Orientadores: Bernardino Ribeiro de Figueiredo, Romulo Simões Angelica / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Geociencias / Made available in DSpace on 2018-08-11T02:16:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DalBosco_SandraMaria_M.pdf: 475525 bytes, checksum: d539864c9285d28b195d0358b87cc60e (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Além do enriquecimento de metais pesados em águas subterrâneas devido aos processos biogeoquímicos que ocorrem na natureza, as atividades industriais, agrícolas e outras têm contribuído para um aumento significativo nas concentrações de íons metálicos em águas, representando importantes fontes de contaminação dos corpos aquáticos e provocando preocupações principalmente quando se considera que tais íons podem ser disseminados via cadeia alimentar. O cromo, objeto deste estudo, é um dos metais potencialmente tóxicos encontrados em água subterrânea. Em águas naturais, o cromo pode ocorrer nas formas químicas Cr(III) e Cr(VI), estáveis em meio aeróbio. A ingestão de águas contaminadas com Cr(VI) pode causar vários danos à saúde como dermatite alérgica, ulcerações na pele, perfurações do septo nasal e câncer. Embora o Cr(III) seja reconhecido como menos móvel e menos tóxico que o Cr(VI), vários processos podem induzir o intercâmbio entre as espécies Cr(VI) e Cr(III) revelando a importância de prevenir concentrações excessivas de cromo em água. Neste trabalho, foi avaliado o comportamento de um arenito contendo zeólita, proveniente da Formação Corda, Bacia do Parnaíba, como trocador catiônico, visando à remoção de cromo de soluções aquosas. A pesquisa restringiu-se ao Cr(III) que, em solução aquosa, ocorre como um cátion, ao contrário do Cr(VI), que ocorre como ânion em solução, necessitando, por isso, de um trocador aniônico ou de uma pré-redução a Cr(III) para ser removido de soluções aquosas. Para os testes de troca iônica, foram utilizadas duas frações granulométricas do material, <250 µm (Zeo60) e <177 µm (Zeo80). A presença de estilbita como a espécie de zeólita predominante nas amostras foi indicada por difratometria de raios X. Os testes foram realizados com 1,0 g da amostra em 60 mL de solução contendo Cr(III) em concentrações conhecidas, submetidos à agitação constante até que a reação atingisse o equilíbrio. O equilíbrio nas reações de troca iônica foi alcançado rapidamente, em cerca de 1 hora para Zeo80 e de 4 horas para Zeo60. A concentração de cromo presente na solução após as reações foi determinada por espectrometria de absorção atômica. Foi demonstrada uma eficiência de 99 % na remoção de cromo de uma solução contendo 10 mg L-1 do metal em ambas as amostras. Nos testes realizados a 25, 40 e 60 ºC, a temperatura não demonstrou influência significativa na remoção do metal de solução. A influência do pH da solução foi avaliada no intervalo de 3,0 a 5,0 e um aumento significativo na remoção de cromo foi registrado em pH = 5 atingindo-se o mesmo total de cromo removido da solução para ambas as amostras. Os testes de dessorção revelaram uma elevada capacidade de regeneração de ambas as amostras: cerca de 90 % do cromo adsorvido na amostra foi liberado para a solução no caso da Zeo60, e 93 % no caso da Zeo80. Os resultados obtidos indicam a possibilidade do uso do material na remoção do cromo de efluentes e água contaminada. Além disso, o fato de se tratarem de amostras naturais, não modificadas e, portanto de baixo custo, encontradas em depósitos sedimentares, ou seja, de fácil obtenção, pode também ser um estímulo para contínuos estudos visando viabilizar a sua aplicação em larga escala / Abstract: Heavy metal enrichment in groundwater can be due to natural biogeochemistry processes as well as to industrial, agricultural and other activities that contribute significantly to groundwater contamination and, hence, giving rise to great concerns when considering the extension of ionic dispersion via food chain. Chromium, object of the present study, is one of these potential toxic metals found in groundwater. In natural water, chromium may be found in the Cr(III) and Cr(VI) chemical forms, stable in aerobic environment. Ingestion of contaminated water for Cr(VI) can lead to health problems such as allergic dermatitis, ulcerate of skin, nasal septum perforation and cancer. Despite of Cr(III) being recognized as less mobile and less toxic than Cr(VI), several natural processes can induce interchange between Cr(VI) and Cr(III) species, revealing the importance of preventing excessive chromium concentration in water. In the present study, zeolite-bearing sandstone, originated from the Parnaiba Paleozoic basin, northeastern Brazil, was tested as a cationic exchange material for chromium removal from aqueous solution. Two grain-size fractions <250 µm (Zeo60) and <177µm (Zeo80) were used. Essays were restricted to removal of Cr(III) species which occur cationic species in aqueous solution whereas the negative charged Cr(VI) species were not considered in the present study. Tests were performed using 1.0 g of each sample in 60 mL of solution with known initial Cr(III) concentrations kept agitated until equilibrium was attained (1 hour for Zeo80 and ca. 4 hours for Zeo60). After reactions, the final Cr concentrations were determined by Atomic Absorption Spectrometry. The material response to ionic exchange showed to be very efficient for Cr(III) removal from solution at around 99 % when the cation initial concentration was 10 mg L-1. Tests were carried out at 25, 40 and 60 ºC but the influence of temperature was not significant. The influence of solution pH was observed in the interval from 3.0 to 5.0 and an increase of Cr removal occurred at pH = 5 of equal amounts of chromium for both samples. The material easily regenerates after the desorption tests: ca. 90 % of adsorbed Cr was released from the Zeo60 sample and ca. 93 % from the Zeo80 sample. All the results support the recommendation of using this material for chromium removal from contaminated water and effluents. In addition, this low-cost material is natural, easily accessed from sedimentary deposits and does not need any previous treatment which can be a stimulus for continuing studies oriented to consider its application in large scale / Mestrado / Geologia e Recursos Naturais / Mestre em Geociências

