Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-11-24T03:08:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 335980.pdf: 14630918 bytes, checksum: eaa7323a79f25194e74123646dce07e0 (MD5) Previous issue date: 2015 / O tratamento de energia térmica de gases, realizado por meio de recuperadores de calor em chaminés, fornos ou equipamentos aquecidos, tem se tornado uma alternativa importante na redução do consumo de combustíveis nas indústrias. A modelagem numérica com fluidodinâmica computacional (CFD), realizada através do software COMSOL Multiphysics® que utiliza elementos finitos na discretização do domínio, é utilizada para predizer o perfil de velocidades e temperaturas no misturador. O escoamento compressível no misturador é governado pela equação da continuidade, de Navier Stokes da quantidade de movimento e da equação da conservação da energia. Neste trabalho os escoamentos turbulentos são preditos pelos modelos de turbulência k-e, já o escoamento não isotérmico em meio poroso, através das equações de Brinkman. Desenvolveu-se um protótipo misturador de gases com características modulares e flexíveis, composto por um cilindro com uma injeção de ar quente em uma das extremidades e uma injeção lateral de ar a temperatura ambiente, formando um ângulo de 90º, a saída está disposta no lado oposto. Nos procedimentos experimentais observa-se variação de parâmetros de velocidade de injeção de ar a temperatura ambiente e ar aquecido, de 0,5 = u = 2,5 m/s, em três diferentes temperaturas. Um longo transiente de temperatura com 55 min de duração e sucessivas perturbações na vazão é imposto no estabelecimento da corrente quente. Perturbações laminares do tipo segregado, vórtex e de imersão são percebidas nos modelos laminares. O incremento na velocidades de injeção dos fluidos desenvolvem uma proporcional melhora no contato entre as camadas os fluidos. Regiões isotérmicas estendidas, desenvolvidas por camadas laminares de fluido, são formadas em baixas velocidades de injeção. A reprodução dos dados experimentais pelo modelo tem desvios menores que 10 °C em módulo para velocidades de fluido frio maiores que 1,0 m/s. A qualidade da mistura, avaliada pelo estudo das curvas de isovalores de temperaturas na saída do modelo, mostra-se proporcional ao aumento das velocidades de injeção. A introdução de um meio fibroso, composto por fibra de vidro na câmara de mistura, apresenta-se como alternativa significante para a melhoria da eficiência de mistura e incremento da inercia térmica em regimes de baixas velocidades de injeção. / Abstract : Thermal energy handling performed by heat exchangers on chimneys, kilns or heated machinery have become an important alternative at the reduction of fuel at industries. The numeric modelling with computational fluid dynamics (CFD) performed by the software COMSOL Multiphysics®, which uses finite elements at the domain's discretization, is used to predict the velocities and temperatures' profile at the mixer. The compressible flow at the mixer is governed by the continuity, Navier Stokes' momentum and energy conservation's equations. At this work, turbulent flows are predicted by the turbulence models k-e, unlike the porous media non-isothermal flow, which is predicted by Brinkman's equations. A modular and flexible gas mixer prototype was developed, which is composed by a cylinder with hot air injection on one extremity and a lateral injection of ambient air, forming a 90-degree angle, the exit was put at the opposite side. On the experimental procedures were observed of inlet air velocity at ambient temperature and heated air, from 0.5 = u = 2.5 m/s, at three different temperatures. A long transient of temperature 55 minutes long and successive perturbations at the flow is imposed at the hot air establishment. Laminar disturbances from the segregated, vortex and immersion types are observed in the laminar models. The flows inlet velocities' increasing develop a proportional improvement at the contact between the fluids' layers. Extended isothermal regions developed by fluid's laminar layers are formed at low speed of injection. The experimental data's reproduction by the model has deviations less than10 °C in module for cold air's velocities higher than 1.0 m/s. The mixing quality, evaluated by the isovalue curves' study of temperatures at the model's outlet, shows itself proportional to the injection velocities' rise. The admission of fibrous media, consisting on glass fiber at the mixing chamber, presents itself as significant alternative to the improvement of mixing efficiency and increase of thermal inertia for low speed of injection.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-11-24T03:11:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 336255.pdf: 2667893 bytes, checksum: 2c0a2377daae5bab8b4081c12926c616 (MD5) Previous issue date: 2015 / Compostos orgânicos voláteis (COV), em especial os compostos BTEX, benzeno (B), tolueno (T), etilbenzeno (E) e xilenos (X), pela elevada toxicidade, são nocivos ao ambiente e aos organismos vivos, fazendo com que internacionalmente as normas ambientais se tornem muito rígidas. Consequentemente há uma necessidade urgente para o desenvolvimento de metodologias que sejam capazes de minimizar ou eliminar o efeito nocivo destes compostos. Neste trabalho estudou-se primeiramente o processo de adsorção dos compostos BTEX em xisto retortado, submetidos a diferentes tipos de tratamento com o objetivo de aumentar a capacidade de adsorção do xisto, que foram: tratamento ácido, básico, térmico e tratamento com diferentes surfactantes. O único tratamento que se mostrou eficiente foi o tratamento ácido, utilizando o ácido acético, o qual aumentou a capacidade de adsorção do xisto em aproximadamente 35% em relação ao xisto sem tratamento. Foram realizadas as cinéticas de adsorção determinando-se que o melhor modelo de ajuste dos dados experimentais foi o de pseudo-primeira ordem, apresentando coeficiente de correlação entre 0,90 ? 