Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-06-28T17:29:50Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_SinterizacaoPellotasArgila.pdf: 3738271 bytes, checksum: 6b9a22e5ede805ea3d3c3849a26aa9a7 (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2017-07-05T16:32:04Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_SinterizacaoPellotasArgila.pdf: 3738271 bytes, checksum: 6b9a22e5ede805ea3d3c3849a26aa9a7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-05T16:32:04Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_SinterizacaoPellotasArgila.pdf: 3738271 bytes, checksum: 6b9a22e5ede805ea3d3c3849a26aa9a7 (MD5) Previous issue date: 2016-05-20 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Uma das grandes preocupações da humanidade atualmente gira em torno da preservação do meio ambiente, buscando-se, constantemente, por meio de estudos e pesquisas, alternativas que encontre um equilíbrio de convivência entre o homem e a natureza. Normalmente, as indústrias em geral, produzem resíduos, na sua maioria tóxicos, que prejudicam o meio ambiente, o homem e demais diversidades de vidas nele inseridas. Levando-se em consideração o contexto exposto acima, este trabalho faz um estudo de evolução da temperatura de combustão de uma mistura, em proporções previamente definidas, da cinza volante de caldeira proveniente de indústrias localizadas no Estado do Pará, argila proveniente das margens do Rio Guamá e carvão vegetal adquirido na região metropolitana de Belém-Pa. Os experimentos foram realizados em um reator de combustão, adquirido pelo Programa de Pós - Graduação em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia com a finalidade de avaliar-se o perfil de temperaturas de cada experimento durante o processo de combustão e se os valores dessas temperaturas seriam suficiente para desencadear o processo de sinterização das pelotas. Para realização dos experimentos, parâmetros como a velocidade de entrada do fluido (ar), diâmetros das pelotas (mistura de cinza volante, carvão vegetal, e argila moídos) e a granulometria do carvão vegetal cominuído, utilizado como combustível sólido, foram variados para cada experimento. O histórico de temperaturas foram registrados por um instrumento de aquisição de dados identificado como Paperless Recorder - PHL, e posteriormente plotados para análises. Foram obtidas temperaturas variando em uma faixa de 800 ºC a 1200 ºC que são valores suficientes para desencadear o processo de sinterização das pelotas. Os dados gerados pelo reator de combustão foram registados pelo "Paperless Recorder - PHL" e comparados com os resultados obtidos numéricamente. / A great preoccupation of humanity turns around the preservation of the environment, seeking to constantly through studies and search, alternatives to find a balance of coexistence between man and nature. Normally, industries in general, produce waste at its majority toxic which damage the environment, humans being and other diversities of life inserted in it. Looking up, insert itself in this context, this work makes a study of evolution of the temperature of combustion of a mixture, in predefined proportions of fly ash from boiler industries located in the State of Pará, clay from the banks of the Guamá River and charcoal acquired in metropolitan region of Belem-Pa, Brazil. The experiments were performed in a combustion reactor, acquired by Programa de Pós - Graduação em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia in order to assess the temperature profile of each experiment during the combustion process and if the values of these temperatures would be sufficient to initiate the process of sintering of the pellets. For the experiments performance, parameters such as inlet velocity of the fluid (air), diameters of the pellets (mixture of charcoal, ash and clay) and grain size of charcoal were varied and the effect of variations of these parameters were analyzed for each experiment. The historical temperatures were recorded by a data acquisition instrument named Paperless Recorder - PHL and subsequently plotted for analysis. Temperatures varying in the range of 800°C - 1290°C, were obtained and these values are sufficient to initiate the process of sintering of the pellets. Data generated by the combustion reactor were recorded by "Paperless Recorder" and compared with numerical results computational.