Este trabalho relata estudos sobre adsorção de carboximetilcelulose (SCMC) marcada com nitróxido (marcador de spin) em hidroxilapatita (HAP), em meio aquoso. São apresentadas isotermas de adsorção, obtidas em tampão acetato, cujo comportamento é descrito pelo formalismo da teoria de LANGMUIR. A quantidade adsorvida é dependente do peso molecular do polímero, sendo observado um incremento de cerca de 20% na adsorbância para um aumento de oito vezes no peso molecular médio. A afinidade independe da temperatura ou peso molecular. O número de sítios por unidade de massa de adsorvente não varia com a temperatura mas diminui com o aumento do tamanho da cadeia polimérica, o que é interpretado como uma consequência da maior restrição estérica oferecida pela molécula de maior peso molecular à aproximação de outras moléculas à superfície. O fenômeno de adsorção estudado tem uma etapa inicial rápida e depois dos primeiros 15 minutos a quantidade adsorvida aumenta muito pouco. Dessorção não é detectável quando o sedimento de carboximetilcelulose/hidroxilapatita é deixado em contacto com o tampão durante 6 horas. A adsorção de SCMC modifica algumas características de HAP dispersa em tampão acetato, diminuindo seu volume de sedimentação a 20% do valor em ausência de SCMC, estabilizando-a em tempos curtos (cerca de 8 horas) e floculando-a efetivamente em tempos maiores de contacto. A SCMC adsorvida não atacada de maneira detectável por celulase, ao contrário de SCMC em solução. Espectros de ressonância paramagnética de elétron de sedimentos de SCMC/HAP não dependem, quanto à forma, da quantidade de polímero adsorvida, de onde se conclue que a conformação do polímero adsorvido independe do grau de cobertura da superfície. É proposto um modelo para a adsorção de SCMC que e compatível com as observações deste trabalho e com um modelo existente para a adsorção de ácidos carboxílicos não poliméricos em HAP. / This is a study on the adsorption of spin-labelled carboxymethyl-cellulose (SCMC) on hydroxylapatite (HAP), in aqueous media. Adsorption isotherms obtained in acetate buffer are presented and their behaviour is formaly described by LANGMUIR theory. The amount adsorbed is dependent on the polymer molecular weight, with an increment of about 20% in the adsorbance for an eightfold increase in the average molecular weight. The affinity is independent of temperature or molecular weight. The number of sites per adsorbent unit mass does not change with temperature but diminishes with the increase of the polymeric chain size, what is interpreted as a result of the larger steric restriction offered by the molecule having the higher molecular weight to the approach of other molecules to the surface. The adsorption phenomena studied have a fast initial step and after the first 15 minutes the amount adsorbed increases too slowly. De-sorption is not detectable when the sediment SCMC/HAP is left in contact with the buffer for 6 hours. The adsorption of SCMC alters some characteristics of HAP dispersed in acetate buffer, diminishing its sedimentation volume to 20% of its value in the absence of polymer. The colloidal stability of HAP is increased if measured in short times after exposure to SCMC but turbidity measurements in times longer than 8 hours show that the polymer flocculates HAP effectively. The adsorbed SCMC is not attacked in a detectable way by cellulase, although dissolved SCMC is a substrate for this enzyme. The shape of the electron paramagnetic ressonance spectra of the SCMC/HAP sediments does not depend on the amount of adsorbed polymer. From these observations we conclude that the conformation of the adsorbed polymer is not affected by the degree of coverage of the surface. We propose a model to the adsorption of SCMC on HAP, which fits the experiments described in this work and is consistent with an existing model for the adsorption of non-polymeric carboxylic acids on HAP.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Estudou-se o processo de adsorção dos seguintes corantes: Laranja Indosol, Rhodamina B, Vermelho Congo e Azul Indosol sobre a argila montmorilonita em meio aquoso nas temperaturas de 288, 298, 308 e 318K. Os melhores rendimentos foram obtidos para temperatura de 288 e 298K. O processo de remoção desses corantes foi estudado a partir dos dados de equilíbrio e cinética para cada temperatura. O modelo de Freundlich foi o que melhor representou os dados experimentais de isotermas de adsorção para os corantes em todas as temperaturas consideradas. O modelo cinético de pseudo-segunda ordem foi o que melhor ajustou os dados experimentais das interações envolvidas no processo. Verificou-se que tratar de um processo endotérmico, e as interações corante/MTT aumentam o grau de espontaneidade das reações com a elevação da temperatura do processo. Para os difratogramas obtidos para as amostras de LI/MTT, VC/MTT e AI/MTT foi possível verificar que todos os ângulos de incidência mostram que não há grandes mudanças essencialmente na sobreposição principalmente no ângulo de incidência (2&#952;) quando comparadas a MTT. A análise termogravimétrica mostra que, a decomposição térmica da MTT completa começou acerca de 30C e foi completamente até 1000C e sendo identificadas quatro perdas de peso distintas. A intensidade das bandas de absorção presentes nos espectros na região do infravermelho foi reduzida após a adsorção dos corantes denotando ainda que o processo de adsorção dos corantes não modifica a estrutura da montmorilonita. / Studied the adsorption of the following dye: Orange Indosol, Rhodamine B, Congo Red and Blue Indosol about montmorillonite clay in an aqueous medium at temperatures of 288, 298, 308 and 318K. The best yields were obtained at temperatures of 288 and 298K. The process of removing these dyes was studied from kinetic and equilibrium data for each temperature. The Freundlich model was best represented the experimental data of adsorption isotherms for dyes at all temperatures considered. The kinetic model of pseudo-second order was the best fit to the experimental data of the interactions involved in the process. It was found that treating an endothermic process and the interactions dye / MTT increase the degree of spontaneity of reactions with increasing process temperature. For the XRD patterns obtained for samples of LI / MTT, VC / MTT and AI / MTT was possible to verify that all incident angles show no major changes in essentially overlap mainly in the incidence angle (2&#952;) when compared to MTT. Thermogravimetric analysis shows that the thermal decomposition of the complete MTT began about 30 C and was completely up to 1000 C and four different weight losses are identified. The intensity of the absorption bands present in the spectrum in the infrared region was reduced after adsorption of the dyes also showing that the adsorption of the dye does not alter the structure of montmorillonite.

