Este trabalho investigou a obtenção de filmes de óxido de cobalto por spray pirólise e sua caracterização para emprego como eletrocatalisador na geração de H2 por eletrólise de águas naturais via energia solar. A função desse eletrocatalisador é reduzir os sobrepotenciais necessários para eletrolisar a água e a decompor em hidrogênio e oxigênio. Para tanto, soluções precursoras de nitrato de cobalto hexahidratado foram depositadas por spray pirólise sobre uma camada de óxido de estanho dopado com flúor (FTO, em inglês) sobre um vidro sodocálcico, a diferentes concentrações e parâmetros de processo. Foram variadas a temperatura do substrato (de 190°C a 300°C), a distância entre o bico aspersor e o substrato (150 mm a 270mm). Os filmes de óxido de cobalto obtidos foram caracterizados quanto à sua cristalinidade por difração de raio-x, e quanto a sua morfologia por microscopia eletrônica de varredura. Os resultados mostraram uma forte influência da temperatura do substrato, relacionada com a natureza do solvente e do substrato, na obtenção de filmes contínuos e com aderência. Para avaliar seu desempenho na eletrólise da água, os filmes de óxido de cobalto obtidos foram ensaiados em uma célula eletroquímica, utilizando três águas distintas: água destilada, água do lago Guaíba (Porto Alegre-RS, Brasil) e do mar (Cidreira-RS, Brasil). Foi avaliada a sua eficiência na geração de hidrogênio e oxigênio, utilizando um voltâmetro de Hoffmann, pelo qual se obtinha o volume de gases gerados na eletrólise. A energia necessária para a separação da água foi fornecida por uma célula fotovoltaica exposta à radiação solar. Da mesma forma, foi avaliada sua atividade catalítica em função do tempo de eletrólise. Os resultados indicaram que os filmes eletrocatalisadores de óxido de cobalto obtidos por spray pirólise mostraram-se capazes de catalisar a eletrólise da água, baixando o sobrepotencial necessário, para todas as águas investigadas. A viabilidade de acoplar tal sistema de eletrólise de águas naturais a painéis fotovoltaicos mostrou-se viável e de grande interesse. Esta comprovação de geração de hidrogênio através de águas naturais define um curso para a implantação em larga escala de energia solar através de um mecanismo para o seu armazenamento como combustível. / This study investigated the obtaining of cobalt oxide films by spray pyrolysis and its characterization as electrocatalyst for use in the generation of H2 by electrolysis of natural water via solar energy. The function of this electrocatalyst is to reduce overpotentials needed to electrolyze water and decompose into hydrogen and oxygen. To this end, precursor solutions of cobalt nitrate hexahydrate were deposited by spray pyrolysis on a layer of fluorine-doped tin oxide (FTO) onto a soda lime glass at different concentrations and process parameters. The substrate temperature (190°C to 300 °C), the distance between the spray nozzle and the substrate (150 mm to 270mm) were varied. The films of cobalt oxide obtained were characterized for their crystallinity by x -ray diffraction, and by their morphology by scanning electron microscopy. The results showed a strong influence on the temperature of the substrate, linked to the nature of the solvent and substrate to obtain continuous films and adhesion. To assess their performance in the electrolysis of water, the films of cobalt oxide obtained were tested in an electrochemical cell using three different water: distilled water, lake water Guaiba (Porto Alegre - RS, Brazil) and the sea (Cidreira- RS, Brazil). We evaluated its effectiveness in the generation of hydrogen and oxygen, using a voltmeter Hoffmann, which was obtained by the volume of gas generated in the electrolysis. The energy required for water separation was supplied by a photovoltaic cell exposed to solar radiation. Similarly, we assessed the efficiency loss due to the electrolysis. The results indicated that the electrocatalyst cobalt oxide films obtained by spray pyrolysis were capable of catalyzing the electrolysis of water, lowering the overpotential required for all waters investigated. The feasibility of such a system of coupled natural water electrolysis photovoltaic panels proved to be feasible and of great interest. This proof of hydrogen generation through natural waters sets a course for the large-scale deployment of solar energy through a mechanism for storage as fuel.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Com o passar do tempo, a população mundial vem se conscientizando mais sobre problemas ambientais. Isso fez surgir uma demanda por tecnologias novas que possam se encaixar no cenário de sustentabilidade. Instabilidades frequentes no cenário político-econômico global acabam por elevar o preço do barril do petróleo. Assim a indústria química começa a buscar por alternativas que tenham a mesma versatilidade do petróleo. Dentre as opções de combustíveis renováveis, destaca-se o bio-óleo de pirólise. Seu interesse em estudos científicos vem do fato de poder-se utilizar do rejeito de processos como matéria prima, não necessitando competir por espaço com a plantação de alimentos. Sua composição pode ser representada por ácidos e fenóis. Em especial destacamos o ácido acético e fenóis oxigenados como m-cresol, o-cresol, p-cresol e guaiacol por estarem presentes em grandes quantidades. Sua separação das frações menos polares do bio-óleo pode ser realizada por meio de extração com água que é um reagente abundante e de baixo custo. O conhecimento das propriedades desses componentes puros é amplamente disponível na literatura, porém dados de composições das fases corrosivas, como misturas ternárias de água-ácido acético-m-cresol/o-cresol/p-cresol/guaiacol nas temperaturas de (298,15, 310,65 e 323,15) K são escassos. Devido a isso, o uso de modelos termodinâmicos para simulação do comportamento desses sistemas torna-se interessante. Todavia, quando são testadas as capacidades dos modelos clássicos, como o UNIFAC e NRTL, percebe-se que os mesmos não conseguem reproduzir o comportamento da binodal dos componentes corrosivos. Sendo assim, essa dissertação investigou