Orientadores: Maria Isabel Rodrigues, Francisco Maugeri Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-10T13:37:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Forte_MarcusBrunoSoares_M.pdf: 5091221 bytes, checksum: f695e6ea266b0c682b2b8ce3dcc509ae (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O presente trabalho teve como objetivo principal a separação e purificação de acido clavulanico a partir de caldo fermentado utilizando zeolitas. Foram utilizadas zeolita natural (ZN) e sintetica faujasita (13X), ambas modificadas por troca ionica com diferentes cations de compensação (Na+1, K+1, Ca+2, Ba+2, Mg+2, Sr+2). Atraves de estudos cineticos de adsorcao de AC, usando as diferentes zeolitas nas respectivas formas cationicas, selecionou-se a zeolita 13X-Na como a mais promissora na adsorcao do referido composto. No equilibrio, houve retencao de 17,4% do AC inicial (CAC*/CAC0 = 0,826) e a quantidade de AC adsorvida, em relacao a quantidade de zeolita (q*) foi 0,4927 mg/g. O diametro médio da molecula de AC (DAC) foi estimado em 9,6 A. A zeolita 13X-Na foi caracterizada em termos de composicao (Si/Al = 1,5), densidade (dz = 2,248 g/cm3), área superficial (SBET = 444,860 m2/g), volume total de poros (Vporos = 0,308 cm3/g), volume de microporos (Vmicro = 0,203 cm3/g) e diâmetro médio de poros (Dporos = 28 A). Através desses resultados, a porosidade da particula calculada foi ep = 0,69. O leito de particulas de 13X-Na apresentou porosidade eb = 0,85. Soluções de AC puro foram obtidas através de HPLC em escala semi-preparativa. Isotermas de adsorção nas temperaturas 10, 15 e 200C, usando 13X-Na e soluções de AC puro, foram determinadas e constatou-se que, nos intervalos de temperaturas e concentrações estudados, o aumento da temperatura desfavoreceu tal processo. A partir de injeções de caldo fermentativo em coluna de leito fixo de zeolitas 13X-Na, foram observados melhores resultados na separação de acido clavulanico e proteínas usando tampão fosfato (0,2 M e pH 6,2) como efluente e frações de zeolitas na granulometria 0,053 - 0,062 mm. A eficiência de separação (ES), fator concentração (FC), fator de purificação referente as proteínas (FPP) e fator de purificação referente aos contaminantes totais (FPC) apreciados nessas condições foram, respectivamente: ES = 0,38, FC = 0,40, FPP = 1,25 e FPC = 1,28 / Abstract: In this research work, a method for separation and purification of clavulanic acid from a fermented medium was studied using natural and synthetic zeolites. The natural zeolite (ZN) and synthetic faujasite (13X) were modified by ionic exchange with different compensation cations (Na+1, K+1, Ca+2, Ba+2, Mg+2, Sr+2). The kinetic analysis by adsorption of clavulanic acid indicated that the zeolite 13X-Na was the most promising for the adsorption of the related compound. At the equilibrium conditions, the retention was about 17.4% (CAC*/CAC0 = 0.826), where the amount adsorbed clavulanic acid relative to the amount of zeolite (q*) was 0.4927 mg/g. The average diameter of a clavulanic acid molecule (DAC) was estimated as 9.6 A. The composition of the zeolite 13X-Na was characterized in terms of the ratio Si/Al (1.5), density (dz = 2.248 g/cm3), superficial area (SBET = 444.86 m2/g), total pore volume (Vpores = 0.308 cm3/g), micropore volume (Vmicro = 0.203 cm3/g) and average pore diameter (Dpores = 28 A). Accordingly, particle and bed porosity (ep and eb) were calculated as 0.69 and 0.85 respectively. Solutions of pure clavulanic acid were obtained in semi-preparative scale HPLC. The adsorption isotherm for 13X-Na and solutions of pure clavulanic acid were determined for the temperatures of 10, 15 and 200C, showing at increasing temperature, the performance of the process decreases. Addition of fermented medium in the fixed bed column of Zeolites 13X-Na improved the separation process between clavulanic acid and contaminant proteins, using as effluent phosphate buffer (0.2 M and pH 6.2) and zeolites with particle diameters in the range of 0.053 to 0.062 mm. The separation efficiency (ES), factor concentration (FC), purification factor, referred to proteins (FPP), and purification factor referred to the contaminants (FPC) were determined, as ES = 0.38, FC = 0.40, FPP = 1.25 and FPC = 1.28 respectively / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Submitted by Eduarda Figueiredo (eduarda.ffigueiredo@ufpe.br) on 2015-03-11T12:50:12Z No. of bitstreams: 2 Tese_Correções_Finais_Banca.pdf: 4119383 bytes, checksum: a96ead41f0aef7ab9bb319e5d0db84cb (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-11T12:50:12Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese_Correções_Finais_Banca.pdf: 4119383 bytes, checksum: a96ead41f0aef7ab9bb319e5d0db84cb (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2012-11-22 / CAPES, CTPetro e CNPq / Produção de hidrogênio de elevadas purezas e coprodutos têm sido objeto de desenvolvimentos de tecnologias usando o gás natural como matéria-prima com processamento catalítico como a desidroaromatização (DAM) associada à reforma seca (RSM) em um leito duplo com ocorrência de coprodutos em condições não oxidativas. As produções de hidrogênio previstas objetivam a utilização do monóxido de carbono de efluentes de reformas do gás natural, via reação water gas shift (WGS) e o desenvolvimento de catalisadores avançados de metais preciosos em fases dispersas sobre um suporte. Como objetivo desta pesquisa pode-se citar: i) Desenvolvimento de uma tecnologia usando o gás natural como matéria-prima para produção de hidrogênio de alta pureza, e coprodutos tais como gás de síntese e acetileno como intermediários para formulação de aromáticos, principalmente o benzeno, via desidroaromatização e a reforma seca, em condições não oxidativas, com utilização de reator de leito fixo. ii) Desenvolvimento de novos catalisadores de Pt e Au (formulação e caracterização) e o estudo detalhado dos parâmetros cinéticos, mecanisticos e em diversos suportes e seus efeitos para reação de WGS. Operações de processamento do metano em reator de leito fixo nas condições: 525°C, 550°C, 575°C, 1 atm, 155-180 cm3/min, fração molar Ar :CH4, 0,5:0,5 de metano e argônio para DAM e relação molar Ar :CH4:CO2, 0,57:0,27:0,16 para DAM/RSM. As operações em reator de leito fixo na presença da mistura dos catalisadores (2,60%)Mo-(0,5%)Ru/HZSM e (11,23%)Ni/ -Al2O3, como resultado principal apresentaram uma acentuada produção de acetileno (42,91%) e moderadas produções de hidrogênio e monóxido de carbono (16%-56% H2 e 1,45% CO, 575°C). No processo catalítico de WGS foram estudados catalisadores de platina e ouro em baixas temperaturas (120°C – 300°C) para manter a conversão total de CO nas condições diferenciais abaixo de 10%. O fluxo total de entrada foi mantido constante com uma composição padrão de gás de 6,8% CO, 8,5% CO2, 21,9% H2O e 37,4% H2. A temperatura foi variada numa faixa entre 20° e 30°C, para determinação da energia de ativação aparente. Aplicações de metodologia da cinética de processos catalíticos permitiram estimar valores de baixas energias de ativação (catalisador Pt: 53 kJ/mol – 63 kJ/mol; catalisador Au:11 kJ/mol –95 kJ/mol), os quais confirmaram os bons níveis de atividade dos catalisadores formulados para o processo WGS, com destaque para os catalisadores 2%Pt/TiO2, 2%Au/ZrO2 e 2%Au/TiO2.

Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2016-01-28T17:41:04Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Fernanda Fragoso Dissertação2.pdf: 10582231 bytes, checksum: 3fee39b60f2b52fe2e73e16f7dfe6de5 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-28T17:41:04Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Fernanda Fragoso Dissertação2.pdf: 10582231 bytes, checksum: 3fee39b60f2b52fe2e73e16f7dfe6de5 (MD5) Previous issue date: 2015-04-13 / CNPq / A busca por combustíveis alternativos é crescente atualmente e, dentre eles, o biodiesel é um dos destaques nas pesquisas, significando grande oferta e baixa demanda de glicerina, um de seus coprodutos. Devido aos inúmeros incentivos governamentais que impulsionam a produção de biodiesel no Brasil, tal combustível está sendo produzido largamente, e um fator preocupante frente a este exacerbado crescimento, é o destino do glicerol excedente. Para cada tonelada de biodiesel obtido são gerados 100 kg de glicerol, dentro deste contexto, a reforma a vapor é um dos meios para utilização desse excedente de glicerol com a finalidade de produzir hidrogênio. Neste trabalho para realizar a reforma a vapor do glicerol para a produção de hidrogênio foi utilizado um reator de leito fixo, alimentado com glicerol e água disperso pelo Argônio tendo como catalisador de níquel a 5% em massa suportado em γ- alumina. Este catalisador foi preparado por impregnação úmida e foi caracterizado utilizando-se os métodos: Determinação da área específica, volume e diâmetro do poro pelo método B.E.T, Difratometria de Raio-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS). Uma massa de catalisador de 5g foi posta em contato com o vapor de glicerol a 0,2 ml/min diluído em Argônio a 20 L/h. Operações nas temperaturas de 673, 773 e 873K sob pressão atmosférica forneceram resultados de concentrações do Glicerol os quais foram modelados segundo a formulação de Langmuir-Hinshelwood- Hougen-Watson (LHHW), as modelagens indicaram ajustes satisfatórios entre os dados e o modelo em todas as temperaturas investigadas. Relativo às etapas catalíticas da síntese direta do glicerol, foram obtidas porcentagens em seletividade, rendimento e conversão da reação de reforma a vapor do Glicerol, foi observado as maiores porcentagens a temperatura de 873K. A partir da quantificação dos parâmetros cinéticos e de equilíbrio foi possível realizar uma simulação para descrever o comportamento das reações em um reator de leito fixo com comprimento de leito igual 50,0 cm. / The search for alternative fuels is currently growing and, among them, biodiesel is one of the highlights in the polls, meaning large supply and low demand of glycerin, one of his co-products. Because of the numerous government incentives that drive the production of biodiesel in Brazil, such fuel is being produced widely, and a worrying front of this exaggerated growth factor, is the fate of surplus glycerol. For each ton of biodiesel obtained are generated 100 kg glycerol, in this context, the steam reforming is a means for use of excess glycerol in order to produce hydrogen and synthesis gas. In this study to conduct the glycerol steam reforming for hydrogen production, it used a fixed bed reactor, fed with glycerol and water with Argon as the dispersed nickel catalyst supported 5% by weight of γ- alumina. This catalyst was prepared by wet impregnation and was characterized using the methods: Determination of specific area, volume and pore diameter by BET method, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), Energy