0,98, para os quatro compostos. Através das isotermas de adsorção obtidas, foi possível conhecer a capacidade máxima de adsorção (qmax) do xisto retortado para cada composto orgânico, que decresce na seguinte ordem T > B > E > X, com valores de 11,482>10,209>8,407>7,685 mg/g, respectivamente. A fim de aumentar o desempenho na remoção dos compostos BTEX do efluente, estudou-se o processo de biodegradação desses compostos individuais e em mistura, para o processo em batelada, utilizando-se biofilmes suportados em partículas de xisto. Os resultados obtidos demonstram que o biofilme é capaz de biodegradar completamente os quatro compostos orgânicos, individualmente e em misturas binárias, ternárias e quaternárias. Na identificação dos micro-organismos presentes no lodo in natura e após a adaptação ao BTEX, através de sequenciamento de DNA, observou-se uma mudança nos gêneros presentes nas amostras in natura, apresentando maior quantidade do gênero Clostridium e Pseudonomas, enquanto que nos micro-organismos adaptados o gênero em maior abundância foi o Comamonas. Dentro desse gênero, a espécie encontrada em maior abundância foi a Comamonas testosteroni. No presente trabalho é utilizado um modelo de uma única equação para descrever o perfil de concentração dos compostos BTEX ao longo de um biorreator com biofilme em leito fixo. A equação utilizada no modelo é discretizada utilizando o método de volumes finitos. O estudo utiliza um modelo computacional desenvolvido em linguagem MATLAB para a simulação de diferentes parâmetros do processo a fim de prever a remoção dos compostos BTEX. Os parâmetros estudados foram: concentração de alimentação dos compostos, vazão de alimentação e área do biorreator. Os resultados das simulações mostraram que todos os parâmetros avaliados influenciam a biodegradação dos compostos BTEX, e que o modelo matemático e a metodologia numérica podem ser usados como uma ferramenta para prever o comportamento dinâmico e estacionário do processo de biodegradação em colunas de leito fixo.<br> / Abstract : Volatile organic compounds (VOCs), especially benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes (BTEX), have high toxicity and are environmentally harmful and to living organisms, causing international environmental laws very rigid. Consequently, there is an urgent need for the development of methodologies that are able to minimize or eliminate the harmful effects. In this work, the process of adsorption of BTEX was studied, undergoing different types of treatment in order to increase the adsorption capacity of the adsorbent, which were acid treatment, basic treatment, and thermal treatment with different surfactants. The unique treatment that has proved to be efficient was the acid treatment using acetic acid, which increased the adsorption capacity by approximately 35 % compared to untreated adsorbent. Adsorption kinetics were performed and the best fit model of experimental data is the pseudo-first order model, with correlation coefficient of 0.90 to 0.98 for the four compounds. Using the adsorption isotherms, it was possible to know the maximum adsorption capacity (qmax) for each organic compound that decreases in the order T> B> E> X, with values of 11,482> 10,209> 8,407 > 7,685 mg/g, respectively. In order to increase the performance of the removal of effluent BTEX compounds, we studied the process of biodegradation of these compounds, individually and in binary, ternary or quaternary mixtures to the batch process, using the biofilms supported in shale particles. The results demonstrated that the biofilm is able to completely biodegrade the four organic compounds, individually and in binary, ternary or quaternary mixtures. The identification of microorganisms in the sludge in natura and after adaptation to BTEX, through DNA sequencing, there was a change in genres present in fresh samples, showing Clostridium and Pseudomonas, while in microorganisms adapted the gender in greater abundance was the Comamonas. In this gender, the kind found in most an abundance was Comamonas testosteroni. In this work, we used a model of a single equation to describe the concentration profile of the BTEX compounds over a bioreactor with biofilm fixed bed. The equation used in the model is discretized using the finite volume method. The study uses a computer model developed for the MATLAB simulation of different process parameters to provide the efficiency of removal of BTEX compounds. The parameters studied were the feed concentration of the compounds, the feed flow and the bioreactor area. The simulation results showed that all parameters influenced the biodegradation of BTEX compounds, and the mathematical model and the numerical method can be used as a tool to predict the dynamic and stationary behavior of the biodegradation process.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-23T04:00:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337592.pdf: 1776703 bytes, checksum: a5e7e90634b36d6be4cac6cdf7bda57b (MD5) Previous issue date: 2015 / Com a difusão da aplicação das nanotecnologias, a liberação de nanomateriais (NMs) para o meio ambiente é inevitável, podendo afetar negativamente os processos de tratamento de águas residuais. Dentre os NMs, as nanopartículas de óxido de ferro (IONPs) vêm atraindo grande interesse comercial, pois apresentam propriedades superparamagnéticas, alta capacidade catalítica e atividade antimicrobiana. Contudo, poucos estudos têm avaliado o potencial efeito no tratamento biológico de efluentes. Esse trabalho buscou investigar o efeito de duas IONPs, nomeadamente, hematita (Fe2O3NP) e magnetita (Fe3O4NP), sobre a atividade de uma comunidade de bactérias oxidadoras de amônia (BOAs). Essas bactérias são conhecidas pela alta sensibilidade à presença de compostos tóxicos. Para isso, as IONPs foram inicialmente caracterizadas quanto a composição química, estrutura cristalográfica e tamanho através de análises de difração de raio-X (DRX) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Para avaliar o efeito das NPs sobre a comunidade de BOAs, as bactérias foram expostas por um período de 14 horas a diferentes concentrações (0,2 a 1,0 g. L-1) de Fe2O3NP (20-30 nm) e Fe3O4NP (30-40 nm), respectivamente. Os resultados mostram que a atividade das BOAs é dependente da concentração de NP. Expressiva redução na velocidade formação de nitrito foi observada para ambas NPs estudadas. Na presença de 0,2 a 1,0 g Fe2O3 NP. L-1 a redução na velocidade formação de nitrito foi de 24,74% para 61,33%, comparado com o controle. Enquanto que para as mesmas concentrações de Fe3O4, a redução na velocidade formação de nitrito foi de 28,74% para 70,94%, respectivamente. O coeficiente de inibição, no qual a concentração de um composto que reduz atividade de um microrganismo em 50% (KI50) calculado foi equivalente a 0,579 g.L-1, para a Fe2O3 NP . A Fe3O4NP apresentou um valor de KI50 20% superior, sendo equivalente a 0,483 g.L-1. A formação de agregados das IONPs com a biomassa microbiana (lodo) foi observada através de imagens obtidas por MEV. Esse dado é relevante, pois, estando incorporadas no lodo, as nanopartículas passam para o meio ambiente, em função dos métodos de disposição final de lodo, tal como reuso na fertilização de solos.