Realizamos dentro do formalismo ab-initio do funcional da densidade e pseudopotenciais com conservação da norma, estudos detalhados da geometria atômica e estrutura eletrônica das superfícies Si (001) com a deposição de Cl atômico sobre as reconstruções (2x1) e (4x2), e disposição de Cl molecular sobre a superfície (001) com reconstrução (2x1). Estudamos também a superfície Si (111) com reconstruções (1x1), (2x1) e (4x2) com a deposição de Cl atômico. A superfície Si (001)-(2x1) com deposição de CI molecular mostrou evidências da não desorção do composto SiCI2. Os resultados para a deposição de Cl atômico sobre as superfícies Si (001)-(2x1) e Si (001)-(4x2) foram os mesmos para a geometria atômica e energia total por átomo de superfície. Os átomos de CI posicionam-se a 19,5° em relação a normal com um comprimento de ligação de 2,08 A. As superfícies Si (111)-(2x1) e Si (111)-(4x2) utilizando o modelo de cadeias ? forneceram os mesmos resultados para a geometria atômica e energia total. Os átomos de Cl posicionam-se com ângulos de 24,2° e 25,2° em relação a normal e comprimento de ligação de 2,09 A. Um efeito de blindagem e observado para a superfície livre Si (111)-(1x1) originado pela presença de ligações ? entre orbitais pz dos átomos das duas primeiras camadas. Estes estados são mais ligados do que os estados de mesma natureza para os átomos da terceira e da quarta camada. Esta blindagem e removida após a deposição de CI ocorrendo uma troca em nível de energia entre estes estados. Para a superfície Si (111)- (1x1)CI os átomos de Cl posicionam-se normalmente à superfície com comprimento de ligação de 2,08 A. A geometria relaxada dos átomos de Si aproxima-se da geometria ideal. Em todos os casos, os estados apresentados na região do gap fundamental são temem removidos após a deposição de átomos de Cl. Estados puros de CI e estados ressonantes apresentam-se especialmente nas regiões dos gaps estômagos. Uma técnica para a separação de estados eletrônicos originários de uma determinada região do cristal é introduzida. Esta técnica mostrou-se eficiente num processo de identificação de estados eletrônicos, contribuindo como uma ferramenta importante na investigação rigorosa sobre a ocorrência de estados da mesma natureza na estrutura eletrônica do cristal. / We have done within the ab-initio density-functional formalism and norm-conserved pseudo-potential, detailed studies for the atomic geometry and electronic structure of Si(001) covered with atomic chlorine on tlle (2x1) and (4x2) reconstructions, and molecular chlorine adsorption on the (2x1) reconstruction. The surface Si(111) with atomic chlorine adsorption on the (1x1), (2x1) and (4x2) reconstructions were performed as well. The Si(001)-(2x1) with molecular de-position have shown evidences of non-desorption of the SiCl2 compound. The results for ato-mic deposition of Cl on Si(001)-(2x1) and Si(001)-(4x2) surfaces were the same for the atomic geometry and total energy per surface atom. The CI atoms stay at 19.5° off normal and Si-CI bond-length is 2.08 A for the relaxed surface. The Si(111)-(2x1) and Si(111)-(4x2) surfaces with the 11\" model chain have shown the same results for atomic geometry and total energy. The CI atoms atop the Si atoms with 24.2° and 25.2° off normal each one and the bond-length is 2.09 A for both. We have found screening effects on the clean Si(111)-(1x1) surface. These effects are origina-ted by 11\" bonds of pz orbitals between the first and the second atom layer that are more energetically bonded than the similar states observed between the third and the fourth atom layer. The screening is removed after CI deposition observing the swap of energy levels betwe-en that states. For Si(111)-(1x1)Cl surface, the Cl atoms atop surface normally with bond-length 2.08 A. The relaxed geometry for the Si atoms approaches to the ideal geometry. The states that have been found in the gap region for all clean surfaces are completely remo-ved after Cl deposition. Pure Cl states and resonant states were found specially in the intern stomach gaps. We have introduced a technique to collect electronic states originated from one specific crys-tal region. This technique has shown to be very efficient for electronic state identification pro-cess, contributing as an important tool for rigorous analyses, conceming about electronic sta-tes of the same nature in the electronic structure.