O presente trabalho objetivou a determinação e análise comparativa das propriedades físicas da madeira e do respectivo carvão vegetal, ao longo da direção radial e longitudinal do lenho de árvores de dez clones de alta produtividade de Eucalyptus e Corymbia. Para tanto, discos de diferentes alturas do tronco foram coletados de árvores das espécies, no município de Capelinha-MG, obtendo-se amostras para a determinação da densidade básica, contração linear e volumétrica, coeficiente de anisotropia e umidade inicial. Na sequência, os corpos de prova foram carbonizados, visando a determinação da densidade aparente, degradação linear e volumétrica, rendimento gravimétrico e resistência mecânica à compressão. Na avaliação do experimento, utilizou-se a análise de variância, segundo delineamento inteiramente casualizado e as análises de componentes principais (ACP), dissimilaridade e multivariada (correlação canônica) na avaliação comparativa entre as propriedades físicas da madeira e do carvão. Como resultados, verificou-se uma alta heterogeneidade entre as espécies estudadas, as quais dividiram-se em 4 grupos distintos, sendo que as contrações lineares e volumétricas mostraram-se independentes da densidade e com correlações significativas entre si. Após a carbonização, o agrupamento se fez diferente ao ocorrente para madeira, sendo que a densidade aparente apresentou alta correlação para as variáveis estudadas do carvão, a exceção da degradação linear longitudinal. A relação canônica apontou relações significativas positivas com a densidade aparente do carvão e também para o módulo de elasticidade, resistência à compressão, rendimento gravimétrico, degradação linear radial axial e tangencial. As contrações lineares e volumétricas da madeira pouco contribuíram para as propriedades do carvão. Os clones pertencentes ao gênero Corymbia mostraram-se mais promissores à produção de carvão. / This study aimed to make a comparative analysis and to determine the physical properties of wood and its charcoal along the radial and longitudinal directions of the wood of ten clones of Eucalyptus and Corymbia, of high productivity. Therefore, disks of different heights of the trunk were collected from tree species in the town of Capelinha, State of Minas Gerais - Brazil, obtaining test samples according to specific standard for determining the density, linear shrinkage and volumetric coefficient of anisotropy and initial moisture. Following, the samples were charred, aimed at determining the bulk density, volumetric and linear degradation, gravimetric yield and mechanical strength. For the evaluation of the experiment a variance analysis in a completely randomized statistical design and the principal component analysis (PCA) on comparative evaluation of the physical properties of wood was used. Multivariate dissimilarity (canonical relations) in the comparative evaluation of the physical properties of wood and charcoal was used as well. As a result, there was a high heterogeneity between the studied species, which were divided into four different groups, and also the linear and volumetric contractions were shown to be independent of density and with significant correlations with each other. After carbonization the group was different from occurring wood, where the apparent density was highly correlated to the charcoal variables, except the longitudinal linear degradation. The canonical relationship pointed to positive relationships with the bulk density of the charcoal and also the elasticity modulus, compression resistance, gravimetric yield, axial, radial and tangential linear degradation. The volumetric and linear shrinkage of wood did not significantly contribute to the properties of the charcoal. The hybrids of the genus Corymbia were more promising for charcoal production.

As cinzas resultantes da queima de carvão por usinas termelétricas tem sido uma fonte de contaminação constante devido a seu descarte sobre o solo de forma inadequada. Os elementos tóxicos presentes na cinza de carvão quando lixiviados da cinza para o solo podem ficar biodisponíveis e serem absorvidos por plantas, consumidos por animais ou ainda transportados para diversas matrizes ambientais, tais como, águas subterrâneas e águas superficiais. Ensaio de germinação e desenvolvimento das radículas de Lactuca sativa e ensaio de toxicidade aguda com Daphnia similis foram realizados para avaliar a toxicidade dos percolados de colunas de cinza de carvão e de solo com cinza de carvão. De acordo com os valores obtidos por meio dos ensaios de germinação e desenvolvimento das radículas de L. sativa foram observados efeitos tóxicos à germinação das sementes de L. sativa nos percolados da coluna de cinza de carvão. Os valores médios de CI50(120h) destes percolados variaram de 27,6 a 90,6% e os valores do índice de germinação (IG) variaram de 6,7 a 40,8. Nos ensaios de toxicidade aguda com os organismos teste D. similis também foram observados efeitos tóxicos à mobilidade e/ou sobrevivência dos organismos expostos aos percolados da coluna de cinza de carvão. Os valores obtidos para CE50(48h) nestes percolados variaram de 25,6 a 84,1%. Os percolados das colunas de solo com cinza de carvão não apresentaram toxicidade tanto à L. sativa como à D. similis. Os resultados obtidos por meio destes ensaios ecotoxicológicos para os percolados das colunas de cinza de carvão e de solo com cinza de carvão indicam que o solo das colunas retiveram as substâncias tóxicas lixiviadas da cinza de carvão, ou seja, os solos utilizados nestas colunas atuaram como filtros. / The coal fly ash of power plants has been a constant source of contamination due to the improperly disposed on the soil. The toxic elements leached from coal fly ash when in contact with soil could become bioavailable and be absorbed by plants, consumed by animals or transported to different environmental matrices, such as groundwater and surface water. Seed germination and root elongation tests with Lactuca sativa and acute toxicity tests with Daphnia similis were done to evaluate the toxicity of the leachate from coal fly ash and soil with coal fly ash columns. According to the values obtained for the seed germination and root elongation tests were observed toxic effects to seed germination of L. sativa for the leachates from coal fly ash column. The mean values of IC50(120h) for these leachates ranged from 27.6 to 90.6% and the germination index values (IG) ranged from 6.7 to 40.8. In the acute toxicity tests with test organisms D. similis were also observed toxic effects to mobility and/or survival of organisms exposed to leachates of the coal fly ash column. The values obtained for EC50(48h) for these leachates range from 25.6 to 84.1%. The leachates of soil with coal fly ash columns not presented toxicity to both test organisms, L. sativa and D. similis. The data obtained by these ecotoxicological tests to the leachates of soil coal fly ash and soil with coal fly ash columns indicate that the soil of the columns have retained the toxic substances leached from the coal fly ash, thus the soils used in these columns have acted as filters.