<br> / Abstract : With the nanotechnology dissemination, the nanomaterials (NMs) release into the environment is inevitable and may adversely affect the wastewater treatment processes. Among the NMs, the iron oxide nanoparticles (IONPs) have a considerable commercial potential, mainly because their superparamagnetic properties, high catalytic ability and antimicrobial activity. However, few studies have examined their potential effect on the biological wastewater treatment. This study investigated the effect of two IONPs, in particular, hematite (Fe2O3NP) and magnetite (Fe3O4NP), on the activity of an ammonium-oxidizing bacteria (AOBs) community, known for its high sensitivity to the presence of toxic compounds. Initially, the NPs were characterized in terms of chemical composition, crystallographic structure and size through analysis of X-ray diffraction (XRD) and electron microscopy transmission (TEM). To assess the effect of NPs on the AOB community, the bacteria were exposed in a short-term period (14 hours) to different amounts (0.2 to 1.0 g L-1) of Fe2O3NP (20-30 nm) and Fe3O4NP (30-40 nm), respectively. The results showed that AOB activity was dependent of the NP concentration. Significant reduction in the nitrite production rate was observed for both NPs studied. In the presence of 0.2 to 1.0 gFe2O3 NP.L-1 the reduction of the nitrite production rate was 24.74% to 61.33% compared with the control. Whereas in the presence of 0.2 to 1.0 gFe3O4NP.L-1, the reduction in the nitrite production rate was 28.74% to 70.94% compared with the control. Fe2O3NP showed lower toxicity than Fe3O4NP. While The concentration that reduces 50% of NO2-N production rate (IK50) was 0.579 g.L-1 to Fe2O3 NP; Fe3O4NP showed a IK50 value 20% higher (0.483 g.L-1). SEM images showed that NPs remained incorporated in the biomass (sludge). Regarding this, it is possible to say that NPs can reach the environment through to the methods of sludge disposal, mainly in cases of the reuse as soil fertilizer.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-23T04:06:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337589.pdf: 4209720 bytes, checksum: 5681cb5a81dbba7a5164f18f2624abdf (MD5) Previous issue date: 2015 / Na indústria têxtil a secagem é um dos processos mais importantes. Este processo demanda grandes investimentos e um consumo elevado de energia, resultando em custos altos para as empresas deste setor. Os secadores Rama são equipamentos térmicos utilizados na secagem de tecidos em processo contínuo, tendo também a função de termofixação de acabamentos ao produto final. A modelagem e a simulação da secagem neste tipo de secador podem auxiliar na definição das condições adequadas de operação, resultando no aumento da eficiência do processo e na diminuição do consumo de energia.O presente trabalho apresenta a modelagem do processo de secagem num secador Rama através do desenvolvimento de simulações que acoplaram os fenômenos de escoamento, transferência de calor e transferência de massa. Para a modelagem computacional do problema, foi construída uma geometria 3D baseada em medidas tomadas de um injetor de um secador Rama. Foi utilizado o modelo de turbulência k-e padrão na solução do escoamento turbulento com transferência de calor e os modelos de transferência de calor e de massa em meio poroso. As equações dos modelos são resolvidas numericamente pelo método de elementos finitos. Para cumprir os objetivos propostos foram feitos três estudos de caso, no primeiro estudo de caso se avaliou o processo de secagem sob condições de operação reais de um secador Rama; no segundo e terceiro estudo de caso foram alteradas a velocidade de entrada do ar nos injetores e a velocidade de translação do tecido no interior da Rama, respetivamente. O modelo de turbulência k-e padrão mostrou-se como um modelo capaz de reproduzir o comportamento do ar nos injetores. Os resultados mostram que as maiores velocidades ocorrem nos extremos do injetor; isto produz altos coeficiente de calor e massa e como consequência a velocidade de secagem nestas zonas do tecido são maiores. Os perfis de umidade e de temperatura no tecido foram obtidos para cada um dos campos da Rama e constatou-se que os modelos representaram o processo real satisfatoriamente. A velocidade de entrada do ar, bem como a velocidade de deslocamento do tecido demostraram ter grande influência sobre a transferência de calor e massa no processo de secagem, portanto, como são dois parâmetros operacionais, devem ser considerados para a otimização da eficiência dos secadores Rama.<br> / Abstract : In textiles industry drying is one of the most important processes. This process requires large investments and high energy consumption, resulting in high costs for companies in this sector. The stenter thermal dryers are devices used in fabric drying in a continuous process, while also having the function of heat setting finishing the final product. The modeling and simulation of drying this type of dryer can assist in defining adequate operating conditions, resulting in increased process efficiency and reducing energy consumption.This paper presents the modeling of the drying process in a dryer stenter through the development of simulations that engaged the flow phenomena, heat transfer and mass transfer. For the computational modeling of the problem, we constructed a 3D geometry based on measures of a gun of a Rama dryer. We used the turbulence model k-e standard in solution of the turbulent flow with heat transfer and heat transfer models and mass porous medium. The equations of the models are solved numerically by the finite element method. To meet the proposed objectives were made three case studies, in the first case study evaluated the drying process under real operating conditions of a stenter dryer; the second and third case study were changed air intake velocity in the nozzles and the translation speed of the fabric inside the stenter, respectively. The turbulence model k-e standard proved to be a model able to reproduce the behavior in air nozzles. The results show that higher velocities occur in the nozzles ends; this produces high heat and mass coefficient and consequently the rate of drying of the fabric in these areas are larger. Moisture and temperature profiles in the fabric were obtained for each of the fields and the stenter was found that the models representing the actual process satisfactorily. The air inlet velocity and the moving velocity of the fabric demonstrated a great influence on the heat and mass transfer in the drying process therefore they are two operating parameters must be considered to optimize the efficiency of dryers the stenter.