Submitted by Marcele Costal de Castro (costalcastro@gmail.com) on 2017-09-05T18:33:10Z No. of bitstreams: 1 RONALDO ANTONIO CORREIA D.PDF: 1659150 bytes, checksum: 94e12a1ddf216376c1e321f248c2f772 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-05T18:33:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RONALDO ANTONIO CORREIA D.PDF: 1659150 bytes, checksum: 94e12a1ddf216376c1e321f248c2f772 (MD5) Previous issue date: 2006-10 / Este trabalho relaciona-se à remoção de fenol de águas residuais industriais, por adsorção em resinas poliméricas comerciais. Trata-se de uma alternativa não só economicamente viável, mas também conservacionista quando comparada ao uso de carvão ativado granulado de origem vegetal, tradicionalmente empregado nesses casos. Para esta finalidade foi desenvolvido e operado com sucesso um sistema de leito fluidizado em circuito fechado, em escala de bancada. Soluções aquosas de fenol com concentrações iniciais na faixa de 84 a 451 mg/L foram utilizadas para fluidizar cerca de 400 cápsulas permeáveis, confeccionadas artesanalmente em tela de aço inoxidável 42 mech. Cada cápsula continha cerca de 100 mg da resina comercial AmberliteTMXADTM4, da qual foram previamente eliminadas as partículas menores que a abertura da tela. A resina ocupava cerca da metade do volume da cápsula, o que propiciava agitação interna das partículas durante a fluidização, diminuindo assim a resistência ao transporte difusivo do fenol da fase líquida para o adsorvente. O sistema foi operado a 35°C, temperatura típica de descarte de rejeitos industriais. Os experimentos foram realizados usando velocidade superficial de fluidização 20% acima da velocidade superficial mínima de fluidização das cápsulas, o que propiciou intensa circulação das mesmas no leito. Tipicamente, 30 passagens do volume total de líquido circulante através do leito eram requeridas para alcançar na fase líquida uma concentração de fenol muito próxima daquela do equilíbrio. Um modelo de adsorção em batelada, simples, porém muito confiável e incorporando a clássica isoterma de Freundlich, previu satisfatoriamente as concentrações finais de fenol no líquido. Com base nos perfis temporais da concentração de fenol no líquido, desenvolveu-se também um modelo transiente de 2ª ordem para o processo. Sólidos em suspensão, freqüentemente presentes em águas residuais industriais e causa comum de entupimentos em leito fixos, foram simulados com serragem de pinho com tamanhos de partícula na faixa -16+28 mech. A intensa agitação do leito fluidizado impediu o bloqueio das telas das cápsulas. / This work is related to the removal of phenol from industrial wastewaters by adsorption onto commercial polymeric resins. It is a current alternative, not only economically viable but also conservationist when compared to granulated activated carbon of vegetal origin, traditionally used in these cases. For this purpose, a closed circuit bench scale liquid fluidized bed system was developed and operated successfully. Phenol aqueous solutions with initial concentrations in the range 84 to 451 mg/L were used to fluidize some 400 handcrafted small permeable capsules of stainless steel screen, 42 mech. Each capsule contained about 100 mg of the commercial resin AmberliteTMXADTM4, which was previously sieved to eliminate particles smaller than the screen aperture. The resin occupied roughly half the volume of the capsule, enabling internal mixture of particles during fluidization, thus decreasing the diffusional resistance to phenol transport within the liquid phase towards adsorbent. The system was operated at 35°C, a typical temperature of industrial wastewaters. Experiments were carried out using a fluidizing superficial velocity 20% above the minimum superficial fluidization velocity of the bed of capsules. Typically, 30 passages of the total circulating liquid volume through the bed were required to reach a concentration of phenol in the liquid phase, very near that of equilibrium. A batch adsorption model, simple but very reliable and incorporating the classic reundlich isotherm, satisfactorily predicted final concentrations of phenol in the liquid. Based on the time profiles of the phenol concentration in the liquid, a 2nd order transient model was also developed for the process. Suspended solids, often present in industrial residual waters and a common cause of fixed beds clogging, were simulated with pine saw dust, with particle sizes in the range -16+28 mech. The intense fluidized bed mixing avoided the blocking of the screen of the capsules.