A antracologia, como ciência, tem como objetivo a análise da estrutura anatômica dos carvões vegetais arqueológicos e modernos direcionada para a paleoecologia, paleoetnobotânica, identificação das espécies, etc. No Brasil, a identificação de espécies florestais através da análise dos carvões vegetais atuais reveste-se de importante caráter conservacionista, por ser o maior produtor mundial de carvão vegetal, com grande parte produzida pela extração ilegal de madeira de florestas nativas. Com esse objetivo, no presente trabalho, foi avaliada a estrutura anatômica microscópica, a densidade e a contração do lenho e do carvão de 75 espécies da floresta Amazônica, estado do Pará. Os resultados evidenciaram para o parâmetro (i) anatômico, deformação de diferentes níveis dos elementos de vasos (e pontoações), das células do parênquima axial e radial e das fibras entre as espécies, (ii) físico, significativa variação da densidade da madeira e do carvão entre as espécies; as de madeira de maior densidade aparente apresentam carvão de maior densidade; (iii) contração, resultando na alteração da morfologia dos elementos anatômicos da madeira, com variações entre espécies. Além disto, os resultados permitiram (i) avaliar o efeito melhor do processo de carbonização nos parâmetros anatômicos e físicos da madeira, (ii) demonstrar a aplicação da antracologia como ferramenta na identificação de espécies tropicais e seu potencial no controle ambiental e na fiscalização, além de possibilitar a (iv) criação de uma coleção antracológica de referência, iniciando-se com 75 espécies de madeira e de carvão tropical. / The anthracology, as science, aims to analyze the anatomical structure of archaeological and modern vegetal charcoal applied for paleoecology, paleoetnobotanical, species identification, etc. In Brazil, the identification of forest species through analysis of vegetal charcoal is important to the nature conservation, considered that the country is the largest producer of charcoal produced, in part, by the illegal logging of native forests. With this objective, in the present study was evaluated the anatomical microcopical structure, density and contraction of wood and charcoal of 75 species of the Amazon forest, from Pará state. The results showed an (i) diferent levels of anatomical deformation of vessels (and pits), axial and radial parenchyma and fibers with variation between species, (ii) significant change of the wood and charcoal density between the tree species; the higher wood apparent density resulted in higher charcoal density, (iii) the retratibility resulted in alteration of the wood anatomical elements, with variations between species. Moreover, the results allowed (i) to evaluate the effect of the carbonization process in the wood anatomy and physical parameters, (ii) to demonstrate the application of anthracology as a tool for tropical species identification and its potential to environmental control and monitoring, in addition to enabling the (iv) creation of a anthracological collection, starting with 75 species of tropical wood and charcoal.

As Terras Pretas de Índio (TPI), também conhecida por Amazonian Dark Earth, apresentam horizonte A antrópico, elevado pH, nutrientes importantes para o crescimento das plantas, elevado teor de carvão pirogênico e intensa atividade biológica quando comparadas aos seus solos de origem. A comunidade microbiana do solo é essencial para o funcionamento dos ecossistemas, sendo fundamentais em processos de decomposição da matéria orgânica, na disponibilização de nutrientes para as plantas e na ciclagem de nutrientes. Este estudo teve como objetivo acessar as estruturas e composição das comunidades de Bacteria e Archaea em fragmentos de carvão pirogênico (provenientes de TPI), TPI e solo adjacente (ADJ) utilizando as técnicas moleculares. Os solos foram coletados em quatro sítios arqueológicos (Balbina, Barro Branco, Costa do Açutuba e Hatahara), localizados na Amazônia Central. Em geral, as TPIs apresentaram elevados valores de pH, P e Ca corroborando com resultados anteriores em TPIs. As amostras de TPI dos sítios Balbina, Barro Branco e Hatahara apresentaram maior número de cópias do gene 16S rRNA de Bacteria quando comparadas com as amostras de solo ADJ. Os resultados obtidos pelas técnicas de fingerprinting (Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism - T-RFLP e Denaturing Gradient Gel Electrophoresis - DGGE) utilizando o gene 16S rRNA de Bacteria e Archaea revelaram que as estruturas das comunidades bacterianas em fragmentos de carvão apresentaram diferenças significativas quando comparados com os solos ADJ. A partir da técnica de pirosequenciamento, os filos Proteobacteria, Actinobacteria e Crenarchaeota apresentaram predominância nos fragmentos de carvão. Observou-se também que em fragmentos de carvão, os microorganismos encontrados podem estar diretamente relacionados aos ciclos do N e C. Além disso, a presença desses micro-organismos em fragmentos de carvão pode favorecer a microbiota do solo e, consequentemente, sua qualidade. Neste sentido, o carvão pode também servir como elemento de recuperação em ambientes degradados, agindo como condicionador do solo sendo esta uma alternativa promissora no manejo de solos agrícolas. / Amazonian Dark Earth (ADE), also known as Terra Preta de Índio, present tropical A horizon, high pH, important nutrients for plant growth, high pyrogenic charcoal levels and intense biological activity when compared to its soil of origin. Soil microbial community is essential for ecosystem function, which is involved in fundamental processes such as the decomposition of organic matter, availability of nutrients to plants and the nutrient cycling. The objective of this study was to assess the structure and composition of bacterial and archaeal communities in fragments of pyrogenic charcoal (from ADE), ADE and adjacent soil (ADJ) using molecular techniques. The soils were collected in four archaeological sites (Balbina, Barro Branco, Costa do Açutuba and Hatahara), located in the central Amazon. In general, ADE presented high values of pH, P and Ca agreeing with previous results in ADE. ADE samples in Balbina, Barro Branco and Hatahara sites presented higher bacterial 16S rRNA gene copy number in comparison with ADJ soil samples. The results obtained with the fingerprinting techniques (Terminal Restriction Length Polymorphism, T-RFLP and Denaturing Gradient Gel Electrophoresis, DGGE) using the bacterial and archaeal 16S rRNA genes revealed that bacterial community structure in charcoal fragments differed significantly when compared to the ADJ soils. Using the pyrosequencing technique, the phyla Proteobacteria, Actinobacteria and Crenarchaeota were predominant in charcoal fragments. It was also observed that microorganisms from charcoal fragments may be directly related to the N and C cycles. Furthermore, the presence of these microorganisms in charcoal fragments may favor the soil microbiota and, consequently, its quality. In this context, pyrogenic charcoal can serve as an element to recover degraded areas acting as soil conditioner and a promising alternative to the management of agricultural soils.

Tese de mestrado. Engenharia de Minas e Geo-Ambiente. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2011

Submitted by Claudia Rocha (claudia.rocha@udesc.br) on 2017-12-06T15:51:14Z No. of bitstreams: 1 PGEF15MA054.pdf: 1294038 bytes, checksum: fababdbd931875c25f9cf6033b6c6963 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-06T15:51:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PGEF15MA054.pdf: 1294038 bytes, checksum: fababdbd931875c25f9cf6033b6c6963 (MD5) Previous issue date: 2016-02-10 / The aim of this study was to evaluate the energy potential of biomass of two species of bamboo from briquettes, coal and culms in natura. The species analyzed were: Bambusa vulgaris and Phyllostachys bambusoides with three years old. selected were 5.0 individuals of each species and collected portions of 1.0 m to 1.5 m long at the base, middle and top of the stems. The Bambusa vulgaris was collected at the Experimental Farm Ressacada the Federal University of Santa Catarina, Florianópolis, SC. The Phyllostachys bambusoides was collected in Fomio Honda property in Frei Rogério - SC. In culms in natura we were determined moisture content properties (TU); Basic density (DB); particle size (L); power higher calorific (PCS); immediate analysis (AI) and chemical composition (AQ). The bamboo was carbonized in the laboratory, and coal was analyzed for gravimetric yield (RG); moisture content (TU), bulk density (DA); power higher calorific (PCS) and immediate analysis (AI). The briquettes were made in hydraulic briquetter laboratory and analyzed properties were apparent density (AD) and compressive strength (RC). With the results we calculated the energy density (DE) for each product type and compared the best way to use species for the generation of energy. The culms of Bambusa vulgaris and Phyllostachys bambusoides had TU 39% and 36 %; DB 0.624 and 0.719 g / cm3 ; volatile content (TV ) of of 82.25% and 81.88%; fixed carbon (FC) 15.26% and 17.28%; ash content (CT) 2.49% 0 and 90%; and PCS 4571 and 4694 kcal / kg, respectively. The extractives content was 16.26% and 16.24% and the lignin content of 25.76% and 25.54, respectively. Charcoal had RG 36.40% and 33.35%; DA 0.372 and 0.367 g / cm³; TV 27.55% and 27.26%; CF of 67.32% and 31.09%; CT 5.12% and 1.65%, and PCS 7431 and 7587 kcal / kg, respectively. The briquettes were DA 1111 and 1170 kg / m³, and RC 4,961 and 4,677 MPa respectively. DE The culms was 11.91 and 14.14 MJ / m³. For coal of 11.60 and 11.66 MJ / m³, and the briquettes 21.31 and 22.99 MJ / m³, respectively. Bamboo species have similar quality for power generation. The species Phyllostachys bambusoides proved better than Bambusa vulgaris species in use in natura. Increased energy efficiency bamboo use was in the form of briquettes, followed by the use in nature, and later in the form of charcoal / O objetivo deste estudo foi avaliar o potencial energético da biomassa de duas espécies de bambu a partir de briquetes, carvão e colmos in natura. As espécies analisadas foram: Bambusa vulgaris e Phyllostachys bambusoides, com três anos de idade. Foram selecionados 5,0 indivíduos de cada espécie e coletadas porções de 1,0 m a 1,5 m de comprimento na base, no meio e no topo dos colmos. O Bambusa vulgaris foi coletado na Fazenda Experimental Ressacada da Universidade Federal de Santa Catarina, em Florianópolis, SC. O Phyllostachys bambusoides foi coletado na propriedade de Fomio Honda, em Frei Rogério – SC. Nos colmos in natura foram determinadas as propriedades de teor de umidade (TU); densidade básica (DB); granulometria (G); poder calorífico superior (PCS); análise imediata (AI) e composição química (AQ). O bambu foi carbonizado em laboratório, e o carvão foi analisado quanto ao rendimento gravimétrico (RG); teor de umidade (TU), densidade aparente (DA); poder calorífico superior (PCS) e análise imediata (AI). Os briquetes foram confeccionados em briquetadeira hidráulica de laboratório, e as propriedades analisadas foram: densidade aparente (DA) e resistência à compressão (RC). Com os resultados obtidos foi calculada a densidade energética (DE) para cada tipo de produto e comparada a melhor forma de utilização das espécies para a geração de energia. Os colmos de Bambusa vulgaris e Phyllostachys bambusoides tiveram TU de 39%, e 36%; DB de 0,624, e 0,719 g/cm3; teor de voláteis (TV) de 82,25%, e 81,88%; teor de carbono fixo (CF) de 15,26% e 17,28%; teor de cinzas (TC) de 2,49% e 0 90%; e PCS de 4571 e 4694 kcal/kg, respectivamente. O teor de extrativos totais foi de 16,26% e 16,24% e o teor de lignina de 25,76% e 25.54, respectivamente. O carvão vegetal teve RG de 36,40% e 33,35%; DA de 0,372 e 0,367 g/cm³; TV de 27,55% e 27,26%; CF de 67,32% e 31,09%; TC de 5,12% e 1,65% e PCS de 7431 e 7587 kcal/Kg, respectivamente. Os briquetes tiveram DA de 1111 e 1170 kg/m³, e RC 4,961 e 4,677 Mpa, respectivamente. A DE do colmos foi de 11,91 e 14,14 MJ/m³; para o carvão de 11,60 e 11,66 MJ/m³, e para os briquetes de 21,31 e 22,99 MJ/m³, respectivamente. As espécies de bambu possuem qualidade similar para geração de energia. A espécie Phyllostachys bambusoides mostrou-se melhor que a espécie Bambusa vulgaris no uso in natura. A maior eficiência energética do uso do bambu foi na forma de briquete, seguido do uso in natura, e posteriormente na forma de carvão vegetal

O presente estudo tem por objetivo avaliar a eficiência da remoção de corantes têxteis por meio do processo de adsorção em batelada e em coluna de leito fixo, utilizando caroço de cacau e caroço de pêssego para a produção de carvão ativado. Isotermas de adsorção foram obtidas em seis (6) diferentes temperaturas (na faixa de 25 a 50ºC). A concentração inicial de corante variou entre 300 e 1500 mg.L-1 para o corante Violeta Reativo 5 (RV-5) e 500 e 1700 mg.L-1 para o corante Vermelho de Prociona MX-5B (PR-5B). No estudo cinético, o tempo de retirada de amostras foi variado entre 5 e 480 min e foram analisadas duas diferentes concentrações iniciais, 400 mg.L-1 e 1000 mg.L-1 para RV-5 e 400 mg.L-1 e 600 mg.L-1 para o PR-5B. Para avaliar a capacidade de remoção de corantes pelos adsorventes produzidos, foram simulados dois efluentes contaminados por corantes usualmente empregados no tingimento de tecidos. Os resultados obtidos indicaram que o processo segue o modelo de Liu para os dois corantes em todas as temperaturas analisadas, apresentando capacidade máxima de remoção do RV-5 de 603,3 mg.g-1 para o CCA e 517,1 mg.g-1 para o CAC e para o corante PR-5B as capacidades máximas obtidas foram 297,2 mg.g-1 para o CPA e 174 mg.g-1 para o CAC. O modelo cinético de ordem-geral apresentou o melhor ajuste aos dados cinéticos para todas as condições analisadas. Os parâmetros termodinâmicos de adsorção indicam que há uma interação física entre os corantes e os adsorventes analisados, e que a adsorção é exotérmica e espontânea. Para os efluentes têxteis simulados, o CCA se mostrou capaz de reduzir acima de 95% a concentração de contaminantes nos efluentes simulados. Quando o CPA foi utilizado, a remoção de contaminantes foi acima de 88%. Os experimentos em coluna de leito fixo para o PR-5B indicaram que o processo de adsorção é favorecido para menores valores de vazão de alimentação e concentração inicial e maior massa de adsorvente. Os dados obtidos neste estudo mostram que os carvões produzidos apresentam potencial para remoção de corantes da indústria têxtil. / This study purpose evaluate the efficiency of removal of textile dyes by adsorption process in batch and fixed bed column, using cocoa seed and peach stone for carbon production. The adsorption