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-23T04:07:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337588.pdf: 1244161 bytes, checksum: 7371a92f16794f7a052d9569ba9385f6 (MD5) Previous issue date: 2015 / No Brasil existem 38 mil postos de abastecimento de combustíveis e a vida útil dos tanques de armazenamento desses combustíveis é de 25 anos. Ao longo do tempo, os tanques apresentam desgastes, corrosões, podendo ocorrer vazamentos de combustíveis e, por consequência, contaminações tanto do solo quanto das águas subterrâneas. Os maiores problemas da contaminação do solo e das águas subterrâneas são devidos aos hidrocarbonetos monoaromáticos como o Benzeno, Tolueno, Etilbenzeno e Xilenos, conhecidos como compostos BTEX, sendo os constituintes da gasolina mais solúveis em água. Estes contaminantes químicos apresentam toxicidade crônica, mesmo em baixas concentrações. O objetivo desta pesquisa foi propor uma alternativa para remoção da gasolina de efluentes aquosos por processos adsortivos, utilizando dois tipos de carvões como materiais adsorventes, um proveniente da casca de coco e outro betuminoso, a fim de comparar a melhor eficiência entre eles. Foi utilizado um efluente sintético preparado através de uma dispersão homegênia de água destilada e gasolina em concentração inicial de 150 mg/L, tipicamente encontrado em contaminações de combustíveis. Para caracterização físico-química dos carvões ativados, foram realizados ensaios de teor umidade, material volátil, teor de cinzas, microscopia eletrônica de varredura e área superficial. Realizou-se ensaios cinéticos para avaliação dos parâmetros como pH e temperatura, tempo de contato, estudos isotérmicos de equilíbrio, reutilização do adsorvente e teste de toxicidade aguda, antes e após o tratamento. Os experimentos foram realizados em batelada, com agitação, pH e temperatura controlados. O processo de adsorção resultou numa capacidade de adsorção máxima de 348,85 mg/g de gasolina para o carvão casca de coco e de 274,11 mg/g de gasolina para o carvão betuminoso. O melhor desempenho foi obtido com temperatura de 22 °C e pH 6,00. O modelo de equilíbrio de Langmuir-Freundlich foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais do carvão casca de coco e para os dados experimentais do carvão betuminoso o modelo que os melhor representou foi o de Langmuir. Foi constatada a possibilidade da reutilização dos adsorventes após processo de dessorção. O teste de toxicidade com Daphnia magna indicou que após o tratamento com o carvão casca de coco a toxicidade do efluente aumentou indicando efeito tóxico do adsorvente. Entretanto, a não remoção dos contaminantes pode representar maior prejuízo em longo prazo, considerando o acúmulo dos compostos tóxicos em lençóis hídricos. O processo de adsorção com carvão ativado proveniente da casca de coco mostrou-sepromissor para a remoção de contaminantes provenientes da gasolina, atingindo elevadas capacidade de adsorção.<br> / Abstract : There are 38 thousands of gas stations in Brazil and the lifetime of the gas storage tank is 25 years. Leaks of gas can be happened because of the aging of the gas storage tank showing, overtime, wears and corrosion polluting the soil and groundwater. The main problem of contamination in soil and groundwater is due to monoaromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, ethylbenzene and xylene known as BTEX. They are more soluble in water than other compounds, as well as, showing chronic toxicity to the living beings. The main purpose of this study is providing an alternative of gasoline removal from groundwater using two kinds of activated carbon, one from coconut shell and another bituminous. The study compares these two kinds of carbons showing the best adsorption efficiency between them. The initial solution was prepared with a homogeneous dispersion of gasoline and water resulting a 150 mg/L concentration, which is a typical concentration found in groundwater contamination by gasoline. Laboratory tests were performed to characterized physically and chemically the activated carbons such as humidity, volatile material, levels of ash, scanning electron microscopy and surface area. Kinetics tests were performed to evaluate experimental parameters such as pH, temperature, contact time, isothermal equilibrium, adsorbent reuse and acute toxicity, before and after adsorption treatment. The temperature and pH were controlled during the tests. The adsorption process resulted in a maximum adsorption capacity of 348,85 mg/g for coconut shell carbon and 274,11 mg/g of bituminous carbon for gasoline removal from groundwater. The best performance of adsorption process was achieved with 22 oC and pH 6,00. The Langmuir-Freundlich model adjusted for coconut shell carbon data and for bituminous carbon data was Langmuir model. The both activated carbons can be reused by desorption process, however they lose adsorption capacity every process. The acute toxicity test with Daphnia magna showed that after adsorption process with coconut shell carbon the water toxicity was increased. Despite that, the none treatment of contaminants in groundwater will represent a great harm in the future because of the contaminants accumulation overtime. The adsorption process with coconut shell carbon is promising for gasoline removal in groundwater contaminations achieving high performance.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-23T04:08:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337590.pdf: 1353099 bytes, checksum: daff2fd3decd99db951fff2a753c021f (MD5) Previous issue date: 2015 / O setor têxtil destaca-se no âmbito ambiental por possuir um alto potencial poluidor devido à geração de grandes volumes de efluentes com elevadas cargas de corantes e aditivos químicos necessários no processo. Os tensoativos constituem uma classe importante de compostos químicos amplamente utilizados no processo industrial têxtil. Os de origem microbiológica, designados por biotensoativos, são uma alternativa de prevenção à poluição, sendo utilizados nos processos industriais, com benefícios ao meio ambiente, porém é necessário conhecer a eficiência desses produtos no processo. Devido a isto, o objetivo deste trabalho foi analisar a efetividade do uso de tensoativos naturais e biodegradáveis no processo industrial têxtil, como alternativa à substituição de produtos químicos. O trabalho foi realizado em parceria com uma indústria do setor têxtil situada no Estado de Santa Catarina. Os testes ocorreram na etapa pós-tingimento, com os corantes Azul 221, Vermelho 195, Amarelo 145 e com a tricromia desses. Foram utilizadas duas concentrações de tensoativos, 0,5 e 1 g/L, abrangendo concentração utilizada atualmente dentro do processo da empresa (0,6 - 0,8 g/L). Como parâmetros de avaliação foram realizados os testes de variação da tensão superficial pelo método da gota pendente, compatibilidade das amostras de tensoativos com os corantes, análise da cor dos tecidos, testes de solidez à lavagem, luz e água clorada, fricção a úmido e a seco e umectação por capilaridade. Foram estudados seis tensoativos, dois de origem natural, AQUASOFT AMAZONTEX e COTTOCLARIN RF, dois com propriedades biodegradáveis, ULTRADET LE 6000 e ALKONAT CE 50, um amplamente utilizado no setor industrial, Dodecil sulfato de Sódio (SDS) e outro utilizado no processo da empresa parceira, EM 8007. Os produtos naturais e biodegradáveis apresentaram resultados positivos, sem alterações significativas na cor do tecido e com valores ótimos para os testes de solidez No teste de degradação biológica todas as amostras apresentaram uma boa porcentagem de degradação, demonstrando que estas serão eliminadas no processo de tratamento biológico do efluente final. Neste contexto, é possível constatar que o uso destes tensoativos naturais selecionados, na etapa de lavagem pós-tingimento, assim como os de propriedades biodegradáveis são eficazes na remoção do corante hidrolisado, garantindo os padrões de qualidade podendo ser uma alternativa de mitigar a poluição, trazendo um enfoque sustentável ao processo e agregando valor ao produto.<br> / Abstract : The textile industries have a high polluting potential due to the generation of large volumes of effluents with dyes and chemical additives necessary in the industrial process. Surfactants are an important class of chemical compounds widely used in the textile manufacturing process. The microbiological surfactants, called biosurfactants, are an alternative to reduce de pollution, which can be used in the industrial processes with benefits to the environment, but it is important to know the efficiency of these products in the process. On this way, the aim of this study was to analyze the effectiveness of using natural and biodegradable surfactants in the textile manufacturing process as an alternative to use products with less environmental impact. The work was conducted in partnership with a textile industry situated in Santa Catarina State. The study was performed in the post-dyeing step with Reactive Blue 221, Reactive Red 195, Reactive Yellow 145 and the mixture of these. There were used two concentrations of surfactants, 0.5 and 1.0 g/l, covering the concentration range currently used in the process of the industry (0.6 - 0.8 g/L). The evaluation parameters analyzed were the variation of the surface tension by the pendant drop method, compatibility of the surfactant with the color samples, analysis of the color, washing solidity, chlorinated water solidity, light solidity, wet and dry friction and capillary action. There were studied six surfactants, two of natural origin, AQUASOFT AMAZONTEX and COTTOCLARIN RF, two with biodegradable properties, ULTRADET LE 6000 e ALKONAT CE 50, one widely used in the industrial sector, sodium dodecyl sulfate (SDS), and another that the partner industry uses, EM8007. Natural and biodegradable products expressed positive results in all of the evaluation parameters without significant changes in the color of the fabric product and optimal values for strength of washing, light and chlorinated water, dry and wet friction and wetting tests. In the biological degradation tests, all samples showed a good percentage of degradation concluding that it will be eliminated in the biological treatment of effluents. In this context, it is clear that the use of natural and biodegradable surfactants is efficient into the textile manufacturing process, resulting in a quality material without negative changes. These surfactants can be used as an alternative to reduce pollution and preserving the environment, bringing a sustainable approach to the process, adding value to the product.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-03-15T04:03:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337596.pdf: 2523273 bytes, checksum: 3d55931ce976a1d2c0ac20a2226a6165 (MD5) Previous issue date: 2015 / A crescente busca pela sustentabilidade industrial, motivada tanto por novas legislações ambientais quanto pelo aumento da consciência ambiental por parte dos consumidores finais, tem levado ao desenvolvimento de compostos de alta eficiência, com elevada biodegradabilidade e, principalmente, provenientes de fontes renováveis. Assim, a industrialização globalizada tem redirecionado a atenção para tecnologias emergentes abrindo oportunidades para diversos estudos, particularmente na área dos processos biotecnológicos. Neste contexto, buscou-se apontar alternativas para um dos principais problemas concernentes à indústria petroquímica na atualidade: a remoção ultraprofunda de poluentes como enxofre e nitrogênio dos combustíveis. Os processos de biodesnitrogenação e biodessulfurização foram aplicados ao gasóleo pesado empregando Rhodococcus erythropolis ATCC 4277 como biocatalisador. Os maiores percentuais de remoção do enxofre e do nitrogênio foram de 42,7 e 43,2%, respectivamente, alcançados nos experimentos contendo 40% (v/v) de gasóleo pesado. Uma vez que não se observou a diminuição da tensão superficial do meio de cultivo durante os processos de biodesnitrogenação e biodessulfurização frente a diferentes condições de processo e nutrição, buscou-se encontrar outros resíduos que promovessem a formação de biossurfactantes. O resíduo sólido da extração do azeite de oliva foi o resíduo escolhido, pois dentre os testados foi o que proporcionou uma maior diminuição na tensão superficial do meio de cultivo. Assim, a capacidade da bactéria Bacillus subtilis DSM 3256 de produzir biossurfactante utilizando o resíduo sólido da extração do azeite de oliva como fonte de carbono foi estudada. A bactéria produziu aproximadamente 248,5 mg·L-1 de surfactina após 36 h de fermentação. O biossurfactante produzido se mostrou estável frente a diferentes valores de pH e temperatura, além de apresentar a capacidade de remover óleo de motor de uma fonte arenosa. Embora o resíduo empregado possua grande concentração de compostos fenólicos, o biossurfactante produzido apresentou baixa toxicidade. Os dados obtidos representam uma evolução expressiva em relação à solução dos problemas citados, resultando em um avanço científico para uma futura aplicação industrial de ambos.<br> / Abstract : A crescent demand for industrial sustainability, motivated by new environmental regulations and an increased environmental awareness among consumers, has led to the development of high-efficiency compound, highly biodegradable and, especially, from renewable sources. Therefore, the global industrialization has redirected attention to emerging technologies opening up opportunities for several studies, particularly in the area of biotechnological processes. In this context, we sought alternative solutions to one of the major problem concerning the petrochemical industry currently: the deep ultra removal of pollutants such as sulfur and nitrogen from fuels. Biodenitrogenation and biodesulfurization processes were applied to heavy gas oil using the Rhodococcus erythropolis ATCC 4277 as biocatalyst. The highest percentages of sulfur and nitrogen removal were 42.7 and 43.2%, respectively, achieved in experiments containing 40% (v/v) of heavy gas oil. Since there was no decrease in the surface tension of the culture medium during the biodesnitrogenation and biodesulfurization processes against different process and nutrition conditions it sought to find other residues that promote the formation of biosurfactants. The two-phase olive mill waste was chosen because among those tested it was the one which provided a greater reduction in surface tension of the culture medium. Thus, the ability of Bacillus subtilis DSM 3256 to produce biosurfactants using the two-phase olive mill waste as a carbon source was studied. The bacterium produced approximately 248.5 mg·L-1 of surfactin after 36 hours of fermentation. The biosurfactant partially purified showed a great stability against different pH and temperature values, besides, it was capable to remove motor oil from a contaminated sandy. Although the residue used exhibit a high concentration of phenolic compounds, the biosurfactant produced showed a low toxicity. These results represent a significant improvement to the solution of these problems, resulting in a scientific advancement for a future industrial application of both methodologies.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015 / Made available in DSpace on 2016-04-15T13:12:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337982.pdf: 2096938 bytes, checksum: 6f7155e7c0fbcd225ece5e9f60b6ea39 (MD5) Previous issue date: 2015 / A técnica de polimerização em miniemulsão tem se destacado muito nas últimas décadas diante das inúmeras possibilidades de aplicação da mesma, especialmente em virtude do mecanismo de nucleação das gotas. Mesmo assim, muitos aspectos desta técnica ainda não estão bem escla-recidos. Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um modelo matemático para o estudo da cinética de reação e da distribuição de massa molar em sistemas de polimerização em miniemulsão com iniciadores or-ganossolúveis. O modelo matemático proposto permite a obtenção de dis-tribuições completas de massa molar com cadeias de até 100.000 meros em tempos computacionais próximos de 12 min, abrangendo todo o es-pectro do regime cinético observado nos sistemas de polimerização em miniemulsão. O modelo foi validado a partir de dados experimentais para representar a polimerização dos monômeros metacrilato de metila e esti-reno na presença de pequenas e grandes quantidades de coestabilizadores saturados e/ou insaturados. Na sequência, utilizou-se o modelo para o es-tudo do efeito de variáveis como diâmetro de partícula, temperatura e concentrações de iniciador e coestabilizador na cinética de reação e na massa molar do polímero. As simulações mostraram que o aumento da temperatura e da concentração de iniciador levam ao aumento da veloci-dade de reação e à obtenção de massas molares menores. Porém, para as polimerizações do estireno, o aumento da velocidade de reação mediante o aumento da quantidade de iniciador somente ocorreu a partir do início do efeito gel, devido ao forte efeito da compartimentalização de radicais. A avaliação da influência do tamanho das partículas sobre o regime ciné-tico das polimerizações em miniemulsão para nanoesferas mostrou que tanto a velocidade de reação quanto a massa molar diminuem com o au-mento do diâmetro das partículas, até o diâmetro limite a partir do qual não há mais variação na velocidade de reação e na massa molar com o aumento do diâmetro e a polimerização passa a se comportar como bulk. O modelo matemático foi capaz de mostrar que o diâmetro limite para a massa molar pode ser maior que o obtido para a conversão, indicando que a distribuição da massa molar é mais sensível à compartimentalização de radicais. Para nanocápsulas de poli(metacrilato de metila), o efeito gel inicia logo no começo da reação devido à diminuição no volume livre do meio orgânico, diminuindo o diâmetro limite em relação às nanoesferas; já para as nanocápsulas de poliestireno, o fraco efeito gel e o efeito plas-tificante provocado pelo coestabilizador retardam o início da segregação de fases, aumentando o diâmetro limite. Na polimerização em miniemul-são do metacrilato de metila na presença de ácido oleico, considerou-se aocorrência de reações de adição direta e de transferência de cadeia para moléculas de ácido oleico, resultando em radicais pouco reativos. Os re-sultados mostraram que a presença do ácido graxo insaturado leva à di-minuição da velocidade de reação e da massa molar em relação a sistemas com hexadecano, em decorrência da formação dos radicais pouco reati-vos. Além disso, esta diminuição é intensificada com o aumento da rela-ção ácido oleico/monômero.