The elastic properties of oil/water/surfactant interfaces play an important role in the phase behaviour of microemulsions and for the stability of macroemulsions. The aim of this thesis is to obtain an understanding of the relationship between the structure of the surfactant molecules, the structure of the interface, and macroscopic interfacial properties. To achieve this aim, we performed molecular simulations of oil/water/surfactant systems. We made a quantitative comparison of various model surfactants to determine how structural changes affect interfacial properties and film rupture. The model consists of water, oil, head, and tail beads, and surfactants are constructed by coupling head and tail beads with harmonic springs. We used a hybrid dissipative particle dynamics-Monte Carlo scheme. The former was used to simulate particle trajectories and the Monte Carlo scheme was used to mimic experimental conditions: bulk-interface phase equilibrium, tensionless interfaces in microemulsions, and the surface force apparatus. A detailed comparison of various non-ionic model surfactants showed how structural changes affect interfacial properties: Comparison between linear and branched surfactants showed that the efficiency of adsorption is higher for linear surfactants, although branched surfactants are more efficient at a given surface density. Linear surfactants can be more efficient also at the same surface density if the head group is sufficiently soluble in oil, because low head-oil repulsion makes the branched isomers stagger at the interface. The bending rigidity is higher for linear surfactants. Furthermore, branched surfactants make oil droplets coalesce more easily than linear surfactants do, but linear and branched surfactants have roughly the same effect on water droplet coalescence. Comparison of linear surfactants with varying chain lengths showed that longer surfactants have a lower surface tension and higher bending rigidity. The increase in rigidity with chain length follows a power law, but the exponent is higher for surfactant monolayers at a fixed density than at a fixed tension. Longer tails and/or denser monolayers influence the stability of water droplets in a positive direction, and the stability of oil droplets in a negative direction. Addition of cosurfactant showed that mixed monolayers have a lower bending rigidity than pure monolayers at the same average chain length and tension. Cosurfactants have a negative effect on the stability of water droplets, and a positive effect on the stability of oil droplets. / Paper I reprinted with kind permission of EDP Sciences. Paper III reprinted with kind permission of the American Institute of Physics. Paper IV reprinted with kind permission of the American Physics Society.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-23T22:18:57Z No. of bitstreams: 1 LUANA ARAÚJO DE OLIVEIRA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 2150320 bytes, checksum: ff1e004447bdf3876ca804146d360cca (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-23T22:18:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LUANA ARAÚJO DE OLIVEIRA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 2150320 bytes, checksum: ff1e004447bdf3876ca804146d360cca (MD5) Previous issue date: 2016-09-27 / Capes / Este trabalho teve o objetivo de produzir membranas poliméricas (polietileno de ultra alto peso molecular – PEUAPM) e membranas híbridas (PEUAPM/argila verde dura organofílica) e avaliar, em escala de laboratório, o comportamento e o desempenho destas na remoção de emulsão óleo/água, utilizando uma coluna de separação por membranas. Os ensaios foram realizados nas condições de concentração inicial do óleo 100 mgL-1, temperatura igual a 25ºC, pressão atmosférica. As membranas poliméricas foram produzidas utilizando o método incipiente de pós, de acordo com o planejamento experimental que teve como variáveis de entrada a percentagem de massa de argila verde dura organofílica e o tempo de sinterização no forno elétrico, e como resposta a remoção de emulsão óleo/água. A argila verde dura foi organofilizada com o sal quaternário de amônio Genamim. As argilas verde dura: natural e organofílica foram caraterizadas pelas técnicas de Difração de raios X (DRX), Espectroscopia de florescência de raios X por energia dispersiva (FRX-ED), Adsorção física de N2, Capacidade de Troca de Cátions (CTC), Capacidade de adsorção e de Inchamento de Foster, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Análise Térmica Diferencial (ATD) e Termogravimétrica (TG). O polímero PEUAPM foi caracterizado pelas técnicas DRX e TG. As membranas produzidas (poliméricas e híbridas) foram caracterizadas pelas técnicas de DRX e Microscopia ótica (MO). Os resultados da análise de DRX mostraram que a argila verde dura natural apresenta reflexões características do grupo da esmectita. Após a organofilização, foi observado pelo difratograma que houve o deslocamento de picos e um aumento expressivo do espaçamento basal (d001) confirmando a efetiva intercalação do cátion quaternário de amônio (Genamin®) nas camadas interlamelares da argila verde dura. Os resultados obtidos por FRX-ED, adsorção física de nitrogênio e capacidade de troca catiônica demonstraram que a argila verde dura é tipicamente uma argila esmectítica. As membranas poliméricas e híbridas foram caracterizadas por DRX, em que apresentou os picos característicos de polietileno, e por MO, onde apresentou a distribuição dos grãos. A partir dos testes de separação da emulsão óleo/água, pode-se concluir que a inserção da argila verde