Tese de mestrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 1998

Tese de doutoramento. Engenharia Química e Biológica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Made available in DSpace on 2015-05-08T15:00:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 parte1.pdf: 2338507 bytes, checksum: 6275f329bc4f4dc275a86cd47c9ba994 (MD5) Previous issue date: 2009-04-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This thesis aims to computationally simulate the electronic transducer for a parallel electrical capacitance tomography, can generate a voltage level used for image reconstruction of the adsorption phenomenon occurred in the adsorptive bed. This simulation was performed using a computer program like SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) for the purpose of defining the parameters for its construction, dedicated to the application of the adsorptive bed bench in a glass case studies of the adsorptive process. This technique uses capacitive sensors coupled to an electronic transducer that will generate a voltage signal associated with the distribution of dielectric permittivity of the medium. The simulation is developed to simulate the main circuit, a differentiator, fitted with high frequency OPA 2690. The simulated model is a simple circuit with a transmitter and a receiver. The results show the technical feasibility of the project being proposed for future work to implement a prototype of the electronic transducer of electrical capacitance tomography applied to the study of the adsorption process. / Esta dissertação tem como objetivo simular computacionalmente o transdutor eletrônico para um tomógrafo capacitivo elétrico paralelo capaz de gerar um nível de tensão utilizado para a reconstrução da imagem do fenômeno de adsorção ocorrido no leito adsortivo. Esta simulação foi realizada em um programa computacional do tipo SPICE (Programa de Simulação com Ênfase em Circuito Integrado) com a finalidade de definir os parâmetros para a sua construção, voltado para a aplicação no leito adsortivo de uma bancada em vidro para estudos do processo adsortivo. Esta técnica utiliza sensores capacitivos acoplados a um transdutor eletrônico que vão gerar um sinal de tensão associado à distribuição da permissividade dielétrica do meio. A simulação desenvolvida consiste em simular o circuito principal, um diferenciador, montado com OPA 2690 de alta freqüência. Simulou-se de um modelo de circuito simples, com um transmissor e um receptor. Os resultados apresentados mostram a viabilidade técnica do projeto, sendo proposto para trabalhos futuros a implementação de um protótipo do transdutor eletrônico do tomógrafo capacitivo elétrico aplicado ao estudo do processo de adsorção.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:40:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Daniel_Schwantes.pdf: 5686979 bytes, checksum: e1296696716d8829be7043393332c024 (MD5) Previous issue date: 2016-08-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This research relates the development and use of modified adsorbents from agroindustrial residues. The following solid agroindustrial residues were obtained: pine bark (Pinus elliottii), solid residue from the manufacture of wood; Crambe cake (Crambe abyssinica Hochst), solid residue from oil extraction (biodiesel agroindustry); and cassava peels (Manihot esculenta Crantz), a byproduct of cassava industrialization. Biosorbents P. in natura, C. in natura and M. in natura (natural adsorbents or biosorbents) were produced from these agroindustrial residues, which had no or low market value, from which were produced the modified adsorbents, by washing the biomass with solutions of H2O2, H2SO4 and NaOH 0.1 mol L-1, resulting the modified adsorbents of pinus P. H2O2, P. H2SO4 and P. NaOH; crambe C. H2O2, C. H2SO4 and C. NaOH, and cassava M. H2O2, M. H2SO4, M. NaOH. In the first step of the study of these adsorbents (in natura and modified) the adsorbent materials were characterized, namely: chemical composition of the adsorbents, pHPCZ, infrared spectra (FT-IR), scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetry (TG and DTG), BET and BJH isotherms (porosity and surface area). After the characterization of the adsorbent materials, adsorption studies were carried out for the evalution of Cd(II), Pb(II) and Cr(III) removal, which aimed to evaluate the performance of the materials on the influence of the pH of contaminant solution (ideal adsorption conditions), ie, the adsorption of metal ions as a function of increasing masses and the pH of the medium; the influence of adsorption time (adsorption kinetics), the influence of increasing concentrations of metal ions and isotherm linearization (adsorption equilibrium studies), the effect of temperature on the sorption process (adsorption studies) as well as the reuse of these adsorbent materials by acid elution (desorption studies). The scanning electron microscopes indicated changes in the adsorbents surface; the pHPZC of the modified adsorbents was distinct from the biosorbents. In addition, changes were also observed in the bands of the functional groups in the