<br> / Abstract : Miniemulsion polymerization technique has been highlighted over the last decades on the several possibilities of applications, mainly due to the nucleation mechanism of the droplets, which eliminates the requirement for mass transfer between phases. Though many aspects of this technique are still poorly understood. This work presents the development of a mathematical model for the study of reaction kinetics and molar mass dis-tribution in miniemulsion polymerization systems using oil-soluble initi-ators. The proposed mathematical model allows to obtain a complete mo-lar mass distribution with chains size of up to 100,000 mers in computa-tional time near 12 min while covers the entire range of the kinetic regime observed in miniemulsion polymerization systems. The model was vali-dated using experimental data to represent the polymerization of mono-mers methyl methacrylate and styrene in the presence of small and large amounts of saturated and/or unsaturated costabilizers. Then the model was used to study the effects of variables such as particle diameter, tem-perature, initiator and coestabilizer concentrations on kinetics and molar mass. Simulations showed that the increase of temperature and initiator concentration increased reaction rate and decreased molar mass. How-ever, the reaction rate of styrene polymerization only began to increase due to the increasing on initiator amount when gel effect starts, since the strong effect of radicals compartmentalization keeps the average number of radicals per particle the same until this point. Evaluation of particle size effects on the kinetic regime of miniemulsion polymerization to nan-ospheres showed that both the reaction rate and the molar mass decrease with the increasing of particle diameter, up to the limiting diameter from which no more variation in reaction rate and molar mass occurs with the increasing of diameter, then polymerization begins to behave as bulk. The mathematical model was able to show that the limiting diameter for molar mass can be bigger than that obtained for conversion, indicating that the molar mass distribution is more susceptible to radicals compartmentali-zation. For poly(methyl methacrylate) nanocapsules, the gel effect starts at the beginning of reaction due to the decrease in free volume of the or-ganic medium, decreasing the limiting diameter in respect of nano-spheres; on the other hand, for polystyrene nanocapsules, the less pro-nounced gel effect and the plasticizer effect of costabilizer delay the start of phases segregation, hence increasing the limiting diameter. For minie-mulsion polymerization of methyl methacrylate in the presence of oleic acid, it was considered the occurrence of direct addition and chain transferreactions to oleic acid molecules, resulting in less reactive radicals. Re-sults showed that the presence of unsaturated fatty acid leads to a decrease in reaction rate and molar mass compared to systems with hexadecane, due to the formation of the less reactive radicals. Moreover, this drop in-creases with the increasing ratio of oleic acid/monomer.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-04-15T13:17:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337583.pdf: 2603779 bytes, checksum: 012ef0b93ae4e932f69f04af479535a5 (MD5) Previous issue date: 2015 / A atividade de mineração gera impactos ambientais. Na extração de carvão e urânio, um problema potencialmente grave é a geração da drenagem ácida de mina (DAM), que ocorre ao se expor minerais sulfetados à atmosfera e à circulação de água. Tal geração é agravada pela ação de microrganismos do tipo ferroxidantes. Uma possível saída para mitigação da DAM pode estar associada à inativação microbiológica do estéril de mineração por meio do gás ozônio que possui potente ação antimicrobiana, além de ser facilmente produzido. Por outro lado, sua ação oxidante gera oxigênio como subproduto. Assim, sua aplicação deve ser otimizada para não ocorrer oxidação dos minerais expostos. Neste sentido foram desenvolvidos experimentos que levaram à criação de um modelo de previsão de avanço do ozônio em pilhas de estéreis de mineração. Foram propostas duas cinéticas de primeira ordem para descrever o consumo do ozônio à medida que permeia o estéril. A primeira é relativa à autodecomposição do ozônio sendo o coeficiente cinéticoestabelecido em 1,07.10-3s-1 com correlação de 98%. A segunda é inerente às diversas reações entre o ozônio e o estéril. Para isso, ensaios com coluna permitiram determinar os respectivos coeficientes cinéticos de interação entre o ozônio e o estéril de mineração de carvão e urânio chegando-se a um valor da ordem de 10-6 m3.kgestéril-1.s-1. Utilizando a mesma coluna, dados importantes para o transporte do gás como permeabilidade e porosidade do material teste foram obtidos. De posse dos parâmetros adquiridos em escala de bancada, experimentos em pilhas-piloto determinaram o alcance do ozônio no estéril em escala de campo. Simulações numéricas em simetria axial mostraram que ozônio tende a ascender pela região próxima ao local de injeção. Este comportamento sugere a implantação de sondas de injeção igualmente espaçadas com distâncias dependentes das condições de aplicação.