Orientadores: Melissa Gurgel Adeodato Vieira, Ambrósio Florêncio de Almeida Neto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T10:02:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cantuaria_ManuellaLech_M.pdf: 3465258 bytes, checksum: 6624b0cfbc7a26e8fca558d1f1257b59 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A recuperação de metais pesados de efluentes industriais tem se tornado um problema cada vez mais discutido em estudos científicos. Dentre os métodos utilizados para este tratamento, a adsorção ganha destaque, o que torna importante a busca de adsorventes alternativos como a argila. Neste trabalho, foi realizado inicialmente um teste de afinidade da prata, um metal de ampla utilização industrial e com alto valor agregado, com diferentes bio/adsorventes. Dentre os materiais analisados (cinco diferentes macrófitas, três argilas e uma vermiculita) verificou-se que a argila bentonítica Verde-lodo apresentou uma maior afinidade, e assim, foi avaliado o potencial deste adsorvente para remoção de íons de prata. Para isso, foi realizado o estudo cinético do processo para diferentes concentrações iniciais de prata. As curvas cinéticas foram ajustadas pelos modelos de pseudoprimeira ordem, pseudossegunda ordem, difusão intrapartícula, modelo de Boyd e modelo de transferência de massa em filme externo. Posteriormente, foram obtidas as isotermas de adsorção para diferentes temperaturas e estas foram ajustadas pelos modelos de Langmuir, Freundlich e Dubinin Radushkevich. A partir desses dados, foram obtidos os parâmetros termodinâmicos (variação de energia de Gibbs, entalpia e entropia) através da Lei de Henry e do método de Wu. O estudo também apresenta a avaliação do processo de adsorção em sistema contínuo de leito fixo, para o qual foi realizado o estudo fluidodinâmico para diferentes vazões de efluente e obtenção de parâmetros de eficiência. Também foram realizados ensaios em banho para determinação do melhor eluente para recuperação da prata e, com este, foram realizados ciclos de adsorção e dessorção para avaliar o potencial de recuperação do metal e o tempo de vida útil da coluna. Por último, foi realizada a caracterização do complexo argila calcinada com a prata para comparação com a argila calcinada através das seguintes técnicas: difração de raios X (DRX), análise química e de tamanho de partículas (MEV e EDX), Porosimetria de Mercúrio, Picnometria a gás de Hélio, Fisissorção de Nitrogênio, Termogravimetria (TG) e Análise Térmica Diferencial (TGA) e Espectroscopia na Região do Infravermelho. A determinação do potencial zeta também foi realizada para verificar as mudanças da carga do adsorvente em sistema estático e dinâmico / Abstract: The removal of heavy metals from wastewater has become an important subject for scientific research. Among the common methods, adsorption has shown good potential to treat contaminated effluents. Firstly, in this study, an affinity test between silver, a metal with wide industrial use, and different bio/adsorbents was carried out. Among the studied adsorbents (five macrophytes, three clays and a vermiculite), the bentonitic clay called Verde-lodo came up with the highest affinity. Thus, the adsorbent¿s potential of silver removal was evaluated. To reach this goal, firstly the process kinetics was studied in different silver concentrations. The kinetic curves were adjusted by the following models: pseudo-first order, pseudo-second order, intra-particle diffusion, Boyd model and mass transfer by external film model. After that, the adsorption isotherms were obtained for different temperatures and adjusted by Langmuir, Freundlich and Dubinin Radushkevich models. From experimental data, the thermodynamic parameters (Gibbs energy ?G, enthalpy ?H and entropy ?S) were obtained by Henry¿s law and Wu¿s method. This study also presents the evaluation of adsorption¿s process in a dynamics fixed bed column system. In this evaluation, a fluid dynamic study was carried out for different flows and efficiency parameters were obtained. Also, batch essays were performed to select the best eluent to be used for silver¿s recovery and this eluent was used in adsorption/desorption cycles to evaluate the metal¿s recovery. Finally, the clay after adsorption¿s process was characterized and compared with natural and calcined clay. For that, the following techniques were used: X-ray diffraction (DRX), chemical and particle¿s size analyzes (MEV and EDX), Mercury Porosimetry, Helium Pycnometry, BET, Thermo-Gravimetric Analysis (TGA), Differential Thermal Analysis (DTA) and Infra-red Spectroscopy (FTIR). Also, the determination of the zeta potential was performed to verify the changes in the adsorbent¿s electric charge in static and dynamic system / Mestrado / Engenharia Química / Mestra em Engenharia Química

Orientadores: Meuris Gurgel Carlos da Silva, Sirlei Jaiana Kleinübing / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T10:55:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barros_ArielleMunizde_M.pdf: 2403867 bytes, checksum: 9d034ece43d77bf5fa23832c79a98b8c (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Pesquisas no campo da tecnologia têm buscado avaliar técnicas e/ou processos econômicos e eficientes para o tratamento de efluentes que contenham metal pesado. Atualmente a bioadsorção vem se apresentando como uma boa alternativa às tecnologias existentes. Este trabalho teve como objetivo a investigação da macrófita Azolla pinnata como bioadsorvente de cinco íons metálicos: Cd2+, Cu2+, Ni2+, Pb2+ e Zn2+ em soluções sintéticas. A caracterização do biomaterial foi realizada utilizando-se técnicas como Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) para análise da superfície do material; análise de Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios-X (EDX), que mostrou que qualitativamente a diminuição de íons de competição (Ca, Na e K) após o processo de adsorção, evidenciando que a troca iônica pode ser um dos mecanismos do processo; e análise de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), em que se pôde constatar que alguns grupos funcionais como carboxilas e grupos sulfonados são fundamentais no processo. A cinética de adsorção foi ajustada pelos modelos de pseudoprimeira e pseudossegunda ordem, sendo que o melhor ajuste variou de acordo com o íon estudado. O modelo de difusão intrapartícula mostrou que muitos mecanismos