isotherms were constructed in six different temperatures ranging between 25 and 50°C and the initial dye concentration ranged between 300-1500 mg.L-1 for the dye Reactive Violet 5 (RV-5) and 500-1700 mg.L-1 for the dye Procion Red MX-5B (PR-5B). In the kinetic study the time-sampling was varied between 5 and 480 min using two different initial concentrations, 400.0 mg L-1 and 1000 mg.L-1 to RV-5 and 400 mg.L-1 and 600 mg.L-1 to PR-5B. To evaluate the ability of removing the dyes with the prepared adsorbents two contaminated effluents were simulated with dyes used in the dyeing of textiles. The results indicate that the process is better fitted by Liu isotherm model for both dyes in all temperatures used, obtaining a maximum capacity removal for RV-5 of 603.3 mg.g-1 using CCA and 517.1 mg.g-1 for CAC and for the dye PR-5B the maximum adsorption capacities obtained were 297.2 mg.g-1 for the CPA and 174 mg.g-1 for CAC. The general-order kinetic model presented the best fit to the kinetic data for all examined conditions. The adsorption thermodynamic parameters indicate that exist a physical interaction between the dyes and adsorbents analyzed, the adsorption is physical, spontaneous and exothermic. For the simulated textile effluents, CCA has been shown to reduce by 99.4% the concentration of contaminants in the effluent A and 95.6% of the effluent B. When activated peach carbon (CPA) was used, contaminant removal was 94.7% and 88.4% for effluents A and B, respectively. The tests in a fixed bed column for the PR-5B show that the adsorption process is favored for lower flow rate and lower initial concentration and higher mass of adsorbent. The data obtained in this study show that the carbons produced have potential for removal of dyes from textile industry.

A presença de elevada carga nitrogenada em corpos hídricos pode causar sérios impactos ambientais como a eutrofização e a toxicidade do meio. Um dos processos que possibilitam a remoção de nitrogênio de efluentes é a adsorção, na qual o uso de adsorventes alternativos tem sido aplicado para o aproveitamento de resíduos e redução dos custos no processo. Dentro deste contexto, o processo de extração e beneficiamento do carvão fóssil na Região Sul do Brasil produz um rejeito (RB) com características que possibilitam sua aplicação na síntese de zeólitas, as quais podem ser utilizadas como adsorventes. Assim, o objetivo da presente tese foi avaliar a remoção do íon amônio de soluções aquosas por adsorção utilizando-se zeólitas naturais e sintetizadas a partir do rejeito RB. Em um primeiro momento, experimentos de adsorção foram conduzidos utilizando-se zeólita Na-clinoptilolita para conhecimento dos parâmetros termodinâmicos e da capacidade de regeneração do material. Posteriormente, a síntese de zeólitas utilizando rejeito RB foi realizada variando-se a fonte de alumínio, o emprego da agitação do meio durante a síntese e temperatura de calcinação do rejeito. A caracterização dos materiais foi feita através das técnicas de Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura acoplada a Espectroscopia por Dispersão em Energia (MEV-EDS), Potencial Zeta (PZ), Fluorescência de Raios X (FRX), Porosimetria de Nitrogênio (BET), Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) e Capacidade de Troca Catiônica (CTC). Por fim, experimentos de adsorção de amônio foram feitos para o material que apresentou o maior conteúdo de íons sódio em sua composição. Quanto aos estudos com a Na-clinoptilolita, o estudo termodinâmico demostrou que a constante de equilíbrio (K0) da adsorção da zeólita estimada por diferentes métodos pode apresentar variação de até 105 de um método para outro. O estudo em questão também revelou que o método de Gaines e Thomas é o mais adequado para a estimativa dos parâmetros termodinâmicos. Nos testes de regeneração da zeólita utilizando-se solução NaCl de 0,5 a 3,0 M foram obtidos valores acima de 76% de regeneração para toda faixa de concentração avaliada, sem o reuso da solução de NaCl. Os testes feitos com o reuso da solução salina na etapa da dessorção permitiram concluir que é possível tratar até 160 mL de efluente utilizando-se somente 20 mL de solução NaCl 1,0 M, mantendo-se uma capacidade de adsorção equivalente a 80% da capacidade original da zeólita. Através da aplicação de diferentes condições de síntese utilizando o rejeito RB, foram obtidos sete diferentes materiais. O material que apresentou maior conteúdo de Na+ em sua composição foi obtido utilizando-se: pré-tratamento do rejeito com calcinação a 800 °C, síntese sem agitação do meio reacional e sem adição de fonte de alumínio. As análises do material indicaram formação de zeólitas dos tipos SOD e LTA. Quanto à adsorção de íons amônio, o mesmo apresentou capacidade de adsorção (qe) equivalente a 6,8 mg·g-1 (a 25ºC), que corresponde a 34 % do valor obtido para a Na-clinoptilolita, indicando que a síntese ainda necessita de melhoramentos