Obtenção de compósitos cerâmicos baseados em Al2O3/TiC através dos precursores poliméricos

The obtaining of ceramic materials from polymeric precursors is subject of numerous studies due to lower energy costs compared to conventional processing. The aim of this study is to investigate and improve the mechanism for obtaining ceramic matrix composite (CMC) based on SiOC/Al2O3/TiC by pyrolysis of polysiloxane in the presence of an active filler and inert filler in the pyrolysis temperature lower than the usually adopted for this technique, with greater strength. It also investigates the influence of pyrolysis temperature, the content of Alas active filler, the presence of infiltrating agents (Al, glass and polymer) after pyrolysis, temperature and infiltration time on some physical and mechanical properties. Alumina is used as inert filler and Al and Ti as active filler in the pyrolysis. Aluminum, glass and polysiloxane are used as agents infiltrating the post-pyrolysis. The results are analyzed with respect to porosity and bulk density by the Archimedes method, the presence of crystalline phases by X-ray diffraction (XRD) and microstructure by scanning electron microscopy (SEM). The ceramic pyrolyzed between 850 °C 1400 °C contain porosity 15% to 33%, density 2.34 g/cm3 and flexural strength at 4 points from 30 to 42 MPa. The microstructure features are porous, with an array of Al2O3 reinforced by TiC particles and AlTi3. The infiltration post-pyrolysis reveals decrease in porosity and increase density and strength. The composites have potential applications where thermal stability is the main requirement

Estudo comparativo entre a pirólise do polietileno de baixa densidade, utilizando vermiculita modificada e SBA-15

Catalytic processes are widely present in everyday life. This results in large number of studies seeking materials that may combine the low cost catalytic efficiency. Based on this assumption, the clays have long been used as catalysts, with its huge availability, diversity and possibility of improving their properties from structural changes, primarily responsible for this great use. Among the natural clays, vermiculite due to their characteristic properties (high cation exchange capacity and expansion), is suitable for various applications including as catalysts and catalyst supports. In this work, the acid leaching of clay vermiculite was performed, coming from Santa Luzia-PB, with nitric acid (2, 3 and 4 mol / L) and subsequent calcination of the materials obtained. The materials were named as Vx/400, where x is the acid concentration employed and 400 used in calcination temperature. The effectiveness of changes made was determined by XRD techniques, FT-IR, EDS, TG/DTG, nitrogen physisorption and DTP of n-butylamine. Acid leaching has improved some properties of the clay - specific area and acidity - but the control of the acid concentration used is of vital importance, since the highest concentration caused the partial destruction of vermiculite entailing a decline in their properties. For analysis of the catalytic activity of the modified clay was made a comparative study with the SBA -15 mesoporous materials, synthesized via hydrothermal method, using the pyrolysis of low density polyethylene (LDPE). The results showed that the acid plays a fundamental role in the conversion of the polymer into smaller molecules, the material V3/400 was more selective for the source monomer (ethylene) due to their increased acidity, which promotes more breaks bonds in the polymeric chain, while materials and V0/400 V2/400, lower acidity, showed higher selectivity to light hydrocarbons, the range of fuel (41.96 and 41.23%, respectively), due to less breakage and secondary condensation reactions chains; already V4/400 SBA-15/550 and resulted in lower percentages of light hydrocarbons and the partial destruction of the structure and low acidity, respectively, responsible for the inefficiency of materials

Co-pirólise de polipropileno pós-consumo com gasóleo

O presente trabalho buscou avaliar o processo de co-pirólise de resíduos de polipropileno com gasóleo, variando a temperatura e a quantidade de polipropileno no meio reacional. A co-pirólise é uma rota promissora, uma vez que minimiza o impacto ambiental causado pela disposição do plástico de maneira inadequada, evita seu acúmulo em lixões e permite um melhor aproveitamento de um recurso natural não-renovável, o petróleo, matéria-prima importante para a geração de energia e obtenção de produtos químicos. As amostras de polipropileno e gasóleo foram submetidas à co-pirólise térmica em atmosfera inerte, em sistema de leito fixo, sob fluxo constante de nitrogênio, variando a temperatura de 400C a 500C e a quantidade de PP no meio reacional de 0,1 a 1,0 g. A influência do gasóleo no meio foi avaliada pelos testes na ausência de PP. Os líquidos pirolíticos obtidos foram caracterizados por cromatografia gasosa modificada, com o objetivo de avaliar a geração de frações na faixa da destilação do diesel. De uma maneira geral, pôde-se observar que o aumento da quantidade de PP no meio reacional favorece a redução do rendimento de líquido pirolítico e o aumento da quantidade de sólido gerado, efeito inverso ao do aumento da temperatura. Com relação ao rendimento geral de produtos na faixa de destilação do diesel na co-pirólise, a adição de PP ao meio não interfere muito no resultado. Já o aumento de temperatura favorece o aumento do rendimento de produtos nessa faixa de destilação. Os resultados obtidos comprovam o potencial da co-pirólise como método de reciclagem química de artefatos de polipropileno pós-consumo

