Made available in DSpace on 2015-04-14T13:58:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 438724.pdf: 14689669 bytes, checksum: a1ef097caab3eeeb45c677d83ab88027 (MD5) Previous issue date: 2012-03-29 / In the scenario of CO2 geological storage aiming mitigation of environmental impacts, the degradation of the materials used in the construction of wells, which may occur over time, becomes a concern, since it can facilitate the gas leakage to the surface. The major risk is the degradation of the cement that can occur in the presence of CO2 and water or brine promoting acid carbonation that causes an increase in permeability and porosity, and loss in mechanical properties. The most susceptible regions to the escape of CO2 caused by degradation of the cement are the interfaces with the steel pipe casing and with the rock formation. This study aims investigate the degradation of class G cement paste by CO2, simulating conditions similar to a 1.500 meter-depth well, which corresponds to a 70 ?C temperature and a 15 MPa pressure, at its interfaces with the steel and sandstone of Rio Bonito Formation (Paran? Basin). The degradation of the cement paste, either in the supercritical CO2 or water saturated with CO2 media in the presence of sandstone rock and carbon steel has led to the formation of calcium and iron carbonates and subsequent dissolution of these carbonates at the interfaces with the rock and steel, creating regions of porosity. The sandstone did not constitute an obstacle for the passage of CO2, indicating that the precipitation of carbonates in the pores of the sandstone in an amount great enough to difficult or prevent the passage of CO2 probably only occurs with a long term exposure to CO2. The supercritical CO2 medium provided a greater chemically altered area if compared with the use of water saturated with CO2. However, the use of water saturated with CO2 was more aggressive to the interfaces since promoted its displacement, which indicates that the CO2 has migrated more easily through the upper and lower faces of the specimens. For the shorter times of exposure to humidified CO2 or water saturated with CO2, 7 and 14 days, the degradation depth of the cement paste was small (<1mm); however, the CO2 percolation reached 4 mm after 28 days. / No cen?rio de armazenamento geol?gico de CO2, visando mitiga??o de impactos ambientais, a degrada??o dos materiais utilizados da constru??o dos po?os, que pode ocorrer ao longo do tempo, passa a ser uma preocupa??o uma vez que pode propiciar o vazamento deste g?s para a superf?cie. Um risco importante ? a degrada??o da pasta de cimento em presen?a de CO2 e ?gua ou salmoura, ocorrendo a carbonata??o em meio ?cido que gera aumento da permeabilidade, porosidade e perda nas propriedades mec?nicas. As regi?es mais sucet?vies ? fuga da CO2, ocasionada pela degrada??o da pasta de cimento, s?o as interfaces da pasta de cimento com o tubo de a?o do revestimento e com a forma??o rochosa. Este trabalho tem como finalidade estudar a degrada??o por CO2 da pasta de cimento classe G, simulando condi??es pr?ximas de po?os de profundidade de 1.500 m, que corresponde a uma temperatura de 70 ?C e uma press?o de 15 MPa, nas suas interfaces com o a?o e rocha sedimentar arenosa da Forma??o de Rio Bonito (Bacia do Paran?) em tempos de 7, 14 e 28 dias. A degrada??o da pasta de cimento, tanto no meio CO2 supercr?tico ou em ?gua saturada com CO2, em presen?a de rocha arenito e do a?o ao carbono, levou ? forma??o de carbonatos de c?lcio e de ferro e posterior dissolu??o desses carbonatos nas interfaces com a rocha e com o a?o, criando regi?es porosas. Considerando os tempos de rea??o utilizados neste trabalho, a rocha arenito n?o constituiu obst?culo significativo para a passagem do CO2, indicando que a precipita??o de carbonatos nos poros da rocha em quantidade suficiente para dificultar ou impedir a passagem de CO2 provavelmente s? ocorrer? com longos tempos de exposi??o ao CO2. O meio de CO2 supercr?tico ?mido propiciou uma maior ?rea alterada quimicamente se comparada com o meio de ?gua saturada com CO2. No entanto, o meio de ?gua saturada com CO2 mostrou-se mais agressivo para as interfaces, uma vez que promoveu a perda de ader?ncia das mesmas devido o CO2 ter migrado mais facilmente pelas faces superior e inferior dos corpos de prova. Para os tempos mais curtos de exposi??o ao CO2 ?mido ou ?gua saturada com CO2, 7 e 14 dias, houve um pequeno avan?o da frente de degrada??o na pasta de cimento (< 1 mm), entretanto, aos 28 dias a difus?o do CO2 atingiu 4mm.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:58:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 439670.pdf: 7976446 bytes, checksum: fe7f4cf3d1ce6f1276f76e9995952073 (MD5) Previous issue date: 2012-05-11 / The emission of greenhouse gases to the environment can be reduced by the adoption of the technology of geological storage of carbon. However, the materials usually employed in the construction of CO2 injection wells do not resist the acid attack by the CO2 in the presence of brine and suffer degradation in longer exposure times. Field and laboratory studies indicate that degradation of the materials occurs mainly at the interface between the cement paste and the steel casing. In this work, experiments that simulate the conditions of CO2 storage in saline aquifers of the Paran? Basin at a depth of 1500 m were conducted to investigate the chemical integrity of Class G cement paste and API N80 steel, involving a failure at interface steel-cement paste in different times (48h, 380h and 720h). The degradation of the cement paste was evaluated in terms of characteristics and depth of the region chemically modified. The corrosion films formed on steel were characterized in terms of morphology and thickness. The influence of these films on the steel corrosion resistance was evaluated by electrochemical measurements of open circuit potential and potentiodynamic polarization. The results indicate that the degradation or corrosion processes depend on the media that the system steel- cement paste was submitted and the exposure time. The degradation of the cement paste involved the formation of two zones, carbonated zone of high density and bicarbonate zone of high porosity, and the latter zone is critical since it can provide a path to CO2 leakage. The films of corrosion product formed on the steel are composed by iron-calcium complex carbonates and they have protective characteristics to the steel casing considering the experimental conditions used in this work. / A emiss?o gases de efeito estufa ao meio ambiente pode ser reduzida pela ado??o da tecnologia de armazenamento geol?gico de carbono. Contudo, os materiais usualmente empregados na constru??o de po?os injetores de CO2 n?o resistem ao meio ?cido formado pelo CO2 na presen?a de ?gua das forma??es geol?gicas, sofrendo degrada??o em longos tempos de exposi??o. Estudos de campo e de laborat?rio indicam que a degrada??o dos materiais ocorre principalmente na interface entre a pasta de cimento e o tubo de revestimento de a?o. Neste trabalho, experimentos que simulam as condi??es de armazenamento de CO2 em aqu?feros salinos da Bacia do Paran? a uma profundidade de 1500 m foram conduzidos para investigar a integridade qu?mica da pasta de cimento classe G e do a?o API N80, envolvendo uma falha de liga??o na interface pasta de cimento-a?o em diferentes tempos (48h, 380h e 720h). A degrada??o da pasta de cimento foi avaliada em termos de caracter?sticas e profundidade da camada alterada quimicamente. Os filmes de produto de corros?o formados no a?o foram caracterizados em termos de morfologia e espessura. A influ?ncia desses filmes na resist?ncia ? corros?o do a?o foi avaliada por medidas eletroqu?micas de potencial de circuito aberto e polariza??o potenciodin?mica. Os resultados obtidos indicam que a degrada??o ou corros?o depende do meio de degrada??o que o sistema cimento-a?o foi submetido e do tempo de exposi??o. A degrada??o da pasta de cimento envolveu a forma??o de duas zonas, zona carbonatada de alta densidade e zona bicarbonatada de alta porosidade, sendo que esta ?ltima ? cr?tica uma vez que pode constituir um meio de fuga para o CO2. Os filmes de produto de corros?o formados no a?o s?o compostos por carbonatos mistos de ferro e c?lcio e nas condi??es testadas tendem a apresentar caracter?sticas protetoras ao tubo de a?o de revestimento do po?o.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:58:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 439944.pdf: 13739703 bytes, checksum: 4feb5be73af7a24867df2453a7e856ff (MD5) Previous issue date: 2011-12-27 / The global warming, due to the accumulation of greenhouse gases (GHG) emissions in the atmosphere, has been producing an increase in global mean temperature and by the large engineering projects, intended to reduce and stabilize the concentration of GHG in the atmosphere, especially CO2. Among the seven key technologies for reducing GHG emissions is the carbon capture and storage (CCS), which consists in capture, transport and storage CO2 in geological media, for example, saline aquifers, oil and gas fields and non-mineable coal seams. The latter to be the object of the present study was detailed and the procedures adopted for the analysis in coal seams consist of scanning two samples of Brazilian coal by means of X-ray computed tomography images to obtain two-dimensional system containing the cleats and better understand the gas flow in the layers. This tool is being tested for the first time in coals of Brazil and it s fundamental to understanding the development of projects of Coalbed Methane (CBM) and Enhanced Coalbed Methane (ECBM) in the county, that is still an unknow potencial, wich could increase the demand for natural gas in the regional energy supply. From this work it was concluded that the cleats of coal samples studied are easily identified and it is possible to extract relevant data about orientation, spacing, length and volume of cleats per area. The cleats of the coals studied, however, are very small compared with data from foreign literature, are also filled with calcium carbonate, which hinders the CO2 and CH4 flow in the coal seam and reduces the permeability unfeasible to implement projects of