Avaliar o efeito da porcentagem de sódio trocável (ESP) do solo e da concentração eletrolítica da água de percolação, sobre a condutividade hidráulica e a lixiviação em um solo bruno-não-cálcico da região do Rio Salitre-BA, foi o objetivo principal do trabalho de pesquisa. O experimento foi realizado utilizando-se amostras indeformadas coletadas em anéis cilíndricos tipo Uhland e consistiu da determinação e da análise da condutividade hidráulica do solo saturado, utilizando-se diferentes soluções percolantes. As soluções apresentavam diferentes concentrações eletrolíticas. A condutividade hidráulica e a condutividade elétrica das soluções foram medidas durante o tempo de percolação. Foram determinados os teores de sódio antes e após a eluição com as soluções. Utilizando a câmara de membrana de pressão Richards, amostras foram submetidas à diferentes tensões, determinando-se os teores de água e sódio deslocado. Então, o processo de eluição foi ajustado pelo modelo matemático de Glueckauf para o estudo do deslocamento miscível das soluções e da lixiviação dos sais em uma coluna contínua. Os resultados mostraram que a variabilidade espacial e os fluxos de natureza preferenciais determinaram correlações baixas entre os parâmetros e não permitiu ajuste adequado das curvas teóricas às curvas de eluição através do modelo matemático / The purpose of this work was, to evaluate the effect of exchangeable sodium percentage (ESP) and electrolite concentration of percolating water, on the hydraulic conductivity and leaching fraction in a Noncalcic Brown Soil of the River Salitre-Ba region. The experiment was conducted in laboratory conditions at "Luiz de Queiroz" College of Agriculture of the University of São Paulo. The experiment was carried out using undsturbed soil samples collected in Uhland type steel cylinder. It consisted on the determination and analisis of hydraulic saturated conductivity using leaching solutions with differents electrolite concentrations. The hydraulic conductivity was measured during the percolation's time. In addition, was measured the eletrical conductivity of the percolate and sodium exchangeable concentration, before and after downward flow of the solution. Using Richards pressure-membrane apparatus with large range of tensions, moisture and sodium dislocated were measured. Then, the leaching process and elutions was ajusted through Glueckauf matematical model for the studies of the miscible displacement fenomenon by leaching of salts out of the soil column. The results showed that because of the spatial variability and border-flows, the hydraulic conductivity data were heterogeneous. A low correlation between hydraulic conductivity and ESP leveIs was found. Applying calcium sulfate solution showed a beneficiaI effect on the hydraulic saturated conductivity, except when irreversible processes of mineral dissolution occoured. This effect has been associated to pH or carbonate content in the percolating solution. Although the Glueckauf model explains the nature of some fenomenons that may occur in a system of soil columns under leaching process, the effect of the boundary flow has not allowed an adequate agreement between theoretical and observed leaching curves

Tendo em vista a Economia do Hidrogênio e sua infinidade de possibilidades, este trabalho estuda a geração de hidrogênio utilizando a energia solar fotovoltaica. Tendo em vista o consumo mundial de energia crescente, novos métodos de produção energética tem que ser levados em consideração, como o fato do hidrogênio ser um vetor energético de baixo impacto ambiental. Por outro lado, as reservas de combustíveis fósseis não serão capazes de satisfazer essa demanda em longo prazo e seu uso contínuo produz efeitos colaterais, como a poluição que ameaça a saúde humana e os gases de efeito estufa associados à mudança climática. No contexto do Brasil, a eletrólise da água combinada com as energias renováveis e células a combustível seriam uma boa base para melhorar o fornecimento de energia distribuída. Propõe-se, no presente trabalho, produzir hidrogênio por energia renovável, especificamente pelo acoplamento direto de um gerador fotovoltaico a um eletrolisador alcalino de água experimental, concebido localmente. Busca-se entender as características inerentes da interação desses dispositivos, encontrar as eficiências de cada etapa do sistema montado, assim como a eficiência global, adquirindo uma noção mais precisa e prática do uso da energia solar fotovoltaica na alimentação de um eletrolisador. Os resultados experimentais evidenciaram que a transferência da energia do gerador fotovoltaico ao eletrolisador depende fortemente das condições instantâneas climáticas e do modo como estes estão conectados. A interdependência entre variáveis foi reproduzida pelas investigações com destaque para: densidade de corrente no eletrolisador, potencial elétrico, irradiância solar, concentração do eletrólito, área do eletrodo e dimensões da célula eletrolítica. A eficiência do eletrolisador alcançada foi de 21%. A eficiência global (irradiância solar - hidrogênio) foi de 2%. O presente estudo dá subsídios para que seja dimensionado o acoplamento do sistema eletrolisador - gerador FV a partir de uma célula eletrolítica buscando-se minimizar perdas. / In view of the Hydrogen Economy and its endless possibilities, this work studies the hydrogen production using solar photovoltaic energy. With increasing global energy consumption, new methods of energy production have got to be taken into consideration, as hydrogen that it is an energy carrier with low environmental impact. On the other hand, fossil fuel reserves will not be able to meet this demand in the long term and its continuous use produces side effects such as pollution that threatens human health and greenhouse gases which are associated with climate change. For Brazilian energy context, electrolysis combined with renewable power source and fuel cell power generation would be a good basis to improve the distributed energy supply. It is proposed in this paper, to produce hydrogen by a direct coupling of a PV array with an experimental alkaline electrolyzer designed locally. It seeks to understand the inherent characteristics of the interaction of these energy forms, find the efficiencies of each step of the assembled system, as well as the global efficiency, acquiring a more precise notion and practice of the use of solar photovoltaic coupled with an electrolyzer. The experimental results showed that the transfer of energy from the PV array to the electrolyzer depends heavily on instant climatic conditions and how they are connected. The interdependence between variables was reproduced by the investigations, considering especially: current density, electric potential, solar irradiance, concentration of electrolyte, the electrode area and size of the electrolytic cell. The electrolyzer achieved an efficiency of 21%, approximately one-third of a commercial electrolyser efficiency. The overall efficiency (sol-hydrogen) was 2%. The present study gives subsidies to design an electrolyser PV generator system based on a given electrolytic cell seeking low losses.

