Comparative study of amine solutions used in CO2 absorption/desorption cycles

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química

Choosing amine-based absorbents for CO2 capture

CO2 capture from gaseous effluents is one of the great challenges faced by chemical and environmental engineers, as the increase in CO2 levels in the Earth atmosphere might be responsible for dramatic climate changes. From the existing capture technologies, the only proven and mature technology is chemical absorption using aqueous amine solutions. However, bearing in mind that this process is somewhat expensive, it is important to choose the most efficient and, at the same time, the least expensive solvents. For this purpose, a pilot test facility was assembled and includes an absorption column, as well as a stripping column, a heat exchanger between the two columns, a reboiler for the stripping column, pumping systems, surge tanks and all necessary instrumentation and control systems. Some different aquous amine solutions were tested on this facility and it was found that, from a set of six tested amines, diethanol amine is the one that turned out to be the most economical choice, as it showed a higher CO2 loading capacity (0.982 mol of CO2 per mol of amine) and the lowest price per litre (25.70 ¤/L), even when compared with monoethanolamine, the benchmark solvent, exhibiting a price per litre of 30.50 ¤/L.

Templated synthesis of carbon materials mediated by porous clay heterostructures

Mesoporous carbon materials were prepared through template method approach using porous clay heterostructures (PCHs) as matrix and furfuryl alcohol as carbon precursor. Three PCHs prepared using amines with 8, 10 and 12 carbon atoms were used. The effect of several impregnation-polymerization cycles of the carbon precursor, the carbonization temperature and the need of a previous surface alumination were evaluated. The presence of two porosity domains was identified in all the carbon materials. These two domains comprise pores resulting from the carbonization of the polymer film formed in the inner structure of the PCH (domain I) and larger pores created by the clay particles aggregation (domain II). The predominance of the porosity associated to domain I or II can be achieved by choosing a specific amine to prepare the PCH matrix. Carbonization at 700 C led to the highest development of pores of domain I. In general, the second impregnation-polymerization cycle of furfuryl alcohol resulted in a small decrease of both types of porosity domains. Furthermore the previous acidification of the surface to create acidic sites proved to be unnecessary. The results showed the potential of PCHs as matrices to tailor the textural properties of carbons prepared by template mediated synthesis.

Hydroisomerization of n-decane over SAPO-11 catalysts synthesized with methylamine as co-template

The present work deals with preliminary studies concerning a new synthesis approach to prepare SAPO materials with AEL structure and evaluate their catalytic behavior in the hydroisomerization of long paraffins. The new SAPO-11 catalysts were synthesized with the help of a small amine (methylamine, MA) added during the preparation of the initial gel. As MA incorporates into the structure of the final materials, it contributes, together with DPA (dipropylamine), to an increase in Si incorporation as isolated species, which results in Bronsted acid sites. Thus, this new and original synthesis strategy allows to obtain materials with enhanced Bronsted acidity when compared with free MA materials. The catalysts were tested in n-decane hydroisomerization (n-decane was used as a model molecule) and confirmed the effect of MA on the acidic properties of the catalysts. The samples synthesized with MA present a higher number of acid sites that increase the catalytic conversion but have a negative effect in the isomerization selectivity, i.e. a more significant amount of cracking products is formed.

Desenvolvimento de materiais poliméricos resistentes à radiação UV: determinação quantitativa de estabilizadores à radiação UV