podem ser limitantes na taxa com a qual ocorre o processo. Os dados de equilíbrio foi ajustado pelos modelos de isoterma de Langmuir e de Freundlich em duas temperaturas, 25 e 45 ºC. O processo foi favorecido pelo acréscimo de temperatura para todos os íons. O modelo de Langmuir se ajustou melhor aos dados experimentais de todos os íons e o valor de capacidade máxima de adsorção (qmax) a 25 ºC foi de 0,359; 0,448; 0,254; 0,472 e 0,357 mmol/g para Cd2+, Cu2+, Ni2+, Pb2+ e Zn2+, respectivamente. Os eluentes HCl, EDTA e CaCl2 foram testados no processo de dessorção em batelada e o cloreto de cálcio se mostrou eficiente além de não causar danos ao material nem diminuir a capacidade de adsorção da macrófita. Ensaios dinâmicos em coluna de leito fixo foram realiados para os íons Cu2+ e Pb2+ com soluções mono e bicomponentes. Nos ensaios em sistema binários, pode-se constatar uma grande preferência pela adsorção de íons chumbo e, portanto, uma grande queda na adsorção de cobre. Foram testados ciclos de adsorção/dessorção em coluna utilizando o CaCl2 como eluente e, em três ciclos, a macrófita manteve suas propriedades adsortivas. Com estes resultados, pode-se constatar que a realização deste trabalho contribuiu para a avaliação deste material como bioadsorvente alternativo e que, especificamente, macrófita A. pinnata mostrou-se atrativa para utilização nos processos de tratamento e/ou estabilização de metais pesados presentes em baixas concentrações em efluentes industriais / Resumo: No processo Kraft para produção de papel e celulose, os cavacos de madeira são cozidos em um digestor com uma solução aquosa denominada licor branco, constituída de hidróxido de sódio (NaOH) e sulfeto de sódio (Na2S). Durante o cozimento uma pasta fibrosa é produzida. Esta pasta é filtrada e segue para o branqueamento. O produto filtrado chama-se licor negro, devido à mudança da sua cor nesta etapa. O licor negro possui aproximadamente 15 % de sólidos em massa. Ele é bombeado para a unidade de recuperação, na qual ele será concentrado em evaporadores de múltiplosefeitos até 75 % de sólidos em massa. Em seguida, ele é bombeado para uma caldeira onde é queimado, para recuperar os sais inorgânicos e, principalmente, fornecer calor para geração de calor. Durante a evaporação do licor negro, quando a porcentagem em sólidos ultrapassa 50 %, ocorre a precipitação de sais inorgânicos. Estes sais se depositam nas superfícies de troca térmica dos evaporadores diminuindo sua eficiência e causando prejuízos à indústria. Os principais sais que causam este problema são o carbonato de sódio (Na2CO3) e o sulfato de sódio (Na2SO4). O objetivo do presente trabalho foi testar e validar um método experimental para a determinação da quantidade de Na2CO3 presente em amostras industriais de licor negro. Além disso, também foram analisadas algumas propriedades físico-químicas do licor negro, como massa específica, teor de sólidos e viscosidade. Com os resultados obtidos, tentou-se obter uma correlação entre o teor de carbonato de sódio e as demais propriedades do licor que foram determinadas. Os resultados das análises das características físico-químicas demonstraram coerência e boa reprodutibilidade, porém, os resultados das análises de teor de carbonato de sódio não foram satisfatórios e mostraram que a técnica deve ser aperfeiçoada / Abstract: Research in the technology field has been looking for evaluating efficient and economic techniques and/or process for effluents that contains heavy metal. The biodsorption process has been seemed as a good alternative to the existing technology. This work had the aim to investigate the use of Azolla pinnata macrophyte as biosorbent of five metallic ions: Cd2+, Cu2+, Ni2+, Pb2+ and Zn2+ in synthetic solutions. The biomaterial characterization was carried out by techniques as scanning electron microscopy (SEM) for the analyze of material superficies; the energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), which showed, qualitatively, a decreasing in the competitions ions (Ca, Na e K) after the sorption process, indicating that the ion exchange can be one o the process mechanism; and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), in which it was possible implied functional groups as carboxyl and sulfonate play a important role in the adsorption. The kinetics was adjusted by primer and second order models and the model which fit better depends on each ion. The intra-particle diffusion model showed that several mechanisms may be limiting to the process rate. The equilibrium data were adjusted by Langmuir and Freundlich models in two temperatures: 25 and 45 ºC. The process was favored by the increasing in the temperature for all five ions. The Langmuir model fit better the experimental data and the maximum adsorption capacity (qmax) were 0,359; 0,448; 0,254; 0,472 and 0,357 mmol/g for Cd2+, Cu2+, Ni2+, Pb2+ and Zn2+, respectively. The HCl, EDTA and CaCl2 eluents were tested in the desorption process and the calcium chloride was efficient and did not cause any damage in the biomaterial or decreasing the biosorption capacity. Dynamics runs were carried out in fixed-bed in mono and bi-components solutions. In the binary were found a great preference for lead instead of copper and as a result, a significant decrease in the removal of copper. Adsorption/desorption cycles were tested in fixed-bed system using CaCl2 as eluent. After three cycles no damage, weight lost or significant decrease in the biosorption capacity was noticed. These results indicating that the A.pinnata macrophyte is an attractive potential new biosorbent to be used in heavy metal removal especially in low concentrations effluents / Abstract: In the Kraft process for pulp and paper production, wood chips are cooked in a digester with an aqueous solution named white liquor, consisted by sodium hydroxide (NaOH) and sodium sulfide (Na2S). During this cooking process, wood chips are transformed generating a fibrous paste and a liquid solution. This paste is filtered and separated from the liquid solution, named black liquor due to its color. The paste goes to the bleaching stage to produce cellulose. Black liquor contains inorganic and organic (mainly lignin) compounds from wood. Initially this black liquor contains approximately 15 mass/% of solids and is sent to the recovery unit to have this concentration raised to approximately 75 