Made available in DSpace on 2015-03-26T13:53:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2270439 bytes, checksum: f1f5ac7a173bd54b51ef49f193fb1448 (MD5) Previous issue date: 2013-03-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Lanthanum is one of the 17 chemical elements known as rare earths. The increasing use of these metals by industries and impacts of mining have contributed to their mobility in the environment, creating possible environmental hazards and health effects. In this study, we evaluated the La removal from aqueous solution through the synthesis of iron and aluminum colloids via precipitation and the retention of this contaminant in the solid phases formed. Solutions of ferrous sulfate, aluminum sulfate and lanthanum sulfate were mixed in different proportions, in polyethylene containers, so as to obtain ten Fe: Al: La molar ratios(500:125:0, 500:125:1, 500: 125:5, 500:125:25, 500:125:125, 500:250:0, 500:250:1, 500:250:5, 500:250:25 and 500:250:125). The experimental period was 90 days. Supernatant aliquots were collected to determine lanthanum concentration weekly. The precipitated material was characterized by color determination by the Munsell system, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy (SEM/EDS). Potential remobilization of lanthanum in the solid phases formed was evaluated by comparing the amounts extractable by acetic acid 0.11 mol L-1 with the total contents, both determined by ICP OES. High efficiencies in lanthanum removal from aqueous phase were obtained. The precipitate colors tended to redden with the increments in lanthanum amount. The XRD detected the formation of Al-goethite in most treatments and other phases such as Al-lepidocrocite and Al-magnetite, in specific cases. Microanalysis revealed the lanthanum association to iron and aluminum colloids in the solid phase and the occurrence of segregation where the element was more abundant. The extractions with acetic acid showed high potential remobilization of lanthanum to most treatments. The method is suitable for removing the contaminant from water, but further studies are necessary to optimize retention in the solid phase. / O Lantânio é um dos 17 elementos químicos conhecidos como terras raras. A intensificação do uso desses metais pelas indústrias e impactos decorrentes da mineração têm contribuído para uma maior mobilidade desses elementos no ambiente, gerando riscos ecológicos e à saúde humana. Neste trabalho, avaliou-se a remoção de La de solução aquosa por meio da síntese de coloides de ferro e alumínio via precipitação e a retenção do contaminante nas fases sólidas formadas. Soluções de sulfato ferroso, sulfato de alumínio e sulfato de lantânio foram misturadas em diferentes proporções, em recipientes de polietileno, de modo a obter dez relações molares Fe:Al:La (500:125:0, 500:125:1, 500:125:5, 500:125:25, 500:125:125, 500:250:0, 500:250:1, 500:250:5, 500:250:25 e 500:250:125). O período experimental foi de 90 dias. Semanalmente foram coletadas alíquotas do sobrenadante para determinação da concentração de lantânio. O material precipitado foi caracterizado por meio de determinação de cor pelo sistema Munsell, difratometria de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de energia dispersiva (MEV/EDS). O potencial de remobilização de lantânio nas fases sólidas formadas foi avaliado por comparação dos teores extraíveis por ácido acético 0,11 mol L-1 com os teores totais, ambos determinados em ICP OES. Elevadas eficiências na remoção de lantânio da fase aquosa foram obtidas. A coloração dos precipitados tendeu a avermelhar-se com os incrementos na quantidade de lantânio. A DRX detectou a formação de Al-goethita na maioria dos tratamentos e outras fases, como Al-lepidocrocita e Al-magnetita, em casos específicos. A microanálise evidenciou a associação do lantânio aos coloides de ferro e alumínio nas fases sólidas e a ocorrência de segregação onde o elemento era mais abundante. As extrações com ácido acético revelaram alto potencial de remobilização de lantânio para a maioria dos tratamentos. O método seria adequado para a remoção do contaminante da solução aquosa, porém ainda são necessários estudos para otimizar a retenção na fase sólida.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Diante dos avanços tecnológicos, pesquisadores têm intensificado a busca por métodos de remoção de metais, que tragam bons resultados de captação a partir de efluentes contaminados, aliados a um baixo custo. A utilização de materiais biológicos como algas marinhas, fungos e bactérias vem se destacando e se tornando uma solução atrativa quando comparados com os tratamentos químicos convencionais; essa técnica é denominada biossorção. A biossorção é um processo de captação de íons metálicos de uma solução, a partir de interações entre o metal e determinados sítios ativos presentes na parede celular da biomassa. Existe também um crescente interesse pelo estudo dos elementos de terras raras (TR) por