soluções para melhorar a descrição desses sistemas, assim como obteve dados experimentais para tais sistemas de misturas ternárias de água-ácido acético-m-cresol/o-cresol/p-cresol/guaiacol nas temperaturas de (298,15, 310,65 e 323,15) K; desenvolveu-se uma metodologia para estimar parâmetros do modelo NRTL a partir de dados de composição da binodal e verificou-se a possibilidade de utilizar o modelo UNIFAC para prever o comportamento de equilíbrio de fases. Como resultado foram obtidos 314 novos dados experimentais, obtiveram-se parâmetros para o modelo NRTL que conseguem reproduzir com acurácia a forma da binodal com a metodologia proposta e verificou-se a necessidade de aperfeiçoamento no estudo do modelo UNIFAC para otimizar sua utilização na previsão do comportamento dos sistemas estudados / Over time the world population has become increasingly aware of environmental problems. This started a demand for new technologies that are more environmentally friendly. Geopolitical instabilities exert a profound influence over oil prices, making the chemical industry search for alternative substances that can have the same versatility as oil. Among renewable fuels, pyrolysis bio-oil stands out as one of the most studied. Researchers were drawn to it because it can be obtained from process waste, thus not competing in space with food plantations. This biooil composition can be represented by acids and phenols. The acetic acid along with m-Cresol, o-Cresol, p-Cresol and Guaiacol are the main components in terms of amount. These substances can be separated from less polar fractions with water, a cheap and abundant solvent. Although knowledge on pure components is abundant in the literature, the opposite is true as regards data on phase composition of its corrosive components, such as ternary mixtures of water-acetic acid-m-cresol/o-cresol/p-cresol/guaiacol at (298.15, 310.65, and 323.15) K. In this case the use of the classical thermodynamic models which simulate the behavior of such systems is recommended. However, when one tests the accuracy of such models as NRTL and UNIFAC, it becomes clear that they cannot replicate the phase component behavior of the corrosive part. Hence, this thesis researched ways to improve knowledge of the ternary mixtures of water-acetic acid-m-cresol/o-cresol/p-cresol/guaiacol at (298.15, 310.65, and 323.15) K. A new methodology was developed to estimate/set parameters for the NRTL model obtained from binodal data. Also, possibility of use of the UNIFAC model to predict phase equilibrium behavior was verified. As a result, a new data set with 314 ternary system data was generated for the ternary mixtures containing acetic acid-water-m-cresol/o-cresol/p-cresol/guaiacol at (298.15, 310.65, and 323.15) K. Through the methodology proposed by this thesis, new parameters for the NRTL model were estimated, which can accurately replicate the binodal curve . Further studies are needed to optimize the UNIFAC model so it is able to predict phase behavior of the studied components

A co-pirólise é uma rota promissora, uma vez que minimiza o impacto ambiental causado pela disposição do plástico de maneira inadequada, evita seu acúmulo em lixões e permite um melhor aproveitamento de um recurso natural não-renovável, o petróleo, matéria prima importante para a geração de energia e obtenção de produtos químicos. O presente trabalho teve como objetivo a definição das condições experimentais mais propícias à obtenção de líquidos pirolíticos com alta fração de óleo diesel, resultantes da co-pirólise de polietileno de alta densidade (PEAD) pós-consumo com gasóleo pesado tilizando-se catalisador de FCC (Fluid Catalytic Cracking). Como instrumento de otimização das condições experimentais, optou-se pela Metodologia Planejamento Fatorial. Foi também estudado o efeito das condições experimentais, como: a temperatura de reação, a relação gasóleo/polietileno e a quantidade de catalisador no meio reacional. As amostras de polietileno, gasóleo e catalisador foram submetidas à co-pirólise em sistema de leito fixo, sob fluxo constante de nitrogênio, variando-se a temperatura entre 450 C a 550 C, a quantidade de PEAD no meio reacional foi de 0,2 a 0,6 g, e a quantidade de catalisador foi de zero a 0,06 g, mantendo-se fixa a quantidade de gasóleo em 2 g. Foram efetuadas as caracterizações física e química do gasóleo, polietileno pós-uso e do catalisador. Como resultado, obteve-se a produção de 87% de fração de óleo diesel em duas condições diferentes: (a) 550 0C de temperatura sem catalisador; (b) 500 0C de temperatura e 25% de catalisador FCC. Em ambos os casos, a quantidade de gasóleo pesado e PEAD foram constantes (2 g Gasóleo; 0,2 g PEAD), assim com o tempo de reação de 15 minutos. A fração de óleo diesel obtida neste estudo alcançou o poder calorífico de 44,0 MJ/Kg que é similar ao óleo diesel comercial. É importante ressaltar que em ambos os casos nenhum resíduo foi produzido, sendo uma rota ambientalmente importante para reciclagem de embalagens plásticas contaminadas com óleo lubrificante originárias de postos de serviço, visando à recuperação de ambos conteúdo energético e orgânico dos resíduos de embalagens plásticas pós-uso / In this work it was studied the co-pyrolysis process applied to HDPE plastic package with motor oil residues with Heavy Gas Oil and FCC Catalyst. The main objective of this work was to find the experimental conditions that enhanced the diesel fuel fraction in the pyrolitic oil. Factorial Design Methodology (FDM) was developed to enhance diesel fuel fraction (C9-C23) from waste high-density polyethylene (HDPE) and heavy gas oil (HGO) through copyrolysis. FDM was used for optimization of the following reaction parameters: temperature, catalyst and HDPE amounts. The HGO amount was constant (2.0 g) in all experiments. The model optimum conditions were determined to be temperature of 550 C, HDPE = 0.20 g and no FCC catalyst. Under such conditions, 94% of pyrolytic oil was recovered, of which diesel fuel fraction was 93% (87% diesel fuel fraction yield), no residue was produced and 6% of noncondensable gaseous/volatile