infrared spectrum, with new functional groups observed, such data indicate that modifications occurred to the adsorbents as a function of the chemical treatment applied. The results showed that, in general, the modified adsorbents present higher adsorption capacity of Cd(II), Pb(II) and Cr(III) metal ions than in natura materials. The modified adsorbents based on pinus, crambe and cassava did not show significant variation in relation to the studied pH range, which is a great advantage, because the adsorbents developed adapt to a wide pH range of contaminated water. An average time of 40 minutes was found for adsorption equilibrium, indicating that the sorption process is fast and occurs in the first few moments. The adsorption of the toxic ions occurs in mono and multilayer, in agreement with the good adjustments observed for Langmuir and Freundlich. In general, the adsorbents presented good reuse capacities, except when used for Cr(III) adsorption, because in this case it is difficult to reuse the adsorbents due to the low desorption rates of this metal, possibly due to chemisorption. Based on the results obtained, it can be concluded that the adsorbents of pinus, crambe and cassava present themselves as excellent, renewable, high availability and low cost, being an attractive alternative for the industry, through its use in advanced treatment systems, for the removal of metals such as Cd(II), Pb(II) and Cr(III) / Esta pesquisa relaciona o desenvolvimento e uso de adsorventes modificados a partir de resíduos agroindustriais. Para tal, foram obtidos os seguintes resíduos sólidos agroindustriais: cascas de pinus (Pinus elliottii), resíduo sólido da fabricação de madeira; torta de crambe (Crambe abyssinica Hochst), resíduo sólido da extração do óleo (agroindústria do biodiesel); e cascas de mandioca (Manihot esculenta Crantz), subproduto da industrialização da mandioca. A partir destes resíduos agroindustriais, que apresentam nenhum ou baixo valor de mercado, foram produzidos os biossorventes P. in natura, C. in natura e M. in natura e (adsorventes naturais ou biossorventes), dos quais foram produzidos os adsorventes modificados, por meio da lavagem com soluções de H2O2, H2SO4 e NaOH 0,1 mol L-1, dando origem aos adsorventes modificados de pinus P. H2O2, P. H2SO4 e P. NaOH; de crambe C. H2O2, C. H2SO4 e C. NaOH, e de mandioca M. H2O2, M. H2SO4, M. NaOH. Na primeira etapa do estudo destes adsorventes (in natura e modificados), realizou-se a caracterização dos materiais, a citar: composição química dos adsorventes, pHPCZ, espectros de infravermelho (FT-IR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), termogravimetria (TG e DTG) e isotermas de BET e BJH (porosidade e área superficial). Após a caracterização dos materiais adsorventes, foram conduzidos estudos de adsorção para os metais Cd(II), Pb(II) e Cr(III), que visavam avaliar a performance dos materiais quanto a influência do pH da solução contaminante (condições ideais de adsorção), ou seja, a adsorção de íons metálicos em função de massas crescentes e do pH do meio; o efeito do tempo no processo de adsorção (cinética de adsorção), a influência de concentrações crescentes de íons metálicos e linearização das isotermas (estudos de equilíbrio de adsorção), o efeito da temperatura no processo sortivo (estudos de termodinâmica de adsorção), bem como o reuso destes materiais adsorventes por meio de eluição ácida (estudos de dessorção). As microscopias eletrônicas de varredura indicaram a ocorrência de mudanças na superfície dos adsorventes, o pHPCZ dos adsorventes modificados foi distinto dos biossorventes, além disso, também foram observadas alterações quanto a amplitude das bandas dos grupos funcionais no espectro de infravermelho, com novos grupos funcionais observados, tais dados sugerem a ocorrência de modificações aos adsorventes. Os resultados obtidos demonstram que, no geral, os adsorventes modificados apresentam maior capacidade de adsorção de íons metálicos Cd(II), Pb(II) e Cr(III) que os materiais in natura. Os adsorventes a base de pinus, crambe e mandioca não apresentaram variação significativa com relação à faixa de pH estudada, sendo esta uma grande vantagem, pois os adsorventes desenvolvidos se adaptam a uma ampla faixa de pH de águas contaminadas. Foi encontrado um tempo médio de 40 minutos para ocorrência do equilíbrio de adsorção, indicando que o processo sortivo é rápido e ocorre nos primeiros instantes. A adsorção dos íons ocorre em mono e multicamadas, em concordância com os bons ajustes observados para Langmuir e Freundlich. Em geral, os adsorventes apresentaram boa capacidade de reuso, exceto quando utilizados para adsorção de Cr(III), pois neste caso ocorre dificuldade de reuso dos adsorventes pela baixa taxa de dessorção deste metal, indicando possível quimissorção. Pelos resultados obtidos conclui-se que os adsorventes modificados de pinus, crambe e mandioca apresentam-se como excelentes, renováveis, de alta disponibilidade e baixo custo, sendo uma alternativa atraente para a indústria, mediante sua utilização em sistemas de tratamento avançados, para a remoção de metais como Cd(II), Pb(II) e Cr(III)