Tendo em vista a Economia do Hidrogênio e sua infinidade de possibilidades, este trabalho estuda a geração de hidrogênio utilizando a energia solar fotovoltaica. Tendo em vista o consumo mundial de energia crescente, novos métodos de produção energética tem que ser levados em consideração, como o fato do hidrogênio ser um vetor energético de baixo impacto ambiental. Por outro lado, as reservas de combustíveis fósseis não serão capazes de satisfazer essa demanda em longo prazo e seu uso contínuo produz efeitos colaterais, como a poluição que ameaça a saúde humana e os gases de efeito estufa associados à mudança climática. No contexto do Brasil, a eletrólise da água combinada com as energias renováveis e células a combustível seriam uma boa base para melhorar o fornecimento de energia distribuída. Propõe-se, no presente trabalho, produzir hidrogênio por energia renovável, especificamente pelo acoplamento direto de um gerador fotovoltaico a um eletrolisador alcalino de água experimental, concebido localmente. Busca-se entender as características inerentes da interação desses dispositivos, encontrar as eficiências de cada etapa do sistema montado, assim como a eficiência global, adquirindo uma noção mais precisa e prática do uso da energia solar fotovoltaica na alimentação de um eletrolisador. Os resultados experimentais evidenciaram que a transferência da energia do gerador fotovoltaico ao eletrolisador depende fortemente das condições instantâneas climáticas e do modo como estes estão conectados. A interdependência entre variáveis foi reproduzida pelas investigações com destaque para: densidade de corrente no eletrolisador, potencial elétrico, irradiância solar, concentração do eletrólito, área do eletrodo e dimensões da célula eletrolítica. A eficiência do eletrolisador alcançada foi de 21%. A eficiência global (irradiância solar - hidrogênio) foi de 2%. O presente estudo dá subsídios para que seja dimensionado o acoplamento do sistema eletrolisador - gerador FV a partir de uma célula eletrolítica buscando-se minimizar perdas. / In view of the Hydrogen Economy and its endless possibilities, this work studies the hydrogen production using solar photovoltaic energy. With increasing global energy consumption, new methods of energy production have got to be taken into consideration, as hydrogen that it is an energy carrier with low environmental impact. On the other hand, fossil fuel reserves will not be able to meet this demand in the long term and its continuous use produces side effects such as pollution that threatens human health and greenhouse gases which are associated with climate change. For Brazilian energy context, electrolysis combined with renewable power source and fuel cell power generation would be a good basis to improve the distributed energy supply. It is proposed in this paper, to produce hydrogen by a direct coupling of a PV array with an experimental alkaline electrolyzer designed locally. It seeks to understand the inherent characteristics of the interaction of these energy forms, find the efficiencies of each step of the assembled system, as well as the global efficiency, acquiring a more precise notion and practice of the use of solar photovoltaic coupled with an electrolyzer. The experimental results showed that the transfer of energy from the PV array to the electrolyzer depends heavily on instant climatic conditions and how they are connected. The interdependence between variables was reproduced by the investigations, considering especially: current density, electric potential, solar irradiance, concentration of electrolyte, the electrode area and size of the electrolytic cell. The electrolyzer achieved an efficiency of 21%, approximately one-third of a commercial electrolyser efficiency. The overall efficiency (sol-hydrogen) was 2%. The present study gives subsidies to design an electrolyser PV generator system based on a given electrolytic cell seeking low losses.

Submitted by Elisa Fonseca Horta null (elisafhort@hotmail.com) on 2017-10-04T17:21:58Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Elisa Fonseca Horta.pdf: 1842613 bytes, checksum: c58c4e6716def5976cd8668135065c87 (MD5) / Rejected by Monique Sasaki (sayumi_sasaki@hotmail.com), reason: Solicitamos que realize uma nova submissão seguindo as orientações abaixo: O arquivo submetido está sem a ficha catalográfica. O arquivo submetido não contém o certificado de aprovação. A versão submetida por você é considerada a versão final da dissertação/tese, portanto não poderá ocorrer qualquer alteração em seu conteúdo após a aprovação. Corrija estas informações e realize uma nova submissão contendo o arquivo correto. Agradecemos a compreensão. on 2017-10-04T17:54:31Z (GMT) / Submitted by Elisa Fonseca Horta null (elisafhort@hotmail.com) on 2017-10-09T17:21:18Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Elisa Fonseca Horta.pdf: 1848190 bytes, checksum: a5ac9a5af484d749ce6cad8c93ccd0be (MD5) / Rejected by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com), reason: Solicitamos que realize uma nova submissão seguindo as orientações abaixo: A versão final da dissertação/tese deve ser submetida no formato PDF (Portable Document Format) e o arquivo não deve estar protegido. Por favor, corrija o arquivo PDF e realize uma nova submissão com o arquivo desprotegido. Agradecemos a compreensão on 2017-10-11T13:19:14Z (GMT) / Submitted by Elisa Fonseca Horta null (elisafhort@hotmail.com) on 2017-10-18T23:17:23Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Elisa Fonseca Horta.pdf: 1848190 bytes, checksum: a5ac9a5af484d749ce6cad8c93ccd0be (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-10-23T13:08:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 horta_ef_me_rcla.pdf: 1848190 bytes, checksum: a5ac9a5af484d749ce6cad8c93ccd0be (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-23T13:08:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 horta_ef_me_rcla.pdf: 1848190 bytes, checksum: a5ac9a5af484d749ce6cad8c93ccd0be (MD5) Previous issue date: 2017-09-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A degradação anaeróbia é um processo biológico que a partir de uma fonte de carbono gera biogás. Dessa forma, este estudo visou compreender a influência do campo elétrico (ação de cargas elétricas) na degradação anaeróbia da glicose e na geração de biogás em reatores em batelada. Experimentos iniciais foram realizados para determinar as condições ideais de operação (concentração da fonte de carbono e tipo de inóculo). Foram utilizados 4 concentrações de glicose (0,67; 1,00; 2,00 e 10,00g/l) e 3 concentrações de acetato de sódio (0,50; 1,00 e 2,00g/l) para 4 inóculos provenientes de reatores de fluxo ascendente ( 2 de abatedouro de aves, 1 de estação de tratamento de esgoto e uma mistura dos outros 3 lodos). Foram elaborados experimentos com dois meios de cultivo diferentes a fim de identificar o meio nutricional ideal para a geração de metano, meio PYG (genérico para crescimento microbiano) e meio Del Nery (específico para metanogênicas). A próxima etapa foi operar reatores anaeróbios em batelada sob influência do campo elétrico, com utilização de placas paralelas e fonte elétrica com regulagem de tensão, nas condições determinadas pelos experimentos iniciais. As voltagens testadas foram: natural (sem interferência); aterrado (0,0V); 1,5V; 2,0V; 2,5V e 3,0V. As gerações mais elevadas de metano foram observadas para um dos inóculos provenientes do tratamento de águas residuárias de avicultura; a concentração de 2,00 g/l de glicose e o meio PYG. Em todos os reatores com voltagem induzida (de 1,5V a 3,0V) houve eletrólise da água. O reator de 1,5V foi o que obteve os melhores resultados na geração de biogás, apresentando aumento de 200% na geração de metano em comparação com o reator natural, e na remoção da DQO (demanda química de oxigênio), que foi de 93,96% da concentração inicial dos ensaios (5,00g/l). Concluiu-se que o campo elétrico teve influência positiva na degradação anaeróbia para a condição de 1,5V. / The anaerobic degradation process turns a carbon source into biogas. Thus, this study aims to understand the influence of the electric field (action of electric charges) on the anaerobic degradation of glucose and on the generation of biogas in batch reactors. Initial experiments were performed to determine the ideal operating conditions (carbon source concentration and inoculum type). Four concentrations of glucose (0.67, 1.00, 2.00 and 10.00 g/l) and 3 concentrations of sodium acetate (0.50, 1.00 and 2.00 g/l) were used for 4 inoculum from upflow reactors (2 from poultry slaughterhouse, 1 from sewage treatment plant and a mixture of the other 3 sludge). Experiments were carried out with two different culture media in order to identify the ideal nutritional medium for the generation of methane, PYG medium (generic for microbial growth) and Del Nery medium (specific for methanogenic). The next step was to operate anaerobic reactors in batch under the influence of the electric field, using parallel plates and an electric source with voltage regulation, under the conditions determined by the initial experiments. The tested voltages were: natural (no interference); grounded (0,0V); 1.5V; 2.0V; 2.5V and 3.0V. Higher generations of methane were observed using one of the inoculum sourced from poultry wastewater; the concentration of 2.00 g/l glucose and the PYG medium. In all reactors with induced voltage (from 1.5V to 3.0V) there was electrolysis of the water. The 1.5V reactor obtained the best results in the biogas generation, presenting a 200% increase in the methane generation in comparison to the natural reactor and in the removal of COD (Chemical Oxygen Demand), which was 93,96% of the initial assay concentration (5.00 g/l). In conclusion, the electric field had a positive influence on the anaerobic degradation for the 1.5V condition.

Orientador: Rodnei Bertazzoli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-29T01:54:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lanza_MarcosRobertodeVasconcelos_D.pdf: 16742497 bytes, checksum: 9694de07ef18460a6c486a1664f9fafc (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Os cianetos inorgânicos são utilizados principalmente da indústria da galvanoplastia e da extração mineral, e os efluentes gerados nestas atividades industriais têm como característica a presença de metais pesados complexados. O uso intensivo deste composto gera grandes quantidades de efluentes e resíduos contendo altos teores de cianeto, representando um risco ecológico devido à sua alta toxicidade para a maioria das formas de vida. Este fato torna indispensável o tratamento adequado destes efluentes e resíduos antes do descarte final. Neste trabalho propõe-se um tratamento eletroquímico de efluentes cianídricos, atuando como tratamento principal ou coadjuvante ao processo químico convencional, com o objetivo de degradar anodicamente os cianetos e recuperar catodicamente os íons de metais pesados presentes, reduzindo a geração do lodo cianídrico. O objetivo é desenvolver e otimizar um reator eletroquímico em escala piloto para o tratamento de efluentes cianídricos contendo metais pesados. O processo de desenvolvimento e otimização do reator eletroquímico, utilizando eletrodos comerciais de óxidos de metais nobres (DSA®), foi executado em três etapas: I) a seleção do material do anodo comercial de óxidos de metais nobres, 2) o estudo do processo em um reator de bancada e 3) o estudo do processo em um reator piloto. Inicialmente foram avaliados dois eletrodos comerciais de óxidos de metais nobres, fabricados pela De Nora do Brasil Ltda: os eletrodos do tipo DSA®. As análises morfológica e elementar indicaram a composição aproximada para os eletrodos estudados: Ti/70TiO2-30RuO2 e Ti/55Ta205-45IrO2, para DSA® e DSA-Cl2 respectivamente. A voltametria hidrodinâmica com eletrodos disco rotatórios indicaram uma relação dos valores da constante cinética aparente (kapp) para os eletrodos DSA-Cl2 e DSA-02, respectivamente, na proporção de 1:1,2. Isto indica que o eletrodo Ti/55Ta205-45IrO2 apresenta um poder eletrocatalítico para a reação de evolução de oxigênio mais elevado e que, provavelmente, esse mesmo eletrodo apresente uma eficiência inferior ao eletrodo DSA-Cl2, para a destruição de cianetos. O uso da eletrólise a potencial constante confirmou este fato, pois mostrou que a constante cinética (kcN) do processo de oxidação de cianetos apresenta valores superiores sobre a superfície do eletrodo DSA- Cl2 em todos os potenciais estudados, tomando esse eletrodo o mais indicado para o uso nos reatores eletroquímicos. Na segunda etapa, o processo de destruição de cianetos foi estudado em um reator eletroquímico em escala de bancada, do tipo "flow-by", com um anodo comercial do tipo DSA Cl2. Neste reator, as concentrações de cianeto livre foram reduzidas a valores próximos a 0,1 mg L-1, a partir de soluções contendo 700, 500, 200, 100 e 50 mg L-1. Durante o tratamento em regime de recirculação, avaliou-se a influência da densidade de corrente anódica aplicada, da velocidade do fluido no interior do reator e da concentração inicial da espécie poluente sobre a constante cinética (kcN) do processo e o consumo de energia elétrica para oxidar cada kg de cianetos. O valor da constante cinética do processo, nas condições operacionais consideradas ótimas (1= 50 mA cm-2 e V= 0,22 m s-1), é de 2,2.10-4 m s-l. O custo aproximado do tratamento de um efluente contendo aproximadamente 700 mg L-1 de CN- livre, considerando-se uma taxa de remoção de -99%, é de R$ 1,70 kg-I de cianetos (-US$ 0.75 kg-1- valores de dezembro/2000). Na fase de estudo do processo de tratamento eletroquímico de efluentes cianídricos, utilizando um reator piloto com anodos comerciais do tipo DSA®- Cl2, determinou-se as condições operacionais (densidade de corrente aplicada e velocidade do fluxo no interior do reator) nas quais o processo de remoção de cianetos livres apresentou a melhor eficiência, e estas foram 41 mA cm-2 e 0,053 m s-l, respectivamente. O valor da constante cinética obtido para o efluente galvânico real foi de 1,99.1O-5 m s-1. No entanto, o consumo de energia elétrica por kg de cianeto oxidado ficou em 1.060 kWh kg-1, representando um custo financeiro de R$ 53,00 kg-1 de cianetos totais. O mesmo efluente tratado pelo método químico convencional, utilizou 2,5 L de NaClO a 12% e gerou um lodo de coloração preta e de difícil filtração, representando um custo nu de R$ 294,00 kg-I de cianetos totais (considerando-se o valor de R$ 1,00 L-I de NaClO a 12%). O tratamento eletroquímico apresentou um custo financeiro de aproximadamente 5,5 vezes menor do que o tratamento químico convencional, R$ 53,00 e R$ 294,00 respectivamente, para cada kg de cianetos totais oxidados / Abstract: Inorganic cyanide is still in use in the metal finishing industry and in the mining activities of noble metals extraction and refining. Gold and silver are extracted from its ores as cyanidric complexes. The intensive industrial use of cyanide complexes is responsible for the generation of high toxicity aqueous streams, which present high oxygen demand. The cyanide wastes must be adequately treated before being allowed to discharge from de process plant. The main goal of the present work is to propose an alternative electrochemical process for removal of cyanide from wastewater, using an electrolytic cell with a commercial dimensionally stable anode (DSA®). In the first step, we studied the performance of two commercial dimensionally stable anode (DSA®) oxide coatings. The coatings studied were 70TiO2/30RuO2 and 55Ta205/45IrO2, on Ti substrate. The efficiency of both materials in the electro-oxidation of free cyanide was compared using linear voltammetry and electrolysis at constant potential. Kinetic analysis has shown that the 70TiO2/30RuO2 electrode is less catalytic for oxygen evolution and shows a better performance in the electro-oxidation of free cyanide. In the second step, we used a flow reactor with a Ti/70TiO2/30RuO2 (w/w) DSA® type electrode for the electro-oxidation of cyanide in a batch recirculating mode. The device performance was evaluated considering concentration decay of cyanide concentration as a function of current density, flow rate and the initial pollutant concentration. The experiments have shown that cyanide electro-oxidation presents a first order kinetic relative to CN ions. For the operational conditions used in the experiments, rate constant for cyanide oxidation was in the range of 3.0 10-5 to 2.7 10-4 m s-1, with an optimum value of 2.2 10-4 m s-1 for current density of 50 mA cm-2 and linear velocity of 0.22 m s-1. Using these parameters with 700 mg L-1 cyanide containing solution 34 kWh is consumed for the oxidation of one kilogram of cyanide. An electrochemical pilot scale, with the Ti/70TiO2/30RuO2 (w/w) DSA® type electrode, was also used for the electro-oxidation of cyanide in a batch recirculating mode. The device performance was evaluated considering concentration decay of cyanide concentration as a function of current density and the flow rate. For the operational conditions used in the experiments, rate constant for cyanide oxidation was 2.0 10-4 m s-1 for current density of 41 mA cm-2 and linear velocity of O.053 m s-1. Cost estimation, based on electrical energy consumption, showed that electrochemical oxidation is 5.5 times less expensive when compared to the chemical treatment using a 12% sodium hipochloride solution for the oxidation of one kilogram of cyanide / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Edson Tomaz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-15T13:26:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Baroni_Paula_M.pdf: 2153923 bytes, checksum: 0d73b228cc0146200966eb10e60b81f4 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A degradação de poluentes por biodegradação é um dos processos mais econômicos para o tratamento de compostos orgânicos. Na presença de substâncias tóxicas e recalcitrantes, entretanto, o processo biológico não é capaz de promover a degradação ou pode despender um tempo considerável para que a concentração requerida de um poluente seja alcançada. Os processos eletroquímicos foto-assistidos são uma alternativa ao tratamento de poluentes persistentes, possibilitando inclusive sua completa mineralização, devido à formação de radicais com alto poder de oxidação. O resultado positivo deste processo em diversos estudos levou à realização este trabalho, que tem como objetivo verificar a degradação de fenol em uma escala piloto. Foram utilizados quatro reatores tubulares em série, com área superficial interna de 0,18 m2 cada, revestidos com TiO2/RuO2 (70 %/30 %), que é o catalisador e anodo do sistema. No interior do reator apresenta-se o catodo, uma rede cilíndrica de titânio expandido a uma distância de 3 mm do anodo. Concentricamente ao catodo há um tubo de quartzo, dentro do qual a lâmpada ultravioleta permanece protegida. Os ensaios foram realizados em um volume de 80 L de uma solução de fenol de 100 mg.L-1 e 0,08 mol.L-1 de eletrólito suporte (K2SO4), avaliando-se a degradação de fenol, de carbono orgânico total e a formação dos intermediários de oxidação hidroquinona e benzoquinona, tendo como variáveis independentes no planejamento experimental a densidade de corrente, a vazão e o pH inicial. A densidade de corrente foi a variável mais significativa, sendo que a maior densidade utilizada (95 mA.cm-2) promoveu a melhor degradação, reduzindo 73 % da carga orgânica total e 99 % de fenol. Entretanto, a menor densidade de corrente garantiu maior eficiência energética ao processo. O ensaio com melhor desempenho (40 mA.cm-2; pH = 4,21; vazão = 3650 L.h-1) degradou 61 % de carbono orgânico total e 99 % de fenol, consumindo 2072 kWh por quilograma de carbono orgânico degradado e 1047 kWh por quilograma de fenol degradado, evidenciando a necessidade de otimização do processo. Alguns ensaios utilizando cloreto de sódio como eletrólito para a geração de cloro ativo no meio reacional não mostraram vantagens em relação ao uso de sulfato de potássio (K2SO4) / Abstract: The biodegradation of pollutants is one of the most economical types of treatment of organic wastewater. In the presence of toxic and recalcitrant compounds, however, the biological processes don't promote degradation or may spend considerable time to reach the required concentration of a pollutant. The photo-assisted electrochemical processes are an alternative treatment for recalcitrant pollutants, enabling their complete mineralization, due to the formation of radicals with high oxidation power. This process showed positive outcome for phenol degradation in several studies on laboratory scale, so this work aims to verify its efficiency in a pilot scale. It was used four tubular reactors in series, with inner surface area of 0.18 m2 each one, coated with an oxide layer composed of TiO2 / RuO2 (70% / 30%), which are the system's catalyst and also anode. Inside the reactor is the cathode, a cylindrical screen of expanded titanium, in a distance of 3 mm from the anode. Concentrically to the cathode is a quartz tube, within which the ultraviolet lamp remains protected. The experiments were carried out in 80 L of a 100 mg.L-1 phenol solution and 0.08 mol.L-1 of supporting electrolyte (K2SO4). In the experimental design, the dependent variables were the degradation of phenol, total organic carbon and the formation of the intermediates, hydroquinone and benzoquinone. The effects of current density, flow rate and initial pH on the degradation rate were investigated. The current density was the most significant variable and the highest density used (95 mA.cm-2) provided better degradation, reducing 73% of total organic carbon and 99% of phenol. However, the lower current density brought greater energy efficiency to the process. The best performance (40 mA.cm-2, pH = 4.21, F = 3650 L.h-1) degraded 61% of total organic carbon and 99% of phenol, consuming 2072 kWh per kilogram of organic carbon degraded and 1047 kWh per kilogram of phenol degraded, indicating the need for process optimization. Some tests using sodium chloride as electrolyte for the generation of active chlorine in the reaction, showed no advantages over the use of potassium sulphate (K2SO4) / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Ennio Peres da Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T23:54:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pinto_CristianodaSilva_D.pdf: 3399884 bytes, checksum: 5b999382e246b0d2ebdb93de6389fb2c (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Diversas estratégias têm sido propostas para a introdução do hidrogênio na economia, especificamente no setor de transportes para se reduzir impactos ambientais em comparação com os combustíveis convencionais. Uma das estratégias implica na utilização de Hidrano (misturas de hidrogênio e Gás Natural Veicular), fazendo uso da infraestrutura de postos de GNV e dos veículos já existentes convertidos para uso de GNV. Dessa forma custos e prazos são reduzidos, tornando a introdução do hidrogênio mais promissora economicamente. Esta tese verifica se o hidrogênio pode ser imediatamente introduzido no mercado energético brasileiro através do Hidrano, com frações molares de hidrogênio de 10%, 20% e 30%. O hidrogênio será gerado através da eletrólise da água nos postos de GNV. Foram então determinados os custos do hidrogênio, os preços e a competitividade do Hidrano de forma a atender o perfil de vendas de um posto de porte médio nos Estados de São Paulo e Rio de Janeiro. O preço do Hidrano ao consumidor depende principalmente do preço de seu maior constituinte, o GNV, vendido na época a 1,308 R$/m3 no Estado de São Paulo e a 1,662 R$/m3 no Estado do Rio de Janeiro. O preço do Hidrano ao consumidor varia entre 1,474 R$/m3 e 2,047 R$/m3, dependendo de sua composição e da região. Em vista de sua competitividade em relação aos outros combustíveis automotivos, o Hidrano 10 apresenta bom potencial de introdução no mercado, inclusive do ponto de vista econômico. A competitividade entre os combustíveis no Estado de São Paulo é de 0,280 R$/km para a gasolina, 0,259 R$/km para o etanol, 0,111 R$/km para o GNV, 0,129 R$/km para o Hidrano 10 com tarifação do Grupo B3 e 0,125 R$/km para o Hidrano 10 com tarifação do Grupo A4 Convencional. No Estado do Rio de Janeiro a competitividade é de 0,300 R$/km para a gasolina, 0,311 R$/km para o etanol, 0,141 R$/km para o GNV, 0,161 R$/km para o Hidrano 10 com tarifação do Grupo B3 e 0,157 R$/km para o Hidrano 10 com tarifação do A4 Convencional. Também foram estimados os impactos dessa proposta em termos energéticos e ambientais. Há redução de emissões de CO2 e CO. As emissões de THC serão possivelmente reduzidas e as de NOx aumentadas. A proposta do Hidrano permite às concessionárias de energia elétrica entrarem no mercado de combustíveis veiculares e aumentar suas vendas. Ao mesmo tempo as concessionárias de gás natural terão reduzidas as vendas de GNV no curto prazo, o que deverá ser revertido no médio e longo prazos com os ganhos de rendimento trazidos pelo Hidrano aos veículos / Abstract: Several strategies have been proposed to introduce hydrogen in the economy specifically in the transport sector in order to reduce environmental impacts of conventional fuels. One of the strategies implies in adding hydrogen to compressed natural gas (HCNG), making use of the existing refueling stations and natural gas fleet. Thus the costs and time for the introduction of hydrogen in the economy will be reduced. This thesis verifies whether hydrogen can be immediately introduced into the Brazilian energy market by means of HCNG, containing mole fractions of 10%, 20% and 30% of hydrogen, employed as fuel for conventional vehicles adapted to CNG. Hydrogen will be generated by water electrolysis in the CNG station. Then the cost of hydrogen and the prices and competitiveness of HCNG were determined to meet the sales profile of a midsize gas station in the states of Sao Paulo and Rio de Janeiro. The final price of HCNG depends mainly on the price of its major constituent, CNG, sold at that time for 1,308 R$/m3 in the State of São Paulo and for 1,662 R$/m3 in the State of Rio de Janeiro. The price of HCNG to the consumer varies between 1,474 R$/m3 e 2,047 R$/m3, depending on its composition and the region. In view of its competitiveness compared to other automotive fuels, HCNG 10 (CNG with 10% molar fraction of hydrogen) shows good potential for marketing. The competitiveness among fuels in the State of Sao Paulo is 0,280 R$/km for gasoline, 0,259 R$/km for ethanol, 0,111 R$/km for CNG, 0,129 R$/km for HCNG 10 with power tariff B3 and 0,125 R$/km for HCNG 10 with power tariff A4 Conventional. In the State of Rio de Janeiro the competitiveness is 0,300 R$/km for gasoline, 0,311 R$/km for ethanol, 0,141 R$/km for CNG, 0,161 R$/km for HCNG 10 with power tariff B3 and 0,157 R$/km for HCNG 10 with power tariff A4 Conventional. The energy and environmental impacts of this proposal were also estimated. There is a reduction of CO2 and CO emissions. THC emissions are likely to be reduced and NOx are likely to increase. The proposal of introducing HCNG allows electric utilities to enter the market for vehicular fuels and increase their sales. At the same time, natural gas utilities will have the sales of CNG reduced in the short term, although this trend may be reversed in the medium and long terms with performance gains brought by HCNG to vehicles / Doutorado / Planejamento de Sistemas Energeticos / Doutor em Planejamento de Sistemas Energéticos

Orientadores: Christiane de Arruda Rodrigues, Rodnei Bertazzoli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-18T16:59:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moraes_JulianaPiresde_M.pdf: 2352216 bytes, checksum: 36449200a80f1740bb7e26db1412d9de (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Na indústria de cloro-soda, há um crescente interesse no desenvolvimento de tecnologias que resultem numa redução do consumo de energia destinado ao processo de produção de cloro. As células eletroquímicas empregadas no processo cloro-soda são: Mercúrio, Diafragma e Membrana. Atualmente está havendo uma substituição progressiva dos processos empregando mercúrio e difragma por células com membranas trocadoras de íons, pois este processo apresenta melhor eficiência, menor gasto energético e a não geração de resíduos tóxicos. O objetivo deste trabalho envolve a aplicação de eletrodos de difusão gasosa (EDG) modificado com catalisador ferro para a redução do oxigênio, visando à otimização da produção de cloro e maior economia energética nos processos de cloro-soda. Na produção do EDG empregou-se a adição de catalisador ferro nas seguintes proporções: 5%, 10%, 15% e 20% (m/m) em relação à massa de carbono Printex 6L. Duas granulometrias de partículas do catalisador Fe foram empregadas para o preparo dos eletrodos. Ensaios voltamétricos foram realizados para avaliar o efeito da introdução do catalisador de Fe no EDG na reação de redução do oxigênio, além de identificar qual a melhor concentração de Fe e granulometria do catalisador. Os ensaios de voltametria foram realizados em uma célula de compartimento único na temperatura de 25 ºC e solução de trabalho NaOH 320 g/L. Em seguida, ensaios de eletrólises foram realizados para avaliar o desempenho dos EDG, modificado ou não com catalisador Fe, na geração de cloro e DDP da célula, empregando as melhores condições de operação encontradas nos estudos voltamétricos. Os ensaios de eletrólise foram realizados em uma célula com dois compartimentos, separados por uma membrana catiônica Náfion® N242. Nos ensaios de eletrólise foi utilizada uma solução de NaOH 320 g/L, com temperatura de 25 ºC, no compartimento catódico e no compartimento anódico, uma solução de NaCl 250 g/L com temperatura de 70 ºC. A condição de trabalho que apresentou maior redução do consumo de energia e maior geração de cloro foi empregando o EDG com 10% Fe com tamanho de partículas em torno de 0,16 mm2. Comparado ao EDG sem catalisador, verificou-se uma redução no gasto energético de aproximadamente 66%. Isto comprova que o metal de transição Fe atua como o centro ativo e que a atividade eletrocatalítica depende principalmente das propriedades redox do eletrodo modificado / Abstract: The interesting in the developing of technologies that contribute in a reduction of energy consumption in chlor-alkali process is growing. The electrochemical cells used in production of chlorine area: Mercury, Diaphragm and membrane. Currently, the mercury and diaphragm cell have been replaced for membrane technology because this cell is more efficient, presents low energy consumption and does not generate toxic waste. The main of this work involves the investigation the performance of gaseous diffusion electrodes modified with particles of iron, for reduction of oxygen in the production of chorine during the electrolysis of brine. In preparing the cathodes of diffusion of oxygen, was used a mass precursor, composed of carbonaceous pigment Printex and suspension of the PTFE powder. The catalyst was introduced in form of Fe metal power in the following percentages: 5%, 10%, 15% e 20% (m/m). For sintering of the electrode of gaseous diffusion (GDE) was weighed 0.2 g of mass precursor and placed on the mold. The mold was heated to a temperature of 340ºC for the sintering of the electrode, under pressure of 146 Kgf/cm2 for 2 hours. After sintering, the electrodes were tested for permeability. In next stage, the electrodes of gaseous diffusion were used in voltammetric studies to examine the influence of catalyst in the reactions of reduction of oxygen in the GDE and identify the best grain size and percentage of iron in electrode. Then, the tests were performed using a single cell compartment, with the type DSA® as counter electrode and the Ag/AgCl as reference electrode in 320 g/L NaOH solution at 25ºC. After, the electrolysis were performed using constant current electrolysis to the GDE or pyrolytic graphite as cathode and DSA® as anode. These tests were carried out in a cell with two compartments, separated by a membrane cationic Nafion N242. The anolyte was a solution of 250 g/L NaCl at 70 ºC and the catholyte was a solution of 320 g/L NaOH, at 25 ºC. During the electrolysis the chorine dissolved in the form of hypochlorite and chlorine gas were quantified by iodometry titration. The electrode that had a better performance in chlorine generation and lower energy consumption was modified with Fe 10% (m/m) with small particle size. This electrode shown around 66% reduction of energy consumption when compared to GDE without iron metal catalyst. This behavior proves that the transition metal Fe acting as the active center and that the electrocatalytic activity depends mainly on the redox properties of the modified electrode / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : Rodnei Bertazzoli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-31T20:36:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ragnini_ChristianedeArrudaRodrigues_D.pdf: 7289780 bytes, checksum: c957c214748c7d6a427bbf744502a03c (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Este trabalho apresenta o estudo de um processo para a eletrogeração de peróxido de hidrogênio. Foram usadas duas configurações de reatores eletroquímicos com eletrodos tridimensionais tipo esponja, e o processo de eletrossíntese do composto oxidante foi otimizado com relação ao potencial aplicado, vazão do eletrólito, e uso de promotores de turbulência. Inicialmente, foi feito um estudo da cinética de dissolução de oxigênio nas soluções usadas como eletrólito suporte. O eletrólito suporte selecionado foi Na2S04 0,5 M, pH 10, onde observou-se uma velocidade de transferência de massa para a fase líquida (kL ae) de 0,0037 m-1 s. 1, correspondente a uma constante de velocidade de dissolução do oxigênIo de 0,116 !lmol L-I S-I. Devido à baixa solubilidade do oxigênio, o processo de eletrogeração de peróxido mostrou-se um processo controlado por transporte de massa com baixos valores de corrente limite. Para viabilizar o processo de eletrossíntese, utilizou-se eletrodos tridimensionais de carbono vítreo reticulado, que apresentou a vantagem de separar os processos de produção da água e do peróxido de hidrogênio em I V. O potencial de -1,3 V vs. Agi AgI mostrou-se como o mais indicado para a realização dos experimentos a potencial constante. A comparação do processo de geração de peróxido de hidrogênio em reatores eletroquímicos de fluxo paralelo e transversal mostrou que o primeiro apresentou uma maior eficiência. Porém, a introdução de diferentes tipos de promotores de turbulência mostrou-se bastante eficiente no aumento do coeficiente de transporte de massa para o reator de fluxo transversal para toda a faixa de velocidade avaliada. Nesse caso, observou-se um aumento de aproximadamente 20% na velocidade de produção de H202 e o reator de fluxo transversal passa a superar o reator de fluxo paralelo. A melhor configuração obtida para o reator de fluxo paralelo para a geração de peróxido de hidrogênio foi: a) potencial aplicado de -1,3 V vs. Agi AgI, b) distância anodo/catodo de 1,5 cm, c) velocidade linear do fluido de 9,3.10-3 m S-I, correspondente a uma vazão de 750 L h-I, e d) o emprego do promotor de turbulência tipo C. Nesta condição, o coeficiente de transporte de massa foi de 3,4.10-5 m S-I, a constante de velocidade de eletrogeração de peróxido de hidrogênio foi de 26 Jlg L-I S-I, o consumo energético de aproximadamente 5,0 kWh kg-I e a eficiência de corrente foi de 80 %. Para o reator de fluxo transversal, a condição ideal de operação foi: a) potencial aplicado de -1,3 V vs. Agi AgI, b) distância entre o anodo e catodo de 0,5 cm, c) velocidade linear do fluido de 6,79.10-2 m S-I, e d) o emprego do promotor de turbulência tipo B. Nesta condição, o coeficiente de transporte de massa foi superior a 5,0.10-5 m S-I, a constante de velocidade de eletrogeração de peróxido de hidrogênio foi de 40 Jlg L-I S-I, o consumo energético foi de 4,5 kWh kg-I e a eficiência de corrente, de 82%. Como experimentos finais, procedeu-se um estudo da degradação do corante reativo preto remazol. A comparação entre os reatores, nas condições otimizadas acima descritas, demonstrou um desempenho melhor para o reator de fluxo transversal, comprovado também pelos resultados obtidos no tratamento do corante preto remazol. Nesse caso obteve-se üma remoção superior a 90% da coloração no reator de fluxo transversal após 240 minutos de tratamento, atingindo níveis de absorbância abaixo do padrão permitido para descarte. O processo de descoloração na presença de radiação UV mostrou ser consideravelmente melhor que na ausência desta. Reduções de quase 100% da coloração do corante preto remazol foram alcançadas com 45 minutos de tratamento, com níveis de absorbância abaixo do permitido / Abstract: This work reports a study on a process for the electrogeneration of