelagem, foi observado a necessidade de dados inerentes a partícula, sendo eles: a cinética de degradação da partícula e o comportamento da densidade no tempo. Os métodos da literatura não permitiam determinar os parâmetros cinéticos de degradação nas temperaturas de interesse (450°C e 500°C). Para isso, foi proposto um procedimento de determinação dos parâmetros cinéticos. Nesse procedimento, a ordem de reação foi determinada pelo modelo de ajuste, e em seguida, o fator pré-exponencial e a energia de ativação foram determinadas pelos modelos livres. Dessa forma obtivemos a ordem de reação (3,14±0,15), os fatores pré-exponenciais (6,34 E39 s-1 e 1,30 E56 s-1) e energias de ativação (528,96 kJ/mol e794,04 kJ/mol), nas temperaturas de 450°C e 500°C, respectivamente. O comportamento da densidade no tempo também foi obtido, sendo representados pelas equações  e , para as temperaturas de 450°C e 500°C, respectivamente. Por fim, foi implementado um balanço de forças para a partícula e um balanço de massa da partícula, na qual foram fornecidas as equações da velocidade relativa e do raio no tempo, respectivamente. Diante dessas informações calculou-se a massa residual da partícula e o tempo de residência, para as temperaturas de reação (450°C e 500°C) e vazões de nitrogênio (8m³/h, 11m³/h, 12,5m³/h, 14m³/h e 14,06m³/h). A validação dos dados ocorreu comparando os valores calculados e experimentais, que variou entre 1,63% e 31,32% para a massa residual da partícula. Sua média foi de 13,82%, valor considerado aceitável em modelagens matemáticas, principalmente para a modelagem matemática de um processo tão complexo.


  • Mostrar Abstract
  • The modeling of the pyrolysis process is very complex, considering that the pyrolysis products result from dozens of parallel, competitive and consecutive reactions. Consequently, it is practically impossible to determine the kinetics of the process. Faced with this complexity, some authors have modeled biomass in terms of its macro-components. In this work, we chose to model the particle. The innovation in modeling arose from the need to adapt to reality. The sisal residue has many extractives (+ 50%), and according to the macrocomponents, the extractives are not considered in the modeling. During modeling, the need for data inherent to the particle was observed: the kinetics of particle degradation and the behavior of density over time. The literature methods did not allow us to determine the kinetic parameters of degradation at the temperatures of interest (450°C and 500°C). For this, a procedure to determine the kinetic parameters was proposed. In this procedure, the reaction order was determined by the fit model, and then the pre-exponential factor and the activation energy were determined by the free models. In this way, we obtained the reaction order (3.14±0.15), the pre-exponential factors (6.34 E39 s-1 and 1.30 E56 s-1), and activation energies (528.96 kJ/mol and 794.04 kJ/mol), at temperatures of 450°C and 500°C, respectively. The density behavior versus time was obtained, being represented by the equations 1.4642×e^(-0.005×t) and 1.4642×e^(-0.006×t) for temperatures of 450°C and 500° C, respectively. Finally, a force and mass balance for the particle were implemented, in which the equations of relative velocity and radius in time were provided. Given this information, the residual mass of the particle and the residence time were calculated for the reaction temperatures (450°C and 500°C) and nitrogen flows (8m³/h, 11m³/h, 12.5m³/h, 14m³/h and 14.06m³/h). Data validation occurred by comparing the calculated and experimental values, which varied between 1.63% and 31.32% for the residual particle mass. Its average was 13.82%, a value considered acceptable in mathematical modeling, especially for the mathematical modeling of such a complex process.

2021
Dissertações
1
  • Natalia de Oliveira Mascarenhas
  • Produção, otimização e estudo da estabilidade térmica do biodiesel de dendê utilizando tensoativo a base de óleo de coco

  • Orientador : LUIZ CARLOS LOBATO DOS SANTOS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GEORGE SIMONELLI
  • JOSE MARIO FERREIRA JUNIOR
  • LUIZ CARLOS LOBATO DOS SANTOS
  • LUIZ MARIO NELSON DE GOIS
  • Data: 21/01/2021

  • Mostrar Resumo
  • O biodiesel tem se mostrado altamente promissor na substituição parcial ou total do diesel a base de petróleo. Por ser um biocombustível biodegradável e renovável, há cada vez mais interesse acadêmico, governamental e empresarial no aprimoramento do processo de produção de biodiesel. A rota mais conhecida para a produção do biodiesel é a reação de transesterificação de um óleo vegetal ou gordura animal (substância apolar) com um álcool de cadeia curta (substância polar). Porém, a natureza apolar e polar dos reagentes causa dificuldades na homogeneização do sistema reacional podendo conduzir a perda de rendimento. O uso de tensoativos na reação de transesterificação pode reduzir a dificuldade de transferência de massa, diminuir o tempo de reação, a quantidade de catalisador, a temperatura e aumentar o rendimento de produção. No presente trabalho o biodiesel foi produzido a partir de óleo de dendê via rota metílica, utilizando hidróxido de potássio como catalisador e tensoativo de óleo de coco. Foi realizado um planejamento experimental do tipo delineamento composto central (DCC), tendo como variáveis independentes a razão molar álcool:óleo, quantidade de tensoativo e tempo de reação. O melhor rendimento de biodiesel foi de 98,64% em massa e 98,04% em teor de éster, nas condições ótimas de 30 min, razão molar metanol:óleo de 8,28:1, 1,05% em massa de tensoativo de óleo de coco, a 30 °C e 1% em massa de hidróxido de sódio. As análises termogravimétricas (TG) do biodiesel no ponto ótimo, sob diferentes taxas de aquecimento (10, 20 e 30 °C min-1), indicaram que o biodiesel de dendê é estável termicamente em temperaturas inferiores a 200 °C. A partir dos resultados de TG foram empregados os métodos isoconversionais de Flynn-Wall-Ozawa e Kissinger para o cálculo da energia de ativação (Ea). Outros parâmetros cinéticos e termodinâmicos, como fator pré-exponencial (A), a ordem de reação (n) e entalpia (∆H), também foram calculados e comparados com a literatura.


  • Mostrar Abstract
  • Biodiesel has shown itself to be highly promising in the partial or total replacement of petroleum-based diesel. As it is a biodegradable and renewable biofuel, there is an increasing academic, governmental and business interest in improving the biodiesel production process. The best-known route for the production of biodiesel is the transesterification reaction of a vegetable oil or animal fat (apolar substance) with short-chain alcohol (polar substance). However, the polarity difference of the reagents causes difficulties in homogenizing the reaction system and can lead to yield loss. The use of surfactants in the transesterification reaction can reduce the difficulty of mass transfer, decrease reaction time, the amount of catalyst, the temperature, and increase the production yield. In the present work, biodiesel was produced from palm oil via methyl route, using potassium hydroxide as a catalyst and coconut oil surfactant. Experimental planning of a central compound design (DCC) was carried out, having the alcohol:oil molar ratio, amount of surfactant, and reaction time as independent variables. The best biodiesel yield was 98.64 wt% and 98.04% in ester content, under optimal conditions of 30 min, molar ratio methanol:oil of 8.28:1, 1.05% by mass of surfactant of coconut oil, at 30 °C and 1 wt% sodium hydroxide. Thermogravimetric analyzes (TG) of biodiesel at the optimum point under different heating rates (10, 20, and 30 °C min-1) indicated that palm oil biodiesel is thermally stable up to temperatures below 200 °C. From the TG results, the isoconversional methods of Flynn-Wall-Ozawa and Kissinger were used to calculate the activation energy (Ea). Other kinetic and thermodynamic parameters, such as pre-exponential factor (A), the reaction order (n), and enthalpy (∆H), were also calculated and compared with the literature.

2
  • FÁBIO BONFIM DA CUNHA COSTA
  • DESENVOLVIMENTO DE ELETRODOS DO TIPO ÂNODO
    DIMENSIONALMENTE ESTÁVEL BASEADO EM
    Ti/(RuO 2 ) 0.3 -(TiO 2 ) 0.7 SINTETIZADOS COM LÍQUIDO IÔNICO

  • Orientador : SILVANA MATTEDI E SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • SILVANA MATTEDI E SILVA
  • JOSE MARIO FERREIRA JUNIOR
  • VALERIA CRISTINA FERNANDES
  • ANA CRISTINA MORAIS DA SILVA
  • Data: 27/01/2021

  • Mostrar Resumo
  • Eletrodos do tipo ânodo dimensionalmente estáveis ou dimensionally
    stable anodes (DSAs), feitos à base de mistura de óxidos, são dispositivos
    eletroquímicos baseados em processos faradaicos em corrente alternada para
    promover reações de oxirredução. São de grande importância para trabalhos
    de tratamento de efluentes industrias, devido a sua alta eficiência em
    degradação de materiais tais como: orgânicos e inorgânicos. Eles podem ser
    constituídos de um único óxido ou uma mistura de óxidos. A vantagem de se
    utilizar uma mistura de óxidos, se dá pela versatilidade de se poder alcançar
    uma maior gama de possibilidades de reações eletroquímicas, bem como
    garantir melhorias em suas propriedades físicas. O uso de líquidos iônicos
    (LIs), em especial os próticos, vem das inúmeras vantagens desses solventes,
    tais como: baixa pressão de vapor, altamente modeláveis, condutivos mesmo
    em meio anidro, serem termoquimicamente estáveis em uma larga faixa de
    temperatura etc. Graças a essas propriedades, eles podem ser aplicados para
    diversos fins, dentre eles a aplicação em rotas sintéticas para desenvolvimento
    de eletrodos. O LI é usado na etapa de preparação do banho químico, a fim de
    dissolver os óxidos utilizados e formar uma solução única, que apresente
    estabilidade química e garanta um meio suficientemente estável que permita
    que uma maior quantidade de matéria possa ser deposta sobre o substrato.
    Este trabalho utilizou três líquidos iônicos, o acetato de dibutilamônio
    [DBA][Ac], propionato de dibutilamônio [DBA][Pr] e o butirato de dibutilamônio
    [DBA][Bu], e estudou as implicações desses líquidos iônicos nos processos de
    síntese de eletrodos de ânodos dimensionalmente estáveis bem como algumas
    de suas propriedades termofísicas.


  • Mostrar Abstract
  • Dimensionally stable anode electrodes (DSAs), made from a mixture of oxides, are electrochemical devices based on faradaic processes in alternating current to promote oxidation-reduction reactions. They are of great importance for industrial effluent treatment works. These electrodes are synthesized by some methods, and in this work the use of ionic liquids (LI) in the so-called sol-gel method. The use of (LI), especially protics, comes from the numerous advantages of these solvents, such as: low vapor pressure, highly formable, conductive even in anhydrous medium, being thermochemically stable over a wide temperature range, etc. The efficiency of the sol-gel method is linked to the solvent viscosity, and ILs have a wide viscosity window. The solution is prepared by using a dispersion of oxides in LI, where this solution is applied to the substrate, in this case, titanium, and then calcined at 800 K, and the process is repeated until mass stability is reached on the electrode. . Promising results were found when mainly the purity of the LI, and the results by micrography, where a large surface area was revealed, this related to the electrically active area of the electrodes. The electrochemical tests showed excellent results regarding the capacitances and amount of electrical charge on the electrodes, and the morphological factor. The impedance data are in agreement with the voltammetric data, the lifetime reached by the electrodes of this work are much higher when compared to the commercial electrode data. And it was proven that the use of ILs in electrode synthesis (DSA) by the sol-gel method is feasible, where the results were considered excellent.

    So it was possible to complete this work successfully

     

     

3
  • ANGÉLICA AMARAL DE OLIVEIRA
  • Estudo do craqueamento catalítico do 2-metiltiofeno sobre zeólita Beta mesoporosa

  • Orientador : LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO SOUZA DE ARAUJO
  • LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MARIA LUIZA ANDRADE DA SILVA
  • RONALDO COSTA SANTOS
  • Data: 04/02/2021

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  • A crescente atenção dada à poluição ambiental em todo o mundo, motivou inúmeros países a criarem leis e regulamentos para restringir o teor de enxofre na gasolina. Atrelado a essas restrições, há o aumento da demanda pelo processamento de óleos mais pesados nas refinarias, os quais possuem altos teores de enxofre, e exigem uma maior severidade no seu processamento. A maior parte dos compostos sulfurados presentes na gasolina são provenientes da unidade de Craqueamento Catalítico Fluidizado (FCC), com aproximadamente 90% do total de enxofre presente na gasolina sendo oriundas desta unidade. Entre os principais contaminantes sulfurados presentes na faixa da gasolina estão o tiofeno, alquiltiofenos, benzotiofenos e dibenzotiofenos. A redução desses compostos a H2S é dificultada devido a estabilidade do anel aromático, em especial o 2-metiltiofeno que tende a isomerizar a 3-metiltiofeno. Assim, a busca por novos catalisadores que apresentem baixo custo e elevada seletividade para a redução de compostos sulfurados a H2S in situ no FCC vêm se intensificando. Neste contexto, o presente estudo avaliou como as mudanças nas propriedades ácidas e texturais resultantes da geração de mesoporosidade em zeólita Beta comercial afetam a atividade e o rendimento na formação de H2S. Para isso, foi utilizado uma corrente de n-hexano contendo 100 ppm de enxofre (2-metiltiofeno). Os testes reacionais foram realizados na temperatura de 500 oC, a pressão atmosférica e velocidade espacial de 0,83 s-1, condições estas próximas as da unidade de FCC. Os catalisadores avaliados foram obtidos a partir da dessilicação de uma zeólita Beta comercial (SAR 18) seguindo um planejamento experimental realizado com 3 variáveis (tempo, temperatura e concentração de NaOH). As modificações texturais, químicas e estruturais foram avaliadas a partir das técnicas de fisissorção de N2, FRX e DRX, respectivamente. A avaliação estatística realizada indicou que a variável significativa para a geração de mesoporosidade foi a concentração. Os catalisadores tratados com concentração de 0,3M de NaOH obtiveram os maiores volumes de mesoporos e de perda de cristalinidade. Todos os catalisadores dessilicados apresentaram aumento do número de sítios fortes de Brønsted e da formação de H2S. O rendimento máximo de H2S foi de aproximadamente 73%, enquanto a zeólita Beta precursora obteve 35%. O catalisador mais promissor para a formação de H2S foi o HB-at4, ao qual obteve formação a H2S de 80,65%, enquanto a zeólita precursora obteve 52,34%.


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  • The growing attention given to environmental proliferation worldwide, has motivated countless countries to publish laws and regulations to restrict the sulfur content of gasoline. Linked to these restrictions, there is an increase in the demand for the processing of heavier oils in refineries, which have high sulfur contents, and a greater severity in processing. Most of the sulfur compounds present in gasoline come from the Fluidized Catalytic Cracking (FCC) unit, with approximately 90% of the total sulfur present in gasoline coming from this unit. Among the main sulfur contaminants present in the gasoline range are thiophene, alkylthiophenes, benzothiophenes and dibenzothiophenes. The reduction of compounds to H2S is hindered due to the stability of the aromatic ring, in particular 2-methylthiophene which tends to isomerize 3-methylthiophene. Thus, the search for new catalysts that present low cost and high selectivity for reducing sulfur compounds to H2S in situ at the FCC has been intensifying. In this context, the present study evaluated how the changes in acidic and textural properties resulting from the generation of mesoporosity in commercial Beta zeolite affect the activity and the yield in the formation of H2S. For this, a n-hexane stream containing 100 ppm of sulfur (2-methylthiophene) was used. Reaction tests were performed at a temperature of 500 oC, atmospheric pressure and space speed of 0.83 s-1, the conditions are close as the FCC unit. The obtained catalysts were obtained from the desiccation of a commercial Beta zeolite (SAR 18) following an experimental planning carried out with 3 variables (time, temperature and NaOH concentration). The textural modifications were added and evaluated using the N2, FRX and DRX physisection techniques, respectively. A statistical evaluation carried out indicated that the variable concerns the generation of mesoporosity was the concentration. The catalysts treated with a concentration of 0.3M NaOH obtained the highest volumes of mesopores and loss of crystallinity. All desilicated catalysts deaf to the number of strong Brønsted sites and H2S formation. The maximum yield of H2S was approximately 73%, while the precursor Beta zeolite obtained 35%. The most promising catalyst for the formation of H2S was HB-at4, which obtained an 80.65% H2S formation, while the precursor zeolite obtained 52.34%.

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  • BRUNA CAROLINE DE OLIVEIRA BARRAL
  • OBTENÇÃO DE CATALISADORES DE NÍQUEL E GÁLIO PARA A PRODUÇÃO DO ETENO

  • Orientador : MARIA DO CARMO RANGEL SANTOS VARELA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CAIO LUIS SANTOS SILVA
  • LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MARIA DO CARMO RANGEL SANTOS VARELA
  • SIMONE PEREIRA DE LIMA
  • SIRLENE BARBOSA LIMA
  • Data: 08/02/2021

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  • A desidrogenação oxidativa do etano em presença de dióxido de carbono é uma via promissora para a obtenção do eteno, importante insumo industrial e precursor de uma vasta gama de produtos químicos, incluindo os polímeros. Este processo tem a vantagem de utilizar um gás do efeito estufa, além de proporcionar o aumento da seletividade e a diminuição da formação de óxidos de carbono (COx). Apesar das vantagens, ainda existe a demanda pela melhoria desse sistema no que se refere à atividade, rendimento e resistência ao depósito de coque nos catalisadores. Neste contexto, foram desenvolvidos catalisadores baseados em óxido de níquel e/ou óxido de gálio, suportados em óxido de nióbio. Foi avaliado o efeito da incorporação desses óxidos metálicos, em diferentes concentrações (Ni(Ga)/Nb= 0,1; 0,2 e 0,4), nas propriedades texturais e catalíticas do suporte de óxido de nióbio. As amostras foram preparadas por impregnação úmida e caracterizadas por difração de raios X, espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, termogravimetria, medidas de área superficial específica, dessorção à temperatura programada de amônia e dessorção à temperatura programada de dióxido de carbono. Foram obtidos catalisadores estáveis até 1000 oC, formados por óxido de nióbio (Nb2O5), niobato de níquel (NiNb2O6) e óxido de níquel (NiO), independente da presença de gálio, além de catalisadores baseados apenas em óxido de gálio suportado em óxido de níquel. Não se detectou nenhum composto contendo gálio, o que foi associado à sua elevada dispersão. Foram produzidos sólidos não porosos com baixas áreas superficiais específicas, típicas de óxidos metálicos. A adição de níquel ao suporte não alterou esse parâmetro até à razão molar Ni/Nb = 0,4, enquanto o gálio promoveu o aumento gradativo das áreas superficiais específicas, com o teor desse metal. Os catalisadores contendo níquel e gálio apresentaram valores intermediários de áreas superficiais específicas, quando comparados aos sólidos contendo apenas um metal. Todos os catalisadores apresentaram sítios ácidos e/ou básicos, cuja força e quantidade variaram com o teor de níquel e/ou gálio. De modo geral, o gálio foi mais eficiente que o níquel em gerar sítios fortes, fracos e moderados. Quando presentes simultaneamente no sólido, favorecem a formação de sítios ácidos moderados e fortes. Em pequenas quantidades, o gálio foi mais eficiente que o níquel em formar sítios básicos, quando presentes isoladamente no sólido, mas quando juntos, esses metais criam maiores quantidades totais de sítios, que o níquel e menores que o gálio, sugerindo uma interação entre eles. Quando juntos no sólido, são formados predominantemente sítios fracos. Entretanto, quantidades mais elevadas de níquel e/ou gálio não afetam a basicidade do óxido de nióbio. Concluiuse que as propriedades ácido-base podem ser controladas pela natureza e teor dos metais.


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  • The oxidative dehydrogenation of ethane in the presence of carbon dioxide is a promising route to obtain ethylene, an important industrial input and precursor to a wide range of chemicals, including polymers. This process has the advantage of using a greenhouse gas, in addition to increasing selectivity and decreasing the formation of carbon oxides (COx). Despite the advantages, there is still a demand for improving this system regarding the activity, yield and resistance to coke deposits over the catalysts. In this context, catalysts based on niobium oxide-supported nickel oxide and/or gallium oxide were developed. The effect of incorporating these metal oxides, in different concentrations (Ni(Ga)/Nb= 0.1; 0.2 and 0.4), on the textural and catalytic properties of niobium oxide support was evaluated. The samples were prepared by wet impregnation and characterized by X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, thermogravimetry, specific surface area measurements, temperature programmed desorption of ammonia and temperature programmed desorption of carbon dioxide. Stable catalysts were obtained up to 1000 oC, made of niobium oxide (Nb2O5), nickel niobate (NiNb2O6) and nickel oxide (NiO), regardless the presence of gallium, in addition to catalysts based only on gallium oxide supported on oxide of nickel. No compound containing gallium was detected, which was associated with its high dispersion. Non-porous solids were produced with low specific surface areas, typical of metal oxides. The addition of nickel to the support did not change this parameter until the molar ratio Ni/Nb= 0.4, while gallium promoted a gradual increase in specific surface areas, with the content of this metal. The catalysts containing nickel and gallium showed intermediate values of specific surface areas, when compared to solids containing only one metal. All catalysts showed acid and/or basic sites, whose strength and quantity varied with nickel and/or gallium content. In general, gallium was more efficient than nickel in generating strong, weak and moderate acid sites. When present simultaneously in the solid, they favor the formation of moderate and strong acidic sites. In small quantities, gallium was more efficient than nickel in forming basic sites, when present alone in the solid, but when together, these metals created greater total amounts of sites, than nickel and smaller than gallium, suggesting an interaction between them. When together in the solid, weak sites are formed predominantly. However, higher amounts of nickel and/or gallium do not affect the basicity of niobium oxide. It was concluded that the acid-base properties can be tailored by the kind and content of the metals.

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  • REBECA DA PAIXÃO GOMES CARDOSO
  • ANÁLISE DA EFICIÊNCIA DOS SORVENTES NATURAIS LIGNOCELULÓSICOS NA REMEDIAÇÃO DE PETRÓLEO DERRAMADO EM ÁGUAS MARINHAS UTILIZANDO FIBRA DE SISAL

  • Orientador : ICARO THIAGO ANDRADE MOREIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANA KATERINE DE CARVALHO LIMA LOBATO
  • ICARO THIAGO ANDRADE MOREIRA
  • ODETE GONÇALVES
  • Data: 17/02/2021

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  • O petróleo é aplicado nos diversos setores da economia, contudo, a sua produção pode desencadear impactos ambientais capazes de destruir biomas provenientes de derramamentos offshore e onshore. Com o intuito de remediar áreas impactadas, são aplicadas barreiras de contenção e limpeza em ambiente marinho. A fibra de sisal é encontrada em larga escala na natureza como subproduto de produções agrícolas além de serem materiais de fontes renováveis bem como biodegradáveis. O presente artigo apresenta, como objetivo, revisar os derramamentos de petróleo, bem como os métodos de resposta, através de uma pesquisa exploratória. Contempla, ainda, um estudo de caso, envolvendo testes realizados em laboratório a fim de verificar a eficiência da fibra de sisal in natura na sorção do petróleo da Bacia de Campos. As análises morfológicas da fibra, através do Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV), permitiram o acesso a imagens ampliadas da área superficial da fibra, compostas por poros responsáveis pelo processo de adsorção do óleo. Para avaliar a sua eficiência, ensaios de derramamentos offshore foram simulados, sob períodos distintos (5, 20, 40, 60, 90 e 120min), utilizando a mesa reciprocante (126 rpm), que simula a hidrodinâmica marinha. Os dados colhidos sugeriram a necessidade de um tempo mínimo de 5 minutos de contato com óleo em eventuais derramamentos marinhos. A reciclagem da fibra foi analisada ao longo de seis ciclos subsequentes. O potencial adsortivo do último ciclo decaiu aproximadamente 12% da primeira sorção, caracterizando uma boa reutilização da fibra após sucessivas aplicabilidades.


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  • Oil is used in different sectors of the economy, however, its production can trigger environmental impacts capable of destroying biomes from offshore and onshore spills. In order to remedy impacted areas, containment and cleaning barriers are applied in the marine environment. Sisal fiber is found on a large scale in nature as a by-product of agricultural production, in addition to being materials from renewable sources as well as biodegradable. This article aims to review oil spills, as well as response methods, through exploratory research. It also includes a case study, involving tests performed in the laboratory in order to verify the efficiency of fresh sisal fiber in the sorption of oil in the Campos Basin. The morphological analysis of the fiber, through the Scanning Electron Microscope (SEM), allowed access to enlarged images of the surface area of the fiber, composed of pores responsible for the oil adsorption process. To assess its efficiency, offshore spill tests were simulated, under different periods (5, 20, 40, 60, 90 and 120 minutes), using the reciprocating table (126 rpm), which simulates marine hydrodynamics. The data collected suggested the need for a minimum time of 5 minutes of contact with oil in eventual marine spills. Fiber recycling was analyzed over six subsequent cycles. The adsorptive potential of the last cycle decreased approximately 12% from the first sorption, characterizing a good fiber reuse after successive applications.

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  • ROBERTA LOPES DO ROSÁRIO
  • Estudo comparativo de catalisadores bimetálicos suportados em óxido de nióbio na hidrodessulfurização do 3-metiltiofeno

  • Orientador : LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MARIA DO CARMO RANGEL SANTOS VARELA
  • RONALDO COSTA SANTOS
  • ANDRÉ LEOPOLDO MACÊDO DA SILVA
  • Data: 19/02/2021

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  • A eficiência do óxido de nióbio como suporte catalítico dos catalisadores CoMo e NiW na reação hidrodessulfurização (HDS) foi investigada através do HDS do 3-metiltiofeno (3MT), uma molécula modelo representativa de compostos de enxofre presentes na gasolina de FCC. Técnicas de caracterização foram realizadas a fim de compreender os diferentes fenômenos que poderiam explicar os resultados experimentais obtidos. A partir da análise de TPD-NH3, observou-se um perfil de acidez com predominância de ácido fraco/forte e fraco/moderado para os catalisadores CoMo e NiW, respectivamente. Enquanto isso, a análise BET indicou uma baixa área superficial específica para os catalisadores suportados no óxido de nióbio. No que diz respeito à característica da estrutura, a análise de DRX identificou uma fase amorfa em todos os catalisadores analisados.

    O catalisador de NiW suportado em óxido de nióbio apresentou uma maior atividade catalítica dentre os catalisadores avaliados (CoMo/Nb2O5 calcinado e não calcinado), além de uma menor relação pentano/penteno quando comparado com o catalisador CoMo/Nb2Ocalcinado, fato que implica em uma menor formação de produtos hidrogenados. A ordem de atividade dos catalisadores avaliados foi de: NiW/Nb2O5> CoMo/Nb2O5 suporte calcinado> CoMo/Nb2O5 suporte não calcinado.


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  • The efficiency of niobium oxide as catalytic support of hydrodesulfurization (HDS) catalysts (CoMo and NiW) has been investigated in the HDS of a model molecule representative of sulfur compounds present in FCC gasoline (3-methylthiophene: 3MT). Furthermore, textural and chemical characterization techniques have been performed in order to understand the different phenomena that could explain the experimental results obtained. From NH3-TPD analysis it was observed an acidity profile with a predominance of weak/strong and weak/moderate acid for CoMo and NiW catalysts, respectively. Meanwhile, the BET analysis has shown a low specific surface area for the catalysts supported by niobium metal. Concerning the structure characteristic, the XRD analysis has suggested an amorphous phase in all catalysts analyzed.

    The NiW/Nb2O5 catalyst presented a higher catalytic activity than CoMo/Nb2O5 calcined and non-calcined catalyst, with a lower ratio pentane/pentene when compared with the calcined CoMo/Nb2O5 catalyst, which implies a lower formation of hydrogenated products. Indeed, the activity order for the catalysts evaluated is: NiW/Nb2O5 > CoMo/Nb2O5 calcined support > CoMo/Nb2O5 non-calcined support.

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  • SUELEM SÁ DELA FONTE
  • Eficiência de sistemas microemulsionados no tratamento de areia de praia contaminada com petróleo

  • Orientador : GEORGE SIMONELLI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GEORGE SIMONELLI
  • LUIZ CARLOS LOBATO DOS SANTOS
  • LUIZ MARIO NELSON DE GOIS
  • JOSE MARIO FERREIRA JUNIOR
  • Data: 26/02/2021

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  • O crescimento da demanda energética mundial por petróleo tem proporcionado aumento na sua exploração, produção e no transporte em ambientes onshore ou offshore. Entretanto, durante a realização dessas atividades podem ocorrer derramamentos de óleo ocasionado por vazamentos, corrosão das tubulações, blow-outs, entre outros. Derramamentos de petróleo contaminam o meio ambiente, afetando o solo, águas superficiais e até areias de praia. A remediação de sedimentos contaminados como areia e solos é uma tarefa complexa visto que o petróleo adsorve nas superfícies dos grãos sendo de difícil remoção. A remediação de sedimentos contaminados pode ser realizada por métodos físicos, químicos, biológicos ou combinação entre eles. Dentre os métodos aplicados para tratamento, a utilização de sistemas microemulsionados têm se destacado no âmbito científico devido aos bons resultados de eficiência de remoção, redução na quantidade de tensoativo quando comparado a sua aplicação isolada e possibilidade de utilização de tensoativos biodegradáveis. O presente trabalho teve como finalidade analisar um sistema microemulsionado composto por tensoativo de origem vegetal na remediação de areia de praia contaminada por petróleo. A formulação microemulsionada era composta por sabão de coco, n-butanol, água destilada e n-hexano. O planejamento experimental de mistura foi utilizado com o objetivo de determinar uma composição ótima para a microemulsão. De posse desta composição, foram realizados novos experimentos a fim de avaliar os efeitos. Os resultados mostraram que incrementos na massa da microemulsão aplicada proporcionou aumento no percentual de óleo removido. Enquanto que o tempo de contato não influenciou no percentual de óleo removido. Os percentuais de óleo removido variaram de 8,96 a 58,07%.


  • Mostrar Abstract
  • The growth in world energy demand for oil has provided an increase in its exploration, production and transportation in onshore or offshore environments. However, during the performance of these activities, oil spills may occur due to leaks, corrosion of the pipes, blow-outs, among others. Oil spills contaminate the environment, affecting the soil, surface water and even beach sand. The remediation of contaminated sediments such as sand and soils is a complex task since oil adsorbs on grain surfaces and is difficult to remove. The remediation of contaminated sediments can be carried out by physical, chemical, biological methods or a combination of them. Among the methods applied for treatment, the use of microemulsified systems has stood out in the scientific scope due to the good results of removal efficiency, reduction in the amount of surfactant when compared to its isolated application and the possibility of using biodegradable surfactants. This work aimed to analyze a microemulsified system composed of a surfactant of vegetable origin in the remediation of beach sand contaminated by oil. The microemulsified formulation was composed of coconut soap, n-butanol, distilled water and n-hexane. The experimental mixture planning was used with the objective of determining an optimal composition for the microemulsion. With this composition, new experiments were carried out in order to evaluate the effects. The results showed that increases in the mass of the applied microemulsion provided an increase in the percentage of oil removed. While the contact time did not influence the percentage of oil removed. The percentages of oil removed ranged from 8.96 to 58.07%.

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  • DANILO DE AGUIAR PONTES
  • AVALIAÇÃO DA DESCRIÇÃO DO EQUILÍBRIO SÓLIDO-LÍQUIDO DE BIOMOLÉCULAS EM LÍQUIDOS IÔNICOS POR COSMO-SAC

  • Orientador : SILVANA MATTEDI E SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRÉ RODRIGUES MUNIZ
  • RAFAEL DE PELEGRINI SOARES
  • REGINA FERREIRA VIANNA
  • SILVANA MATTEDI E SILVA
  • Data: 16/03/2021

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  •  Muitos líquidos iônicos são tidos como uma alternativa mais ecologicamente correta aos solventes orgânicos hoje utilizados e têm a vantagem de serem solventes projetáveis, com a possibilidade de grande quantidade de misturas. Por outro lado, a disponibilidade de dados experimentais na literatura é pequena. Os modelos baseados em COSMO são, em geral, preditivos e envolvem a distribuição eletrônica das moléculas determinada por cálculos quânticos. Devido à possibilidade de predição, esse tipo de modelo é indicado para uso na descrição de misturas que contenham líquidos iônicos. Nesse contexto, o presente trabalho propõe a avaliação da modelagem termodinâmica baseada em COSMO (Conductor-like Screening Model) para o equilíbrio de fases de misturas sólido-líquido contendo líquidos iônicos. Explora-se a versão puramente preditiva COSMO-SAC. Nela, as configurações eletrônicas (perfis-σ) dos componentes como líquidos iônicos, solventes, biomoléculas ou hidrocarbonetos que participem nas misturas serão gerados por cálculos quânticos, utilizando o método ab-initio QM (HF+TZVP) e o programa GAMESS. Avalia-se a performance do modelo, e a possibilidade de seu uso para a triagem de solventes em processos extrativos. Verifica-se, então, que, mesmo que alguns sistemas tenham seu comportamento assertivamente predito, ainda que qualitativamente, muitos sistemas, por outro lado, apresentam desvios de solubilidade calculada em relação ao valor encontrado experimentalmente de mais de 100%.


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  •  Many ionic liquids are considered a more ecofriendly alternative to organic solvents currently used, and yet have the advantage of being designable solvents, therefore the possible number of mixtures is considerably large. On the other hand, the availability of experimental data in literature is rather small. COSMO based models are, in general, predictive in nature, and involve the electronic distribution of molecules, determined by quantum calculations. Due to the prediction possibility, this type of model is indicated for use in the description of mixtures which contain ionic liquids. In this context, this study proposes an analysis of COSMO (Conductor-like Screening Model) based thermodynamic modelling for solid-liquid phase equilibria systems containing ionic liquids. The explored version in this study is the purely predictive COSMO-SAC. In such a model, the electronic configurations (σ-profiles) of components such as ionic liquids, solvents, biomolecules or hydrocarbons which may take part in the mixtures are generated using quantum chemistry, using ab-initio QM (HF+TZVP), or GAMESS software. Its performance and possible use for the screening of solvents to be used in extractive processes is henceforth evaluated. Thus, it is verified that, even though some systems could have their behavior appropriately predicted, even in a quantitative manner, many systems, on the other hand, presented calculated solubility deviations compared to experimentally obtained values of more than 100%.

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  • LUCAS AMARAL DOS SANTOS
  • ANÁLISE DA PRODUÇÃO E APLICAÇÕES DO ÁCIDO LEVULÍNICO OBTIDO A PARTIR DE BIOMASSA

  • Orientador : LEONARDO SENA GOMES TEIXEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LEILA MARIA AGUILERA CAMPOS
  • LEONARDO SENA GOMES TEIXEIRA
  • LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MARIA LUIZA ANDRADE DA SILVA
  • Data: 14/06/2021

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  • As emissões de gases de efeito estufa e mudanças climáticas tornam necessárias as buscas por fontes de energias e produtos que não tenham origem no petróleo. Neste contexto, o Departamento de Energia dos Estados Unidos elaborou um relatório definindo doze moléculas plataformas que podem ser obtidas a partir de biomassa lignocelulósica. Uma dessas moléculas é o ácido levulínico, um composto orgânico, polar e reativo que pode formar diversas substâncias com aplicações no mercado, substituindo compostos da indústria petroquímica. Neste trabalho, foi realizada uma pesquisa, através de publicações científicas e patentes, das possíveis rotas de produção do ácido levulínico obtido a partir de biomassa, elaborando uma análise crítica das tecnologias disponíveis, as suas vantagens e desvantagens, bem como dos derivados que podem ser sintetizados a partir desta molécula plataforma. Foram utilizados relatórios de empresas de consultoria de mercado, para analisar o mercado atual e futuro do ácido levulínico e de um possível derivado. Em 2021, o mercado mundial do ácido levulínico deve alcançar US$ 24,0 milhões, com projeção de US$ 49,2 milhões para 2027 e uma taxa de crescimento anual de 12,7%. O ácido levulínico é sintetizado a partir da hidrólise ácida da biomassa, sendo que nas publicações pesquisadas 51% utilizavam biomassa vegetal, 30% açúcares e 19% outros tipos de biomassa. Nas publicações científicas prospectadas, a catálise heterogênea para síntese do ácido levulínico corresponde à 45%, a catálise homogênea 38% e a catálise com líquidos iônicos 17%. O ácido levulínico já é produzido industrialmente através de catálise homogênea com ácido clorídrico ou sulfúrico, mas a catálise heterogênea e a catálise com líquidos iônicos são potenciais formas de se obter o ácido levulínico a partir da biomassa, evitando o uso de materiais nobres nos reatores e o custo de separação do catalisador da catálise homogênea. Para potencializar este crescimento, é essencial que sejam pesquisadas as rotas de síntese de derivados do ácido levulínico. Devido a sua reatividade, o ácido levulínico pode formar muitos derivados, sendo encontrados 30 citações de derivados do ácido levulínico nas publicações científicas. Dentre estes derivados, está a γ-valerolactona, um éster cíclico que pode ser utilizado como solvente em processos químicos, substituindo compostos perigosos para a saúde humana, como precursor de combustível ao formar hidrocarbonetos de composição próxima ao diesel e na síntese de monômeros do nylon 6 e 66 substituindo o benzeno, substância carcinogênica, como fonte de carbono. Estas aplicações da γ-valerolactona, representam apenas 5% do mercado mundial do ácido levulínico, mostrando que a γ-valerolactona pode ser utilizada como propulsora do ácido levulínico na economia mundial. O ácido levulínico é uma molécula plataforma importante para as biorrefinarias e a produção da γ-valerolactona é essencial para agregar valor à biomassa nas biorrefinarias e diminuir a dependência da economia mundial do petróleo.


