Tese de doutoramento. Engenharia Química. 2004. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

Tese de doutoramento. Engenharia Química e Biológica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Nas últimas décadas, todos os países começaram a se preocupar com as questões ambientais e com a proteção ao meio ambiente. Esta preocupação é decorrente, principalmente, das normas e legislações ambientais que estão cada vez mais rígidas. A indústria galvânica é uma das principais atividades que sofreram, e ainda estão sofrendo, modificações para se adequar ao “ambientalmente correto”. A indústria de tratamento de superfícies é uma das grandes geradoras de resíduos perigosos pelo fato de apresentar em sua constituição componentes potencialmente tóxicos como cádmio e cromo. Com o objetivo de minimizar esta toxicidade novas linhas de revestimentos livres destes componentes estão sendo utilizadas, como os nanocerâmicos. Estas linhas já são empregadas mundialmente e vêm ganhando cada vez mais mercado, no entanto é um processo aplicado há menos de quinze anos, não possuindo ainda um estudo sistemático do tratamento dos efluentes gerados, visando reúso de água e de produtos químicos. Assim, este trabalho foi realizado tendo em vista desenvolver uma alternativa de tratamento apropriada para o efluente de revestimento nanocerâmico. Foi avaliada a utilização de processos de separação por membrana (PSM) para o tratamento de um efluente sintético a partir de linha de revestimentos nanocerâmico à base do ácido hexafluorzicônico. Três PSM foram testados: eletrodiálise (ED), microfiltração (MF) e nanofiltração (NF). Os resultados obtidos indicaram que três parâmetros foram os fatores determinantes do desempenho positivo ou negativo de cada um dos processos: tipo de membrana, complexação do elemento zircônio e pH da solução. Variações de pH de soluções contendo zircônio produzem diferentes complexos, que dependendo das características das membranas filtrantes (tamanho de poro e carga superficial) podem ser transportados, retidos e/ou rejeitados; determinando, assim, se ao final do PSM serão obtidas uma solução concentrada em Zr e F e outra sem a presença destes. Os melhores resultados obtidos para a NF, tornam este processo uma opção aplicável no tratamento de efluentes de linhas de revestimentos nanocerâmicos à base do ácido hexafluorzircônico. / In recent decades, all countries began to worry about environmental issues and the environmental protection. This concern is mainly due to the environmental rules and laws that are increasingly strict. The galvanic processes is one of the main activities that have suffered, and are still suffering, modifications to suit the "environmentally friendly". The surface treatment industry is a considerable generator of hazardous wastes because they had potentially toxic components in its constitution, as cadmium and chromium. In order to minimize this toxicity new coatings lines, free of these components, are being used, as nanoceramics. These lines are already used worldwide and are gaining more market, however it is a process applied for less than fifteen years, not having a systematic study of the treatment of effluents, aiming reuse of water and chemicals. This study was conducted in order to develop an appropriate alternative treatment for the effluent of nanoceramic coating process. The use of membrane separation processes (MSP) to treat a synthetic wastewater from a nanoceramic process based on hexafluorozirconic acid was evaluated. Three MSP were tested: electrodialysis (ED), microfiltration (MF) and nanofiltration (NF). The results indicated that three parameters were the determinants of positive or negative performance of each process: type of membrane, complexation of zirconium and pH of solution. The pH variations of solutions containing zirconium produce different complexes, and depending on the characteristics of membrane filters (pore size and surface charge), theses complexes can be transported, retained and/or rejected. This fact is crucial to know if at the end of the MSP a concentrated solution with Zr and F and other without the presence of this ions will be produced. The best results were obtained for the NF, which makes this process an option in the treatment of effluents from nanoceramic coatings lines base on hexafluorozirconic acid.