possuirem alto valor agregado, acarretado por processos caros e de alta complexidade na sua separação e purificação. Desta forma, este trabalho teve como objetivo descrever o potencial de biossorção de lantânio - um representante dos TR - pela macroalga Sargassum sp., a partir de soluções aquosas. Para isso foram realizados estudos em batelada, aplicando modelos cinéticos e de equilíbrio, e estudos em regime contínuo de biossorção dos íons de lantânio (III), além de um sistema contínuo bimetálico, no qual houve a adição do metal cério, outro TR. As determinações analíticas foram realizadas por espectrometria de emissão ótica por plasma indutivamente acoplado. Os ensaios cinéticos foram realizados nas concentrações metálicas de 10 e 100 mg.L-1 e em duas concentrações distintas de biomassa 2 e 5 g.L-1 na temperatura de 301C. Dois modelos cinéticos foram testados, pseudo-primeira ordem e segunda ordem, tendo o modelo de segunda ordem apresentado melhor ajuste dos dados, com r2 igual a 0,9697. No ensaio de equilíbrio foi construída a isoterma que apresentou um perfil crescente na captação no entanto não alcançou a remoção máxima. Os modelos de Langmuir e Freundlich foram utilizados para ajustar os dados da isoterma, sendo verificado maior correlação dos dados com o modelo de Langmuir; resultando num valor de captação máxima calculado pelo modelo de 3,55 mmol.g-1. No ensaio dinâmico foram realizados dois experimentos, 1 e 2. O Experimento 1 foi realizado com três colunas interligadas e recheadas com 20g de biomassa cada, sendo bombeada uma solução aquosa de lantânio na concentração de 1,41mmol.L-1. O Experimento 2 foi constituido de uma solução contendo lantânio e cério ambos na mesma concentração anterior de 1,41 mmol.L-1, sendo bombeada somente para uma única coluna recheada com 20g de biomassa. Os resultados demonstraram que o ponto de saturação não foi atingido dentro das 8 horas em que se deu o processo, o que indica a alta afinidade da Sargassum sp. pelo lantânio e que a presença do cério associada a redução da vazão prejudicou a captação do lantânio / Considering the utmost technological advances, researchers have intensified the searching for a new methodology on removing metals from wastewaters that can provide adequate outcomes as far as the metal uptake is concerned, allied with cost effectiveness of the process. The use of organic materials such as algae, fungi and bacteria has been highlighting and is becoming to be considered an interesting solution when compared to conventional chemical treatments. This technique is called biosorption, which is a process that captures metal ions from a solution, based on the interactions between metals and active groups present on the cell wall of the biomass. The interest on the application of this technique is growing and studies about the maximum concentration that can be discharged in the environment without harmful consequences and for the separation and recovery of rare-earth (RE) elements are being done. In this work, it was used the biomass Sargassum sp. as biosorbent in Lanthanum biosorption process. It was performed kinetic, equilibrium and continuous studies of biosorption of lanthanum ions (III) by means of a bimetallic continuous system, to which there was the addition of Cerium metal, another element of the RE. Analytical determinations were performed by inductively coupled plasma optical emission spectrometry. Kinetic experiments were performed at constant temperature of 30 1 C, metal concentrations of 10 and 100 mg.L-1 and at two different concentrations of biomass 2 and 5 g.L-1. Two kinetic models were tested, pseudo-first order and second order, and a comparison of the best fit was made from the second-order model with r2 equal to 0.9697. In the equilibrium experiment the isotherm was obtained with a rising profile in the capture, without reaching the maximum removal. The Langmuir and Freundlich models were used to help to fit the data of the isotherm, being the Langmuir model the one presenting greater correlation, with a maximum uptake value of 3.55 mmol.g-1. In the dynamic test, two experiments were conducted. Test 1 was conducted with three interconnected columns filled with 20g of biomass each, pumped the Lanthanum solution. Test 2 was made from Lanthanum solution and Cerium pumped for column with 20g of biomass. The results showed that the saturation point was not achieved in the 8h of the experiment, which indicates the high affinity of Sargassum sp by Lanthanum and that the presence of Cerium as well as flow reduction impaired the uptake of Lanthanum