  • Mostrar Abstract
  • The greenhouse gas emissions and climate changes make it imperative to search for alternative energy sources and products that are not derived from petroleum. In this context, the United States Department of Energy released a report defining twelve building blocks that could be produced from lignocellulosic biomass. Among these molecules is levulinic acid, an organic compound, polar and reactive, which can form many substances with market applications, replacing traditional compounds of the petrochemical industry. In this work, a research was made, through scientific publications and patents, of the possible production routes for levulinic acid obtained from biomass, preparing a critical analysis of available technologies, the advantages, and drawbacks, as well as the derived substances which can be synthesized from this building block. Reports from market research companies were used to analyze the current and future market for levulinic acid and a possible derivative. In 2021, the worldwide market for levulinic is expected to reach US$ 24.0 million, with a projection of US$ 49.2 million in 2027 and a compound annual growth rate of 12.7%. Levulinic acid is synthesized from acid hydrolysis of biomass, and in the researched publications 51% used vegetable biomass, 30% sugars and 19% other types of biomass. In the researched scientific publications, heterogeneous catalysis for the synthesis of levulinic acid corresponds to 45%, homogeneous catalysis 38%, and catalysis with ionic liquids 17%. The levulinic acid is industrially produced using homogeneous catalysis with hydrochloric or sulfuric acid, however heterogeneous catalysis and catalysis with ionic liquids are potential ways of obtaining the levulinic acid, avoiding the using of noble materials on the reactor and separation costs of the catalyst in the homogenous catalysis. To further enhance the growth of levulinic acid’s world market, it is essential to research the synthesis routes of its derivatives. Due to its reactivity, levulinic acid can form many derivatives, with 30 citations of levulinic acid derivatives found in scientific publications. One these derivates is γ-valerolactone, a cyclic ester, that can be used as a solvent in the chemical process replacing harmful compounds for human health, as a substance to make fuels by forming hydrocarbons near diesel’s composition or in nylon 6 and 66 monomer synthesis replacing benzene, a carcinogenic substance, as a carbon source. These applications of γ-valerolactone represent only 5% of levulinic acid’s world market, showing that γ-valerolactone can be used as a propellant of levulinic acid in the world economy. The levulinic acid is an important building block for biorefineries and the production of γ-valerolactone is essential to add value to biomass in biorefineries and to reduce dependence on the world oil economy.

Teses
1
  • TAYANARA MENEZES SANTOS
  • Remoção de compostos orgânicos da água produzida utilizando adsorção por carvão ativado modificado
    e processo Fenton combinados

  • Orientador : LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANA CRISTINA MORAIS DA SILVA
  • ANA KATERINE DE CARVALHO LIMA LOBATO
  • DAIANE FARIAS PEREIRA SUFFREDINI
  • GABRIEL FRANCISCO DA SILVA
  • LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MARIA MANUEL SERRANO BERNARDO
  • Data: 16/06/2021

  • Mostrar Resumo
  • A água de produção, também chamada de água produzida (AP), é um efluente oriundo da
    exploração de petróleo e gás que contém grande quantidade de contaminantes e precisa
    ser tratada, devido aos efeitos nocivos que causa ao ambiente. Este efluente contém sais,
    compostos orgânicos, compostos inorgânicos e metais pesados. A moringa é uma planta
    nativa da Índia e o carvão obtido de sua queima resulta em um adsorvente de baixo custo
    e propriedades interessantes para separação de orgânicos. Nesse contexto, esse trabalho
    teve como objetivo desenvolver um carvão ativado modificado à base de moringa que
    associado ao uso do processo Fenton foi utilizado na remoção de compostos orgânicos da
    AP. O carvão ativado foi obtido através dos processos de pirólise e ativação química, e
    utilizado no processo de adsorção dos compostos orgânicos da AP, sendo sucedido pela
    aplicação de uma unidade de purificação através do processo Fenton. A adsorção teve
    como desígnio reduzir o teor de óleos e graxas (TOG). O processo Fenton, por sua vez,
    teve como finalidade degradar a carga orgânica remanescente. Os experimentos foram
    realizados com efluente preparado em laboratório a partir da dispersão de petróleo bruto
    em solução salina. O TOG inicial adotado no efluente modelo foi de 300 mg L-1, tomando
    como base o TOG médio do efluente nas unidades de processamento da bacia SE/AL. O
    processo de adsorção foi estudado individualmente em batelada utilizando carvão ativado
    oriundo da Moringa oleífera bruto, e modificado com ferro e cobre. A impregnação do
    carvão ativado com metal teve como objetivo aumentar a eficiência de adsorção. Em
    seguida, o efluente oriundo da melhor condição destes processos foi testado em diferentes
    condições do Fenton, variando concentração de H2O2 e Fe2+. O carvão ativado
    desenvolvido foi caracterizado através da análise da área superficial, MEV,
    termogravimetria, DRX, FTIR, análise elementar e método de Boehm. A modificação do
    carvão ativado com os metais foi bem-sucedida, com MEV e FTIR demonstrando que as
    nanopartículas foram retidas no material desenvolvido e o método de Boehm
    confirmando que a impregnação alterou os grupos superficiais. Os estudos de adsorção
    revelaram que o carvão ativado oriundo da semente modificado com ferro foi o
    adsorvente de maior capacidade de adsorção, removendo, efetivamente, 93,1% do TOG
    da AP modelo. A combinação dos processos de adsorção e Fenton removeu 99,83% do
    TOG da AP modelo.


  • Mostrar Abstract
  • Production water, also called produced water, is the effluent that stands out most among
    those from the oil and gas industry that contains a large amount of contaminants and needs
    to be treated, due to the harmful effects it causes to the environment. This effluent
    contains salts, organic compounds, gases and heavy metals. Moringa is a plant native to
    India and the carbon obtained from burning results in a low-cost adsorbent and interesting
    properties for the separation of organics. The present work aimed to develop modified
    activated carbon based on moringa that associated with the use of the Fenton process was
    used to remove organic compounds from the produced water. The activated carbon was
    obtained through the processes of pyrolysis and chemical activation, and used in the
    process of adsorption of the organic compounds of the produced water, being followed
    by the Fenton process. The adsorption was designed to reduce the content of oils and
    greases (TOG). The Fenton process, in turn, aimed to degrade the remaining organic load.
    The experiments were carried out with effluent prepared in the laboratory from the
    dispersion of crude oil in saline solution. The initial TOG adopted in the model effluent
    was 300 mg L-1, based on the average TOG of the effluent in the processing units of the
    SE/AL basin. The adsorption process was individually studied in batch using activated
    carbon from the pod (CV) and seed (CS) of the raw oil moringa, and modified with iron
    and copper. The impregnation of activated carbon with metal aimed to increase the
    adsorption efficiency. Then, the effluent from the best condition of these processes was
    tested under different conditions of the Fenton, varying the concentration of H2O2 e Fe2+. The developed activated carbon was characterized by analyzing the surface area,
    SEM, thermogravimetry, XRD, FTIR, elemental analysis and Boehm method. The
    modification of activated carbon with metals was successful, with SEM and FTIR
    demonstrating that the nanoparticles were retained in the developed material and the
    Boehm method confirming that the impregnation changed the surface groups. The
    adsorption studies revealed that the activated carbon from the iron-modified seed was the
    adsorbent with the highest adsorption capacity, effectively removing 93,1% of TOG from
    the produced water. The combination of the adsorption and Fenton processes removed
    99,83% of the TOG from the model AP.

2
  • SHIRLEI LIMA DOS ANJOS
  • ESTRATÉGIAS ANALÍTICAS PARA DETERMINAÇÃO DE CONSTITUINTES INORGÂNICAS EM AMOSTRAS DE ROCHAS GERADORAS, PETRÓLEO E ÓLEO DIESEL

  • Orientador : SILVANA MATTEDI E SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • SILVANA MATTEDI E SILVA
  • ANA CRISTINA MORAIS DA SILVA
  • JOAO BATISTA PEREIRA JUNIOR
  • SARAH ADRIANA ROCHA SOARES
  • MÁRIO MARQUES DA SILVA JUNIOR
  • Data: 22/06/2021
    Ata de defesa assinada:

  • Mostrar Resumo
  • A quantificação de contaminantes inorgânicos em petróleo e em seus derivados é de grande
    importância, pois a presença desses metais pode influenciar negativamente o processo de
    refino, causando, principalmente, redução da qualidade dos derivados produzidos, além da
    contaminação ambiental. Muitas estratégias vêm sendo utilizadas no preparo de amostras de
    interesse petroquímico para a determinação de contaminantes inorgânicos. O processo
    oxidativo avançado (POA) têm sido uma boa proposta por se tratar de um método simples,
    com uso mínimo de reagentes, com baixíssima chance de contaminação e com alto poder de
    degradação da matéria orgânica. No presente trabalho, o processo oxidativo avançado foi
    proposto como procedimento complementar para total degradação da matéria orgânica em
    amostras de petróleo, o uso da fibra de sisal (agave sisalana) como suporte sólido na
    determinação de contaminantes inorgânicos em amostras de diesel e a aplicação de
    ferramentas quimiométricas na distinção de paleoambientes deposicionais de amostras de
    rochas geradoras de petróleo. Os resultados mostraram que uma única etapa de digestão ácida
    em um sistema fechado pode não ser suficiente para eliminar completamente a matriz
    orgânica e que a combinação do procedimento de foto-oxidação ajudou a reduzir o conteúdo
    de carbono residual, melhorando os sinais na determinação de Cd, em que os teores de Cd
    variaram de 38,4 a 52,6 μg kg-1

    . Fibras de sisal foram usadas para extrair Cu, Ni, Mn e Zn de
    amostras de óleo diesel para determinação (ou seja, medições analíticas diretas no suporte
    sólido) dos analitos por Espectrometria de Fluorescência de Raios-X por Dispersão de
    Energia (EDXRF). Concentrações de Cu, Ni, Mn e Zn em amostras de óleo diesel variaram de
    0,15-0,27; 0,17-0,30; 0,49-0,78 e 0,34-0,54 μg g
    -1
    , respectivamente. A quantificação de
    metais nas rochas e nos extratos de rochas mostrou ser muito relevante para a análise do
    paleoambiente deposicional de cada formação. Foram aplicadas as análises de componentes
    principais (PCA) e de cluster hierárquicos (HCA). Dentre os dados geoquímicos inorgânicos,
    os parâmetros usados foram as concentrações e as razões de alguns elementos (Al, Ba, Cr, Fe,
    K, Mg, Mn, Na, Ni, P, Pb, Sr, V e Zn). As amostras foram separadas em três grupos distintos,
    possivelmente devido as diferentes características físico-químicas, e dos diferentes
    paleoambientes deposicionais das formações Irati, Barreirinha e Candeias.


  • Mostrar Abstract
  • The quantification of inorganic contaminants in petroleum and its derivatives is of great
    importance, since the presence of these metals can negatively influence the refining process,
    mainly causing a reduction in the quality of the derivatives produced, in addition to
    environmental contamination. Many strategies have been used in the preparation of samples
    of petrochemical interest for the determination of inorganic contaminants. The advanced
    oxidative process (POA) has been a good proposal because it is a simple method, with
    minimal use of reagents, with a very low chance of contamination and with a high
    degradation power of organic matter. In the present work, the advanced oxidative process was
    proposed as a complementary procedure for total degradation of organic matter in oil samples,
    the use of sisal fiber (agave sisalana) as a solid support in the determination of inorganic
    contaminants in diesel samples and the application of chemometric tools to distinguish
    depositional paleoenvironments from samples of oil-generating rocks. The results showed that
    a single step of acid digestion in a closed system may not be sufficient to completely
    eliminate the organic matrix and that the combination of the photo-oxidation procedure
    helped to reduce the residual carbon content, improving the signals in the determination of Cd
    , in which the Cd contents ranged from 38.4 to 52.6 μg kg-1. Sisal fibers were used to extract
    Cu, Ni, Mn and Zn from diesel oil samples to determine (ie, direct analytical measurements
    on the solid support) of the analytes by Energy Dispersion X-Ray Fluorescence Spectrometry
    (EDXRF). Cu, Ni, Mn and Zn concentrations in diesel oil samples ranged from 0.15-0.27;
    0.17-0.30; 0.49-0.78 and 0.34-0.54 μg g-1, respectively. The quantification of metals in rocks
    and rock extracts proved to be very relevant for the analysis of the depositional
    paleoenvironment of each formation. Principal component (PCA) and hierarchical cluster
    (HCA) analyzes were applied. Among the inorganic geochemical data, the parameters used
    were the concentrations and ratios of some elements (Al, Ba, Cr, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni, P,
    Pb, Sr, V and Zn). The samples were separated into three distinct groups, possibly due to the
    different physical-chemical characteristics, and the different depositional paleoenvironments
    of the Irati, Barreirinha and Candeias formations.

3
  • ISABELA CONCEIÇÃO SALES
  • SOLUÇÕES AQUOSAS DE SAIS E LÍQUIDOS IÔNICOS PARA PROMOVER A SOLUBILIDADE E EXTRAÇÃO DE ARTEMISININA.

  • Orientador : SILVANA MATTEDI E SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANA KATERINE DE CARVALHO LIMA LOBATO
  • MARA GUADALUPE FREIRE MARTINS
  • MARIA OLGA DE AMORIM E SÁ FERREIRA
  • Pedro de Alcântara Pessoa Filho
  • SILVANA MATTEDI E SILVA
  • SIMÃO PEDRO DE ALMEIDA PINHO
  • ALVARO SILVA LIMA
  • Data: 24/08/2021

  • Mostrar Resumo
  • A busca pela cura da malária levou pesquisadores a encontrar a artemisinina (ART) em uma planta chinesa (Artemisia annua L.), no início da década de 1970. Este composto é um peróxido de lactona sesquiterpenóide conhecido por sua potente atividade antimalárica, doença que afeta 216 milhões de pessoas atualmente. No entanto, a extração convencional da ART apresenta alto custo e baixa eficiência, sendo sua baixa solubilidade em água considerada um forte obstáculo ao seu amplo uso. Os hidrótropos são uma classe de compostos com a capacidade de aumentar consideravelmente a solubilidade de solutos hidrofóbicos em soluções aquosas. Recentemente, líquidos iônicos (LIs) têm sido relatados como uma classe promissora de hidrótropos capaz de aumentar a solubilidade de vários compostos hidrofóbicos em solução aquosa. Assim, soluções hidrotrópicas com LIs podem contribuir não apenas para melhorar a eficiência da extração de ART de fonte natural, mas também para aumentar sua biodisponibilidade. Neste contexto, o objetivo principal da tese é propor um método de extração de ART que utilize soluções aquosas de LIs, ou sais, como solventes alternativos. Neste âmbito, foi analisado o impacto das estruturas químicas dos LIs, nomeadamente a natureza do ânion e do cátion, e suas concentrações, na solubilidade da ART em água, tendo essa sido determinada em soluções aquosas de LIs, ou sais, a diferentes molalidades, e a 30 ºC. Os resultados obtidos evidenciam claramente a capacidade excepcional deste tipo de substâncias para aumentar a solubilidade da ART em meio aquoso, o que é comparado ao obtido com o uso de alguns solventes orgânicos. O valor máximo da solubilidade variou, nos diferentes sistemas, entre 2,5 e até 750 vezes o valor da solubilidade da água pura, sendo o máximo atingido com o salicilato de sódio. Além disso, parâmetros solvatocrômicos das soluções aquosas investigadas foram determinados com o objetivo de correlacionar as propriedades do solvente com os dados de solubilidade da ART e contribuir na compreensão do fenômeno da hidrotropia. Após a comprovação do poder hidrotrópico do LI e do sal, a metodologia de superfície de resposta foi utilizada para otimizar as condições operacionais de extração (tempo de extração, concentração de hidrótropo e temperatura), levando a um rendimento máximo de extração de ART de 0,68% em peso de folhas secas da Artemisia annua L.. Por fim, a atividade antimalárica dos extratos foi determinada e comprovada


  • Mostrar Abstract
  • The search for a cure for malaria led researchers to find artemisinin (ART) in a Chinese plant (Artemisia annua L.) in the early 1970s. This compound is a sesquiterpenoid lactone peroxide known for its potent antimalarial activity, a disease that affects 216 million people today. However, conventional ART extraction has high cost and low efficiency, and its low solubility in water is considered a strong obstacle to its wide use. Hydrotropes are a class of compounds with the ability to increase the solubility of hydrophobic solutes in aqueous solutions considerably. Recently, ionic liquids (ILs) have been reported as a promising class of hydrotropes capable of increasing the solubility of various hydrophobic compounds in an aqueous solution. Thus, hydrotropic solutions with ILs can contribute not only to improve the efficiency of extracting ART from natural sources but also to increase its bioavailability. In this context, the main objective of the thesis is to propose a method of extracting ART that uses aqueous solutions of ILs, or salts, as alternative solvents. First, the impact of the chemical structures of ILs, namely the nature of the anion and cation, and their concentration on the solubility of ART in water was evaluated. For this, the solubility of ART was determined in several aqueous solutions of ILs/salts at different concentrations at 30 ºC. The results obtained so far clearly demonstrate the exceptional ability of ILs to increase the solubility of ART in aqueous media, which is compared to that obtained with the use of organic solvents. The maximum solubility value varied, in the different systems, between 2.5 and 750 times the solubility value of pure water, the maximum being reached with sodium salycilate. In addition, solvatochromic parameters of the investigated aqueous solutions of ILs were determined to correlate the solvent properties with the ART solubility data and study the hydrotropy phenomenon. After proving the IL and salt hydrotropic power, the response surface methodology was used to optimize the operational extraction conditions (extraction time, hydrotrope concentration, and temperature), leading to a maximum ART extraction yield of 0.68% by weight of dry leaves of Artemisia annua L.. Finally, the antimalarial activity of the extracts was determined and confirmed.

2020
Dissertações
1
  • MARCOS LAPA BRITO
  • COMPARAÇÃO ENTRE A REFORMA AUTOTÉRMICA DO ETANOL E A REFORMA A VAPOR DO METANO UTILIZANDO ANÁLISE MULTIVARIADA

  • Orientador : GEORGE SIMONELLI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GEORGE SIMONELLI
  • JOSE MARIO FERREIRA JUNIOR
  • LUIZ CARLOS LOBATO DOS SANTOS
  • JOSE BAPTISTA DE OLIVEIRA JUNIOR
  • Data: 29/01/2020

  • Mostrar Resumo
  • A  reforma  autotérmica  do  etanol é  uma  rota  alternativa à reforma  a  vapor  do metano para se produzir hidrogênio, utilizando matéria-prima renovável e podendo atingir a autossuficiência em seu reator principal.  Este trabalho realizou simulações utilizando o  software de simulação de processo dinâmico Aspen  HYSYS  para  ambas  as  reformas,  a  partir  de  variações  na  temperatura, razão vapor/matéria-prima e razão oxigênio/etanol a fim de compará-los quanto a produção  de  hidrogênio  e  ao  consumo  energético  de  seus  reatores  principais.  Para as  duas  reformas,  encontramos  modelos  matemáticos estatísticos empíricos  significativos    para  produção  de  hidrogênio  e  para  o  consumo  de  energia.   Na  reforma  autotérmica  do  etanol  houve  efeito  quadrático  da  temperatura e  interação  negativa  entre  ela  e  a  razão  oxigênio/etanol para  a  produção de  hidrogênio e para  o  consumo  de  energia  no  seu  reformador.  A  produção máxima da reforma do metano foi de 4,00 molH2/molCH4, nas condições de processo (pressão:  20  bar;  temperatura:  1000 ºC;  vapor/metano:  5,00  mol/mol),  com  uma eficiência  de  90%  e  consumo  de  energia  no  reformador  de  358,51  kJ/molmet.  Já nas condições de pressão:  20 bar; temperatura:  1000 °C; vapor/metano:  5,00 mol/mol; oxigênio/etanol 0,18 mol/mol, a reforma autotérmica do etanol apresentou eficiência de 86,33% e produziu 5,41 molH2/molC2H5OH. Estes resultados representam aumento de 35,25% em relação à reforma do metano com o mesmo gasto energético no reator principal (358,51 kJ/molC2H5OH). Para a reforma autotérmica do etanol, alteração da razão  oxigênio/etanol  para  0,90  mol/mol  não  ocasiona  consumo  de  energia externa pelo reator principal ao apresentar produção 5,00% superior a obtida pela planta com metano de 4,20 molH2/molC2H5OH.  Estes resultados permitem afirmar, que a reforma autotérmica do etanol é competitiva, comparativamente a reforma a vapor do metano, ao produziu maior quantidade de hidrogênio com menor consumo energético.


  • Mostrar Abstract
  • Autothermal reform of ethanol is an alternative route to steam reforming of methane to produce hydrogen, using renewable raw material and being able to achieve self-sufficiency in its main reactor. This work carried out simulations using the Aspen HYSYS dynamic process simulation software for both reforms, from variations in temperature, steam / raw material ratio and oxygen / ethanol ratio in order to compare them in terms of hydrogen production and the energy consumption of its main reactors. For both reforms, we found significant empirical statistical mathematical models for hydrogen production and energy consumption. In the autothermal reform of ethanol there was a quadratic effect of temperature and a negative interaction between it and the oxygen / ethanol ratio for hydrogen production and energy consumption in its reformer. The maximum production of the methane reform was 4.00 molH2 / molCH4, under process conditions (pressure: 20 bar; temperature: 1000 ºC; steam / methane: 5.00 mol / mol), with an efficiency of 90% and energy consumption in the reformer of 358.51 kJ / molmet. Under pressure conditions: 20 bar; temperature: 1000 ° C; steam / methane: 5.00 mol / mol; oxygen / ethanol 0.18 mol / mol, the autothermal reform of ethanol showed an efficiency of 86.33% and produced 5.41 molH2 / molC2H5OH. These results represent a 35.25% increase in relation to the methane reform with the same energy expenditure in the main reactor (358.51 kJ / molC2H5OH). For the autothermal reform of ethanol, changing the oxygen / ethanol ratio to 0.90 mol / mol does not cause external energy consumption by the main reactor as it produces 5.00% higher than that obtained by the plant with 4.20 molH2 / molC2H5OH methane . These results allow us to affirm that the autothermal reform of ethanol is competitive, compared to the steam reform of methane, as it produced a greater amount of hydrogen with less energy consumption.

2
  • CÉLIA KARINA MAIA CARDOSO
  • ESTUDO CINÉTICO E DE EQUILÍBRIO DE ADSORÇÃO DE PETRÓLEO UTILIZANDO FIBRAS DE COCO PRÉ-TRATADAS

  • Orientador : ANA KATERINE DE CARVALHO LIMA LOBATO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANA KATERINE DE CARVALHO LIMA LOBATO
  • DENILSON DE JESUS ASSIS
  • ICARO THIAGO ANDRADE MOREIRA
  • OLIVIA MARIA CORDEIRO DE OLIVEIRA
  • Data: 30/01/2020

  • Mostrar Resumo
  • Apesar da variedade de fontes de energia renováveis da atualidade, as fontes de origem fósseis ainda são as principais do mundo. O crescimento da produção do petróleo que favorece a estabilidade da economia através dos impactos positivos no setor social, científico e tecnológico é o mesmo que apresenta sérios riscos ao meio ambiente e consequentemente à saúde humana. A catástrofe de derrame de petróleo ocorrida recentemente no litoral brasileiro serve como um alerta para que sejam desenvolvidas pesquisas que contemplem a prevenção de acidentes ambientais, sobretudo o desenvolvimento de processos e produtos biotecnológicos para limpeza de ambientes marinhos. Com isso, a utilização de sorventes naturais para remediar áreas impactadas tem sido uma alternativa promissora, uma vez que são biodegradáveis e disponíveis na natureza. Diante disso, esse trabalho tem o objetivo de comparar a utilização de fibras de coco residuais (Cocos nucifera L.) in natura e pré-tratadas com Líquido Iônico Prótico (LIP) [2-HEA] [Ac] e por mercerização/acetilação para remediar petróleo derramado no ambiente marinho, a partir de uma simulação hidrodinâmica em escala laboratorial. Foram realizados pré-tratamentos químicos (métodos tradicionais: mercerização/acetilação, e inovador: com LIP), caracterização das fibras (in natura e tratadas) a partir do Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) e Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FITR), e o teste de cinética e de equilíbrio de sorção utilizando petróleo da Bacia de Campos e água salina artificial. Verificou-se que a estrutura morfológica das fibras tratadas com LIP apresentaram uma maior quantidade de poros e que as fibras mercerizadas/ acetiladas apresentaram uma superfície mais rugosa, quando comparadas com as fibras in natura. Quanto à cinética de sorção, foi possível observar que o tempo não influencia a sorção, sendo necessário um pequeno tempo de contato entre o adsorvato e adsorvente para ocorrer a biossorção. O modelo cinético que mais se ajustou aos dados experimentais foi o de pseudo-segunda ordem, indicando que a etapa limitante do processo é a quimiossorção. Além disso, os biossorventes entraram em equilíbrio de sorção a partir de 6,0 mL de petróleo derramado em 94,0 mL de água salina. Os dados experimentais possuíram maior correlação com os dados do modelo de Sips para todas as fibras estudadas, indicando que a adsorção se reduz a isoterma de Freundlich (multicamadas) em baixas concentrações de petróleo e a Langmuir (monocamadas) em altas concentrações. Por fim, as fibras tratadas com LIP adsorveram 25,5% (5,37 g/g) a mais do que a fibra in natura (4,00 g/g) e 20,5% a mais que as fibras mercerizadas/acetiladas (4,27 g/g). Com base nesses resultados, pode-se afirmar que as fibras tratadas possuem maior capacidade de adsorver petróleo do que as fibras in natura, e as fibras tratadas com LIP possuem maior capacidade de sorção em relação às fibras tratadas convencionalmente, podendo ser utilizadas em derrames de petróleo.


  • Mostrar Abstract
  • Despite the variety of renewable energy sources today, fossil sources are still the main sources in the world. The growth in oil production that favors the stability of the economy through positive impacts on the social, scientific and technological sector is the same that presents serious risks to the environment and consequently to human health. The oil spill catastrophe that recently occurred on the Brazilian coast serves as an alert for the development of research that contemplates the prevention of environmental accidents, mainly the development of biotechnological processes and products for cleaning marine environments. Thus, the use of natural sorbents to remedy impacted areas has been a promising alternative, since they are biodegradable and available in nature. Therefore, this work aims to compare the use of residual coconut fibers (Cocos nucifera L.) in natura and pretreated with Practical Ionic Liquid (LIP) [2-HEA] [Ac] and by mercerization / acetylation for remediation petroleum spilled in the marine environment, using a hydrodynamic simulation on a laboratory scale. The chemical pretreatments (traditional methods: mercerization / acetylation and innovative: with LIP), the characterization of the fibers (in natura and treated) were carried out using the Scanning Electron Microscope (SEM) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FITR) , and in the kinetics and sorption balance tests using Campos Basin oil and artificial saline water. It was found that the morphological structure of the fibers treated with LIP had a greater amount of pores and that the mercerized / acetylated fibers had a rougher surface when compared to fibers in natura. As for the sorption kinetics, it was possible to observe that time does not influence sorption, requiring a short contact time between the adsorbent and the adsorbent for biosorption to occur. The kinetic model that best fitted the experimental data was the pseudo-second order, indicating that the limiting step in the process is chemorsorption. In addition, the biosorbents entered into a sorption equilibrium from 6.0 mL of oil spilled in 94.0 mL of saline water. The experimental data showed a greater correlation with the data from the Sips model for all fibers studied, indicating that the adsorption is reduced to the Freundlich isotherm (multilayer) in low oil concentrations and to Langmuir (monolayer) in high concentrations. Finally, fibers treated with LIP adsorbed 25.5% (5.37 g / g) more than fibers in natura (4.00 g / g) and 20.5% more than mercerized / acetylated fibers (4.27 g / g). Based on these results, it can be said that treated fibers have a greater capacity to adsorb oil than fibers in natura, and fibers treated with LIP have greater sorption capacity compared to conventionally treated fibers, which can be used in oil spills.

3
  • ALEXANDRE SANTARÉM ZIMMERMANN
  • Predição de propriedades termofísicas de misturas binárias de líquidos iônicos baseados em amônio e água usando redes neurais feedforward e cascade forward

  • Orientador : SILVANA MATTEDI E SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MÁRCIO LUIS LYRA PAREDES
  • REGINA FERREIRA VIANNA
  • SILVANA MATTEDI E SILVA
  • Data: 12/02/2020

  • Mostrar Resumo
  • O crescimento das aplicações dos líquidos iônicos e consequente necessidade de
    obtenção de suas propriedades e de suas misturas em amplas faixas de temperatura e
    composição torna imperativo o desenvolvimento de novos modelos que possam tornar
    esse procedimento mais rápido e barato. As redes neurais são métodos amplamente
    utilizados em diversas áreas da ciência e da engenharia, incluindo a predição de
    propriedades. Por isso, o presente trabalho se dedicou a estudar a predição da massa
    específica, velocidade do som e viscosidade de misturas binárias de líquidos iônicos
    baseados em amônio e água usando redes neurais e como as mudanças nas
    configurações das redes influenciam o desempenho da predição. O treinamento da rede
    foi realizado utilizando dados da literatura. As variáveis de entrada foram a temperatura,
    a fração mássica de líquido iônico e a quantidade de cada grupo estrutural usada para
    caracterizar o líquido iônico. Os resultados obtidos mostram que as redes neurais são
    um importante aliado na modelagem de propriedades termofísicas de líquidos iônicos e
    suas misturas, alcançando erros relativos absolutos médios de 0.0107%, 0.1% e 0.2%
    nas predições da massa específica, velocidade do som e viscosidade, respectivamente.
    Quando comparadas aos modelos neurais disponíveis na literatura para outros líquidos
    iônicos, as redes neurais deste trabalho apresentaram desempenho superior no caso da
    massa específica e da viscosidade e praticamente equivalente no caso da velocidade do
    som. Os erros máximos para cada propriedade também foram considerados adequados e
    não foram observadas tendências ou erros sistemáticos relevantes em suas predições.


  • Mostrar Abstract
  • The increase of the application of the substances known as ionic liquids and consequent
    need to obtain their properties and the properties of their mixtures in a wide range of
    temperature and composition make the development of new models mandatory, so the
    process of data obtaining gets cheaper and faster. Neural networks are a method widely
    used in several areas of science and engineering, including properties prediction. Hence,
    the present work focused on studying the prediction of density, speed of sound and
    viscosity of binary mixtures of ammonium-based ionic liquids and water and how
    network configuration changes influence the prediction performance. The network
    training was carried out using literature data. Temperature, ionic liquid mass fraction
    and the amount of each structural group (used to characterize the ionic liquid) were used
    as input variables. The obtained results showed the neural networks as an important
    asset for modeling the thermophysical properties of ionic liquids and their mixtures,
    achieving average absolute relative deviations of 0.0107%, 0.1%, 0.2% during the
    prediction of density, speed of sound and viscosity, respectively. When compared to
    neural models available in the literature, the neural network of this work presented a
    better performance when predicting density and viscosity and an almost equivalent
    performance when predicting speed of sound. The maximum errors were also
    considered suitable and relevant trends or systematic errors were not observed during
    the predictions.

4
  • JAVAN GRISENTE DOS REIS DA COSTA
  • AVALIAÇÃO DO GLICEROL COMO ADITIVO NA ELETRODEPOSIÇÃO DE Ni E Ni-Mo

  • Orientador : CARLOS ALBERTO CALDAS DE SOUSA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS ALBERTO CALDAS DE SOUSA
  • CLAUDIA LISIANE FANESE DA ROCHA DE RESENDE
  • GEORGE SIMONELLI
  • VANESSA SILVEIRA SILVA
  • Data: 28/02/2020

  • Mostrar Resumo
  • A utilização de compostos orgânicos como aditivo para melhorar a proteção contra a corrosão do aço carbono vem ganhando espaço, principalmente na eletrodeposição. A fim de melhorar a proteção contra a corrosão utilizando depósitos de Ni e Ni-Mo, o presente trabalho descreve a investigação da adição de frações de glicerol (0,0; 0,07; 0,27; 0,82 mol.L-1) sobre o aço carbono AISI 1020 em meio levemente ácido (0,5 mol.L-1­­ de NaCl) e básico (0,5 mol.L-1 de NaOH) em tempos de 24, 48 e 72 horas. A adição do glicerol tem efeito positivo na eficiência de deposição do Ni e Ni-0,3Mo, bem como a redução do consumo energético gasto no processo, o que torna interessante na aplicação industrial. Na análise contra a corrosão, é observado pela taxa de corrosão que em meio NaCl e NaOH, a diminuição na taxa de corrosão ocorre à medida que a quantidade de glicerol aumenta para o deposito de Ni e Ni-Mo. A confirmação do estudo é corroborada através das curvas de polarização, onde é possível observar maiores polarizações para os as concentrações de 0,82 mol.L-1, e pela Espectroscopia de impedância eletroquímica. Apesar da redução da microdureza proporcionada pelo glicerol, os resultados expressivos da resistência a corrosão sugerem que em ambientes em que não necessitam atritos, essa aplicação é válida. A morfologia dos depósitos ficou a cargo das técnicas de DRX, rugosidade e MEV, em que é notada um aumento da rugosidade para o banho de Ni e uma diminuição para o Ni-0,3Mo. Essa diferença pode ser expressa pelo MEV, em que no banho de Ni aparentemente ocorre uma sobreposição do depósito predominantemente pelas estruturas (111) e (200) e a redução para o banho de Ni-0,3Mo, é observada pela redução de vacâncias que o MEV apresentou a medida que o glicerol é aumentado, principalmente pela estrutura do Mo (313). Vale ressaltar que apesar do glicerol influenciar de diferentes formas nos banhos, a resistência corrosão é melhorada, independente do meio corrosivo.


  • Mostrar Abstract
  • The use of organic compounds as an additive to improve corrosion protection of carbon steel has been gaining ground, especially in electroplating. In order to improve corrosion protection using Ni and Ni-Mo deposits, the present work describes an investigation of the addition of glycerol fractions (0.0; 0.07; 0.27; 0.82 mol.L-1) on AISI 1020 carbon steel in acidic (0.5 mol.L-1 NaCl) and basic (0.5 mol.L-1 NaOH) medium at times of 24, 48 and 72 hours. The addition of glycerol has a positive effect on the deposition efficiency of Ni and Ni-0.3Mo, as well as reducing the energy consumption spent in the process, or which is interesting in industrial application. In corrosion analysis, the corrosion rate in NaCl and NaOH medium is observed, the reduction in corrosion rate occurs as the amount of glycerol increases for Ni and Ni-Mo deposition. Confirmation of the study is corroborated by the polarization curves, where it is possible to observe larger polarizations to the values of 0.82 mol.L-1, and by electrochemical impedance spectroscopy. Despite the reduction in microhardness provided by glycerol, the expressive results of corrosion resistance suggest non-friction environments, this application is valid. The morphology of the deposits was loaded with XRD, roughness and SEM techniques, which is noted as an increase in roughness for Ni bath and a decrease for Ni-0.3Mo. This difference can be expressed by SEM, where the Ni bath apparently overlaps the deposit predominantly by the structures (111) and (200) and the reduction for the Ni-0.3Mo bath is observed by the reduction of vacations that occur. SEM presented as glycerol is increased, mainly due to Mo structure (313). It is noteworthy that although glycerol influences different shapes in the baths, a corrosion resistance is improved, regardless of the corrosion in the medium.

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  • MANUELA LISBÔA DE OLIVEIRA
  • Reações de transformação do 2-Metiltiofeno utilizando argilas KSF modificadas

  • Orientador : LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MARIA LUIZA ANDRADE DA SILVA
  • RONALDO COSTA SANTOS
  • SIBELE BERENICE CASTELLÃ PERGHER
  • Data: 27/04/2020
    Ata de defesa assinada:

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  •  O teor de compostos sulfurados presentes nos combustíveis, utilizados em motores automotivos de combustão interna, tem sido, cada vez mais, controlado devido a regulamentações ambientais mais rígidas em vigor em diversos países. A redução de compostos tiofênicos, em particular, apresenta alto grau de complexidade devido a estabilidade eletrônica do anel aromático. Desta forma, há uma busca por processos e materiais mais limpos, com elevada seletividade, viabilidade econômica e que possibilitem a redução dos tiocompostos com formação de H2S ou através da abertura do anel, proporcionando a formação de produtos de cadeia aberta mais facilmente eliminados. Neste contexto, este estudo avaliou as transformações do 2-metiltiofeno, como composto modelo em uma corrente de n-hexano, utilizando argilas ativadas pilarizadas e incorporadas com zinco, visando avaliar a abertura do anel tiofênico e a formação de H2S. As reações ocorreram a temperatura de 450°C, sob pressão atmosférica, com velocidade espacial de 0,83 s-1. As argilas foram modificadas a partir da incorporação de pilares de alumina e impregnação de zinco. As modificações texturais, estruturais e físico-químicas foram analisadas por DRX, Fisissorção de N2, FRX, MEV, TG, DRIFTs – C5H5N, TPD – NH3 e TPO. Os catalisadores foram avaliados em uma unidade de laboratório dedicada, exclusivamente, a estudos de transformação de moléculas sulfuradas. A acidez do catalisador e as reações secundárias de transferência de hidrogênio foram avaliadas e relacionadas à formação dos produtos. Catalisadores com maior razão de sítios ácidos de Brønsted/Lewis promoveram as reações de transferência de hidrogênio, favorecendo a produção de H2S, enquanto que, aqueles com maior quantidade de sítios ácidos de Lewis favoreceram a formação de mercaptanas. As argilas pilarizadas levaram a formação preferencial do 2-propanotiol, enquanto que, as argilas não pilarizadas formaram mais H2S. O catalisador mais seletivo para formação de 2-propanotiol foi o Zn/KSF-PILC (67%) enquanto que a KSF e a Zn/KSF formaram mais H2S (94% e 88%, respectivamente).