Materiais granulares, quando submetidos a vibrações, apresentam o fenômeno de compactação lenta, durante o qual o volume livre disponível aos grãos diminui, e sua mobilidade decai a zero. Nesta situação espera-se o fenômeno de aging, o que é confirmado em diversas simulações numéricas. Foi sugerido que neste regime o material granular deve se comportar como um líquido muito viscoso ou um vidro. Descrevemos um estudo analítico e numérico de um modelo de difusão não linear o qual analisa a relaxação da densidade de partículas em um meio granular denso sob a ação da gravidade e de fracas vibrações (térmicas), comparando com resultados de simulação pelo método de Monte Cado para um gás de rede sob a ação do campo gravitacional. A equação dinâmica pode ser considerada como uma teoria funcional da densidade local para uma classe de gases de rede usados para modelar a relaxação lenta de materiais vitrosos e granulares. A teoria prediz uma linha de transição de jamming entre uma fase fluida de baixas densidades e um regime vitroso de altas densidades, caracterizado pela divergência do tempo de relaxação e compactação logarítmica ou do tipo lei de potência de acordo com a forma específica do coeficiente de difusão. Outro fenômeno presente quando este tipo de material é submetido à agitação é o de segregação, durante o qual os diferentes tipos de partículas se separam. Este fenômeno é observado em uma grande quantidade de experimentos e simulações numéricas. Para modelá-Io, o modelo de difusão não linear foi generalizado para um conjunto de equações de difusão não lineares acopladas. Apesar da termo dinâmica do sistema não prever uma fase segregada, a dinâmica exibe tanto a segregação normal (onde as partículas maiores estão no topo do recipiente) quanto a reversa (partículas menores no topo) dependendo dos valores de alguns parâmetros do sistema (como por exemplo, a massa das diferentes espécies de partículas presentes no sistema). / Granular materiaIs under gentle shaking present slow compaction phenomena, during which the free volume available to grains decreases, and the mobility steeply falls to zero, hence aging phenomena are expected to occur, as is confirmed in several numerical simulations. It has been suggested that in this regime a granular material should resemble a highly viscous liquid or a glass. We describe an analytical and numerical study of a nonlinear diffusion model which describes density relaxation of densely packed particles under gravity and weak random (thermal) vibration, and compare the results with Monte Carlo simulations of a lattice gas under gravity. The dynamical equation can be thought of as a local density functional theory for a class of lattice gases used to modeI slow relaxation of glassy and granular materiais The theory predicts a jamming transition line between a low density fluid phase and a high density glassy regime, characterized by diverging relaxation time and logarithmic or power-Iaw compaction according to the specific form of the diffusion coefficient. Other phenomena present in granular materiaIs under shaking is segregation, during which different kinds of particles demixe. This phenomena can been seen in a large number of experiments and numerical simulation. To take it into account, we generalize the nonlinear diffusion model to a set of coupled nonlinear diffusion equations. Although the thermodynamics of the model predicts no segregated phase at all, the dynamics exhibits normal segregation (large particles on top) and reverse segregation (small particles on top) depending on several parameters ofthe systems (as, for example, the mass of species present in the system).

Submitted by Escola Politécnica Biblioteca (biengproc@ufba.br) on 2016-08-24T19:00:59Z No. of bitstreams: 1 Dissertação de Mestrado_CarolineQueiroz.pdf: 1785867 bytes, checksum: f99cf11dd1805d0921ef1bb2a49e8dfc (MD5) / Approved for entry into archive by Escola Politécnica Biblioteca (biengproc@ufba.br) on 2016-08-24T19:01:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação de Mestrado_CarolineQueiroz.pdf: 1785867 bytes, checksum: f99cf11dd1805d0921ef1bb2a49e8dfc (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-24T19:01:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação de Mestrado_CarolineQueiroz.pdf: 1785867 bytes, checksum: f99cf11dd1805d0921ef1bb2a49e8dfc (MD5) / A maior parte da energia consumida no mundo é originada a partir dos combustíveis fósseis. São fontes não renováveis e que estará em escassez em um futuro próximo. Assim, o estudo de fontes alternativas de energia, que sejam ecologicamente corretas, tem ganhado importância e espaço nas pesquisas científicas. O biodiesel, obtido a partir de fontes renováveis de energia constitui uma das alternativas mais promissoras quando comparado aos combustíveis fósseis. Dentre os processos para a produção de biodiesel, o mais comum é a reação de transesterificação. Esse processo consiste na reação entre um álcool, geralmente de cadeia curta, e um triglicerídeo, que pode ser oriundo de matriz vegetal ou animal. O aprimoramento das tecnologias utilizadas nas etapas de separação e purificação do biodiesel é essencial para que se obtenha um produto de qualidade. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo principal avaliar e otimizar a produção de biodiesel, via catálise homogênea, em processo semicontínuo utilizando um sistema de membrana como uma das etapas de purificação do biodiesel. Inicialmente as matérias-primas, soja e pinhão manso, foram caracterizadas e, no caso do pinhão manso também neutralizadas, para diminuição da acidez. Para definição das condições de processo, foram realizados testes com a membrana, avaliando a influência da pressão transmembranar no processo reacional. O biodiesel produzido foi caracterizado para verificar se as especificações estabelecidas pela ANP foram atendidas. Identificou-se que o ponto de fulgor era o parâmetro mais crítico e precisava de ajustes para atender às normas. Dessa maneira, foram realizados alterações no sistema de evaporação e um planejamento experimental de 2³, variando o tempo de evaporação, volume de evaporação e razão molar álcool/óleo, visando identificar as condições favoráveis para alcançar resultados satisfatórios do ponto de fulgor. Com o sistema reacional modificado e identificação das melhores condições de processo com o óleo de soja, o biodiesel de pinhão manso foi produzido e caracterizado utilizando as condições de operação já obtidas e consideradas aceitáveis. Foi possível avaliar a eficiência da membrana, constatando que, ao variar a sua pressão, esta não tem influência direta na alta conversão do biodiesel, no entanto, quanto maior for o valor da pressão transmembranar, maior a quantidade de glicerina produzida. Notou-se também que, a membrana funciona perfeitamente no que diz respeito a retenção de triglicerídeos. Para a adequação do ponto de fulgor, através do planejamento experimental, verificou-se que a condição ideal para a produção de biodiesel no sistema reacional é que o tempo de evaporação ocorra por 4 horas, o processo de evaporação aconteça a um volume de 500 mL e a alimentação do processo apresente uma proporção molar de álcool/óleo de 9:1. O biodiesel de soja produzido nestas condições apresentou teor de éster igual a 95,6%. No caso do pinhão manso, o valor encontrado foi muito abaixo de 96,5%, entendendo-se que a reação de transesterificação não foi eficaz para o tempo proposto. Dessa maneira, recomenda-se que seja realizado um teste cinético com a oleaginosa, no processo reacional, para que seja encontrado um tempo ótimo de reação que alcance altos valores de conversão.

Materiais granulares, quando submetidos a vibrações, apresentam o fenômeno de compactação lenta, durante o qual o volume livre disponível aos grãos diminui, e sua mobilidade decai a zero. Nesta situação espera-se o fenômeno de aging, o que é confirmado em diversas simulações numéricas. Foi sugerido que neste regime o material granular deve se comportar como um líquido muito viscoso ou um vidro. Descrevemos um estudo analítico e numérico de um modelo de difusão não linear o qual analisa a relaxação da densidade de partículas em um meio granular denso sob a ação da gravidade e de fracas vibrações (térmicas), comparando com resultados de simulação pelo método de Monte Cado para um gás de rede sob a ação do campo gravitacional. A equação dinâmica pode ser considerada como uma teoria funcional da densidade local para uma classe de gases de rede usados para modelar a relaxação lenta de materiais vitrosos e granulares. A teoria prediz uma linha de transição de jamming entre uma fase fluida de baixas densidades e um regime vitroso de altas densidades, caracterizado pela divergência do tempo de relaxação e compactação logarítmica ou do tipo lei de potência de acordo com a forma específica do coeficiente de difusão. Outro fenômeno presente quando este tipo de material é submetido à agitação é o de segregação, durante o qual os diferentes tipos de partículas se separam. Este fenômeno é observado em uma grande quantidade de experimentos e simulações numéricas. Para modelá-Io, o modelo de difusão não linear foi generalizado para um conjunto de equações de difusão não lineares acopladas. Apesar da termo dinâmica do sistema não prever uma fase segregada, a dinâmica exibe tanto a segregação normal (onde as partículas maiores estão no topo do recipiente) quanto a reversa (partículas menores no topo) dependendo dos valores de alguns parâmetros do sistema (como por exemplo, a massa das diferentes espécies de partículas presentes no sistema). / Granular materiaIs under gentle shaking present slow compaction phenomena, during which the free volume available to grains decreases, and the mobility steeply falls to zero, hence aging phenomena are expected to occur, as is confirmed in several numerical simulations. It has been suggested that in this regime a granular material should resemble a highly viscous liquid or a glass. We describe an analytical and numerical study of a nonlinear diffusion model which describes density relaxation of densely packed particles under gravity and weak random (thermal) vibration, and compare the results with Monte Carlo simulations of a lattice gas under gravity. The dynamical equation can be thought of as a local density functional theory for a class of lattice gases used to modeI slow relaxation of glassy and granular materiais The theory predicts a jamming transition line between a low density fluid phase and a high density glassy regime, characterized by diverging relaxation time and logarithmic or power-Iaw compaction according to the specific form of the diffusion coefficient. Other phenomena present in granular materiaIs under shaking is segregation, during which different kinds of particles demixe. This phenomena can been seen in a large number of experiments and numerical simulation. To take it into account, we generalize the nonlinear diffusion model to a set of coupled nonlinear diffusion equations. Although the thermodynamics of the model predicts no segregated phase at all, the dynamics exhibits normal segregation (large particles on top) and reverse segregation (small particles on top) depending on several parameters ofthe systems (as, for example, the mass of species present in the system).