fraction was obtained. Seeking to reduce the cost due to high process temperatures, the impact of using higher catalyst content (25 %) with a lower temperature (500 C) was investigated. Under these conditions, 88% of pyrolytic oil was recovered (diesel fuel fraction yield was also 87%) as well as 12% of the noncondensable gaseous/volatile fraction. No waste was produced in these conditions, being an environmentally friendly approach for recycling the waste plastic. The diesel fuel fraction obtained in this study achieved heating value (44.0 MJ/Kg) similar to commercial diesel oil. This paper demonstrated the usefulness of using FDM to predict and to optimize diesel fuel fraction yield with a great reduction in the number of experiments. Based on experimental results, co-pyrolysis can represent a significant role in future in the recovery of both energetic and organic content of HDPE plastic package with motor oil residues

Neste trabalho, algumas caracterizações químicas foram realizadas em arenitos asfálticos da região de Piracicaba-SP, Formação Piramboia da Bacia do Paraná, para verificar seu potencial de produção de óleo. Para isso, as amostras obtidas da região foram submetidas a avaliação por termogravimetria, teor de umidade, teor de cinzas, teor de material orgânico por extração, pirólise, análise elementar e fracionamento em coluna. Por TGA observou-se que a 500 C praticamente todo material orgânico presente sofreu pirólise. A extração colaborou para se obter a classificação das amostras quanto ao teor de material orgânico, apresentando entre 4 e 13%, sendo que pelos teores encontrados a amostra AM06 é considerada de alto potencial produtivo, as amostras AM05, AM08 e AM09 são de médio, as amostras AM01, AM02, AM03 e AM07 possuem baixo, mas ainda atrativo, e a AM04 não possui atratividade. Pela avaliação elementar, a relação H/C e O/C dos extratos evidenciaram que algumas amostras estão no processo final da diagênese e outras no início da catagênese, indicando que elas estão no processo inicial de maturação. A avaliação cromatográfica dos extratos revelou que houve perdas de óleo por intemperismo restando majoritariamente compostos de alto peso molecular. O fracionamento permitiu verificar que as amostras AM01, AM06 e AM09 possuem maior quantidade de hidrocarbonetos livres e as amostras AM06 e AM07 e AM09 apresentaram maior teor de óleo. O procedimento de pirólise evidenciou que as amostras AM01, AM05, AM06 e AM09 apresentam maior potencial de geração de óleo, sendo que a faixa encontrada de óleo pirolítico ficou entre 2 e 8%, e através de avaliação por CGAR e CGAR-EM observou-se que ela promove a liberação de quantidades consideráveis de substâncias mais leves do que quando comparados aos extratos obtidos diretamente nas amostras originais. Além de produzir uma série homóloga de hidrocarbonetos parafínicos e olefínicos. A comparação dos produtos de pirólise dos arenitos com os produtos de pirólise de um resíduo de vácuo por CGAR-EM permitiu observar que existe similaridade entre suas composições, onde o processo de pirólise do resíduo de vácuo gera uma série homóloga de hidrocarbonetos entre C10 a C32, similar aos produtos de pirólise da amostra AM09, porém com menor variedade de tipos de hidrocarbonetos. A pré-avaliação da co-pirólise dos arenitos com resíduos plásticos indicou que é possível aumentar a geração de líquidos, porém é necessário mais estudo para afirmações inequívocas. Com base nos resultados das avaliações realizadas podemos concluir que a região apresenta na sua maioria potencial interessante para produção de óleo utilizando pirólise / In this work, some chemical characterizations were held on tar sands in the region of Piracicaba-SP, the South American Piramboia Formation from Paraná basin, to check its oil production potential. For this purpose, samples obtained in the region have undergone through evaluation by thermogravimetry, moisture content, ash content, content of organic material using extraction, pyrolysis process, elemental analysis and fractionation on open chromatography column. By TGA was noted that 500 C almost all-organic material present suffered pyrolysis. Extraction procedure collaborated to achieve the classification of samples regarding the content of organic material, from 4 to 13%, and by levels found at the sample AM06 is considered of high productive potential, the samples AM05, AM08 and AM09 have medium potential, the samples AM01, AM02, AM03 and AM07 have low potential, but still attractive, and the AM04 does not have any potential. By evaluating the atomic relationship between H/C and O/C of the extracts was possible to build up the Van Krevelen diagram and see that some samples are in the final process of diagenesis and other early catagenesis, indicating that they are in the early maturation process. Chromatographic evaluation of the extracts revealed that there were losses of oil by weathering process because it remains mostly high molecular weight compounds on the rocks. The fractionation has shown that samples AM01, AM06 and AM09 have higher free hydrocarbon amount and samples AM06, AM07 and AM09 presented a higher level of oil content. The pyrolysis procedure showed that the samples AM01, AM05, AM06 and AM09 presented greater oil generation potential, pyrolytic oil released from 2 to 8%, and through their evaluation by HRGC and HRGC-MS it was observed that it promotes the release of significant quantities of substances that are lighter than related to the extracts obtained directly in the original samples. In addition, it also promotes a production of homologous series of paraffinic and olefinic hydrocarbons. Comparison of pyrolysis products of sandstones with pyrolysis products of vacuum residue by HRGC-MS allowed to observe that there is similarity between their compositions, which pyrolysis process of vacuum residue generates a homologous series of hydrocarbons between C10 the C32, similar to AM09s pyrolysis products, however with minor variety of types of hydrocarbons. The pre-evaluation of co-pyrolysis of sandstones with plastic waste has indicated that it is possible to increase the liquid generation, but more study is needed for clear statements. Based on the results of the evaluations it can be concluded that the region has an interesting potential for producing oil using pyrolysis process