O dióxido de cério (CeO2), pode apresentar condutividade iônica e eletrônica (condutor misto) em temperaturas relativamente baixas (considerando a faixa de trabalho 1000°C de uma SOFC). Esta característica torna este material promissor para uso em células a combustível de óxido sólido (SOFC ou CCOS) assim como em catalisadores. Vale destacar que em altas temperaturas o dióxido de cério puro é um mau condutor iônico, contudo pode-se obter um aumento significativo com a substituição estrutural do íon cério (Ce+4) por outro íon metálico de menor valência (La+3 e Ca+2). O estudo proposto consiste em sintetizar óxido de cério dopado com lantânio e cálcio com características microestruturais e elétricas adequadas para uso em uma CCOS. Utilizando o método de síntese de combustão foi estudado a influência que o excesso de combustível (sacarose) pode proporcionar nas características finais dos pós cerâmicos. A caracterização dos pós foi realizada pelas técnicas de raios-X (DRX), área superficial especifica (BET), análise termogravimétrica (TGA), Microscopia Eletrônica de: Varredura (MEV) e Transmissão (MET), Microscopia de Calefação (MC) e por fim a análise elétrica por meio da Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE). Os principais resultados mostraram que a técnica de síntese por combustão é um método eficiente para obtenção de pós nanoparticulados, bem dispersos e com elevada homogeneidade. Observou-se ainda que a troca do tipo de dopante assim como o teor de combustível utilizado na síntese interfere diretamente nas propriedades microestruturais, físicas e elétricas dos compostos finais a base de céria dopada. As amostras apresentaram comportamento condutor em baixas temperaturas (500°C) o que viabiliza sua utilização como catalizadores e também em CCOS após tratamentos térmicos em atmosferas adequadas para aplicação como eletrodos ou eletrólitos. Os resultados também demonstram que a céria dopada com cálcio tem características que se torna viável a substituição do lantânio para uso em uma CCOS. / The cerium dioxide (CeO2) has ionic and electronic conductivity (mixed conductor) properties at relatively low temperatures (considering a working range of 1000°C for a SOFC). These characteristics make this material appropriate for use as anode in solid oxide fuel cells (SOFC or CCOS). It should be mentioned that pure cerium dioxide is a bad ionic conductor in high temperatures, but we have a significant increase with the structural substitution of the cerium ion (Ce+4) by another metal ion of lower valence (in its crystalline lattice). The proposed study consisted in the synthesis of ceria oxide with lanthanum and/ or calcium with microstructural and electrical characteristics, suitable for use in a CCOS. Using the combustion synthesis, the influence of excess of fuel (sucrose) on the final characteristics of the ceramic powder has been analyzed. The characterization of the powders was realized using X-ray (XRD), specific surface area (BET), Thermogravimetric Analysis (TGA), Scanning Electron Microscopy (SEM), Electron Microscope Transmission (TEM), Microscope Heating (HSM) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). The main results showed that the combustion synthesis technique is an efficient method to obtain nanoparticulate and well dispersed powders with high homogeneity. It was observed that the exchange of the dopant type as well as the fuel content used in the synthesis interferes directly in the microstructural, physical and electrical properties of the final compounds of ceria doped. Therefore, the calcium doped ceria has interesting characteristics for use in a CCOS.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In the present work, we performed a study of the structural, electrical and optical properties of the compound LaCr1-xAlxO3 (x = 0.0, 0.05, 0.5, 0.95 and 1.0) produced by the combustion method. The structural analyzes were performed by X-ray diffraction (XRD) and Rietveld refinement, the electrical measurements using impedance spectroscopy and IV measurements, and optical measurements using UV-Vis spectroscopy. The results of XRD allied to the Rietveld method of refinement indicate that the samples with x = 0.0 and 0.05, have an orthorhombic structure belonging to the space group Pnma (62), and for x = 0.5, 0.95 and 1.0, a rhombohedral structure belonging to the space group R-3c (167), thus taking place a structural transition in the material. The impedance spectroscopy measurements associated to the IV curves show that the samples with higher concentration of Al present higher resistance, and the samples with lower concentration of Al present less resistance. We observe that for high frequencies a decrease of dielectric constant with frequency occurs. In addition, the appearance of only a semicircle establishes the presence of non-Debye type relaxation, where an equivalent circuit composed of two resistors (R1 and R2) and a constant phase element (CPE) were used. By means of the absorption measurements in the ultraviolet to visible region (UV-Vis), we estimated the optical gap of the samples, through the tauc equation, which vary between 3.27 - 3.43 eV. Still, we observed that the increase in Al concentration favors the increase in transmittance in the material. / No presente trabalho, realizamos um estudo das propriedades estruturais, elétricas e ópticas