dura organofílica ao polímero PEUAPM não melhorou o processo de separação da emulsão óleo/água. Dentre as membranas estudadas, polimérica e híbrida, os desempenhos foram semelhantes na separação da emulsão. / This work aimed to produce polymeric membranes and hybrid membranes (hard green organoclay/UHMWPE) and evaluate, on a laboratory scale, the behavior and performance of the membranes produced in removing oil / water emulsion using a separation column by membranes. Assays were performed in conditions of initial concentration of oil 100 mgL-1, temperature of 25°C atmospheric pressure. Polymeric membranes were produced using the incipient method of powders, according to the experimental design that had as input variables the percentage by mass of hard green organoclay and sintering time in the electric furnace, and in response to removing oil emulsion/water. The hard green clay was chemically with the quaternary ammonium salt Genamim. The hard green clays, natural and organoclay were characterized by diffraction techniques of X-ray (XRD) Spectroscopy blooming X-ray energy dispersive (FRX-ED), physical adsorption of N2, Cation Exchange Capacity (CEC) adsorption capacity and Foster's swelling, Scanning Electron Microscopy (SEM), Differential Thermal Analysis (DTA) and Thermogravimetric (TG). The UHMWPE polymer was characterized by XRD and TG techniques. The produced membranes (polymeric and hybrid) were characterized by XRD techniques and optical microscopy (OM). The results of XRD analysis showed that the natural green hard clay has characteristics of reflections of the smectite group. After organophilization, it was observed by the XRD pattern which there was displacement peaks and a significant increase in basal spacing (d001) confirming the effective merging of the quaternary ammonium cation (Genamin®) interlayer in layers of hard green clay. The results obtained by ED-XRF, nitrogen adsorption and cation exchange capacity showed that hard green clay is typically a smectite clay. Polymeric and hybrid membranes were characterized by XRD, which showed the characteristic peaks of polyethylene, and MO, where he presented the distribution of the grain. From the tests separation of oil/water emulsion, it can be concluded that the insertion of hard green clay organophilic the UHMWPE polymer did not improve the process of separating oil/water emulsion. Among those studied, polymeric and hybrid membranes, the performances were similar in the separation of the emulsion.

Orientador: Prof. Dr. Hugo Barbosa Suffredini / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência & Tecnologia - Química, 2015. / Este trabalho buscou aplicar a tecnica de voltametria de onda quadrada em uma interface envolvendo dois liquidos imisciveis, sendo uma fase oleosa, contendo vitaminas lipossoluveis e outra aquosa, formada por solucoes-tampao em dois valores de pH (5,5 e 7,0). Foram realizados testes de interacao entre o tocoferol (lipossoluvel) e o acido ascorbico (hidrossoluvel adicionada a fase aquosa), de aplicacao direta da tecnica em um balsamo pos-barba e de microscopia eletroquimica de varredura. Com o uso de eletrodos de carbono impresso, foram obtidos valores numa escala relativa de potenciais de oxidacao para a vitamina A proximos de 0 V, no caso da vitamina K de -0,1 V e para a vitamina E os potencias foram de 0,1 V aproximadamente (todos em relacao ao potencial de Ag). Em relacao ao teste do balsamo, foi identificado um pico com o perfil e o potencial de oxidacao caracteristico do ¿¿-tocoferol, enquanto que na avaliacao da interacao entre as vitaminas E e C na interface, dados comprovaram o descrito na literatura. / This work applied the square wave voltammetry technique on an interface between two immiscible liquids, one being the oily one, containing the fat soluble vitamins and another one, aqueous, corresponding to a buffer solution on two pH values 5,5 and 7,0. Besides it, tests of tocopherol (vitamin E, fat soluble) and ascorbic acid (Vitamin C, water soluble interaction, a direct application on an after shaving balm and scanning microscopy electrochemistry tests were carried out. By applying screen printed carbon electrodes, the relative oxidation potential to Vitamin A was determined as being next to 0 V. In the case of vitamin K the oxidation potential was measured as -0,1 V and to vitamin E, the values were close to 0,1 V (all potential data was measured versus Ag potential). Concerning the balm, a peak was detected exactly with the same profile and potential of the á-tocopherol. Also, the interaction between vitamins C and E was measured directly on the interface with results near from what was expected by the literature.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luiz Fernando Giacchero.pdf: 4189596 bytes, checksum: 744ba5d6d712d7bbaf8643e411becaf4 (MD5) Previous issue date: 2013-07-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In order to know the electrochemical behavior of galvanized steel and improve its corrosion protection were tested mineral oils and emulsions which exist in the industrial sector in order to compare the electrochemical tests with results obtained in natural tests. The galvanizing Industries care about a safety when selling their material and the mineral oils inhibitors are widely used in this field, but if these oils or oil-water emulsions are not in the ideal concentration, they can not ensure protection for galvanized steel, which is usually required by suppliers of at least six months without the formation of corrosion products. The technique of electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and polarization curves anodic and cathodic (CPOL) showed the electrochemical behavior of galvanized steel, ordinary steel, the electrochemical behavior of galvanized steel in the presence of mineral oils and emulsifying behavior even in presence of oil full. Immersion tests were performed at regular steel and galvanized steel in order to understand the mechanisms of formation of corrosion products and the results were obtained by scanning electron microscopes (SEM) techniques and X-ray diffraction (XRD). Tests were also conducted with natural samples of galvanized steel with different concentrations of oil in an airtight container with the atmosphere of a more aggressive galvanizing industry partner in this research for a period of six months at the most critical period of the year where the great heat exchange causes a greater number of cycles that dry and wet samples favoring the formation of corrosion products. Samples will be collected after the six-month period and analyzed by SEM and XRD to identify the corrosion products formed comparing the analyzes obtained for several concentrations of emulsions and thus identifying the most efficient way to ensure the protection against corrosion in galvanized steel. / As indústrias de galvanização que armazenam o aço zincado em locais de alta umidade relativa propiciam a formação da corrosão branca que afeta a estética e, conseqüentemente, a comercialização do material. Para zelar pela integridade do metal, óleos minerais são utilizados neste campo como inibidores temporários de corrosão. Porém, se esses óleos ou emulsões óleo-água não estiverem na concentração ideal, poderão não garantir uma proteção para o aço zincado, que costuma ser exigida por fornecedores de no mínimo seis meses sem a formação de produtos de corrosão visíveis a olho nu. A técnica de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e as curvas de polarização anódicas e catódicas (Cpol) mostraram o comportamento eletroquímico do aço galvanizado, aço comum, aço galvanizado em presença de óleos minerais emulsionáveis e o comportamento desse em presença de óleo integral. Ensaios de imersão foram realizados no aço comum e galvanizado a fim de conhecer os produtos de corrosão por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por difração de raios X (DRX). Ensaios naturais também foram realizados com amostras de aço galvanizado com diferentes concentrações de óleo num recipiente hermeticamente fechado com a atmosfera de uma indústria parceira do setor por um prazo de seis meses no período mais crítico do ano onde a grande inversão térmica provoca um maior número de ciclos de secagem favorecendo a formação de produtos de corrosão. As amostras com concentração abaixo de 15% revelaram produtos comuns aos ensaios de imersão como os hidroxicloretos hidratados de zinco nas amostras com emulsões de concentração de 5% de óleo e os hidroxicarbonatos de zinco nas placas com concentração de 5% e 10% de óleo, sendo apenas as emulsões com teor de óleo igual ou maior a 15% eficientes neste período de tempo.

Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-04-10T16:47:26Z No. of bitstreams: 1 JOSEANE DAMASCENO MOTA - TESE (PPGEQ) 2017.pdf: 3916496 bytes, checksum: b5339c38dab725355adc81c735faac81 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-10T16:47:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JOSEANE DAMASCENO MOTA - TESE (PPGEQ) 2017.pdf: 3916496 bytes, checksum: b5339c38dab725355adc81c735faac81 (MD5) Previous issue date: 2017-10-05 / Capes / Neste trabalho foram produzidas membranas tubulares poliméricas (Polietileno de ultra alto peso molecular - PEUAPM) e compósitas (PEUAPM/argila Chocolate B organofílica e PEUAPM/zeólita Mordenita) por sinterização visando sua utilização e reutilização no processo de separação de emulsão óleo/água. O mesmo trata do efeito da incorporação de 1, 3 e 5% em massa de argila Chocolate B organofílica ou zeólita Mordenita e diferentes tempos de sinterização (60, 90 e 120 min) no desempenho de membranas a base de PEUAPM. O PEUAPM foi caracterizado por meio das técnicas de Difratometria de raios X (DRX), Análise Termogravimétrica (TG) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). A argila Chocolate B natural e organofílica foi caracterizada por meio das técnicas de DRX, Capacidade de troca catiônica (CTC) Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourrier (FTIR), Análise Termogravimétrica (TG), MEV e Espectroscopia de Fluorescência de raios X por Energia Dispersiva (FRX-ED), enquanto que a zeólita Mordenita foi caracterizada por DRX, FRX-ED e MEV. O DRX confirmou que o PEUAPM é um polímero semicristalino, assim como o MEV provou que este é composto basicamente por aglomerados de partículas com tamanhos diferentes. O TG evidenciou que as membranas poderão resistir a variações de temperaturas moderadas sem perder sua integridade estrutural. As técnicas de caracterização (DRX, FTIR, TG) evidenciaram a efetiva intercalação dos cátions quaternários de amônio nas camadas interlamelares da argila. A partir dos resultados obtidos para a síntese de zeólita mordenita confirmou que a sua obtenção foi efetiva com formação da zeólita mordenita em fase pura e cristalina. Foram realizados testes de resistência química, capacidade de absorção de água e porosidade, além de caracterização de DRX e MEV das membranas tubulares poliméricas e compósitas. Os resultados das membranas permitiram inferir que tanto a incorporação de argila Chocolate B quanto da zeólita Mordenita provocaram melhorias nas membranas compósitas, tendo em vista que pelo DRX houve a confirmação do processo de intercalação das cadeias poliméricas entre as camadas da argila Chocolate B organofílica. Quando comparado com os resultados das membranas poliméricas, percebeu-se que as membranas tubulares compósitas apresentaram melhor estabilidade e resistência química e física com testes de capacidade de absorção de água, resistência química e porosidade. Verificou-se que a incorporação da argila Chocolate B organofílica e da zeólita Mordenita ocasionaram o aumento dos fluxos como também um acréscimo no percentual de rejeição (até 90,67%) das membranas quando comparadas com as membranas tubulares poliméricas. O processo de limpeza das membranas reutilizadas provou-se eficiente, com obtenção de mais de 99% de seu fluxo recuperado, assim como mais de 95% de seu potencial de rejeição restaurado. Dessa maneira, as membranas compósitas configuram-se como materiais promissores no tratamento de efluentes oleosos. / In this work, polymeric tubular membranes (PEUAPM) and composites (PEUAPM/ organophilic Chocolate B and PEUAPM/zeolite Mordenite) were produced by sintering for their use and reuse in the oil/water emulsion separation process. The same deals with the effect of the incorporation of 1, 3 and 5% by mass of organophilic Chocolate B clay or Mordenite zeolite and different sintering times (60, 90 and 120 min) in the performance of PEUAPM based membranes. The PEUAPM was characterized by the techniques of X-ray diffraction (XRD), Thermogravimetric Analysis (TG) and Scanning Electron Microscopy (SEM). The natural and organophilic Chocolate B clay was characterized by the techniques of XRD, Cation Exchange (CTC), Infrared Spectroscopy by Fourrier Transform (FTIR), Thermogravimetric (TG), SEM and X-ray Fluorescence Spectroscopy by Energy Dispersive (FRX-ED), while the Mordenite zeolite was characterized by DRX, FRX-ED and MEV. The XRD confirmed that PEUAPM is a semi-crystalline polymer, as well as SEM has proved that it is basically composed of particle agglomerates of different sizes. TG evidenced that membranes will be able to withstand moderate temperature variations without losing their structural integrity. Characterization techniques (XRD, FTIR, TG) evidenced the effective intercalation of the quaternary ammonium cations in the interlamellar layers of the clay. From the results obtained for the synthesis of mordenite zeolite confirmed that its obtaining was effective with formation of pure and crystalline phase mordenite zeolite. Tests of chemical resistance, water absorption capacity and porosity were performed, as well as characterization of XRD and MEV of polymeric and composite tubular membranes. The results of the membranes allowed to infer that both the incorporation of Chocolate B clay and the Mordenite zeolite caused improvements in the composite membranes, considering that by the XRD there was confirmation of the intercalation process of the polymer chains between the layers of the organophilic Chocolate B clay. When compared to the results of the polymer membranes, it was observed that the composite tubular membranes presented better stability and chemical and physical resistance with tests of water absorption capacity, chemical resistance and porosity. The incorporation of the organophilic Chocolate B clay and the Mordenite zeolite resulted in an increase in the fluxes as well as an increase in the rejection percentage (up to 90.67%) of the membranes when compared to the polymeric tubular membranes. The process of cleaning the reused membranes has proved to be efficient, obtaining more than 99% of its recovered flux, as well as more than 95% of its restored rejection potential. In this way, the composite membranes are configured as promising materials in the treatment of oily effluents.

Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-04-10T17:12:31Z No. of bitstreams: 1 ROCHELIA SILVA SOUZA CUNHA - TESE (PPGEQ) 2017.pdf: 3859616 bytes, checksum: 9dc6f57db82d6f9d21eed20973fe15ff (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-10T17:12:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ROCHELIA SILVA SOUZA CUNHA - TESE (PPGEQ) 2017.pdf: 3859616 bytes, checksum: 9dc6f57db82d6f9d21eed20973fe15ff (MD5) / Capes / A separação emulsão óleo água utilizando membranas é um processo muito importante e muito utilizado, neste sentido a busca por novos materiais e novas técnicas para produção de membranas é fonte de interesse industrial. A inovação deste estudo se dá na síntese de membranas compósitas a base de polietileno de ultra-alta massa molar (PEUAPM) por sinterização e argila organofílica Brasgel e nanocompósito para separação de emulsão óleo/água. Sendo assim, este trabalho tem como objetivos: (i) preparar membranas poliméricas tubulares de polietileno de ultra-alta massa molar (PEUAPM) sob distintas condições experimentais e suas superfícies internas foram modificadas por impregnação com solução diluída de polietileno de alta densidade (PEAD) em tolueno; (ii) preparar membranas compósitas tubulares a base de PEUAPM adicionando argila Brasgel organofílica ou nanocompósito; (iii) investigar parâmetros de processo de síntese das membranas, tais como, tempo de sinterização e percentagem do material (argila organofílica ou nanocompósito) que irão influenciar no desempenho das membranas no processo; (iv) avaliar estas membranas no processo de emulsão óleo água. As técnicas de caracterização usadas para avaliar a organofilização da argila organofílica foram Difratometria de raios X (DRX), Espectroscopia e Fluorescência de raios X por energia dispersiva (FRX-ED), Adsorção física de Nitrogênio, Capacidade de Troca de Cátions (CTC), Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Análise Térmica Diferencial e Termogravimétrica (ATD/TG) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Todas as membranas foram caracterizadas por DRX, MEV, capacidade de absorção de água, porosidade e resistência química. Todas as membranas foram avaliadas no processo de separação emulsão óleo/água. Os ensaios foram realizados nas condições de concentração inicial do óleo 100 mg.L-1, temperatura igual a 25ºC, pressão atmosférica, que possibilitou observar os fluxos (m3.m-2.h-1) e a percentagem de rejeição. A organofilização da argila Brasgel foi evidenciada por DRX, FTIR e ATD/TG. As membranas compósitas foram obtidas com sucesso a partir do polímero PEUAPM e argila organofílica Brasgel ou nanocompósito. Foi observado a partir de análises por DRX que as membranas compósitas apresentaram estruturas esfoliadas. A caracterização por MEV evidenciou que as superfícies das membranas foram modificadas com a deposição do filme de PEBD, conduzindo a redução no tamanho de poros. A partir de estudos realizados sobre o efeito dos parâmetros, tais como, tempo de sinterização (60, 90 e 120 minutos) e percentual do material (argila organofílica Brasgel ou nanocompósito) na síntese das membranas compósitas concluiu-se que esses dois fatores são importantes. Este fato foi evidenciado pelos testes de capacidade de absorção de água e testes de porosidade. Baseado nos resultados obtidos por processo de separação por membranas (PSM) da emulsão óleo/água, pode-se concluir que a inserção dos materiais (argila organofílica Brasgel ou nanocompósito) às membranas poliméricas melhoraram os seus desempenhos, consequentemente aumentando a percentagem de rejeição. Estes resultados corroboraram com os testes de absorção de água e porosidade das respectivas membranas. Como conclusão geral, as performances das membranas compósitas foram superiores aos resultados das membranas poliméricas evidenciando que a incorporação da argila organofílica ou do nanocompósito afeta positivamente. / The separation of emulsion oil water using membranes is a very important and very used process, in this sense the search for new materials and new techniques for the production of membranes is a source of industrial interest. The innovation of this study is the synthesis of composite membranes based on ultra-high molar mass polyethylene (UHMWPE) by sintering and organophilic Brasgel or nanocomposite for oil / water emulsion separation. The objective of this work is to: (i) prepare ultra-high molar mass polyethylene tubular polymer membranes (UHMWPE) under different experimental conditions and their internal surfaces were modified by impregnation with a solution of HDPE in toluene; (Ii) prepare PEUAPM-based tubular composite membranes by adding organophilic Brasgel or nanocomposite clay; (Iii) investigate process parameters for membrane synthesis, such as sintering time and percentage of material (organophilic clay or nanocomposite) that will influence the performance of the membranes in the process; (Iv) evaluate this membranes in the water-oil emulsion process. The characterization techniques used to evaluate the organophilic clay composition were X-ray diffraction (XRD), Spectroscopy and X-ray Fluorescence (FRX-ED), Physical Nitrogen Adsorption, Cation Exchange Capacity (CTC) Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Differential and Thermogravimetric Thermal Analysis (ATD/TG) and Scanning Electron Microscopy (SEM). All membranes were characterized by DRX, MEV, water absorption capacity, porosity and chemical resistance. All membranes were evaluated in the oil/water emulsion separation process. The tests were carried out at the initial concentration of 100 mg.L-1 oil, temperature at 25ºC, atmospheric pressure, which allowed to observe the flows (m3.m-2.h-1) and the percentage of rejection. The organophilization of Brasgel clay was evidenced by XRD, FTIR and ATD/TG. Composite membranes were successfully obtained from the polymer PEUAPM and organophilic Brasgel or nanocomposite. It was observed from XRD analyzes that the composite membranes presented exfoliated structures. The characterization by SEM showed that the surfaces of the membranes were modified with the deposition of the LDPE film, leading to the reduction in pore size. Based on studies on the effect of the parameters, such as sintering time (60, 90 and 120 minutes) and percentage of the material (organophilic Brasgel or nanocomposite clay) in the synthesis of the composite membranes, it was concluded that these two factors are important This fact was evidenced by tests of water absorption capacity and porosity tests. Based on the results obtained by membrane separation process (PSM) of the oil/water emulsion, it can be concluded that the insertion of the materials (organophilic Brasgel or nanocomposite) to the polymer membranes improved their performances, consequently increasing the percentage of rejection. These results corroborate with the water absorption and porosity tests of the respective membranes. As a general conclusion, the performances of the composite membranes were superior to the results of the polymer membranes, evidencing that the incorporation of the organophilic clay or the nanocomposite affects positively.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlineVMS_DISSERT.pdf: 5061561 bytes, checksum: bab6b3b335e768bf8c3b23df4c26c8c5 (MD5) Previous issue date: 2012-12-27 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / In recent decades, the generation of solid and liquid waste has increased substantially due to increased industrial activity that is directly linked to economic growth. For that is the most efficient process, it is inevitable generation of such wastes. In the oil industry, a major waste generated in oil exploration is produced water, which due to its complex composition and the large amount generated, has become a challenge, given the restrictions imposed by environmental laws regarding their disposal, making if necessary create alternatives for reuse or treatment in order to reduce the content of contaminants and reduce the harmful effects to the environment. This water can be present in free form or emulsified with the oil, when in the form of an emulsion of oil-water type, it is necessary to use chemicals to promote the separation and flotation is the treatment method which has proved to be more efficient, for it can remove much of the emulsified oil when compared to other methods. In this context, the object of this work was to study the individual effects and interactions of some physicochemical parameters of operations, based on previous work to a flotation cell used in the separation of synthetic emulsion oil / water in order to optimize the efficiency of the separation process through of the 24 full factorial design with center point. The response variables to evaluate the separation efficiency was the percentage of color and turbidity removal. The independent variables were: concentration of de-emulsifying, oil content in water, salinity and pH, these being fixed, minimum and maximum limits. The analysis of variance for the equation of the empirical model, was statistically significant and useful for predictive purposes the separation efficiency of the floater with R2 > 90%. The results showed that the oil content in water and the interaction between the oil content in water and salinity, showed the highest values of the estimated effects among all the factors investigated, having great and positive influence on the separation efficiency. By analyzing the response surface was determined maximum removal efficiency above 90% for both measured for turbidity as a measure of color when in a saline medium (30 g/L), the high oil concentrations (306 ppm) using low concentrations of de-emulsifying (1,1 ppm) and at pH close to neutral / Nas ?ltimas d?cadas, a gera??o de res?duos s?lidos e l?quidos tem aumentado substancialmente devido ao aumento da atividade industrial que est? diretamente ligada ao crescimento econ?mico. Por mais eficiente que seja o processo, ? inevit?vel a gera??o desses res?duos. Na ind?stria petrol?fera, um dos principais res?duos gerado na explora??o do petr?leo ? a ?gua produzida, que devido ? sua composi??o complexa e ? grande quantidade gerada, tem se tornado um desafio, diante das restri??es impostas pela legisla??o ambiental quanto ao seu descarte, fazendo-se necess?rio criar alternativas de reuso ou tratamento com a finalidade de reduzir o teor de contaminantes e diminuir os efeitos nocivos ao meio ambiente. Essa ?gua pode estar presente sob a forma livre ou emulsionada com o ?leo, quando na forma de emuls?o do tipo ?leo/?gua, faz-se necess?rio ? utiliza??o de subst?ncias qu?micas para promover a separa??o, sendo a flota??o o m?todo de tratamento que vem se mostrando mais eficiente, pois consegue remover grande parte do ?leo emulsionado quando comparada a outros m?todos. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi estudar os efeitos individuais e de intera??es de alguns par?metros f?sico-qu?micos operacionais, baseado em trabalhos anteriores, para uma c?lula de flota??o utilizada na separa??o de emuls?o sint?tica ?leo/?gua, visando otimizar a efici?ncia do processo de separa??o atrav?s um planejamento experimental do tipo fatorial completo 24 com ponto central. As vari?veis de resposta para avaliar a efici?ncia da separa??o foram percentagem de remo??o de cor e turbidez. As vari?veis independentes estudadas foram: concentra??o do desemulsificante, teor de ?leo em ?gua, salinidade e pH, sendo fixadas a estas, limites m?nimos e m?ximos. A an?lise da vari?ncia para a equa??o do modelo emp?rico mostrou-se estatisticamente significante e ?til para fins preditivos da efici?ncia de separa??o do flotador com R2 > 90%. Os resultados mostraram que o teor de ?leo em ?gua e a intera??o entre o teor de ?leo em ?gua e a salinidade, apresentaram os maiores valores dos efeitos estimados dentre o conjunto dos fatores investigados, tendo grande e positiva influ?ncia na efici?ncia de separa??o. Atrav?s da an?lise da superf?cie de resposta, foi determinada uma efici?ncia m?xima de remo??o acima de 90% tanto para medida de turbidez quanto para medida de cor quando em meio salino (30 g/L), a altas concentra??es de ?leo (306 ppm), utilizando concentra??es baixas do desemulsificante (1,1 ppm) e com pH pr?ximo do neutro

The increase of the industrial pollution has been carrying the organs of environmental control to review the legislation in force and to limit in a more rigorous form the discards of industrial effluent. As opposed, the companies have been improving the treatment systems of their effluent, applying new technologies. In the petroleum industry, in the oil-water separation, are used floatation chamber and hydrocyclones. The floatation seeks to recover the oil residue through gravitational separation, while the hydrocyclones try to accelerate this process with the use of the centrifugal force. The hydrocyclones in study are equipment constituted of a cylindrical part and two conic parts joint, in which the supply is constituted by two entrances involute, diametrically opposite, presenting a normal axis to the equipment and positioned tangentially to the lateral wall of the cylinder. The separator has two openings for exit, axis positioned to the equipment, one of them, called overflow, placed near to the supply section and to another, called underflow, placed near to the vertex of the conic body of the hydrocyclone. The analysis of the fluid-dynamic behavior of the hydrocyclone was led through the numeric simulation of the treatment of water produced, applying methods of Computational Fluid-dynamic (CFD). In the used computational tool, CFX, it is possible to build the geometry, draw the numeric mesh, adjust the simulation parameters, solve and to analyze the results, being able to be applied for several kinds of flow. It accomplished an experimental planning with the goal of analyzing the influence of the geometry in the separation efficiency of the hydrocyclone, in other words, know which variables were more important for the separation efficiency. To evaluate the performance of the equipment were calculated the Flow Ratio (Rf) and the Reduced Grade Efficiency (G ), for each geometry. Due to the great number of tested variables, whatever Dc, Do, Du, Hc, VF e L1 it opted to not analyze the effect of each one in separated, but the interactions of these. The different numeric simulations were considered as computational experiments. In all the 19 computational experiments, the simulations were initiated with the turbulence model k-e, these last used as initial values for the simulations with the turbulence model SSG, because this last is what best represents the flow in the hydrocyclone. The analyses done in the Essential Regression show that the variables which the most influence the separation efficiency are the overflow and underflow diameters. The reduced grade efficiencies stayed well distributed in the range 0-96%, what shows that the choice of the size of tried drop (250 mm) was adequate. The greatest reason values of fluid were obtained for Do/Du @ 1.0 and the minors, excluding Rf = 0, for Do/Du @ 0.2. In the studied intervals, the greatest Reduced Grade Efficiency values are obtained with the biggest values of Do and the smallest of Du. The smallest results of Flow Ratio are obtained with the smallest values of Do and the biggest values of Du. / O aumento da poluição industrial tem levado os órgãos de controle ambiental a rever a legislação em vigor e a limitar de forma mais rigorosa o descarte de efluentes industriais. Em contrapartida, as empresas têm melhorado os sistemas de tratamento de seus efluentes, aplicando novas tecnologias. Na indústria de petróleo, na separação óleo-água, são usados flotadores e hidrociclones. A flotação procura recuperar o resíduo de óleo através de separação gravitacional, enquanto que os hidrociclones procuram acelerar este processo com o uso da força centrífuga. Os hidrociclones em estudo são equipamentos constituídos de uma parte cilíndrica e duas partes cônicas justapostas, nas quais a alimentação é constituída por duas entradas em voluta, diametralmente opostas, apresentando um eixo normal ao do equipamento e posicionada tangencialmente à parede lateral do cilindro. O separador tem duas aberturas para saída, posicionadas axialmente ao equipamento, uma delas, chamada overflow, situada próxima à seção de alimentação e a outra, chamada underflow, situada próxima ao vértice do corpo cônico do hidrociclone. A análise do comportamento fluidodinâmico do hidrociclone foi conduzida através da simulação numérica do tratamento da água produzida, aplicando-se métodos de Fluidodinâmica Computacional (CFD). Na ferramenta computacional utilizada, CFX, é possível construir a geometria, desenhar a malha numérica, ajustar os parâmetros de simulação, resolver e analisar os resultados, podendo ser aplicado para diversos tipos de escoamento. Realizou-se um planejamento experimental com o objetivo de analisar a influência da geometria na eficiência de separação do hidrociclone, ou seja, saber quais variáveis eram mais relevantes para a eficiência de separação. Para avaliar o desempenho do equipamento foram calculadas a Razão de Fluido (Rf) e a Eficiência Granulométrica Reduzida (G ), para cada geometria. Devido ao grande número de variáveis testadas, quais sejam Dc, Do, Du, Hc, VF e L1 optou-se por não analisar o efeito de cada uma em separado, mas a interações destas. As diferentes simulações numéricas foram consideradas como experimentos computacionais. Em todos os 19 experimentos computacionais, as simulações foram iniciadas com o modelo de turbulência k-, estas últimas utilizadas como valores iniciais para as simulações com o modelo de turbulência SSG, pois este último é o que melhor representa o escoamento no hidrociclone. As análises feitas no Essential Regression mostram que as variáveis que mais influenciam a eficiência de separação são os diâmetros de overflow e de underflow. As eficiências granulométricas reduzidas ficaram bem distribuídas na faixa 0-96%, o que mostra que a escolha do tamanho de gota testado (250 mm) foi adequada. Os maiores valores de razão de fluido foram obtidos para Do/Du @ 1,0 e os menores, excluindo-se Rf = 0, para Do/Du @ 0,2. Nos intervalos estudados, os maiores valores de Eficiência Granulométrica Reduzida são obtidos com os maiores valores de Do e os menores de Du. Os menores resultados de Razão de Fluido são obtidos com os menores valores de Do e os maiores valores de Du.

Embora o escoamento estratificado óleo-água seja comum na indústria do petróleo, existem poucos trabalhos na literatura sobre a estrutura ondulatória encontrada no escoamento em dutos ascendentes ou descendentes. O objetivo deste trabalho é entender e caracterizar as estruturas interfaciais ondulatórias em escoamentos estratificados óleo e água em dutos levemente inclinados e comparar com os resultados retirados da modelagem proposta. Uma primeira tentativa de modelar a onda interfacial óleo-água através da equação da energia bifásica unidimensional para regime permanente é apresentada e comparada aos resultados obtidos experimentalmente. Valores de comprimento de onda foram coletados para quatro ângulos de inclinação a partir da horizontal (-5º, -2º, 2º e 5º) e diversos pares de vazão de óleo e água. Os dados foram extraídos de frames de vídeos de alta resolução através de uma técnica manual. Um software baseado em LabView foi desenvolvido para possibilitar a automação da obtenção do comprimento de onda e amplitude. Os comprimentos de onda obtidos com a técnica automática foram comparados com os dados obtidos através da técnica manual. O mensuramento é bem satisfatório e sugere que a ferramenta experimental proposta possa ser aplicada para o estudo de qualquer padrão de escoamento óleo-água, onde uma estrutura ondulatória possa ser identificada. A validade da modelagem da onda interfacial proposta foi avaliada através da comparação entre os resultados teóricos e dados experimentais. A concordância observada é encorajadora. / Even though the oil-water stratified flow pattern has a common occurrence in the upstream oil industry, quite often in directional wells, there are only a few works in the literature dealing with its interfacial wavy structure. This work has the mean goal of comprehending a characterizing the interfacial wave structure in inclined water-oil stratified pipe flow, comparing it with the proposed model. A model, based on the steady-state one-dimensional two-phase flow energy equation is presented and compared to our experimental data. Wave lengths and amplitude data were collected at four inclinations from the horizontal (-5º, -2º, 2º and 5º) and several oil and water flow rates. The data were extracted form high-resolution video images through a manual technique. A LabView based software was developed in order to obtain the lengths and amplitude automatically. Wave length obtained from it were compared to the manual technique data. The satisfactory measurement suggests the applicability of the experimental tool to any water-oil pipe flow pattern, where a wave structure can be identified. The validity by the comparison between theoretical and experimental data. The agreement observed is promising.

O escoamento estratificado óleo-água é bastante comum na indústria do petróleo, especialmente em poços direcionas offshore, oleodutos e gasodutos. Entretanto, existem poucos trabalhos na literatura sobre a natureza da estrutura ondulatória observada no escoamento em dutos ascendentes ou descendentes a partir da horizontal. O objetivo deste trabalho foi estudar as propriedades geométricas e cinemáticas da onda interfacial, i.e, forma média, comprimento, amplitude e celeridade, e assim contribuir para a compreensão do papel da onda interfacial na dinâmica do escoamento estratificado. Um software baseado em plataforma Labview® possibilitou a automação para obtenção dos dados das ondas interfaciais extraídas de imagens de vídeos de alta resolução. Além das propriedades das ondas, também se coletaram valores de fração volumétrica in situ e de gradiente de pressão bifásico para cinco ângulos de inclinação (-20°, -10°, 0°, 10° e 20°) em diferentes pares de vazões de óleo e água. Desenvolveu-se um modelo fenomenológico considerando os termos ondulatórios do escoamento para o cálculo da fração volumétrica in situ e do gradiente de pressão bifásico, sendo comparado com modelos disponíveis na literatura e dados experimentais. A concordância do modelo proposto com os dados coletados neste trabalho se mostrou muito boa, o que sugere um avanço em comparação ao existente na literatura. O estudo da equação da onda de perturbação interfacial para o escoamento estratificado óleo-água indicou que a natureza da onda observada é cinemática e não dinâmica; e baseado na equação da celeridade da onda cinemática pode-se confrontar a celeridade experimental com a teórica, revelando boa concordância. / The oil-water stratified flow is quite common in the oil industry, especially in offshore directional wells and pipelines. However, there are few studies on the physics of the wavy structure observed in upward and downward stratified flow. The goal of this work was to study the geometric and kinematic properties of interfacial waves, i.e., the average shape, wavelength, amplitude and celerity. A homemade Labview®-based software enabled the automatic acquisition of data extracted from frames obtained via high resolution video recording. In situ volume fraction and two-phase pressure gradient data for five inclination angles (-20°, -10°, 0°, 10° and 20°) at several pairs of oil and water flow rates were also collected. A phenomenological model that takes into account the wavy structure is proposed to calculate volume fractions and two-phase pressure gradient and it was compared with available models from the literature and experimental data. The good agreement of the proposed model with the data collected in this study is promising and suggests that it may provide better predictions in comparison with models from the literature. The study of the interfacial perturbation wave equation for stratified flow indicates that the observed waves nature is kinematic and not dynamic; and based on the kinematic wave velocity equation we could compare the experimental celerity with the theoretical one, with good agreement.