Avaliação da acidez de bio-óleos obtidos pela pirólise de óleos vegetais pós-consumo

O descarte irregular do óleo vegetal pós-consumo diretamente na rede de esgoto vem causando grandes problemas para o meio ambiente. Atualmente, essa problemática tem se intensificado devido ao aumento de produção e consumo destes óleos, o que por conseqüência aumenta o despejo desordenado. No presente estudo foi realizada a obtenção do bio-óleo a partir da pirólise térmica em atmosfera de nitrogênio, a 400C, por 20 minutos, do óleo vegetal pós-consumo, provenientes das seguintes oleoginosas: soja, milho, girassol e canola. As pirólises não-catalíticas apresentaram uma geração média entre 40 e 50% de um bio-óleo, de elevado índice de acidez, 81,8 mg NaOH/g. Na pirólise catalítica, a argila ácida K10 foi o catalisador que apresentou melhor eficácia para geração de um bio-óleo de menor índice de acidez. A concentração ótima do catalisador foi de 5%(m/m), gerando 482 % de um bio-óleo com índice de acidez de 43,8 mg NaOH/g. A caracterização dos líquidos pirolíticos obtidos foi realizada através da técnica de espectrofotometria na região do infravermelho (FTIR) e cromatografia em fase gasosa acoplada a espectrômetro de massas (CG/EM) que monstraram que a trioleína, o triglicerídeo do ácido oléico, foi craqueado, gerando o hexadecanoato de octadecila e o oleato de eicosila, ésteres do respectivo ácido graxo

Avaliação de uma resina polimérica contendo nanopartículas de prata

Neste trabalho foi testada a eficiência antimicrobiana de um nanocompósito de prata preparado a partir da modificação da resina comercial Lewatit VPOC1800 (contendo grupos sulfônicos) para três espécies de bactérias (Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa e Escherichia coli.) cuja estrutura e composição das camadas externas da parede celular são distintas. Em termos da susceptibilidade aos biocidas essa diferença pode significar um fator importante de estudo. A avaliação da atividade biocida foi feita através de experimento que estimou a zona de inibição proporcionada pela atividade da resina sobre as bactérias estudadas. A resina mostrou eficiência biocida que aparentemente não é afetada pelas diferenças morfológicas das bactérias estudadas. Uma série de teste em batelada foi realizado com o intuito de se verificar a massa da resina e o tempo de contato ideal com a solução a ser descontaminada, chegando aos valores de 0,2g e 1minuto. As diferentes concentrações bacterianas utilizadas no estudo não influenciaram na atividade antimicrobiana da resina. Um estudo em coluna foi realizado para se averiguar o ponto de saturação do compósito, observando-se que a curva de ruptura da resina segue um tendência exponencial crescente igual a todas as espécies estudas, atingindo a saturação em aproximadamente 2250 mL

Estudo de pirólise catalítica de biomassa em escala piloto para melhoramento da qualidade do bio-óleo

A pirólise rápida é um processo para conversão térmica de uma biomassa sólida em altos rendimentos de um produto líquido chamado de bio-óleo. Uma das alternativas para geração de um bio-óleo com menor teor de oxigênio é uso de catalisadores nos reatores de pirólise, ao invés de um inerte, num processo chamado de pirólise catalítica. O objetivo deste trabalho foi testar catalisadores comerciais, um ácido e outro básico, em uma unidade piloto de leito fluidizado circulante. O catalisador ácido utilizado foi o Ecat, proveniente de uma unidade industrial de craqueamento catalítico fluido (FCC), e como catalisador básico foi utilizado uma hidrotalcita. Os resultados foram comparados com testes utilizando um material inerte, no caso uma sílica. Uma unidade piloto de FCC do CENPES foi adaptada para realizar os testes de pirólise catalítica. Após fase de modificação e testes de condicionamento, foi comprovada a viabilidade na utilização da unidade piloto adaptada. Contudo, devido a limitações operacionais, maiores tempos de residência tiveram que ser aplicados no reator, configurando o processo como pirólise intermediária. Foram então realizados testes com os três materiais nas temperaturas de 450C e 550C. Os resultados mostraram que o aumento do tempo de residência dos vapores de pirólise teve um impacto significativo nos rendimentos dos produtos quando comparada com o perfil encontrado na literatura para pirólise rápida, pois devido ao incremento das reações secundárias, produziu maiores rendimentos de coque e água, e menores rendimentos de bio-óleo. O Ecat e a hidrotalcita se apresentaram mais efetivos em termos de desoxigenação. O primeiro apresentou maiores taxas de desoxigenação via desidratação e a hidrotalcita apresentou maior capacidade para descarboxilação. Contudo, o uso de Ecat e hidrotalcita não se mostrou adequado para uso em reatores de pirólise intermediária, pois acentuou ainda mais as reações secundárias, gerando um produto com alto teor de água e baixo teor de compostos orgânicos no bio-óleo, além de produzirem mais coque. À temperatura de 450C estes efeitos foram mais pronunciados. Em termos de caracterização química, a condição de pirólise intermediária apontou para a produção de bio-óleos com perfil fenólico, sendo a sílica o que proporcionou os melhores rendimentos, principalmente a temperatura de 550C, sendo superiores aos encontrados na literatura. Analisando as composições dos bio-óleos sob a ótica da produção de biocombustíveis, nenhum dos materiais testados apresentou rendimentos consideráveis em hidrocarbonetos. De maneira geral, a sílica foi o que proporcionou os melhores resultados em termos de rendimento e qualidade do bio-óleo. Sua menor área superficial e sua característica de inerte se mostraram mais adequados para o processo de pirólise intermediária, onde a contribuição das reações secundárias em fase gasosa é elevada em função do tempo de residência no reator

Otimização da co-pirólise de gasóleo pesado com embalagens de PEAD pós-uso utilizando planejamento fatorial

A co-pirólise é uma rota promissora, uma vez que minimiza o impacto ambiental causado pela disposição do plástico de maneira inadequada, evita seu acúmulo em lixões e permite um melhor aproveitamento de um recurso natural não-renovável, o petróleo, matéria prima importante para a geração de energia e obtenção de produtos químicos. O presente trabalho teve como objetivo a definição das condições experimentais mais propícias à obtenção de líquidos pirolíticos com alta fração de óleo diesel, resultantes da co-pirólise de polietileno de alta densidade (PEAD) pós-consumo com gasóleo pesado tilizando-se catalisador de FCC (Fluid Catalytic Cracking). Como instrumento de otimização das condições experimentais, optou-se pela Metodologia Planejamento Fatorial. Foi também estudado o efeito das condições experimentais, como: a temperatura de reação, a relação gasóleo/polietileno e a quantidade de catalisador no meio reacional. As amostras de polietileno, gasóleo e catalisador foram submetidas à co-pirólise em sistema de leito fixo, sob fluxo constante de nitrogênio, variando-se a temperatura entre 450 C a 550 C, a quantidade de PEAD no meio reacional foi de 0,2 a 0,6 g, e a quantidade de catalisador foi de zero a 0,06 g, mantendo-se fixa a quantidade de gasóleo em 2 g. Foram efetuadas as caracterizações física e química do gasóleo, polietileno pós-uso e do catalisador. Como resultado, obteve-se a produção de 87% de fração de óleo diesel em duas condições diferentes: (a) 550 0C de temperatura sem catalisador; (b) 500 0C de temperatura e 25% de catalisador FCC. Em ambos os casos, a quantidade de gasóleo pesado e PEAD foram constantes (2 g Gasóleo; 0,2 g PEAD), assim com o tempo de reação de 15 minutos. A fração de óleo diesel obtida neste estudo alcançou o poder calorífico de 44,0 MJ/Kg que é similar ao óleo diesel comercial. É importante ressaltar que em ambos os casos nenhum resíduo foi produzido, sendo uma rota ambientalmente importante para reciclagem de embalagens plásticas contaminadas com óleo lubrificante originárias de postos de serviço, visando à recuperação de ambos conteúdo energético e orgânico dos resíduos de embalagens plásticas pós-uso

Caracterização e pirólise de arenitos asfálticos oriundos da Formação Pirambóia, Bacia do Paraná: avaliação da viabilidade para produção de óleo

Neste trabalho, algumas caracterizações químicas foram realizadas em arenitos asfálticos da região de Piracicaba-SP, Formação Piramboia da Bacia do Paraná, para verificar seu potencial de produção de óleo. Para isso, as amostras obtidas da região foram submetidas a avaliação por termogravimetria, teor de umidade, teor de cinzas, teor de material orgânico por extração, pirólise, análise elementar e fracionamento em coluna. Por TGA observou-se que a 500 C praticamente todo material orgânico presente sofreu pirólise. A extração colaborou para se obter a classificação das amostras quanto ao teor de material orgânico, apresentando entre 4 e 13%, sendo que pelos teores encontrados a amostra AM06 é considerada de alto potencial produtivo, as amostras AM05, AM08 e AM09 são de médio, as amostras AM01, AM02, AM03 e AM07 possuem baixo, mas ainda atrativo, e a AM04 não possui atratividade. Pela avaliação elementar, a relação H/C e O/C dos extratos evidenciaram que algumas amostras estão no processo final da diagênese e outras no início da catagênese, indicando que elas estão no processo inicial de maturação. A avaliação cromatográfica dos extratos revelou que houve perdas de óleo por intemperismo restando majoritariamente compostos de alto peso molecular. O fracionamento permitiu verificar que as amostras AM01, AM06 e AM09 possuem maior quantidade de hidrocarbonetos livres e as amostras AM06 e AM07 e AM09 apresentaram maior teor de óleo. O procedimento de pirólise evidenciou que as amostras AM01, AM05, AM06 e AM09 apresentam maior potencial de geração de óleo, sendo que a faixa encontrada de óleo pirolítico ficou entre 2 e 8%, e através de avaliação por CGAR e CGAR-EM observou-se que ela promove a liberação de quantidades consideráveis de substâncias mais leves do que quando comparados aos extratos obtidos diretamente nas amostras originais. Além de produzir uma série homóloga de hidrocarbonetos parafínicos e olefínicos. A comparação dos produtos de pirólise dos arenitos com os produtos de pirólise de um resíduo de vácuo por CGAR-EM permitiu observar que existe similaridade entre suas composições, onde o processo de pirólise do resíduo de vácuo gera uma série homóloga de hidrocarbonetos entre C10 a C32, similar aos produtos de pirólise da amostra AM09, porém com menor variedade de tipos de hidrocarbonetos. A pré-avaliação da co-pirólise dos arenitos com resíduos plásticos indicou que é possível aumentar a geração de líquidos, porém é necessário mais estudo para afirmações inequívocas. Com base nos resultados das avaliações realizadas podemos concluir que a região apresenta na sua maioria potencial interessante para produção de óleo utilizando pirólise

Reciclagem termoquímica de resíduos de plásticos e de pneus por pirólise

A sociedade moderna encontra-se cada vez mais dependente dos combustíveis líquidos bem como de produtos derivados do petróleo. Em virtude do limitado tempo de vida das reservas naturais de petróleo, torna-se imperativo encontrar fontes alternativas de produção de hidrocarbonetos. A pirólise de resíduos de pneus e plásticos pode ser uma dessas possíveis fontes. Neste processo, o tratamento termoquímico implementado aos resíduos permite, não só, a valorização económica resultante da sua transformação em produtos de valor acrescido, como também a recuperação do conteúdo orgânico. O referido processo conduz à formação de hidrocarbonetos em fase líquida que podem ser utilizados pela indústria como combustíveis líquidos e/ou como matéria-prima. O presente trabalho tem como objectivo principal a definição das condições experimentais mais propícias à obtenção de combustíveis líquidos (maximização) resultantes da pirólise de misturas de resíduos de borracha de pneus e plásticos nomeadamente polietileno (PE), polipropileno (PP) e poliestireno (PS). Como instrumento de optimização das condições experimentais optou-se pela Metodologia dos Planos Factoriais de Ensaios. Os resultados experimentais obtidos mostram que as taxas de conversão em fase líquida podem atingir valores superiores a 80% (m/m) dependendo das condições experimentais utilizadas bem como do tipo e mistura de resíduos a pirolisar. Os rendimentos das fracções gasosa e sólida podem atingir valores na ordem dos 5% e 12% (respectivamente). Foi também estudado o efeito das condições experimentais nomeadamente a temperatura de reacção, pressão inicial, tempo de reacção e composição da mistura. Este estudo revelou que a maximização da fracção líquida é favorecida por uma temperatura de ensaio de 370ºC, uma pressão inicial de 0,48MPa e um tempo de ensaio de 15 minutos. Relativamente à composição da mistura, os melhores resultados foram obtidos com 30% (m/m) de resíduos de borracha de pneus (BP) associados a uma mistura de 70% (m/m) de resíduos de plásticos composta por 20% polietileno, 30% polipropileno e 20% poliestireno. Igualmente foi feita a caracterização física e química da matéria-prima e dos produtos obtidos pelo referido processo, bem como, o estudo da presença de diferentes substâncias potencialmente doadores de hidrogénio ao meio reaccional de forma a melhorar o rendimento líquido. Por último, foram realizados estudos cinéticos das reacções químicas de formação dos diferentes produtos aos resíduos de borracha de pneus (BP), misturas de resíduos de plástico (PE, PP e PS) e suas misturas. Ainda, foram ajustados os resultados obtidos pelo modelo teórico aos resultados experimentais, propostos mecanismos reaccionais de formação dos produtos e calculados os parâmetros cinéticos. De acordo com os resultados obtidos, a pirólise pode representar um papel significativo na valorização energética e orgânica destes resíduos apesar de, ainda, ser necessário o desenvolvimento de alguns aspectos tecnológicos de modo a tornar mais atraente a implementação desta tecnologia à escala industrial.