do composto LaCr1-xAlxO3 (x=0,0; 0,05; 0,5; 0,95 e 1,0) produzido pelo método da combustão. As análises estruturais foram realizadas por meio de difração de raios-X (DRX) e refinamento Rietveld, as elétricas por meio de espectroscopia de impedância e medidas IV, e ópticas por meio de espectroscopia de UV-Vis. Os resultados de DRX aliados ao método de refinamento Rietveld indicam que as amostras com x = 0,0 e 0,05, apresentam uma estrutura ortorrômbica pertencente ao grupo espacial Pnma (62), e para x = 0,5; 0,95 e 1,0, uma estrutura romboédrica pertencente ao grupo espacial R-3c (167), ocorrendo assim uma transição estrutural no material. As medidas de espectroscopia de impedância associadas às curvas IV mostram que as amostras com maior concentração de Al apresentam maior resistência, e as amostras com menor concentração de Al apresentam menor resistência. Observamos que para altas frequências ocorre uma diminuição da constante dielétrica com a frequência. Além disso, o aparecimento de apenas um semicírculo estabelece a presença do relaxamento do tipo não-Debye, onde foi utilizado um circuito equivalente composto por duas resistências (R1 e R2), e um elemento de fase constante (CPE). Através das medidas de absorção na região do ultravioleta ao visível (UV-Vis) estimamos o gap óptico das amostras, através da equação de tauc, os quais variam entre 3,27 - 3,43 eV. Além disso, observamos que o aumento da concentração de Al favorece o aumento da transmitância no material. / São Cristóvão, SE

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:50:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 10891.pdf: 10297564 bytes, checksum: e2cbc8792530f432498c2945ee2cc670 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP / FAPESP:01/12269-7

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A temperatura de operação de células a combustível de óxido sólido (SOFCs) que utilizam zirconia estabilizada com itria (YSZ) como eletrólito é 1000 oC. Essa alta temperatura gera graves problemas relativos a materiais e vida util da célula. Por isso, condutores iônicos que possuem alta condutividade em temperaturas inferiores são pesquisados atualmente. Estudos mostraram que La10Si6O27 tipo apatita possui alta condutividade iônica de oxigenio, que é comparativamente maior que a de YSZ, a 500 oC, sendo, portanto, um potencial candidato como eletrólito para SOFC. O objetivo do presente trabalho é o desenvolvimento de técnicas de síntese de silicato de lantânio tipo apatita. Rotas inéditas de solgel modificada para sintetizar La9,33Si6O26 são propostas. Volumes estequiométricos de soluções de Na2SiO3 e LaCl3 foram misturados para a formação de gel de Si. Em seguida este gel foi calcinado a 900 °C, lavado, filtrado e tratado novamente a 900 °C. Em outra rota, volumes estequiométricos de soluções de Si (Na2SiO3 ou TEOS) e de La (LaCl3) foram utilizados para obtenção de gel de Si. Em seguida, hidróxido de La foi precipitado pela adição de uma base (NaOH ou NH4OH) ao gel. O material resultante foi calcinado a 900 °C, lavado, filtrado e tratado novamente a 900 °C. Pós de aglomerados fracos e alta sinterabilidade foram obtidos. DRX dos pós mostrou a estrutura de apatita monofásica a 900 oC. Morfologia de ceramica densa foi observada em imagens de MEV da superfície das pastilhas sinterizadas a 1200,1300 e 1400 oC por 4 h. Estas temperaturas e tempo de sinterização são significativas, pois no método convencional temperaturas superiores a 1700oC e tempos muito maiores são necessários para obtenção de tais cerâmicas. Densidades relativas superiores a 90% foram obtidas através dos métodos propostos. Uma conclusão importante é que TEOS, o reagente usual de alto custo, pode ser substituído por Na2SiO3, de preço muito mais baixo, para obter La9,33Si6O26 tipo apatita. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:49:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:03:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09826.pdf: 5905522 bytes, checksum: b0354cc2f21014da9657b88019b2b992 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP / FAPESP:99/07068-0

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:16Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:20Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A complexidade da reação de redução do oxigênio (RRO) e suas perdas de potencial a fazem responsável por grande parte das perdas de eficiência nas células a combustível. Para esta reação o eletrocatalisador mais apropriado e com melhor desempenho é a Platina, um metal nobre e que torna alto o custo da tecnologia das células a combustível, aumentando as barreiras para entrar no mercado. Primeiramente o trabalho teve em vista reduzir a quantidade em massa de platina utilizada no cátodo, sendo substituída por óxidos de terras raras. Observando que os métodos mais comuns de síntese de eletrocatalisadores para a aplicação em células a combustível se realizam em enumeras etapas, este trabalho se propôs a preparar