hydrogen peroxide. Two types of electrochemical reactors. using three-dimensional porous electrodes. with a reticulated structure. were used. In both systems the performance the reactors. during the hydrogen peroxide production was investigated. as a function of applied potential. flow rate and the use of different types of turbulence promoters. Initially. a kinetic study of oxygen dissolution in some aqueous solutions. which can be used as support electrolyte. Was carried out. A solution of 0.5M Na2 804. pH 10, was chosen as electrolyte. In this case, the rate constant for mass transfer to liquid phase (kL ae) was 0,0037 m-I S-I, which corresponds to a oxygen dissolution rate of 0.116 J.Ullol L-I S.I. In view of the low solubility of oxygen, the hydrogen peroxide electrogeneration process showed to be a mass transport controlled process which exhibits low values of limiting cürrents. Then, a threedimensional reticulated vitreous carbon electrode was used to become viable the oxygen electroredution processo Results showed that the hydrogen peroxide formation and its decomposition to water are separated by 1 V on the vitreous carbon surface. The potential of 1,3V vS. Agi AgI was the more appropriated potential for constant potential experiments. Hydrogen peroxide electrogeneration process was carried out for two reactor configurations: flow-through and flow-by. Mass transfer coefficients were greater for the flow hrough configuration than for the flow-by configuration. However, with an introduction of turbulence promoters, an increasing of the mass transport coefficient, for flow-by mo de, was observed. In this case, 20% increasing was observed and then the flow-by mode became more efficient than the flow-through mode. The characteristics of the best configuration for flow-through mode for the generation of hydrogen peroxide were: a) applied potential of -1,3 V vs. A/AgI, b) anode/cathode distance of 1,5 cm, c) linear velocity of 9,3 10-3 m S-I, which corresponds to flow rate of 750 L h-I, and d) the use of turbulence promoter of type C. In this condition, the mass transport efficient was 3,4 10-5 m S.I, the constant of hydrogen peroxide electrogeneration rate was 26 J.Lg L-I S.I, the energetic consumption was approximately 5,0 kWh kg-I and the current efficient was 80%. For the flow-by mode, the best operation condition were: a) applied potential of -1,3 V vs. A/AgI, b) anode/cathode distance of 0,5 cm, c) linear velocity of 6,79 10-2 m S-I, which corresponds to flow rate of 550 L h-I, and d) the use of turbulence promoter of type B. In this condition, the mass transport efficient was 5,0 10-5 m S.I, the constant of hydrogen peroxide electrogeneration rate was 40 J.Lg L-I S-I, the energetic consumption was approximately 4,5 kyvh kg-I and the current efficient was 82%. In a series of final experiments the efficiency of the cell reactors was followed during textile dye solution degradation. During the experiments using remazol black, at the optimized conditions, the flow-by configuration showed better performance. A textile dye degradation greater than 90% was observed for 240 min of treatment time. The discoloration process, when UV irradiation was used, showed to be considerably faster. In this case 100% of dye degradation was observed in 45 minutes. During these experiments, hydrogen peroxide remaining in the solution was also followed. / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Neste trabalho, foram efetuados estudos sobre o comportamento eletroforético dos íons hidrônio (H3O+) e hidroxila (OH-) utilizando eletroforese capilar em zona em meio não-tamponado e detecção condutométrica sem contato. Alterações na composição do eletrólito de corrida devido à eletrólise foram evitadas empregando um sistema de eletrólise separada. A determinação de ácidos com pKas menores ou iguais ao pH do eletrólito de corrida foi possível. A possibilidade da análise em bases fortes também foi demonstrada. Eletrólitos de corrida com pH entre 4,5 e 7,0 (para o H3O+) e entre 7,0 e 9,0 (para o OH-) mostraram-se favoráveis para a análise. Ambas as espécies apresentaram interação com os grupos silanóis do capilar. Dificuldades na análise do íon OH- decorreram também de: reação da sílica com o analito e com o eletrólito de corrida e absorção de CO2 atmosférico. A mobilidade do íon H3O+ medida foi 8% abaixo da obtida por outras técnicas. A curva para determinação de OH- em base forte, com solução de trifluoracetato de lítio 10 mmol L-1 (pH 8,5) como eletrólito de corrida, mostrou boa linearidade na faixa de 0,5 a 7,0 mmol L-1. As curvas de quantificação de H3O+ titulável em amostras de ácidos fortes, fracos e suas misturas, com solução de LiCl (pH 5,5) como eletrólito de corrida, apresentaram ampla faixa de resposta linear, com boa linearidade, ao redor de 0,05 a 10 mmol L-1. / In this work, studies about the electrophoretic behavior of hydronium (H3O+) and hydroxyl (OH-) ions using capillary zone electrophoresis in unbuffered medium and contactless conductity detection were developed. Variations in running electrolyte composition due to electrolysis were avoided using an electrolysis separated system. The analysis of acids with the same or lower pKa than the running electrolyte pH was possible. The possibility of strong bases analysis was demonstrated as well. Good results were achieved using running electrolytes with pH between 4.5 and 7.0, for H3O+ analysis, and between 7.0 and 9.0, for OH- analysis. Both species interacted with the silanol groups of silica capillary. Other problems in the determination of OH- were: reaction of silica with the analyte as well as with the running electrolyte and absorption of atmospheric CO2. The H3O+ mobility calculated was 8% lower than values obtained in the literature. Analytical curve of OH- ion in strong base, using 10 mmol L-1 litium trifluoracetate (pH 8.5) as running electrolyte, resulted in good linearity in a range of 0.5 to 7.0 mmol L-1. Analytical curves of titrable hydronium ion in samples of strong and weak acids, as well in their mixture, using 10 mmol L-1 LiCl (pH 5.5) as running electrolyte, resulted in wide linear range (0.05 mmol L-1 to 10 mmol L-1).