<br> / Abstract : Mining activity generates serious environmental impacts. In coal mining, a potentially serious problem is the generation of acid mine drainage (AMD), which occurs when sulfide minerals are exposed to the atmosphere and water. This generation is greatly aggravated by the action of iron-oxidizing microorganisms. A possible solution for mitigating the AMD may be associated with microbial inactivation in sterile solid wastes from mining operations through ozone gas, easily produced and with potent antimicrobial activity. However, its action and self-decomposition in parallel generate oxygen as byproduct. Thus, ozone application must be optimized so as to avoid oxidation of the exposed minerals. Then experiments were developed that led to the creation of an ozone breakthrough prediction model in sterile solid waste. It was proposed two first order kinetics to describe the ozone consumption. The first relates the self-decomposition of ozone with the kinetic coefficient of 1.07x10-3s-1 obtained with agreement of 98%. The second determined the kinetic coefficient of interaction between ozone and the sterile mining solid waste. For this, tests on column determined the respective kinetic coefficients as being the order of 10-6 m3.kgsterile-1.s-1. By using the same column, important data for transport gas as the permeability and porosity of the test material were obtained. With the parameters obtained in bench scale were conducted experiments in pilot stack determining the ozone breakthrough in field scale. Numerical simulation with axial symmetry showed that ozone tends to rise in a region near the injection site. This behavior suggests the implementation of equally spaced injection probes distances dependent on application conditions.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-04-19T04:05:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337587.pdf: 1909336 bytes, checksum: d0d665576c317d2582474610cce5d6a9 (MD5) Previous issue date: 2015 / Abstract : Green chemistry has drawn attention from researchers and even some industries due to concerns about the depletion of fossil oil reserves and aggravation in the global warming and other environmental issues. Polymeric materials from biofeedstocks-derived monomers are a promising environmentally friendly alternative to petrol-derived polymers, especially for high value added applications. In this context, vegetable oils and saccharides are interesting raw materials that can be applied as chemical platforms in the synthesis of novel fully renewable monomers through chemical modification. In addition, thiol-ene polymerization has been shown as a versatile tool to produce polymers from fully renewable a,?-diene monomers bearing, for example ester, ether, or amide functional groups in the backbone chain. However, works portraying the polymerization of renewable monomers through thiol-ene polymerization in dispersed medium are still uncommon. Herein, it is presented the synthesis and characterisation of poly(thioether-ester) nanoparticles via thiol-ene polymerization in miniemulsion using a monomer derived from renewable resources. The synthesis of a renewable a,?-diene diester monomer, dianhydro-D-glucityl diundec-10-enoate (DGU), produced from 10-undecenoic acid (derived from castor oil) and isosorbide (derived from starch) was performed. DGU was copolymerized with 1,4-butanedithiol (Bu(SH)2) through thiol-ene polymerization both in bulk and miniemulsion to yield linear semi-crystalline poly(thioether-ester)s. Different parameters were evaluated such as reaction temperature, initiator concentration, surfactant type and surfactant concentration. Particle size distribution and morphology was observed by DLS and TEM respectively resulting in spherical particles with an intensity average particle diameter around 200 nm. Polymer with higher molecular weight was obtained by miniemulsion polymerization when compared to bulk polymerization. Number average molecular weight of 11 kDa was obtained through miniemulsion polymerization at 80°C for 4h using AIBN at 1 mol% (in relation to Bu(SH)2). Furthermore, DSC and XRD analyses have shown that the synthesized polymer was semi-crystalline with a degree of crystallinity above 20% and Tm around 60°C. Finally, depending on the co-stabilizer type, hexadecane or Crodamol, and amount, phase segregation within polymer particles was observed through DSC.<br> / A química verde tem chamado a atenção de pesquisadores e até mesmo de algumas indústrias devido à preocupação com o esgotamento das reservas fósseis e o agravamento de problemas ambientais. Materiais poliméricos obtidos de monômeros derivados de fontes renováveis são uma alternativa ambientalmente correta aos polímeros derivados do petróleo, especialmente para aplicações de alto valor agregado. Neste contexto, óleos vegetais e sacarídeos são matérias-primas interessantes que podem ser utilizadas como plataformas químicas para a síntese de novos monômeros, completamente renováveis, através da modificação química. Além disso, polimerização tiol-eno mostrou-se uma versátil ferramenta para a produção de polímeros a partir de monômeros verdes (a,?-dienos) providos de grupos funcionais como éster, éter ou amida na cadeia principal. Entretanto, trabalhos sobre a polimerização de monômeros renováveis através da polimerização tiol-eno em meios dispersos ainda são escassos. Neste trabalho, a síntese e a caracterização de nanopartículas de poli(tioéter-éster) via polimerização tiol-eno em miniemulsão usando um monômero proveniente de fontes renováveis são apresentadas. O monômero verde utilizado é um a,?-dieno diéster, diundec-10-enoato de dianidro-D-glucitila (DGU), produzido a partir de ácido 10-undecenóico (derivado do óleo de mamona) e isosorbídeo (derivado do amido). DGU foi copolimerizado com 1,4-butanoditiol (Bu(SH)2) através polimerização tiol-eno em massa e em miniemulsão para produzir poli(tioéter-éster) linear e semicristalino. Diferentes parâmetros foram avaliados, como por exemplo temperatura, concentração de iniciador, tipo e concentração do surfactante. A distribuição de tamanho e a morfologia das partículas foram observadas por DLS e TEM respectivamente, revelando partículas esféricas com diâmetro de 200 nm. O polímero obtido pela polimerização em miniemulsão, 11 kDa onde as condições reacionais foram 80°C por 4h usando 1 mol% de AIBN (em relação ao Bu(SH)2), mostrou-se com maior massa molar em comparação àquele obtido em polimerização em massa. Análises de DSC e DRX mostraram que o polímero sintetizado é semicristalino com grau de cristalinidade de pelo menos 20% e Tm em torno de 60°C. Dependendo do tipo de co-estabilizador utilizado, hexadecano ou Crodamol, e da quantidade, pode-se observar por DSC segregação de fases nas partículas poliméricas.