  • Mostrar Abstract
  • The content of sulfur compounds present in fuels, used in internal combustion automotive engines, has been increasingly controlled due to stricter environmental regulations in force in several countries. The reduction of thiophenic compounds, in particular, presents a high degree of complexity due to the electronic stability of the aromatic ring. Thus, there is a search for cleaner processes and materials, with high selectivity, economic viability and that allow the reduction of thiocompounds with formation of H2S or through the opening of the ring, providing the formation of open chain products, which are more easily eliminated. In this context, this study evaluated the transformations of 2-methylthiophene, as a model compound in a n-hexane stream, using pillared activated clays and incorporated with zinc, in order to evaluate the opening of the thiophene ring and the formation of H2S. The reactions took place at a temperature of 450 °C, under atmospheric pressure, with a spatial speed of 0.83 s-1. The clays were modified by incorporating alumina pillars and zinc impregnation. Textural, structural and physical-chemical modifications were analyzed by XRD, N2 adsorption and desorption, XRF, SEM, TG, DRIFTs – C5H5N, DPT - NH3 and TPO. The catalysts were evaluated in a laboratory unit dedicated exclusively to studies of transformation of sulfur molecules. The acidity of the catalyst and the secondary reactions of hydrogen transfer were evaluated and related to the formation of the products. Catalysts with a higher ratio of Brønsted/Lewis acid sites promoted hydrogen transfer reactions, favoring the production of H2S, while those with a greater amount of Lewis acid sites favored the formation of mercaptan. Pillared clays led to preferential formation of 2-propanethiol, while non-pillared clays formed more H2S. The most selective catalyst for the formation of 2-propanethiol was Zn/KSF-PILC (67%) while KSF and Zn/KSF, formed more H2S, (94% and 88%, respectively).

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  • DAVI NASCIMENTO FERREIRA
  • Análise da deposição de parafinas utilizando um modelo semi-empírico e a metodologia de superfície de resposta

  • Orientador : LUIZ CARLOS LOBATO DOS SANTOS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GEORGE SIMONELLI
  • JOAO PAULO LOBO DOS SANTOS
  • LUIZ CARLOS LOBATO DOS SANTOS
  • LUIZ MARIO NELSON DE GOIS
  • Data: 06/05/2020

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  • A deposição de parafinas é um problema recorrente na indústria petrolífera e que tem ganhado cada vez mais relevância devido ao aumento da produção offshore em ambiente profundo. Portanto, vários estudos foram realizados com o objetivo de compreender melhor tal fenômeno, além de fornecer estimativas da camada de precipitado. Informações como estas podem ser úteis para apoiar a tomadas de decisão a respeito de intervenções em dutos e unidades de produção. No entanto, o estudo da deposição de parafinas é fortemente dependente da realização de experimentos, que geralmente são onerosos e podem tornar este tipo de análise inviável. Como alternativa às metodologias dependentes de experimentos, foi desenvolvido um modelo para estimar a espessura de camada de parafinas depositada. Com a combinação de uma equação empírica de solubilidade com um modelo térmico unidimensional em estado estacionário, foram estimadas espessuras de depósito com desvios abaixo de 3% para uma geometria cilíndrica. Os resultados obtidos para duto quadrático mostraram que o modelo não é capaz de representar o crescimento gradual do depósito ao longo do duto. Os dados obtidos possibilitaram o desenvolvimento de um modelo estatístico significativo, no qual a temperatura foi a variável mais determinante no processo, para as condições analisadas.


  • Mostrar Abstract
  • Wax deposition in pipelines is a recurring problem in the oil industry which has gained even more relevance with the growth of offshore production in deep environments. Therefore, several studies have been conducted aiming at a better understanding of such phenomenon, as well as to provide estimates regarding the precipitate layer. Information such as this can be useful to support the decision-making process related to pipelines and production units. However, the study of wax deposition is strongly dependent on the performance of experiments, which are often costly and may make the analysis unfeasible. As an alternative to test-dependent methodologies, we have developed a model for estimating the thickness of the deposited wax layer. By combining a solubility equation with a one-dimensional and steady-state thermal model, we were able to obtain thickness values with deviations below 3% for a cylindrical shape. The results for a square duct showed that the model is not able to represent the gradual growth of deposits. The obtained data enabled the development of a significant statistical model, in which the temperature was the most determinant variable in the process, regarding the conditions under analysis.

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  • GABRIELLE DAS VIRGENS FRAGA
  • PERSPECTIVAS E DESAFIOS DA PRODUÇÃO DO ÁCIDO ITACÔNICO A PARTIR DE BIOMASSA

  • Orientador : LEONARDO SENA GOMES TEIXEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LEONARDO SENA GOMES TEIXEIRA
  • LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • CAIO LUIS SANTOS SILVA
  • LEILA MARIA AGUILERA CAMPOS
  • Data: 07/05/2020

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  • A preocupação diante do cenário ambiental e as mudanças climáticas que o planeta vem sofrendo, torna-se constante a busca pelo desenvolvimento de produtos de cadeia industrial mais limpa e obtidos a partir de fontes renováveis. Nessa perspectiva, o Departamento de Energia dos Estados Unidos (US DOE) realizou um mapeamento, seguindo avaliações econômicas e tecnológicas, das moléculas denominadas plataformas, as quais doze apresentam um enorme cunho competitivo, podendo ser produzidas a partir do açúcar proveniente da biomassa. O ácido itacônico (AI) é uma molécula plataforma muito promissora devido à possibilidade de obter produtos como metacrilato de metila e látex sintético, com a perspectiva de que seu mercado global cresça a uma taxa média anual de 4,3% (CAGR) de 2019 a 2025, superior a US $ 125 milhões em vendas. A principal via tecnológica utilizada para obter o AI é a fermentação utilizando variações do fungo Aspergillus. Neste trabalho, foi realizado um levantamento das principais tecnologias envolvendo o processo de biossíntese do AI a partir de biomassa, baseado na avaliação de artigos científicos e patentes publicados, estabelecendo uma análise crítica a respeito destas tecnologias, bem como suas perspectivas de produção para os próximos anos. Os principais avanços estão relacionados à engenharia genética, já que Aspergillus terreus é mais tolerante as condições empregadas na síntese e otimização do processo. O principal substrato utilizado é a glicose (52%), seguida pelo glicerol (25%). Entre os resultados apresentados na pesquisa, a melhor produtividade ocorreu com U. maydis, com 220 g/L de AI, com rendimento de 0,33 g/g, utilizando glicose como fonte de carbono. Aliado a escolha do melhor microrganismo, os fatores fundamentais que devem ser observados para o aumento da produtividade de AI, consistem na morfologia do fungo empregado, pH e componentes médios presentes durante a etapa fermentativa, em virtude que a determinação das condições dessa etapa está interligada diretamente aos custos envolvidos durante o processo. Em suma, por mais que o AI seja uma molécula plataforma com grande potencial econômico, ainda é necessário otimizar o seu processo biotecnológico para que possa ser vantajosa a sua produção.


  • Mostrar Abstract
  • The concern about the environmental scenario and the climate changes that the planet has been suffering becomes constant in the search for the development of cleaner industrial chain products obtained from renewable sources. From this perspective, the United States Department of Energy (US DOE) conducted a mapping, following economic and technological evaluations, of molecules called platforms, twelve of which have a huge competitive nature and can be produced from sugar from biomass. Itaconic acid (IA) is a very promising platform molecule due to the possibility of obtaining products such as methyl methacrylate and synthetic latex, with the prospect that its global market will grow at an average annual rate of 4.3% (CAGR) from 2019 to 2025, exceeding $125 million in sales. The main technological route used to obtain IA is fermentation using variations of the fungus Aspergillus. In this dissertation, a survey of the main technologies involving the process of biosynthesis of IA from biomass was carried out, based on the evaluation of published scientific articles and patents, establishing a critical analysis regarding these technologies, as well as their production prospects for the coming years. The main advances are related to genetic engineering since Aspergillus terreus is more tolerant of the conditions used in the synthesis and optimization of the process. The main substrate used is glucose (52%), followed by glycerol (25%). Among the results presented in the research, the best productivity occurred with U. maydis, with 220 g/L of IA, with a yield of 0.33 g/g, using glucose as a carbon source. Combined with the choice of the best microorganism, the fundamental factors that must be observed to increase the productivity of IA, consist of the morphology of the employed fungus, pH and mean components present during the fermentation stage, the determination of the conditions of this step is directly linked to the costs involved during the process. In short, even though IA is a platform molecule with great economic potential, it is still necessary to continue optimizing its biotechnological process so that production can be vantageous.

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  • MONIQUE EVA DE JESUS TRINDADE
  • Líquido iônico prótico ([DETA][Hx]) como cossolvente na produção de biodiesel

  • Orientador : LUIZ CARLOS LOBATO DOS SANTOS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CAETANO MORAES
  • GEORGE SIMONELLI
  • LUIZ CARLOS LOBATO DOS SANTOS
  • SILVANA MATTEDI E SILVA
  • Data: 08/05/2020

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  • Líquidos iônicos (LIs) têm se destacado em diversas aplicações industriais devido às suas propriedades interessantes, como a possibilidade de serem ajustados de acordo com a necessidade, boa solubilidade em compostos orgânicos e inorgânicos, moderada tensão superficial, baixa pressão de vapor, estabilidade térmica e química. Na produção de biodiesel, os líquidos iônicos apróticos (LIAs) são normalmente utilizados como catalisadores. Para este propósito, quantidades consideráveis desse composto devem ser empregadas na reação, bem como maiores temperaturas e razão molar metanol:óleo são requeridas, aumentando o custo de produção. Os líquidos iônicos próticos (LIPs) quando comparados aos LIAs são menos onerosos, menos tóxicos e possuem a síntese mais simples. Alguns desses compostos podem ser sintetizados com a presença de grupos hidrofílicos e hidrofóbicos na sua estrutura, apresentando características surfactantes e, portanto, promovendo a redução de tensão interfacial. Explorando sua ação surfactante, baixas concentrações podem ser aplicadas na reação de transesterificação de óleos vegetais com a vantagem de promover a melhoria no contato entre as fases imiscíveis (álcool e óleo), aumentar a taxa de reação e o rendimento do biodiesel. Na literatura, poucos trabalhos científicos investigam a aplicação de LIPs como cossolvente na transesterificação alcalina de óleos ou gordura. Geralmente, os LIs são empregados em processos de catálise enzimática com o objetivo de preservar os biocatalisadores e, para este fim, os LIAs são preferidos. Dessa forma, este estudo avalia a utilização do líquido iônico prótico hexanoato de dietilenotriamônio ([DETA][Hx]) como cossolvente na reação alcalina homogênea do óleo de soja com metanol para a produção de biodiesel. Inicialmente, foi realizado um planejamento fatorial de 2 variáveis independentes para avaliar os efeitos gerados sobre o rendimento de biodiesel pela variação da concentração de [DETA][Hx] e do tempo de reação. A análise estatística mostrou que o uso de pequenas quantidades de cossolvente são suficientes para favorecer o aumento de rendimento em 5,10%, atingindo 97,06% com apenas 3% (m/m) de [DETA][Hx] no meio reacional em 30 minutos de reação. Na segunda fase, experimentos em cascata foram realizados para obter o ponto ótimo de produção de biodiesel, cujo rendimento mássico foi de 99,53%. As condições ótimas de reação foram alcançadas sob 2,0% (m/m) de LIP [DETA][Hx], razão molar metanol:óleo de 7:1, 1,0% de KOH como catalisador, 30 °C e 10 min de reação. Os resultados demonstram que a aplicação do LIP [DETA][Hx] como cossolvente foi promissora, por promover a redução da tensão interfacial entre as fases, melhorar a solubilidade dos reagentes em condições reacionais mais brandas e consequentemente aumentar o rendimento mássico. O biodiesel produzido no ponto ótimo foi caracterizado para verificar o atendimento às especificações da Resolução ANP nº 45/2014, ASTM D6751 e EN 14214.


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  • Ionic liquids (ILs) have been outstanding in many industrial applications due to their interesting properties, such as its designability, good solubility in organic and inorganic compounds, moderate surface tension, low vapor pressure, thermal and chemical stability. In biodiesel production, aprotic ionic liquids (AILs) are normally used as catalysts. For this purpose, considerable amounts of this compound must be used in the reaction, as well as higher temperatures and methanol:oil molar ratio are required, increasing the costs of production. Protic ionic liquids (PILs) when compared to AILs are less expensive, less toxic and have simpler synthesis. Some of these compounds can be synthesized with the presence of hydrophilic and hydrophobic groups in their structure, presenting surfactant characteristics, therefore, promoting the interfacial tension reduction. Exploring its surfactant activity, low concentrations can be applied in the transesterification reaction of vegetable oils with the advantage of improving the immiscible phases (alcohol and oil) contact, increasing the reaction rate and the biodiesel yield. In the literature, few scientific studies have investigated the application of PILs as co-solvent in the alkaline transesterification of oils or fats. Generally, ILs are used in enzymatic catalysis processes in order to preserve biocatalysts and, for this purpose, AILs are preferred. Thus, this study evaluates the use of the protic ionic liquid diethylenetriammonium hexanoate ([DETA][Hx]) as co-solvent in the homogeneous alkaline reaction of soybean oil and methanol for biodiesel production. A factorial design of 2 independent variables was performed to evaluate the effects generated on the biodiesel yield by the variation of the concentration of [DETA][Hx] and the reaction time. The statistical analysis showed that the use of small amounts of co-solvent is enough to increase the yield in 5.10%, reaching 97.06% with only 3% w/w of [DETA][Hx] in the reaction medium in 30 minutes. In the second stage, cascade experiments were carried out to obtain the optimum point of biodiesel production, whose mass yield was 99.53%. The optimal reaction conditions were achieved under 2.0% (w/w) of PIL [DETA][Hx], methanol:oil molar ratio of 7:1, 1.0% KOH as catalyst, 30 °C and 10 min reaction. The results demonstrate that the application of PIL [DETA][Hx] as a co-solvent was promising, as it promotes the reduction of the interfacial tension between the phases, improves the reagents solubility in milder reaction conditions and consequently increases the mass yield. The biodiesel produced at the optimum point was characterized to verify compliance with the specifications of ANP Resolution No. 45/2014, ASTM D6751 and EN 14214.

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  • Rafaela Maria de Sá Telles Martins
  • PROJETO DE SISTEMAS DE PROTEÇÃO E COMBATE A INCÊNDIO EM PARQUES DE ARMAZENAMENTO DE GLP: UM ESTUDO COMPARATIVO ENTRE NORMAS BRASILEIRAS E INTERNACIONAIS

  • Orientador : REGINA FERREIRA VIANNA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • REGINA FERREIRA VIANNA
  • GEORGE SIMONELLI
  • HERBERT PEREIRA DE OLIVEIRA
  • Data: 11/08/2020

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  • O gás liquefeito de petróleo (GLP) é um dos produtos do refino do petróleo e de unidades de processamento de gás natural (UPGN); em refinarias e terminais de distribuição é comumente armazenado em vasos esféricos ou cilíndricos, uma vez que nestas instalações um grande volume deste produto é produzido e/ou movimentado. Diante do alto risco de destrutibilidade associado ao GLP, como o ocorrido em uma planta de processamento no Golfo do México e na Refinaria de Duque de Caxias, foram criadas normas e códigos nacionais e internacionais para o dimensionamento dos sistemas de combate a incêndio em instalações industriais de GLP. Este trabalho apresenta um estudo comparativo entre normas para projeto de sistemas de proteção e combate a incêndio em parques de armazenamento de GLP, com vistas a se obter um projeto mais seguro e econômico. Em especial, comparam-se os métodos de proteção e combate a incêndio e as taxas e vazões de água para resfriamento propostas para três casos distintos: (1) a Instrução Técnica N° 28 (2017) do Corpo de Bombeiros Militar da Bahia, que é similar a Instrução de outros Corpos de Bombeiros Militares brasileiros; (2) a norma N-1203 (2013) da PETROBRAS e (3) as normas internacionais API-25010 (2011) e API-2510A (2015) do American Petroleum Institute. Como estudo de caso, foi analisado um parque de esferas de armazenamento de GLP, onde foram determinadas as esferas a serem resfriadas e as vazões de água necessárias nos Casos 1 e 2, utilizando-se os dados prescritos pelas normas. Para o Caso 3, foi utilizado o simulador ALOHA, com a finalidade de calcular o raio de ação da taxa de radiação térmica, e posteriormente selecionar as esferas a serem resfriadas. Em particular, verificou-se que o Caso 3 foi o que apresentou um custo, aproximadamente, 36% inferior aos demais, em relação às tubulações e equipamentos. Verificou-se, também, que as normas brasileiras são mais prescritivas e estão obsoletas perante os avanços da Engenharia de Incêndio, podendo tornar o projeto inadequado, pois não levam em consideração os riscos e condições ambientais da instalação analisada. As normas internacionais, entretanto, mostraramse adequadas propondo análise das instalações utilizando cenários realista de exposição a fogo para determinação dos equipamentos a serem protegidos e das vazões e taxas de água. Como resultado adicional, foi proposta uma metodologia sistemática para projeto de sistemas de proteção e combate a incêndio, reunindo diversos procedimentos descritos na literatura. Em geral, esse trabalho apresenta uso potencial para aplicação em outros tipos de instalações industriais que lidam com o armazenamento de substâncias inflamáveis


  • Mostrar Abstract
  • Liquefied petroleum gas (LPG) is one of the products of petroleum refining and natural gas processing units; in refineries and distribution terminals it is usually stored in spherical or cylindrical storage vessels, since a large amount of this product is produced or handled in these facilities. Due to the LGP high destructive risk, such as occurred at a processing plant in the Gulf of Mexico and Duque de Caxias Refinery, national and international standards and codes has been created for the design of fire fighting systems in LGP industrial facilities. This paper presents a comparative study of design standards for fire protection and fire fighting systems in LPG storage parks, with a view to achieving a safer and more economical design. In particular, the fire protection and fire fighting methods and cooling water rates and flow rates proposed for three different cases are compared: (1) Technical Instruction No. 28 (2017) of the Bahia Military Fire Department, which is similar to Instruction of other Brazilian Military Fire Brigades; (2) PETROBRAS Standard N-1203 (2013); and (3) International Petroleum Institute API-25010 (2011) and API-2510A (2015) International Standards. As a case study, a park of LPG storage spheres was analyzed, where the spheres to be cooled and the required water flows in Cases 1 and 2 were determined, using the data prescribed by the standards. For Case 3, the ALOHA simulator was used to calculate the radius of action of the thermal radiation rate, and then select the spheres to be cooled. In particular, it was found that Case 3 was the one with a cost, approximately 36% lower than the others, in relation to pipes and equipment. It was also found that Brazilian standards are more prescriptive and obsolete in the face of advances in Fire Engineering, which may render the project inadequate, as they do not take into consideration the environmental risks and conditions of the analyzed facility. International standards, however, proved appropriate by proposing site analysis using realistic fire exposure scenarios to determine equipment to be protected and water flows and rates. As an additional result, a systematic methodology for designing fire protection and fire fighting systems was proposed, bringing together several procedures described in the literature. In general, this work has potential use for application in other types of industrial facilities dealing with the storage of flammable substances. 

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  • TIARI RAMOS REZENDE
  • Estudo do uso de nanofluidos em trocador de calor de placas através de fluidodinâmica computacional

  • Orientador : SAMUEL LUPORINI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • SAMUEL LUPORINI
  • LUIZ MARIO NELSON DE GOIS
  • REGINA FERREIRA VIANNA
  • ELILTON RODRIGUES EDWARDS
  • Data: 14/08/2020

  • Mostrar Resumo
  • Este trabalho propõe obter informações do uso de nanofluidos como fluido refrigerante em trocador de calor de placas através do uso de uma ferramenta de CFD (Computational Fluid Dynamics), visto que há necessidade de estudos complementares sobre o desempenho térmico desses sistemas. Foi utilizado o software de CFD ANSYS Fluent que tem como estratégia de simulação o uso do método dos volumes finitos, com essa ferramenta foram feitas simulações 3D de um trocador de calor de placas operando com o nanofluido de Al2O3 em concentrações de 2%, 3% e 4% em volume de solução aquosa como fluido refrigerante e água pura como fluido quente. Foi também realizada a análise para diferentes vazões do fluido refrigerante, variando de 2 lpm a 5 lpm. Adicionalmente realizou-se o estudo com o ângulo de corrugação das placas em 30º e 60º. A validação foi feita obtendo-se boa aproximação, cerca de 90% de acurácia, em relação ao coeficiente de transferência de calor obtido experimentalmente no estudo anterior de Pandey e Nema (2012), do qual foi obtido os valores para construção da geometria e parâmetros de operação. O uso de nanofluido em concentrações maiores, até 4%, apresentou boa influência no desemprenho térmico que foi analisado no trocador de calor. Os ângulos de 30º e 60º presentes entre as placas também promoveram melhor desempenho do trocador de calor quando comparados com a geometria sem angulação. As variações de vazão do nanofluido devem levar em conta a queda de pressão adequada para o processo no qual é aplicado o trocador de calor, já que o aumento da vazão confere elevação significativa na queda de pressão.


  • Mostrar Abstract
  • This work proposes to obtain information on the use of nanofluids as the coolant in the plate heat exchanger, using CFD (Computational Fluid Dynamics), since there is a need for studies on the performance of these systems. ANSYS Fluent CFD software was used, whose simulation strategy is finite volume methods. With this tool, 3D simulation of a plate heat exchanger operating with Al2O3 nanofluid was made in selected 2%, 3%, and 4% in the volume of solution as a coolant and pure water as hot fluid. An analysis was also carried out for different coolant fluxes, ranging from 2 lpm to 5 lpm. Additionally, an analysis with the plate corrugation angle at 30º and 60º were run. Validation was made obtaining a good approximation, about 90% accuracy, in relation to the heat transfer coefficient  experimentally in previous studies of Pandey e Nema (2012), which was the use of the values for construction of geometry and operation test. The use of nanofluids at higher concentrations, up to 4%, that was analyzed in the heat exchanger, shows a good influence on the thermal unemployment. The angles of 30º and 60º present between the plates also promote better heat exchanger performance when compared to geometry without angulation. The flow variations of the nanofluid must take into account the pressure drop adequate for the process in which the heat exchanger is applied since the increase in flow gives a significant increase in pressure drop.

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  • TARCISIO DE OLIVEIRA PEREIRA
  • Propriedade da partícula do resíduo de sisal durante a reação de pirólise em um reator de leito fluidizado.

  • Orientador : CARLOS AUGUSTO DE MORAES PIRES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS AUGUSTO DE MORAES PIRES
  • SAMUEL LUPORINI
  • CRISTIANO HORA DE OLIVEIRA FONTES
  • Data: 28/08/2020

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  • Esse estudo apresenta um modelo matemático em regime transiente capaz de prever a produção de carvão em um processo de pirólise rápida, a partir um reator de leito fluidizado. O modelo foi desenvolvido a partir da decomposição térmica de uma partícula de sisal e sua solução dependeu de dados não relatados na literatura. O coeficiente convectivo do meio reacional foi encontrado a partir de dados experimentais da unidade piloto, envolvendo calores cedidos e dissipados pelo sistema reacional. A temperatura superficial da partícula foi medida em um novo teste de bancada, no qual algumas partículas foram transformadas por pirólise à uma temperatura de reação fixa. A temperatura superficial de um conjunto de partículas foi medida a cada tempo de reação, assim como seus diâmetros e massas. A massa específica da partícula foi medida com o auxílio da picnometria a gás, utilizando as partículas obtidas no experimento de medida da temperatura superficial. A partir dos resultados dos diâmetros e massa específicas das partículas, foi possível determinar as suas capacidades caloríficas. O sistema de equações obtido foi resolvido em ambiente MATLAB, obtendo-se perfis de temperatura de superfície e massa da partícula ao longo da reação. Os dados necessários para se calcular a massa de carvão teórica de uma unidade piloto de pirólise foram o diâmetro das partículas, obtidos a partir da simulação do modelo, e as velocidades resultantes da partícula no reator, obtidas a partir de um balanço de forças em uma partícula. O tempo de residência da partícula calculado foi de 35 s, e a massa de carvão calculada teve uma discrepância de 6,38% em relação a dados coletados na unidade piloto de produção.


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  • This study presents a mathematical model in a transient regime capable of predicting the production of coal in a rapid pyrolysis process, from a fluidized bed reactor. The model was developed from the thermal decomposition of a sisal particle and its solution depended on data not reported in the literature. The convective coefficient of the reaction medium was found from experimental data from the pilot unit, involving heats given and dissipated by the reaction system. The surface temperature of the particle was measured in a new bench test, in which some particles were transformed by pyrolysis at a fixed reaction temperature. The surface temperature of a set of particles was measured at each reaction time, as well as their diameters and masses. The specific mass of the particle was measured with the aid of gas pycnometry, using the particles obtained in the surface temperature measurement experiment. From the results of the particle specific diameters and mass, it was possible to determine their calorific capacities. The system of equations obtained was solved in MATLAB environment, obtaining profiles of surface temperature and particle mass throughout the reaction. The data required to calculate the theoretical coal mass of a pilot pyrolysis unit were the particle diameter, obtained from the model simulation, and the resulting particle speeds in the reactor, obtained from a balance of forces in a particle. The calculated particle residence time was 35 s, and the calculated coal mass had a 6.38% discrepancy in relation to data collected in the pilot production unit.

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  • FELIPE MENEZES DE SOUZA
  • AVALIAÇÃO DE MISTURA DE GOMA XANTANA E NANOARGILA MONTMORILONITA PARA O DESENVOLVIMENTO DE NANOFLUIDO DE PERFURAÇÃO

  • Orientador : SAMUEL LUPORINI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DENILSON DE JESUS ASSIS
  • GLEICE VALERIA PACHECO GOMES
  • ISABEL CRISTINA RIGOLI
  • SAMUEL LUPORINI
  • Data: 25/09/2020

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  • Com a estimativa de aumento da demanda de petróleo para as próximas décadas, intensifica-se a necessidade de exploração de áreas não-convencionais, e associada a elas, ante aos altos custos de exploração, a necessidade de aperfeiçoar as tecnologias disponíveis. Nesse sentido, na última década, intensificou-se a aplicação de nanopartículas para o aperfeiçoamento de fluidos de perfuração. Nesse cenário, as nanoargilas montmorilonitas e as gomas xantana foram pouco exploradas para o desenvolvimento de nanofluidos. Para esse trabalho, verificou-se a influência da nanoargilas montmorilonita hidrofóbica e hidrofílica sobre os parâmetros reológicos de soluções de xantana contendo cloretos de sódio e de cálcio. Para tanto, dividiu-se a análise experimental para cada argila. Para a argila hidrofóbica, primeiramente caracterizou-se a nanoargila com FRX, DRX e TGA; em seguida, adotou-se um planejamento fatorial completo 24 variando as concentrações da nanoargila, xantana, cloretos de sódio e de cálcio; em terceiro, adotou-se uma Matriz de Doehlert do tipo 7x5x3 variando as concentrações de nanoargila, xantana e temperatura, com as concentrações dos sais constantes; em quarto, avaliou-se a dispersão das misturas com parâmetros reológicos discrepantes e respectivos Condutividade e Potenciais Zeta. Para a argila hidrofílica, primeiramente também a argila foi caracterizada por DRX, FRX e TGA. Depois, sob planejamento experimental unidimensional em triplicata, avaliou-se: a influência da variação de concentração de nanoargila sobre a reologia da solução, mantendo constantes as concentrações dos sais e da xantana; em seguida, a influência da temperatura e em seguida do tempo de hidratação sobre a reologia da mistura, mantendo as concentrações dos componentes constantes; por fim, a interação das partículas da mistura por meio de ensaio de Condutividade Elétrica e o Potencial Zeta, variando-se concentração de nanoargila e tempo de hidratação. Concluiu-se, para argila hidrofóbica, que as interações entre os componentes da mistura não estabilizam; a temperatura, os sais não exercem influência significativa sobre a reologia da mistura; a nanoargila em concentrações não superior a 5% (m/v) interage na Tensão de Cisalhamento Mínima; os parâmetros reológicos estabilizam após 96h de hidratação. Já para argila hidrofílica, que há melhoria da reologia das soluções de xantana para certas concentrações de nanoargila; a adição de nanoargila favorece a reologia na mistura de xantana com o aumento da temperatura; e o tempo de hidratação não afeta significativamente a reologia do nanofluido; que há interação entre a nanoargila e a xantana.


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  • With the estimated increase in oil demand for the coming decades, the need for exploration of unconventional areas intensifies, and associated with them, given the high exploration costs, the need to improve available technologies. In this sense, in the last decade, the application of nanoparticles for the improvement of drilling fluids has intensified. In this scenario, montmorillonite nanoclays and xanthan gums were little explored for the development of nanofluids. For this work, the influence of the hydrophobic and hydrophilic montmorillonite nanoclays on the rheological parameters of xanthan solution containg sodium and calcium chlorides was verified. For that, the experimental analysis for each clay was divided. For hydrophobic clay, nanoclay was first characterized with XRF, XRD and TGA; then, a complete factorial design 24 was adopted, varying the concentrations of nanoclay, xanthan, sodium and calcium chlorides; thirdly, a Doehlert Matrix of the 7x5x3 type was adopted, varying the concentrations of nanoclay, xanthan and temperature, with the concentrations of the constant salts; fourth, the dispersion of the mixtures was evaluated with differing rheological parameters and respective Conductivity and Zeta Potentials. For hydrophilic clay, the clay was also primarily characterized by DRX, FRX and TGA. Then, under one-dimensional experimental planning in triplicate, it was evaluated: the influence of the variation in the concentration of nanoclay on the rheology of the solution, keeping the salt and xanthan concentrations constant; then, the influence of temperature and then the hydration time on the rheology of the mixture, keeping the concentrations of the components constant; finally, the interaction of the particles of the mixture through the Electrical Conductivity and the Zeta Potential, varying the concentration of nanoclay and hydration time. It was concluded, for hydrophobic clay, that the interactions between the components of the mixture do not stabilize; the temperature, the salts have no significant influence on the rheology of the mixture; nano clay in concentrations not exceeding 5% (m/v) interacts with the Minimum Shear Stress; the rheological parameters stabilize after 96h of hydration. As for hydrophilic clay, there is an improvement in the rheology of xanthan solutions for certain concentrations of nanoclay; the addition of nanoclay favors rheology in the xanthan mixture with increasing temperature; and the hydration time does not significantly affect the nanofluid rheology; that there is interaction between nanoclay and xanthan.

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  • VANESSA GOMES MATOS
  • MODELAGEM DO PERFIL CONSUMIDOR PARA A ENGENHARIA DE PERFUMES: PREDIÇÃO ATRAVÉS DE REDES NEURAIS ARTIFICIAIS

  • Orientador : REGINA FERREIRA VIANNA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GEORGE SIMONELLI
  • PAULO ROBERTO BRITTO GUIMARÃES
  • REGINA FERREIRA VIANNA
  • SILVANA MATTEDI E SILVA
  • Data: 30/11/2020

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  • A representação de modelos para a predição do perfil consumidor para a indústria de perfumaria é um diferencial para o estreitamento das relações entre consumidores e setores de desenvolvimento da indústria de HPPC- Higiene Pessoal, Perfumaria e Cosméticos. Tendo em vista a importância do tema e escassez de trabalhos publicados na literatura, esse projeto de pesquisa se concentrou no desenvolvimento de um modelo com bases em inteligência artificial para servir como ponto de partida para determinação de novas composições de perfumes para consumidores, tanto de forma individual quanto em grupos de interesse, de acordo com seu perfil psicológico e escolhas anteriores de fragrâncias comerciais. O modelo desenvolvido nesse estudo baseia-se em redes neurais artificiais para correlação das variáveis relacionadas ao perfil de consumo (variáveis de aceitação: amar, gostar, não gostar; variáveis de indicação de uso: uso diurno, noturno, primavera, verão, outono e inverno), escolhas do consumidor (variáveis de consumo: ter o perfume, desejar ter o perfume, já ter comprado o perfume anteriormente), indicadores de performance de fragrâncias (silagem e projeção), dados referentes a equilíbrio liquido-vapor (limiares de odor de fragrâncias) e informações sensoriais sobre substâncias odorantes utilizadas na perfumaria. Foi construído um banco de dados composto pelas variáveis de aceitação, de indicação de uso, de consumo, indicadores de performance e limiares de odor de fragrâncias. O levantamento de dados foi realizado através de uma biblioteca virtual de perfumaria e de uma página especializada em insumos para fragrâncias, utilizando técnicas de raspagem de dados: Web Crawling e Web Scrapping. Nove modelos de predição de perfil foram testados com variações pré-determinadas, totalizando 66 redes neurais artificiais. Dentre os resultados apontados, uma rede neural artificial foi escolhida como mais representativa para esse banco de dados, de modo a se conseguir predizer qualquer uma das 22 variáveis a partir de outras restantes, como por exemplo, a aceitação de uma fragrância a partir de sua longevidade na pele e período do ano que está sendo utilizada. A predição mostrou-se adequada com erro médio absoluto de 0,003%. Por meio das variáveis de saída processadas foram estabelecidas relações gráficas entre cada um dos parâmetros analisados, tais como: indicação de uso da fragrância em relação aos períodos do dia e estações do ano, avaliação da silagem, longevidade e das preferências de cada consumidor em relação as fragrâncias. As relações gráficas obtidas foram validadas através do método de análise de componentes principais (PCA) que determinou as correlações matemáticas presentes em todo o conjunto de dados. Dados subjetivos, tais como: intensidade de acordes olfativo e notas olfativas, os quais mostraram-se inadequados aos tratamentos numéricos do tipo redes neurais e análises estatísticas, foram representados através de infográficos do tipo pictóricos e nuvem de palavras criando um modelo subjetivo que relaciona o impacto e distribuição dos acordes e notas de um perfume em cada fragrância. O conhecimento de novas relações entre os aspectos envolvidos na escolha do consumidor evidenciou a aplicabilidade dos modelos e análises propostas para predição do perfil de consumo, entendimento das demandas do mercado, apresentando potencial para ser utilizado como base para um sistema de personalização de fragrâncias por grupos ou consumidores específicos.


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  • The representation of models for the prediction of the consumer profile for the perfumery industry is a differential for the strengthening of relations between consumers and development sectors of the HPPC- Personal Hygiene, Perfumery and Cosmetics industry. In view of the importance of the theme and the scarcity of works published in the literature, this research project focused on the development of a model based on artificial intelligence to serve as a starting point for determining new perfume compositions for consumers, both in a individual and interest groups, according to their psychological profile and previous choices of commercial fragrances. The model developed in this study is based on artificial neural networks to correlate the variables related to the consumption profile (acceptance variables: love, like, dislike; indication of use variables: day, night, spring, summer, autumn and winter), consumer choices (consumption variables: having the perfume, wishing to have the perfume, having bought the perfume before), fragrance performance indicators (silage and projection), data regarding liquid-vapor balance 

    (odor values fragrances) and sensory information on odorous substances used in perfumery. A database was built composed of the variables of acceptance, indication of use, consumption, performance indicators and fragrance odor values. The data collection was carried out through a virtual perfumery library and a page specialized in fragrance supplies, using data scraping techniques: Web Crawling and Web Scrapping. Nine profile prediction models were tested with predetermined variations, totaling 66 artificial neural networks. Among the results indicated, an artificial neural network was chosen as the most representative for this database, in order to be able to predict any of the 22 variables from the rest, such as, for example, the acceptance of a fragrance from its skin longevity and time of year being used. The prediction proved to be adequate with an absolute mean error of 0.003%. Through the processed output variables, graphic relationships were established between each of the analyzed parameters, such as: indication of fragrance use in relation to the periods of the day and seasons, assessment of silage, longevity and the preferences of each consumer in relation to fragrances. The graphic relations obtained were validated using the principal component analysis method (PCA), which determined the mathematical correlations present in the entire data set. Subjective data, such as: intensity of olfactory chords and olfactory notes, which proved to be inadequate for numerical treatments such as neural networks and statistical analysis, were represented through pictorial infographics and word cloud creating a subjective model that relates the impact and distribution of the chords and notes of a perfume in each fragrance. The knowledge of new relationships between the aspects involved in consumer choice showed the applicability of the models and analyzes proposed for the prediction of the consumption profile, understanding of market demands, presenting potential to be used as a basis for a system of personalization of fragrances by groups or specific consumers.
    Keywords: Perfume Engineering. Fragrance. Artificial Neural Networks. MLFN. GRNN. PNN. PCA. HPPC.
    RESUMO
    A representação

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  • JOÃO CARLOS FERREIRA LIMA
  • Avaliação hidrodinâmica e transferência de massa de uma coluna recheada para o sistema acetona-água

  • Orientador : LUIZ MARIO NELSON DE GOIS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ CARLOS LOBATO DOS SANTOS
  • SILVANA MATTEDI E SILVA
  • LUIZ MARIO NELSON DE GOIS
  • JOSÉ JAILTON PEREIRA MARQUES
  • Data: 15/12/2020
    Ata de defesa assinada:

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  • O presente estudo relaciona dados hidrodinâmicos em uma coluna de absorção gasosa com recheio de anéis de Raschig de vidro. O objetivo desse estudo é a aplicação da coluna para o tratamento de gases, como compostos orgânicos voláteis, descrevendo o comportamento da perda de carga e definições de parâmetros para esta aplicação. Para as análises desses parâmetros hidrodinâmicos foi estudado um sistema líquido-gás (água- ar), utilizando a correlação de Ergun para o teste em leito seco e o método de Prahl para o teste em leito molhado. Com esse sistema, foram determinadas as condições operacionais ótimas (vazões de entrada da fase líquida e do gás). Para comparação do método de Prahl foi realizada uma análise dimensional da coluna, onde foi obtida uma equação empírica para determinação da queda de pressão, onde foi possível uma diminuição média dos erros de 15%. Ainda sobre os testes hidrodinâmicos foi possível a identificação o ponto de inundação e o de carga, e eles estão situados entre as vazões molares de ar entre 3,0 e 4,0 L/min, em todos os testes com base no método desenvolvido por Bianchini (2018). Três regiões de operação são determinadas e o ponto crítico de operação, onde ocorre a estabilização da diferença de pressão na coluna. Por fim, um modelo empírico foi desenvolvido com o intuito de correlacionar a queda de pressão da coluna com os parâmetros operacionais.  Após toda análise hidrodinâmica, foram determinadas as regiões experimentais a partir da metodologia de superfície de resposta (MSR) utilizado nesse processo para avaliar os fatores que influenciam na variável resposta da concentração de acetona em água. Assim foi realizado um planejamento estatístico fracionado mais três repetições no ponto central (PC), totalizando 19 experimentos, sendo a vazão da fase leve (Qd), a vazão da fase pesada (Qc), temperatura (T) e tempo (t) consideradas como variáveis independentes. A metodologia de superfície de resposta, trouxe informações fundamentais que ajudaram no entendimento do processo de absorção de aprendizado da operação, como exemplo o perfil significativo da interação das variáveis Qd e Qc, apresentando um salto maior, em comparação as outas combinações, de valores de concentração, saindo do valor de 0,002 g/g para aproximadamente 0,005 g/g . Dessa forma, compilando as informações de estudo hidrodinâmico juntamente com os dados obtidos na transferência de massa utilizada como base de coletar informações de comportamento da coluna, pode-se dar continuidade ao projeto futuro de tratamento de gases, como previsto no projeto geral da pesquisa.

     


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  • The present study relates hydrodynamic data in a gaseous absorption column with glass Raschig rings. The objective of this study is the application of the column for the treatment of gases, as volatile organic compounds, describing the pressure drop behavior and parameter definitions for this application. For the analysis of these hydrodynamic parameters, a liquid-gas (water-air) system was studied, using Ergun's correlation for the dry bed test and the Prahl method for the wet bed test. With this system, the optimum operational conditions were determined (inlet flows of the liquid and gas phases). To compare the Prahl's method, a dimensional analysis of the column was performed, where an empirical equation was obtained to determine the pressure drop, where it was possible to have an average decrease in errors of 15%. Still on the hydrodynamic tests, it was possible to identify the flood point and the load point, and they are located between the molar air flow rates between 3.0 and 4.0 L / min, in all tests based on the method developed by Bianchini (2018). Three operating regions are determined and the critical point of operation, where the pressure difference in the column stabilizes. Finally, an empirical model was developed in order to correlate the pressure drop in the column with the operational parameters. After all hydrodynamic analysis, the experimental regions were determined using the response surface methodology (MSR) used in this process to evaluate the factors that influence the response variable of acetone concentration in water. Thus, a fractional statistical planning was carried out, plus three repetitions at the central point (PC), totaling 19 experiments, with the flow of the light phase (Qd), the flow of the heavy phase (Qc), temperature (T) and time (t) considered as independent variables. The response surface methodology, brought fundamental information that helped in the understanding of the operation's learning absorption process, as an example the significant profile of the interaction of the variables Qd and Qc, presenting a bigger jump, in comparison to the other combinations, of values of concentration, going from 0.002 g / g to approximately 0.005 g / g. Thus, by compiling the hydrodynamic study information together with the data obtained in the mass transfer used as the basis for collecting column behavior information, the future gas treatment project can be continued, as foreseen in the general research project.

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  • SUELLEN GORDIANO DE OLIVEIRA CUNHA
  • DEGRADAÇÃO FOTOCATALÍTICA DE FENOL SOBRE ÓXIDOS DE FERRO SUPORTADOS EM CARVÃO

  • Orientador : MARIA DO CARMO RANGEL SANTOS VARELA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALEXILDA OLIVEIRA DE SOUZA
  • CARLOS AUGUSTO DE MORAES PIRES
  • MARIA DO CARMO RANGEL SANTOS VARELA
  • SIRLENE BARBOSA LIMA
  • SORAIA TEIXEIRA BRANDAO
  • Data: 28/12/2020

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  • Os compostos fenólicos são poluentes encontrados em muitas águas naturais, que devem ser eliminados devido ao seu alto potencial carcinogênico. Diversas rotas têm sido propostas para esta remoção, mas a reação foto-Fenton heterogênea tem sido reconhecida como um dos métodos mais eficientes. Entretanto, ainda existem alguns problemas serem superados para tornar esse processo comercialmente viável, como o desenvolvimento de um catalisador de baixo custo e não tóxico, que possa remover esse poluente de forma eficiente, sem produzir nenhum outro composto tóxico. Com esse objetivo em mente, neste trabalho foram preparados catalisadores de óxidos de ferro suportados em carbono e avaliados na degradação fotocatalítica de fenol combinada com peróxido de hidrogênio. O carbono foi preparado a partir da carbonização dos resíduos de sisal, seguida de ativação física com vapor. Os carvões foram, então, impregnados com nitrato de ferro, para obter catalisadores com 5, 10, 15 e 20% p/p de Fe. As amostras foram caracterizadas por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, análise química, difração de raios X, espectroscopia Mössbauer, espectroscopia Raman, medida de área de superfície específica e de porosidade, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de refletância difusa e dessorção à temperatura programada. Os catalisadores foram avaliados a 34 ° C e 1 atm, utilizando uma corrente aquosa contendo 500 ppm de fenol, mantida sob fluxo de oxigênio para simular um lago natural. Todas as amostras apresentaram fases cristalinas como octocarbono, carbono romboédrico e grafite. Nas amostras contendo ferro, também foram detectadas as fases hematita (a-Fe2O3), maghemita (g-Fe2O3), magnetita (Fe3O4), wustita não estequiométrica (Fe0.918O), ferro metálico (a-Fe) e carboneto de ferro (c-Fe5C2). A presença e a quantidade de cada fase variaram com o teor de ferro. A magnetita, a wustita e o ferro metálico foram produzidos pelo monóxido de carbono, resultante da oxidação do carbono por íons nitrato (do precursor). O monóxido de carbono também foi capaz de se difundir no carbono, onde reagiu formando carbeto de ferro. O ferro também diminuiu o ordenamento dos carvões e esse efeito aumentou com a quantidade de ferro, diminuindo os defeitos relacionados à hibridização sp3 e a hibridização sp2 da grafite. A porosidade dos catalisadores também aumentou com a quantidade de ferro, resultando em um aumento de áreas de superfície específicas. A superfície do carbono é composta por grupos ácidos, como carboxílico, anidrido, lactônico, carboxílico e anidrido carbonílico, além de grupos básicos (quinonas). Ao impregnar o ferro no carbono, a quantidade e o tipo de grupos funcionais variaram em função do seu conteúdo (5, 10 15 e 20%). O catalisador com 5% de ferro apresentou grupos carboxílicos, lactônicos, fenólicos e quinônicos, enquanto o catalisador com 10% de ferro mostrou grupos carboxílicos, lactônicos e quinônicos. Por outro lado, o catalisador com 15% de ferro apresentou grupos carboxílicos, lactônicos, anidridos, carbonílicos, quinônicos e fenólicos e o catalisador com 20% de ferro apresentou apenas grupos lactônicos, carbonil e quinônicos. A capacidade adsortiva dos catalisadores, bem como sua atividade e seletividade, foram dependentes do teor de ferro e do tipo e quantidade dos grupos superficiais. Todos os catalisadores foram capazes de remover eficientemente o fenol de correntes aquosas, mas a amostra com 15% de ferro foi a mais ativa e seletiva na oxidação do fenol, removendo-o em 60 min, sem produzir compostos intermediários tóxicos.


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  • Phenolic compounds are pollutants found in many natural waters, which should be eliminated due to their high carcinogenic potential. Several routes have been proposed for this removal but heterogeneous foto-Fenton reaction has been recognized as one of the most efficient methods. However, there are still some drawbacks to be overcame to make this process commercially viable, such as the development of a cheap and no toxic catalyst which could efficiently remove this pollutant without producing any other toxic compound. With this goal in mind, carbon-supported iron oxides catalysts were prepared in this work and evaluated in the photocatalytic degradation of phenol combined with hydrogen peroxide. Carbon was prepared from carbonization of sisal residues followed by physical activation with steam. Iron nitrate was then impregnated on the carbons to obtain catalysts with 5, 10, 15 and 20% w/w Fe. Samples were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, chemical analysis, X-ray diffraction, Mössbauer spectroscopy, Raman spectroscopy, specific surface area and porosity measurements, scanning electron microscopy, diffuse reflectance spectroscopy and temperature programmed desorption. The catalysts were evaluated at 34 °C and 1 atm, using an aqueous stream containing 500 ppm of phenol, kept under oxygen flow to simulate a natural lake. Crystalline phases such as octocarbon, rhombohedral carbon and graphite were found for all samples. For the iron-containing samples, hematite (a-Fe2O3), maghemite (g-Fe2O3), magnetite (Fe3O4), non-stoichiometric wustite (Fe0.918O), metallic iron (a-Fe) and iron carbide (c-Fe5C2) were also detected. The presence and the amount of each phase changed with iron content. Magnetite, wustite and metallic iron were produced by carbon monoxide, resulting from carbon oxidation by nitrate ions (from precursor). Carbon monoxide was also able to diffuse into carbon where it reacts forming iron carbide. Iron also decreased the ordering of carbons and this effect increased with iron amount, decreasing the defects related to sp3 hybridization and to the sp2 hybridization of graphite. The porosity of the catalysts also increased with iron amount, resulting in an increase of specific surface areas. The carbon surface was made of acid groups such as carboxylic, anhydride, lactonic, carboxylic and carbonyl anhydride, as well as basic  groups (quinones). By impregnating iron on carbon, the quantity and the kind of functional groups vary depending on its content (5, 10 15 and 20%). The catalyst with 5% iron showed carboxylic, lactonic, phenolic and quinonic groups, while the catalyst with 10% iron showed carboxylic, lactonic and quinonic groups. On the other hand, the catalyst with 15% iron showed carboxylic, lactonic, anhydride, carbonylic, quinonic and phenolic groups and the one with 20% iron showed only lactonic, carbonyl and quinonic groups. The adsorptive capacity of the catalysts, as well as their activity and selectivity, were found to depend on iron amount and on the kind and amount of surface groups. All catalysts are able to efficiently remove phenol from aqueous streams, but the sample with 15% of iron is the most active and selective in phenol oxidation, removing all phenol in 60 min without  producing toxic intermediate compounds.

Teses
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  • FLAVIA CAVALCANTE SOUTO MENEZES RODRIGUES LOPES
  • DESENVOLVIMENTO DE FOTOCATALISADORES BASEADOS EM NANOPARTICULAS DE PRATA SUPORTADAS EM NANOTUBOS DE TITÂNIO PARA A DEGRADAÇÃO DO ANTRACENO.

  • Orientador : CARLOS AUGUSTO DE MORAES PIRES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS AUGUSTO DE MORAES PIRES
  • MARIA DO CARMO RANGEL SANTOS VARELA
  • SORAIA TEIXEIRA BRANDAO
  • CAIO LUIS SANTOS SILVA
  • CESÁRIO FRANCISCO DAS VIRGENS
  • HADMA SOUSA FERREIRA
  • Data: 30/10/2020

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  • A poluição do meio ambiente por efluentes industriais aumentou nas últimas décadas, tornando-se um sério problema social e ambiental. Os efluentes freqüentemente produzidos contêm poluentes tóxicos e biologicamente refratários, que não são removidos pelos sistemas de tratamento convencionais, como coagulação / floculação, adsorção de carvão ativado, precipitação e degradação biológica. Os materiais porosos nanoestruturados ou nanoporosos merecem destaque na área de separação molecular, catálise e detecção de gases devido à sua alta área superficial, alta porosidade e distribuição regular do tamanho dos poros. Entre os materiais nanoestruturados, destacam-se as nanoestruturas à base de dióxido de titânio, devido às suas características destacadas, como estabilidade química, não toxicidade, baixo custo e alta eficiência. Neste trabalho, pretendemos avaliar o potencial fotocatalítico de nanoestruturas baseadas em dióxido de titânio na degradação do antraceno, em um lago de bancada. Desta forma, nanoestruturas de dióxido de titânio (TiO2 P25 e TiO2 sol-gel) foram preparadas, utilizando síntese hidrotérmica alcalina a 120 ° C. Para otimizar os parâmetros de síntese, as amostras foram sintetizadas em três momentos diferentes. Como resultado, primeira fase do trabalho, os efeitos do precursor e duração do tratamento térmico nas propriedades fotocatalíticas das nanoestruturas. Os catalisadores obtidos foram caracterizados por FTIR, DRX, UV, MET e SEM, a fim de investigar as propriedades dos materiais produzidos e definir o tempo de tratamento mais adequado para prosseguir nas próximas fases do trabalho. Os resultados para o tempo de tratamento hidrotérmico de 24 h mostraram um diâmetro de cerca de 22,5 a 15,5 nm e comprimento do tubo na faixa de 230 e 557 nm, respectivamente, para o precursor sol-gel. Essa definição foi importante porque os resultados mostram que os catalisadores produzidos podem ser aplicados no processo fotocatalítico para a degradação de poluentes orgânicos. No entanto, outras técnicas serão avaliadas para concluir e definir o melhor horário a ser utilizado, bem como o precursor. Nas demais fases do trabalho, impregnou-se metal para as nanoestruturas formadas no período de 24 horas. Após isso, foram realizados os testes fotocatalíticos em suspensão e a caracterização do material foi feita pelas mesmas técnicas. Finalmente, os catalisadores que apresentaram o melhor desempenho fotocatalítico foram imobilizados em membrana de látex, testados na reação de degradação do antraceno e também caracterizados pelas técnicas de UV, TG e DRX. Os resultados mostram, para todas as fases, que as nanoestruturas formadas a partir do precursor à base de s-TiO2 (solgel) apresentaram melhor atividade fotocatalítica quando comparadas às nanoestruturas formadas a partir do precursor p-TiO2 (Comercial). Esse resultado pode ser esclarecido a partir da diminuição do band gap, facilitando a migração de elétrons da banca de valência para a banda de condução durante as reações, tornando o tempo de reação mais curto e mais eficiente. 


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  •  

    Pollution of the environment by industrial effluents has been increased in the last decades, becoming a serious social and environmental problem. Frequently produced effluents contain toxic and biologically refractory pollutants, which are not removed by conventional treatment systems such as coagulation / flocculation, activated carbon adsorption, precipitation and biological degradation. Nanostructured or nanoporous porous materials have deserved prominence in the area of molecular separation, catalysis and gas sensing due to their high surface area, high porosity and regular distribution of pore size. Among the nanostructured materials, titanium dioxide-based nanostructures are worthy of note, given their outstanding characteristics, such as chemical stability, non-toxicity, low cost and high efficiency. In this work, we intend to evaluate the photocatalytic potential of nanostructures based on titanium dioxide in the degradation of anthracene, in a bench lake. In this way, titanium dioxide nanoestructures (TiO2 P25 and TiO2 sol-gel) were prepared, using alkaline hydrothermal synthesis at 120°C. To optimize the synthesis parameters, samples were synthesized at three different times. As a result of this, first phase of the work, the effects of the precursor and duration of the heat treatment on the photocatalytic properties of nanostructures. The catalysts obtained were characterized by FTIR, XRD, UV, MET and SEM, in order to investigate the properties of the materials produced and to define the most suitable treatment time to proceed in the next phases of the work. The results for the hydrothermal treatment time of 24 h showed a diameter of about 22.5 to 15.5 nm and tube length in the range of 230 and 557 nm respectively for the sol-gel precursor. This definition was important because the results show that the catalysts produced canbe applied in the photocatalytic process for the degradation of organic pollutants. However, other techniques will be evaluated to conclude and define the best time to be used, as well as the precursor.. In the other phases of the work, metal was impregnated for the nanostructures formed in the time of 24 h, then photocatalytic tests were performed in suspension and the material characterized by the same techniques. Finally, the catalysts that presented the best photocatalytic performance were immobilized in latex membrane, tested in the anthracene degradation reaction and also characterized by UV, TG and XRD techniques. The results show, for all phases, that the nanostructures formed from the precursor based on s-TiO2(solgel) showed a better photocatalytic activity, when compared with the nanostructures formed from the precursor p-TiO2( Commercial). This result can be clarified with the decrease of the bandgap facilitating the migration of electrons from the valence bankroll to the conduction band during the reactions, making the reaction time shorter and more efficient. Other techniques presented in chapter 4 of this paper confirm this result.

     

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  • LAIO DAMASCENO DA SILVA
  • AMOXIDAÇÃO DIRETA DO GLICEROL A ACRILONITRILA SOBRE CATALISADORES BIFUNCIONAIS

  • Orientador : LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LEANDRO MARTINS
  • LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • RODRIGO BRACKMANN
  • ROGER THOMAS FRANCOIS FRETY
  • RONALDO COSTA SANTOS
  • Data: 16/11/2020

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  • O aumento da produção de biodiesel tem levado a um excedente na quantidade de glicerol. O presente trabalho teve por objetivo estudar a reação da amoxidação direta do glicerol a acrilonitrila em catalisadores bifuncionais contendo molibdênio ou aditivado com antimônio e nióbio utilizando alumina como suporte ácido. O estudo catalítico foi dividido em três partes: catalisadores com diferentes concentrações de molibdênio suportado na alumina, catalisadores bimetálicos contendo antimônio e molibdênio suportado na alumina e um catalisador contendo molibdênio suportado em nióbio-alumina. A composição dos catalisadores com diferentes metais e suportes foi escolhida com o objetivo de avaliar o efeito das propriedades ácidas/redox no rendimento em acrilonitrila. Os catalisadores sintetizados pelo método de impregnação úmida foram caracterizados por fluorescência de raios X (FRX), difração de raios X (DRX), espectroscopia infravermelha com transformada de Fourier (FTIR), adsorção/dessorção de nitrogênio, análise morfológica  por microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão em alta resolução (MET), dessorção a temperatura programada de amônia (TPD-NH3) e temperatura programada de redução de hidrogênio (TPR-H2). A avaliação catalítica foi realizada em um reator de fluxo contínuo e leito fixo, sob atmosfera de ar sintético, NH3 e glicerol, a 1 atm e 400 ºC. A formação da acrilonitrila foi observada em todos os catalisadores. Dentre os catalisadores com diferentes concentrações de molibdênio suportado em alumina o que apresentou melhor resultado foi o de 10,0 % Mo/ γ-Al2O3 com rendimento de 19 % em acrilonitrila. Já para os catalisadores bimetálicos contendo antimônio e molibdênio suportado em alumina o que apresentou maior rendimento foi o MoSb/γ-Al2O3 (2/1) com 25 %. O catalisador contendo molibdênio com o suporte nióbio-alumina (Mo/Nb2O5/Al2O3) foi o que, dentre os estudados, apresentou o melhor resultado, com 31 % de formação de acrilonitrila.


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  • Increasing biodiesel production has been resulting in excessive amount of produced glycerol. This work studies the direct ammoxidation reaction from glycerol to acrylonitrile, evaluating the use of bifunctional molybdenum, antimony-additivated and niobium-aluminium-oxide catalysts. The study was divided into three parts: catalysts containing different concentrations of aluminium-oxide-supported molybdenum, bimetallic catalysts containing aluminium-oxide-supported antimony and molybdenum, and a catalyst containing niobium-aluminium-oxide-supported molybdenum. Different metal composition and support on catalysts was chosen in order to effect caused by the combination of acid/redox properties, aiming the development of a more acrylonitrile selective catalyst. Catalysts synthetized by wetness impregnation were characterized by X-ray Fluorescence (XRF), X-ray Crystallography (XRC), Fourier-transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Nitrogen adsorption-desorption, morphological analysis by Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM), Temperature-Programmed desorption with Ammonia (NH3-TPD) and Temperature-Programmed Reduction with hydrogen (H2-TPR). Catalytic evaluation was conducted on a fixed-bed continuous-flow reactor under a NH3, glycerol and synthetic air at 1 atm and 400°C.  Acrylonitrile formation was observed for all studied catalysts. Among the catalysts with different concentration of aluminium-oxide-supported molybdenum, 10,0 % Mo/ γ-Al2O3 with yield in 19 % of acrylonitrile. Among bimetallic catalysts containing aluminium-oxide-supported antimony and molybdenum, the MoSb/γ-Al2O3 (2/1) resulted in the best performance: 25 %. Finally, the catalyst containing niobium-aluminium-oxide-supported molybdenum (Mo/Nb2O5/Al2O3) was the one that shoed the best results of all: 31% of acrylonitrile production.

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  • YAIMÉ DELGADO ARCAÑO
  • CONVERSÃO DE XILOSE EM XILITOL A PARTIR DO SABUGO DE MILHO

  • Orientador : LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • LEILA MARIA AGUILERA CAMPOS
  • LEONARDO SENA GOMES TEIXEIRA
  • DALMO MANDELLI
  • MARCO ANDRÉ FRAGA
  • WAGNER ALVES CARVALHO
  • Data: 26/11/2020

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  • O incremento na demanda de xilitol no mercado alimentício e farmacêutico, assim como a possibilidade de seu uso como matéria prima de origem renovável para formar outros compostos de interesse, tais como etileno glicol, propileno glicol, ácido láctico, furanos, entre outros, têm motivado um aumento nas pesquisas para a obtenção desse poliálcool. Industrialmente, o xilitol é produzido por hidrogenação catalítica da xilose, na presença de um catalisador metálico e sob alta temperatura e pressão de H2. O uso de resíduos de biomassa como fonte de xilose, e a obtenção do xilitol mediante reações consecutivas em um único reator possibilita maior competitividade econômica. Neste trabalho foi estudada a produção de xilitol a partir da xilose pura e do sabugo de milho in natura, uma vez que este resíduo apresenta um alto teor de xilose (31%), baixo custo e alta disponibilidade. A etapa de hidrólise ácida foi otimizada, atingindo 93% na porcentagem de extração de xilose trabalhando a 140 ºC, 1,3% H2SO4 por 5 min. As melhores condições de hidrogenação foram 0,1 g de 5% Ru/C, a 140 °C e 600 rpm, alcançando 98% de rendimento de xilitol, utilizando um catalisador comercial de 5% Ru/C. A hidrogenação hidrolítica do sabugo de milho in natura sob condições brandas (H2SO4 0,5%, 140 °C, 2 Mpa de H2) levou a um rendimento em xilitol de 70,8%. O processo mostrou-se efetivo para a produção do xilitol diretamente do resíduo de biomassa, abrindo perspectivas para diminuição dos seus custos de produção e implantação do novo processo em uma biorrefinaria.


  • Mostrar Abstract
  • The increase in the xylitol demand in the food and pharmaceutical market, as well as the possibility of its use as a raw material of renewable origin to form other compounds of interest, such as ethylene glycol, propylene glycol, lactic acid, furans, among others, have motivated an increase in research to obtain this polyalcohol. Industrially, xylitol is produced by catalytic hydrogenation of xylose, in the presence of a metallic catalyst and under high temperature and pressure of H2. The use of biomass residues as a source of xylose, and the obtaining of xylitol through consecutive reactions in a single reactor allows greater economic competitiveness. In this work, the production of xylitol from pure xylose and fresh corncob was studied, since this residue has a high xylose content (31%), low cost, and high availability. The acid hydrolysis step was optimized, reaching 93% in the percentage of xylose extraction working at 140 ºC, 1.3% H2SO4 for 5 min. The best hydrogenation conditions were 0.1 g of 5% Ru/C, at 140 °C, and 600 rpm, reaching 98% xylitol yield, using a 5% Ru/C commercial catalyst. The hydrolytic hydrogenation of fresh corncob under mild conditions (H2SO4 0.5%, 140 °C, 2 Mpa H2) led to a xylitol yield of 70.8%. The process proved to be effective for the production of xylitol directly from the biomass residue, opening perspectives for reducing its production costs, and implementing the new process in a biorefinery.

2019
Dissertações
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  • EDUARDO RAMOS BRAGA
  • DESENVOLVIMENTO DE UM NOVO PROCESSO DE PRODUÇÃO DE ÁCIDO ACRÍLICO A PARTIR DA GLICERINA LOIRA

  • Orientador : LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO SOUZA DE ARAUJO
  • LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • PAULO ROBERTO BRITTO GUIMARÃES
  • Data: 15/01/2019

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  • A glicerina é o principal subproduto das plantas industriais de biodiesel e novas rotas tecnológicas vêm sendo estudadas para o seu aproveitamento, devido ao aumento da produção mundial do biocombustível. Uma das possíveis aplicações é na produção de ácido acrílico, um produto com diversas utilidades no meio industrial. Neste estudo foi desenvolvido um novo processo de produção do ácido acrílico a partir da glicerina loira, passando pela purificação dessa glicerina para retirada de impurezas, seguida da reação desidratação oxidativa em um único estágio e, finalmente, a purificação do ácido acrílico produzido até especificação no grau de ácido acrílico glacial. Verificou-se, pela literatura, que a melhor conversão e seletividade, para essa reação, foram obtidas com o uso de catalisadores do tipo vanadiosilicatos, sendo esses resultados utilizados como base para o projeto. O processo proposto foi simulado no programa comercial Aspen HYSYS v8.0, onde as operações unitárias mais utilizadas foram a destilação a vácuo e a extração líquido-líquido, visando a melhor qualidade do produto final e menor gasto de energia, bem como maior economicidade como um todo. Com o processo modelado, pôde-se estimar os custos de investimento do projeto.   Através da análise econômica, verificou-se que o processo é viável e, para uma razão VPL/Investimento maior ou igual 2, o tempo de retorno foi de 10 anos. Além disso, foi feita análises de sensibilidade, que buscava verificar a viabilidade do projeto considerando uma faixa de preço da glicerina loira do valor atual d US$ XX até o dobro desse valor; uma redução no preço do ácido acrílico glacial d etanto para tanto, e reduções tributárias para o projeto, considerando vantagens governamentais de atração de investimento sustentáveis que utilizam recursos renovaveis. Verificou-se que o projeto manteve sua viabilidade nos 3 cenários, o que fortalece o seu potencial econômico.


  • Mostrar Abstract
  • Glycerin is the main by-product of industrial biodiesel plants and new technological routes have been studied for their use, due to the increase in the world production of biofuel. One of the possible applications is in the production of acrylic acid, a product with several utilities in the industrial environment. This study analyzed the production process of acrylic acid from the blond glycerin, through the purification of this glycerine to remove impurities, followed by oxidative dehydration reaction in a single stage and purification of acrylic acid until the degree of glacial acrylic acid. It was verified that the best result for this reaction was obtained with the use of catalysts of the type vanadiosilicatos, being these results used as basis for the project. From the simulation of the proposed process in the commercial simulator Aspen HYSYS v8.0, it was possible to estimate the investment costs of the project, essential for the economic analysis. Through the economic analysis, it was verified that the process is feasible and, for an NPV / Investment ratio greater than or equal to 2, the return time was 10 years. In addition, sensitivity analyzes were carried out, which sought to verify the viability of the project considering an increase in the price of the blond glycerin, a reduction in the price of glacial acrylic acid, and tax reductions for the project. By carrying out these three analyzes, it was verified that the project maintained its feasibility for all these scenarios, which strengthens its economic potential

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  • MARINA FONTES DA CUNHA SOUSA
  • MODELAGEM DE UM SISTEMA DE INJEÇÃO CÍCLICA DE VAPOR COM PRODUÇÃO ALTERNADA COM SELO DE ÁGUA PARA RECUPERAÇÃO DE PETRÓLEO UTILIZANDO CFD

  • Orientador : REGINA FERREIRA VIANNA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOAO PAULO LOBO DOS SANTOS
  • REGINA FERREIRA VIANNA
  • RICARDO DE ANDRADE MEDRONHO
  • SAMUEL LUPORINI
  • Data: 15/03/2019

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  • Os reservatórios, cujos mecanismos são pouco eficientes e que, por consequência, retêm grandes quantidades de hidrocarbonetos após a exaustão de sua energia natural, são fortes candidatos ao emprego de uma série de processos que visam à obtenção de uma recuperação adicional. Esses processos são chamados de métodos de recuperação e objetivam interferir nas características do reservatório. A injeção cíclica de vapor é um método especial de recuperação caracterizado pela redução da viscosidade do óleo após injeção de vapor no poço. Ele é composto por três etapas (injeção de vapor no poço, período de soaking e produção), sendo necessária intervenção de sonda na montagem do sistema de injeção e, novamente, para a composição do sistema de produção. Considerando este problema, a empresa brasileira ENGEPET desenvolveu e patenteou o sistema ICVPA (Injeção Cíclica de Vapor Com Produção Alternada), o qual tem o sistema de elevação BPZ (Bombeio Pneumático do Tipo Z) acoplado ao sistema de injeção de vapor, excluindo a necessidade de intervenção de sonda. Porém, como em qualquer método térmico, a introdução de calor na formação pode causar estresse e deformação no revestimento. Com o intuito de solucionar este problema, o sistema ICVPA foi modificado, visando eliminar junta e packer térmico ao utilizar um fluxo de água tratada para servir de selo e controlar a temperatura do revestimento. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é modelar a troca térmica entre os fluxos de água e de vapor no ICVPA visando o controle da temperatura do revestimento no poço, utilizando a Fluidodinâmica Computacional (CFD). Afim de diminuir o esforço computacional, foram testados modelos considerando interface entre domínios, axissimetria e fracionamento do comprimento do poço. Os resultados obtidos através do software CFX para vapor superaquecido foram comparados com outros dois modelos desenvolvidos no Matlab®, um com consideração de mudança de fase do vapor saturado e outro com mudança de fase e perda de carga do vapor. Em geral, os resultados mostram que o CFX é inadequado para o estudo do sistema por não possibilitar a modelagem da condensação e da qualidade do vapor que são de extrema importância para o processo. Além disso, verificou-se que a perda de carga não influenciou significativamente o perfil de temperatura da água e do vapor


  • Mostrar Abstract
  • The reservoirs, whose mechanisms have poor efficiency and consequently retain large amounts of hydrocarbons after the exhaustion of their natural energy, are potential candidates for the employment of several processes with the purpose of improving oil recovery. These processes are known as recovery methods and their objective is to interfere in the reservoir characteristics. Cyclic steam injection is an enhanced oil recovery (EOR) method which is characterized by oil viscosity reduction after steam injection into the well. It´s composed by three stages (steam injection into the well, soaking and production), requiring workover operation for the injection system assembly and later, again, for the production system. Considering this problem, the ENGEPET, a Brazilian company, developed and patented the Cyclical Steam Injection and Pneumatic Artificial Lift (CSI/PAL), which has a lifting system BPZ (Type Z Pneumatic Pump) connected to the steam injection system, eliminating the workover operation need. Nevertheless, as in any thermal method, the heat introduced into the rock formation produces oil casing stress and deformation. In order to reduce this problem, the CSI/PAL system was modified, replacing the joint and thermal packer by a treated water flow used as a seal to control the casing temperature. In this context, the purpose of this work is to apply Computational Fluid Dynamics (CFD) to study the thermal exchange between water and steam flows in the Cyclical Steam Injection and Pneumatic Artificial Lift with water seal (CSI/PAL/WS) system to control the wellbore casing temperature. In order to reduce computational effort, models were tested considering a thin interface between domains, axissimetry and well depth partitioning. The results obtained in the CFX software for superheated steam were compared with two other models developed in Matlab®, one considering the phase change of the saturated steam and the other considering phase change and pressure drop of the two-phase flow. In general, the results showed that the CFX is inadequate for the study of the system because it does not allow the modeling of the condensation and steam quality that are extremely important to the process. Furthermore, it has been found that the pressure drop didn’t influence significantly the temperature profile of the water and the steam

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  • FLÁVIA FREITAS WÂNDEGA
  • PROCESSO DE PRODUÇÃO DE POLIHIDROXIBUTIRATO (PHB) A PARTIR DO SORO DO LEITE: SIMULAÇÃO E ESTUDO DE VIABILIDADE ECONÔMICA

  • Orientador : REGINA FERREIRA VIANNA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • REGINA FERREIRA VIANNA
  • PAULO ROBERTO BRITTO GUIMARÃES
  • DENILSON DE JESUS ASSIS
  • Data: 25/03/2019

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  • A biodiversidade brasileira favorece a implantação de projetos que possibilitem meios de produção mais limpos, fazendo do Brasil um potencial território para a implantação de biorrefinarias. Tendo em vista que a produção de lacticínios vem crescendo bastante, principalmente na região sudeste do país, o soro do leite, principal efluente desse processo, é uma alternativa para o uso como matéria-prima na produção do biopolímero biodegradável PHB (polihidroxibutirato), que possui características similares às dos plásticos convencionais provenientes do petróleo. Embora o PHB apresente propriedades equivalentes à maioria dos polímeros petroquímicos, seu custo de produção é elevado, devido a utilização de matérias-primas de alto custo, como glicose, sacarose e outras fontes de carbono. Entretanto, resíduos industriais, como o soro de leite, podem ser utilizados como uma alternativa de baixo custo para a obtenção do PHB. O polihidroxibutirato pode ser obtido bioquimicamente a partir de micro-organismos, usando matérias-primas com alta fonte de carbono, como a lactose, encontrada no soro do leite. Além disso, o subproduto dessa produção, a proteína presente no soro de leite (Whey protein), possui um alto valor agregado, contribuindo para a ampliação da receita do empreendimento. Tendo em vista o potencial econômico do processo e a escassez de dados da literatura, resolveu-se conduzir a modelagem e a simulação, bem como o estudo de viabilidade econômica de um processo de produção do PHB a partir do soro do leite, em escala comercial, com base no processo proposto em escala de laboratório por Ahn, Park e Lee (2000). Os resultados obtidos são encorajadores, pois sinalizam que o processo é economicamente viável, apesar das premissas conservadoras adotadas. Em geral, esse trabalho aponta para o potencial de se criar biorrefinarias em regiões do Brasil onde se têm grandes rejeitos de biomassa. Além das reduções dos impactos ambientais, essa integração pode contribuir para o desenvolvimento das regiões rurais através de geração de empregos e atração de investimentos


  • Mostrar Abstract
  • Brazilian biodiversity favors the implementation of projects that allow cleaner production facilities, making Brazil a potential location for the implantation of biorefineries. Considering that dairy production is growing, mainly in the southeastern region, whey, the main effluent of this process, is an alternative for the use as a raw material in the production of the biodegradable biopolymer PHB (polyhydroxybutyrate), which has characteristics similar to those of conventional plastics from petrochemical industry. However, PHB cost of production is high, due to the use of high cost raw materials such as glucose, sucrose and other carbon sources. A low-cost alternative is to use agroindustrial residues, such as whey. Polyhydroxybutyrate can be obtained biochemically from microorganisms using high carbon source materials such as lactose found in whey. In addition, the by-product of this production, whey protein, has a high added value, contributing to the increase of the income of the enterprise. Considering the economic potential of the process and the scarcity of data in the literature, it was decided to conduct the modeling and simulation, as well as the economic feasibility study of a PHB production process from whey on a commercial scale, based on the process proposed in laboratory scale by Ahn, Park and Lee (2000). Results are encouraging, as they indicate that the process is economically feasible, despite the conservative assumptions. In general, the work points to the potential of installing biorefineries in regions of Brazil where there are large amount of biomass rejects available. Besides reducing environmental impacts, this integration might contribute to the development of rural areas through job creation and investment attraction.

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  • JORDAN GONZAGA ANDRADE BATISTA SILVA
  • Catalisadores de Ru/Nb2O5 para a Reação de Hidrogenação da Glicose a Sorbitol

  • Orientador : LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DALMO MANDELLI
  • LEONARDO SENA GOMES TEIXEIRA
  • LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • RONALDO COSTA SANTOS
  • Data: 25/03/2019

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  • A indústria química vem demonstrando, ao longo dos últimos anos, um crescente interesse no uso de fontes renováveis na produção de bens de consumo. Nesse sentido, a biomassa lignocelulósica, devido às suas características e disponibilidade, pode substituir fontes fósseis, como o petróleo. A biomassa é matéria-prima para obtenção de moléculas mais complexas, chamadas "moléculas plataforma", de alto valor agregado. Entre essas plataformas moleculares, destaca-se o sorbitol, que é utilizado na indústria de alimentos, cosméticos e farmacêutica. O sorbitol é o mais proeminente entre polióis, devido ao seu amplo uso na produção de vitamina C, como substituto da glicose e na produção de biopolímeros. Na indústria, para produção de sorbitol utilizam-se catalisadores heterogêneos de Ru/C ou Ni-Raney, embora outros suportes tenham sido testados, tais como zeólitas (ZSM5) e óxidos (Al2O3). No entanto, tais suportes apresentam desvantagens como o alto custo de produção e lixiviação com contaminação do produto.

    O presente trabalho tem como objetivo estudar catalisadores de Ru/Nb2O5, em diferentes concentrações de rutênio e, em duas fases morfológicas (fase amorfa e cristalina – fase TT) na hidrogenação da glicose a sorbitol. Os suportes catalíticos foram preparados a partir do óxido de nióbio hidratado submetidos a tratamento térmico e, posteriormente, impregnados com o sal de RuCl3, obtendo diferentes teores metálicos. Os catalisadores e suportes foram caracterizados por difração de raios X (DRX), isoterma de N2, área superficial específica pelo método BET (Brunauer, Emmett e Teller), volume de poros pelo método BJH (Barrett, Joyner e Halenda), redução à temperatura programada (RTP - H2), análise termogravimétrica e análise térmica diferencial (TG/DTA), espectrometria de fluorescência de raios X por energia dispersiva (EDXRF) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os precursores dos catalisadores foram reduzidos em reator de vidro a 250 °C por 3 h em fluxo de H2/N2 (5%). Em seguida, 500 mg de catalisador e uma solução aquosa de glicose 10% (m/v) foram adicionados em um reator batelada do tipo Parr e avaliados nas condições de operação de 100 °C, 60 bar de H2 e 700 rpm, por 4 h. Os produtos da reação foram analisados por cromatografia líquida de alta resolução (CLAE).

    Verificou-se que o preparo dos catalisadores pelo método de impregnação úmida foi eficaz para obtenção das concentrações de Ru estudadas. Além disso, entre os teores estudados, o teor de 5% (m/m) de rutênio apresentou os melhores resultados de conversão da glicose e rendimento em sorbitol. A mudança de fase do suporte de Nb2O5 afetou significativamente os resultados de conversão da glicose e seletividade ao produto desejado. Para o suporte na fase amorfa obteve-se conversão 52,5% e seletividade de 54,9% para sorbitol. Para fase cristalina TT, o resultado foi de 84,6% de conversão e 98% de seletividade ao mesmo produto. O melhor desempenho foi observado no catalisador 5% Ru com suporte em fase cristalina e pode ser atribuído a modificações nas propriedades texturais do material, como a presença de poros de maiores diâmetros, que facilitam o transporte de reagentes aos sítios ativos, bem como pode estar associado ao efeito sinérgico entre o Ru e óxido de nióbio com estrutura mais ordenada e de transição do óxido (fase TT) que permite maior interação com o reagente.

     


  • Mostrar Abstract
  • In recent years, the chemical industry has been demonstrating a growing interest in the use of renewable sources in the production of consumer goods. In this sense, lignocellulosic biomass, due to its characteristics and availability, can replace fossil sources such as petroleum. Biomass is the raw material for obtaining more complex molecules of high added value, called "platform molecules". Among these platform molecules, sorbitol is one that stands out and is used in the food, cosmetics and pharmaceutical industry. Sorbitol is the most prominent among polyols due to its widespread use in vitamin C production as a substitute for glucose and in the production of biopolymers. In industry, heterogeneous Ru/C or Ni-Raney catalysts are used for sorbitol production, although other supports have been tested, such as zeolites (ZSM5) and oxides (Al2O3). However, such supports present disadvantages such as high production costs and leaching properties with contamination of the product.

    The present work aims to study Ru/Nb2O5 catalysts in different ruthenium contents and two morphological phases (amorphous and crystalline phase - TT phase) in the hydrogenation of glucose to sorbitol. The catalytic supports were prepared from the hydrated niobium oxide and subjected to thermal treatment and subsequently impregnated with the RuCl3 salt, obtaining different metallic loadings. The catalysts and supports were characterized by X-ray diffraction (XRD), N2 isotherm, specific surface area B.E.T. (Brunauer, Emmett and Teller) determination, pore volume B.J.H. (Barrett, Joyner and Halenda) determination,  temperature programmed reduction (TPR-H2), thermogravimetric and differential thermal analysis (TG/DTA), energy dispersive X-ray fluorescence spectrometry (EDXRF) and scanning electron microscopy (SEM). The precursors of the catalysts were reduced in a glass reactor at 250 °C for 3 h in H2/N2 flow (5%). Then, 500 mg of catalyst and a 10% (w/v) aqueous glucose solution were added to a Parr type batch reactor and evaluated under the operating conditions of 100 °C, 60 bar H2 and 700 rpm for 4 h. The reaction products were analyzed by high-performance liquid chromatography (HPLC).

    It was found that the preparation of the catalysts by the wet impregnation method was effective to obtain the Ru loadings studied. Moreover, among the Ru loadings studied, 5% (w/w) catalyst presented the best results of conversion of glucose and yield in sorbitol. The phase change of the Nb2O5 support significantly affected the results of glucose conversion and selectivity to the desired product. For support in the amorphous phase, 52.5% conversion and 54.9% selectivity to sorbitol were obtained. For TT crystalline phase, the result was 84.6% conversion and 98% selectivity to the same product. The best performance was observed in the 5% Ru catalyst with crystalline phase support and it can be attributed to modifications in the textural properties of the material, such as the presence of larger pore diameters, which facilitate the transport of reagents to the active sites, as well as associated to the synergistic effect between Ru and niobium oxide with more ordered structure and oxide transition (TT phase) that allows greater interaction with the reagent.

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  • GABRIEL NUNES GUERRA
  • Avaliação da produção de ácidos carboxílicos de cadeia curta por fermentação acidogênica do resíduo de sisal

  • Orientador : LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ELAINE CHRISTINE DE MAGALHAES CABRAL ALBUQUERQUE
  • ICARO THIAGO ANDRADE MOREIRA
  • LEILA MARIA AGUILERA CAMPOS
  • LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • Data: 28/03/2019

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  • A obtenção de bens de consumo a partir de fontes de resíduos agroindustriais mostra-se como uma alternativa mais sustentável em relação à produção baseada em petróleo. O conceito de Biorrefinaria surge da possibilidade de obter produtos químicos a partir de biomassa e seus resíduos de forma competitiva. Um modelo promissor de biorrefino é a plataforma dos carboxilatos, na qual a biomassa é convertida em ácidos carboxílicos de cadeia curta por fermentação anaeróbica utilizando uma comunidade de microrganismos. Os ácidos carboxílicos produzidos são então utilizados como moléculas plataforma para obtenção de diversos produtos, como polihidroxialcanoatos, combustíveis, flavorizantes e aromatizantes. O resíduo de sisal é uma matéria-prima potencial em uma biorrefinaria, considerando a relevância socioeconômica do sisal no semiárido baiano. Neste contexto, o presente trabalho estudou e avaliou a produção de ácidos carboxílicos por meio do processo de hidrólise e acidogênese do resíduo de sisal. Para isto, o resíduo de sisal foi submetido a pré-tratamento alcalino de modo a possibilitar uma maior suscetibilidade à ação dos microrganismos, e posteriormente caracterizado para compreender o impacto do pré-tratamento na composição e estrutura do material. Em seguida, foi proposta uma metodologia para o cultivo de uma comunidade de microrganismos a partir de esterco comercial e resíduo de sisal in natura e um planejamento experimental foi empregado para avaliar a robustez do processo em relação às variáveis pH e temperatura. O pré-tratamento resultou em um aumento do teor de celulose e remoção parcial da fração amorfa do material lignocelulósico. O uso de inóculo obtido da comunidade microbiana previamente cultivada reduziu significativamente a variabilidade do processo em relação ao uso de inóculo obtido diretamente do esterco e resíduo de sisal. Com o uso dessa comunidade microbiana, ácido propiônico foi obtido como produto principal (concentração máxima de 6g/L) e o processo mostrou-se independente do pH e da temperatura para pH entre 5,3 e 6,7 e temperaturas entre 30°C e 40°C. Desse modo, o resíduo sólido de sisal mostra-se como um substrato promissor para a obtenção de ácido propiônico via fermentação acidogênica, desde que seja empregada uma comunidade microbiana adequada


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  • Obtaining consumer goods from agro-industrial waste sources is a more sustainable alternative to oil-based production. The concept of Biorefinery arises from the possibility of obtaining chemicals from biomass and its waste in a competitive way. A promising biorefinery platform is the carboxylate platform, in which biomass is converted into short chain carboxylic acids by anaerobic fermentation using a community of microorganisms. The carboxylic acids produced are then used as platform molecules to obtain various products, such as polyhydroxyalkanoates, fuels, and flavoring agents. Sisal solid waste is a potential raw material in a biorefinery, due to the socioeconomic relevance of sisal in the Bahia’s semi-arid region. In this context, the present work studied and evaluated the production of carboxylic acids through the hydrolysis and acidogenesis of the sisal waste. For this, the sisal waste was subjected to alkaline pretreatment in order to allow a greater susceptibility to the action of the microorganisms, and later characterized to understand the impact of the pretreatment on the composition and structure of the material. Then a methodology was proposed to obtain a community of microorganisms from commercial manure and in natura sisal solid waste and an experimental design was used to evaluate the robustness of the process in relation to pH and temperature. The pretreatment resulted in an increase in the cellulose content and partial removal of the amorphous fraction from the lignocellulosic material. The use of inoculum obtained from the previously cultivated microbial community significantly reduced the variability of the process in relation to the use of inoculum obtained directly from manure and sisal solid waste. With the use of this microbial community, propionic acid was obtained as the main product (maximum concentration of 6 g / L) and the process proved to be independent of pH and temperature  for pH values between 5.3 and 6.7 and temperatures between 30 ° C and 40 ° C. Thus, the sisal solid waste appears as a promising substrate for the production of propionic acid via acidogenic fermentation, once a suitable microbial community is used

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  • ANA PAULA DONATO BERNARDES
  • AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DE PARÂMETROS OPERACIONAIS NO DESEMPENHO DA COLUNA DE EXTRAÇÃO PULSADA E RECHEADA

  • Orientador : LUIZ MARIO NELSON DE GOIS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ MARIO NELSON DE GOIS
  • ROBERTO RODRIGUES DE SOUZA
  • SILVANA MATTEDI E SILVA
  • Data: 30/08/2019

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  • A extração líquido-líquido, ou extração por solvente, é uma operação unitária que visa à separação de um ou mais componentes a partir da inserção de uma fase líquida a qual possui mais afinidade com os componentes de interesse. É uma técnica utilizada em diversos ramos industriais dentre eles a indústria alimentícia, petroquímica e bioquímica. Assim, o presente trabalho tem por objetivo a investigação dos parâmetros operacionais no desempenho de uma coluna de extração pulsada e recheada. Para isto, foram realizadas 30 corridas com solução aquosa de ácido acético (soluto) e uma solução de 1-Butanol (solvente) a fim de se obter dados de concentração no extrato e rafinado e com estes dados poder calcular a eficiência da coluna e o coeficiente de transferência de massa. Para o cálculo da eficiência foram utilizados os modelos de Murphree (1925) e Kawase (1990). Já para o cálculo do coeficiente de transferência de massa utilizou-se cinco modelos distintos: Plug Flow Model (PFM), Safari et al. (2012), Kister (1992), Torab-Mostaedi e Safdari (2009) e Ghaffari et al. (2009). Os dois modelos escolhido para o cálculo da eficiência apresentaram valores consistentes. Já para o cálculo do coeficiente de massa dois modelos não apresentaram valores coerentes: Torab-Mostaedi e Safdari (2009) e Ghaffari et al. (2009). Com a análise dos resultados notou-se que tanto para eficiência quanto para coeficiente de transferência de massa houve uma influência positiva, ou seja, conforme os valores dos parâmetros operacionais aumentam a eficiência e coeficiente de massa também aumentam. Sendo a vazão da fase contínua o parâmetro que mais influenciou no desempenho da coluna, apresentando um aumento percentual de 32.46%. Por fim, um modelo empírico foi desenvolvido com o intuito de correlacionar a eficiência da coluna com os parâmetros operacionais. A equação mostrou boa concordância com a equação de Murphree, apresentando um desvio médio de 7.35%


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  •  

    Liquid-liquid extraction, or solvent extraction, is a unitary operation designed to separate one or more components from the insertion of a liquid phase that has more affinity with the components of interest. It is a technique used in various industrial process including the food industry, petrochemical and biochemical. Thus, the present work aims to investigate the operational parameters in the performance of a pulsed packed extraction column. For this, 30 runs were performed with aqueous acetic acid solution (solute) and 1-Butanol solution (solvent) in order to obtain concentration data in the extract and raffinate and with these data to calculate column efficiency and mass transfer coefficient. The Murphree (1925) and Kawase (1990) models were used to calculate the efficiency. The two models chosen for the efficiency calculation presented consistent values. For the calculation of the mass transfer coefficient, six different models were used: Plug Flow Model (PFM), Safari et al.(2012), Kister (1992), Torab-Mostaedi and Safdari (2009b), Diffusion Model and GhaffariTooran et al.(2009). Among these models, two did not present coherent values: Torab-Mostaedi and Safdari (2009b) and GhaffariTooran et al.(2009).With the analysis of the results it was noted that for both efficiency and mass transfer coefficient there was a positive influence. The flow ratio was the one that most influenced column efficiency, with a percentage increase of 33.57%. Finally, an empirical model was developed to correlate column efficiency with operational parameters. The equation showed good agreement with the Murphree equation, presenting an average deviation of 7.35%

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  • ISIS ANGELICA GOMEZ GUTIERREZ
  • USO DO LÍQUIDO IÔNICO PRÓTICO [2HEA][Hx] COMO ADITIVO NA PRODUÇÃO DE BIODIESEL

  • Orientador : ANA KATERINE DE CARVALHO LIMA LOBATO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANA KATERINE DE CARVALHO LIMA LOBATO
  • CAETANO MORAES
  • GEORGE SIMONELLI
  • LUIZ CARLOS LOBATO DOS SANTOS
  • SILVANA MATTEDI E SILVA
  • Data: 20/09/2019

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  • Os Líquidos Iônicos (LIs) são conhecidos por terem excepcionais propriedades físicoquímicas e serem ambientalmente amigáveis quando comparados com solventes orgânicos tradicionais. Essas substâncias vêm sendo usadas na síntese de biodiesel como catalisadores e também como cossolventes, neste último caso basicamente para preservarem catalisadores enzimáticos. Porém, de modo geral, para ambas as aplicações, as condições reacionais no tocante à razão molar álcool/óleo, quantidade adicionada de LI e tempo são geralmente elevadas. Por outro lado, quando se usam como catalisadores a temperatura de reação deve ser alta. No entanto, o grande atrativo destes compostos está em que oferecem benefícios ambientais, pois são reutilizáveis, não corrosivos e promovem a separação das fases no final da reação, facilitando os processos de purificação. Alguns desses compostos podem ser produzidos com uma estrutura química, tanto com grupos hidrofílicos como hidrofóbicos, e por tanto são categorizados como potenciais surfactantes, podendo promover a redução de tensão interfacial. Essa propriedade anfifílica pode ser usada com grande vantagem na reação de produção de biodiesel para diminuir as limitações relativas à transferência de massa interfacial, próprias da heterogeneidade do sistema. Essa diminuição melhora o contato entre as fases imiscíveis (óleo e álcool) e aumenta a taxa e rendimento da reação. O presente trabalho tem como finalidade estudar o efeito da adição de líquido iônico prótico (LIP) hexanoato de 2-hidroxietilamônio na reação de transesterificação alcalina de óleo de soja com metanol, para determinar o comportamento das variáveis de processo e sua influência sob o rendimento em peso do biodiesel produzido na procura pela obtenção de condições reacionais ótimas. Para isto foram estudadas variáveis dentro dos seguintes domínios razão molar álcool/óleo 3:1 - 9:1, 0 – 2,5% %LIP (%m/m) com referência à massa de óleo e tempo 10 −30 min. A metodologia de superfície de resposta, utilizando a técnica de delineamento composto central rotacional (DCCR), foi aplicada para otimização das variáveis de processo. As condições ótimas de reação foram alcançadas sob 1,30% (%m/m) de LIP [2HEA][Hx], razão molar álcool/óleo 7,46:1, 1% (%m/m) de KOH como catalisador, 30 °C de temperatura, durante 10 min de reação. O rendimento ótimo em massa foi de 96,77%. Os resultados mostram que baixas quantidades de LIP são suficientes para gerar uma diminuição de tensão interfacial no sistema, incrementando a miscibilidade dos reagentes em condições brandas de processo no qual se reflete no aumento do rendimento em massa. Esse efeito foi positivo no meio reacional, tornando o LIP promissor para ser aplicado como aditivo. Os parâmetros de qualidade do produto final, caracterizado para a condição ótima, foram índice de acidez, densidade a 20 °C, viscosidade cinemática a 40 °C, ponto de fulgor e aspecto, atendendo às e


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  • Ionic Liquids (LIs) are known to have exceptional physicochemical properties and are environmentally friendly compared to traditional organic solvents. These substances have been used in biodiesel synthesis as catalysts and also as co-solvents, in the latter case basically to preserve enzymatic catalysts. Generally, however, for both applications, the reaction conditions with respect to alcohol / oil molar ratio, added amount of L1 and time are generally high. On the other hand, when used as catalysts the reaction temperature must be high. However, the great attraction of these compounds is that they offer environmental benefits because they are reusable, non-corrosive and promote phase separation at the end of the reaction, facilitating the purification processes. Some of these compounds can be produced with a chemical structure, both hydrophilic and hydrophobic groups, and are therefore categorized as potential surfactants, which may promote interfacial tension reduction. This amphiphilic property can be used to great advantage in the biodiesel production reaction to reduce the limitations on interfacial mass transfer due to system heterogeneity. This decrease improves contact between immiscible phases (oil and alcohol) and increases reaction rate and yield. The present work aims to study the effect of the addition of protic ionic liquid (LIP) 2-hydroxyethylammonium hexanoate on the alkaline transesterification reaction of soybean oil with methanol, to determine the behavior of process variables and their influence on yield. weight of biodiesel produced in search of optimal reaction conditions. For this, variables were studied within the following domains alcohol / oil molar ratio 3: 1 - 9: 1, 0 - 2.5%% LIP (% m / m) with reference to oil mass and time 10 −30 min. The response surface methodology, using the central rotational composite design (DCCR) technique, was applied to optimize the process variables. Optimal reaction conditions were achieved under 1.30% (% w / w) LIP [2HEA] [Hx], alcohol / oil molar ratio 7.46: 1, 1% (% w / w) KOH as catalyst 30 ° C for 10 min. The optimum mass yield was 96.77%. The results show that low amounts of LIP are sufficient to generate a decrease in interfacial tension in the system, increasing the reactants miscibility under mild process conditions which is reflected in the increase in mass yield. This effect was positive in the reaction medium, making LIP promising to be applied as an additive. The quality parameters of the final product, characterized for optimal condition, were acidity index, density at 20 ° C, kinematic viscosity at 40 ° C, flash point and appearance, meeting the
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  • ANDRESSA DE ARAUJO FREIRE
  • Remediação dos metais pesados cobre e ferro por biossurfactante produzido em biorreator utilizando o extrato da casca de mamão como substrato

  • Orientador : ANA KATERINE DE CARVALHO LIMA LOBATO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANA KATERINE DE CARVALHO LIMA LOBATO
  • ANDRÉA FARIAS DE ALMEIDA
  • GEORGE SIMONELLI
  • Data: 22/11/2019

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  • Nas últimas décadas, a contaminação dos corpos de água por metais pesados vem se tornando um sério problema ambiental. O descarte inadequado de efluentes contaminados por íons de metais, mesmo em pequenas concentrações, podem causar sérios danos aos seres humanos e ao ecossistema. Diante deste contexto, é necessário o tratamento destes efluentes a níveis ambientalmente aceitáveis. Não obstante a isso, a remediação por lavagem utilizando surfactantes biológicos, biossurfactantes surge como uma técnica alternativa aos métodos convencionais, por ser considerada de baixa toxicidade ao meio ambiente. Biossurfactantes são tensoativos de origem microbiana que podem capturar íons metálicos através de interações eletrostáticas. A presença de distintos grupos funcionais de diferentes polaridades em suas moléculas acarreta uma interação molecular com a carga dos metais, atuando como um agente quelante e possibilitando a descontaminação dos solos e efluentes. Contudo, as aplicações comerciais dos biossurfactante esbarram no seu alto custo de produção. Isto pode ser atribuído à utilização de nutrientes dispendiosos e deficiências nas operações de recuperação e purificação. Para superar estes gargalos, resíduos agroindustriais têm sido utilizados com uma alternativa de substrato de baixo custo para a produção de biossurfactantes. Nessa perspectiva, o presente trabalho visou avaliar, através do estudo cinético, a produção de surfactina por Bacillus subtilis UFPEDA 86 utilizando como fonte de carbono o extrato aquoso da casca de mamão, como forma de redução dos custos da produção e sua aplicação na remoção dos íons cobre e ferro presentes em um efluente sintético.  A fermentação submersa ocorreu em um biorreator (37°C, 200 rpm, 0,5 vvm) durante 144 horas. Em intervalos de tempos regulares foram coletadas amostras para a realização do estudo cinético. O crescimento celular, consumo de substrato, produção da surfactina, pH do meio, tensão superficial e Concentração Micelar Crítica foram analisados.  Para avaliar a eficiência da surfactina produzida na remoção dos metais cobre e ferro, foi realizado um planejamento experimental multivariado, na presença de biossurfactante bruto e purificado. Através das isotermas de adsorção avaliou-se a capacidade do biossurfactante em adsorver os metais Cu e Fe. Dentre os resultados encontrados, em 24 horas de cultivo, obteve-se a maior concentração de biomassa e produto, de 2.17 g L-1 e 2.88 g L-1, respectivamente e com relação ao substrato observa-se que 73% da fonte de carbono fornecida foi consumida. Não foi verificada uma mudança muito acentuada do pH ao longo do cultivo, possuindo valores variando na faixa de 5,58 para 6,83. Os ensaios fermentativos mostraram que Bacillus subtilis UFPEDA 86 é um bom produtor de biossurfactante e que o extrato da casca de mamão é um substrato viável para a produção de biossurfactante por esta cepa. O biossurfactante produzido apresentou Concentração Micelar Crítica (CMC) de 20,73 mg.L-1, na qual foi capaz de reduzir a tensão superficial da água de 70,54 para 28,69 mN/m.. O biossurfactante produzido a partir da casca de mamão foi capaz de adsorver Cu e Fe em sua estrutura. O modelo de adsorção de Langmuir ajustou-se bem ao Cu e Fe, sendo a capacidade máxima de adsorção estimada em 10 e 5 mg.g-1, respectivamente. O biossurfactante produzido apresentou potencial de uso como adsorvente no tratamento de efluentes líquidos contendo metais pesados.


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  • In recent decades, heavy metal contamination of water bodies has become a serious environmental problem. Disposal of metal ions contaminated effluents, even in small quantities, can cause damage to humans, fauna, flora and microbiota, thus compromising the quality of life of the present ecosystem. Given this context, it is necessary to treat these effluents at environmentally acceptable levels. Nevertheless, a wash correction using biological surfactants, biosurfactants as an alternative technique to the methods used, as it is considered of low toxicity in the environment. Biosurfactants are surfactants of microbial origin that can capture metal ions through electronic interactions. The presence of distinct functional groups of different polarities in their molecules leads to a molecular interaction with metal charge, acting as a chelating agent and allowing the decontamination of soils and effluents. Biosurfactants offer several advantages over synthetic surfactants, including the possibility of production from renewable resources through fermentation. However, as commercial applications of biosurfactant run into its high cost of production. This can be attributed to the use of expensive nutrients and deficiencies in recovery and purification operations. To overcome these bottlenecks, agro-industrial waste is used as an alternative to the low cost substrate for biosurfactant production. From this perspective, the present work aims to evaluate the production of surfactin by Bacillus subtilis UFPEDA 86, using as a source of carbon or aqueous extract of papaya peel, as a way of reducing production costs and its application in the removal of copper and iron ions. in a synthetic effluent. Submerged fermentation occurred in a bioreactor (37 ° C, 200 rpm, 0.5 vvm) for 144 hours. At regular time intervals, sizes were collected to perform the kinetic study. Cell growth, substrate consumption, surfactin production, medium pH, surface tension and Critical Micellar Concentration were analyzed. To evaluate the efficiency of surfactin that removes copper and iron metals, an experimental multivariate design was performed in the presence of crude and purified biosurfactant. Through the adsorption isotherms analyzed, it is possible to obtain biosurfactant in the adsorption of Cu and Fe metals. Among the results found, in 24 hours of cultivation, recorded and higher of biomass and product, of 2.17 g L-1 and 2.88 g L-1, respectively and with respect to the observed substrate 73% of the clean carbon source was consumed. There was no significant change in pH throughout cultivation, with values ranging from 5.58 to 6.83. The fermentative assays shown in Bacillus subtilis UFPEDA 86 are a good biosurfactant producer and extract papaya peel or a viable substrate for biosurfactant production by this strain. The biosurfactant produced presented Critical Micellar Concentration (CMC) of 20.73 mg.L-1, which was able to reduce the surface tension of the water from 70.54 to 28.69 mN / m. Biosurfactant produced from papaya peel was able to adsorb Cu and Fe in its structure. Langmuir adsorption model can be adjusted for Cu and Fe, with the maximum adsorption capacity estimated at 10 and 5 mg.g-1, respectively. The biosurfactant produced presented potential for use as adsorbent in the treatment of heavy metallic trapped effluents.

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  • LIS DA SILVA OSTIGARD
  • AVALIAÇÃO DE SUBSTITUIÇÃO DE FLUIDO TÉRMICO EM UNIDADE DE HIDROTRATAMENTO E FRACIONAMENTO DE PARAFINAS

  • Orientador : SILVANA MATTEDI E SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • SILVANA MATTEDI E SILVA
  • REGINA FERREIRA VIANNA
  • LUCIENNE LOBATO ROMANIELO
  • Data: 16/12/2019

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  • Os sistemas de fluido térmico são instalações utilizadas para aquecimento ou
    resfriamento indireto em unidades industriais. Uma unidade de hidrotratamento e
    fracionamento de parafinas possui um sistema de óleo térmico para aquecimento
    das correntes de processo de quatro trocadores de calor. Utiliza-se a mistura
    eutética de bifenil e óxido de difenil desde o início da operação da planta na década
    de 1980. Esta unidade industrial faz parte de uma refinaria brasileira com
    capacidade de processamento de 323.000 bbl/d.
    Foram avaliados três fluidos térmicos como substitutos ao óleo sintético usado
    atualmente: um óleo parafínico n-C 13 -C 18 (produzido na própria unidade), o nanofluido
    de eutético de bifenil e óxido de difenil com partículas de cobre 6,0 % em volume e o
    nanofluido de polidimetilsiloxano com óxido de cobre a 6,0 % em volume. A carga
    térmica demandada pelo sistema foi calculada no software Petro-SIM ® (KBC-
    Yokogawa) através de simulações de estado estacionário.
    Observou-se que os nanofluidos não atenderam a energia térmica requerida e não
    são compatíveis para a planta industrial em questão, devido à concentração de
    nanopartículas em suspensão evidenciar a redução da capacidade calorífica e
    aumento da viscosidade como efeitos predominantes ao aumento de condutividade
    térmica.
    O óleo parafínico atingiu o desempenho térmico esperado e é superior em 30,46%
    quanto a capacidade de absorver energia térmica comparado ao fluido térmico atual,

    7
    contudo, é preciso avaliar a estabilidade térmica e oxidação do mesmo, verificando
    se as condições de temperatura do sistema de estudo são compatíveis ao uso deste
    fluido térmico.
    A avaliação econômica demonstrou que o uso do óleo parafínico como fluido térmico
    tem potencial de reduzir, a cada 6 anos de campanha da unidade, custos de compra
    de óleo térmico em 2,64 milhões de reais e eliminar despesas com tratamento de
    resíduos no valor de R$ 147.600,00.


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  • Hot oil systems are used for the purpose of indirect heating or cooling in industrial
    plants. A paraffin hidrotreatment and fractionation unit uses a hot oil system for
    heating of process streams in four heat exchangers. The eutectic mixture of biphenyl
    and diphenyl oxide is employed as heat transfer fluid since the beginning of plant’s
    operation in the 1980’s. This industrial installation is part of Brazilian petroleum
    refinery which processes 323,000 bbl/d.
    This study evaluated three heat transfer fluids which are proposed as substitutes to
    the synthetic oil used currently, one being paraffinic oil n-C 13 -C 18 (produced in the
    industrial unit itself), the nanofluid of eutectic of biphenyl and diphenyl oxide and
    copper particles at 6% by volume and the nanofluid of polydimethylsiloxane and
    copper oxide at 6% by volume. The heat duty required by the system was calculated
    software Petro-SIM ® (KBC-Yokogawa) by steady state simulations.
    It was observed that the nanofluids did not provide the thermal energy required and
    are not suitable for the industrial unit mentioned because the concentration of
    suspended nanoparticles showed lower heat capacity and higher viscosity as
    predominant effects to higher thermal conductivity.
    The paraffinic oil reached the expected thermal performance and it is superior at
    30.46% regarding to the capacity of absorb thermal energy when compared to the
    heat transfer fluid currently used, however, an evaluation regarding to thermal

    stability and oxidation of this oil should be carried out to verify compatibility with

    temperature conditions of the heat transfer fluid system.

    The economic evaluation demonstrated that by using the paraffinic oil is expected to
    save the amount spent of 2.64 million of purchasing hot oil and will eliminate
    expenses related to waste treatment equivalent to R$ 147,600.00 every six years of
    operation of the industrial installation.

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  • PEDRO MENEZES FRANCA
  • ESTUDO DA ADSORÇÃO DE PETRÓLEO UTILIZANDO FIBRA DE CANA-BRAVA EM REDE DE TECIDO NÃO TECIDO (TNT)

  • Orientador : SILVANA MATTEDI E SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • SILVANA MATTEDI E SILVA
  • JOSE MARIO FERREIRA JUNIOR
  • ANA CRISTINA MORAIS DA SILVA
  • LUCIENNE LOBATO ROMANIELO
  • Data: 17/12/2019

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  • A Baía de Todos os Santos, é a maior baía do Brasil e apesar do desenvolvimento econômico
    gerado, carrega uma série de impactos ambientais para os moradores locais. Embora o número
    de acidentes seja pequeno, o tráfego de navios e efluentes da refinaria têm um impacto negativo
    bastante significativo na biota, introduzindo contaminantes como petróleo e derivados na água.
    A remoção de contaminantes em água de maneira eficiente tornou-se uma questão importante
    na atualidade. Dentre os diversos métodos, o processo de adsorção é um dos métodos eficazes
    utilizados para a remediação de áreas contaminadas com petróleo e seus derivados. Dessa
    maneira, esse trabalho tem o objetivo de investigar um adsorvente natural de fácil obtenção e
    baixo custo, como a fibra de cana-brava (Gynerium Sagittatum), na adsorção de petróleo. A
    biomassa utilizada foi estudada em sua forma lavada, acetilada e tratada com líquido iônico
    [2HEA][Ac]. Todas as fibras foram caracterizadas através de análises termogravimétricas (TG e
    DTG), microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios-X (DRX), espectroscopia
    de absorção no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e análise da composição
    lignocelulósica. Os ensaios de adsorção do petróleo bruto foram realizados em banho
    termostático com a fibra nas três formas, variando o tempo para o estudo cinético e a
    concentração do adsorvato para o estudo de equilíbrio. O estudo cinético de adsorção do
    petróleo permitiu identificar que a fibra lavada atinge sua capacidade de adsorção máxima de
    4,3 g de petróleo / g de adsorvente em 90 minutos, ao passo que as fibras acetiladas e tratadas
    com líquido iônico atingiram a as capacidades máximas de adsorção de 3,5 g de petróleo / g
    adsorvente em 30 minutos. O modelo cinético que mais se ajustou aos dados experimentais foi o
    de pseudo-segunda ordem. No estudo do equilíbrio os modelos que apresentaram os melhores
    ajustes foram as isotermas de Sips e Toth.


  • Mostrar Abstract
  • All Saints, is the largest bay in Brazil and despite the economic development generated,
    carries a series of environmental impacts for local residents. Although the number of accidents is
    low, ship traffic and refinery effluents have a significant negative impact on biota, introducing
    contaminants such as oil and derivatives into the water. Removal of contaminants in water
    efficiently has become an important issue today. Among the separations methods, it is an
    adsorption process one of the effective types used for the remediation areas with spill petroleum
    and its derivatives. Thus, the objective of this work is to investigate the adsorption of natural and
    low-cost adsorbent, such as wild cane fiber (Gynerium Sagittatum) in the adsorption of
    petroleum. Biomass was studied in raw form, acetylated and treated with [2HEA][Ac]. All the
    images were scanned with thermogravimetric techniques (TG and DTG), scanning electron
    microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (FTIR) and lignocellulosic
    composition analysis. The adsorption tests were performed in thermostatic baths with fiber in the
    three forms, varying the time for the kinetic study and the concentration of the adsorbate for the
    equilibrium study. The kinetic study of oil adsorption allowed to identify that the raw reaches its
    maximum adsorption capacity of 4.3 g of oil / g of adsorbent in 90 minutes, whereas the acetyled
    and ionic liquid treated fibers require 30 minutes to reach maximum value of 3.5 g oil / g
    adsorbent. The kinetic model that fit the experimental data was pseudo-second order. In the
    adsorption equilibrium, the models that presented the best fit were Sips and Toth isotherms.

Teses
1
  • MURILO LEITE ALCÂNTARA
  • Separação de CO2/CH4 por membranas contendo líquidos iônicos com base em etanolaminas

  • Orientador : SILVANA MATTEDI E SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • SILVANA MATTEDI E SILVA
  • JOSE MARIO FERREIRA JUNIOR
  • GEORGE SIMONELLI
  • CARLOS AUGUSTO DE MORAES PIRES
  • MÁRCIO LUIS LYRA PAREDES
  • CONSUELO CRISTINA GOMES SILVA
  • Data: 25/01/2019

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  • A presença indesejada de CO2, em correntes gasosas de metano, resulta em diversas perdas financeiras e ambientais. As etanolaminas vêm sendo utilizadas com sucesso na captura deste gás, contudo, estes materiais possuem diversas desvantagens, como alta perda de solvente por evaporação e degradação. A incorporação das etanolaminas dentro de estruturas estáveis e pouco voláteis dos LIs já apresentou elevado potencial na mitigação destes problemas, sem grandes perdas na seletividade. Entretanto, pouco foi estudado sobre as interações entre esses líquidos e CO2 ou CH4, e menos ainda sobre sua aplicação em processos de separação. Com o objetivo de estudar essas interações, experimentos de equilíbrio de fase a moderadas e altas pressões foram realizados. A ausência de formação de carbamatos ou degradação dos LIs, após os experimentos, são indicativos de que o mecanismo de solubilização de CO2 acontece por interações de caráter predominantemente físico ou químico através de ligações fracas e reversíveis. Variações no número de hidroxilas e tamanho da cadeia dos íons resultaram em alterações significativas na solubilização de CO2. Entretanto, todos os LIs baseados em etanolaminas apresentam elevada seletividade de CO2/CH4, tanto a baixa quanto a altas pressões. Mesmo quando comparadas as seletividades destes LIs com outros divulgados na literatura, os LIs baseados em etanolaminas apresentaram seletividades significativamente superiores. O [m-2HEA][Pr] apresentou seletividade ideal de CO2/CH4 no mínimo quatro vezes superior às dos outros LIs. As elevadas seletividades e mecanismo de reação reversível tornaram esses LIs ideais para serem aplicados em processos de separação por membrana. As membranas estudadas foram formadas com a adição de [m-2HEA][Pr] em uma matriz de PVA. Os primeiros testes indicaram seletividades de até 120 e permeação de CO2 de até 40 barrers, resultados que colocaram estas membranas acima do limite superior de Robeson. A utilização de correntes umidificadas aumentou em, aproximadamente, seis vezes a permeabilidade de CO2 das mesmas membranas, tornando-as, aproximadamente, cinquenta vezes mais permeáveis a CO2 e quarenta vezes mais seletivas a CH4 do que as membranas originais de PVA puro. Também foram estudados os efeitos da temperatura, diferencial de pressão, tratamento com vácuo, estabilidade, composição da corrente de alimentação e a substituição do [m-2HEA][Pr] por outros LIs baseados em etanolaminas. Ao comparar estas membranas com outras de alto desempenho divulgadas na literatura, observou-se que as membranas PVA + LIs baseados em etanolaminas apresentam seletividades de CO2/CH4 superiores às de quase todas as membranas comparadas, mantendo ainda níveis moderados de permeabilidade de CO2.


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  • The undesired presence of CO2 in gaseous methane streams can promote financial and/or environmental losses. It has been extensively studied and applied the use of ethanolamines to successfully capture CO2 from gaseous streams. However, these materials have several disadvantages such as solvent loss through evaporation and degradation. The incorporation of ethanolamines into stable and non-volatile structures of ILs has already presented high potential in mitigating these disadvantages without massive losses in selectivity. However, little has been studied about the interactions between these liquids and CO2 or CH4, and still less has been studied about its application in separation processes. In order to study these interactions, high pressure phase equilibrium experiments were performed. The absence of carbamate formation or IL degradation after the experiments indicate that the mechanism of CO2 solubilization is physisorption or weak reversible chemisorption. Changes on the number of hydroxyl groups and size of ions carbon chains of the ILs structures promoted significant changes on CO2 solubilization, but all maintained high CO2/CH4 selectivities at high and low pressures. Even when comparing the selectivities of these ILs with others available in the literature, ethanolamines based ILs showed significantly higher selectivities. The [m-2HEA] [Pr] presented ideal CO2/CH4 selectivity at least 4x higher than the other ILs compared. The high selectivity and reversible reaction mechanism made these ILs ideal for application in membrane separation processes. The membranes studied were formed by the addition of [m-2HEA] [Pr] in a PVA matrix. The first tests resulted in selectivities up to 120 and CO2 permeations up to 40 barrers. Some of these results are placed above the upper limit bound of Robeson (2008). The use of a humidified stream increased around six times the CO2 permeability of the same membranes, making these membranes roughly fifty times more permeable to CO2 and around forty more selective to CH4 than the original pure PVA membranes. The effect of temperature, differential pressure, vacuum treatment, temporal stability, feed composition and substitution of [m-2HEA] [Pr] by other ethanolamine-based LIs were also studied. When comparing these membranes with other high-performance ones, found in the literature, it was possible to observe that the PVA + ethanolamine based ILs membranes presented higher CO2/CH4 selectivities than most for the compared membranes, even maintaining a moderate level of CO2 permeability.

2
  • LINDAURA ALMEIDA DA SILVA PORTO
  • PREPARAÇÃO DE CATALISADORES DE FERRO SUPORTADO EM CARVÕES ATIVADOS OBTIDOS A PARTIR DE RESÍDUOS DE DENDÊ PARA O ABATIMENTO DE FENÓIS EM EFLUENTES AQUOSOS

  • Orientador : MARIA DO CARMO RANGEL SANTOS VARELA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS AUGUSTO DE MORAES PIRES
  • MARIA DO CARMO RANGEL SANTOS VARELA
  • SERGIO TELLES DE OLIVA
  • SIMONE PEREIRA DE LIMA
  • SIRLENE BARBOSA LIMA
  • TEREZA SIMONNE MASCARENHAS SANTOS
  • Data: 25/02/2019

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  • As grandes quantidades de poluentes fenólicos, provenientes de vários setores industriais, têm levado a uma crescente contaminação das águas, contribuindo para o aumento dos problemas ambientais. Os processos oxidativos avançados (POAs) têm se mostrado eficazes no tratamento desses efluentes, especialmente a reação de Fenton. Entretanto, o processo ainda apresenta problemas, tais como a disponibilidade de catalisadores eficientes e de baixo custo. Neste contexto, no presente trabalho, foram preparados catalisadores baseados em óxidos de ferro suportados em carvões ativados, obtidos a partir dos resíduos de dendê, para o abatimento de compostos fenólicos em efluentes industriais. Os carvões ativados foram preparados por ativação química, utilizando hidróxido de sódio, como agente ativante, na razão biomassa/ agente ativante 1:2, 1:1, 2:1 e 3:1 e por ativação física, usando vapor de água como ativante a 600 e 800°C. Os carvões ativados foram impregnados com solução de nitrato de ferro (5%, em massa, de ferro). As amostras foram caracterizadas por termogravimetria, espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, difração de raios X, medida da
    área superficial específica e da porosidade, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia Raman e foram avaliadas na oxidação do fenol pela reação de Fenton. Nos catalisadores obtidos por ativação química e por ativação física detectou-se uma mistura de magnetita e hematita. A ativação química levou à formação de carvões ativados meso e microporos, enquanto a ativação física produziu carvões microporosos. Foram obtidos sólidos contendo grupos fenólicos, alcoólicos e carboxílicos, em sua superfície. Observou-se que o método de preparação não influenciou significamente, a natureza dos grupos funcionais na superfície dos carvões ativados. Todos os catalisadores obtidos a partir da ativação química conduziram a mais alta remoção do fenol, via reação
    de Fenton. O catalisador preparado com a razão biomassa/agente ativante mais elevada (3:1) levou à conversão mais alta de fenol (100%), ao final da reação. Entretanto, o catalisador preparado com a razão biomassa/agente (1:2) mais baixa conduziu à conversão do fenol em um tempo mais curto de reação. Os catalisadores obtidos por ativação física se mostraram inativos na oxidação do fenol.


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  • The large amounts of phenolic pollutants from several industrial sectors have led to increased water contamination, contributing to the increase of environmental problems. Advanced oxidative processes (POAs) have been shown to be effective in the treatment of these industrial effluents, especially the Fenton reaction. However, this process still shows several drawbacks, such as efficient and low cost catalysts. In the present work, catalysts based on iron oxides supported on activated carbon, obtained from palm residues, were prepared for the abatement of phenolic compounds in industrial effluents. The activated carbons were prepared by chemical activation, using sodium hydroxide, as an activating agent, in the ratio biomass / activating agent 1: 2, 1: 1, 2: 1 and 3: 1 and by physical activation, using water vapor as an activator at 600 and 800 ° C. The activated carbons were impregnated with an iron nitrate solution (5% iron by weight). The samples were characterized by thermogravimetry, infrared spectroscopy with Fourier transform, X-ray diffraction, measurement of specific surface area and porosity, scanning electron microscopy and Raman spectroscopy and were evaluated for the oxidation of phenol by the Fenton reaction. In the catalysts obtained by chemical and physical activation, a mixture of magnetite and hematite was detected. Chemical activation led to the formation of activated meso and micropore carbons, while physical activation produced microporous carbons. Solids containing phenolic, alcoholic and carboxylic groups were obtained on their surface. It was observed that the method of preparation did not significantly influence the nature of the functional groups on the surface of the activated carbon. All catalysts obtained from chemical activation led to the highest removal of phenol, via Fenton's reaction. The catalyst prepared with the highest biomass / activating agent ratio (3: 1) led to the highest phenol conversion (100%) at the end of the reaction, however the catalyst prepared with the lowest biomass / agent ratio (1: 2), led conversion of phenol in a shorter reaction time. The catalysts obtained by physical activation proved to be inactive in the oxidation of phenol.

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  • OLIVIA BOMFIM DA SILVA
  • Desenvolvimento de catalisadores de cobre suportado em carbono nanoestruturado para o abatimento de fenóis em
    efluentes aquosos

  • Orientador : MARIA DO CARMO RANGEL SANTOS VARELA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARIA DO CARMO RANGEL SANTOS VARELA
  • RAILDO ALVES FIUZA JUNIOR
  • LEILA MARIA AGUILERA CAMPOS
  • ROBERT NEWTON DA SILVA HENRIQUES MAGALHÃES
  • SIRLENE BARBOSA LIMA
  • Data: 26/02/2019

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  • O estilo de vida atual gera elevados índices de resíduos aquosos, que contaminam o meio ambiente. O uso doméstico da água ou em atividades agrícolas e industriais, bem como outras alterações geológicas e ambientais, impactam consideravelmente a qualidade dos recursos hídricos, tornando a contaminação da água um assunto crítico em todo o mundo. As indústrias geram elevadas quantidades de efluentes aquosos que geralmente contêm elevados teores de poluentes orgânicos. Dentre eles, o fenol é o considerado um contaminante prioritário pela Agência de Proteção Ambiental, que pode prejudicar o meio ambiente. Com a necessidade de reduzir danos ao meio ambiente, um grande número de tecnologias têm sido propostas para remover contaminantes dos efluentes aquosos. Entre eles, os processos de oxidação avançada com peróxido de hidrogênio são tidos como os mais eficientes, permitindo a completa mineralização desses compostos. Visando a obter catalisadores eficientes e estáveis para a remoção do fenol em efluentes aquosos, foram preparados, neste trabalho, catalisadores baseados em cobre suportando em carbonos nanoestruturados. Os carbonos nanoestruturados foram obtidos por moldagem sequencial, usando a SBA-15, zeólita Y e zeólita Beta, como molde e a sacarose ou glicerol como precursores do carbono. As amostras foram caracterizadas por espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, difração de raios X, medida da área superficial específica e porosidade, espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura e energia dispersiva de raios X. Os carbonos nanoestruturados provenientes da SBA-15, zeólita Y e zeólita beta, apresentaram elevadas áreas superficiais específicas às amostras sintetizadas com a sacarose (878, 588 e 820 m2/g) e sintetizadas com o glicerol (1106, 475 e 900 m2/g), respectivamente. Os sólidos oriundos da SBA-15 apresentaram isotermas do tipo IV com um laço de histerese do Tipo H4, típico de materiais mesoporosos. Os materiais oriundos da zeólita Y apresentaram isotermas do tipo I, típico de sólidos microporosos, com um laço de histerese, sugerindo a formação de mesoporos após a pirólise da sacarose. Observou-se a presença de grupos oxigenados tais como, fenólicos, carboxílicos, quinônicos e carbonílicos na superfície. Os catalisadores de cobre (10%) suportado nos carbonos obtidos levaram à remoção de 100% do fenol, após 2 h de reação, não havendo formação de compostos intermediários fenólicos, na maioria dos casos. Em todos os casos, os catalisadores apresentaram elevada atividade catalítica na remoção de fenol de efluentes aquosos, sendo o mais ativo e seletivo aquele obtido a partir da zeólita Y e glicerol.


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  • The current lifestyle generates high levels of aqueous residues, which contaminate the environment environment. The domestic use of water or in agricultural and industrial activities, as well as other geological and environmental changes, have a considerable impact on the quality of water resources, making water contamination a critical issue worldwide. Industries generate high amounts of aqueous effluents that usually contain high levels of organic pollutants. Among them, phenol is considered a priority contaminant by the Environmental Protection Agency, which can harm the environment environment. With the need to reduce damage to the environment, a large number of Technologies have been proposed to remove contaminants from wastewater. In between them, the advanced oxidation processes with hydrogen peroxide are considered the more efficient, allowing the complete mineralization of these compounds. aiming to obtain efficient and stable catalysts for the removal of phenol in aqueous effluents were prepared, in this work, catalysts based on copper supporting on carbon nanostructured. The nanostructured carbons were obtained by sequential molding, using SBA-15, zeolite Y and zeolite Beta, as a template and sucrose or glycerol as carbon precursors. The samples were characterized by spectroscopy in the infrared with Fourier transform, X-ray diffraction, surface area measurement specificity and porosity, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy and X-ray dispersive energy. The nanostructured carbons from SBA-15, Y zeolite and beta zeolite, showed high specific surface areas to the samples synthesized with sucrose (878, 588 and 820 m2/g) and synthesized with glycerol (1106, 475 and 900 m2/g), respectively. The solids from the SBA-15 showed isotherms of the Type IV with a Type H4 hysteresis loop, typical of mesoporous materials. You materials from zeolite Y showed type I isotherms, typical of solids microporous, with a hysteresis loop, suggesting the formation of mesopores after pyrolysis of sucrose. The presence of oxygenated groups such as phenolics, carboxylics, quinones and carbonyls on the surface. Copper catalysts (10%) supported on the carbons obtained led to the removal of 100% of the phenol, after 2 h of reaction, with no formation of phenolic intermediate compounds, in most cases. In In all cases, the catalysts showed high catalytic activity in removing phenol from aqueous effluents, the most active and selective being that obtained from zeolite Y and glycerol.

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  • JAMILLE SANTOS SANTANA
  • DESENVOLVIMENTO DE NANOPARTÍCULAS DE REFORÇO EM BIOCOMPÓSITOS DE AMIDO DE MANDIOCA: EFEITO NAS PROPRIEDADES DOS FILMES

  • Orientador : JANICE IZABEL DRUZIAN
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JANICE IZABEL DRUZIAN
  • ANA KATERINE DE CARVALHO LIMA LOBATO
  • JOYCE BATISTA AZEVEDO
  • JOSIANE DANTAS VIANA BARBOSA
  • JANIA BETANIA ALVES DA SILVA
  • DENILSON DE JESUS ASSIS
  • Data: 13/03/2019

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  • O avanço da tecnologia na área petroquímica, especificamente para a produção de polímeros, trouxe muitos benefícios à humanidade. No entanto, é cada vez mais evidente que o ecossistema é danificado em resultado do acúmulo do plástico não biodegradável. Para esse problema surge como alternativa a possibilidade de desenvolver outros tipos de produtos, que apresentem características reológicas similares aos polímeros sintéticos já existentes, mas que, concomitantemente, apresentem menor resistência à degradação, sendo eliminados biologicamente à medida que não tenham mais utilidade. Nessa perspectiva, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver e caracterizar matérias de reforço: nanopartículas de celulose (obtidas a partir de diferentes fontes), nanopartículas de amido (obtidas por diferentes métodos) e nanopartículas de amilopectina (Obtidas por diferentes tempos de hidrólise) e avaliar o efeito da incorporação dessas nanocargas em filmes a base de amido de mandioca e plastificados com glicerol. Essas partículas em escala nanométrica foram caracterizadas por: distribuição do tamanho de partícula (DSL), potencial Zeta, microscopia eletrônica de transmissão (MET), difração de raios - X (DRX), análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia de absorção no infravermelho com transformadas de Fourier (FTIR) e massa molecular média ponderada (CLAE-IR). Os filmes obtidos pela incorporação das nanopartículas foram caracterizados por: microscopia eletrônica de varredura (MEV) e testes mecânicos de tração, sendo avaliadas as seguintes propriedades: resistência máxima a tração, alongamento e módulo de Young. As nanopartículas de amido obtidas por ultrassom apresentaram menor diâmetro (d = 70,97 ± 10,40 nm) do que aquelas obtidas por hidrólise ácida (112 ± 12,04 nm), que se apresentaram mais cristalinas (índice de cristalinidade de 36%). Quanto às nanopartículas de celulose, aquelas extraídas da celulose microcristalina apresentaram dimensões menores (L= 79,11 ± 19,33 nm, d= 7,47 ± 2,12 nm) do que aquelas os extraídas do sisal (L= 266,05 ± 55,90, d= 11,36 ± 4,72 nm). Independente da fonte, as nanopartículas de celulose se apresentaram mais cristalinas do que as nanopartículas de amido. Nos testes mecânicos observou-se que as nanopartículas de celulose aumentaram significativamente a resistência à tração do filme de amido em cerca de 50%, enquanto que as nanopartículas de amido obtidas por ultrassom não influenciaram no alongamento do filme. As nanopartículas de amilopectina apresentaram um rendimento inversamente proporcional ao tempo de hidrólise. Aquelas obtidas nos tempo de 36, 39 e 42 horas apresentaram uma distribuição de tamanho mais homogênea. O tempo de hidrólise de 48 horas gerou nanopartículas de amilopectina com o maior índice de cristalinidade (33,18 %). A massa molecular média ponderada foi reduzida a 0,15 x 103 Da com 48 horas de hidrólise da amilopectina. A adição das nanopartículas de amilopectina obtidas nos tempos de hidrólise de: 36, 39 e 42 horas nos filmes de amido provocou um efeito de reforço mecânico significativo. Os filmes adicionados das nanopartículas hidrolisadas por 42 horas apresentaram o maior valor de resistência máxima a tração (22,50 ± 1,51 N) representando um aumento de cerca de 140% dessa propriedade em comparação ao filme controle.


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  • The advancement of petrochemical technology, specifically for the production of polymers, has brought many benefits to mankind. However, it is increasingly evident that the ecosystem is damaged as a result of the accumulation of nonbiodegradable plastic. For this problem, the possibility of developing other types of products, which present rheological characteristics similar to existing synthetic polymers, but which, at the same time, presents less resistance to degradation, are eliminated biologically as they are no longer useful. In this perspective, the present work aimed to develop and characterize reinforcing materials: cellulose nanoparticles (from different sources) nanoparticles of starch (by different methods) and amylopectin nanoparticles (with different times of hydrolysis) and to evaluate the effect of incorporation of these nanoparticles into films based on cassava starch and plasticized with glycerol. These particles at the nanoscale were characterized by: particle size distribution (DSL), Zeta potential, transmission electron microscopy (TEM), X - ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), infrared absorption spectroscopy Fourier transform (FTIR) and weighted average molecular weight - (HPLC-IR). The films obtained by the incorporation of the nanoparticles were characterized by: scanning electron microscopy (SEM), mechanical tensile tests, being evaluated the following properties: maximum tensile strength, stretching and Young's modulus. The starch nanoparticles obtained by ultrasound showed a smaller diameter (d = 70.97 ± 10.40 nm) than those obtained by acid hydrolysis (112 ± 12,04 nm), which were more crystalline (crystallinity index of 36% ). As for the cellulose nanoparticles, those extracted from the microcrystalline cellulose presented smaller dimensions (L = 79.11 ± 19.33 nm, d = 7.47 ± 2.12 nm) than those extracted from sisal (L = 266.05 ± 55.90, d = 11.36 ± 4.72 nm). Regardless of the source, the cellulose nanoparticles were more crystalline than the starch nanoparticles. In the mechanical tests it was observed that the cellulose nanoparticles significantly increased the tensile strength of the starch film by about 50%, whereas the starch nanoparticles obtained by ultrasound did not influence the elongation of the film. The amylopectin nanoparticles showed an inversely proportional yield to the hydrolysis time. Those obtained at the time of 36, 39 and 42 hours presented a more homogeneous size distribution. The 48 hour hydrolysis time generated amylopectin nanoparticles with the highest crystallinity index (33.18%). The weighted average molecular weight was reduced to 0.15 x 103 Da with 48 hours of amylopectin hydrolysis. The addition of the amylopectin nanoparticles obtained at the hydrolysis times of: 36, 39 and 42 hours in the starch films caused a significant mechanical reinforcing effect. The films added of hydrolysed nanoparticles for 42 hours presented the highest value of maximum tensile strength (22.50 ± 1.51 N) representing an increase of about 140% of this property compared to the control film. 

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  • CRISTIANE SANTOS DE JESUS
  • CULTIVO DE Spirulina sp. LEB-18 EM ESCALA PILOTO SOB CONDIÇÕES OUTDOOR PARA OBTENÇÃO DE BIOPRODUTOS DE ALTO VALOR AGREGADO

  • Orientador : JANICE IZABEL DRUZIAN
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DENILSON DE JESUS ASSIS
  • FABIO ALEXANDRE CHINALIA
  • ICARO THIAGO ANDRADE MOREIRA
  • JANICE IZABEL DRUZIAN
  • MICHELE GREQUE DE MORAIS
  • Data: 11/04/2019

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  • O objetivo do trabalho foi cultivar Spirulina sp. LEB-18 em escala piloto sob condições outdoor e condições climáticas do Nordeste, visando obter simultaneamente compostos intra e extracelulares de alto valor agregado a partir da biomassa microalgal, como substâncias poliméricas extracelulares e proteínas, bem como utilizar o isolado proteico para aplicação em filmes à base de amido. Utilizou-se a cianobactéria Spirulina sp. LEB18 isolada da Lagoa da Mangueira (Santa Vitória do Palmar/RS-BR), mantida e cultivada em meio Zarrouk. Inicialmente foi avaliado o efeito das diferentes localizações geográficas (Bahia e Rio Grande do Sul) no crescimento e qualidade da biomassa de Spirulina sp. LEB-18 cultivada em escala piloto sob condições outdoor. A segunda etapa consistiu no monitoramento da produção das substâncias polímericas extracelulares (EPS) durante o crescimento da biomassa de Spirulina, avaliação da produtividade e caracterização dos exopolímeros produzidos em escala piloto sob condições outdoor. A terceira etapa envolveu a obtenção do isolado proteico a partir da biomassa de Spirulina para incorporação em biocompósitos à base de amido de mandioca. A influência positiva da radiação solar e temperatura na produtividade da biomassa de Spirulina sp. LEB-18 cultivada no Nordeste foi diretamente relacionada a melhoria das propriedades nutricionais, resultante do aumento nos teores de proteína, ficocianina e ácido graxo poliinsaturado. A biomassa produzida apresentou alta estabilidade térmica e pode ser considerada como alimento seguro. O crescimento das culturas no Sul do Brasil ocorreu a taxas mais baixas devido às baixas temperaturas e intensidades luminosas, indicando robustez do micro-organismo em relação à esses parâmetros. A síntese de EPS pela Spirulina sp. LEB-18 em escala piloto ocorreu concomitantemente com o crescimento das microalgas, o qual foi aproximadamente 10 vezes maior que a produtividade de biomassa aos 30 dias de cultivo. O cultivo de Spirulina sp. LEB-18, nas condições vi testadas, permitiu a produção simultânea de heteropolímeros com uma fração de alta massa molecular (polissacarídeos) e outra fração de baixa massa molecular (proteínas). Além disso, devido ao comportamento pseudoplástico das soluções e alta estabilidade térmica, o EPS obtido pode ser amplamente aplicado em diversos setores industriais, determinando assim sua potencialidade tecnológica e mercadológica. Foram identificadas as frações proteicas da biomassa de Spirulina: albumina (34,43%), glutelina (12,54%), globulina (1,73%) e prolamina (0,45%). As proteínas da biomassa de Spirulina sp. LEB18 apresentaram mínima solubilidade (1,74%) a pH 3,0 e máxima solubilidade (89,48%) a pH 10,0, resultando em aumento na solubilidade de 98,05%. O processo de extração de proteínas da Spirulina sp. LEB-18 permitiu obter isolado proteico com aproximadamente 74% de proteínas com elevada estabilidade térmica, facilitando a processabilidade e favorecendo sua aplicação em filmes biocompósitos obtidos por casting. Com o aumento da concentração de isolado proteico na matriz do biocompósito, os filmes apresentaram aspecto mais grosseiro e heterogêneo, a coloração tornou-se mais escura melhorando a capacidade de proteger o conteúdo da embalagem da luz e melhorar a qualidade dos alimentos embalados. Não foram observadas alterações significativas na tensão máxima, elasticidade e alongamento na ruptura entre filmes de amido e biocompósitos obtidos, no entanto, os filmes biocompósitos obtidos, podem ser alternativas adequadas de filmes para produtos alimentícios sensíveis a umidade, devido a menor permeabilidade ao vapor de água quando comparados ao filme controle.


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  • The aim of this work was to cultivate Spirulina sp. LEB-18 on a pilot scale under outdoor conditions and and climatic conditions of the Northeast to obtain simultaneously high value-added intra and extracellular compounds from the microalgal biomass as extracellular polymeric substances and proteins, as well as using the protein isolate for application in starch-based films. The cyanobacterium Spirulina sp. LEB-18 isolated from the Mangueira Lagoon (Santa Vitória do Palmar / RS-BR), maintained and cultivated in Zarrouk medium. The effect of the different geographic locations (Bahia and Rio Grande do Sul) on the growth and quality of Spirulina sp. LEB-18 cultivated on a pilot scale under outdoor conditions. The second stage consisted of monitoring the production of extracellular polymer substances (EPS) during the growth of Spirulina biomass, evaluating the productivity and characterization of the exopolymers produced in pilot scale under outdoor conditions. The third step involved obtaining the protein isolate from Spirulina biomass for incorporation into cassava starch - based biocomposites. The positive influence of solar radiation and temperature on the biomass productivity of Spirulina sp. LEB-18 cultivated in the Northeast was directly related to an improvement in nutritional characteristics, resulting from an increase in the protein, phycocyanin and polyunsaturated fatty acid content. The biomass produced had a high thermal stability and could be considered safe food. The growth of crops in South Brazil occurred at lower rates due to low temperatures and luminous intensities, indicating the robustness of the microorganism in relation to these parameters. The synthesis of EPS by Spirulina sp. LEB-18 on a pilot scale occurred concomitantly with microalga growth, which was approximately 10 fold greater than the biomass productivity at 30 days of cultivation. The cultivation of Spirulina sp. LEB-18, under the conditions tested allows the simultaneous production heteropolymers with one high molecular weight fraction viii (polysaccharides) and another fraction of lower molecular mass (proteins). Moreover, due to the pseudoplastic behavior of the solutions and high thermal stability, the obtained EPS can be widely applied in several industrial sectors, thus determining its technological and marketing potentiality. Protein fractions of Spirulina biomass were identified: albumin (34.43%), gluteline (12.54%), globulin (1.73%) and prolamine (0.45%). The biomass proteins of Spirulina sp. LEB-18 presented minimal solubility (1.74%) at pH 3.0 and maximum solubility (89.48%) at pH 10.0, resulting in increase in the solubility of 98.05%. The protein extraction process of Spirulina sp. LEB-18 allowed to obtain protein isolate with approximately 74% of proteins with high thermal stability, facilitating the processability and favoring its application in biocomposite films obtained by casting. As the protein isolate concentration increased in the biocomposite matrix, the films presented a coarser and heterogeneous appearance, the coloration became darker, improving the ability to protect the contents of the packaging from light and improve the quality of packaged foods. No significant changes were observed in the maximum stress, elasticity and elongation at break between starch films and biocomposites obtained; however, the obtained biocomposite films may be suitable alternatives of films for food products sensitive to moisture, due to the lower vapor permeability of compared to the control film

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  • WILTON DE JESUS DOS SANTOS
  • DESENVOLVIMENTO DE BLENDA COM MATRIZ DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE E FÉCULA DE ARARUTA (Maranta arundinacea) NATIVA E MODIFICADA PELO PROCESSO DE ACETILAÇÃO

  • Orientador : SAMUEL LUPORINI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DANILO HANSEN GUIMÃRES
  • HELIANILDES SILVA FERREIRA
  • JAIME SOARES BOAVENTURA FILHO
  • NADIA MAMEDE JOSE
  • SAMUEL LUPORINI
  • SIRLENE BARBOSA LIMA
  • Data: 06/09/2019

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  • A araruta (Maranta arundinacea) apresenta-se como uma fonte alternativa de matéria prima para a confecção de materiais termoplásticos, essa planta possui alto teor de amido que pode ser obtido com elevada pureza. A aplicação do amido nativo de araruta como matéria-prima na produção de polímeros tem demonstrado resultados interessantes apesar de algumas limitações devido seu caráter hidrofílico. A alta afinidade pela água é uma das características dos amidos nativos que dificulta seu processamento e aplicações. Nestes contextos, o presente trabalho tem por objetivo a propor a modificação química do amido de araruta, através do processo de esterificação, para obtenção de um material parcialmente hidrofóbico e desenvolvimento de blendas poliméricas a partir do amido modificado e o polietileno de alta densidade (PEAD). Os amidos foram modificados a partir de diferentes temperaturas de processo: ATC- 40 (40°C), ACT- 50 (50°C), ACT- 60 (60°C), ACT- 70 (70°C) e ACT- 80 (80°C). Os amidos modificados foram caraterizados quanto ao grau de substituição, análises térmicas, FTIR, DRX, RVA e MEV. A partir das caracterizações pode-se perceber que a modificação de fato ocorreu, para as sínteses à temperatura 40°C, 50°C, 60°C, 70°C e 80°C os graus de substituição foram respectivamente 0,31, 0,39, 0,53, 1,27 e 1,36. Em seguida preparou-se as blendas a partir dos amidos acetilados e o PEAD pelo processo de extrusão para formação dos pellets e termo prensagem para a avaliação das propriedades mecânicas. As blendas obtidas foram caracterizadas quanto às propriedades térmicas, resistência à tração, deformação específica, módulo de elasticidade e MEV. Por meio das caracterizações mecânicas (ensaios de Resistência à Tração) verificou-se que além de maior rigidez, a blenda confeccionada a partir do amido esterificado de araruta e PEAD apresentou também valores de tensão e deformação específica superiores aos da formulação à base do amido nativo de araruta com o PEAD. Com base nas caracterizações morfológicas (MEV), foi possível verificar que a formulação com o amido modificado de araruta apresentou uma melhor adesão interfacial com a matriz de PEAD.


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  • Arrowroot (Maranta arundinacea) is an alternative source of raw material for the manufacture of thermoplastic materials. This plant has a high starch content that can be obtained with high purity. The application of arrowroot native starch as a raw material in polymer production has shown interesting results despite some limitations due to its hydrophilic character. The high affinity for water is one of the characteristics of native starches that makes its processing and applications difficult. In these contexts, the present work aims to propose the chemical modification of arrowroot starch, through the esterification process, to obtain a partially hydrophobic material and the development of polymeric blends from modified starch and high density polyethylene (HDPE). ). The starches were modified from different process temperatures: ATC-40 (40° C), ACT-50 (50° C), ACT-60 (60° C), ACT-70 (70° C) and ACT- 80 (80° C). Modified starches were characterized by degree of substitution, thermal analysis, FTIR, XRD, RVA and SEM. From the characterizations it can be seen that the modification actually occurred, for the syntheses at temperature 40° C, 50° C, 60° C, 70° C and 80° C the degrees of substitution were respectively 0.31, 0 , 39, 0.53, 1.27 and 1.36. Then the blends were prepared from the acetylated starches and the HDPE by the extrusion process for pellet formation and thermo pressing for the evaluation of the mechanical properties. The obtained blends were characterized by thermal properties, tensile strength, specific deformation, modulus of elasticity and SEM. The mechanical characterization (tensile strength tests) showed that in addition to greater stiffness, the blend made from esterified arrowroot starch and HDPE also presented higher stress and strain values than the native starch formulation. arrowroot with HDPE. Based on the morphological characterizations (SEM), it was possible to verify that the formulation with the arrowroot modified starch presented a better interfacial adhesion with the HDPE matrix.

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  • EMANOEL IGOR DA SILVA OLIVEIRA
  • Nanoceluloses obtidas de fontes alternativas por hidrólise em meios ácidos sulfurados: Caracterização e aplicações em nanopapers e nanocompósitos

  • Orientador : NADIA MAMEDE JOSE
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS ALBERTO CALDAS DE SOUSA
  • DANILO HANSEN GUIMÃRES
  • ISABEL CRISTINA RIGOLI
  • JAIME SOARES BOAVENTURA FILHO
  • NADIA MAMEDE JOSE
  • SILVANA MATTEDI E SILVA
  • Data: 29/11/2019

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  • Nanocelulose é um tipo de nanomaterial que tem sido extensivamente estudado na atualidade, em virtude de sua versatilidade, biodegradabilidade, disponibilidade e propriedades mecânicas, químicas e óticas diferenciadas. Tradicionalmente, a nanocelulose é obtida por hidrólise com ácidos inorgânicos fortes a partir de polpa celulósica de madeira, contudo há diversos meios ácidos capazes de hidrolisar a celulose de forma mais sustentável, bem como diversas fontes celulósicas alternativas, tais como os resíduos da agricultura, os recursos marinhos e os materiais processados pós consumo. Nesse trabalho, a casca do rambutan (Nephelium lappaceum), o papelão pós consumo e a alga marinha Ulva compressa foram utilizadas como fontes alternativas para obtenção de nanocelulose, em virtude de sua ampla disponibilidade regional/nacional. Foram utilizados três meios sulfurados distintos para hidrólise: o ácido sulfúrico (H2SO4), o líquido iônico aprótico hidrogenosulfato de 1-butil-3-metilimidazólio [Bmim][HSO4] e o líquido iônico prótico hidrogenosulfato de 2-hidroxietilamônio [HEA][HSO4]. Foram obtidas nanoceluloses com diferentes propriedades a depender da fonte celulósica, meio sulfurado e condições experimentais empregadas na hidrólise. Foram efetuadas caracterizações morfológicas, estruturais, espectroscópicas, eletroquímicas e térmicas nas nanoceluloses. De modo geral, nanoceluloses obtidas com H2SO4 apresentaram melhores propriedades para serem aplicadas em nanopapers e nanocompósitos, enquanto os líquidos iônicos se destacaram pela sua capacidade de recuperação. Foi possível obter nanocelulose esférica com [Bmim][HSO4], uma classe de materiais cujo interesse na literatura científica tem crescido ultimamente. [HEA][HSO4] foi utilizado pela primeira vez para obtenção de nanocelulose a partir da celulose microcristalina. O papelão demostrou ser uma fonte de alto teor celulósico e cristalinidade para obtenção de nanocelulose de alta qualidade, enquanto a alga marinha demonstrou ser uma fonte de nanocelulose com elevada razão de aspecto. A partir dessas nanoceluloses, foi possível obter nanopapers com boa transparência e baixa solubilidade em água – propriedades desejáveis para aplicação em eletrônica - bem como nanocompósitos de amido plastificado com propriedades mecânicas melhoradas, desejáveis em embalagens alimentícias. Além disso, algumas nanoceluloses demonstraram minimizar o processo de retrogradação dos filmes de amido, contribuindo para sua maior durabilidade. Os resultados obtidos demonstram que variadas fontes podem ser exploradas para a cadeia de suprimentos de nanocelulose, assim como variados tipos de líquido iônico. Espera-se com esse trabalho uma contribuição científica no sentido de tornar a Bahia e o Brasil polos produtores de nanocelulose, destacandose no segmento da nanotecnologia através da exploração de seu potencial agrícola, florestal e marítimo.  nanopapers

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  • Nanocellulose is a kind of material which has been widely studied nowadays, due its versatility, biodegradability, availability and mechanical, chemical and optical properties. By the traditional way, nanocellulose is achieved by hydrolysis with strong inorganic acids and cellulosic pulp got from wood, however there are many acidic mediums able to hydrolyze cellulose by a greener approach, as well so many alternative cellulosic sources, as agricultural wastes, marine resources and postconsume processed materials. In this work, rambutan peel (Nephelium lappaceum), post-consume cardboard and the seaweed Ulva compressa have evaluated as alternative sources to get nanocellulose due their high local and national availability. Three different sulphurous mediums have used to hydrolysis: sulphuric acid (H2SO4), the aprotic ionic liquid 1-butyl-3-methyl-imidazolium hydrogensulphate [Bmim][HSO4] and the protic ionic liquid 2hydroxylethylammonium hydrogensulphate [HEA][HSO4]. Nanocelluloses with different properties were achieved depending on cellulosic source, sulphurous mediums and experimental parameters used to hydrolysis. Morphological, structural, spectroscopic, electrochemical and thermal analysis were carried out. Nanocelluloses achieved by hydrolysis with H2SO4 showed better properties to be applied in nanopapers and nanocomposites, while the ionic liquids have highlighted by their recovery capability. It was possible to get spherical nanocellulose with [Bmim][HSO4], a new class of materials with increasing interesting by the scientific community. For the first time, [HEA][HSO4] has been used to nanocelullose extraction from microcrystalline cellulose. Cardboard showed to be a good source with high cellulose content and crystallinity suitable to provide high quality nanocellulose, while seaweed showed to be a source of nanocellulose with high aspect ratio. From these nanocelluloses, it was possible to prepare nanopapers with good transparencies and low solubility in water – suitable properties to electronic applications – as well to prepare nanocomposites of plasticized corn starch with improved mechanical properties, dealing with food packaging. Besides that, some nanocelluloses looks to decrease the unsuitable starch retrogradation process in films, increasing its lifetime. The results show that many sources can be exploited to nanocellulose supply chain, as well many kinds of ionic liquid. I hope this work contributes scientifically to turn Bahia and Brazil large producer polos of nanocellulose, standing out in the sector of nanotechnology by the exploitation of its agricultural, forestry and marine potential.  

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  • SAMIRA MARIA NONATO DE ASSUMPÇÃO
  • REAÇÃO DE OXIDAÇÃO DO HMF EM FDCA EM CATALISADORES DE PLATINA OU RUTÊNIO SUPORTADOS  

     

  • Orientador : LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JANICE IZABEL DRUZIAN
  • JEAN MARCEL RIBEIRO GALLO
  • JOSE MARIO FERREIRA JUNIOR
  • LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • SIRLENE BARBOSA LIMA
  • Data: 06/12/2019

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  •  O reaproveitamento sustentável de biomassa lignocelulósica, pautado no conceito de biorrefinaria, permite o desenvolvimento de bioprodutos de alto valor econômico. A bananicultura, apesar do curto ciclo vegetativo, acumula um grande excedente em resíduos ricos em carboidratos e disponíveis para serem reutilizado. Estes materiais são constituídos majoritariamente por celulose, lignina e hemicelulose. A celulose é um dos produtos de maior interesse e, quando hidrolisada disponibiliza uma fração rica em hexoses, principal fonte na síntese do hidroximetilfurfural (HMF). O ácido 2,5-furandicarboxílico (FDCA) é uma molécula plataforma que pode ser usada na síntese de fármacos ou na substituição do ácido tereftálico, usado para a produção de polímeros. O objetivo deste trabalho é a avaliação da reação de oxidação do HMF em FDCA sobre catalisadores de Platina e Rutênio suportados em materiais de diferentes funcionalidades químicas, visando o aproveitamento do pseudocaule de bananeira (PB) como fonte de HMF. As etapas consistem na produção de hexoses a partir do pré-tratamento do PB com 2% (m/v) NaOH à 80 °C por 1 h, seguida da hidrólise com 1% (v/v) H2SOà 200 °C por 2 h. O PB antes e após o pré-tratamento foi caracterizado por TGA/DTG, MEV, DRX e FT-IR. A desidratação da frutose em HMF ocorreu em reator batelada catalisada por Nb2Oe NbOPOcomerciais à 120 °C por 2 h. A reação de oxidação do HMF em FDCA ocorreu com catalisadores de Pt e Ru suportados em TiO2, SiOgel, carvão comercial (CA) e carvão obtido do caroço de açaí (CAK) em pH alcalino (pH=9, NaHCO3), 40 bar de ar sintético, 100 °C por 4 h. Os produtos das reações foram quantificados por CLAE a partir de curvas de calibração previamente construídas. Os catalisadores oxidativos foram sintetizados por impregnação úmida com teor de 5% do metal e caracterizados por FT-IR, MEV, DRX, TGA/DTA, Espectroscopia Raman, Isoterma de N2, RMN-H1, RMN-C13 e XPS. PB in natura mostrou 22,7% celulose, 19,08% hemicelulose e 17,2% lignina. O pré-tratamento alcalino removeu 64,5% lignina e 78,3% hemicelulose, mas preservou a celulose cristalina tipo I (nativa). Por isso, com a hidrólise ácida obteve-se conversão de 37,5% da celulose e rendimento de 32,1% em frutose e glicose. A desidratação da frutose com o catalisador de NbOPO4 mostrou maior rendimento em HMF 97,7% frente 87,8% com Nb2O5, devido a maior presença de sítios ácidos de BrØnsted. Os catalisadores Pt mostraram maior atividade catalítica que os impregnados com Ru. Os catalisadores de Pt suportados em CA e CAK possuem diferentes contribuições quanto a área de micro e mesoporoso e área superficial específica, mas com organização cristalina e estabilidade térmica similares. Ambos os materiais mostraram a presença de grupos hidroxila, quinona e éter na superfície mais externa, mas em diferentes proporções atômicas. Os materiais suportados em CA são mesoporosos e com baixa concentração atômica de grupos oxigenados (9%), o que levou ao menor desempenho na reação pelo bloqueio dos sítios pela adsorção de espécies. Os microporos nos catalisadores CAK associados a maior quantidade de grupos oxigenados (31%) levaram a um maior rendimento em FDCA. O catalisador Pt/CAK foi o mais ativo para esta reação com conversão de 100% em HMF e rendimentos de 93,6% FDCA e 3,3% FFCA. A reação ocorreu pela rota catalítica do HMFCA com a formação do gemdiol, promovido pH do meio. Os grupos funcionais do CAK apesar de não direcionarem a rota, facilitaram as etapas de desidrogenação do gemdiol aumentando o rendimento em FDCA.


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  • The sustainable reuse of lignocellulosic biomass based on the concept of biorefinery allows the development of bioproducts of high economic value. The banana cultivation, despite the short vegetative cycle, accumulates a large surplus in residues, available for reuse and rich in carbohydrates. These materials consist mainly of cellulose, lignin and hemicellulose. Cellulose is one of the products of most interest and when the hydrolyzate provides a fraction rich in hexoses, main feedstock to the hydroxymethylfurfural (HMF) production. The furanic 2.5 dicarboxylic acid (FDCA) is a platform molecule that can be used in drug synthesis or as a substitute to the terephthalic acid, used for the production of polymers. The aim of this work is to evaluate the oxidation reaction of HMF in FDCA on platinum and ruthenium catalysts supported in materials of different chemical functionalities, employing the banana pseudostem (PB) as a source of HMF. The steps consist of the hexoses production from the PB pretreatment with 2% (w/v) NaOH at 80 °C for 1 h, followed by hydrolysis with 2% (v /v) H2SO4 at 200 °C for 2 h. PB before and after pretreatment was characterized by TGA/DTA, SEM, XRD and FT-IR. For the fructose dehydration in HMF was used Nb2O5 and NbOPO4 catalyst in a batch reactor at 120 ° C for 2 h. The oxidation reaction of HMF in FDCA employed Pt and Ru metals supported on TiO2, SiO2 gel, commercial carbon (CA) and açaí seed carbon (CAK) at alkaline pH (pH = 9, NaHCO3), 40 bar synthetic air, at 100 °C for 4 h. The reaction products were quantified by HPLC from previously constructed calibration curves. The catalysts were synthesized by wet impregnation with 5% metal content and characterized by FT-IR, SEM, XRD, TGA/DTA, Raman spectroscopy, N2 isotherm, H1-NMR, C13-NMR and XPS. In nature BP showed 22.7% cellulose, 19.08% hemicellulose and 17.2% lignin. Alkaline pretreatment removed 64.5% lignin and 78.3% hemicellulose, but preserved crystalline cellulose of type I (native). For this reason, acid hydrolysis led to the conversion of 37.5% of cellulose and 32.1% yield of fructose and glucose. The dehydration of fructose with NbOPO4 catalyst showed higher yield in HMF 97.7% compared to 87.8% with Nb2O5, due to the higher presence of Brønsted acid sites. In the oxidation reaction the Pt catalysts showed a higher catalytic activity that Ru catalysts. The carbon supports showed a different contribution in the micro and mesoporous area and surface area, but with similar crystalline structure and thermal stability. Both carbon materials indicated the presence of hydroxyls, quinones and ether on the surface, but with different atomic ratios. The catalysts supported on CA showed higher mesoporous character and lower contribution of oxygenated functional groups (9%), which led to the blockage of sites by species adsorption. The micropores in the CAK catalysts associated with a larger amount of oxygenated groups (31%) and led to a higher FDCA yield. The Pt/CAK catalyst was the most active for this reaction with 100% HMF conversion and yields of 93.6% FDCA and 3.3% FFCA. The reaction occurred by the catalytic route of the HMFCA promoted by alkaline pH with the gem-diol formation. Functional groups, although not directing the route, facilitated the dehydrogenation of gem-diol and increased the yield in FDCA.

2018
Dissertações
1
  • ALEXANDRE MAGNO COUTINHO BORGES
  • ESTUDO PRÁTICO COMPARATIVO PARA VALIDAÇÃO DA CURVA DE DESEMPENHO DE BOMBAS CENTRÍFUGAS SUBMERSAS OPERANDO COM FLUIDOS VISCOSOS

  • Orientador : LUIZ CARLOS LOBATO DOS SANTOS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ CARLOS LOBATO DOS SANTOS
  • LUIZ MARIO NELSON DE GOIS
  • LEIZER SCHNITMAN
  • JOAO PAULO LOBO DOS SANTOS
  • Data: 22/08/2018

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  • Este trabalho tem o objetivo de analisar o desempenho de uma bomba centrifuga submersa operando com fluidos viscosos e confrontar os resultados dos testes experimentais com as previsões de métodos teóricos. O trabalho contribui com a avaliação de um novo método teórico, proposto por Ofuchi et al. (2017), que sugere previsões mais próximas aos resultados práticos. Para alcançar tal objetivo, foram realizados procedimentos necessários para construção e validação da curva de desempenho de uma bomba centrífuga submersa operando com fluido viscoso, uma vez que os fabricantes das bombas fornecem apenas o desempenho das mesmas operando com água. Foi apresentado um estudo comparativo entre os métodos de correção de viscosidade propostos por Turzo et al. (2000), Stepanoff (1957), Hydraulic Institute-USA (1955) e Ofuchi et al. (2017) com resultados experimentais obtidos no laboratório de elevação artificial que contêm uma bomba centrífuga submersa de 70 estágios em um poço de 32 metros localizado na Universidade Federal da Bahia – Escola Politécnica. Analisou-se o desempenho da bomba em operação com óleos de 6 cP, 12 cP e 111 cP em temperaturas de operação em torno de 50 ºC. Deste modo, foi observado que os embasamentos teóricos e os testes práticos apresentam resultados próximos, conforme um critério de 5% de erro relativo de acordo com o limite de aceitação da norma API RP 11S2 (2008) para o Head. Com a aplicação dos métodos descritos nesta obra, concluiu-se que a teoria proposta por Ofuchi et al. (2017) reproduz melhor os experimentos realizados com a bomba em diversas velocidades de rotação, apresentando erros menores que 5%. Apesar das análises serem realizadas em um poço de baixa profundidade, os procedimentos e os cálculos envolvidos neste trabalho podem ser aplicados em diversos projetos de BCS. A análise sugere que o estudo é genérico e auxilia na previsão do desempenho de bombas centrifugas operando com fluidos viscosos.


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  • This work aims to analyze the performance of a ESP pump operating with viscous fluids and to compare the results of the experimental tests with the predictions of theoretical methods. The work contributes to the evaluation of a new theoretical method, proposed by Ofuchi et al. (2017), which suggests prediction closer to the practical results. To achieve this goal, was analyzed necessary procedures for the construction and validation of the performance curve of a Electric Submersible Pump operating with viscous fluid, since the pump manufacturers only provide the performance of the same operating with water. A comparative study was performed between the most present viscosity correction methods such as Takacs et al (2000), Stepanoff (1957), Hydraulic Institute method (1955) and Ofuchi (2017) with experimental results obtained at artificial lift laboratory which contain a ESP pump with seventy stages in a 32-meter well located at the Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica, the performance of this pump was analyzed with oils of 6 cP, 12 cP and 111 cP at operating temperatures around 50 ºC. Then, it was observed that the theoretical bases and the practical tests present similar results, according to a criterion of 5% of relative error according to the acceptance limit of API RP 11S2 (2008) for Head. With the application of the methods described in this work, it was concluded that the theory proposed by Ofuchi et al. (2017) better reproduce the experiments carried out with the pump different speeds of rotation. Although the analysis were performed in a operating at shallow well, the procedures and calculations involved in this work can be applied to several BCS projects. This demonstrates that the study is generic and help to predict the performance of centrifugal pumps operating with viscous fluids. 

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  • ELAYNNE AYALLA DE ALMEIDA COSTA
  • UTILIZAÇÃO DA FIBRA DE SISAL TRATADA COM LÍQUIDO IÔNICO COMO SORVENTE DE ÓLEOS EM ÁGUA

  • Orientador : SILVANA MATTEDI E SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANA CRISTINA MORAIS DA SILVA
  • JAIME SOARES BOAVENTURA FILHO
  • LUCIENNE LOBATO ROMANIELO
  • SILVANA MATTEDI E SILVA
  • Data: 30/08/2018

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  • O desenvolvimento econômico mundial demanda continuamente o uso de recursos energéticos, dentre os quais vários tipos de óleos são amplamente utilizados. Entretanto, acidentes durante a produção, transporte e utilização desses recursos ocorrem frequentemente e acarretam em graves danos para o ambiente. Diante disso, a busca por medidas mitigadoras eficientes e de baixo custo é recorrente. Nesse contexto, técnicas que utilizam adsorventes naturais, como fibras vegetais, vêm sendo estudadas, pois unem eficiência, seletividade, baixo custo e sustentabilidade. Inúmeros estudos foram realizados, utilizando-se vários tipos de fibras, naturais ou tratadas quimicamente. O interesse em tratar a fibra, nesse caso, reside no fato de poder alterar a estrutura química da fibra, tornando-a capaz de sorver maior massa de óleo. Contudo, os agentes químicos utilizados nos tratamentos tradicionais acarretam desvantagens, como a toxicidade, agressividade sobre as fibras e alto custo. Nesse cenário, os líquidos iônicos apresentam-se como uma nova opção de tratamento químico de fibras, destacando-se pela baixa volatilidade, estabilidade térmica, além da possibilidade de ajuste de propriedades, como polaridade e miscibilidade. Sabe-se que alguns fatores regem o comportamento da biomassa lignocelulósica em líquido iônico. Dessa forma, este trabalho fará um estudo das melhores condições do tratamento com líquido iônico e das alterações químicas geradas na fibra, além da interferência na sorção de óleo. Utilizou-se o líquido 2-hidroxi etilamonioacetato ([2HEA][Ac] ) para tratar o sisal, em que foi realizado um planejamento experimental para estudar a influência das variáveis temperatura e composição do líquido. Valores mínimos e máximos dessas variáveis foram testados (30ºC - 70ºC, 5% - 75%), além do ponto central (50ºC e 40%). Em seguida, testes de sorção, cinética e equilíbrio foram realizados para avaliar a melhoria na eficiência da adsorção de óleo pelas fibras tratadas, em comparação às fibras naturais. Além disso, a estrutura química e física destas foi avaliada por técnicas de caracterização, indicando as melhores condições de tratamento para melhoria no desempenho de sorção de óleo. Dessa forma, estudou-se a viabilidade técnica do tratamento da fibra de sisal pelo líquido iônico 2- hidroxi etilamonio acetato ([2HEA][Ac] e uso posterior desta na adsorção de três tipos de óleos.


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  • The global economic development continually demands the use of energy resources, among which various types of oils are widely used. Despite their undeniable economic importance, accidents during the production, transport and use of these resources occur frequently and lead to serious damage to the environment. Faced with this, the search for efficient and low-cost mitigating measures is recurrent. In this context, techniques that use natural adsorbents, such as vegetable fibers, have been studied, since they combine efficiency, selectivity, low cost and sustainability. Numerous studies have been carried out using various types of fibers, natural or chemically treated. The interest in treating the fiber, in this case, lies in the fact of changing the chemical structure of the fiber, making it capable of sucking a larger mass of oil. However, the chemical agents used in traditional treatments have disadvantages such as toxicity, aggressiveness over fibers and high cost. In this scenario, the ionic liquids present as a new option of chemical treatment of fibers, highlighting low volatility, thermal stability, besides the possibility of adjustment of properties, such as polarity and miscibility. It is known that some factors govern the behavior of lignocellulosic biomass in ionic liquid. In this situation, this work will make a study of the best conditions of the treatment with ionic liquid and the chemical changes generated in the fiber, in addition to the interference in the sorption of oil. The liquid 2-hydroxy ethylammoniumacetate ([2HEA] [Ac]) was used to treat sisal, in which an experimental design was carried out to study the influence of temperature and liquid composition variables. Minimum and maximum values of these variables were tested (30ºC - 70ºC, 5% - 75%), besides the central point (50ºC and 40%). Then, sorption, kinetics and equilibrium tests were performed to evaluate the improvement in the oil adsorption efficiency of the treated fibers compared to the natural fibers. In addition, their chemical and physical structure was evaluated by characterization techniques, indicating the best treatment conditions for improvement in oil sorption performance. Thus, the technical viability of the treatment of sisal fiber by the ionic liquid 2-hydroxy ethyl ammonium acetate ([2HEA] [Ac] and its subsequent use in the adsorption of three types of oils were studied.

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  • DAMARI GILENO FIGUEIREDO SOUZA
  • AVALIAÇÃO DOS CATALISADORES A BASE DE H-BEA NA REAÇÃO DE PIRÓLISE FLASH DO ÁCIDO LÁURICO

  • Orientador : SORAIA TEIXEIRA BRANDAO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • AROLDO FÉLIX DE AZEVEDO JÚNIOR
  • CAMILA RIBEIRO DE OLIVEIRA FÉLIX
  • JAIME SOARES BOAVENTURA FILHO
  • SORAIA TEIXEIRA BRANDAO
  • Data: 19/09/2018

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  • A busca por fontes renováveis de energia está cada vez mais crescente; exigindo pesquisas que desenvolvam técnicas altamente produtivas com processos otimizados. Os processos devem ter custos cada vez menores para que o produto seja competitivo no mercado. Dessa, forma os combustíveis renováveis, que são biodegradáveis, são interessantes devidos a seus benefícios ambientais e alta disponibilidade. Neste sentido, o presente trabalho visa estudar a conversão do ácido láurico por flash pirólise, térmica e catalítica. Para o teste catalítico foram utilizados catalisadores H-BEA comercial, impregnados pelos óxidos metálicos de molibdênio e níquel (NiO e MoO3). Inicialmente foi feita uma mistura física (impregnação seca) do óxido de molibdênio (MoO3) no suporte H-BEA; em seguida, foi utilizado o óxido de níquel (NiO) para impregnação úmida no Mo/H-BEA, obtendo-se assim o NiMo/H-BEA. Catalisadores suportados com NiMo, apresentam propriedades interessantes para sua aplicação neste processo. As reações foram realizadas a 650 ºC sob fluxo de hélio, onde foram avaliados os sistemas térmico e catalítico na forma adsorvido. Os catalisadores foram preparados no laboratório e posteriormente caracterizados por DRX, TG, BET, MEV, EDX, FRX e TPR que indicaram a obtenção dos catalisadores desejados, quanto a fase e porosidade. A identificação dos produtos formados pós pirólise foi realizado por cromatografia a gás e espectrometria de massa (CG-MS). A decomposição dos ácidos graxos nos catalisadores resultou na formação predominante de olefinas. Durante a formação dos produtos, foi verificado a desoxigenação, por meio da descarboxilação, além da seletividade na formação de olefinas. O presente trabalho indica a viabilidade desta reação para a obtenção de hidrocarbonetos renováveis, sendo estes de alto interesse como combustíveis líquidos.


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  • Demand for renewable energy is increasingly increasing, requiring companies to develop optimized processes and increasingly lower costs to make the product competitive in the marketplace. For those fuel renewables that are biodegradable, are these specials and high availability. This sense, the present work aims to study the conversion of lauric acid by pyrolysis, thermal and catalytic flash. For the catalytic test, commercial H-BEA catalysts were used, impregnated by the molybdenum and nickel metal oxides (NiO and MoO3). Since then, the use of nickel oxide (NiO) for wet impregnation in Mo / H-BEA, thus obtaining the NiMo / H-BEA catalysts supported with NiMo, will situ interesting properties his to this process. The rocks were expanded at 650 ºC under the helium flow, while the thermal and catalytic systems were evaluated in the adsorbed form. The catalysts were prepared in the laboratory and later characterized by DRX, TG, BET, MEV, EDX, FRX and TPR, which indicated a source of desired catalysts, related to a phase and porosity. Identification of the post-pyrolysis formed products was performed by gas chromatography and mass spectrometry (GC-MS). The decomposition of fatty acids in the catalysts is a predominant practice of olefins. During the formation of the products, a deoxygenation was given, by means of decarboxylation, besides the selectivity in the formation of olefins. The highs with high content of renewable hydrocarbons.

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  • TIAGO DA SILVA MOREIRA
  • SIMULAÇÃO DE UM FORNO DE CRAQUEAMENTO TÉRMICO DE 1,2-
    DICLOROETANO (EDC) UTILIZANDO FLUIDODINÂMICA COMPUTACIONAL

  • Orientador : REGINA FERREIRA VIANNA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • REGINA FERREIRA VIANNA
  • SAMUEL LUPORINI
  • JOAO PAULO LOBO DOS SANTOS
  • JOSÉ LUIS GOMES MARINHO
  • Data: 21/09/2018

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  • Os fornos de craqueamento térmico tem uma grande importância na cadeia petroquímica, principalmente nos setores da primeira e da segunda geração desse ramo industrial. Setores esses que geram insumos básicos para fibras, resinas, plásticos e produtos químicos. Seu funcionamento é baseado na quebra de grandes hidrocarbonetos, utilizando para isto grandes variações de pressão e temperatura via reação química de combustão. Visando uma melhor compreensão deste fenômeno para fins de predição de variáveis e de otimização, esse trabalho tem como proposta analisar a fluidodinâmica da combustão na seção de radiação de um forno de craqueamento térmico de 1,2-dicloroetano, através do uso do software ANSYS CFX® 13.0. A simulação é baseada no modelo Eddy-Dissipation para a combustão, o modelo k-ε para a turbulência e na comparação dos resultados obtidos para quatro diferentes modelos dede transferência de calor por radiação: P1, Rosseland, DTM e Monte Carlo. Os resultados obtidos indicam que os modelos mais adequados são os P1 e DTM, quando comparadas as predições de temperaturas desses modelos com os dados do equipamento industrial. Em geral, o modelo demonstra grande potencial para uso em predições de variáveis de processo, tais como temperatura, concentração do CO2, velocidades dos gases formados e para a otimização do ponto ótimo de localização de instrumentos medidores de temperatura.


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  • The thermal cracking furnaces are of great importance in the petrochemical chain, especially in the first and second generation sectors of this industrial branch. These sectors generate basic inputs for fibers, resins, plastics and chemicals. Its operation based on the breaking of large hydrocarbons, using for this great variations of pressure and temperature via chemical reaction of combustion. Aiming at a better understanding of this phenomenon for the purpose of variable prediction and optimization, this work aims to analyze the fluid dynamics of the combustion in the radiation section of a 1,2-dichloroethane thermal cracking furnace through the use of software ANSYS® CFX 13.0. The simulation based on the Eddy-Dissipation model for combustion, the k-ε model for turbulence and the comparison of results for four different models of radiation heat transfer: P1, Rosseland, DTM and Monte Carlo. The results indicate that the most suitable models are the P1 and DTM, when comparing the predictions of temperatures of these models with the data of the industrial equipment. In general, the model shows great potential for use in predictions of process variables, such as temperature, CO2 concentration, formed gas velocities and for the optimization of the optimum point of location of temperature measuring instruments.

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  • DANIEL FREIRE ALMEIDA
  • REAÇÃO DE CRAQUEAMENTO DO N-HEXANO/TIOFENO SOBRE ZEÓLITA BETA MODIFICADA COM Mg

  • Orientador : LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • AFONSO AVELINO DANTAS NETO
  • ROGER THOMAS FRANCOIS FRETY
  • Data: 08/11/2018

  • Mostrar Resumo
  • A unidade de craqueamento catalítico em leito fluidizado (FCC) é responsável pela produção de grande parte dos combustíveis em uma refinaria. Muitos países atualizaram suas legislações para promover a melhoria da qualidade do ar de modo a reduzirem a quantidade de enxofre presente nos combustíveis. O uso de aditivos em catalisadores de FCC, para a remoção de compostos de enxofre, apresenta vantagens em relação aos processos de hidrodessulfurização (HDS) que possuem elevados custos operacionais e diminuem a octanagem da gasolina. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a reação do n-hexano, contendo tiofeno como contaminante, sobre zeólita Beta modificada com magnésio, considerando-se o efeito da adição do metal na seletividade aos hidrocarbonetos e a formação de compostos de enxofre. O magnésio foi adicionado à zeólita por impregnação e por troca iônica. Um teste catalítico foi realizado em uma unidade experimental com controle automático, construída especificamente para estudos com moléculas contendo enxofre. O catalisador foi caracterizado por DRX, EDFRX, FTIR, NH3-TPD e BET. A incorporação do Mg à zeólita Beta, particularmente por troca catiônica, aumentou o número de sítios ácidos de Bronsted e a acidez total dos catalisadores, favorecendo as reações de craqueamento do n-hexano. Na conversão do tiofeno, a adição do magnésio levou a maior formação de produtos alquilados em detrimento da formação de H2S. A maior quantidade de sítios ácidos de Lewis, presentes no catalisador contendo magnésio, foi determinante na maior formação de compostos sulfurados alquilados. 


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  • The fluidized catalytic cracking unit (FCC) is the major fuel producer in a refinery. Several countries have updated their legislation to improve air quality by reducing the amount of sulfur in fuel. The use of additives in FCC catalysts for the removal ofsuch compounds, in the gasoline fraction, presents advantages when compared to hydrodesulfurization processes (HDS), which have high operating costs and decrease the octane number in gasoline. In this context, the objective of this study was to evaluate the n-hexane catalytic cracking reaction, with thiophene as a contaminant, on magnesium modified Beta zeolites, considering the effect of metal addition on the formation of products. Magnesium was added to the zeolite through impregnation and ionic exchange. A catalytic test was performed in an automatically controlled experimental unit, built specifically for studies with sulfur-containing molecules. The catalyst was characterized using DRX, EDFRX, FTIR, NH3-TPD and BET. The incorporation of Mg into the Beta zeolite, particularly via cationic exchange, increased the number of Bronsted acidic sites, and total acidity of catalysts, favoring n-hexane cracking reactions. In the conversion of thiophene, magnesium addition led to a higher formation of alkylated products over H2S formation. The higher quantity of Lewis acidic sites present in the magnesium containing catalyst was decisive in the formation of alkylated sulfurized compounds. Pa

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  • CAMYLLA CARNEIRO SOARES
  • ESTUDO CINÉTICO DA PRODUÇÃO DE BIOSSURFACTANTES POR Bacillus subtilis UFPEDA 86 UTILIZANDO RESÍDUOS DO PROCESSAMENTO DE FRUTAS COMO SUBSTRATO

  • Orientador : ANA KATERINE DE CARVALHO LIMA LOBATO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANA KATERINE DE CARVALHO LIMA LOBATO
  • JANICE IZABEL DRUZIAN
  • ANDRÉA FARIAS DE ALMEIDA
  • DENILSON DE JESUS ASSIS
  • Data: 23/11/2018

  • Mostrar Resumo
  • Os biossurfactantes são compostos tensoativos derivados de microrganismos que oferecem
    diversas vantagens sobre os surfactantes sintéticos, como baixa toxicidade,
    biodegradabilidade, aceitabilidade ecológica, estabilidade frente a temperatura, pH ou
    salinidade, além da possibilidade de poderem ser produzidos a partir de fontes renováveis.
    Embora o interesse em biossurfactantes esteja aumentando, estes bioprodutos ainda não
    competem economicamente com os surfactantes sintéticos, devido aos custos gerais do seu
    processo de produção. O uso de resíduos agroindustriais de baixo custo torna-se, portanto,
    uma abordagem interessante, uma vez que o substrato é responsável por 10 a 30% do custo
    total da produção. Neste estudo, os extratos aquosos produzidos a partir das cascas do mamão
    (Carica papaya L.) e das cascas do maracujá (Passiflora edulis L.) foram utilizados como
    substratos alternativos de baixo custo para produção de biossurfactante por Bacillus subtilis
    UFPEDA 86 e o estudo cinético dos cultivos foram realizados. Além disso, o pH do meio de
    cultivo de melhor resultado foi corrigido para aproximadamente 6,8 a fim de analisar a
    influência dessa variável na produção de biossurfactante. Um meio utilizando glicose como
    fonte de carbono também foi usado para fins comparativos. Os mesmos testes foram
    realizados para os quatro cultivos. O cultivo submerso foi realizado em agitador orbital
    rotativo a 37 °C, 200 rpm durante 96 h. Concentrações de biomassa, substrato e produto, pH
    dos meios durante o cultivo, índice de emulsificação, tensão superficial e Concentração
    Micelar Crítica (CMC) foram analisadas. A cepa adaptou-se bem aos substratos produzidos a
    partir das cascas do mamão, sem e com correção do pH, mas não tão bem ao meio produzido
    a partir das cascas do maracujá. Utilizando o caldo produzido a partir das cascas do mamão
    sem correção de pH obteve-se concentração celular máxima de 1,07 g.L-1 em 36 h, 72,38% de
    consumo de substrato, concentração de surfactina bruta de 1,82 g.L-1, índice de emulsificação
    em torno de 61,5%, 25,5% de redução da tensão superficial e CMC de aproximadamente 30
    mg.L-1. Usando o caldo produzido a partir das cascas do maracujá foram obtidas concentração
    celular máxima de 0,14 g.L-1 em 36 h, 5,75% de consumo de substrato, 0,48 g.L-1 de
    surfactina bruta, índice de emulsificação em torno de 54%, 17,4% de redução da tensão
    superficial e CMC em torno de 70 mg.L-1. Ao utilizar o caldo produzido a partir das cascas do
    mamão com correção do pH obteve-se concentração celular máxima de 1,14 g L-1 em 24 h,
    consumo de 85% da fonte de carbono, produção de 2,16 g.L-1 de surfactina bruta, índice de
    emulsificação de aproximadamente 68,7%, redução da tensão superficial de 32,5% e CMC de
    aproximadamente 30 mg.L-1. A casca do mamão mostrou ser um substrato efetivo na
    produção de biossurfactante por Bacillus subtilis UFPEDA 86 e a variável pH demonstrou ser
    de grande importância no rendimento deste processo. A casca do maracujá foi capaz de
    promover o crescimento celular e a produção de biossurfactante,


  • Mostrar Abstract
  • Biosurfactants are surfactant compounds derived from microorganisms that offer several
    advantages over synthetic surfactants, such as low toxicity, biodegradability, ecological
    acceptability, stability to temperature, pH or salinity and the possibility of being produced
    from renewable sources. Although interest in biosurfactants is increasing, these bioproducts
    still not compete economically with synthetic surfactants because of the overall costs of their
    production process. The use of low-cost agro-industrial waste therefore becomes an
    interesting approach, since the substrate accounts for 10 to 30% of the total production cost.
    In this study, the aqueous extracts produced from the papaya peels (Carica papaya L.) and the
    passion fruit peels (Passiflora edulis L.) were used as low cost alternative substrates for
    biosurfactant production by Bacillus subtilis UFPEDA 86 and the kinetic study of the cultures
    were performed. In addition, the pH of the best result culture medium was corrected to
    approximately 6.8 in order to analyze the influence of that variable on the biosurfactant
    production. A medium using glucose as a carbon source was also used for comparative
    purposes. The same tests were performed for the four cultures. The submerged culture was
    performed on a shaker at 37 °C, 200 rpm for 96 h. Concentrations of biomass, substrate and
    product, pH of the medium during cultivation, emulsification index, surface tension and
    Critical Micelle Concentration (CMC) were analyzed. The strain adapted well to the
    substrates produced from the papaya peels, without and with pH correction, but not so well to
    the medium produced from the passion fruit peels. Using the broth produced from the papaya
    peels without pH correction, the maximum cell concentration was 1.07 g.L-1 in 36 h, 72.38%
    of substrate consumption, crude surfactin concentration of 1.82 g.L- 1, emulsification index
    around 61.5%, 25.5% surface tension reduction and CMC of approximately 30 mg.L-1. Using
    the broth produced from passion fruit peels, a maximum cell concentration of 0.14 g.L-1 was
    obtained in 36 h, 5.75% of substrate consumption, 0.48 g.L-1 of crude surfactin, emulsification
    index around of 54%, 17.4% of surface tension reduction and CMC around 70 mg.L-1. Using
    the broth produced from the pH-corrected papaya peel, the maximum cell concentration was
    1.14 g.L-1 in 24 h, 85% of substrate consumption, production of 2.16 g.L-1 of crude surfactin,
    emulsification index of approximately 68.7%, reduction of surface tension of 32.5% and
    CMC of approximately 30 mg.L-1. The papaya peel showed to be an effective substrate in the
    biosurfactant productionby Bacillus subtilis UFPEDA 86 and the pH variable proved to be of
    great importance in the process yield. The passion fruit peel was able to promote cell growth
    and biosurfactant production, but the process needs to be improved to achieve better yields

7
  • PATRÍCIA VALÉRIA BRITO DE SOUSA
  • DESENVOLVIMENTO DE COMPÓSITOS PEAD RECICLADO REFORÇADOS COM PÓ DE BRITA

  • Orientador : NADIA MAMEDE JOSE
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JAIME SOARES BOAVENTURA FILHO
  • RICARDO FERNANDES CARVALHO
  • ROSANGELA REGIA LIMA VIDAL
  • Data: 29/11/2018

  • Mostrar Resumo
  • O Pó de Brita é um rejeito de britagem das rochas, o mesmo fica estocado nas Pedreiras, ao ar livre, alterando a paisagem e proporcionando diversos problemas ambientais. O objetivo geral do presente estudo é desenvolver um material compósito utilizando uma matriz polimérica reforçada com pó de brita, visando a posterior aplicação do material na construção civil. Trata-se de um setor que está continuamente em busca de novas técnicas e tecnologias que ajudem no ganho de qualidade, redução de tempo e custos, bem como maior sustentabilidade. Entre os diversos estudos realizados para destinar o pó de brita há a possibilidade de destinação desse rejeito nas usinas de asfalto como material agregado. Neste trabalho foram preparados compósitos de PEAD reciclado reforçados com três composições 5, 10 e 20% de Pó de Brita com duas granulometrias distintas. Foi feita uma tentativa de reforçar a matriz com uma percentagem acima de 20%, porém os corpos de prova não ficaram esteticamente ideal. As amostras foram preparadas por prensagem e caracterizadas por análises de FTIR, DRX, TG, DSC e MEV. Além das caracterizações físico químicas, foram feitos ensaios mecânicos de tração, flexão e impacto. Com o resultado do FTIR foi observado que não houve interação química entre a matriz e a carga. Na análise de DRX com o aumento do reforço houve a diminuição do índice de cristalinidade. Observou-se que com 5% de pó de brita apresentou melhoras significativas nas propriedades térmicas e mecânicas do material, assim foi feito um material de baixo custo e com aplicação na Construção Civil.


  • Mostrar Abstract
  • The stone powder is a waste from rock crushing which remains stocked at the quarries, in the open air, changing the landscape and causing several environmental problems. The general goal of the current study is to develop a composite material utilizing a Polymer Matrix reinforced with the stone powder, aiming at the Civil Construction applying. The Civil Construction that is a sector always in search for new techniques and technologies that help gain quality and which has a faster performance of this activity and taking into account the reduction of expenses. Other important factor is to lessen environmental problems. Studies are also carried out for another destination of that stone waste: the straight appliance to asphalt plants and as aggregated in the previously mentioned sector. Recycled HDPE (Polyethylene Pipes) composites were prepared with three compositions: 5, 10 and 20% of stone powder with two distinct granulometry. An attempt to reinforce the matrix was made with a percentage above 20%; however, the frame test did not become aesthetically ideal. The samples were prepared by pressing and characterized by FTIR, XRD, TG, SEM analysis. Besides the physicochemical characterizations, Mechanical Traction, Flexion and Impact Tests were made. It was observed with the result from the FTIR that there was no chemical interaction between the matrix and the charge. There was a decrease in the crystallinity index with the increase of the reinforcement in the XRD analysis. It was noticed that, with 5% of stone powder, significant improvements were presented in the thermal and mechanical properties of the material; and there was no change in the chemical properties with the different granulometries. Even so, it was made a low-cost material able to be applied in the Civil Construction

8
  • WANESSA BONATO DIAS CARVALHO COSTA
  • DESATIVAÇÃO DO CATALISADOR NA UNIDADE DE   
      ISOMERIZAÇÃO DE XILENOS:
      UM ESTUDO DE CASO DE UMA UNIDADE
      INDUSTRIAL

  • Orientador : CARLOS AUGUSTO DE MORAES PIRES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS AUGUSTO DE MORAES PIRES
  • LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • DELANO MENDES DE SANTANA
  • Data: 21/12/2018

  • Mostrar Resumo
  • A isomerização de xilenos é um processo catalítico que tem o objetivo de restabelecer o
    equilíbrio entre isômeros, convertendo os reagentes metaxileno e etilbenzeno nos produtos
    paraxileno e ortoxileno. O meio industrial tem buscado realizar previsões de rendimentos e
    tempo de vida útil dos catalisadores visando o aumento da rentabilidade dos processos. Então,
    o conhecimento do comportamento da perda de atividade irreversível do catalisador (PAI) em
    estágios de operação ou campanhas é de suma importância para determinar a vida útil do
    catalisador e, consequentemente, melhorar a estimativa da viabilidade econômica de operação
    da unidade, quer seja com catalisador novo ou envelhecido. O objetivo deste trabalho é avaliar
    a desativação do catalisador ao longo e entre as campanhas de uma Unidade de Isomerização
    de Xilenos. Isto foi obtido por meio da análise estatística dos dados pregressos da unidade, a
    partir da qual foi possível realizar previsões de novas campanhas e fazer uma análise econômica
    (EVTE) visando determinar o tempo ótimo de vida útil do catalisador. Para alcançar este
    objetivo, primeiramente foi estudada a desativação catalítica ao longo de sete campanhas
    consecutivas, realizando tratamentos estatísticos dos dados operacionais ao longo da vida útil
    de um lote de catalisador. A capacidade de conversão de etilbenzeno (EBate) foi a variável que
    mais foi influenciada pela perda de atividade catalítica e, por isto, foi escolhida para determinar
    a desativação do catalisador. Dois modelos, um linear e outro quadrático, foram desenvolvidos
    empiricamente para representar o comportamento do EBate, considerando como variáveis a
    vazão de alimentação acumulada, teor de não-aromáticos na alimentação da unidade, vazão de
    alimentação da unidade, pressão parcial de hidrogênio, concentração de etilbenzeno na carga e
    temperatura de saída do reator. O modelo quadrático foi o que representou melhor a desativação
    catalítica ao longo da campanha. A PAI foi calculada a partir da comparação do EBate corrigido
    ao longo da campanha, com as mesmas condições operacionais para todas as campanhas, por
    meio da utilização dos modelos empíricos quadráticos. Por fim, um estudo de viabilidade
    técnico econômico foi realizado para determinar o tempo ótimo de vida útil do catalisador
    considerando a PAI e o tempo de campanha de 12 meses. O índice de lucratividade aponta um
    retorno operacional para a vida útil do catalisador de 4 a 8 campanhas. O tempo de vida útil
    ótimo foi de 7 campanhas, onde obteve-se o maior índice de lucratividade.


  • Mostrar Abstract
  • Isomerization of xylenes is a catalytic process which aims to restore equilibrium between
    isomers by converting the metaxylene and ethylbenzene reactants to the paraxylene and
    orthoxylene products. The industrial environment has sought to make predictions of yields and
    catalysts lifetime with greater assertiveness in order to increase the processes profitability.
    Therefore, the knowledge of the catalyst irreversible activity losses behavior between stages of
    operation or campaigns (PAI) is very important to determine the useful life of the catalyst and,
    consequently, to improve the estimation of the economic viability to operate the unit, whether
    with a new or an old kind of catalyst. The objective of this work is to evaluate the catalyst
    deactivation behavior throughout and between the campaigns of a Xylene Isomerization Unit,
    considering the existing data statistical analysis to carry out the prediction of new campaigns
    and from these results, make an economic analysis to determine the optimum catalyst life time.
    In order to reach this objective, the catalytic deactivation was first studied throughout the
    campaign, treating the operational data throughout the catalyst load useful lifetime that
    contemplated seven consecutive campaigns. The ethylbenzene conversion capacity (EBate)
    was the variable that was most influenced by the catalytic activity loss and, therefore, was
    chosen to determine the catalyst deactivation. Two models, one linear and one quadratic, were
    developed empirically to represent the behavior of EBate, considering as variables the
    accumulated feed flow, non-aromatic content in the unit feed, unit feed rate, hydrogen partial
    pressure, concentration of ethylbenzene at the feed and outlet reactor temperature. The
    quadratic model was the one that best represented the catalytic deactivation throughout the
    campaign. The PAI was calculated from the comparison of the corrected EBate throughout the
    campaign, with the same operating conditions for all the campaigns, using the quadratic
    empirical models. Finally, an economical feasibility study was conducted to determine the
    optimum catalyst life time considering the PAI and the 12-month campaign time. The
    profitability index points to an operational return only for the catalyst life of 4 to 8 campaigns.
    The optimum useful life was 7 campaigns, where the highest profitability index was obtained.

Teses
1
  • JOAO PAULO SILVA SANTOS
  • Estudo de propriedades termofísicas de líquidos iônicos próticos.

  • Orientador : SILVANA MATTEDI E SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JAIME SOARES BOAVENTURA FILHO
  • JOSE MARIO FERREIRA JUNIOR
  • LUCIENNE LOBATO ROMANIELO
  • LUIZ MARIO NELSON DE GOIS
  • SILVANA MATTEDI E SILVA
  • VANESSA MENDES SANTOS
  • Data: 31/08/2018

  • Mostrar Resumo
  • Nesse trabalho foi realizado o estudo sistemático das seguintes propriedades de diferentes líquidos iônicos (LI’s): massa específica, velocidade do som, viscosidade e condutividade. Foram estudados quinze LI’s com a combinação dos cátions: 2-hidroxietilamônio, bis-2-hidroxietiamônio, metil-2-hidroxietilamônio, etil-2-hidroxietilamônio, dietilamônio com os ânions acetato, propanoato e butanoato. Nesta sequência dos cátions foram analisadas variações em radicais ligados ao nitrogênio quanto à presença do grupo hidroxila, quanto a extensão de cadeia e quanto ao número de radicais ligados. Em relação aos ânions, foram analisados os efeitos do aumento de cadeia nas propriedades do sal. Além disso, essas variações foram analisadas com a variação da composição em misturas binárias com água. Todas essas propriedades foram analisadas, com a variação da temperatura, sendo de 10 a 50°C, massa específica e velocidade do som e viscosidade entre 10 a 70°C . Com base nas propriedades analisadas, algumas séries de LI’s foram selecionadas para a aplicação principal desse trabalho, incorporação em um polímero de poliuretano e ureia. Esse polímero foi avaliado quanto ao seu desempenho como membrana eletrolítica com potencial aplicação em células a combustíveis. Outra série de LI’s foi selecionada para aplicação em membranas de separação de gases, que fossem seletivas para separação do monóxido de carbono do gás metano. Os resultados desse trabalho também basearam a seleção de LI’s para aplicação em células biocombustíveis. Por fim, embora o presente trabalho serviu como base para escolha dos LI’s para determinadas aplicações e servirá como base de estudos para outros LI’s dessa mesma família. Os dados gerados nesse trabalho serão posteriormente modelados termodinamicamente para obtenção de parâmetros tanto para equações de estado com base experimental, quanto para obtenção de parâmetros com base na “família” de LI’s. Dessa forma LI’s com número superior de carbono na cadeia do ânion poderão ser estimados.


  • Mostrar Abstract
  • In this work, the systematic study of the following properties of different ionic liquids (LI's) was carried out: density, speed of velocity, viscosity and conductivity. Fifteen LI's were studied with the combination of cations: 2-Hydroxyethylammonium, bis-2-hydroxyetiammonium, methyl-2-hydroxyethylammonium, Ethyl-2-hydroxyethylammonium, diethylammonium with anions acetate, propanoate and butanoate. In this sequence of cations, variations in nitrogen-related radicals were analyzed regarding the presence of the hydroxyl group, as well as the extension of the chain and the number of linked radicals. In relation to anions, the effects of chain augmentation on salt properties were analyzed. In addition, these variations were analyzed with the variation of composition in binary mixtures with water. All these properties were analyzed with temperature variation, ranging from 10 to 50°c, specific mass and velocity of sound and viscosity between 10 to 70 º C. Based on the analyzed properties, some LI's series were selected for the main application of this work, incorporating in a polyurethane polymer and urea. This polymer was evaluated for its performance as an electrolytic membrane with potential application in fuel cells. Another series of LI's was selected for application in gas separation membranes, which were selective for the separation of carbon monoxide from methane gas. The results of this work also based the selection of LI's for application in biofuel cells. Finally, although the present work served as the basis for choosing the Li's for certain applications and will serve as a basis for studies for other Li's of this same family. The data generated in this work will subsequently be thermodynamically modeled to obtain parameters for both experimental-based state equations and to obtain parameters based on the "family" of LI's. Thus LI's with a higher number of carbon in the anion chain can be estimated.

2
  • RONALDO COSTA SANTOS
  • CRAQUEAMENTO CATALÍTICO DO TIOFENO SOBRE ZEÓLITA BETA MODIFICADA COM ZINCO

  • Orientador : LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ARTUR JOSE SANTOS MASCARENHAS
  • LAM YIU LAU
  • LILIAN MARIA TOSTA SIMPLICIO RODRIGUES
  • LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • SERGIO BELLO NEVES
  • Data: 31/08/2018

  • Mostrar Resumo
  • Há uma tendência mundial para a redução dos limites de enxofre na gasolina. Como 90% do enxofre da gasolina vem dos produtos da FCC, muitos esforços são dedicados a reduzir o teor de enxofre dos combustíveis oriundos desta unidade. No Brasil a solução encontrada para atender as especificações foi a hidrodesulfurização (HDS) com a instalação de unidades nas refinarias. Por outro lado, este processo adicional promove a perda de octanagem da gasolina diminuindo a qualidade e aumentando o custo de produção. No craqueamento catalítico ocorre um conjunto complexo de reações que transformam o gasóleo em produtos de alto valor agregado como GLP, gasolina e diesel. Uma importante reação é a de transferência de hidrogênio pois ela pode permitir a hidrogenação de insaturados contendo ou não enxofre. Neste sentido, este trabalho estudou o craqueamento catalítico do tiofeno sobre zeólita Beta (SAR 18) modificadas com zinco utilizando tiofeno como molécula sonda e o hexano como doador de hidrogênio visando o abatimento de compostos de enxofre na faixa da gasolina, na temperatura de 400 e 500 oC, com velocidade espacial de 0,83 s-1. Os catalisadores foram preparados com diferentes teores de zinco através de impregnação via úmida e troca catiônica. Eles foram caracterizados por DRS, FRX, DRX, FTIR, XPS, Adsorção de N2 e TPD-NH3. Os catalisadores foram avaliados em uma unidade de laboratório dedicada, exclusivamente, a estudos de transformação de moléculas sulfuradas. A seletividade para reações de transferência de hidrogênio na conversão catalítica do n-hexano, e a capacidade desidrogenante e adsortiva do zinco apresentam-se como propriedades catalíticas importantes para dessulfurização de combustíveis. Os catalisadores preparados promoveram conversão do hexano. A seletividade para formação de compostos craqueados aumentou com o aumento da temperatura de 400 oC para 500 oC. Os catalisadores com maior relação Zn/Al foram mais seletivos a formação de espécies insaturadas e uma maior transferência de hidrogênio. Na conversão do tiofeno, o principal produto foi o H2S. O aumento na temperatura reacional aumentou a seletividade aos produtos hidrogenados. Quanto maior a razão de ZnO/Zn2+ nos catalisadores maior foi a formação de produtos indesejáveis de alquilação, em detrimento da formação de H2S. Os catalisadores mais seletivos para formação de H2S foram Zn/BEA (TC) e o Zn/BEA (2%), a 500 oC, com seletividade de 95%.


  • Mostrar Abstract
  • There is a worldwide trend of sulfur limits in gasoline reduction. Since 90% of gasoline sulfur comes from FCC products, several efforts are dedicated to reduce sulfur content advent from this unit. In Brazil, the solution found to meet specifications was hydrodesulfurization (HDS), with the installment of units in refineries. On the other hand, this additional process promotes octane number loss in gasoline, lowering quality, and increasing production costs. In catalytic cracking, a complex array of reactions occurs, which transform gasoil into high added value products such as LPG, gasoline, and diesel. An important reaction is that of hydrogen transfer because it allows the hydrogenation of unsaturated compounds that may or may not contain sulfur. Therefore, we have studied the catalytic cracking of thiophene on zinc-modified beta zeolites (SAR 18) as a probe molecule and hexane as hydrogen donor aiming at the abatement of sulfur compounds in the gasoline fraction, at the temperatures of 400 ºC and 500 ºC, with a space velocity of 0.83 s-1. The catalysts were prepared with different zinc contents through diffusional impregnation and cationic exchange. They were characterized by DRS, FRX, DRX, FTIR, XPS, N2 adsorption, and TPD-NH3. The catalysts were evaluated in a laboratory unit dedicated exclusively to sulfurized molecules transformation studies. The selectivity for hydrogen transfer reactions in n-hexane catalytic conversion, and zinc dehydrogenation and adsorption capacity demonstrated to be important catalytic properties for fuel desulfurization. The prepared catalysts promoted hexane conversion, and the selectivity to the formation of cracked compounds increased with the temperature increase from 400 ºC to 500 ºC. The catalysts with a higher Zn/Al ratio were more selective to the formation of unsaturated species, and a higher hydrogen transfer. In thiophene conversion, the main product was H2S. The increase in reactional temperature increased selectivity to hydrogenated products. The higher the ZnO/Zn+2 ratio in catalysts, the more undesirable alkylation products formed over H2S. The most selective catalysts for H2S formation were Zn/BEA (TC) and Zn/BEA (2%), at 500 oC, with a 95% selectivity.

3
  • VANESSA ZANATTA
  • AUMENTO DA SELETIVIDADE COM A INCORPORAÇÃO DE NANOCRISTAIS DE 
    CELULOSE EM MEMBRANAS DE PDMS/TEOS PARA APLICAÇÃO EM           
     PROCESSO DE PERVAPORAÇÃO

  • Orientador : NADIA MAMEDE JOSE
  • MEMBROS DA BANCA :
  • SILVANA MATTEDI E SILVA
  • JANIA BETANIA ALVES DA SILVA
  • KÁTIA REZZADORI
  • MICHEL DE MEIRELES BRIOUDE
  • RENATO MARIANO DE SÁ
  • Data: 14/11/2018

  • Mostrar Resumo
  • Dentre os processos de separação com membranas (PSM), o método de
    pervaporação é uma alternativa em ascensão, por suas condições operacionais
    brandas, alta seletividade e menor consumo de energia, quando comparado com os
    métodos convencionais. Entretanto, para tornar essa alternativa viável industrialmente
    ainda é necessário o desenvolvimento de membranas com alta seletividade, alto fluxo,
    com maior resistência mecânica e de baixo custo. Dentro deste contexto, o presente
    estudo teve como objetivo o aumento da seletividade com a incorporação de
    nanocristais de celulose em membranas de poli(dimetilsiloxano) – PDMS e reticuladas
    com tetraetoxissilano - (TEOS) para a separação de etanol/água (EtOH/H2O) pelo
    processo de pervaporação (PV). Para tanto, realizou-se um planejamento estatístico
    para avaliar os efeitos das variáveis independentes razão PDMS/TEOS (80/20, 65/35
    e 50/50% em massa), a concentração dos nanocristais de celulose (CNC) (1, 3, e 5%
    em massa) e a temperatura (40, 50 e 60 °C). As membranas foram caracterizadas por
    diferentes técnicas, como o grau de inchamento, termogravimetria (TGA),
    espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier com refletância total
    atenuada (FTIR – ATR), ângulo de contato, ensaios mecânicos, microscopia
    eletrônica de varredura (MEV), testes de permeabilidade e seletividade. O modelo
    linear determinado pela análise de variância ANOVA, é estatisticamente significativo
    e adequado para representar a relação entre as respostas (ângulo de contato e
    resistência mecânica) e as variáveis. Os resultados indicam que a CNC influenciou de
    forma significativa no aumento da polaridade das membranas nanocompósitas.
    Todavia, para a resistência mecânica todas as variáveis estudadas e a interação entre
    elas, com exceção da CNC e da interação razão PDMS/TEOS com a temperatura,
    apresentaram efeitos significativos. Assim sendo, o ensaio 1 composto pelos níveis
    superiores para todas as variáveis estudadas (razão PDMS/TEOS, a CNC e a
    temperatura), indicou um melhor desempenho para os testes de permeabilidade,
    variando o fluxo total de 42,75 g∙m-2h-1 para 29,48 g∙m-2h-1, após seis horas de
    experimento. O ensaio 7 composto por 50/50% em massa de PDMS/TEOS, 1% de
    CNC e a temperatura de 60 °C, apresentou um melhor desempenho para a
    seletividade, resultando em valores entre 9 - 11, mostrando que de fato a membrana
    nanocompósita é eficiente para a separação de EtOH/H2O. Portanto, este estudo é
    inovador na área proponente e com um grande potencial para aplicação industrial.


  • Mostrar Abstract
  • Among the membrane separation processes (PSM), the pervaporation method is an
    ascending alternative due to its soft operating conditions, high selectivity and lower
    energy consumption when compared to conventional methods. However, to make this
    alternative viable industrially, it is still necessary to develop membranes with high
    selectivity, high flow, with higher mechanical resistance and low cost. In this context,
    the present study aimed to increase the selectivity with the incorporation of cellulose
    nanocrystals in poly(dimethylsiloxane) - PDMS and tetraethoxysilane (TEOS)
    membranes for the separation of ethanol/water (EtOH/H2O) by the pervaporation
    process (PV). For this purpose, a statistical analysis was performed to evaluate the
    effects of PDMS/TEOS ratio (80/20, 65/35 and 50/50% by mass), the concentration of
    cellulose nanocrystals (CNC) (1, 3, and 5% by mass) and the temperature (40, 50 and
    60 °C). Membranes were characterized by different techniques such as swelling,
    thermogravimetry (TGA), Fourier transform infrared spectroscopy with attenuated total
    reflectance (FTIR - ATR), contact angle, mechanical tests, scanning electron
    microscopy (SEM) , permeability and selectivity tests. The linear model determined by
    the analysis of variance ANOVA, is statistically significant and adequate to represent
    the relationship between the responses (contact angle and mechanical resistance) and
    variables. The results indicate that the CNC had a significant influence on the increase
    of the polarity of the nanocomposite membranes. However, for the mechanical
    resistance all the studied variables and the interaction between them, with the
    exception of the CNC and the PDMS/TEOS ratio interaction with temperature,
    presented significant effects. Thus, assay 1 composed of the higher levels for all
    variables studied (PDMS/TEOS ratio, CNC and temperature), indicated a better
    performance for the permeability tests, varying the total flux of 42.75 g∙m-2 h-1 to 29.48
    g∙m-2 h-1, after six hours of experiment. Assay 7 consisting of 50/50 mass% of
    PDMS/TEOS, 1% CNC and the temperature of 60 °C, showed a better performance
    for selectivity, resulting in values between 9 -11, showing that in fact the membrane
    nanocomposite is efficient for the separation of EtOH/H2O. Therefore, this study is
    innovative in the proposing area and with great potential for industrial application.

4
  • DANILO HANSEN GUIMÃRES
  • EFEITO DA ADIÇÃO DE NANOWHISKERS DE CELULOSE NAS PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS E MECÂNICAS DE POLIÉSTERES A BASE DE GLICEROL E ÁCIDOS FTÁLICO E ADÍPICO

  • Orientador : NADIA MAMEDE JOSE
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ISABEL CRISTINA RIGOLI
  • JAIME SOARES BOAVENTURA FILHO
  • NADIA MAMEDE JOSE
  • RENATO MARIANO DE SÁ
  • ROSANGELA REGIA LIMA VIDAL
  • SILVANA MATTEDI E SILVA
  • Data: 14/12/2018

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  • O presente trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos nas propriedades estruturais, morfológicas, térmicas e mecânicas da adição de nanowhiskers de celulose, puros e modificados, em matriz poliméricas constituídas de poliésteres sintetizados a partir do glicerol, ácido ftálico e ácido adípico. As variações das quantidades molares dos ácidos dicarboxílicos nas sínteses influenciaram diretamente as propriedades físico-químicas e mecânicas dos poliésteres sintetizados. Maiores quantidades de ácido adípico implicaram em poliésteres com maior grau de organização molecular e maiores resistências ao calor. Maiores quantidades de ácido ftálico resultarem em poliésteres mais rígidos. As análises dos nanowhiskers e dos compósitos preparados a partir deles, demonstraram que o processo de acetilação influenciou o comportamento físico-químico e mecânico dos materiais. Foi demonstrado através das análises de FTIR, DRX, MET, DSC e TG que a acetilação das nanopartículas modifica sua cristalinidade, o seu comportamento térmico e em suspenções, mas mantem a sua integridade estrutural. A efetividade do processo de acetilação foi evidenciada através das análises do efeito de composição das nanopartículas nos compósitos, quando comparadas com as séries produzidas a partir de nanowhiskers puros. Os compósitos com nanowhiskers acetilados obtiveram propriedades mecânicas diferenciadas demonstrando comportamento regular e mitigando os efeitos de reagregação de partículas, que é inerente às nanopartículas não tratadas.


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  • This work investigated the effects on structural, morphological, thermal and mechanical properties when adding pure and modified cellulose nanowhiskers in polymeric matrix composed of polyesters synthesized from glycerol, phthalic acid and adipic acid. Variations of the dicarboxylic acids directly influenced physico-chemical and mechanical properties of the polyesters. Higher amounts of adipic acid produce polyesters with higher molecular organization and higher heat resistance. Higher amounts of phthalic acid result in stiffer polyesters. Characterizations of nanowhiskers and composites, demonstrated that the acetylation process influenced the physical-chemical and mechanical behavior of the materials. It was demonstrated through FTIR, XRD, MET, DSC and TG that the acetylation of nanoparticles modifies their crystallinity, thermal behavior, but maintains their structural integrity. The effectiveness of the acetylation was verified through the composition analysis of the nanoparticles in the composites, when compared to the series produced from pure nanowhiskers. Composites with acetylated nanowhiskers obtained different mechanical properties demonstrating regular behavior and reducing the effects of particle re-regulation.

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  • ANA PAULA BISPO GONÇALVES
  • DESENVOLVIMENTO DE NANOCOMPÓSITOS COM MATRIZ DE PBAT/PLA/LIGNINA E NANOCRISTAIS DE CELULOSE  EXTRAÍDOS DAS FIBRAS DE CAROÁ A PARTIR DE LÍQUIDO IÔNICO E ÁCIDO SULFÚRICO

  • Orientador : NADIA MAMEDE JOSE
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JAIME SOARES BOAVENTURA FILHO
  • NADIA MAMEDE JOSE
  • SILVANA MATTEDI E SILVA
  • ISABEL CRISTINA RIGOLI
  • CLEIDIENE SOUZA DE MIRANDA FIUZA
  • JANIA BETANIA ALVES DA SILVA
  • Data: 17/12/2018

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  • Devido ao apelo ambiental que tem crescido nos últimos anos, o aproveitamento de
    rejeito agrícola e fibras vegetais, a exemplo das fibras de dendê e caroá, são desejáveis. Nesse
    contexto, nanocompósitos reforçados com nanocristais de celulose (NCCs) obtidos a partir de
    fibras vegetais têm se destacado como materiais promissores. A vantagem dos NCCs deve-se
    às características tais como: baixo custo, elevada razão de aspecto e elevada rigidez. No
    presente estudo, as fibras de caroá e dendê foram caracterizadas por composição pelo método
    TAPPI e pelas técnicas TG, DSC, FTIR, MEV e DRX. A partir dos resultados de composição
    química verificou-se que a fibra de caroá e dendê possuem alto teor de celulose e lignina,
    respectivamente. Desta forma, a fibra de dendê foi utilizada como fonte de obtenção de lignina,
    e a fibra de caroá como matéria-prima de (NCCs). Uma das rotas para a preparação dos NCCs
    desse trabalho foi a partir de líquido iônico [2-HEA][HSO4], que foi sintetizado a partir de uma
    reação entre ácido sulfúrico e monoetanolamina, e apresenta como vantagens o fato de ter
    menor custo e ser menos tóxico, quando comparado com líquido iônico aprótico. Além de ser
    menos corrosivo que o ácido sulfúrico, o líquido iônico também pode ser reutilizado. Os NCCs
    foram obtidos da celulose isolada, através do processo de hidrólise em ácido sulfúrico, líquido
    iônico aprótico e prótico. Esses materiais foram caracterizados pelas técnicas acima além de
    MET, AFM e ELS. Os NCCs apresentaram estabilidade térmica que propiciaram a incorporação
    em matriz polimérica por extrusão, e morfologia com formatos em bastonetes e esféricos que
    possibilitam a versatilidade em novas aplicações. Em relação à comparação das características
    da lignina alcalina e kraft (comercial), a primeira amostra se mostrou mais fragmentada,
    conforme verificada por MEV, e mais solúvel em maior número de solventes. A lignina obtida da
    fibra de dendê foi incorporada em matriz polimérica a base de blendas Ecovio®/PBAT, de
    acordo com planejamento fatorial completo e avaliadas por ensaio de tração. Com relação às
    blendas, a avaliação morfológica mostrou que, para algumas formulações, a lignina propiciou
    boa interação com o PBAT, refletindo em uma maior deformação, possivelmente pela atuação
    da lignina como plastificante. A partir dos resultados de DRX e TG foi verificado que as
    propriedades das blendas foram intermediárias aos constituintes puros. Do ponto de vista
    mecânico, as blendas apresentaram comportamento característico de material dúctil, que é
    importante para aplicações em embalagens. Baseado nos resultados de ensaios mecânicos das
    blendas os NCCs foram então incorporados na proporção de 1% em massa a uma das
    formulações, gerando três nanocompósitos confirmados pela análise de MET, com partículas
    em escala nanométrica dispersas na matriz polimérica. As amostras apresentaram resistência à
    tração de 7,36-7,58 MPa e deformação específica de 8,18-12,26%, com potencialidade de
    aplicação no setor de embalagens para agricultura.


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  • Due to the environmental appeal that has grown in recent years, the use of
    agricultural waste and plant fibers, for example the palm (Elaeis Guineensis) and bromelia
    fibers, are desirable. In this context, nanocomposites reinforced with cellulose nanocrystals
    (NCCs) obtained from vegetable fibers have stood out as promising materials. The advantage of
    NCCs is due to characteristics such as: low cost, high aspect ratio and high rigidity. In the
    present study, the bromelia and palm fibers were characterized by TAPPI and TG, DSC, FTIR,
    MEV and XRD techniques. From the results of chemical composition it was verified that the
    bromelia and palm fibers have high content of cellulose and lignin, respectively. In this way, the
    palm fiber was used as a source of lignin, and the bromélia fiber as a raw material for cellulose
    nanocrystals (NCCs). One of the routes for the preparation of the NCCs of this work was from
    ionic liquid [2-HEA][HSO4], which has been synthesized from a reaction between sulfuric acid
    and monoethanolamine, and has the advantages of having a lower cost and less toxic, when
    compared to aprotic ionic liquid. Besides being less corrosive than the sulfuric acid, the ionic
    liquid can also be reused. The NCCs were obtained from the isolated cellulose, through the
    hydrolysis process in sulfuric acid, aprotic and protic ionic liquid. These materials were
    characterized by the mentioned techniques, besides TEM, AFM and zeta ELS. These ones
    presented thermal stability that allowed the incorporation in polymeric matrix by extrusion, and
    morphology with rod and spherical shapes that allow the versatility in new applications.
    Comparing the characteristics of alkaline and kraft lignin (commercial), the first sample was
    more fragmented as verified by SEM and more soluble in a higher number of solvents. The lignin
    obtained from the palm fiber was incorporated into a polymer matrix based on Ecovio® / PBAT
    blends, according to complete factorial design and evaluated by tensile test. Regarding the
    blends, the morphological evaluation showed that, for some formulations, the lignin provided
    good interaction with the PBAT, reflecting in a greater deformation, possibly due to the lignin
    activity as plasticizer. From the results of XRD and TG was verified that the properties of the
    blends were intermediate to the pure constituents. From the mechanical point of view, the blends
    presented behavior characteristic of ductile material, which is important for packaging
    applications. Based on the results of mechanical tests of the blends the NCCs were then
    incorporated in the proportion of 1% by mass to one of the formulations, generating three
    nanocomposites confirmed by the TEM analysis, with nanoscale particles dispersed in the
    polymer matrix. The samples presented tensile strength of 7.36-7.58 MPa and specific
    deformation of 8.18-12.26%, with potential application in the agricultural packaging sector.

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  • Rita Cristina Carvalho Marinho
  • ESTUDO DE PARÂMETROS QUE AFETAM O EFEITO GEL
    NA POLIMERIZAÇÃO DO MVC EM SUSPENSÃO.

  • Orientador : CARLOS AUGUSTO DE MORAES PIRES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS AUGUSTO DE MORAES PIRES
  • HELIANILDES SILVA FERREIRA
  • IARA TEREZINHA QUEIROZ PEREIRA DOS SANTOS
  • SAMUEL LUPORINI
  • SIRLENE BARBOSA LIMA
  • Data: 20/12/2018

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  • O PVC é o terceiro termoplástico mais produzido no mundo, quando se considera o
    volume. Devido a este fato, muito tem sido estudado sobre ele, buscando
    continuamente o processo mais produtivo e mais seguro.
    O principal processo de produção do PVC é em suspensão, empregando reatores
    batelada. Neles, o monômero MVC (monocloreto de vinila), é polimerizado em um
    meio aquoso em presença de iniciadores, dispersantes e estabilizantes térmicos. Os
    reagentes são mantidos sob agitação, formando gotas de MVC que são lentamente
    convertidas para partículas de polímero. O sistema então sai de um estado líquido de
    alta mobilidade para uma mistura viscosa. A reação de polimerização é exotérmica e,
    devido ao aumento da viscosidade na fase polimérica, ocorre a diminuição de
    mobilidade dos radicais de tamanho elevado, provocando a diminuição da velocidade
    da reação de terminação. Com o aumento da concentração dos radicais citados,
    ocorre a elevação da taxa de propagação devido a auto-aceleração da reação de
    polimerização. Consequentemente, ocorre a liberação de uma quantidade grande de
    calor no meio reacional, o que é chamado efeito gel ou efeito Tromsdorff-Norrish. A
    consequência deste efeito é a limitação da produtividade reacional, podendo ser
    causada pela alteração do tempo de reação ou pela redução da conversão. Estudos
    têm sido realizados sobre a questão da difusão do monômero nas reações de
    polimerização e nós estabelecemos a hipótese que melhorando a difusão desde as
    primeiras horas é possível minimizar as consequências do efeito gel. O objetivo deste
    estudo foi avaliar os fatores que influenciam no aumento da difusão do MVC
    intrapartícula, no processo de polimerização em suspensão do monômero, a partir da
    manipulação conjunta da velocidade de agitação da mistura reacional (VR) e da água
    adicionada ao processo ao longo da reação (ADa). A difusão intrapartícula foi
    quantificada indiretamente pela conversão e pelo tempo de reação que foram as
    respostas obtidas neste trabalho. Os testes foram realizados em reator batelada de
    bancada e piloto e tiveram objetivo de: identificar em escala bancada o ponto crítico
    de formação de partícula estável; confirmar em escala piloto o efeito da agitação, após
    o ponto de formação de partícula estável, sobre a distribuição de partículas; avaliar
    em escala piloto o efeito da agitação e injeção de água adicional, após o ponto de
    formação de partícula estável, sobre o tempo de reação e a conversão; definir
    condição para a otimização do sistema piloto e com base nos itens anteriores definir
    melhorias na planta industrial. Para definição dos experimentos foi usado inicialmente
    um planejamento fatorial 22. Posteriormente os ensaios foram expandidos pelo uso do
    DCCR (Delineamento Composto Central Rotacional). Para a avaliação das influências
    das variáveis foi utilizada a metodologia da superfície de resposta (RSM). Os testes
    comprovaram a hipótese original mostrando que ocorreu uma melhoria na difusão que
    foi provocada por uma maior velocidade de agitação e um maior volume de ADa
    adicional através de um aumento na conversão o que gera aumento de produtividade.
    A variável que mais influenciou na conversão foi a parcela linear VR, seguida da
    parcela linear da variável AD adicional, ambas com efeitos diretamente proporcionais
    à conversão, aumentando a conversão em 3.01 % e 2.27 %, respectivamente.


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  • PVC is the third most produced thermoplastic in the world when considering volume.
    Due to this fact, much has been studied about it, continually seeking the most
    productive and safer process.
    The main production process of PVC is in suspension, employing batch reactors. In
    them, the monomer MVC (vinyl monochloride), is polymerized in an aqueous medium
    in the presence of initiators, dispersants and thermal stabilizers. The reactants are kept
    under stirring, forming MVC droplets that are slowly converted to polymer particles.
    The system then exits from a highly mobile liquid state into a viscous mixture. The
    polymerization reaction is exothermic and, due to the increase in viscosity in the
    polymer phase, there is a decrease in the mobility of the high-size radicals, causing
    the slowing of the termination reaction. As the concentration of the radicals mentioned
    increases, the propagation rate increases due to the self-acceleration of the
    polymerization reaction. Consequently, a large amount of heat occurs into the reaction
    medium, which is called the gel effect or the Tromsdorff-Norrish effect. The
    consequence of this effect is the limitation of the reaction productivity, and may be
    caused by the change in the reaction time or the reduction of the conversion. Studies
    have been carried out on the issue of diffusion of the monomer in the polymerization
    reactions and we have established the hypothesis that improving diffusion from the
    first hours can minimize the consequences of the gel effect. The objective of this study
    was to evaluate the factors that influence the increase of intraparticle MVC diffusion in
    the suspension polymerization process of the monomer from the joint manipulation of
    the stirring speed of the reaction mixture (VR) and the water added to the process
    along of the reaction (ADa). The intraparticle diffusion was quantified indirectly by the
    conversion and by the reaction time that were the responses obtained in this work. The
    tests were performed in batch and pilot reactors .They had the objective of: to identify
    in bench scale the critical point of stable particle formation; confirming on pilot scale
    the effect of stirring, after the point of stable particle formation, on the particle
    distribution; to evaluate in pilot scale the effect of agitation and injection of additional
    water, after the point of stable particle formation, on reaction time and conversion;
    define condition for the optimization of the pilot system and based on previous items
    define improvements in the industrial plant. For the definition of the experiments, a
    factorial design 22 was used. Subsequently, the tests were expanded using the DCCR
    (Rotational Compound Central Design). For the evaluation of the influences of the
    variables, the response surface methodology (RSM) was used. The tests proved the
    original hypothesis showing that there was an improvement in the diffusion that was
    caused by a higher agitation speed and a larger volume of additional ADa through an
    increase in the conversion that generates increase of productivity. The variable that
    most influenced the conversion was the linear plot VR, followed by the linear portion
    of the additional AD variable, both with effects directly proportional to the conversion,
    increasing the conversion by 3.01% and 2.27%, respectively.

2013
Teses
1
  • MAURICIO ALVAREZ MUNOZ
  • REFORMA DE ETANOL SOBRE CATALISADORES BASEADOS EM YSZ -
    GDC COM ALTO TEOR DE FERRO ADEQUADOS PARA ANODOS 
    DE SOFC

  • Orientador : JAIME SOARES BOAVENTURA FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • SORAIA TEIXEIRA BRANDAO
  • LUIZ ANTONIO MAGALHAES PONTES
  • JAIME SOARES BOAVENTURA FILHO
  • MARLUCE OLIVEIRA DA GUARDA SOUZA
  • JOSE VIEIRA DO NASCIMENTO JUNIOR
  • Data: 15/03/2013

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  • O hidrogênio vem se destacando mundialmente por ser um combustível limpo,
    renovável e eficiente, sendo muito empregado na geração de energia em células
    a combustível, gerando água como produto. Embora o processo de produção de
    H2 apresente um alto custo, o desenvolvimento de novas tecnologias deve tornar
    o combustível mais competitivo no mercado mundial. Em função disso a
    pesquisa pela maior eficiência na produção de hidrogênio a partir de tecnologias
    consolidadas como a reforma de etanol com vapor d’água foi intensificada. Com
    a finalidade de obter catalisadores mais ativos, seletivos e com vida útil
    prolongada e resistente a formação de coque, neste trabalho estudou-se a
    influência da adição de bário ou estrôncio na atividade catalítica de cermets na
    reforma etanol em presença de vapor d’água, baseados em materiais cerâmicos
    na presença de ferro e níquel na reforma a vapor de etanol, como aplicação nos
    ânodos das SOFC. As sínteses foram realizadas de modo a obter uma razão
    molar Ba/YG = 5% e Sr/YG = 5%, usando técnicas de precipitação. Os
    catalisadores foram caracterizados por difração de raios X, medida de área
    superficial específica, redução à temperatura programada, microscopia
    eletrônica de varredura e dessorção a temperatura programada. A atividade dos
    catalisadores foi avaliada na reforma de etanol em presença de vapor d’água em
    diferentes temperaturas. Todas as amostras apresentaram estruturas cristalinas
    bem definidas, com picos de difração característicos da fase cúbica coexistindo
    com óxido misto de níquel e ferro (NiFe2O4), com estrutura cúbica tipo espinelio.
    A presença de pequenas quantidades de bário ou estrôncio não afetou a área
    superficial especifica dos materiais cerâmicos. Os catalisadores bimetálicos
    contendo bário ou estrôncio no suporte cerâmico se mostraram mais ativos e
    seletivos na produção de hidrogênio, em relação aos suportes. Os catalisadores
    suportados de materiais cerâmicos contendo bário ou estrôncio apresentaram
    conversão e seletividade moderadas, entretanto a não formação de carbono,
    indicando que esses materiais são promissores para o uso nas pilhas a
    combustível, evitando o colapso da estrutura.


  • Mostrar Abstract
  • Hydrogen has been outstanding worldwide for being a clean, renewable and
    efficient fuel, being very used in the generation of energy in fuel cells, generating
    water as a product. Although the H2 production process is expensive, the
    development of new technologies should make the fuel more competitive on the
    world market. As a result, the research for the greater efficiency in the production
    of hydrogen from consolidated technologies like the reform of ethanol with water
    vapor was intensified. In order to obtain catalysts that are more active, selective
    and have a long useful life and are resistant to coke formation, the influence of
    the addition of barium or strontium on the catalytic activity of cermets in the
    ethanol reforming in the presence of water vapor , based on ceramic materials in
    the presence of iron and nickel in the steam reforming of ethanol, as an
    application in SOFC anodes.The summaries were made for a reason molar
    Ba/YG= 5% and Sr/YG=5% , using precipitation techniques. The catalysts were
    characterized by x-ray diffraction, specific surface area measurement, reduction
    to the set temperature, scanning electron microscopy and the temperature
    programmed desorption. The activity of the catalysts was assessed in reforming
    of ethanol in the presence of water vapor at different temperatures. All samples
    showed well defined crystalline structures with characteristic diffraction peaks of
    cubic phase coexisting with mixed oxide of nickel-iron, with cubic structure type
    espinelio. The presence of small amounts of barium or strontium did not affect
    the surface area Specifies of ceramic materials. Supported catalysts of barium or
    strontium-containing ceramic materials presented conversion and moderate
    selectivity, however not carbon formation, indicating that these materials are
    promising for use in fuel cells, avoiding the collapse of the structure.

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