Metrologia óptica com fibra polimérica

O presente trabalho teve por objectivo global o estudo e desenvolvimento de sensores baseados em fibra óptica polimérica. O crescimento da tecnologia polimérica nos últimos anos permitiu a introdução deste tipo de fibras ópticas na área das telecomunicações e no desenvolvimento de sensores. As vantagens associadas à metrologia óptica com fibra polimérica têm vindo a atrair as atenções da comunidade científica dado que permitem o desenvolvimento de sistemas de baixo-custo ou custo competitivo face às tecnologias convencionais. Dada a actualidade do tema proposto, descreve-se, numa primeira fase, a tecnologia em fibra óptica polimérica existente no mercado e o estado de arte de sensores em fibra óptica polimérica. Segue-se a descrição de dois tipos de sensores baseados em modulação de intensidade. Projectou-se um sensor extrínseco capaz de avaliar a quantidade de luz dispersa e absorvida por partículas suspensas num líquido. Foi efectuada a caracterização do sensor quanto à concentração de partículas suspensas, tamanho e reflectividade. O sensor foi testado no âmbito da monitorização ambiental, designadamente, na análise de turbidez em amostras de sedimentos recolhidos em áreas ardidas. O sistema desenvolvido foi comparado com um sistema comercial. Um sensor intrínseco, baseado no polimento lateral de fibra óptica polimérica, foi analisado analiticamente. O modelo teórico avalia o sensor em diferentes condições de macroencurvamento e de índice de refracção do meio envolvente. O modelo teórico foi validado positivamente através de resultados experimentais. Foi avaliada a sensibilidade à temperatura e os conhecimentos adquiridos foram aplicados no desenvolvimento de um sistema capaz de monitorizar a cura de diferentes materiais. É ainda apresentada uma técnica para melhorar a sensibilidade do sensor de curvatura através da aplicação de um revestimento na zona sensível. A dependência na curvatura da potência transmitida por uma fibra óptica polida lateralmente serviu de base ao desenvolvimento de uma joelheira e de uma cotoveleira instrumentada, capazes de avaliar quantitativamente o movimento articular. A necessidade de portabilidade levou ao desenvolvimento de um sistema sem fios para aquisição e transmissão de dados. Espera-se que os protótipos desenvolvidos venham a ter um impacto significativo em sistemas futuros aplicados à medicina física e reabilitação.

Simulação de um processo de pirólise rápida de biomassa

Mestrado em Engenharia Química - Ramo Optimização Energética na Indústria Química

Estudo da pirólise de misturas de resíduos de plásticos, pneus e biomassa

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química e Bioquímica

Síntesis y caracterización de un material híbrido de matriz polimérica de polivinil butiral.

Tesis (Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con Especialidad en Materiales) UANL, 2013.

Patrones y mecanismos de fractura en los materiales compuestos de matriz polimérica reforzados con fibras.

Tesis (Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con Especialidad en Materiales) UANL, 2013.

Aspectos físicos y factores que determinan la calidad superficial en el maquinado de compósitos de matriz polimérica reforzados con fibras.

Tesis (Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales) UANL, 2014.