para tornar o material mais competitivo frente à zeólita natural comercializada. / The presence of high nitrogen loading in water bodies can cause serious environmental impacts, such as eutrophication and toxicity of the medium. One of the process that enables nitrogen removal from effluents is adsorption, in which the use of alternative adsorbents have been applied in order to reuse wastes from other production processes and for lowering costs. Within this context, the coal mining and beneficiation in southern Brazil generates a waste with features that allow its application in zeolite synthesis. Thus, the objective of this thesis was to evaluate the removal of ammonium from aqueous solutions by adsorption using a natural zeolite and a zeolite synthesized from coal beneficiation tailings. Firstly, adsorption experiments were conducted using the natural zeolite Na-clinoptilolite in order to understand the thermodynamics and regeneration of process. Then, zeolite synthesis experiments using coal beneficiation tailings (RB) were conducted by varying the source of aluminum, stirring during crystallization step, and the calcination temperature applied to RB. The characterization of materials was made through the techniques of X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy coupled to Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS), Zeta Potential (ZP), X-rays Fluorescence (XRF), Porosimetry of Nitrogen (BET), Infrared Spectroscopy Fourier Transform (FTIR) and Cation Exchange Capacity (CEC). Finally, a test of ammonium adsorption was made with the material that had the highest content of Na+ in its composition. Regarding the studies with Na-clinoptilolite, the thermodynamic study showed that the equilibrium constant (K0) to adsorption process estimated through different approaches can present variation of up to 105 from one method to another. This study also revealed that the Gaines and Thomas method was the most adequate to the estimative of thermodynamic parameters. In the Na-clinoptilolite regeneration tests using NaCl solution from 0.5 to 3.0 M were obtained values above 76% regeneration to whole concentration range evaluated, without the reuse of NaCl solution. Tests made with the reuse of saline solution in the desorption step showed that it is possible to treat up to 160 mL of effluent using only 20 mL of NaCl solution, maintaining an adsorption capacity of 80 % of zeolite original capacity. By applying different synthesis conditions using the by-product of coal processing, seven different materials were obtained. The material with the highest content of Na+ was obtained using: calcination at 800°C as a thermal pretreatment applied to the waste, no stirring of the reaction during crystallization step and no additional aluminum source. The analysis of this material indicated formation of zeolites SOD and LTA. This same material was tested for the adsorption of ammonium, resulting in adsorption capacity (qe) of 6.8 m2·g-1, under the same conditions as the test with Na-clinoptilolite (at 25 ºC), which corresponds to 34 % of Na-clinoptilolite capacity, indicating that the synthesis still need some improvement in order to make the synthetic material competitive faced with the natural one.

Um novo laboratório experimental desenvolvido para investigar a combustão de carvão em atmosferas de oxicombustão é descrito em detalhes na tese. Um reator ciclônico é utilizado para a combustão de carvões de baixo rank em condições de escoamento turbulento e com swirl, e operando em temperaturas similares às encontradas em câmaras de combustão industriais. Um sensor potenciométrico de oxigênio, instalado dentro do reator ciclônico, é utilizado para medir o consumo de oxigênio durante a combustão das amostras de carvão. Amostras de carvão com alto teor de cinzas, das minas do Leão e Bonito localizadas no sul do Brasil, e amostras de carvão linhito pré-seco (LTBK), da região da Lusácia, na Alemanha, foram submetidos à combustão em atmosferas de ar e de oxicombustão (O2/CO2/H2O). Os experimentos foram realizados em três temperaturas médias do gás de combustão: 1073, 1173 e 1273 K. Para as amostras do carvão LTBK, a oxicombustão foi composta com duas atmosferas de O2/CO2 sem vapor d’água (21/79 e 30/70) e três atmosferas de O2/CO2/H2O (30/60/10, 30/50/20 e 30/40/30) em base molar, enquanto para as amostras dos carvões Leão e Bonito, a oxicombustão foi composta com duas atmosferas de O2/CO2 (21/79 e 30/70). As amostras de carvão foram peneiradas para uma faixa de tamanho de partículas de 1250 a 2000 μm e 125 a 500 μm, e com massas de 1g e 3g. Em adição aos testes, amostras de char dos carvões Leão e LTBK foram preparadas para investigar o comportamento da combustão de suas matrizes carbonosas com diferentes níveis de matéria volátil. Primeiramente, a investigação da combustão do carvão é feita diretamente a partir das curvas de concentração de oxigênio medidas para