geological storage of CO2 in the coal seam from this study. / O aquecimento global, decorrente do ac?mulo de gases de efeito estufa (GEE) na atmosfera, vem produzindo um aumento na temperatura m?dia global e por meio de grandes projetos de engenharia pretende-se reduzir e estabilizar a concentra??o dos GEE na atmosfera, principalmente o CO2. Dentre as sete principais tecnologias para redu??o das emiss?es de GEE est? a Captura e Armazenamento de Carbono (CCS), que consiste na captura, transporte e armazenamento de CO2 em meios geol?gicos como, por exemplo, os aqu?feros salinos, campos de ?leo e g?s e camadas de carv?o n?o miner?veis. Este ?ltimo por ser objeto de estudo deste trabalho foi detalhado e os procedimentos adotados para sua an?lise em camadas de carv?o consistem em escanear duas amostras do Brasil por meio da tomografia computadorizada de raios-X, para obter imagens bidimensionais do sistema de cleats e melhor entender o fluxo de gases nas camadas. Esta ferramenta est? sendo testada pela primeira vez em carv?es do Brasil e seu entendimento ? fundamental para o desenvolvimento de projetos de Coalbed Methane (CBM) e Enhanced Coalbed Methane (ECBM) no pa?s que ainda ? um potencial desconhecido, podendo aumentar a demanda de g?s natural na matriz energ?tica regional. A partir deste trabalho concluiu-se que os cleats das amostras de carv?o estudadas s?o facilmente identificados e que ? poss?vel extrair dados relevantes sobre a orienta??o, espa?amento, comprimento e volume de cleats por ?rea. Os cleats dos carv?es estudados al?m de serem muito pequenos, se comparados com dados da literatura estrangeira, tamb?m est?o preenchidos por carbonatos de c?lcio, que dificulta o fluxo do CO2 e CH4 camada de carv?o e reduz a permeabilidade do meio inviabilizando a implanta??o de projetos de armazenamento geol?gico de CO2 na camada de carv?o em estudo.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:58:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 440818.pdf: 9330116 bytes, checksum: 593e3db55c6eb96b1b60a9c7711e854b (MD5) Previous issue date: 2012-03-30 / This work addresses the topic geological storage of CO2 in oil wells from the point of view of studying the integrity of materials, specifically cement paste used to cement and seal oil and gas wells. The degradation of class G cement paste was evaluated after exposure to wet supercritical CO2 and in the presence of different concentrations of saline solutions (NaCl 0.5 M, 1M, 2M and 4M) in terms of microstructural changes and compressive strength. The degradation tests of cement paste were carried out at a temperature of 70 ? C and 15 MPa, which corresponds to a well of approximately 1.500 m, for a period up to 50 days. The mechanism of degradation of cement observed involves the dissolution of portlandite, the precipitation of calcium carbonate (cement carbonation) and subsequent dissolution of carbonates, creating a highly porous layer near the surface of samples (bicarbonate layer). The results obtained indicate that the chemically modified layer due to reactions involving CO2 has a tendence to decrease as the salinity of the solution increase up to 2 M, which in this case is probably associated with the fact that the solubility of CO2 in solution decreases as salinity increases. However, for concentration of 4 M, close to NaCl saturation in solution, an increase in thickness of the layer chemically altered was observed, which can be related to high chemical activity of CO2 in this concentration, once its activity increases greatly with salinity. The chemical degradation suffered by the cement paste due to exposition to CO2 for periods up to 50 days did not affect its compressive strength; on the contrary for most of the cases a small increase on compressive strength was observed, which may be associated with the pore clogging by carbonates / Este trabalho aborda o tema armazenamento geol?gico de CO2 sob o ponto de vista do estudo da integridade de materiais, mais especificamente da pasta de cimento utilizada no revestimento e selo de po?os de petr?leo e g?s e po?os para armazenamento de CO2. A degrada??o da pasta de cimento classe G foi avaliada ap?s exposi??o ao CO2 supercr?tico ?mido e em presen?a de solu??o salina de diferentes concentra??es (NaCl 0,5M, 1M, 2M e 4M) em termos de mudan?as microestruturais e resist?ncia ? compress?o. Os testes de degrada??o da pasta de cimento foram realizados a 70?C e 15 MPa, o que corresponde a um po?o de aproximadamente 1.500 m, por per?odos de at? 50 dias. O mecanismo de degrada??o da pasta de cimento observado envolve a dissolu??o da portlandita, a precipita??o de carbonato de c?lcio (carbonata??o do cimento) e posterior dissolu??o desses carbonatos, criando uma camada de elevada porosidade e baixa resist?ncia pr?ximo ? superf?cie das amostras (camada bicarbonatada). Os resultados obtidos indicam que as camadas alteradas quimicamente devido ?s rea??es envolvendo o CO2 apresentam uma tend?ncia de diminui??o ? medida que a salinidade aumenta at? a concentra??o de 2 M, o que pode ser explicado pelo fato que a solubilidade do CO2 diminui a medida que a salinidade da solu??o aumenta. Entretanto, para a concentra??o de 4 M, pr?xima a satura??o do NaCl em solu??o, houve um aumento da camada alterada quimicamente, o que pode ser atribu?do ? alta atividade qu?mica do CO2 nesta concentra??o, uma vez que esta aumenta muito com a salinidade para meios contendo CaCO3. A degrada??o qu?mica sofrida pela pasta de cimento pela exposi??o ao CO2 por um tempo de at? 50 dias n?o comprometeu sua resist?ncia ? compress?o. Para a maioria dos casos observou-se o contr?rio, um pequeno aumento na mesma, o que pode estar associado com o fechamento dos poros com cristais de carbonato

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:58:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 444290.pdf: 4113435 bytes, checksum: c7842b63f0cc98c896007a0809c63b5c (MD5) Previous issue date: 2012-10-31 / Given the global scenario, in which environmental issues are gaining prominence and priority investment, we have the opportunity to contribute by conducting studies for modeling the deployment of technology to capture and geological storage of CO2 in Brazil (CCS), projects using the Clean Development Mechanism, evaluating the degree of inclusion of the current economy in these projects and verifying possible obstacles and necessary modifications.Capture and Geological Storage of CO2 are aimed at injecting previously established geological formations, the carbon dioxide coming from stationary sources, preventing the gas from being released into the atmosphere. The proposed technology can be realized in three different formations: oil fields deep, coal seams and saline aquifers. Faced these alternatives, a study was conducted of technical and economic feasibility of conducting CCS in Brazil for each of their sports. In injection Oil Fields was selected the Barracuda Field, owned by the Campos Basin, this allied to two different stationary sources: Cement and steel mills. The alternative storage Layers of Coal, was selected from the Pool Carbon?fera Charqueadas, having as their source of CO2 in the Triunfo/RS, Petrochemical Company Braskem. For injection in Saline Aquifers, was selected the Rio Bonito Formation in the Paran? Basin, being fueled by emissions from ethanol plants in the state of S?o Paulo. Through the results of this work, we seek to bring to discussion the importance of implementation of projects with high potential to reduce a large-scale release of Greenhouse Study (GHG), which would minimize the adverse effects of actions anthropogenic in synergy with the Convention of the Climate and ratifying the Kyoto Protocol. / Diante do cen?rio mundial, em que as quest?es ambientais v?m ganhando destaque e prioridade de investimento, tem-se a oportunidade de contribuir atrav?s da realiza??o de estudos para a modelagem de implanta??o da tecnologia de captura e armazenamento geol?gico de CO2 no Brasil (CCS1), utilizando-se projetos de Mecanismo de Desenvolvimento Limpo, avaliando-se o grau atual de inclus?o da economia nestes projetos e verificando-se poss?veis obst?culos e modifica??es necess?rias. A Captura e Armazenamento Geol?gico de CO2 t?m por objetivo injetar em forma??es geol?gicas previamente estabelecidas, o di?xido de carbono advindo de fontes estacion?rias, evitando que este g?s seja liberado para a atmosfera. A tecnologia proposta pode ser realizada em tr?s distintas forma??es: aqu?feros salinos profundos, campos de petr?leo e camadas de carv?o, visando compensar as emiss?es de gases do efeito estufa. Com base nestas alternativas, realizou-se estudo de viabilidade t?cnica e econ?mica da realiza??o de CCS em territ?rio brasileiro para cada uma de suas modalidades. Na inje??o em Campos de Petr?leo foi selecionado o Campo de Barracuda, pertencente ? Bacia de Campos, esta aliada a duas diferentes fontes estacion?rias: Cimenteiras e Sider?rgicas. Para a alternativa de armazenamento em Camadas de Carv?o foi selecionada a Jazida Carbon?fera de Charqueadas, tendo como sua fonte de CO2, no P?lo Petroqu?mico de Triunfo/RS, a Empresa Braskem. Para a inje??o em Aqu?feros Salinos, foi selecionada a Forma??o Rio Bonito, na Bacia do Paran?, sendo abastecida pelas emiss?es provenientes de Plantas de Etanol do estado de S?o Paulo. Por meio dos resultados obtidos com este trabalho, busca-se trazer para discuss?o a import?ncia da execu??o de projetos com elevado potencial para reduzir, em grande escala, a libera??o de Gases de Efeito Estuda (GEE), o que minimizaria os efeitos adversos das a??es antr?picas em sinergia com a Conven??o do Clima e ratificando o Protocolo de Kyoto.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:59:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 449831.pdf: 4411444 bytes, checksum: ebf58e9f56db71109fbe172787c5d050 (MD5) Previous issue date: 2012-08-28 / Coal is one of the most abundant energy resources. The Rio Grande do Sul State has about 90% of all coal in Brazil. This energy source is used in small proportion compared to hydropower plants, for example. But coal is also a strategic resource, it is a complementary source to those used on a larger scale. It is a resource that doesn?t depend on seasonality, and therefore constitutes an important energy security backup. The quest for a greater knowledge and understanding of Brazilian coals situation and its exploitation or in situ use possibilities can contribute to provide an energy resource that today is not considered accessible, especially for the southern region of Brazil. This thesis is focused on the Charqueadas Reservoir, its petrographic characterization, comparison of its theoretical and measured storage capacity for CO2, through sorption tests at the Department of Energy (DOE) laboratories (USA), compared with structural changes in the rock through imaging acquired through computed tomography (CT). These tests will also determine the viability of coalbed production (CBM) and carbon sequestration (CCS). The studied coal has, when taken into account CBM, ECBM and CCS activities, porosities considered normal (in the range of 1 to 5%). As for the permeability for the same activities, it?s considered very low (within the range of hundreds of nanoDarcys). The results of the pre-scans imaging indicate the existence of a high density material in the fractures (cleats), which explains the results of low permeabilities measured on the samples. Imaging using microtomography also showed this feature, indicating high density material filling the microfractures, which consequently reduces the permeability and gas adsorption. The adsorption isotherms indicated a significant amount of CO2 adsorption into the Charqueadas coal micro-structure is possible, but the larger scale results of the core permeability, microtomography, and pre-injection scans (which indicated the existence of a high density material filling fractures) revealed fluid motion within the coal would be difficult. This result was confirmed by the core-scale sorption tests in the coal samples, which indicated that sorption of CO2 in the Charqueadas Deposit would not be easily carried out. / O carv?o ? um dos recursos energ?ticos mais abundantes da humanidade. O Rio Grande do Sul cont?m cerca de 32 bilh?es de toneladas de recursos, que representam 90% de todo carv?o de nosso Pa?s. Esta fonte de energia ? utilizada em pequena propor??o quando comparada ? energia gerada em hidrel?tricas, por exemplo. Por?m o carv?o ? um recurso estrat?gico do qual n?o se pode abrir m?o, por ser uma fonte complementar ?s utilizadas em maior escala. ? o recurso que completa a demanda energ?tica em ?pocas de sazonalidade dos outros recursos, e por n?o depender do clima para ser utilizado, constitui-se de um importante fator na seguran?a energ?tica do Pa?s. A busca por um maior conhecimento e entendimento de como os carv?es brasileiros se encontram e suas possibilidades de explora??o ou utiliza??o in situ e ambientalmente sustent?veis pode contribuir para uma provis?o de um recurso energ?tico que hoje n?o ? considerado acess?vel, principalmente para a Regi?o sul do Pa?s. Esta foi focada na Jazida de Charqueadas, sua caracteriza??o petrogr?fica, compara??o entre as capacidades te?rica e medida em laborat?rio de armazenagem de CO2, atrav?s de testes de sor??o, e compara??o de mudan?as estruturais na rocha atrav?s de imageamento em tom?grafo computadorizado. Atrav?s destas an?lises foi avaliada viabilidade do carv?o para produ??o de g?s natural e armazenamento de carbono (CCS). O carv?o estudado possui, quando levadas em conta atividades de CBM, ECBM e CCS, porosidades consideradas normais (da ordem de 1 a 5%). J? em rela??o ? permeabilidade, quanto ?s mesmas atividades mencionadas, esta ? considerada muito baixa (centenas de nanoDarcys), principalmente em rela??o ? permeabilidade considerada ideal ou m?nima para estas atividades (da ordem de miliDarcys). Os resultados do imageamento pr?vio ao experimento de sor??o de CO2 apontam para a exist?ncia de um material de alta densidade nas fraturas (cleats) do carv?o, o que explica os resultados de baixas permeabilidades medidos nas amostras. O imageamento atrav?s de microtomografia tamb?m evidenciou este comportamento, apontando material de alta densidade preenchendo as microfraturas do carv?o estudado, o que por consequ?ncia diminui a permeabilidade e adsor??o de gases. As isotermas de adsor??o indicaram uma significativa quantidade de CO2 como poss?vel de ser adsorvida nas amostras estudadas, por?m os resultados das an?lises de permeabilidade, imageamento pr?vio e microtomografia (que apontaram a exist?ncia de um material de alta densidade preenchendo as fraturas) e principalmente os testes de sor??o realizados nas amostras indicam ser dif?cil o fluxo de flu?dos, e por consequ?ncia a sor??o de CO2 nos carv?es da Jazida de Charqueadas.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:59:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 453098.pdf: 474247 bytes, checksum: 10fc86b156f20e478aff23c4bfac8b12 (MD5) Previous issue date: 2013-12-11 / The development of new materials for CO2 capture and transformation is of great importance to the use of fossil resources, preserving the environment. In this context, ionic liquids represent an environmentally friendly alternative, because they have negligible vapor pressure and can be reused. However, their CO2 absorption capacity not surpasses traditional solvents and their use as homogeneous catalysts in transformation processes of CO2 requires additional distillation process which increases the cost. Looking for enhance the application of ILs in these areas, in the present study were synthesized poly(ionic liquid)s (PILs) from polyurethane and the ionic liquid 1-butyl chloride-3-methylimidazolium (BMIM Cl), which were characterized structural (IR, NMR), thermal (DSC, TGA) and morphology (SEM); also nanoparticles of these were synthesized by multiple emulsification followed by solvent evaporation, and also characterized. These materials were evaluated in the process of CO2 capture and transformation of this gas in cyclic carbonate through cycloaddition reaction with propylene oxide. In capture assays, the PILs showed highest sorption capacity of CO2 than the IL precursor (BMIM Cl) and PU departure; the NP obtained for these, although they were obtained aggregated, showed faster rates of sorption. In the carbonation reactions PILs presented propylene oxide conversion values approximate to those obtained for BMIM Cl, moreover were easily separated by precipitation-filtration. Therefore, the PILs evaluated in this study showed positive results for its use in the process of capturing and processing CO2. / O desenvolvimento de novos materiais para captura e transforma??o de CO2 ? de grande import?ncia para o aproveitamento dos recursos f?sseis, preservando o meio ambiente. Neste contexto, os l?quidos i?nicos representam uma alternativa ambientalmente amig?vel, pois estes t?m press?o de vapor desprez?vel e podem ser reutilizados. Contudo, a sua capacidade de absor??o de CO2 ainda n?o supera os solventes tradicionais e sua aplica??o como catalisadores homog?neos na transforma??o de CO2 requer processos adicionais de destila??o o qual encarece o processo. Buscando potencializar a aplica??o dos LIs nestas ?reas, no presente trabalho foram sintetizados poli(l?quidos i?nicos) (PLIs), a partir de poliuretano e o liquido i?nico cloreto de 1-butil-3-metil imidazolio (BMIM Cl), os quais foram caracterizados estrutural (IV, RMN), t?rmica (DSC, TGA) e morfologicamente (MEV); al?m disso, foram sintetizadas nanopart?culas destes PLIs, mediante emulsifica??o m?ltipla seguida de evapora??o de solvente, e caracterizadas igualmente. Estes materiais foram avaliados nos processos de captura de CO2 e transforma??o deste g?s em carbonato c?clico, mediante rea??o de cicloadi??o com oxido de propileno. Nos ensaios de captura, os poli(l?quidos i?nicos) apresentaram maior capacidade de sor??o de CO2 do que o LI precursor (BMIM Cl) e o PU de partida; as NP obtidas destes, embora tenham sido obtidas agregadas, apresentaram taxas de sor??o mais r?pidas. Nas rea??es de carbonata??o os PLIs apresentaram valores de convers?o de oxido de propileno aproximados aos obtidos para o BMIM Cl, alem disso foram facilmente separados por precipita??o-filtra??o. Por tanto, os PLIs avaliados neste estudo apresentaram resultados favor?veis para seu uso nos processos de captura e transforma??o de CO2.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:59:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 456126.pdf: 4635087 bytes, checksum: 35e00a2825acb60a04e5085333af1dd5 (MD5) Previous issue date: 2014-03-11 / The carbon capture and storage technologies are listed among the important strategies for reducing the CO2 emissions and mitigate climate change in a fossil fuel dependant world. Among CO2 capture techniques, chemical absorption process which uses aqueous amines solutions has been extensively studied and used in the industry for decades. However, this process has a number of drawbacks. In order to deal with the great number of drawbacks caused by amines, recently, mixtures of aqueous amine solutions and ILs (Ionic Liquids) have been appointed as potencial solvents for CO2 capture, because allow to combine the properties and benefits of ILs with gas absorption capacity of aqueous amine solutions. In this work, carbon steel corrosion behavior in mixtures of aqueous amines solutions (MEA or MDEA) and 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate [bmim] [BF4] in typical conditions of temperature and pressure of CO2 capture process (45 ?C and 27 bar) was investigated. The corrosion rate was determined by weight loss measurements. The chemical composition, morphology and characteristics of the corrosion product scales formed on the surface of steel were analyzed by using surface techniques (SEM and EDS). The properties of the corrosion product scales were also evaluated by potentiodynamic polarization technique. The CO2 absorption was measured at 45 ?C and pressures from 1 to 27 bar using a Magnetic Suspension Balance (MSB). The results showed that the addition of 10 % of [bmim] [BF4] in weight at the aqueous amine solutions can provide a feasible and efficiently opportunity for CO2 capture, because in MEA (M0), a considerably decrease of 72% on the corrosion rate was observed and the CO2 absorption values were close to the ones obtained for MDEA (MD0), whereas for MDEA (MD0), the addition of 10 % of [bmim] [BF4] did not change considerably the CO2 absorption and also the corrosion rate decreased (26%). / Tecnologias de captura e armazenamento de carbono s?o apontadas como uma das principais tecnologias para reduzir as emiss?es de CO2 e mitigar o efeito das mudan?as clim?ticas. Entre as t?cnicas de captura de CO2, o processo de absor??o qu?mica que utilizam as solu??es aquosas de aminas tem sido extensivamente estudado e utilizado por d?cadas. No entanto, estes processos apresentam uma s?rie de inconvenientes. A fim de lidar com estes inconvenientes, recentemente, misturas de solu??es de amina aquosas e LIs (L?quidos I?nicos) tem sido apontado como solventes potenciais para captura, pois permitem combinar as propriedades e os benef?cios de LIs com capacidade de absor??o de g?s das solu??es aquosas de amina. Neste trabalho foi investigado o comportamento de corros?o do a?o carbono em misturas de solu??es aquosas de aminas (MEA ou MDEA) e [bmim] [BF4] em condi??es t?picas de press?o e temperatura (45 ?C e 27 bar) empregadas em plantas de captura de CO2, bem como o efeito da adi??o de LIs em solu??es aquosas de aminas sobre a capacidade de absor??o do CO2. A taxa de corros?o foi determinada por medidas de perda de massa. A composi??o qu?mica, a morfologia e as caracter?sticas dos filmes de produtos de corros?o formados foram analisados usando t?cnicas de superf?cie (MEV e EDS). As propriedades dos filmes de produtos de corros?o tamb?m foram avaliadas pela t?cnica de polariza??o potenciodin?mica. A absor??o de CO2 foi medida a 45 ? C e press?es de 1-27 bar, usando uma balan?a de suspens?o magn?tica (MSB). Os resultados mostraram que a adi??o de 10% de [bmim] [BF4] em massa nas solu??es aquosas de aminas pode proporcionar um solvente vi?vel e eficiente para a captura, pois na MEA (M0) foi observado uma redu??o consider?vel na taxa de corros?o (72%) e os valores de absor??o de CO2 ficaram pr?ximos aos obtido para MDEA (MD0), enquanto que para MDEA (MD0), a adi??o de 10 % de [bmim] [BF4] n?o alterou consideravelmente a absor??o de CO2 e tamb?m proporcionou a redu??o de 26% na taxas de corros?o.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:59:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 461415.pdf: 6198256 bytes, checksum: 6cdd5f041ea076372230494bb7dfd45b (MD5) Previous issue date: 2014-07-30 / The study to new materials for CO2 capture indicates as an option, the use of ionic liquids as solvents for absorption, because they are compounds in which CO2 has a preferential solubility. Ionic liquids immobilized in mesoporous materials may present an advantageous combination in selective capture. Thus, the objective of the doctoral thesis is to synthesize and characterize structures of ionic liquids supported on mesoporous materials, checking the capacity of CO2 adsorption on these materials and the application of these materials as heterogeneous catalysts in the synthesis of propylene carbonate via cycloaddition with CO2. Ionics liquids were formed by the cation 1-methyl-3-(3-trimethoxysylilpropyl) imidazolium and supported with differents concentrations of IL via grafting in mesoporous material type MCM-41 and sol-gel process, change of the anion was performed only after the immobilization [Cl]- to [BF4]-, [PF6]- and [Tf2N]-. The characterization of materials was performed by infrared spectroscopy, solid state NMR, thermal analysis (TGA), scanning electronic microscopy, X-ray diffraction (DRX) and N2 adsorption. Lastly, assessment of CO2 adsorption was done through microbalance thermogravimetric (PTGA) trials. Results of the CO2 adsorption from the IL immobilized on MCM-41, shows that LICLM50 has the better adsorbent ability, 0.11 g CO2/ g adsorbent, and xerogel, LICLX20 gave 0.35 g CO2/ g adsorbent at 10 bar. As for the use in heterogeneous catalysis with supported ILs, maximum conversion obtained was 67 % with 82 % of selectivity for LICLM50. These materials have shown good ability to adsorb CO2 and, when used as catalysts for conversion of CO2 in cycloaddition reactions, they are well behaved and therefore favorable to employment in catalysis. / O estudo de novos materiais para a captura de CO2 aponta como uma op??o, o uso de l?quidos i?nicos como solventes para absor??o, pois s?o compostos nos quais o CO2 apresenta uma solubilidade preferencial. Imobilizar l?quidos i?nicos em materiais mesoporosos pode ser uma combina??o mais vantajosa na captura seletiva. Desta maneira, o objetivo desta tese de doutorado consiste em sintetizar e caracterizar estruturas de l?quidos i?nicos suportados em materiais mesoporosos, verificar a capacidade de adsor??o de CO2 nestes materiais, bem como aplicar estes materiais como catalisadores heterog?neos na s?ntese de carbonato de propileno via cicloadi??o com CO2. Os l?quidos i?nicos foram formados pelo c?tion 1-metil-3-(3-trimetoxissililpropil) imidaz?lio e suportados com concentra??es diferentes de LI via ancoragem em material mesoporoso tipo MCM-41 e via sol-gel, somente ap?s a imobiliza??o foi realizada a troca do ?nion [Cl]- para [BF4]-, [PF6]- e [Tf2N]-. A caracteriza??o dos materiais foi feita por t?cnicas de FTIR, RMN de estado s?lido, an?lises t?rmicas (TGA), microscopia eletr?nica de varredura, difra??o de raios-X (DRX) e adsor??o de N2 (BET). Por ?ltimo, foi feita a avalia??o quanto ? adsor??o de CO2 atrav?s de ensaios em microbalan?a termogravim?trica (PTGA). Os resultados de adsor??o de CO2 entre os imobilizados em MCM-41, LICLM50 apresenta melhor capacidade 0,11 g CO2/g adsorvente e, em xerogel, LICLX20 0,35 g CO2/g adsorvente, a 10 bar. Quanto ao uso em cat?lise heterog?nea com LIs suportados a convers?o m?xima obtida foi de 67 % e a seletividade de 82 % com LICLM50. Estes materiais apresentaram boa capacidade em adsorver o CO2 e, quando utilizados como catalisadores em rea??es de cicloadi??o para convers?o do CO2, tamb?m se portaram favor?veis ao emprego em cat?lise.

Submitted by PPG Engenharia e Tecnologia de Materiais (engenharia.pg.materiais@pucrs.br) on 2017-10-31T16:39:49Z No. of bitstreams: 1 Disserta??o Final Mar?lia Philippi 2017.pdf: 2898458 bytes, checksum: 0de5c21261331f990e604d9223f1206a (MD5) / Approved for entry into archive by Caroline Xavier (caroline.xavier@pucrs.br) on 2017-11-10T12:35:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Disserta??o Final Mar?lia Philippi 2017.pdf: 2898458 bytes, checksum: 0de5c21261331f990e604d9223f1206a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-10T12:41:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Disserta??o Final Mar?lia Philippi 2017.pdf: 2898458 bytes, checksum: 0de5c21261331f990e604d9223f1206a (MD5) Previous issue date: 2017-08-31 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / Growing concern about global warming and reducing greenhouse gas emissions in the atmosphere has driven the development of technological options to reduce the negative impacts of human activities, and CO2 capture and storage is one of them. Solid adsorbent materials are being used with the aim of adsorbing polluting gases. Metal-Organic Frameworks (MOFs) are a class of porous materials of great potential for adsorption of greenhouse gases, formed by the connection of metallic ions and organic binders. In this context, the objective of this work is to synthesize the MOF of type NH2-MIL-53(Al), to characterize and evaluate its use in the adsorption of carbon dioxide. For synthesis of the MOF, a hydrothermal process was used in a PFA closed reactor (155 ?C) with subsequent washes and resuspensions, obtaining an average mass yield of 90%. The obtained MOF was characterized with the use of the techniques such as SEM-FEG-EDS, elemental analysis, FAAS, XRF, FTIR, TGA, XRD/Refinement by the Rietveld Method and MAS-NMR, exhibiting characteristics of the structure NH2-MIL-53(Al). For the adsorption and desorption tests of CO2 the synthesized material was used as a powder in a fixed bed system. The synthesized MOF presented CO2 adsorption capacity of 0.13 mmol g-1 and SBET of 27 m2 g-1, lower than that reported in the literature, which were attributed to the presence of occluded binder in the pores of the material. The calculated average cost for the synthesis of the MOF in the laboratory was 34% of the value of the non-functionalized commercial standard available in the market. The residual solvent purification process from the MOF synthesis proved to be satisfactory, completely removing the DMF and with a residual contribution of methanol of only 0.00008%. / A crescente preocupa??o com o aquecimento global e com a redu??o das emiss?es de gases de efeito estufa na atmosfera tem impulsionado o desenvolvimento de op??es tecnol?gicas para redu??o dos impactos negativos das atividades humanas e, a captura e armazenamento de CO2 ? uma delas. Materiais s?lidos adsorventes est?o sendo utilizados com o objetivo de adsorver gases poluentes. Os Metal-Organic Frameworks (MOFs) s?o uma classe de materiais porosos de grande potencial para adsor??o de gases de efeito estufa, formados pela conex?o de ?ons met?licos e ligantes org?nicos. Neste contexto, o objetivo deste trabalho ? sintetizar o MOF do tipo NH2-MIL-53(Al), caracterizar e avaliar seu uso na adsor??o de di?xido de carbono. Para s?ntese do MOF foi utilizado processo hidrot?rmico em reator fechado de PFA (155 ?C) com posteriores lavagens e resuspens?es, obtendo um rendimento m?ssico m?dio de 90%. O MOF obtido foi caracterizado com o uso das t?cnicas como MEV-FEG-EDS, an?lise elementar, FAAS, FRX, FTIR, TGA, DRX/Refinamento pelo M?todo Rietveld e MAS-RMN, apresentando caracter?sticas da estrutura NH2-MIL-53(Al). Para os testes de adsor??o e dessor??o de CO2 o material sintetizado foi utilizado sob a forma de p? em sistema de leito fixo. O MOF sintetizado apresentou capacidade de adsor??o de CO2 de 0,13 mmol g-1 e SBET de 27 m2 g-1, inferiores ao reportado pela literatura, e que foram atribu?dos a presen?a de ligante oclu?do nos poros do material. O custo m?dio calculado para s?ntese do MOF em laborat?rio foi de 34% do valor do padr?o comercial n?o funcionalizado dispon?vel no mercado. O processo de purifica??o do solvente residual da s?ntese do MOF demonstrou ser satisfat?rio, removendo completamente o DMF e com uma contribui??o residual de metanol de apenas 0,00008%.