O processamento do leite visando a produção de queijo resulta num grande volume de soro, aposto cada litro de leite processado são gerados de 0,6 a 0,9 litros de soro. O soro de queijo é considerado como uma importante fonte de proteínas que podem ser utilizadas para o consumo humano e, assim, justifica o interessa sobre a possibilidade de reutilizá-lo comercialmente. Por outro lado, devido a sua elevada carga orgânica este não pode ser descartado diretamente no solo ou no leito de rios e, portanto, a sua reutilização elimina o problema ambiental causado pelo descarte deste efluente. A tecnologia de separação por membrana, especialmente a ultrafiltração (UF), está sendo empregada atualmente nas indústrias de laticínios para a obtenção de concentrados protéicos a partir do soro, os quais, dependendo do grau de pureza, são utilizados na fabricação de produtos lácteos, embutidos, pães, chocolates, biscoitos e bebidas, entre outros. Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho é concentrar e isolar as proteínas do soro de queijo por UF e, para agregar maior valor ao concentrado protéico, utilizou-se a diafiltração (DF). Os experimentos foram realizados em um sistema piloto, com uma membrana de UF com massa molar de corte de 10 kDa. As seguintes condições de operação foram mantidas na UF constantes em todos os experimentos: temperatura de 50oC, pressão transmembrana de 2 bar e vazão de alimentação de 850 L. h-1. O soro de queijo foi reconstituído a partir do soro em pó fornecido por uma indústria de laticínios da região e pré-filtrado em um filtro de cartucho com tamanho de poro nominal de 1μm para prevenir o fouling por material em suspensão. Os seguintes parâmetros foram avaliados durante o processo de concentração e purificação das proteínas do soro: fluxo de água pura, fluxo permeado da solução, pH, condutividade elétrica, concentrações de proteína, lactose e sólidos totais. Para dar um tratamento matemático aos resultados experimentais, foi desenvolvido um programa computacional, usando software MATLAB ® versão 5.3, o qual permite a otimização do processo de purificação da proteína usando DFs. Os resultados obtidos indicaram que este processo é adequado para obtenção de concentrado protéico com diferentes graus de pureza, a fim de atender o mercado para diversas aplicações. / Milk processing for cheese production results in a great volume of whey: 0,6 to 0,9 liters of whey are generated for each liter of processed milk. Cheese whey is considered an important source of proteins for human consumption, and the increasing world production justifies the interest in studies aiming its commercial use. On the other hand, due to its high organic load, it is unacceptable to discard cheese whey directly to the soil or rivers, and therefore its utilization eliminates the environmental problem caused by this effluent. Membranes separation technology, especially ultrafiltration (UF), has being used in the dairy industry to obtain whey protein concentrates, which, according to the degree of purity attained, may be applied in the production of dairy products, sausages, breads, chocolates, cookies and beverages, among others. In this context, the objective of this work is to concentrate and purify cheese whey protein by ultrafiltration and diafiltration (DF) was used in order to add greater value to the protein concentrate. Experiments were carried out in a pilot plant using an ultrafiltration membrane of 10 kDa molecular weight cut. Operating conditions were kept constant in all experiments: temperature of 50°C, transmembrane pressure of 2 bar and feed flow rate of 850 L. h-1. Powdered cheese whey supplied by a local dairy industry was reconstituted and filtrated through a cartridge filter with 1μm nominal pore size to prevent fouling caused by suspended solids. The following parameters were evaluated during the concentration process and purification of the whey proteins: pure water flux, permeate flux, pH, electric conductivity, protein, lactose and total solids concentrations. Experimental results were used to develop an optimization routine in the software MATLAB® version 5.3, in order to optimize the protein purification process by DF. Results indicate that this process is well adapted for obtaining whey protein concentrates with different degrees of purity, in order to suit several applications.