a combustão das amostras de carvão LTBK submetidos às atmosferas de ar e oxicombustão com vapor d’água, conforme explicado no Capítulo 2 desta tese. Entretanto, devido ao grande número de experimentos realizados e a necessidade de entender a influência dos fatores, como temperatura e as composições das atmosferas oxidantes, e as interações entre esses fatores na combustão do carvão, a análise pela metodologia do Projeto de Experimentos (DoE) é aplicada nos experimentos, conforme detalhado no Capítulo 3. A reatividade dos carvões de baixo rank é investigada por meio do cálculo dos parâmetros cinéticos globais e dos coeficientes da taxa de reação de combustão do char, considerando a hipótese de um reator bem misturado, a ser verificada ao longo da investigação, conforme descrito no Capítulo 4. A partir da análise das curvas de concentração de oxigênio (Capítulos 2 e 3), os resultados mostram que a atmosfera de oxicombustão com 79% de CO2 (21/79, O2/CO2) aumenta o consumo de oxigênio para os carvões de alto teor de cinzas, Bonito e Leão, e para o carvão linhito com alto teor de voláteis (LTBK), devido à influência da reação de gaseificação do CO2 a partir de temperaturas acima de 1073 K. A partir da análise dos parâmetros cinéticos globais calculados para avaliar a reatividade dos carvões, os resultados mostram que a hipótese do reator bem misturado não é o suficiente para capturar a cinética da combustão do carvão por batelada no interior do reator ciclônico. A reatividade dos carvões investigados, através das constantes efetivas da taxa de reação, variando-se a composição da atmosfera oxidante, temperatura do gás de combustão, tamanho de partículas, massa da amostra e posição do sensor de oxigênio, têm influência do escoamento com swirl e seus termos advectivos e difusivos. / A novel laboratory facility designed to investigate coal oxy-fuel combustion is described in the present work. A cyclone chamber allows for the combustion of low-rank coal under turbulent conditions and swirling flows, covering a temperature range similar to those found on practical furnaces. A potentiometric oxygen sensor with oxide-ion conducting solid electrolytes, as stabilized zirconia, installed within the cyclone reactor, is used to measure the oxygen consumption during the combustion of coal samples. High ash coals samples, from Leão and Bonito mining sites located in South Brazil, and pre-dried lignite coal samples (LTBK), from the Lusatian region, in Germany, were burned under air and oxy-fuel (O2/CO2/H2O) atmospheres. Experiments were carried out at three average gas combustion temperatures: 1073, 1173 and 1273 K. For LTBK coal, oxy-fuel combustion was composed with two O2/CO2 atmospheres (21/79 and 30/70) and three O2/CO2/H2O atmospheres (30/60/10, 30/50/20 and 30/40/30) in molar basis, whereas for Leão and Bonito coals, the oxy-fuel combustion was composed with two O2/CO2 atmospheres (21/79 and 30/70). Coal samples were sieved to a size range of 1250 to 2000 μm and 125 to 500 μm and with 1g and 3g. In addition, char samples from Leão and lignite coals were prepared in order to investigate the combustion behavior of its carbon matrix for different levels of volatile matter. The investigation of coal combustion behavior is made firstly directly on the oxygen concentration curves measured for LTBK coal samples burned under air and oxy-fuel atmospheres with water vapor, as detailed in Chapter 2 of this thesis. However, due to the great number of experiments performed and the need to understand the influence of the factors, as temperature and atmosphere compositions, and the interactions between them on the coal combustion, the Design of Experiments (DoE) analysis is applied in the laboratory test facility, as developed in Chapter 3. The reactivity of low rank coals is assessed by means of global kinetic parameters and of char combustion reaction coefficients, under assumption of a well stirred reactor to be tested along the investigation, as described in Chapter 4. From the analysis of oxygen concentration curves (Chapter 2 and 3), results show that oxidizer oxy-fuel atmosphere with 79% CO2 (21/79, O2/CO2) increases the oxygen consumption for high ash coals, Bonito and Leão, and for pre-dried lignite coal, LTBK, due to the influence of CO2 gasification reaction on their coal combustion reactions from gas combustion temperatures higher than 1073 K. From the analysis of global kinetic parameters calculated to assess the coal reactivity, the results show that the hypothesis of a well stirred reactor is not enough to capture the kinetic involved in coal combustion burned in batch mode within the cyclone reactor. The coal reactivity investigated with the effective reaction rate constants for different oxidizer atmospheres, gas combustion temperatures, particle diameters, sample masses and oxygen sensor position, is influenced by the swirling flow with its advective and diffusive terms.