A presente tese teve por objectivo principal o desenvolvimento de métodos que permitissem quantificar alguns aditivos HALS (Hindered Amine Ligth Stabilizers - Aminas Estericamente Impedidas Estabilizadoras à luz), tais como, Tinuvin 622®, Chimassorb 944® e Chimassorb 2020® presentes em amostras de corda sintética. Os métodos de quantificação compreenderam a hidrólise básica para o Tinuvin 622® e a hidrólise ácida para ambos os Chimassorbs, e a separação e identificação por HPLC-MS/MS dos produtos da mesma. Procedendo à realização do método com o respectivo padrão de cada aditivo foi possível obter-se uma curva de calibração para o Tinuvin 622® (y = 899733 X - 96173; r = 0,9979) e para o Chimassorb 944® (y = 44177 X - 18248; r = 0,9965). Relativamente ao Chimassorb 2020® foram realizados alguns ensaios preliminares fundamentais para o desenvolvimento de um método de quantificação para este aditivo. Para o Tinuvin 622® foram realizados ainda ensaios de forma a desenvolver-se um método em que a quantificação ocorresse exclusivamente pela separação do hidrolisado no HPLC com detector UV. Dado que o Tinuvin 622® não apresenta absorção no UV optou-se por realizar a derivatização fluorescente deste através da esterificação com PyCOOH (ácido pirenobutírico) em meio ácido. Nas amostras de corda foram realizados ensaios de envelhecimento e tracção, ensaios de brilho, ensaios de absorção, bem como a quantificação do Tinuvin 622® nas cordas com e sem tratamento de irradiação (envelhecimento). Comprovou-se que as amostras de corda contêm cerca de 0,2% de Tinuvin 622® e que a corda preta não contém aditivo HALS. Verificou-se que em cordas sujeitas à radiação UV, a tensão de ruptura é influenciada pela quantidade de Tinuvin 622® e que esta por sua vez depende do tempo de exposição a que a corda foi sujeita. Por outro lado, concluiu-se que a cor (pigmentos) e o brilho não apresentam influência significativa na resistência das cordas quando expostas à radiação UV.

A simulation study on the abatement of CO2 emissions by de-absorption with monoethanolamine

Because of the adverse effect of CO2 from fossil fuel combustion on the earth's ecosystems, the most cost-effective method for CO2 capture is an important area of research. The predominant process for CO2 capture currently employed by industry is chemical absorption in amine solutions. A dynamic model for the de-absorption process was developed with monoethanolamine (MEA) solution. Henry's law was used for modelling the vapour phase equilibrium of the CO2, and fugacity ratios calculated by the Peng-Robinson equation of state (EOS) were used for H2O, MEA, N-2 and O-2. Chemical reactions between CO2 and MEA were included in the model along with the enhancement factor for chemical absorption. Liquid and vapour energy balances were developed to calculate the liquid and vapour temperature, respectively.

Incorporation of niobium in SAPO-11 materials: Synthesis and characterization

The present work concerns a new synthesis approach to prepare niobium based SAPO materials with AEL structure and the characterization ofNb species incorporated within the inorganic matrixes. The SAPO-11 materials were synthesized with or without the help of a small amine, methylamine (MA) as co-template, while Nb was added directly during the preparation of the initial gel. Structural, textural and acidic properties of the different supports were evaluated by XRD, TPR, UV-Vis spectroscopy, pyridine adsorption followed by IR spectroscopy and thermal analyses. Pure and well crystalline Nb based SAPO-11 materials were obtained, either with or without MA, using in the initial gel a low Si content of about 0.6. Increasing the Si content of the gel up to 0.9 led to an important decrease of the samples crystallinity. Niobium was found to incorporate the AEL pores support as small Nb2O5 oxide particles and also as extra framework cationic species (Nb5+), compensating the negative charges from the matrix and generating new Lewis acid sites. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