L’objectiu principal d’aquesta Tesi Doctoral és l’estudi de les propietats de transport de diferents ions metàl·lics a través d’una membrana d’intercanvi catiònic comercial (IONICS 67-HMR-412). Els metalls estudiats són el níquel, el coure, el zinc, el cobalt i el manganès, i són normalment utilitzats en els processos d’electrodeposició del níquel i dels seus aliatges. Per a obtenir aquestes dades es va utilitzar un mètode de caracterització electroquímica anomenat cronopotenciometria. Aquest mètode consisteix en aplicar un pols d’intensitat entre dos elèctrodes situats en els extrems d’un reactor electroquímic i mesurar la caiguda de potencial a través de la membrana, en un règim no estacionari. L’estudi es desenvolupà en distintes etapes basades en la configuració del reactor electroquímic i en les dissolucions utilitzades. Els reactors que es varen fer servir eren de dos o tres compartiments i els elèctrodes emprats eren de grafit o de Ag/AgCl, depenent de la configuració del reactor electroquímic. Inicialment es va treballar en dissolucions de clorur de sodi, que són les normalment utilitzades en els estudis de cronopotenciometria, i de les que es disposa de dades relatives a les propietats de transport a través de la membrana. Després s’estudiaren la resta del ions metàl·lics en medi sulfat i clorur, així mateix es varen utilitzar dissolucions de clorur de níquel a les que es va afegir àcid bòric, clorur d’amoni o hipofosfit sòdic, que són els additius que normalment acompanyen al níquel en els processos d’electrodeposició d’aquest metall. Les dades obtingudes de potencial front a temps, foren utilitzades per a calcular els valors del corrent límit i del nombre de transport dels ions metàl·lics a través de la membrana d’intercanvi utilitzada. A més, aquestes dades varen proporcionar informació addicional relativa tant al sistema de mesura utilitzat, com a la heterogeneïtat de la membrana, amb els efectes secundaris produïts per la polarització per concentració (dissociació de l’aigua, convecció gravitacional i electroconvecció), o referida a l’embrutiment de la membrana pels hidròxids metàl·lics formats. Finalment es va obtenir informació sobre les propietats de transport del níquel en presència d’altres compostos, com l’àcid bòric, el clorur d’amoni i l’hipofosfit de sodi. / O objetivo principal da presente Tese de Doutorado é o estudo das propriedades de transporte de diferentes íons metálicos (níquel, cobre, zinco, cobalto e manganês), empregados em processos de eletrodeposição de níquel e suas ligas, através de uma membrana íon-seletiva catiônica comercial (IONICS 67-HMR-412). Para a obtenção das propriedades de transporte destes metais foi utilizado o método de caracterização eletroquímico denominado cronopotenciometria, onde um pulso de corrente é aplicado entre dois eletrodos dispostos nas extremidades de uma célula eletroquímica e a queda de potencial através da membrana, em regime não-estacionário, é medida. O estudo foi realizado em distintas etapas, de acordo com a configuração da célula eletroquímica e das soluções empregadas. Foram utilizadas células eletroquímicas de dois e três compartimentos e eletrodos de grafite ou de Ag/AgCl. Em primeiro lugar foram realizados ensaios com soluções de cloreto de sódio, normalmente utilizadas em estudos cronopotenciométricos e para as quais se dispõe de dados relativos às propriedades de transporte através da membrana. Posteriormente foram realizados ensaios com os íons metálicos em meio sulfato e cloreto, e com soluções de cloreto de níquel, às quais se adicionaram ácido bórico, cloreto de amônio e hipofosfito de sódio, que são aditivos que acompanham o níquel nos processos de eletrodeposição deste metal. Os dados de potencial-tempo obtidos foram empregados para obter os valores da corrente limite e do número de transporte dos diferentes metais através da membrana íon-seletiva. Além disso, estes dados proporcionaram informação adicional com relação ao sistema de medida adotado, assim como informação relacionada com a heterogeneidade da membrana, com os efeitos secundários causados pela polarização por concentração (dissociação da água, convecção gravitacional e eletro-convecção), ou com a deposição de hidróxidos metálicos sobre a superfície da membrana. Da mesma maneira, foi obtida informação sobre o transporte de níquel na presença de