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:12:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PGEF13MA004.pdf: 2086804 bytes, checksum: 908b42e640408298b84be4a9a2cef57c (MD5) Previous issue date: 2013-11-20 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The Family Agriculture in the State of Santa Catarina corresponds to 87% of agricultural establishments. This high percentage shows the relevance of the activity in the State. In the municipality of Biguaçu , SC , where family farming is present in a striking and effective way, farmers use the derived energy resources of the secondary formations of the Ombrophilous Dense Forest, through the system " roça-de-toco". The production of charcoal becomes tool of great socio-economic importance for families in these areas. Thus, studies that characterize and evaluate the quality of coal produced from the main species used for charcoal production on family farms are of paramount importance as it will allow farmers to improve production process and add value and quality to the product. Therefore the aim of this study was to determine the quality of wood and charcoal produced by five forest species used by farmers in the municipality of Biguaçu, SC. To determine the quality of wood, five trees were collected from each species. From the same nine disks each, for the analysis of physical properties,analysis of the energetic properties and charring in the laboratory. For carbonization procedure used three of the five tree species studied, which consisted of making an average of seven specimens for each tree, varying according to the diameter of the tree, with approximate dimensions of 2 x 2 x 2.5 cm. Subsequently, the specimens were wrapped in aluminum paper identified, and placed in a muffle furnace with a final temperature of 450 ° C. After carbonization were certain the physical, energetic and anatomical properties of the coal. The results revealed by global analysis of the physical and energetic properties of the wood, the Mimosa scabrella (MEB = 0.578 g/cm³ and PCS = 4,400 Kcal/Kg), Hieronyma alchorneoides (MEB = 0.530 g/cm³ and PCS = 4,346 Kcal/Kg), Miconia cinnamomifolia (MEB = 0.561 g/cm³ and PCS = 4,268 Kcal/Kg) and Pera glabrata (MEB = 0,639 g/cm³ and PCS = 4,311 Kcal/Kg) will perform better for the production of coal. There was strong correlation between basic density of wood and apparent density of coal; highlighting the M. scabrella, H. alchorneoides, M. cinnamomifolia and P. glabrata. In general the coal produced by farmers showed better energy characteristics (PCS = 7.215 Kcal/Kg; TV = 26,66 %; TC = 2,56 % e CF = 71,04 %). Anatomical analysis of coal indicated that the anatomical structure of the wood is maintained during the carbonization process used, with a final temperature of 450 °C, allowing the identification of the material on the basis of cell components / A Agricultura Familiar no Estado de Santa Catarina corresponde a 87% dos estabelecimentos agropecuários. Este elevado percentual mostra a relevância da atividade no Estado. No município de Biguaçu, SC, onde a Agricultura Familiar se faz presente de forma marcante e efetiva, os agricultores utilizam os recursos energéticos oriundos das formações secundárias da Floresta Ombrófila Densa, através do sistema roça-de-toco . A produção de carvão vegetal torna-se ferramenta de grande importância socioeconômica para as famílias inseridas nestas áreas. Desta forma, trabalhos que caracterizem e avaliem a qualidade do carvão produzido a partir das principais espécies utilizadas para a produção de carvão vegetal na agricultura familiar são de suma importância, pois permitirão aos agricultores melhorar o processo produtivo e agregar valor e qualidade ao produto. Portanto o objetivo deste trabalho foi determinar a qualidade da madeira e do carvão vegetal produzido por cinco espécies florestais utilizadas pelos agricultores familiares do município de Biguaçu, SC. Para a determinação da qualidade da madeira, coletaram-se cinco árvores de cada espécie. A partir das mesmas foram serrados nove discos de cada uma, destinados às análises das propriedades físicas, análises das propriedades energéticas e carbonização em laboratório. O procedimento de carbonização utilizou três árvores das cinco espécies estudadas, onde consistiu na confecção de em média sete corpos de prova para cada árvore, variando conforme o diâmetro da árvore, com dimensões aproximadas de 2 x 2 x 2,5 cm. Posteriormente, os corpos de prova foram envolvidos com papel alumínio, identificados, e colocados em forno mufla com temperatura final de 450ºC. Após a carbonização foram determinadas as propriedades físicas, energéticas e anatômicas do carvão. Os resultados revelaram através da análise global das propriedades físicas e energéticas da madeira, que a Mimosa scabrella (MEB = 0,578 g/cm³ e PCS = 4.400 Kcal/Kg), Hieronyma alchorneoides (MEB = 0,530 g/cm³ e PCS = 4.346 Kcal/Kg), Miconia cinnamomifolia (MEB = 0,561 g/cm³ e PCS = 4.268 Kcal/Kg) e Pera glabrata (MEB = 0,639 Kcal/Kg e PCS = 4.311 Kcal/Kg) terão melhor desempenho para a produção de carvão. Existiu forte correlação entre massa específica básica da madeira e massa específica aparente do carvão; destacando-se a M. scabrella, H. alchorneoides, M. cinnamomifolia e P. glabrata. Em termos gerais o carvão produzido pelos agricultores apresentou melhores características energéticas (PCS = 7.215 Kcal/Kg; TV = 26,66 %; TC = 2,56 % e CF = 71,04 %). A análise anatômica do carvão indicou que a estrutura anatômica da madeira se mantém durante o processo de carbonização utilizado, com temperatura final de 450ºC, podendo-se identificar o material com base nas células componentes

A co-pirólise é uma rota promissora, uma vez que minimiza o impacto ambiental causado pela disposição do plástico de maneira inadequada, evita seu acúmulo em lixões e permite um melhor aproveitamento de um recurso natural não-renovável, o petróleo, matéria prima importante para a geração de energia e obtenção de produtos químicos. O presente trabalho teve como objetivo a definição das condições experimentais mais propícias à obtenção de líquidos pirolíticos com alta fração de óleo diesel, resultantes da co-pirólise de polietileno de alta densidade (PEAD) pós-consumo com gasóleo pesado tilizando-se catalisador de FCC (Fluid Catalytic Cracking). Como instrumento de otimização das condições experimentais, optou-se pela Metodologia Planejamento Fatorial. Foi também estudado o efeito das condições experimentais, como: a temperatura de reação, a relação gasóleo/polietileno e a quantidade de catalisador no meio reacional. As amostras de polietileno, gasóleo e catalisador foram submetidas à co-pirólise em sistema de leito fixo, sob fluxo constante de nitrogênio, variando-se a temperatura entre 450 C a 550 C, a quantidade de PEAD no meio reacional foi de 0,2 a 0,6 g, e a quantidade de catalisador foi de zero a 0,06 g, mantendo-se fixa a quantidade de gasóleo em 2 g. Foram efetuadas as caracterizações física e química do gasóleo, polietileno pós-uso e do catalisador. Como resultado, obteve-se a produção de 87% de fração de óleo diesel em duas condições diferentes: (a) 550 0C de temperatura sem catalisador; (b) 500 0C de temperatura e 25% de catalisador FCC. Em ambos os casos, a quantidade de gasóleo pesado e PEAD foram constantes (2 g Gasóleo; 0,2 g PEAD), assim com o tempo de reação de 15 minutos. A fração de óleo diesel obtida neste estudo alcançou o poder calorífico de 44,0 MJ/Kg que é similar ao óleo diesel comercial. É importante ressaltar que em ambos os casos nenhum resíduo foi produzido, sendo uma rota ambientalmente importante para reciclagem de embalagens plásticas contaminadas com óleo lubrificante originárias de postos de serviço, visando à recuperação de ambos conteúdo energético e orgânico dos resíduos de embalagens plásticas pós-uso / In this work it was studied the co-pyrolysis process applied to HDPE plastic package with motor oil residues with Heavy Gas Oil and FCC Catalyst. The main objective of this work was to find the experimental conditions that enhanced the diesel fuel fraction in the pyrolitic oil. Factorial Design Methodology (FDM) was developed to enhance diesel fuel fraction (C9-C23) from waste high-density polyethylene (HDPE) and heavy gas oil (HGO) through copyrolysis. FDM was used for optimization of the following reaction parameters: temperature, catalyst and HDPE amounts. The HGO amount was constant (2.0 g) in all experiments. The model optimum conditions were determined to be temperature of 550 C, HDPE = 0.20 g and no FCC catalyst. Under such conditions, 94% of pyrolytic oil was recovered, of which diesel fuel fraction was 93% (87% diesel fuel fraction yield), no residue was produced and 6% of noncondensable gaseous/volatile fraction was obtained. Seeking to reduce the cost due to high process temperatures, the impact of using higher catalyst content (25 %) with a lower temperature (500 C) was investigated. Under these conditions, 88% of pyrolytic oil was recovered (diesel fuel fraction yield was also 87%) as well as 12% of the noncondensable gaseous/volatile fraction. No waste was produced in these conditions, being an environmentally friendly approach for recycling the waste plastic. The diesel fuel fraction obtained in this study achieved heating value (44.0 MJ/Kg) similar to commercial diesel oil. This paper demonstrated the usefulness of using FDM to predict and to optimize diesel fuel fraction yield with a great reduction in the number of experiments. Based on experimental results, co-pyrolysis can represent a significant role in future in the recovery of both energetic and organic content of HDPE plastic package with motor oil residues

Neste trabalho, algumas caracterizações químicas foram realizadas em arenitos asfálticos da região de Piracicaba-SP, Formação Piramboia da Bacia do Paraná, para verificar seu potencial de produção de óleo. Para isso, as amostras obtidas da região foram submetidas a avaliação por termogravimetria, teor de umidade, teor de cinzas, teor de material orgânico por extração, pirólise, análise elementar e fracionamento em coluna. Por TGA observou-se que a 500 C praticamente todo material orgânico presente sofreu pirólise. A extração colaborou para se obter a classificação das amostras quanto ao teor de material orgânico, apresentando entre 4 e 13%, sendo que pelos teores encontrados a amostra AM06 é considerada de alto potencial produtivo, as amostras AM05, AM08 e AM09 são de médio, as amostras AM01, AM02, AM03 e AM07 possuem baixo, mas ainda atrativo, e a AM04 não possui atratividade. Pela avaliação elementar, a relação H/C e O/C dos extratos evidenciaram que algumas amostras estão no processo final da diagênese e outras no início da catagênese, indicando que elas estão no processo inicial de maturação. A avaliação cromatográfica dos extratos revelou que houve perdas de óleo por intemperismo restando majoritariamente compostos de alto peso molecular. O fracionamento permitiu verificar que as amostras AM01, AM06 e AM09 possuem maior quantidade de hidrocarbonetos livres e as amostras AM06 e AM07 e AM09 apresentaram maior teor de óleo. O procedimento de pirólise evidenciou que as amostras AM01, AM05, AM06 e AM09 apresentam maior potencial de geração de óleo, sendo que a faixa encontrada de óleo pirolítico ficou entre 2 e 8%, e através de avaliação por CGAR e CGAR-EM observou-se que ela promove a liberação de quantidades consideráveis de substâncias mais leves do que quando comparados aos extratos obtidos diretamente nas amostras originais. Além de produzir uma série homóloga de hidrocarbonetos parafínicos e olefínicos. A comparação dos produtos de pirólise dos arenitos com os produtos de pirólise de um resíduo de vácuo por CGAR-EM permitiu observar que existe similaridade entre suas composições, onde o processo de pirólise do resíduo de vácuo gera uma série homóloga de hidrocarbonetos entre C10 a C32, similar aos produtos de pirólise da amostra AM09, porém com menor variedade de tipos de hidrocarbonetos. A pré-avaliação da co-pirólise dos arenitos com resíduos plásticos indicou que é possível aumentar a geração de líquidos, porém é necessário mais estudo para afirmações inequívocas. Com base nos resultados das avaliações realizadas podemos concluir que a região apresenta na sua maioria potencial interessante para produção de óleo utilizando pirólise / In this work, some chemical characterizations were held on tar sands in the region of Piracicaba-SP, the South American Piramboia Formation from Paraná basin, to check its oil production potential. For this purpose, samples obtained in the region have undergone through evaluation by thermogravimetry, moisture content, ash content, content of organic material using extraction, pyrolysis process, elemental analysis and fractionation on open chromatography column. By TGA was noted that 500 C almost all-organic material present suffered pyrolysis. Extraction procedure collaborated to achieve the classification of samples regarding the content of organic material, from 4 to 13%, and by levels found at the sample AM06 is considered of high productive potential, the samples AM05, AM08 and AM09 have medium potential, the samples AM01, AM02, AM03 and AM07 have low potential, but still attractive, and the AM04 does not have any potential. By evaluating the atomic relationship between H/C and O/C of the extracts was possible to build up the Van Krevelen diagram and see that some samples are in the final process of diagenesis and other early catagenesis, indicating that they are in the early maturation process. Chromatographic evaluation of the extracts revealed that there were losses of oil by weathering process because it remains mostly high molecular weight compounds on the rocks. The fractionation has shown that samples AM01, AM06 and AM09 have higher free hydrocarbon amount and samples AM06, AM07 and AM09 presented a higher level of oil content. The pyrolysis procedure showed that the samples AM01, AM05, AM06 and AM09 presented greater oil generation potential, pyrolytic oil released from 2 to 8%, and through their evaluation by HRGC and HRGC-MS it was observed that it promotes the release of significant quantities of substances that are lighter than related to the extracts obtained directly in the original samples. In addition, it also promotes a production of homologous series of paraffinic and olefinic hydrocarbons. Comparison of pyrolysis products of sandstones with pyrolysis products of vacuum residue by HRGC-MS allowed to observe that there is similarity between their compositions, which pyrolysis process of vacuum residue generates a homologous series of hydrocarbons between C10 the C32, similar to AM09s pyrolysis products, however with minor variety of types of hydrocarbons. The pre-evaluation of co-pyrolysis of sandstones with plastic waste has indicated that it is possible to increase the liquid generation, but more study is needed for clear statements. Based on the results of the evaluations it can be concluded that the region has an interesting potential for producing oil using pyrolysis process

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work, it was studied the kinetics of sugarcane straw pyrolysis and the required heat for the biomass degradation using thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC) under oxidative and inert atmosphere.The biomass characterization was performed using ultimate and elemental analyses, infrared spectroscopy (FTIR), lignine, holocellulose and cellulose quantification. The activation energy (Ea), required heat for biomass pyrolysis and percentage of remnant residues after biomass degradation were evaluated in base of a preliminary study using different oxygen percentages at increasing temperature using three heating rate 5, 10 and 20 ºC/min (50 mL/min). Moreover, in the base of the obtained results, it was performed an experiment planning (Central Compound Planning CCP) in order to optimize the biomass pyrolysis process (sugarcane straw). The biomass decomposition process occurred between 250 and 515ºC using 3% O2 (95% weight loss after pyrolysis process), between 250 and 501ºC using 20% O2 (93% weight loss) and between 250 and 600ºC under inert atmosphere (92% weight loss). The Ea values for the sugarcane straw pyrolysis were obtained in the base of Flynn-Ozawa-Wall (FOW) model. In this context, the lowest Ea value for sugarcane straw pyrolysis was 101-130 kJ/mol when 3% O2 was used. On the other hand, using 20% O2 in a heating rate of 20ºC/min (50 ml/min) for the sugarcane straw pyrolysis, the required heat was the lowest, 161 kJ/kg. In this case, the pyrolysis process needed less energy for the entire process. So, according with the adjusted surface analyses showed that, under the evaluated conditions, the lowest required heat occurred when the percentage of O2 was around 10% and the heating rate increased independently of the used total gas flow. Nevertheless, in the case of remnant residues percentage, this value was the lowest when the heating rate decreased and the oxygen percentage increased. In the analysis of two results showed that the variables in the central level (X1, X2 and X3 equal 0) resulted in optimizing the pyrolysis process to heat required and % remaining residue from about 181.74 kJ/kg and 9, 89%, respectively. It was concluded then that, within the ranges studied, the oxidative pyrolysis was presented as one of the best practicable means for the production of bio-oil through lignocellulosic biomass, as currently investigated conditions showed that the best values for achieving the process bench scale are: oxygen concentrations and rates of heat around the central 10% and 25°C/min, respectively, regardless of the total flow of gas to the technology of pyrolysis, generating a system autothermal, optimizing and enabling the process. / Neste trabalho estudou-se a cinética da pirólise da palha de cana-de-açúcar e o calor requerido para a decomposição térmica da biomassa através de Análise Termogravimétrica (TGA) e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) em atmosfera inerte e oxidante. Foi realizada a caracterização da biomassa (análise imediata, elementar, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier - FTIR, quantificação da lignina, obtenção da holocelulose e celulose. O cálculo da energia de ativação (Ea), calor requerido para o processo de pirólise da biomassa e porcentagem de resíduo remanescente após a degradação da palha de cana foram estudados com base em um estudo preliminiar da influência de porcentagem de oxigênio utilizando uma taxa de aquecimento de 5, 10 e 20 ºC/min (50 mL/min) no processo de termoconversão. Em vista dos resultados preliminares obtidos, foi elaborado um planejamento de experimentos (Planejamento Composto Central - PCC) com o objetivo de otimizar o processo de pirólise da biomassa (palha de cana-de-açúcar). O processo de decomposição da biomassa ocorreu entre 250 e 515°C para a atmosfera 3% O2 (95% de perda de massa após o processo de pirólise), 250 e 501ºC para atmosfera 20% O2 (93% de perda de massa) e entre 250 e 600ºC para atmosfera inerte (92% de perda de massa). Através do modelo de Flynn-Ozawa-Wall (FOW) foram obtidos os valores da Ea para pirólise da palha, onde a atmosfera 3% O2 apresentou a menor faixa (101-130 kJ/mol) em comparação com atmosfera de inerte e 20% O2. Entretanto, para o calor requerido, a atmosfera 20% O2 e taxa de aquecimento de 20ºC/min (50 ml/min) apresentou um menor valor de calor requerido, 161 kJ/kg, indicando que maiores taxas de aquecimento e % de oxigênio resultam em menor exigência energética para o processo. Com as faixas estudadas não foi possível obter um ponto ótimo para as respostas calor requerido e porcentagem de resíduo remanescente após a termoconversão. Portanto, de acordo com a análise das superfícies ajustadas, a menor exigência de fornecimento de energia para o processo de pirólise (calor requerido) sucedeu-se quando a porcentagem de oxigênio na mistura dos gases encontrou-se bem próximo do nível central (10% O2) e a taxa de aquecimento aumentou dentro das faixas estudadas, independentemente dos valores de fluxo total de gás. Em relação à porcentagem de resíduo remanescente, esta diminui conforme a taxa de aquecimento diminui e a porcentagem de oxigênio na mistura dos gases aumenta. Na análise conjunta das duas respostas observou-se que as variáveis nos níveis centrais (X1, X2 e X3 iguais a 0) resultou na otimização do processo de pirólise, com calor requerido e % resíduo remanescente de aproximadamente 181,74 kJ/kg e 9,89% respectivamente. Concluiu-se então que, dentro das faixas estudadas, a pirólise oxidativa apresentou-se como um dos meios mais viáveis para a produção de bio-óleo através de biomassas lignocelulósicas, visto que, atualmente, as condições investigadas demonstraram que os melhores valores para realização do processo em escala de bancada são: concentrações de oxigênio e taxas de aquecimento em torno do nível central, 10% e 25ºC/min, respectivamente, independente do fluxo total de gás, para a tecnologia de pirólise, gerando um regime autotérmico, otimizando e viabilizando todo o processo. / Mestre em Engenharia Química

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Com o passar do tempo, a população mundial vem se conscientizando mais sobre problemas ambientais. Isso fez surgir uma demanda por tecnologias novas que possam se encaixar no cenário de sustentabilidade. Instabilidades frequentes no cenário político-econômico global acabam por elevar o preço do barril do petróleo. Assim a indústria química começa a buscar por alternativas que tenham a mesma versatilidade do petróleo. Dentre as opções de combustíveis renováveis, destaca-se o bio-óleo de pirólise. Seu interesse em estudos científicos vem do fato de poder-se utilizar do rejeito de processos como matéria prima, não necessitando competir por espaço com a plantação de alimentos. Sua composição pode ser representada por ácidos e fenóis. Em especial destacamos o ácido acético e fenóis oxigenados como m-cresol, o-cresol, p-cresol e guaiacol por estarem presentes em grandes quantidades. Sua separação das frações menos polares do bio-óleo pode ser realizada por meio de extração com água que é um reagente abundante e de baixo custo. O conhecimento das propriedades desses componentes puros é amplamente disponível na literatura, porém dados de composições das fases corrosivas, como misturas ternárias de água-ácido acético-m-cresol/o-cresol/p-cresol/guaiacol nas temperaturas de (298,15, 310,65 e 323,15) K são escassos. Devido a isso, o uso de modelos termodinâmicos para simulação do comportamento desses sistemas torna-se interessante. Todavia, quando são testadas as capacidades dos modelos clássicos, como o UNIFAC e NRTL, percebe-se que os mesmos não conseguem reproduzir o comportamento da binodal dos componentes corrosivos. Sendo assim, essa dissertação investigou soluções para melhorar a descrição desses sistemas, assim como obteve dados experimentais para tais sistemas de misturas ternárias de água-ácido acético-m-cresol/o-cresol/p-cresol/guaiacol nas temperaturas de (298,15, 310,65 e 323,15) K; desenvolveu-se uma metodologia para estimar parâmetros do modelo NRTL a partir de dados de composição da binodal e verificou-se a possibilidade de utilizar o modelo UNIFAC para prever o comportamento de equilíbrio de fases. Como resultado foram obtidos 314 novos dados experimentais, obtiveram-se parâmetros para o modelo NRTL que conseguem reproduzir com acurácia a forma da binodal com a metodologia proposta e verificou-se a necessidade de aperfeiçoamento no estudo do modelo UNIFAC para otimizar sua utilização na previsão do comportamento dos sistemas estudados / Over time the world population has become increasingly aware of environmental problems. This started a demand for new technologies that are more environmentally friendly. Geopolitical instabilities exert a profound influence over oil prices, making the chemical industry search for alternative substances that can have the same versatility as oil. Among renewable fuels, pyrolysis bio-oil stands out as one of the most studied. Researchers were drawn to it because it can be obtained from process waste, thus not competing in space with food plantations. This biooil composition can be represented by acids and phenols. The acetic acid along with m-Cresol, o-Cresol, p-Cresol and Guaiacol are the main components in terms of amount. These substances can be separated from less polar fractions with water, a cheap and abundant solvent. Although knowledge on pure components is abundant in the literature, the opposite is true as regards data on phase composition of its corrosive components, such as ternary mixtures of water-acetic acid-m-cresol/o-cresol/p-cresol/guaiacol at (298.15, 310.65, and 323.15) K. In this case the use of the classical thermodynamic models which simulate the behavior of such systems is recommended. However, when one tests the accuracy of such models as NRTL and UNIFAC, it becomes clear that they cannot replicate the phase component behavior of the corrosive part. Hence, this thesis researched ways to improve knowledge of the ternary mixtures of water-acetic acid-m-cresol/o-cresol/p-cresol/guaiacol at (298.15, 310.65, and 323.15) K. A new methodology was developed to estimate/set parameters for the NRTL model obtained from binodal data. Also, possibility of use of the UNIFAC model to predict phase equilibrium behavior was verified. As a result, a new data set with 314 ternary system data was generated for the ternary mixtures containing acetic acid-water-m-cresol/o-cresol/p-cresol/guaiacol at (298.15, 310.65, and 323.15) K. Through the methodology proposed by this thesis, new parameters for the NRTL model were estimated, which can accurately replicate the binodal curve . Further studies are needed to optimize the UNIFAC model so it is able to predict phase behavior of the studied components

Este trabalho investigou a obtenção de filmes de óxido de cobalto por spray pirólise e sua caracterização para emprego como eletrocatalisador na geração de H2 por eletrólise de águas naturais via energia solar. A função desse eletrocatalisador é reduzir os sobrepotenciais necessários para eletrolisar a água e a decompor em hidrogênio e oxigênio. Para tanto, soluções precursoras de nitrato de cobalto hexahidratado foram depositadas por spray pirólise sobre uma camada de óxido de estanho dopado com flúor (FTO, em inglês) sobre um vidro sodocálcico, a diferentes concentrações e parâmetros de processo. Foram variadas a temperatura do substrato (de 190°C a 300°C), a distância entre o bico aspersor e o substrato (150 mm a 270mm). Os filmes de óxido de cobalto obtidos foram caracterizados quanto à sua cristalinidade por difração de raio-x, e quanto a sua morfologia por microscopia eletrônica de varredura. Os resultados mostraram uma forte influência da temperatura do substrato, relacionada com a natureza do solvente e do substrato, na obtenção de filmes contínuos e com aderência. Para avaliar seu desempenho na eletrólise da água, os filmes de óxido de cobalto obtidos foram ensaiados em uma célula eletroquímica, utilizando três águas distintas: água destilada, água do lago Guaíba (Porto Alegre-RS, Brasil) e do mar (Cidreira-RS, Brasil). Foi avaliada a sua eficiência na geração de hidrogênio e oxigênio, utilizando um voltâmetro de Hoffmann, pelo qual se obtinha o volume de gases gerados na eletrólise. A energia necessária para a separação da água foi fornecida por uma célula fotovoltaica exposta à radiação solar. Da mesma forma, foi avaliada sua atividade catalítica em função do tempo de eletrólise. Os resultados indicaram que os filmes eletrocatalisadores de óxido de cobalto obtidos por spray pirólise mostraram-se capazes de catalisar a eletrólise da água, baixando o sobrepotencial necessário, para todas as águas investigadas. A viabilidade de acoplar tal sistema de eletrólise de águas naturais a painéis fotovoltaicos mostrou-se viável e de grande interesse. Esta comprovação de geração de hidrogênio através de águas naturais define um curso para a implantação em larga escala de energia solar através de um mecanismo para o seu armazenamento como combustível. / This study investigated the obtaining of cobalt oxide films by spray pyrolysis and its characterization as electrocatalyst for use in the generation of H2 by electrolysis of natural water via solar energy. The function of this electrocatalyst is to reduce overpotentials needed to electrolyze water and decompose into hydrogen and oxygen. To this end, precursor solutions of cobalt nitrate hexahydrate were deposited by spray pyrolysis on a layer of fluorine-doped tin oxide (FTO) onto a soda lime glass at different concentrations and process parameters. The substrate temperature (190°C to 300 °C), the distance between the spray nozzle and the substrate (150 mm to 270mm) were varied. The films of cobalt oxide obtained were characterized for their crystallinity by x -ray diffraction, and by their morphology by scanning electron microscopy. The results showed a strong influence on the temperature of the substrate, linked to the nature of the solvent and substrate to obtain continuous films and adhesion. To assess their performance in the electrolysis of water, the films of cobalt oxide obtained were tested in an electrochemical cell using three different water: distilled water, lake water Guaiba (Porto Alegre - RS, Brazil) and the sea (Cidreira- RS, Brazil). We evaluated its effectiveness in the generation of hydrogen and oxygen, using a voltmeter Hoffmann, which was obtained by the volume of gas generated in the electrolysis. The energy required for water separation was supplied by a photovoltaic cell exposed to solar radiation. Similarly, we assessed the efficiency loss due to the electrolysis. The results indicated that the electrocatalyst cobalt oxide films obtained by spray pyrolysis were capable of catalyzing the electrolysis of water, lowering the overpotential required for all waters investigated. The feasibility of such a system of coupled natural water electrolysis photovoltaic panels proved to be feasible and of great interest. This proof of hydrogen generation through natural waters sets a course for the large-scale deployment of solar energy through a mechanism for storage as fuel.