Spectroscopy dispersive (EDS). A 5g catalyst mass was brought into contact with the glycerol vapor at 0.2 ml / min diluted with argon at 20 L / hr. Operations at temperatures of 673, 773 and 873K at atmospheric pressure results provided Glycerol concentrations which were modeled on the formulation Langmuir-Hinshelwood- Hougen-Watson (LHHW), the modeling indicated satisfactory fit between the model data and in all the investigated temperatures. On the steps of the catalytic direct synthesis of glycerol, percentages were obtained in selectivity, yield and conversion of glycerol steam reforming reaction, it was observed higher percentages to 873K temperature. From the quantification of equilibrium and kinetic parameters it was possible to perform a simulation for describing the behavior of reactions in a fixed bed reactor bed length 50.0 cm. .

Orientador: Francisco Maugeri Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-16T16:35:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kuhn_RaquelCristine_D.pdf: 4200026 bytes, checksum: e446a4c8621430fcdc142e54faba4194 (MD5) Previous issue date: 2010 / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientador: Francisco Maugeri Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-07T02:51:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kuhn_RaquelCristine_M.pdf: 869149 bytes, checksum: 29e524283c358cff48f2049cd6406f50 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Os frutooligossacarídeos (FOS) são considerados ingredientes naturais de alimentos devido aos efeitos benéficos na proliferação de bifidobactérias no cólon humano, sendo classificados como prebióticos. Estudos recentes demonstram que a separação cromatográfica de monossacarídeos e misturas de dissacarídeos pode melhorar através da utilização de zeólitas Y, sendo também promissoras na separação de oligossacarídeos. Neste estudo, colunas com zeólitas foram utilizadas na separação de oligossacarídeos. A enzima produtora dos frutooligossacarídeos foi isolada de Rhodotorula sp., produzindo seletivamente GF2 (kestose), GF3 (nistose) e GF4 (frutofuranosilnistose). O rendimento de frutooligossacarídeos produzidos foi de 52% quando foi utilizada sacarose 50% como substrato. A separação dos frutooligossacarídeos foi realizada através de coluna empacotada com zeólitas Y trocadas com íons Ba2+. A eficiência de separação foi utilizada como critério para caracterizar a separação. Efeitos de temperatura (400C a 500C), quantidade de amostra injetada (1 a 3 mL), vazão (0,08 a 0,12 mL.min-1) e composição do desorvente (etanol 40 a 60%) foram analisados, através de um planejamento experimental fracionário, onde a vazão se mostrou significativa. O estudo de separação dos açúcares demonstrou que a condição mais favorável para a separação foi com duas colunas em série com etanol 60% como desorvente, temperatura de 500C, vazão de 0,08 mL.min-1 e quantidade de amostra injetada de 1 mL. Os valores de eficiência de separação foram de 0,60 para oligossacarídeos e glicose, 1,00 para oligossacarídeos e frutose, 0,22 para oligossacarídeos e sacarose, 0,43 para glicose e frutose, 0,82 para glicose e sacarose e 1,23 para frutose e sacarose / Abstract: Fructooligosaccharides (FOS) are nowadays considered natural food ingredients because of their beneficial effects in proliferating bifidobactéria in human colon; FOS are classified as prebiotics. Some recent studies show that the chromatographic separation of monosaccharides and a mixture of the disaccharides can be improved by using Y-zeolites, being promising in the separation of oligosaccharides. In this study, a column packed with zeolite was used to study the separation of oligosaccharides. The enzyme, which produces FOS from sucrose, was isolated from Rhodotorula sp., produced selectively GF2 (kestose), GF3 (nystose) and GF4 (frutofuranosyl nystose). The final yield of FOS was 52% when 50% sucrose was used as substrate. For the separation of fructooligosaccharides was used column packed with Ba2+ - exchanged Y zeolites. Efficiency of separation was used as a criterion to characterize the effectiveness of the separation. Effects of temperature (400C a 500C), amount of mixture injection (1 a 3 mL), flow rate (0,08 a 0,12 mL.min-1) and desorbent composition (ethanol 40 a 60%) were investigated, the according to a fractionary fatorial design; the flow rate was a significant factor under the response of efficiency of separation. The study of separation of sugars showed that the most favorable conditions for this separation were with utilization of two columns in series with ethanol 60% as desorbent, temperature of 500C, flow rate of 0,08mL.min-1 and amount of mixture injection of 1 mL. The values for the separation efficiency were 0,60 for oligosaccharides-glucose, 1,00 for oligosaccharides-fructose, 0,22 for oligosaccharides-sucrose, 0,43 for glucose-fructose, 0,82 for glucose-sucrose and 1,23 for fructose-sucrose / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Reginaldo Guirardello, Edson Antonio da Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-14T18:58:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Borba_CarlosEduardo_D.pdf: 1593358 bytes, checksum: 8ae06b7d3dd4c535d777a874b5dab2a6 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O aumento da produção industrial tem proporcionado a geração de efluentes aquosos contaminados com íons de metais pesados. Estes devem ser tratados antes de serem descartados no meio ambiente. Colunas de leito fixo podem ser eficientes na remoção de íons de metais pesados de meios aquosos. Para o projeto destes equipamentos são necessárias informações a respeito do equilíbrio do sistema, bem como informações a respeito dos efeitos de transferência de massa no sistema. Os principais objetivos deste trabalho foram a interpretação e obtenção de dados de equilíbrio de troca iônica dos sistemas binários Cu+2 - Na+, Zn+2 - Na+ e Zn+2 - Cu+2 e do sistema ternário Cu+2 - Zn+2 - Na+ e interpretação e obtenção de dados experimentais da dinâmica de troca iônica em coluna de leito fixo. Neste trabalho, foram realizados experimentos para a obtenção de dados de equilíbrio para os sistemas binários e para o sistema ternário. Estes experimentos foram conduzidos em sistema batelada na temperatura de 25°C. Foram também realizados experimentos de troca iônica em coluna de leito fixo para os sistemas binários Cu+2 - Na+ e Zn+2 - Na+ e para o sistema ternário. Em todos os experimentos foi utilizada a resina Amberlite IR 120 como trocador iônico. No tratamento dos dados experimentais de equilíbrio foram utilizadas a isoterma de Langmuir competitiva e a Lei da Ação das Massas (LAM) ideal e não ideal. A utilização da LAM não ideal exigiu o cálculo do coeficiente de atividade das espécies em ambas as fases. Para o cálculo do coeficiente de atividade dos íons na resina foi empregado o modelo de Wilson. Para o cálculo do coeficiente de atividade dos íons em solução foi empregado o modelo de Bromley. Os resultados mostraram que a isoterma de Langmuir competitiva e a LAM ideal representaram satisfatoriamente os dados de equilíbrio dos sistemas binários Cu+2 - Na+ e Zn+2 - Na+. No entanto, não representaram adequadamente o equilíbrio do sistema Zn+2 - Cu+2. A LAM não ideal representou apropriadamente o equilíbrio de todos os sistemas binários. O equilíbrio de troca iônica do sistema ternário foi representado satisfatoriamente pela isoterma de Langmuir competitiva e pela LAM não ideal, a qual envolveu os parâmetros dos sistemas binários para predizer o equilíbrio do sistema ternário. Para representar a dinâmica de troca iônica em coluna de leito fixo foi utilizado um modelo em que foram consideradas como etapas controladoras da transferência de massa a difusão no filme externo e a difusão nas partículas da resina. Neste modelo foi considerado equilíbrio termodinâmico na interface sólido-líquido, o qual foi representado pela isoterma de Langmuir competitiva e pela LAM não ideal. Os resultados mostraram que o modelo representou satisfatoriamente a dinâmica de troca iônica em todos os casos investigados. / Abstract: The increase in industrial production has provided the liquid effluent generation compound by heavy metal ions. These must be treated before being thrown in environment. Fixed bed columns may be efficient in the removal of these ions in aqueous environment. Therefore, to the project of these equipments, information related to the system equilibrium is essential as well as information about the effects of mass transfer in the system. The main goals of this paper were the achievement and interpretation of the equilibrium data related to the ionic exchange of the binary systems Cu+2 - Na+, Zn+2 - Na+ e Zn+2 - Cu+2 and of the ternary system Zn+2 - Cu+2 - Na+, and the achievement and interpretation of the ionic exchange dynamics in these systems in fixed bed column. In this work, experiments were made to obtain equilibrium data, for binary and ternary system. These experiments were made in batch system at the temperature of 25ºC. Experiments in ionic exchange in fixed bed column were made to the binary systems Cu+2 - Na+ , Zn+2 - Na+ and to the ternary system. In all of the experiments were used the resin Amberlite IR 120 as ionic exchanger. In the treatment of experimental equilibrium data, the competitive adsorption isotherm of Langmuir, the Mass Action Law (MAL) ideal and non ideal were used. The utilization of MAL non ideal required the calculus of activity coefficient of species in both phases. For the calculus of the ions activity coefficient in the resin, the Wilson model equation was used. To calculate the activity coefficient of ions in solution, the Bromley model equation was used. The results showed the competitive isotherm of Langmuir and the ideal MAL represented properly the equilibrium data of the binary systems Cu+2 - Na+ e Zn+2 - Na+. However, they hadn't properly represented the equilibrium of the binary system Zn+2 - Cu+2. The non ideal MAL represented properly the equilibrium of all binary systems. The ionic exchange equilibrium of the ternary system was represented properly by the competitive isotherm and non ideal MAL, which used the binary system parameters to predict the ternary system equilibrium. For the representation of the dynamic of ionic Exchange in fixed bed column, was used a model that considered the diffusion in external film, and diffusion on the resin particles as controller steps of mass transfer. In this model was considered thermodynamic equilibrium on the interface solid-liquid represented by the competitive isotherm of Langmuir and by the non ideal MAL. The results showed the model represented properly the dynamic of ionic exchange in all of the cases investigated. / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Nesta dissertação de mestrado é estudado o desempenho fluidodinâmico de um meio poroso fixo e compactado, construído por sinterização com esferas de vidro para a retenção de partículas. A análise experimental visou o processo de retenção de partículas a partir de pastilhas circulares de diâmetro de 29 mm confeccionadas com esferas de vidro variando de 1,0 a 3,3 mm de diâmetro e sinterizadas como um elemento rígido a partir de aquecimento contínuo até cerca de 750ºC. As pastilhas foram submetidas a diferentes pressões de coluna de água, e a vazão no meio poroso foi analisada para diferentes pressões. Os experimentos foram realizados com a adição em batelada de polpa de açaí, areia fina, areia grossa e esferas de vidro próprias da composição do meio poroso. As vazões mássicas adimensionais são apresentadas graficamente para diferentes pressões de coluna de água variando entre 0,1 e 0,5 atmosferas (atm), em regime permanente e estacionário. Os resultados experimentais foram comparados e apresentados na forma de parâmetros adimensionais que caracterizam o regime de escoamento num leito fixo. Os resultados experimentais foram modelados a partir da modificação dos modelos de Vortmeyer e Schuster (1983) e Subagyo et al. (1998) para estabelecer sobre os mesmos parâmetros adimensionais uma adequada aproximação com os resultados teóricos. / The present dissertation reports the performance of steady flow in circular fix bed which was created by sinterization of glass spheres. The experimental analysis aimed the process of retention of particles from circular packed bed of 29 mm of diameter. The circular fix bed was created with spheres of glass of diameter between 1.0 and 3.0 mm, and made by sintering one rigid body from continuous heating until 750ºC. The circular and rigid fix bed was subjected to different pressures of column of water varying between 0.1 and 0.5 atm for analysis of flux (kg/s). The experiments were carried out with the addition of one amount of açai pulp, sands fine, sands thick and spheres of glass own of composition of fix bed. The dimensionless flux was present for different pressures of column of water on the fix bed; the results were compared and presented in the form of dimensionless parameters of literature what characterize the flow in packed bed. The experimental results were modeled based on Vortmeyer e Schuster (1983) and Subagyo et al. (1998) models, establishing on the dimensionless parameters an appropriate approach with the theoretical flux of circular fix bed.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Caroline Ribeiro.pdf: 1866892 bytes, checksum: e531dc26b15b11d89edb4f77ee826666 (MD5) Previous issue date: 2014-02-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Textile industries remarkably present high consumption of water and elevated generation of wastewater. In most cases, these effluents are contaminated with a large amount of dyes, requiring previous treatment to disposal in the receiving bodies of water like rivers and lakes, or prior to its reutilization in the industry. The aim of this study was to evaluate the adsorption potential of tilapia (Oreochromis niloticus) scales of the reactive blue 5G dye and characterize this potential sorbent material, since it is an abundant waste of fish slaughterhouses of the western region of Paraná. For this purpose, characterization of the scale were carried out by OM, SEM, EDS, N2 physisorption, XRD, pHZPC, FTIR and FT-Raman. Experiments were performed in closed batch system to examine the effect of the particle diameter (6, 16, 32, 100, 150, 325 mesh and base), the adsorbent mass (0.1, 0.2 and 0.3 g), initial pH of the dye solution (2.0, 7.5 and 10.0) and the chemical pretreatment at the scales adsorption capacity. Finally, equilibrium assays were performed at the optimum conditions obtained. Further experiments were performed at fixed bed continuous system, the breakthrough curves were carried at different particle diameters (12, 16, 32 mesh and granulometric mixture) and under different pH values of the feed solution (2.0, 5.5, 7.5 and 10). Furthermore, the influence of treatment chemical adsorption was also studied. Moreover, the amount of dissolved organic carbon was measured during the adsorption process to examine the possibility of lixiviation. The material characterization indicated low incidence of pores on the scale surface, and the presence of chemical groups characteristic of collagen and hydroxyapatite. PHZPC analysis demonstrated that the point of zero charge of the scale was 7.64. At the both batch and column adsorption process higher values of adsorption capacity was reached by using the particle sizes 6, 16 and 32 mesh, at initial pH 2.0. The chemical treatment did not present any influence at the adsorbent adsorption capacity. Langmuir and Radke-Prausnitz isotherms best represented the equilibrium data of batch process. For the fixed bed process assays, the largest adsorption capacity was achieved by using the granulometric mixture of scales, at pH 2.0, at these conditions the highest adsorption capacity reached was q = 394.8 mg g-1, achieving a breakthrough time of tb = 20.5 h at the feed concentration of 75 mg L-1. The dissolved organic carbon amount increased during the experiment due to the dye solution concentration rise. Considering the high removal levels and the low cost of the material, tilapia scale present a potential use as alternative adsorbent. / As indústrias têxteis se caracterizam pelo alto consumo de água e a geração de elevados volumes de águas residuárias, as quais estão contaminadas com corantes e necessitam de tratamento antes do descarte nos corpos receptores como rios e lagos. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial de adsorção da escama do peixe Oreochromis niloticus (Tilápia) utilizando o corante reativo Azul 5G e caracterizá-la, visto que se trata de um resíduo abundante das indústrias frigoríficas de peixes da região oeste do Paraná. Para tanto, a caracterização da escama foi realizada pelas técnicas de MO, MEV, EDS, Fisissorção de N2, DRX, pHPCZ, FT-IR e FT-Raman. Foram realizados experimentos em sistema fachado e batelada para avaliar o efeito do diâmetro das partículas (6, 16, 32, 100, 150, 325 mesh e fundo), da massa de adsorvente (0,1, 0,2 e 0,3 g), do pHinicial da solução de corante (2, 7,5 e 10) e do pré-tratamento químico na capacidade de adsorção das escamas. Por fim, realizou-se experimentos de equilíbrio nas melhores condições avaliadas. Também foram obtidas as curvas de ruptura em leito fixo sob diferentes granulometrias (12, 16, 32 mesh e mistura granulométrica), diferentes condições de pH da solução de alimentação (2, 5,5, 7,5 e 10) e de concentração da solução de alimentação. Avaliou-se ainda a influência do pré-tratamento químico no adsorvente e a quantidade de carbono orgânico dissolvido durante o processo de adsorção para verificar a ocorrência de lixiviação. A caracterização indicou baixa quantidade de poros na superfície da escama, além de grupamentos químicos característicos de colágeno e hidroxiapatita. A análise de pHPCZ indicou que o ponto de carga zero da escama é 7,64. Em ambos os sistemas a maior capacidade de adsorção foi alcançada nas granulometrias 16 e 32 mesh e pHinicial 2, onde não foi verificada a influência do pré-tratamento químico no processo de adsorção. As isotermas que melhor se ajustaram aos dados de equilíbrio para o sistema fechado e batelada foram a de Langmuir e Radke-Prausnitz. Nos ensaios em leito fixo, a maior capacidade de adsorção foi obtida nas condições de mistura granulométrica das escamas e no pH 2,0, alcançando-se uma capacidade de adsorção de q = 394,8 mg g-1 para a concentração de 75 ppm e com um tempo de ruptura de tb = 20,5h. A carga de carbono orgânico dissolvido aumentou no decorrer do experimento devido ao aumento da concentração da solução de corante, a qual também não foi influenciada pelo pré-tratamento químico. Dado o elevado teor de remoção e o baixo custo do material, verifica-se que a escama de tilápia é um adsorvente alternativo em potencial.

Orientadores: Francisco Maugeri Filho, Maria Isabel Rodrigues / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-21T20:28:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Forte_MarcusBrunoSoares_D.pdf: 4684118 bytes, checksum: 7ad3d65f4a3a6f6e525b286c594a4a22 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A proposta desta tese foi o estudo da adsorção do ácido clavulânico (CA) em hidróxidos duplos lamelares (LDH) e o uso desses adsorventes em colunas de leito fixo na separação entre o CA e aminoácidos. A tese foi desenvolvida em três etapas: na primeira, utilizou-se LDH do tipo hidrotalcitas. Os adsorventes foram avaliados quanto à cinética de adsorção em banho finito. O melhor sistema foi a hidrotalcita com 70 % de magnésio na composição (HT70c) com fração de sólidos (em relação ao volume de líquido) no reator est = 15,0 mg/mL usando água como solvente. O modelo de equilíbrio melhor ajustado foi o linear com os seguintes coeficientes de adsorção: k = 0,404; 0,602; 0,849 e 1,083 L/g para 16,5; 19,0; 21,5 e 24,0°C, respectivamente, evidenciando um aumento da capacidade de adsorção com aumento da temperatura. O sistema foi avaliado termodinamicamente quanto à energia livre de Gibbs (?G°), entalpia (?H°) e entropia (?S°), sendo que os valores calculados foram: ?G° = 2,100; 1,301; 0,503 e -0,295 kJ/mol para 16,5; 19,0; 21,5 e 24,0°C, respectivamente, ?H° = 94,602 kJ/mol e ?S° = 0,319 kJ/mol.K. A segunda etapa foi desenvolvida no Laboratório de Materiais Inorgânicos da Université Blaise Pascal na França, durante Estágio de Doutorado-Sanduíche. LDH com outras composições foram sintetizados, caracterizados e avaliados quanto à adsorção de CA. A difração de raios X indicou a formação de uma estrutura cristalina com uma distância entre as lamelas de aproximadamente 22 Å. Os espectros na região do infravermelho apresentaram sinais característicos da molécula de CA: ligações C=C (720 ¿ 840, 1640 e 1657 cm-1), C-O-C e C-N (1036, 1060 e 1292 cm-1), C-N (1354 cm-1), C-OH (1392 cm-1) e COOH (1551, 1581 cm-1). A análise termogravimétrica indicou a presença de uma molécula interlamelar com peso molecular de aproximadamente 194 g/mol. Essas análises confirmam a presença do CA no espaço interlamelar e, desta forma, a afinidade da molécula de CA pelos sítios dos LDH. A adsorção de CA em diferentes fases de LDH (Zn2Cr-NO3, Zn2Al-NO3 e Mg2Al-NO3) foi avaliada por meio de isotermas de adsorção a 20,0; 30,0 e 35,0°C. O sistema escolhido como mais conveniente foi o Zn2Cr-NO3, cujos parâmetros ajustados para o modelo de Freundlich foram kF = 73,63; 128,76 e 229,62 mg1-nF.LnF/g e nF = 0,35; 0,38 e 0,33 para 20,0; 30,0 e 35,0°C. Na terceira etapa,partículas contendo cristais de Zn2Cr-NO3 encapsulados em microgéis de alginato (LDHME) foram obtidas através de gelificação iônica, a fim de possibilitar o uso desses adsorventes em colunas cromatográficas. Uma coluna foi empacotada com as partículas de LDHME a fim de avaliar a separação de CA em relação aos aminoácidos tirosina (TYR) e prolina (PRO), já que são os principais contaminantes presentes no meio fermentativo, pelo método de pulso cromatográfico. O uso das partículas de LDHME na separação de CA foi considerado satisfatório levando a fatores de purificação de 2,32 vezes o inicial e a um grau de pureza das soluções de 93 %. Um modelo matemático foi desenvolvido para adsorção de ácido clavulânico (CA) em coluna de leito fixo, empacotada com partículas LDHME. Curvas de ruptura foram obtidas experimentalmente e o sistema foi avaliado em relação aos tempos de operação assim como eficiências e produtividades em função de variações simultâneas das condições experimentais, vazão (Q) e altura de leito (L), através de um delineamento composto central rotacional (DCCR). A vazão foi avaliada no intervalo de 0,19 a 0,82 mL/min e a altura do leito de 3,0 a 5,0 cm. O algoritmo particle swarm optimization (PSO) se mostrou eficaz na estimação dos parâmetros do modelo proposto. Depois de validado experimentalmente em condições distintas das usadas na estimação, o modelo foi usado como ferramenta na otimização da adsorção de CA através de um DCCR, cujos resultados foram obtidos com simulações usando níveis superiores para as variáveis de entrada (Q de 0,80 a 1,50 mL/min e L de 7,0 a 10,0 cm) considerando somo respostas o tempo de ruptura (tb), tempo de exaustão (te), eficiência de recuperação (frec), eficiência de utilização da coluna (fcol) e a produtividade (P). Esse procedimento foi considerado satisfatório já que houve diminuições consideráveis nos tempos de operação e aumentos nas respectivas eficiências e produtividades. As melhores condições de operação do sistema estudado para adsorção de CA foram: Q = 1,15 mL/min e L = 10,0 cm, cujas respostas foram: tb = 24 min, te = 110 min, frec = 96 %, fcol = 37 % e P = 117 kg/h / Abstract: The main focus of this thesis was to study the adsorption of clavulanic acid (CA) in layered double hydroxides (LDH) and to use these adsorbents in fixed bed columns for separation of CA from amino acids. The thesis was developed in three steps: first, it was used LDH-type hydrotalcites. Adsorption studies were performed in stirred batch glass reactors. It was shown that distilled water and a solid/liquid ratio of 15.0 mg/L generated the most favourable conditions for adsorption. A calcined hydrotalcite containing 70 % of MgO was selected for further study since it presented the best adsorption performance. Adsorption equilibrium was evaluated from adsorption isotherms determined at different temperatures. The experimental isotherm data were well fitted by a linear equilibrium model with the corresponding adsorption constants being klin = 0.404, 0.602, 0.849 and 1.083 L/g at 16.5, 19.0, 21.5 and 24.0°C, respectively, showing an increased adsorption capacity at higher temperatures. Thermodynamic evaluation of the process allowed the Gibbs¿ free energy (?G°), the standard enthalpy change (?H°) and the standard entropy change (?S°) to be estimated as follows: ?G° = 2.100, 1.301, 0.503 and ¿0.295 kJ/mol at 16.5, 19.0, 21.5 and 24.0°C, respectively; ?H° = 94.602 kJ/mol; and ?S° = 0.319 kJ/(mol.K), respectively. The second step was developed at the Laboratory of Inorganic Materials of the Blaise Pascal University France during a doctoral internship in France. Different LDH compositions have been investigated: Zn2Cr-Cl, Zn2Cr-NO3, Zn2Al-NO3 and Mg2Al-NO3. Zn2Cr-CA hybrid LDH assemblies were prepared through coprecipitation method to evaluate the affinity between the CA molecule and the interlayer sites. Experiments were carried out using two different sources of CA, i.e. the pharmaceutical product Clavulin® and Clavulanate: Avicel (1:1). The resulting inorganic-organic "sandwich" structure was characterized by a combination of techniques showing an expansion of the layered structure from 0.78 nm to values between 2.30 and 2.60 nm upon CA intercalation; a molecular sieve role of LDH host is also pointed out. Isotherms studies were carried out to evaluate the adsorption capacity of LDH towards CA in presence of contaminants such as amino acids. The Freundlich adsorption model was found to fit the data well and indicating relatively large adsorption capacity, as high as 73.63, 128.76 and 229.62 mg1-nFLnFg-1 at 20, 30 and 35°C, respectively. Besides, the adsorption of CA is classified as an endothermic and spontaneous process with the following calculated thermodynamic parameters: ?H° = 20.516 kJ/mol, ?S° = 0.081 kJ/mol.K and ?G° = -3.271, -4.082, -4.488 kJ/mol for 20, 30 and 35°C, respectively. Particularly, the adsorption of CA onto Zn2Cr-NO3 is a favorable process thus allowing us to envisage the use of LDH in CA biomolecule separation. In the third step, microparticles containing crystals of Zn2Cr-NO3 microencapsulated in alginate (LDHME) were obtained by ionic gelation in order to allow the use of these adsorbents in chromatography columns. A column was packed with particles of LDHME to evaluate the separation of CA from mixtures with amino acids such as tyrosine (TYR) and proline (PRO) using the chromatographic pulse methodology. The use of these LDHME microparticles in the CA separation was satisfactory leading to purification factors of 2.32 times the original and a purity of 93% of the solutions. A mathematical model has been developed for adsorption of CA in a fixed bed column packed with LDHME particles. Breakthrough curves were obtained and the system was experimentally assessed in relation to the time of operation as well as efficiencies and yields due to simultaneous variations of experimental conditions, flow rate (Q) and bed height (L) using a central composite rotatable design (CCRD), considering as responses the breakthrough time (tb), the exhaustion time (te), the recovery efficience (frec), the column utilization efficience (fcol) and the process productivity (P). The flow rate was assessed in the range from 0.19 to 0.82 mL/min and the bed height from 3.0 to 5.0 cm. The particle swarm optimization algorithm (PSO) was shown to be effective in the estimation of the parameters of the proposed model. Once validated experimentally under different conditions from those used in the estimation, the model has been used as a tool in optimizing the adsorption of CA by a CCRD, whose results were obtained using simulations with higher levels for the input variables (0.80 < Q < 1.50 mL/min and 7.0 < L < 10.0 cm). This procedure was considered satisfactory since there were significant reductions in operating times and increases in their productivity and efficiencies. The best operating condition of the system studied for CA adsorption were: Q = 1.15 mL/min and L = 10.0 cm, the answers were: tb = 24 min, trec = 96 %, frec = 110 min, frec = 37% and P = 117 kg/h / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Eugênio Spanó Rosa, Erick de Moraes Franklin / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T18:21:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Figueiredo_FabiolaTocchinide_M.pdf: 4897680 bytes, checksum: 594ff391035bd0cca23d8d6ccc9465f2 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O transporte de grãos por um fluido em escoamento é frequentemente encontrado na natureza e na indústria. Está presente, por exemplo, na erosão das margens de rios, na migração de dunas no deserto e no transporte de areia em dutos. O mecanismo de transporte se dá através da transferência da quantidade de movimento do fluido para os grãos. Quando a força exercida pelo fluido no leito granular é capaz de mover alguns grãos, mas é relativamente pequena comparada ao peso dos grãos, o escoamento não é capaz de transportar os grãos como suspensão. Forma-se uma camada móvel de grãos em contato com a parte fixa do leito, conhecida como leito móvel (em inglês, 'bed-load'). Se o fluido é um líquido, a espessura desta camada móvel é de apenas alguns diâmetros de grão. A transferência de quantidade de movimento do fluido para os grãos altera o campo de escoamento tornando o perfil de velocidades diferente do caso de leito fixo. Este trabalho está interessado em entender as mudanças que acontecem no escoamento de um líquido turbulento devido à presença de um leito granular móvel, este fenômeno é conhecido como 'feed-back effect'. Os experimentos foram realizados em um canal horizontal de seção retangular e o equipamento de medida PIV (em inglês, 'Particle Image Velocimetry') foi usado para medir o escoamento turbulento de água sobre leitos granulares fixos e móveis. Os perfis de velocidade sobre leito granular fixo e móvel foram medidos para dois diferentes tamanhos de grãos, 160 'mi'm e 360 'mi'm, para a mesma vazão, em condições próximas ao limite de mobilidade dos grãos. Esta é a primeira vez que esta perturbação é experimentalmente medida no caso de escoamento turbulento de líquidos em regime hidraulicamente liso / Abstract: The transport of granular matter by a fluid flow is frequently found in nature and in industry. It is present for example, in the erosion of river banks, in the displacement of desert dunes and on the transport of sand in hydrocarbon pipelines. The entraining mechanism is the momentum transfer from the fluid flow to the grains. When the forces exerted by the fluid flow on the granular bed are able to move some grains, but are relatively small compared to the grains weight, the flow is not able to transport grains as a suspension. Instead a mobile layer of grains, known as bed-load, takes place. If the fluid is a liquid, the bed-load thickness is only a few grains diameters. The momentum transfer from the fluid to the mobile layer alters the fluid flow itself, i. e., the fluid flow is different from that if the bed were static. In this work we are interested in quantifying the changes (perturbation) caused by a mobile layer of grains (granular transport as bed-load) on a turbulent liquid flow. The experiments were performed on a horizontal closed-conduit channel of rectangular cross section and a PIV (Particle Image Velocimetry) device was used to measure the turbulent water flow over fixed and mobile granular beds. The turbulent fully-developed velocity profiles over fixed and mobile granular beds were measured for two different diameter of grains, 160 'mi'm and 360 'mi'm, for roughly the same water flow rates, in conditions near the threshold of the bed-load. The spatial resolution of the measurements allows the experimental quantification of this perturbation and comparison with bed-load theories. The mean flow profiles were obtained, so that the effects of bed-load on the shear stress could be determined. This is the first time that this perturbation is experimentally measured in the case of turbulent flows of liquids / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestra em Engenharia Mecânica