outros compostos, como ácido bórico, cloreto de amônio e hipofosfito de sódio. / The main objective of the present Thesis is the study of the transport properties of different metallic ions (nickel, copper, zinc, cobalt and manganese), which are employed in nickel and nickel alloys electroplating processes, through a commercial cation-exchange membrane (IONICS 67-HMR-412). To obtain the transport properties of these metals, the electrochemical characterization method called cronopotentiometry was employed. This method consists on applying a current pulse among two electrodes arranged in both sides of an electrochemical cell and measuring the membrane potential drop, in a non – stationary state. The study was carried on in different steps according to the electrochemical cell configuration and the solutions used. Two- and three- compartments electrochemical cells and graphite or Ag/AgCl electrodes were used. At the beginning, experiments with sodium chloride solutions, usually used in chronopotentiometric studies, were accomplished, since for these solutions data of transport properties through the membrane are already known. Later on, experiments were carried on with the metallic ions in sulphate and chloride medium and with nickel chloride solutions, to which were added boric acid, ammonium chloride or sodium hypophosphite because these chemicals are usually used with nickel on electroplating processes. The obtained potential-time data were used to obtain the limiting current and the transport number values of the different metallic ions through the membrane. Besides, these data provided additional information regarding to the adopted measure system, as well as information related to the membrane heterogeneity, to the secondary effects caused by polarization by concentration (water splitting, gravitational convection and electro-convection), or to the membrane scaling phenomena. Information on the transport properties of nickel in presence of other compounds, as boric acid, ammonium chloride and sodium hypophosphite, was also obtained. / El objetivo principal de la presente Tesis Doctoral es el estudio de las propiedades de transporte de diferentes iones metálicos (níquel, cobre, cinc, cobalto y manganeso), empleados en procesos de electrodeposición de níquel y sus aleaciones, a través de una membrana de intercambio catiónico comercial (IONICS 67-HMR-412). Para la obtención de las propiedades de transporte de estos metales se utilizó la cronopotenciometría, que es un método de caracterización electroquímico, mediante el cual se aplica un pulso de intensidad entre dos electrodos dispuestos en los extremos de un reactor electroquímico, y se mide la caída del potencial a través de la membrana en régimen no estacionario. El estudio se llevó a cabo en distintas etapas, de acuerdo con la configuración del reactor electroquímico y de las disoluciones empleadas. Se utilizaron reactores electroquímicos de dos y tres compartimientos y electrodos de grafito o de Ag/AgCl, dependiendo de la configuración del reactor electroquímico utilizado. En primer lugar se trabajó con disoluciones de cloruro de sodio, que son las que se utilizan normalmente en estudios cronopotenciométricos, y para las cuales se dispone de datos relativos a las propiedades de transporte a través de la membrana. Posteriormente se trabajó con los demás iones metálicos en medio sulfato y cloruro, y con disoluciones de cloruro de níquel a las que se añadió ácido bórico, cloruro de amonio o hipofosfito sódico, que son los aditivos que acompañan al níquel en los procesos de electrodeposición de este metal. Los datos de potencial-tiempo obtenidos se emplearon para obtener los valores de la corriente límite y del número de transporte de los distintos metales a través de la membrana de intercambio iónico. Además, estos datos proporcionaron información adicional relativa al sistema de medida adoptado, como información relacionada con la heterogeneidad de la membrana, con los efectos secundarios causados por la polarización por concentración (disociación del agua, convección gravitacional y electro-convección), o con el ensuciamiento de la membrana por hidróxidos metálicos. Asimismo, se obtuvo información sobre las propiedades de transporte del níquel en presencia de otros compuestos, como el ácido bórico, el cloruro de amonio y el hipofosfito sódico.

Neste estudo foram realizadas diferentes misturas entre polímeros convencionais (poliestireno de alto impacto e poliuretano) e polianilina, com o objetivo de produzir membranas para eletrodiálise. As membranas foram caracterizadas através da quantidade de água absorvida, capacidade de troca iônica, espectroscopia FTIR e Raman, análise termogravimétrica e análise dinâmico mecânica. A estabilidade química em meio ácido, alcalino e fortemente oxidante também foi avaliada para escolher qual o meio mais apropriado para executar as eletrodiálises. Através de microscopia eletrônica de varredura foi observado a morfologia das membranas, onde pode-se ver a incorporação da polianilina na matriz polimérica. Foram feitos ensaios de eletrodiálise usando as membranas produzidas e foram realizados ensaios para a determinação dos números de transporte para o zinco em meio ácido e alcalino através de algumas membranas para avaliar a seletividade das membranas a cátions e ânions. Após ser comprovado a seletividade à cátions, foram determinados o número de transporte e a extração percentual para todas as membranas. Os resultados foram comparados com os resultados obtidos para a membrana comercial Nafion 450, sendo encontrado uma permeabilidade a zinco através das membranas produzidas similar à permeabilidade da membrana comercial Nafion 450.

Cada vez mais muitos processos industriais convencionais de separação, tais como destilação, centrifugação e extração com solventes, entre outros, estão sendo substituídos pelos processos de separação por membranas em virtude desses apresentarem vantagens em relação aos processos convencionais, além de serem considerados uma tecnologia limpa. Entre estas vantagens pode-se citar a economia de energia, pois não envolvem mudança de fase; a possibilidade de processamento de substâncias termolábeis, pois podem operar à temperatura ambiente; a maior seletividade; a facilidade de scale – up, pois são modulares e não extensivos em mão de obra, entre outros. Uma característica limitante destes processos é a existência de uma camada de elevada concentração de partículas ou moléculas que se forma próxima à superfície da membrana e que ocasiona uma redução no fluxo permeado, podendo modificar as características de retenção da membrana. Este fenômeno é conhecido como polarização por concentração. O entendimento dos mecanismos de polarização é considerado de grande importância neste campo e o estudo e validação de modelos matemáticos preditivos torna-se necessário para se obter sucesso na aplicação dos processos com membranas no meio industrial O objetivo geral deste trabalho consiste na análise teórico-experimental do processo de microfiltração tangencial com suspensão aquosa de partículas de sílica. O objetivo específico é a utilização de dados experimentais para a estimação de um parâmetro do modelo matemático que descreve o perfil de concentração na superfície da membrana ( membrana). A configuração tangencial implica que a alimentação, contendo as partículas a serem removidas ou concentradas, flui paralelamente à superfície da membrana reduzindo, assim, o fenômeno de polarização por concentração. Os experimentos foram efetuados em uma unidade de bancada de microfiltração tangencial, também conhecido como fluxo cruzado, em um módulo para membrana plana com canal de escoamento retangular sob condições de escoamento laminar. Os seguintes parâmetros foram variados durante os experimentos: pressão transmembrana, velocidade tangencial e concentração de partículas de sílica Os dados experimentais foram utilizados em uma modelagem matemática, baseada nas equações fundamentais da mecânica dos fluidos e da transferência de massa, que considera as propriedades físicas da suspensão, viscosidade dinâmica e difusividade mássica, variáveis com a concentração de sílica para se estimar a concentração máxima de sílica junto à superfície da membrana. Esta modelagem engloba os parâmetros operacionais, bem como as características da membrana nesta única variável. Com a finalidade de se verificar como a concentração máxima sobre a membrana é afetada pelas condições operacionais e, conseqüentemente, como esta afeta o fluxo permeado, a concentração máxima sobre a superfície da membrana é apresentada em função das condições operacionais variadas durante os experimentos de microfiltração. Finalmente, após a estimação desta variável, pôde-se concluir que ela é influenciada pelas condições operacionais típicas do processo de microfiltração tangencial, tais como velocidade tangencial de escoamento, pressão através da membrana e concentração da alimentação.