Dissertação [mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-07-16T21:12:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 316645.pdf: 8925571 bytes, checksum: a2b8c12b55f8deb5f960107daabc0b5b (MD5) / Visando a aplicação em queimadores porosos radiantes, esponjas cerâmicas de mulita com porosidade aberta foram fabricadas pelo método da réplica da esponja polimérica. A mulita é um material formado por alumina e sílica, que devido a sua estrutura apresenta alta resistência ao choque térmico e estabilidade a alta temperatura, requisitos necessários para a aplicação requerida. Em estudo de reologia conduzido para suspensões precursoras da mulita (contendo pó de alumina e sílica coloidal), definiu-se 2,00% de bentonita e 0,75 e 1,00% de CMC em peso como aditivos para as suspensões utilizadas na impregnação de esponjas poliméricas. Esponjas com dupla impregnação também foram fabricadas visando à melhora das propriedades mecânicas com a melhora do recobrimentos dos filamentos das esponjas. A formação da mulita a partir desta mistura (3Al2O3.2SiO2) foi caracterizada utilizando quantificação de fases pelo método de Rietveld. Com tratamento a 1600 °C por 4 h, 90,3% das fases cristalinas foram identificadas como mulita, formada por sinterização reativa entre seus precursores. As esponjas fabricadas foram testadas por ensaios dinâmicos de avaliação do módulo elástico através da ressonância de barras para a caracterização da perda do módulo elástico por choque térmico. Na melhor condição, esponjas com simples impregnação apresentaram queda do módulo elástico em função do aumento de ciclos de choque térmico na ordem de 22% em relação àquelas com dupla impregnação que apresentaram 61%, após 12 choques térmicos. Por outro lado, a tensão de ruptura em compressão das amostras com dupla impregnação se mostrou 14 vezes superior àquelas com simples impregnação. Sendo assim, observa-se que o aumento da resistência mecânica não tem relação com o aumento da resistência ao choque térmico. Testes de operação em diferentes condições foram realizados para avaliar a perda de resistência em operação. Tempo (entre 10 min e 6 h) e temperatura (entre 1250 e 1500 °C) de operação foram variados. Nestas condições os queimadores sobreviveram aos ciclos térmicos e as temperaturas impostas, mostrando assim que este material é passível de utilização em condições reais.<br> / Abstract : Aiming applications as porous radiant burners, mullite ceramic sponges with open porosity were fabricated by the replica method of polymeric sponges. Mullite is a material consisting of alumina and silica, which due to its structure presents high thermal shock resistance and high temperature stability, important requirements for the application as porous radiant burners. In the conducted study, the rheology of suspension of mullite precursors (containing alumina powder and colloidal silica) laid up 2.00 wt.% of bentonite and 0.75 and 1.00 wt.% CMC as additives for the suspensions used in the impregnation of polymeric sponges. Sponges with double impregnation were also made in order to improve the mechanical properties of coatings with thicker filaments. The formation of mullite from this mixture (3Al2O3.2SiO2) was characterized using quantification of phases by the Rietveld method. After treatment at 1600 °C for 4 h, 90.3% of the crystalline phases were identified as mullite formed by reaction sintering between its precursors. The sponges were tested by dynamic tests to evaluate the elastic modulus using resonance bar to characterize the loss of elastic modulus by thermal shock. In the best condition, sponges with simple impregnation, the elastic modulus decreased with the increase of cycles of thermal shock in the order of 22% compared with those double impregnated, which showed 61%, after 12 thermal shocks. Moreover, the tensile strength in compression of the samples with double impregnation was 14 times higher than those with simple impregnation. Thus, it was observed that increasing mechanical strength is not related to the increased resistance to thermal shock. Operation tests were conducted under different conditions to evaluate the loss of strength in operation. Operation time (between 10 min and 6 h) and temperature (between 1250 and 1500 °C) were varied. The burners survived the thermal cycles and temperatures imposed, thereby showing that this material is capable to be used in real conditions.

Tese (doutorado)- Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T13:11:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338943.pdf: 4401784 bytes, checksum: f331216981fce2ee7b937a2c476b191a (MD5) Previous issue date: 2015 / Aços sinterizados contendo lubrificante sólido incorporado ao volume são materiais potencialmente interessantes para o controle de atrito e desgaste nos modernos sistemas mecânicos, onde são predominantes os regimes de lubrificação mista ou, até mesmo, lubrificação limite. Neste trabalho, partículas de grafita foram geradas in situ no volume de aços Hadfield via dissociação de carboneto de silício durante a sinterização. Estes aços foram processados via moldagem de pós por injeção, sendo o estudo dividido em três etapas: i) desenvolvimento da matriz do aço Hadfield; ii) geração de grafita no volume de aços Hadfield; iii) caracterização de aços Hadfield processados em forno tubular. As duas etapas iniciais foram realizadas com o objetivo de entender a influência dos pós e parâmetros de sinterização na formação microestrutural destes novos materiais. O uso de pó de ferromanganês de elevado teor de Mn e tamanho de partícula superior ao do pó de ferro resultou em porosidade secundária. Atmosfera de sinterização com baixo potencial químico de oxigênio foi recomendado para evitar a oxidação das partículas ricas em Si/Mn. Além disto, foi recomendado o resfriamento do forno a uma taxa maior que 50 ºC/min para evitar a precipitação de fase secundária em contorno de grão. Em termos de geração de grafita, observou-se que o elevado potencial químico causado pela mistura dos diversos pós de elementos de liga contribuiu para a rápida difusão dos átomos de C, provenientes da dissociação do SiC, na matriz metálica. Assim, a formação da grafita aparenta estar associado a um processo de solubilização e precipitação, o que faz com que a grafita gerada no volume dos aços Hadfield apresente características similares a do ferro fundido.<br> / Abstract : Sintered steels containing embedded solid lubricants in the volume are potential interesting materials to control friction and wear in modern mechanical systems, where regimes of mixed lubrication or even boundary lubrication are predominant. In this work, graphite particles were generated in situ in the volume of Hadfield steels via dissociation of silicon carbide during the sintering. These steels were processed by powder injection molding, and the study divided in three stages: i) development of the Hadfield steel matrix; ii) generation of graphite in the volume of the Hadfield steels; iii) characterization of Hadfield steels sintered in a tubular furnace. First two stages were carried out with the goal of understanding the influence of powders and sintering parameters on the microestrutural formation of these new materials. The use of high Mn content iron-manganese powder and with particle size bigger than the iron powder resulted in secondary porosity. Low oxygen chemical potential sintering atmosphere was recommended to avoid oxidation of the Si/Mn rich particles. Moreover, the ratio of furnace cooling was recommended to be over 50 ºC/min to avoid grain boundary precipitation of secondary phases. In terms of graphite generation, it has been observed that the high chemical potential caused by the mixture of several alloying powders contributed to the fast diffusion of C atoms, dissociated from SiC, into the metallic matrix. Thus, graphite formation is apparently associated to a solubilization and precipitation process, which meant that the graphite generated in the volume of the Hadfield steels presented similar characteristics to cast iron.

Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-18T21:35:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T04:35:21Z : No. of bitstreams: 1 153237.pdf: 15870179 bytes, checksum: d75af03e432e1d3d19ad60cb9a4d5741 (MD5) / As teorias da plasticidade e a sua implementação voltada a metais porosos se trata de um tópico ainda em desenvolvimento e desafiador em termos de progressos a serem obtidos. Os critérios de escoamento apresentados na literatura são usualmente de aplicação restrita. Como conseqüência, as teorias da plasticidade para metais porosos não são capazes de serem ajustadas a diferentes tipos de materiais com diferentes características. Normalmente os algoritmos de plasticidade de materiais porosos são de difícil implementação em programas computacionais comerciais. Neste trabalho é proposto um novo critério flexível de plasticidade para metais porosos que é comparado a quatro critérios de escoamento propostos na literatura por Green, Gurson, Kuhn & Downey e Doraivelu. Estes critérios são implementados em um programa comercial de elementos finitos (ABAQUS) através de um algoritmo de integração adaptado a partir de uma proposta da literatura que considera o encruamento da matriz do material e a evolução da porosidade. Foram estudadas as diferenças nas respostas para diferentes teorias da plasticidade de materiais porosos. Os resultados obtidos via simulação numérica mostram que: 1) todos os critérios de escoamento, da literatura e proposto, foram implementados com sucesso; 2) o critério de escoamento proposto é adequado no sentido de cobrir as situações modeladas pelos critérios apresentados na literatura; 3) os critérios de escoamento apresentados na literatura apresentaram resultados qualitativamente similares mas diferentes em valores absolutos quando comparados entre si e com o vastamente testado critério de Gurson.

Made available in DSpace on 2015-07-13T12:10:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-02-25. Added 1 bitstream(s) on 2015-07-13T12:25:21Z : No. of bitstreams: 1 000826313_20170225.pdf: 71986 bytes, checksum: 96e6d9374dc4a953886b985676bba4e3 (MD5) Bitstreams deleted on 2017-03-03T11:01:33Z: 000826313_20170225.pdf,. Added 1 bitstream(s) on 2017-03-03T11:02:41Z : No. of bitstreams: 1 000826313.pdf: 1261991 bytes, checksum: a1d22f5a0dada3747dd683705fff0b8a (MD5) / Este trabalho apresenta um novo método que permite a síntese de óxidos mistos porosos derivados da hidrotalcita. A combinação das propriedades texturais dos óxidos mistos, suas características ácido-base intrínsecas e a estrutura de poros, pode ser de grande interesse para o desenvolvimento de catalisadores funcionais. O método baseia-se na transição sol-gel, utilizando-se tensoativos e gotículas de parafina como fase apolar como moldes. Foi realizado um estudo sistemático das condições de preparação dos óxidos mistos e estabelecidos alguns parâmetros determinantes na formação e estabilidade destes materiais, além de colocar em evidência as correlações entre a composição da emulsão, os tratamentos após a gelatinização e a estrutura porosa do material final. Construíram-se diagramas ternários, nos quais as proporções de tensoativo, etanol e parafina foram variadas afim de escolher uma região de formação de emulsão com maior estabilidade cinética. Na fração em mol de 0,2 a 0,5 de alumínio tem-se a formação de estruturas do tipo hidrotalcita, que apresentam características singulares em várias áreas de aplicações. Os resultados de porosimetria de mercúrio mostraram que a inserção de parafina no preparo do material permitiu formar uma estrutura porosa diferenciada, com o empilhamento aleatório das laminas que compõem o material ao redor das gotículas de parafina. Dependendo da quantidade e do tipo de parafina utilizada, os materiais que apresentam variações na distribuição da família de poros e na morfologia. A fração em mol de alumínio e magnésio foi variada e a estrutura hidrotalcita foi confirmada por difração de raios X, e partir desta pode-se calcular o parâmetros de redes para verificar a incorporação isomórfica dos átomos de alumínio na estrutura do óxido de magnésio. Medidas de fisissorção de nitrogênio demonstram uma... / We will present a new method that allows the synthesis of porous mixed oxides derived from hydrotalcite. The combination of textural properties of the mixed oxides, acid-base their intrinsic characteristics and pore structure, can be of great interest for the development of functional catalysts. The method is based on sol-gel transition, using surfactants and paraffin droplets as apolar phase as templates. We conducted a systematic study of the preparation conditions of mixed oxides and set some parameters determining the formation and stability of these materials, and to highlight the correlations between the composition of the emulsion, the treatments after gelation and the porous structure of the final material. Ternary diagrams were constructed in which the proportions of surfactant, ethanol and paraffin were varied in order to choose an emulsion-forming region with greater kinetic stability. In mole fraction 0.2 to 0.5 of aluminum is the formation of hydrotalcite-like structures, which have unique characteristics in various areas of applications. The results of mercury porosimetry showed that the inclusion of paraffin in the preparation of material allowed to form a distinct pore structure with the random stacking of the blades which compose the material around the paraffin droplets. Depending on the amount and type of wax used, materials which exhibit variations in the distribution of pores family and morphology. The mole fraction of aluminum and magnesium was varied and the hydrotalcite structure was confirmed by X-ray diffraction, and from this we can calculate the parameters networks isomorphic to verify incorporation of aluminum atoms in the structure of magnesium oxide. Nitrogen physisorption measurements show a transition of type H1 hysteresis (pore size slots) for the hydrotalcite formation region for H3 (cylindrical pores) and a specific surface area increased with increasing aluminum...

No contexto das teorias de perturbação estocástica, analisamos a acurácia de dois modelos poroelásticos lineares aplicados a meios porosos altamente heterogêneos sujeitos as incertezas na permeabilidade e nas constantes elásticas. Os modelos poroelásticos completamente e fracamente acoplados analisados surgem caracterizados pelo grau de intensidade de acoplamento entre a hidrodinámica governante da percolação o do fluido e a poromecânica que rege as deformações da matriz porosa. Novas equações efetivas para os momentos das soluções são obtidas fazendo uso de técnicas de expansão assintótica. À luz da teoria de perturbação, são estabelecidas hipóteses simplificadoras que elucidam o domínio de validade do modelo fracamente acoplado, amplamente utilizado nos simuladores de Reservatórios de Petróleo, na presença de heterogeneidades e correlação nos coeficientes poroelásticos. Simulações computacionais do processo de extração primária de petróleo são realizadas utilizando técnicas de Monte Carlo em conjunção com métodos de elementos finitos. Resultados numéricos obtidos confirmam claramente a conjectura estabelecida pela teoria de perturbação relacionada com a inacurácia do modelo fracamente acoplado na presença de variabilidade nas constantes elásticas. A metodologia empregada permite quantificar a distância entre os dois modelos poroelásticos, e consequentemente, propor a escolha do modelo apropriado para diferentes condições de carregamento e variabilidade da formação geológica. / In the context of the stochastic perturbations theories we analyze the accuracy of two linear poroelastic models applied to highly heterogeneous porous media subject to uncertainties in the permeability and the elastic constants. The poroelastic models completely and weakly coupled analized arise characterized by the degree of intensity coupling between the hydrodinamics, governor of the percolation of the fluid and poromechanics which governs the deformation of the porous matrix. New equations for the moments of effective solutions using techniques of asymptotic expansion. In light of the perturbation theory are set simplifying assumptions that clarify clearly the domain of validity of weakly coupled model, widely used in simulation of oil reservoirs in the presence of heterogeneities and correlation in poroelastic coefficients. Computational simulations of the primary extraction of oil process are carried out using Monte Carlo techniques in conjunction with finite element methods. Results obtained clearly confirm the conjecture established by the perturbation theorie related with the inaccuracy of the weakly coupled model in the presence of variability in the elastic constants. The methodology used allows to quantify the distance between the two poroelastics models and therefore propose the appropriate model for different conditions of loading and variability of the geological formation.

Orientador: Leandro Martins / Banca: José Maria Corrêa Bueno / Banca: Daniela Zanchet / Resumo: Este trabalho apresenta um novo método que permite a síntese de óxidos mistos porosos derivados da hidrotalcita. A combinação das propriedades texturais dos óxidos mistos, suas características ácido-base intrínsecas e a estrutura de poros, pode ser de grande interesse para o desenvolvimento de catalisadores funcionais. O método baseia-se na transição sol-gel, utilizando-se tensoativos e gotículas de parafina como fase apolar como moldes. Foi realizado um estudo sistemático das condições de preparação dos óxidos mistos e estabelecidos alguns parâmetros determinantes na formação e estabilidade destes materiais, além de colocar em evidência as correlações entre a composição da emulsão, os tratamentos após a gelatinização e a estrutura porosa do material final. Construíram-se diagramas ternários, nos quais as proporções de tensoativo, etanol e parafina foram variadas afim de escolher uma região de formação de emulsão com maior estabilidade cinética. Na fração em mol de 0,2 a 0,5 de alumínio tem-se a formação de estruturas do tipo hidrotalcita, que apresentam características singulares em várias áreas de aplicações. Os resultados de porosimetria de mercúrio mostraram que a inserção de parafina no preparo do material permitiu formar uma estrutura porosa diferenciada, com o empilhamento aleatório das laminas que compõem o material ao redor das gotículas de parafina. Dependendo da quantidade e do tipo de parafina utilizada, os materiais que apresentam variações na distribuição da família de poros e na morfologia. A fração em mol de alumínio e magnésio foi variada e a estrutura hidrotalcita foi confirmada por difração de raios X, e partir desta pode-se calcular o parâmetros de redes para verificar a incorporação isomórfica dos átomos de alumínio na estrutura do óxido de magnésio. Medidas de fisissorção de nitrogênio demonstram uma... / Abstract: We will present a new method that allows the synthesis of porous mixed oxides derived from hydrotalcite. The combination of textural properties of the mixed oxides, acid-base their intrinsic characteristics and pore structure, can be of great interest for the development of functional catalysts. The method is based on sol-gel transition, using surfactants and paraffin droplets as apolar phase as templates. We conducted a systematic study of the preparation conditions of mixed oxides and set some parameters determining the formation and stability of these materials, and to highlight the correlations between the composition of the emulsion, the treatments after gelation and the porous structure of the final material. Ternary diagrams were constructed in which the proportions of surfactant, ethanol and paraffin were varied in order to choose an emulsion-forming region with greater kinetic stability. In mole fraction 0.2 to 0.5 of aluminum is the formation of hydrotalcite-like structures, which have unique characteristics in various areas of applications. The results of mercury porosimetry showed that the inclusion of paraffin in the preparation of material allowed to form a distinct pore structure with the random stacking of the blades which compose the material around the paraffin droplets. Depending on the amount and type of wax used, materials which exhibit variations in the distribution of pores family and morphology. The mole fraction of aluminum and magnesium was varied and the hydrotalcite structure was confirmed by X-ray diffraction, and from this we can calculate the parameters networks isomorphic to verify incorporation of aluminum atoms in the structure of magnesium oxide. Nitrogen physisorption measurements show a transition of type H1 hysteresis (pore size slots) for the hydrotalcite formation region for H3 (cylindrical pores) and a specific surface area increased with increasing aluminum... / Mestre

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O presente trabalho teve como objetivo avaliar volumetricamente a presença de poros em três cimentos obturadores. Para a análise de porosidade, quatro cilindros de cada cimento foram preparados e escaneados usando um microtomógrafo de alta resolução (Skyscam 1174, Kontich, Bélgica). O cálculo da porosidade foi realizado por meio de análise de imagens digitalizadas dos blocos de cimentos. Os quais foram microtomografados para criação de modelos tridimensionais. A presença de poros e vacúolos foi então avaliada por inferência do software CT analiser. Os resultados mostraram que o i-Root SP teve o menor índice de porosidade (0,07%), enquanto o AH plus e o MTA Fillapex não apresentaram diferenças estatisticamente significativas entre si (p&#8805;0,05). Apesar dos resultados para o índice de porosidade total do MTA Fillapex e do AH plus não terem diferenças significativas(p>0,05), os achados do presente trabalho mostraram que o MTA fillapex obteve resultados significativamente maiores nos volumes médios individuais dos poros internos que o Ah plus e o i-Root SP. Os resultados foram tabulados e analisados estatisticamete através do teste Anova ao nível de significância de 5%. / This study aimed to evaluate the presence of pores volumetrically in three sealers. For the analysis of porosity, four-cylinder of each cement were prepared and scanned using a high resolution Micro-CT scanner (Skyscam 1174, Kontich, Belgium). The porosity calculation was performed by analysis of digitized images of cement blocks. Which were scanned for creating three-dimensional models. The presence of pores and vacuoles was then evaluated by inference software CT Analiser . The results showed that the i-Root SP had the lowest porosity index (0.07%), while the AH Plus and MTA Fillapex showed no statistically significant differences between groups (p &#8805; 0.05). Although the results for the index of total porosity Fillapex MTA and AH Plus did not have significant differences (p> 0.05), the findings of this study showed that the MTA fillapex scored significantly higher in the average volume of individual internal pores that Oh the plus and i-Root SP. The results were tabulated and analyzed estatisticamete by ANOVA at a significance level of 5%.

Neste trabalho, foram preparadas resinas contendo o grupo sulfofosforila a partir de copolímeros de estireno e divinilbenzeno (Sty-DVB). O copolímero sintetizado Sty-DVB foi modificado com PCl3 e AlCl3 durante 15 horas de reação em diferentes condições de temperatura e razão molar P/Al. Os copolímeros fosforilados obtidos nas diferentes condições tiveram o teor de fósforo dosado por espectrofotometria para avaliar a extensão da modificação, sendo também caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR), termogravimetria, microscopia óptica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A resina fosforilada otimizada de maior percentual de fósforo incorporado foi obtida empregando-se o tempo de reação de 15 horas, temperatura de 50 &#61616;C e razão molar P/Al = 1/1,5. Essas condições otimizadas de fosforilação foram empregadas para obtenção da resina fosforilada RMF em larga escala. A resina fosforilada foi modificada com CS2 à temperatura ambiente em diferentes condições de tempo e quantidade molar adicionada do agente de sulforação (CS2). A resina sulfofosforilada otimizada de maior percentual de enxofre incorporado, determinado por análise elementar, foi obtida empregando-se o tempo de reação de 6 dias e adição de 15 mL de CS2, à temperatura ambiente. As resinas sulfofosforiladas foram também caracterizadas por FTIR, termogravimetria, MO e MEV, e tiveram a capacidade biocida avaliada através da determinação do número de células viáveis utilizando a técnica de contagem em placa junto à suspensão de Escherichia coli (ATCC25922TM, tipo selvagem). A maior capacidade biocida foi observada na resina sulfofosforilada com maior teor de enxofre incorporado / In this work, resins containing the sulfophosphoryl group were prepared from synthesized styrene and divinylbenzene (Sty-DVB) copolymers. The synthesized Sty-DVB copolymer was modified with PCl3 and AlCl3 for 15 hours under different conditions of temperature and P/Al molar ratio. The phosphorylated copolymers obtained under different conditions were assayed by spectrophotometry to measure the content of incorporated phosphorus and the extent of modification, and also characterized by infra-red spectrometry (FTIR), thermogravimetry, optical microscopy (MO) and scanning electron microscopy (SEM). The phosphorylated resin with the highest content of phosphorus was obtained by using the time of 15 hours, temperature of 50 &#61616;C and P/Al molar ratio = 1/1.5. These optimized conditions were employed to obtain phosphorylated resin RMF in large scale. The phosphorylated resin was modified at room temperature with CS2 under different conditions of time and the molar amount added of the sulforation agent (CS2). The sulfophosphorylated resin with the highest content of sulfur, determined by elemental analysis, was obtained by using the reaction time of 6 days and addition of 15 mL CS2, at room temperature. The sulfophosphorylated resins were characterized by FTIR, thermogravimetric analysis, MO e MEV, and had the biocidal activity evaluated by determining the number of viable cells of Escherichia coli (ATCC25922TM, wild type) using the technique of plate counting. The sulfophosphorylated resin with the highest biocidal activity was the resin obtained with highest content of incorporated sulfur

Compósitos mesoporosos de ZrO2-CeO2 estão sendo desenvolvidos devido às suas excelentes propriedades morfológicas e estruturais, necessárias para várias aplicações, que incluem sensores de gás, catálise automotiva e ânodos de células a combustível de óxido sólido. Nesse trabalho foi desenvolvido um novo método de síntese sol-gel com template cooperativo utilizando o polímero tribloco P-123 e os cloretos de Zr/Ce como precursores dos óxidos. Foram sintetizados ZrO2-x(mol)%CeO2 com x = 50, 70 e 90% de CeO2, uma vez que esses materiais apresentam melhores características para aplicações catalíticas. Dois processos de calcinação diferentes foram testados (até 540 e 400ºC). O NiO (60% m/m) foi impregnado para que o material obtenha a condutividade eletrônica necessária para aplicação em ânodos de SOFC. Os resultados de difração de raios X indicaram sistemas cuja fase cristalográfica predominante é a cúbica tipo fluorita (a fase tetragonal é minoritária). Fase única cúbica foi obtida para 90% de CeO2 após a calcinação até 400ºC. Dentre as características morfológicas dos materiais calcinados até 540ºC, os resultados de adsorção/dessorção de N2, imagens de microscopia eletrônica e espalhamento de raios X a baixos ângulos apresentaram aglomerados cristalinos de ZrO2-CeO2, formando um sistema mesoporoso bicontínuo, aleatéorio e sem forma definida, homogêneo em composição, com área superficial intermediária (30-40 m2/g), com alta dispersividade de poros/partículas. A calcinação a 400ºC apresentou menor dispersividade, menor tamanho de poros e maior área superficial (> 100 m2/g). O recobrimento da matriz de ZrO2-CeO2 pelas nanopartículas de NiO é superficial, sem obstrução ou preenchimento dos poros. A partir da redução à temperatura programada, observou-se que independentemente do conteúdo de CeO2, a porcentagem de redução do Ce4+ foi maior e ocorreu a menores temperaturas (início da redução em 300ºC) do que o padrão de CeO2 (750ºC). Esse comportamento se repete com as amostras após a incorporação com NiO, que se reduz a Ni também em baixas temperaturas (320ºC). A atividade catalítica para conversão do CH4 em oxidação total foi similar para ambas temperaturas de calcinação, para 90% de CeO2, atingindo 50% de conversão de CH4 para ~ 540ºC. Nos experimentos de absorção de raios X in-situ, na borda K do Ni e na borda LIII do Ce, foi possível observar que todos os conteúdos de CeO2 são ativos para oxidação parcial e total de CH4, assim como decomposição do CH4 e oxidação do CO, que ocorreu em torno de 600ºC. Os resultados de espectroscopia de impedância eletroquímica mostraram que, materiais com alto conteúdo de CeO2, apresentam baixa resistividade, de 0,97 cm2 a 750ºC em atmosfera de 5% CH4/3\\%H2O/N2. Portanto, o material desenvolvido neste trabalho apresenta as melhores propriedades morfológicas, estruturais, elétricas e catalíticas relatadas na literatura para aplicações como ânodo de SOFC e catalisador, comparado a materiais similares relatados na literatura. / Mesoporous ZrO2-CeO2 composites are being developed due to their excellent morphological and structural properties, which are necessary for their use in several applications, including gas sensors, three way catalysts (TWC) and solid oxide fuel cells (SOFCs). In this work a new synthesis method was developed based on a template cooperative sol-gel approach, using the tri-block polymer P-123 and Zr/Ce chlorides as the oxides\' precursors. Since high cerium oxide quantities lead to better catalytic performance, the ZrO2-x(mol)%CeO2 were synthesized with x = 50, 70 and 90. Two different calcination processes were tested (until 540 and 400 ºC). NiO was impregnated in order to obtain enough electronic conductivity for their application as SOFC anodes. X-ray diffraction results showed that these systems are biphasic and crystallized preferentially into cubic fluorite type structure together with smaller quantities of the tetragonal zirconia-ceria phase. A 100% cubic phase was retained for 90% of CeO2 after 400 ºC calcination. Textural and morphological characteristics for 540ºC calcination evaluated from N2 sorption, electronic microscopy images and small angle X-ray scattering revealed a two-density (pores/particles) random crystalline clusters of mesoporous ZrO2-CeO2, with homogeneous composition, average superficial area (30-40 m2/g), high dispersivity of pores/particle sizes. Calcination until 400 ºC presented a narrower pore size distribution and smaller pores, with higher superficial area (> 100 m2/g). It was observed that NiO particles formed an uniform layer over the ZrO2-CeO2 without filling or blocking the zirconia-ceria pores. Temperature programmed reduction experiments showed that for all ceria contents the reduction percentage of Ce4+ species in the samples was higher and at lower temperatures (beginning of reduction at 300 ºC) than standard CeO2 (750 ºC). After NiO impregnation this behavior was similar, with NiO reducing at lower temperatures (320 ºC) as well. Catalytic activity for methane total oxidation reaction was similar for both calcination temperatures, for 90% CeO2, showing 50% of CH4 conversion around 540 ºC. Absorption X-ray in-situ experiments at Ni K-edge and Ce LIII-edge showed that all ceria contents are active for total and partial methane oxidation, CH4 decomposition and CO oxidation at 600 ºC. Electrochemical impedance spectroscopy measurements showed low resistivity for higher ceria content, 0,97 Ocm2 at 750 ºC in 5% CH4/3% H2O/N2 atmosphere. Resuming, the material developed in this work presents the best morphological, structural, electrical and catalytical properties for applications as SOFC anode and catalyst, compared to similar materials reported in the literature.

Orientador: Antonio Claudio de França Correa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T06:13:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferroni_JoseGeraldo_M.pdf: 18599921 bytes, checksum: 5fe887fcfb5868fd7a9ea9b816fce18f (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Foi desenvolvida neste trabalho um procedimento para o monitoramento das concentrações efluentes de traçadores radioativos em poços produtores, considerando testes de injeção do tipo poço a poço e deslocamento tipo pistão de fluidos nos reservatórios. O modelamento do transporte de tais substâncias em meios porosos considera a superposição dos efeitos de convecção e de dispersão hidrodinâmica. Com relação ao mecanismo de transporte, foi empregada a Equação do Traçador desenvolvida por Abbaszadeh-Dehghani & Brigham, 1982. Os parâmetros convectivos e dispersivos do transporte utilizados nessa equação foram obtidos a partir da aplicação do Método da Integral de Contorno (BIM) aos sistemas estudados. Apesar de se ter considerado apenas padrões de injeção uniformes, o emprego do BIM possibilita a análise de geometrias mais genéricas, desde que mantidas as demais hipóteses consideradas no presente trabalho. As curvas de concentração, para os diferentes casos analisados e referentes à razão de mobilidade unitária, foram validadas com base no trabalho de Abbaszadeh-Dehghani & Brigham, 1982, o qual considera soluções analíticas para a derivação dos parâmetros convectivos e dispersivos do transporte. Os casos de razões de mobilidade (M) diferentes de 1 foram discutidos através da consideração de uma região global composta por duas regiões com mobilidades distintas. Por fIm, vale ressaltar que o modelo desenvolvido ainda possibilita a consideração dos efeitos de adsorção e de decaimento radioativo por meio de sua posterior superposição aos resultados previamente obtidos / Abstract: This work describes a method for estimating the effluent concentrations of radioactive tracers in production wells, considering well to well injection tests and piston-like displacements of fluids in the reservoir. The model for tracer transportation takes into account effects of convection and hydrodynamic dispersion. With respect to the model for tracer transportation, it was employed the Tracer Equation developed by Abbaszadeh-Dehghani& Brigham, 1982. The required convection and dispersion transport parameters were obtained by the use of the Boundary Integral Equation (BIM), with application to both direct and altemate line-drive pattems. Although only uniform injection patterns have been studied, the employment of the BIM can be extended to other geometries, keeping the same assumptions made in this work. For the cases analysed, considering unit mobility ratio, the concentration curves obtained were validated against the work of Abbaszadeh-Dehghani & Brigham, 1982, which considered analytical solutions for obtaining the convection and dispersion transport terms. The cases of non-unity mobility ratio were discussed through the assumption of a global domain composed of two zones with different mobilities. Finally, the model also makes possible the inclusion of both adsorption and radioactive decay phenomena by superposing such effects on the the results previously obtained. / Mestrado / Mestre em Engenharia de Petróleo