Estudos de absorção de CO2 com soluções aminadas

A absorção química de dióxido de carbono (CO2) através de soluções aquosas de aminas tem sido estudada nos últimos anos devido à preocupação ambiental face ao aquecimento global. Nestes estudos, foram tidos como principais objectivos a realização de ensaios preliminares de absorção e desabsorção de CO2 em soluções aquosas de aminas bem como a construção de uma instalação piloto para a mesma finalidade. Inicialmente, a nível laboratorial, procedeu-se à absorção de CO2 através de soluções aquosas de aminas. As aminas utilizadas nestes estudos foram a monoetanolamina (MEA), etilenodiamina (EDA), 1,6- hexanodiamina (HDA) e piperazina anidra (PZ). A absorção de CO2 através destas aminas foi realizada experimentalmente às condições normais de pressão e temperatura. A concentração das soluções aquosas foi de 20% em massa de cada amina. Foram também realizados estudos de regeneração das soluções aquosas de aminas saturadas de CO2 em banho de glicerina, para determinar as condições de regeneração. Para além disso, observou-se o estado físico das aminas no estado puro até saturação com CO2 para garantir a não ocorrência de danos a nível de entupimento numa posterior utilização na instalação piloto. Por fim, voltaram-se a repetir todos estes ensaios experimentais utilizando-se, em vez da água destilada, um solvente polar aprótico, dimetilsulfóxido (DMSO). Numa segunda fase destes estudos, a absorção de CO2 através de soluções aquosas de aminas foi investigada experimentalmente numa instalação piloto. O objectivo era utilizar nesta fase do estudo as mesmas aminas utilizadas nos ensaios preliminares mas uma vez que não se dispunha das quantidades necessárias de aminas e para a sua aquisição teria que se despender bastante tempo e dinheiro, utilizaram-se duas soluções aquosas de alcanolaminas. As alcanolaminas utilizadas no presente estudo foram a amina secundária dietanolamina (DEA) e a amina terciária N-metildietanolamina (MDEA), duas aminas amplamente utilizadas nas indústrias químicas e petroquímicas para a purificação dos gases de combustão. A absorção de CO2 através destas duas alcanolaminas foi realizada experimentalmente às condições normais de pressão e temperatura. As concentrações das soluções aquosas foram de (10, 20 e 30) % em massa de MDEA e de DEA. O processo de adição de cloreto de bário (BaCl2.2H2O) às alcanolaminas ajuda à formação de carbonato de bário, quando o CO2 passa através da solução de alcanolamina. A quantidade de carbonato de bário formado foi utilizado para determinar a solubilidade do CO2 (mol CO2/mol alcanolamina). O principal desafio na captura de CO2 dos gases de combustão é o de reduzir o consumo de energia necessária para a regeneração do solvente. Deste modo, foram também realizados estudos de regeneração das soluções de alcanolaminas saturadas, para determinar as condições de regeneração. Os resultados obtidos, a nível laboratorial, revelaram que uma amina secundária (PZ) e uma amina primária de cadeia longa (HDA) são mais favoráveis ao processo de absorção e regeneração de CO2. No entanto, e devido a essa mesma estrutura molecular, necessitam de maiores valores de temperaturas para desabsorver o CO2. Garantiu-se poder trabalhar com as quatro aminas no estado puro em estudos futuros, na instalação piloto, garantindo que não ocorrerão danos a nível de entupimento. Relativamente ao solvente utilizado concluiu-se que um solvente polar aprótico não é um solvente favorável para estes estudos. Os resultados obtidos, na instalação piloto, revelaram que a amina terciária, MDEA, consegue absorver maiores quantidades de CO2 do que a amina secundária, EDA, bem como é a mais fácil de regenerar com menor perda de capacidade de absorção do que a EDA.

Compostos de dextrano-manose marcados com o 67Ga para a deteção do gânglio sentinela

Mestrado em Medicina Nuclear - Área de especialização: Radiofarmácia.

Vanadium complexes: recent progress in oxidation catalysis

Oxidovanadium complexes and, to a less extent, some non-oxido ones, are widely used as catalysts or catalyst precursors for various oxidative catalytic reactions by H2O2, (BuOOH)-Bu-t or O-2 under mild conditions. Oxidation reactions (oxidation of alkanes and alcohols, epoxidation of alkenes and allylic alcohols, oxidative bromination, sulfoxidation and oxidative Strecker reactions) of organic compounds are the most relevant ones and are reviewed considering the recent advances in the last five years (2010-2014). The main types of both homogeneous and supported vanadium catalysts and the most efficient catalytic systems in the different reactions are presented and compared. The proposed mechanisms of various catalytic oxidation processes are also outlined. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.