mass/% to be burned in a recovery boiler in order to generate power and recover inorganic reactants, recycling them to the process. The concentration process of black liquor occurs in a multiple effect evaporators unit. During this process, when the concentration of solids exceeds 50%, the precipitation of inorganic salts (mainly Na2CO3 and Na2SO4) begins. These salts are deposited in the heat transfer surfaces of the evaporator tubes, reducing their efficiency, leading to a reduction in the production capacity. The scope of this work was testing and validate an experimental method to estimate the content of Na2CO3 present in industrial black liquor samples. Moreover, some black liquor's physical-chemical properties as density, solids content and viscosity were also analyzed. An attempt to develop a predictive model to evaluate sodium carbonate content from the other properties was made. The results obtained for physical-chemical properties have shown a good consistency. However, the results of sodium carbonate analyses were not satisfactory, showing that the technique must be improved / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestra em Engenharia Química

Orientador : Jose Tomaz Vieira Pereira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-02T10:24:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PrattsMilanes_RafaelLincoln_D.pdf: 12890090 bytes, checksum: 989945a907569552fed39c724470afc9 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Este trabalho apresenta urna simulação numérica detalhada de um absorvedor de bolha horizontal com resfriamento evaporativo, a partir de um modelo que inclui os fenômenos termodinâmicos e de transferência de calor e massa. Este trocador faz parte de um sistema de refrigeração por absorção água - amônia, para a produção de gelo em escamas. Os fenômenos de transporte envolvidos foram descritos pelas equações de conservação de massa, energia e espécies químicas aplicadas a um sistema bifásico, empregando o conceito de etapa em desequilíbrio. O processo de resfriamento evaporativo externo foi resolvido usando as simplificações de Merkel, o que facilitou a solução matemática. O modelo foi estabelecido para regime permanente. Os resultados obtidos mostram a possibilidade do uso de absorvedores evaporativos em sistemas de absorção água - amônia de qualquer capacidade. O modelo desenvolvido possibilita o projeto e otimização de absorvedores evaporativos para sistemas de absorção com capacidades e condições de operação diferentes / Abstract: This work presents a detailed numeric simulation of an horizontal tubular bubble absorber with evaporative cooling, a model that inc1udes the thermodynamic phenomena of heat and mass transfer. This heat exchanger is part of an ammonia-water absorption refrigeration system for the production of ice in scales. The transport phenomena involved were described by the equations of mass, energy and chemical species conservation, applied to a two-phase system, using the concept of nonequillibrium stage. The external process of evaporative cooling was solved using the Merkel simplifications, that facilitated the mathematical solution. The model was established for steady state operation. The results obtained show the possibility of the use of evaporative absorbers in ammonia-water absorption refrigeration system of any capacity. The developed model may be used for the optimum project of evaporative absorbers for absorption systems with different capacities and conditions of operation / Doutorado / Termicas e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador : Maria Aparecida Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-02T14:19:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Miranda_MirladeNazaredoNascimento_M.pdf: 4035948 bytes, checksum: e0c57455cc7d71613e0d58c4277a3e12 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Em processos industriais, há muitos exemplos do uso de misturas de diferentes partículas, ou seja, sólidos multicomponentes. O conhecimento das propriedades de misturas de sólidos a partir das propriedades dos materiais puros é de grande aplicação em processos que utilizam misturas de sólidos e poderá trazer muitas vantagens e melhorias esses processos. Por isso, este trabalho teve como objetivo determinar as relações existentes entre as propriedades físicas dos sólidos puros e de misturas de sólidos. Neste trabalho foi estudado o comportamento de misturas dos materiais Zeólita Na Y, Alumina e Caulim. As propriedades de sólidos porosos estudadas foram: densidade real, densidade bulk (aparente), distribuição de tamanho de partículas e de poros, isotermas de sorção, área superficial, permeabilidade intrínseca e porosidade. Os materiais sólidos foram analisados na forma de pó, mas também foram preparadas pastilhas cilíndricas com os materiais puros para verificar a influência do modo de preparo do sólido nas propriedades físicas de densidade real e bulk. As técnicas experimentais utilizadas foram: picnometria a gás, para determinação da densidade real; as isotermas de dessorção foram obtidas utilizando-se o método estático, com uso de soluções salinas saturadas, à temperatura de 30°C; as isotermas de adsorção foram determinadas por adsorção de Nitrogênio; a área superficial foi calculada a partir da equação de BET, utilizando-se os dados das isotermas de sorção; a distribuição do tamanho de partículas foi determinada por difratometria a Ia ser e a permeabilidade intrínseca foi calculada considerando-se poros cilíndricos e escoamento de Hagen-Poiseuille. Também foram feitos experimentos de secagem, na forma de camada delgada, à temperatura de 120°C. As equações propostas neste trabalho relacionam a propriedade física da mistura com a propriedade física dos componentes puros, ponderados por suas respectivas frações mássicas ou volumétricas. Todas as propriedades físicas tiveram boa concordância com as equações propostas, exceto a densidade bulk, que é fortemente influenciada pelo processo de preparo do sólido. Tanto as isotermas de sorção como as curvas de secagem das misturas se encontraram entre as curvas dos materiais puros verificando-se uma proporcionalidade em função da composição da mistura / Abstract: In industrial processes, there are many examples of the use of mixture of different particles, that is, multicomponent solids. The knowledge of the properties of solids mixtures from the properties of the pure materials is of wide application in such processes. Possibly bringing advantages and improvements to the industrial processes. Therefore, the objective of this work was to determine the relationships between the physical properties of the pure solids and those of the solid mixtures. In this work, the mixture behavior of Zeolite Na Y, Kaolin and Alumina materials was studied. True density, bulk density, particle and pore size distributions, sorption isotherms, surface area, intrinsic permeability and porosity were the properties of solids studied. The solid materials were analyzed in the powdered form The pure materials were also analyzed in the form of cylindrical tablets in order to check the influence of the preparation mode on the value of both the true and bulk densities. There follows the experimental techniques used. The true density was determined by Helium picnometry. The adsorption isotherms were obtained using the static method, with the use of saturated salt solutions, at a temperature of 30°C. The adsorption isotherms were determined by Nitrogen adsorption. The surface area was calculated from the BET equation, using the data from the sorption isotherms. The particle size distribution was determined by laser diffratometry. The intrinsic permeability was calculated considering solids with cylindrical pores and the Hagen-Poiseulle flow. In addition, drying experiments were conducted for solids in the form of thin layers, at a temperature of 120°C. The proposed equations in this work relate the physical properties of the pure components pondered by its respective mass and volumetric fractions. All physical properties showed good agreement with the proposed equations. The exception was bulk density, which is strongly influenced by the process of the solid preparation. The sorption isotherms as well as the drying curves of the mixtures lied inside the limits of the curves for the pure materials proving to be direct functions of the mixture compositions / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientador : Sonia Maria Alves Bueno / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-03T02:17:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Machado_RomiLamb_M.pdf: 3093253 bytes, checksum: 4f20326cbb9b0af4dab6d00f6bd2178e (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: A contaminação por endotoxinas (ET) em produtos para injeção parenteral é um problema para a indústria farmacéutica devido à dificuldade de remoção destas moléculas e sua alta toxicidade. Diversas técnicas têm sido estudadas visando a despirogenação (remoção de ET) de soluções protéicas, dentre as quais a cromatografia em membranas apresenta-se como promissora. Neste trabalho, membranas porosas de quito sana reticuladas com epic1oridrina foram obtidas com boa característica de vazão, visando a despirogenação de soluções tampão, de soro fisiológico e de soluções de IgG. Experimentos de filtração com solução de IgG humana diluída em tampão foram realizados para verificar a existência de adsorção da IgG na membrana, sendo que as soluções tamponantes que favoreceram uma menor adsorção foram fosfato de sódio pH 8,0 e Tris-HCl pH 7,0 (0,49 mg/cm3 e 0,73 mg/cm3, respectivamente). Os resultados dos experimentos de adsorção com soluções tampão contaminadas artificialmente com ET revelaram que a solução tamponante Tris-HCl pH 7,0 favorecia uma maior adsorção de ET na membrana de quito sana, obtendo valores de concentração no filtrado de 0,58 EU/mL e 8,36 EU/mL para alimentações, respectivamente, de 18,63 EU/mL e 541,40 EU/mL. Testou-se a influência da presença de sal no meio através da remoção de ET de soro fisiológico contaminado artificialmente, resultando em uma adsorção, das ET alimentadas à membrana, de 50,68% em baixa concentração de ET (42,49 EU/mL) e de 92,23% em alta concentração (889,61 EU/mL). A presença de IgG (1 mg/roL) em solução tampão Trís-HCl pH 7,0 reduziu a adsorção das endotoxinas permitindo obter filtrados com concentração de 4,05 e 71,15 EU/mL de uma alimentação de 116,43 e 796,93 EU/mL, respectivamente, e recuperação protéica, na ordem, de 100 e 96,37%. Em face destes dados, percebe-se que a membrana de quito sana tem potencial para o uso como matriz de adsorção visando a remoção de ET de soluções, embora na presença de proteína, no processo proposto, não se tenha alcançado valores que permitam uma injeção parenteral / Abstract: Endotoxin (ET) contamination in intravascular injection products is a problem for the pharmaceutical industry due to the difficulty of its removal and elevated toxicity. Many techniques have been studied aiming the depyrogenation (ET removal) of protein solutions, among them the membrane chromatography seems to be a promising one. In this work, cross-linked macroporous chitosan membranes were obtained having a good flow dynamics, focusing the depyrogenation of buffering solutions, physiologic serum and human IgG solutions. Filtration experiments with human IgG diluted in buffering solution were conducted to verify the IgG adsorption on the membrane. The buffering solutions that resulted a lower IgG adsorption were sodium phosphate pH 8.0 and Tris-HCl pH 7.0 (0.49 mg/cm3 and 0.73 mg/cm3 , respectively). The adsorption experiments results using buffer solutions artificially contaminated with ET showed that the Tris-HCl pH 7.0 buffering solution favoured a higher ET adsorption on the chitosan membrane being the filtrated concentrations 0.58 EU/mL and 8.36 EU/mL to the feed flow of 18.63 EU/mL and 541.4 EU/mL, respectively. The influence of salt presence in the solution was tested for the ET removal of artificially contaminated physiologic serum resulting in a 50.68% adsorption at a low ET concentration (42.49 EU/mL) and 92.23% at a high ET concentration (889.61 EU/mL). The IgG presence (1 mg/mL) in Tris-HCl pH 7.0 buffer reduced the ET adsorption so that a filtrated concentration of 4.05 and 71.15 EU/mL were obtained from a 116.43 and 796.93 EU/mL feed, respectively, and a protein recovery of 100% and 96.37%. These results showed that chitosan membrane has a potential to be used as an adsorption matrix for ET removal in solutions, eventhought safety concentration values that allows a parenteral injection have not been achieved in samples containing proteins / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos / Mestre em Engenharia Química