eletrocatalisadores através de etapas mais simples e que dependessem de menos etapas e tempo de preparo. Através da mistura física simples utilizando ultrassom foram preparados eletrocatalisadores de platina suportada em carbono com os óxidos das terras raras lantânio, cério e érbio, para o estudo em meia célula da RRO. O resultado do gráfico de Koutecky-Levich mostrou que entre os eletrocatalisadores preparados o Pt80Ce20/C foi o que apresentou atividade catalítica mais próxima da platina comercial BASF, sugerindo que a RRO aconteceu via 4 elétrons. Como encontrado na em alguns trabalhos da literatura, entre as terras raras aplicada no cátodo, o cério é o elemento que mais contribui para esta substituição, devido a sua capacidade de estocar e fornecer oxigênio. Esta característica é um grande atrativo para a RRO pois esta reação é primeira ordem em relação a concentração de oxigênio. O resultado mostrou que é possível diminuir a quantidade de platina mantendo atividade catalítica. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:06:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Os filmes cerâmicos de manganito de lantânio dopado com estrôncio (LSM) e de manganito de lantânio dopado com estrôncio/zircônia estabilizada com ítria (LSM/YSZ) são utilizados como catodos das células a combustível de óxido sólido de temperatura alta (CaCOSTA). Estes filmes cerâmicos porosos foram depositados sobre o substrato cerâmico denso de YSZ, utilizado como eletrólito, componente estrutural do módulo, assim conferindo uma configuração de meia-célula denominada auto-suporte. O estudo da meia-célula é fundamental, pois na interface catodo/eletrólito ocorre a reação de redução do oxigênio, conseqüentemente influenciando no desempenho da CaCOSTA. Neste sentido, o presente trabalho contribui para a síntese de pós de LSM e LSM/YSZ e para o processamento de filmes finos, utilizando a técnica de pulverização de pó úmido, adotada para a conformação dos filmes cerâmicos por permitir a obtenção de camadas porosas com espessuras variadas na ordem de micrômetros. Os pós de LSM foram sintetizados pela técnica de citratos e os pós de LSM/YSZ pela técnica de mistura de sólidos. Na etapa de conformação foram preparadas suspensões orgânicas de LSM e LSM/YSZ alimentada por gravidade em um aerógrafo manual. Para a conformação do substrato de YSZ utilizou-se uma prensa uniaxial hidráulica. Foram possíveis a obtenção das meia-células de óxido sólido catodo/eletrólito de estruturas cristalinas hexagonal para a fase LSM e cúbica para a fase YSZ. E as micrografias das meia-células mostram que o substrato YSZ é denso, suficiente para ser utilizado como eletrólito sólido, e os filmes de LSM e LSM/YSZ apresentam-se porosos com espessura de aproximadamente 30 μm e com boa aderência entre os catodos e o eletrólito. A presença do catodo compósito entre o catodo LSM e o substrato YSZ, possibilitou um aumento no desempenho eletroquímico na reação de redução do oxigênio. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2014-11-10T12:24:02Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-11-10T12:24:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O galato de lantânio contendo substituições parciais de estrôncio e magnésio (La1-xSrxGa1-yMgyO3-δ) apresenta estrutura tipo perovsquita e alta condutividade para íons de oxigênio. Outras características desta cerâmica são o extenso domínio eletrolítico e a baixa condutividade eletrônica. É um material promissor para uso como eletrólito sólido em células a combustível de óxido sólido que operam em temperaturas intermediárias, devido sua alta condutividade iônica e estabilidade em uma ampla faixa de pressão parcial de oxigênio. Neste trabalho, a composição La0,9Sr0,1Ga0,8Mg0,2O3-δ foi preparada pelo método convencional de mistura de óxidos a partir de diferentes rotas e pelo método de complexação de cátions. As amostras foram consolidadas pelo método convencional de sinterização e por sinterização rápida. Pelo método de mistura de óxidos foi possível obter a fase ortorrômbica do LSGM, mas não foi possível eliminar as fases SrLaGaO4, La4Ga2O9 e SrLaGa3O7, independente das condições de sinterização utilizadas. Precipitados de óxido de magnésio foram observados nas amostras preparadas pelos dois métodos de síntese empregados identificados apenas por microscopia eletrônica de varredura. As densidades obtidas foram superiores a 97% da densidade teórica em amostras sinterizadas a 1450 °C/4 h, para os materiais preparados por mistura de óxidos. Amostras preparadas por método de complexação de cátions e aquelas consolidadas por sinterização rápida apresentaram menores valores de densidade. Grãos de tamanhos micrométricos foram obtidos para os dois métodos de sinterização. Amostras calcinadas a 1250°C apresentaram maiores densidades e maiores valores de condutividade iônica dos grãos e dos contornos de grãos, quando comparadas com as demais amostras. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP