Hydrogen has been studying as an alternative energy source to replace fossil fuels. This is justified because, in its combustion is generating primarily water vapor and by its energy content is approximately 2.5 times greater than any fossil fuel. Besides these advantages, hydrogen can be produced from renewable sources, such as various types of industrial and domestic waste rich in carbohydrates. Thus, the purpose of this study was to evaluate the production of hydrogen from a substrate real, the manipueira (wastewater processing cassava), as carbon source in anaerobic fluidized bed reactor (AFBR) operated under a progressive increase in the organic loading rate (OLR). The support material for the adhesion of biomass has been expanded clay (2.8 to 3.35 mm) and the reactor was inoculated with anaerobic sludge thermal pretreatment. The reactor was operated for 164 days and gradually increasing the organic loading rate was obtained by maintaining a constant influent COD (4000 mg. L-1) throughout the operation of the reactor and varying the hydraulic retention time (HRT) of 8 to 1 hour. The production of hydrogen ranged from 0.20 to 2.04 L.h-1.L-1, when the HRT reduced from 8 h to 1 h. The yield had an increase from 0.31 to 1.91 mol H2.mol glucose-1 by reducing the HRT from 8 to 2 h. By lowering the HRT for 1 h, the yield was reduced, reaching a value of 1.20 mol H2.mol glucose-1. The soluble metabolites present during the operation of the reactor were acetic acid, butyric acid, propionic acid and ethanol. The microscopic analysis indicated the presence of bacilli, which are morphologies similar to species of the genus Clostridium sp. and Enterobacter sp., which are known as potential production of hydrogen in fermentation processes. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O hidrogênio vem sendo estudado como fonte alternativa de energia em substituição aos combustíveis fósseis. Isso porque, na sua combustão há geração principalmente de vapor de água e por seu conteúdo energético ser aproximadamente 2,5 vezes maior do que qualquer combustível fóssil. Além dessas vantagens, o hidrogênio pode ser produzido a partir de fontes renováveis, tais como os diversos tipos de resíduos industriais e domésticos ricos em carboidratos. Dessa forma, o objetivo da pesquisa foi avaliar a produção de hidrogênio a partir de um substrato real, a manipueira (água residuária do processamento da mandioca), como fonte de carbono em reator anaeróbio de leito fluidificado (RALF) operado sob aumento progressivo da taxa de carregamento orgânico (TCO). O material suporte para a aderência da biomassa foi argila expandida com diâmetro entre 2,8 3,35 mm e o reator foi inoculado com lodo anaeróbio pré-tratado termicamente. O reator foi operado por 164 dias e o aumento progressivo da taxa de carregamento orgânico foi realizado mantendo a DQO afluente constante (4000 mg. L-1) durante toda a operação do reator e variando o tempo de detenção hidráulica (TDH) de 8 horas até 1 hora. Foi constatado que a produção volumétrica de hidrogênio aumentou de 0,20 até 2,04 L.h-1.L-1, quando foi reduzido o TDH de 8 h para 1 h. E o rendimento sofreu um incremento de 0,31 até 1,91 mol H2.mol glicose-1, com a redução do TDH de 8 para 2 h. Ao reduzir o TDH para 1 h, o rendimento sofreu uma redução, atingindo o valor de 1,20 mol H2.mol glicose-1. Os metabólitos solúveis presentes durante a operação do reator foram o ácido acético, ácido butírico, ácido propiônico e etanol. As análises microscópicas indicaram a presença de bacilos, os quais são morfologias semelhantes às espécies dos gêneros Clostridium sp. e Enterobacter sp., que são conhecidas como potenciais produtoras de hidrogênio em processos fermentativos.

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

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6181.pdf: 2281247 bytes, checksum: ab77d4d6451a6d9054abc19310067ed2 (MD5) Previous issue date: 2014-03-25 / Financiadora de Estudos e Projetos / This study aimed to evaluate the influence of the hydraulic retention time (HRT) on hydrogen production using crude glycerol as a substrate in an anaerobic fluidized bed reactor (AFBR ) . The reactor had a volume of 1979 cm3, which was varied HDT in eight stages: Stage I, II, III, IV, V, VI , VII, VIII with HDT of 14, 12 , 10,8 , 6, 4 , 2 and 1 hour. The temperature was controlled at 55 °C, fixing the substrate concentration in the amount of 5 gL -1 . The inoculum used was granular sludge from the thermophilic anaerobic reactor and upflow sludge blanket ( UASB ) for the treatment of vinasse, located at Usina São Martinho , Pradópolis - SP . The results showed that the yield of hydrogen (HY) remained constant between the HDT of 2h to 14h (1.2 H2.mol glycerol and 1.4 mol -1) HRT of 1h and the yield was higher ( 3 moles H2 . glycerol mol -1). The volumetric H2 production was increased with decreasing HRT , with its maximum value of 1508.7 mL.h - 1.L - 1 in lower applied TDH (1h) . The biogas produced was composed of CO2 and H2. The composition varied with the decrease in HRT from 14 to 2h (Step IVII ) in the first seven stages (14 to 2 h ), reaching a mean rate between 50 and 60%. In the last phase, which HRT was 1h , the percentage of H2 biogas reached the maximum value of 70 % . The major metabolites obtained during the first seven stages of operation of the reactor were: Acetic acid (4.5 to 18%), butyric acid (4.3 to 21% ), ethanol (14 to 29%) and 1,3-propanediol (34 to 50%). As for 1h note the HDT of the presence of propionic acid (56%), acetic acid ( 11.5%) and 1,3- propanediol ( 30%). / Este estudo teve como objetivo avaliar a influência do tempo de detenção hidráulica (TDH) sobre a produção de hidrogênio, utilizando glicerol bruto como substrato em reator anaeróbio de leito fluidizado (RALF). O reator possuía um volume de 1979 cm3, no qual se variou o TDH em oitos fases: Fase I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII com os respectivos TDH de 14, 12, 10,8, 6, 4, 2, e 1 hora. A temperatura foi controlada à 55 oC, fixando a concentração no valor de 5 g.L-1 de DQO. O inóculo utilizado foi proveniente de lodo granulado do reator termofílico anaeróbio de fluxo ascendente e manta de lodo (UASB) para o tratamento de vinhaça, localizado na Usina São Martinho, Pradópolis-SP. Os resultados mostraram que o rendimento de hidrogênio (HY) permaneceu constante entre os TDH de 14h à 2h (1,2 e 1,4 mol H2.mol glicerol-1) e no TDH de 1h o rendimento foi maior (3 mol H2.mol glicerol-1). Já a produção volumétrica de H2, sob a pressão de à 1 atm e temperatura de 55 oC, teve aumento com a diminuição do TDH, sendo seu valor máximo de 1508,7 mL.h-1.L-1 no menor TDH aplicado (1h). O biogás teve como principias compostos CO2 e H2. A composição de H2 no biogás variou com a diminuição do TDH de 14 para 2h (Fase I a VII) nas sete primeiras fases (14 a 2 h) atingindo um valor médio percentual entre 50 e 60 %. Na última fase, cujo TDH foi de 1h, o percentual de H2 biogás atingiu o valor máximo de 70%. Os principais metabólitos obtidos durante as sete primeiras fases de operação dos reatores foram: ácido acético (4,5 a 18%), ácido butírico (4,3 a 21%), etanol (14 a 29%) e 1,3-propanodiol (34 a 50%). Já para o TDH de 1h nota-se a presença de ácido propiônico (56%), ácido acético (11,5%) e 1,3-propanodiol (30%).

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4549.pdf: 10506362 bytes, checksum: 622f533bcc042279d1b10154620ecb35 (MD5) Previous issue date: 2012-06-11 / Financiadora de Estudos e Projetos / Cobalt-based catalysts supported on γ-alumina and magnesium aluminate modified with lanthanum and cerium have been applied to various conditions of reforming of ethanol. The initial challenge was to control the rate of carbon accumulation, a major cause of deactivation of catalysts under steam reforming of ethanol. In situ X-ray absorption spectroscopy analyses showed that the rate of carbon accumulation is inversely proportional to the amount of Co2+ species and directly proportional to the amount of Co0 species. X-ray photoelectron spectroscopy analyses showed that, after reducing the catalysts in hydrogen, the oxidized fraction of the particles is mainly on their surface. Both the oxidized and reduced fractions of cobalt crystallites have face-centered cubic structure. The concentration of superficial oxygen under reforming conditions is determined by the curvature of the surface of the particles, the nature of the supports and the presence of promoters such as platinum and copper. The concentration of superficial oxygen is also highly sensitive to reaction conditions such as the composition and amount of oxidizing agents, such as oxygen and water, and reaction temperature. The rate of accumulation of carbon could be controlled with co-feeding oxygen to the reactor, process called oxy-reforming of ethanol, and using ceria as support. However, stability tests showed that catalyst deactivation may also occur by oxidation of metal sites. The ignition of the reforming process takes place in a microregion at the entrance of the catalyst bed where ethanol is fully oxidized, releasing energy and increasing the local temperature. Spatial-resolved X-ray absorption spectroscopy analyses showed that the ratio Co2+/Co0 is much greater than one inside this microregion. The high local temperature and the presence of oxidized species in the entrance of the bed produce the appropriate conditions which lead the Co2+ ions to diffuse into the defect spinel structure of γ-alumina, leading to loss of potentially active sites for reforming of ethanol. This phenomenon is unleashed as a wave that propagates from the entrance of the bed downstream to the regions where Co2+ species exist. However, one can prevent the diffusion of Co2+ species to the structure of γ- alumina using aluminates as supports. / Catalisadores de cobalto suportados em γ-alumina e aluminato de magnésio modificados com lantânio e cério foram aplicados a diferentes condições de reforma do etanol. O desafio inicial foi tentar controlar a taxa de acúmulo de carbono, um dos principais fatores de desativação de catalisadores em condições de reforma a vapor do etanol. Análises de espectroscopia de absorção de raios X in situ comprovaram que a diminuição da taxa de acúmulo de carbono está ligada ao aumento da quantidade de espécies Co2+ em relação à quantidade de espécies Co0 nas partículas de cobalto. Análises de espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X demonstraram que, após redução em hidrogênio, a fração oxidada das partículas encontra-se majoritariamente na superfície das mesmas. Ambas as frações oxidadas e reduzidas das partículas de cobalto apresentam estrutura cúbica de face centrada. A concentração de oxigênio superficial em condições de reforma do etanol é determinada pela curvatura da superfície das partículas, pela natureza dos suportes e pela presença de promotores tais como platina e cobre. A concentração de oxigênio superficial é também fortemente sensível às condições de reação, tais como a composição e quantidade de agentes oxidantes, como a água e o oxigênio, e a temperatura de reação. O acúmulo de carbono pôde ser controlado com a coalimentação de oxigênio ao reator, processo denominado reforma a vapor com coalimentação de oxigênio, e utilizando-se céria como suporte. Entretanto, testes de estabilidade demonstraram que a desativação do catalisador pode também ocorrer por oxidação dos sítios metálicos. A ignição da reforma ocorre em uma microrregião na entrada do leito catalítico onde o etanol é completamente oxidado, liberando energia e aumentando a temperatura local. Análises de espectroscopia de absorção de raios X in situ resolvidas no espaço demonstraram que, nesta microrregião, a razão Co2+/Co0 é muito maior que um. O aumento da temperatura local e a presença de espécies oxidadas na entrada do leito produzem as condições adequadas para que íons Co2+ se difundam na estrutura espinela defeituosa da γ- alumina, levando a perdas de sítios potencialmente ativos para a reforma do etanol. Este fenômeno se deflagra como uma onda de desativação que se propaga da entrada do leito em direção às regiões à jusante onde existem espécies Co2+. Por outro lado, pode-se evitar a difusão de espécies Co2+ na estrutura da γ-alumina utilizando-se aluminatos como suporte.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5956.pdf: 2655473 bytes, checksum: dfaa0329652cfa24fb1dd3934c5b664b (MD5) Previous issue date: 2014-03-28 / Universidade Federal de Sao Carlos / The aim of this study was to evaluate the influence of hydraulic retention time (HRT), the origin of different inoculum (sludge from a UASB reactor for swine wastewater treatment and poultry slaughterhouse), and different carbon source (glucose, cassava processing wastewater and cheese whey) on the stability and efficiency of the anaerobic fluidized bed reactor (AFBR) for producing hydrogen. Twelve identical reactors were used, and in two reactors the mixture of glucose with cheese whey (R1S, R2S) was used as a substrate, six reactors were used with mix cassava processing wastewater and glucose (R1M, R2M, R3M and R4M). It was evaluated use of cheese whey (R3S, R4S, R5s and R6S) and cassava processing wastewater (R5M and R6M). The AFBRs were inoculated with sludge from a UASB reactor used in the treatment of swine wastewater (R1S, R3S, R1M, R3M, R5S, R6S, R5M and R6M) and sludge from a UASB reactor that treated poultry slaughterhouse wastewater (R2S, R4S, R2M, R4M), both heat treated. Variations of HRT (12-1 h) and substrate concentrations were performed (2-15 g .L -1), with temperature control at 30 ° C. The reactors that used cheese whey as substrate showed a greatest potential for hydrogen production, with yields (HY) of 3.2 mmolH2.g-1COD (R6S) and 2.6 mmolH2.g-1COD (R5S) were obtained by applying a HRT of 6 and 14 hours, with a concentration of 3 and 5 g.L-1, respectively. Both substrates showed potential for the production of ethanol with yields (EtOHY) of 4.2 mmolEtOH.g-1COD (R6M) and 3.5 mmolEtOH.g-1COD (R2S). In the comparison between the two inocula used, both showed a balance in terms of hydrogen production, but in terms of ethanol production, the sludge from poultry slaughterhouse showed highest potential. By cloning and sequencing of the 16S rRNA gene for bacteria domain reactor R4S (whey), there was a predominance of the genus Selenomonas (69 % of the sequences) and Clostridium (8 % of the sequences). For the reactor R3M (glucose and cassava) analyzes cloning and sequencing of bacterial consortium revealed similarities with Lactobaccilus. As for the archaeal domain, the sequencing of the 16S rRNA gene had highly similar to the genus Methanobacterium (98.5 % and 95 % of the sequences), for R4S and R3M, respectively reactors. / O objetivo deste estudo foi avaliar a influência do tempo de detenção hidráulica (TDH), da origem de diferentes inóculos (lodo de suínos e lodo de aves), e da fonte de carbono (glicose, manipueira e soro de queijo) sobre a estabilidade e eficiência do reator anaeróbio de leito fluidizado (RALF) na produção de hidrogênio e etanol. Foram utilizados doze reatores idênticos, sendo que em dois reatores foram utilizados mistura de glicose com soro de queijo (R1S, R2S), seis reatores foram utilizados a mistura de água do processamento da mandioca (manipueira) e glicose (R1M, R2M, R3M e R4M). Também foi avaliado o uso individual do soro de queijo (R3S, R4S, R5S e R6S) e da manipueira (R5M e R6M). Os RALFs foram inoculados com lodo proveniente do tratamento de águas residuárias de suinocultura (R1S, R3S, R1M, R3M, R5S, R6S, R5M e R6M) e de águas residuárias do abatedouro de aves (R2S, R4S, R2M, R4M), ambos tratados termicamente. Foram realizadas variações de TDH (14-1 h) e concentrações de substrato (2- 15 g. L-1), com controle de temperatura a 30°C. Os reatores que utilizaram soro de queijo como substrato apresentaram um maior potencial para a produção de hidrogênio, com rendimentos (HY) de 3,2 mmolH2.g-1DQO (R6S) e 2,6 mmolH2.g-1DQO (R5S), por meio da aplicação de um TDH de 6 e 14 horas, com uma concentração de 3 e 5 g.L-1, respectivamente. Ambos os substratos apresentaram potencial para a produção de etanol, com rendimentos (EtOHY) de 4,2 mmolEtOH.g-1DQO (R6M) e 3,5 mmolEtOH.g-1DQO (R2S). Na comparação entre os dois inóculos utilizados, ambos apresentaram um equilíbrio em termos de produção de hidrogênio, porém em termos de produção de etanol, o lodo proveniente do abatedouro de aves apresentou um maior potencial. Por meio da clonagem e sequenciamento do gene RNAr 16S para o domínio bactéria do reator R4S (soro de queijo), houve a predominância do gênero Selenomonas (69% das sequências) e do gênero Clostridium (8% das sequências). Para o reator R3M (glicose e manipueira) as análises de clonagem e sequenciamento do consórcio bacteriano revelaram semelhanças com Lactobaccilus. Já para o domínio archaea, o sequenciamento do gene RNAr 16S, teve altas similaridades com gênero Methanobacterium (98,5% e 95% das sequências), para os reatores R4S e R3M, respectivamente.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Recently, great attention has been focused on hydrogen as a clean and renewable potential energy vector. In the present study, a functional system designed for photocatalytic hydrogen evolution from water was developed and analyzed. Essays consisted of cylindrical borosilicate reactor with 750 mL suspension under nitrogen atmosphere, 100 mg L-1 of 0.5% m/m Pt-loaded TiO2 (P25, M02 or M19) using hexachloroplatinic acid as cocatalyst (Pt) precursor and aqueous solution of eléctron donor as sacrificial reagent (methanol, paracetamol or sodium lignosulfonate) at different concentrations. The pH of the suspension was adjusted using NaOH 0.1 mol L-1 or HCl 0.1 mol L-1 solutions previously prepared. The obtained system was maintaned under controlled temperature (20 ºC), stirring and irradiation by the use of 400 W high-pressure mercury lamp (HPL-N). The tests were carried out employing commercial P25 (Degussa-Evonick) to study the stability of the system; role of pH (0.5; 1.8; 2.8; 3.8; 4.8; 6.2; 8.3 e 11.5); influence of methanol concentration (0; 20; 35; 50; 65 e 80% v/v) and the use of alternative sacrificial reagents (paracetamol and sodium lignosulfonate). Lately, essays were conducted employing based-TiO2 catalysts available in LAFOT-CM (M02 e M19) and tests using composites of titanium dioxide associated with zinc phthalocyanine (TiO2/FtZn 2.5% m/m). The results showed that 8 hours of irradiation proved to be enough to evaluate hydrogen evolution satisfactorily; optimum pH lies around point of zero charge (pHpzc) of the employed catalyst, reaching at these conditions 55.36 mmol h-1 g-1; the best methanol concentration studied was 50% v/v achieving 131.41 mmol h-1 g-1 and the use of alternative sacrificial reagents resulted in hydrogen evolution at rate of 9.76 mmol h-1 g-1 with paracetamol, whereas no hydrogen production was detected by the use of sodium lignosulfonate. Among based-TiO2 studied were found the following relationship of hydrogen evolution efficiency: P25 > M19 > M02. The association between zinc phthalocyanine dye and titanium dioxide proved to be favorable to facilitate hydrogen evolution resulting in improvement of 61%, 170% e 34% respectively to P25/ZnPc 2,5% m/m, M02/ZnPc 2,5% m/m e ZnPc/FtZn 2,5% m/m comparared with pure catalyst due to the ZnPc capacity to inject electrons in the conduction band of semiconductors when electronically excited. / Recentemente, a possibilidade de produzir hidrogênio utilizando luz tem atraído o interesse da comunidade científica. No presente estudo, um sistema projetado para a produção fotocatalítica de hidrogênio a partir de água foi testado e analisado. Foi utilizado um reator cilíndrico de borossilicato contendo 750 mL da suspensão constituída por 100 mg L-1 do catalisador baseado no TiO2 (P25, M02 ou M19) carregado com 0,5% m/m de Pt como cocatalisador (utilizando ácido hexacloroplatínico hexahidratado como precursor) e reagente de sacrifício (metanol, paracetamol ou lignossulfonato de sódio) em diferentes concentrações, com pH do meio reacional ajustado e sob atmosfera inerte de gás nitrogênio. O sistema obtido foi mantido sob temperatura controlada (20 ºC), agitação e irradiação utilizando uma lâmpada de vapor de mercúrio de alta pressão (HPL-N) de 400 W. A partir do uso do catalisador comercial P25 (Degussa-Evonick), os ensaios foram conduzidos de maneira a estudar a estabilidade do sistema; o papel do pH (0,5; 1,8; 2,8; 3,8; 4,8; 6,2; 8,3 e 11,5); a influência do uso de diferentes percentuais em volume de metanol (0; 20; 35; 50; 65 e 80%) e o uso de reagentes de sacrifício alternativos (PCT e LSS). Posteriormente foram conduzidos ensaios utilizando os catalisadores baseados no TiO2 disponíveis no LAFOT-CM (M02 e M19) e ensaios empregando compósitos entre o dióxido de titânio e a ftalocianina de zinco (TiO2/FtZn 2,5% m/m). Por meio destes ensaios, constatou-se que 8 horas de irradiação mostra-se suficiente para a avaliação da evolução de hidrogênio; o pH ótimo encontra-se nas mediações do ponto de carga zero do catalisador utilizado, atingindo nessas condições 55,36 mmol h-1 g-1; a melhor concentração de metanol estudada foi 50% v/v (131,41 mmol h-1 g-1) e o uso de reagentes de sacrifício alternativos resultou na produção de hidrogênio a uma taxa de 9,76 mmol h-1 g-1 usando PCT, enquanto não foi observada atividade fotocatalítica usando o LSS. Dentre os catalisadores baseados no TiO2 estudados, obteve-se a seguinte relação de eficiência de produção de hidrogênio: P25 > M19 > M02. O uso de compósitos mostrou-se favorável para melhorar o processo fotocatalítico, com acréscimos de eficiência em relação aos catalisadores puros de 61%, 170% e 34% respectivamente, para P25/FtZn 2,5% m/m, M02/FtZn 2,5% m/m e M19/FtZn 2,5% m/m devido a capacidade que a FtZn possui de injetar elétrons na banda de condução dos semicondutores quando eletronicamente excitadas. / Mestre em Química

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

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Ethanol is an attractive material because it is renewable, has low toxicity compared to other resources and has high hydrogen content in its molecule. In order to become this technology viable, a decisive point is the development of a catalyst aiming at cost reductions and high selectivity to the products of interest. In this work, ethanol gasification was carried out in supercritical water with heterogeneous catalysts. The tests were performed on an Inconel Alloy 625 tubular reactor under the following operating conditions: temperatures of 400, 450, 500, 550, 600 and 650 ºC, pressure of 250 bar, 5 g loading of heterogeneous catalyst, reactor feed: ethanol/water molar ratio of 1:10 and mass flow rate of 5 g/min. The catalysts were synthesized by wet impregnation method using aqueous solutions of Cu, Co and Zn nitrates as precursors for the active phase and spherical pellets of Al 2 O 3 as catalytic support. The catalysts and the catalytic support were characterized by Thermogravimetry and Differential Thermal Analysis (TG/DTA), X-Ray Fluorescence (XRF), Scanning Electron Microscopy (SEM), textural analysis by Adsorption/Desorption Isotherms of N 2 at 77 K and X-Ray Diffraction (XRD). The gasification results indicated that H 2 production was mainly due to ethanol dehydrogenation. The catalysts showed higher conversions than observed for catalytic support only. The CuAl catalyst showed higher H 2 selectivity as well as higher H 2 molar flow at 650 °C. The CoZnAl catalyst showed a high tendency for C 2 H 4 formation at any reaction temperature, especially at 650 °C. / A grande preocupação ambiental, junto da possibilidade de insuficiência de matéria prima não renovável, tem estimulado a busca de novas tecnologias sustentáveis com maior atenção à emissão de poluentes. O hidrogênio, substância química de enorme importância nas industriais, destaca-se como uma fonte de energia limpa e renovável. Hidrogênio é comumente produzido a partir de fontes não renováveis, como na reforma à vapor do gás natural. Devido a características reacionais específicas, a gaseificação de biomassas úmidas em meio contendo água em condições supercrítica é um caminho promissor para a produção de hidrogênio e outros gases combustíveis com alto valor agregado. O etanol se mostra um material atraente pois é renovável, apresenta baixa toxicidade em comparação com outros recursos e possui alto teor de hidrogênio em sua molécula. Em busca de viabilizar tal tecnologia um ponto determinante é o desenvolvimento de catalisadores visando reduções de custo e aumento de seletividade aos produtos de interesse. Neste trabalho foram realizados testes de gaseificação de etanol em água supercrítica com catalisadores heterogêneos. Os testes foram executados em reator tubular feito de Inconel 625 sob as seguintes condições operacionais: temperaturas de 400, 450, 500, 550, 600 e 650 ºC, pressão de 250 bar, carga de 5 g de catalisador heterogêneo, alimentação do reator com razão molar de Etanol:Água de 1:10 e vazão mássica de alimentação de 5 g/min. Os catalisadores foram sintetizados a partir do método de impregnação de soluções aquosas dos nitratos precursores de Cu, Co e Zn com excesso de solvente e usando como suporte catalítico pellets esféricos de Al 2 O 3 . Os catalisadores e o suporte catalítico foram caracterizados por Termogravimetria e Análise Térmica Diferencial (TG/ATD), Fluorescência de Raios X (FRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), análise textural por Isotermas de Adsorção/Dessorção de N 2 a 77 K e Difração de Raios X (DRX). Os resultados de gaseificação indicaram que a produção de H2 se deu principalmente a partir da desidrogenação de etanol. Os catalisadores demonstraram conversões maiores ao observado apenas para o suporte catalítico. O catalisador CuAl apresentou maior seletividade a H 2 bem como maior vazão molar de H 2 à temperatura de 650 ºC. O catalisador CoZnAl apresentou elevada tendência a formação de C 2 H 4 em qualquer temperatura de reação, especialmente à temperatura de 650 ºC.

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

Este trabalho teve como objetivo a produção de hidrogênio em reator anaeróbio de leito fixo com fluxo ascendente utilizando-se efluente de indústria de refrigerantes. Os resultados obtidos demonstraram que a água residuária semi-sintética simulando efluente de indústria de refrigerantes tem um bom potencial de geração de hidrogênio. Dados da operação dos dois reatores utilizados mostraram que o maior rendimento foi alcançado pelo reator operado sem a adição de meio contendo nutrientes (R2), pois este foi capaz de atingir 4,2 mol \'H IND.2\'/mol de substrato em contraste com 2,5 mol \'H IND.2\'/mol de substrato, obtida pelo reator (R1), cujo afluente continha suplementação nutricional. Constatou-se que o reator operado sem adição de nutrientes (R2) apresentou continuidade na produção de hidrogênio, fato que não ocorreu com o reator R1, que exibiu uma produção efêmera e significativamente inferior. O melhor desempenho na velocidade de produção de hidrogênio e porcentagem do mesmo na composição do biogás também foi observado para o reator R2, que atingiu 0,52 L/h.L e 18,9% de \'H IND.2\' contra 0,28 L/h.L e 2,1% de \'H IND.2\' obtidos pelo reator com suplementação nutricional (R1). Após esta primeira etapa comparativa em que os reatores foram operados simultaneamente com TDH teórico de 0,5 h, prosseguiu-se apenas com a operação do reator R2, porém com tempo de detenção hidráulica teórico de 1 h, o que induziu uma maior conversão do substrato a ácidos e álcoois, mudou as características hidrodinâmicas do leito e afetou negativamente a produção de hidrogênio. / This work was aimed on hydrogen production in an upflow anaerobic packed-bed reactor fed with soft-drink wastewater. The results obtained show that the semisynthetic soft-drink wastewater has a good hydrogen generation potential. Data obtained from the operation of both reactors indicated that the reactor operated without the addition of medium containing macro and micronutrients (R2) provided higher hydrogen yield (4,2 mol \'H IND.2\'/mol of substrate) as compared to the reactor (R1) operated with the addition of nutrient medium, which achieved lower hydrogen production yield (2,5 mol \'H IND.2\'/mol of substrate). It was observed that the reactor operated without the addition of nutrients (R2) showed continuous hydrogen production, while the reactor R1 exhibited a short period of production and lower amounts of hydrogen. Better hydrogen production rate and percentage in the biogas were also observed for the reactor R2, which achieved 0,52 L/h.L and 18,9% of \'H IND.2\' against 0,28 L/h.L and 2,1% of \'H IND.2\' obtained by the reactor with nutrient addition (R1). After operation with HDT of 0,5 h, the reactor R2 was operated with theoretical HDT of 1 h. Under this condition, the substrate was mainly converted to acids and solvents, negatively affecting the hydrogen production and the hydrodynamic pattern of the reactor.