New heterogeneous catalysts for trans-esterification of triglycerides

This paper describes preliminary work done towards the development of new metallic heterogeneous catalysts to be used in the transesterification reaction of triglycerides, which is of considerable interest in the production of biodiesel. Biodiesel, is a mixture of mono-alkyl esters of fatty acids, and is currently manufactured by transesterification of triglycerides with methanol using NaOH or KOH as liquid base catalyst. Catalysts as such are corrosive to the equipment, and as these catalysts are in liquid phase must be neutralized after the completion of the reaction, typically using HCl, thus producing salt streams. Moreover, due to the presence of free fatty acids it reacts to form soaps as unwanted by-products, hence requiring more expensive separation processes. Therefore, there is a great need on the development of industrial processes for biodiesel production using solid acid catalysts. The key benefit of using solid acid catalysts is that no polluting by-products are formed and the catalysts do not have to be removed since they do not mix with the biodiesel product.

Advances on the development of novel heterogeneous catalysts for transesterification of triglycerides in biodiesel

This paper describes experimental work done towards the search for more profitable and sustainable alternatives regarding biodiesel production, using heterogeneous catalysts instead of the conventional homogenous alkaline catalysts, such as NaOH, KOH or sodium methoxide, for the methanolysis reaction. This experimental work is a first stage on the development and optimization of new solid catalysts, able to produce biodiesel from vegetable oils. The heterogeneous catalytic process has many differences from the currently used in industry homogeneous process. The main advantage is that, it requires lower investment costs, since no need for separation steps of methanol/catalyst, biodiesel/catalyst and glycerine/catalyst. This work resulted in the selection of CaO and CaO modified with Li catalysts, which showed very good catalytic performances with high activity and stability. In fact FAME yields higher than 92% were observed in two consecutive reaction batches without expensive intermediate reactivation procedures. Therefore, those catalysts appear to be suitable for biodiesel production.

Toxicological Assessment of Coated versus Uncoated Rubber Granulates Obtained from Used Tires for Use in Sport Facilities

Reuse of tire crumb in sport facilities is currently a very cost-effective waste management measure. Considering that incorporation of the waste materials in artificial turf would be facilitated if the rubber materials were already colored green, coatings were specifically developed for this purpose. This paper presents an experimental toxicological and environmental assessment aimed at comparing the obtained emissions to the environment in terms of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), heavy metals, and ecotoxicity for coated and noncoated rubber granulates. This study is a comprehensive evaluation of the major potential critical factors related with the release of all of these classes of pollutants because previous studies were not systematically performed. It was concluded that between the two types of coatings tested, one is particularly effective in reducing emissions to the environment, simultaneously meeting the requirements of adherence and color stability.

Influence of LPG composition on straw applied one componente PU winter foam

O principal objectivo desta tese é obter uma relação directa entre a composição dos gases liquefeitos de petróleo (GLP), propano, n-butano e isobutano, usados como aerossóis propulsores numa lata de poliuretano de um componente, com as propriedades das espumas produzidas por spray. As espumas obtidas, terão de ter como requisito principal, um bom desempenho a temperaturas baixas, -10ºC, sendo por isso designadas por espumas de Inverno. Uma espuma é considerada como tendo um bom desempenho se não apresentar a -10/-10ºC (temperatura lata/ spray) glass bubbles, base holes e cell collapse. As espumas deverão ainda ter densidades do spray no molde a +23/+23ºC abaixo dos 30 g/L, um rendimento superior a 30 L, boa estabilidade dimensional e um caudal de espuma a +5/+5ºC superior a 5 g/s. Os ensaios experimentais foram realizados a +23/+23ºC, +5/+5ºC e a -10/-10ºC. A cada temperatura, as espumas desenvolvidas, foram submetidas a testes que permitiram determinar a sua qualidade. Testes esses que incluem os designados por Quick Tests (QT): o spray no papel e no molde das espumas nas referidas temperaturas. As amostras do papel e no molde são especialmente analisadas, quanto, às glass bubbles, cell collapse, base holes, cell structur e, cutting shrinkage, para além de outras propriedades. Os QT também incluem a análise da densidade no molde (ODM) e o estudo do caudal de espumas. Além dos QT foram realizados os testes da estabilidade dimensional das espumas, testes físicos de compressão e adesão, testes de expansão das espumas após spray e do rendimento por lata de espuma. Em todos os ensaios foi utilizado um tubo adaptador colocado na válvula da lata como método de spray e ainda mantida constante a proporção das matérias-primas (excepto os gases, em estudo). As experiências iniciaram-se com o estudo de GLPs presentes no mercado de aerossóis. Estes resultaram que o GLP: propano/ n-butano/ isobutano: (30/ 0/ 70 w/w%), produz as melhores espumas de inverno a -10/-10ºC, reduzindo desta forma as glass bubbles, base holes e o cell collapse produzido pelos restantes GLP usados como aerossóis nas latas de poliuretano. Testes posteriores tiveram como objectivo estudar a influência directa de cada gás, propano, n-butano e isobutano nas espumas. Para tal, foram usadas duas referências do estudo com GLP comercializáveis, 7396 (30 /0 /70 w/w %) e 7442 (0/ 0/ 100 w/w %). Com estes resultados concluí-se que o n-butano produz más propriedades nas espumas a -10/- 10ºC, formando grandes quantidades de glass bubbles, base holes e cell collapse. Contudo, o uso de propano reduz essas glass bubbles, mas em contrapartida, forma cell collapse.Isobutano, porém diminui o cell collapse mas não as glass bubbles. Dos resultados experimentais podemos constatar que o caudal a +5/+5ºC e densidade das espumas a +23/+23ºC, são influenciados pela composição do GLP. O propano e n-butano aumentam o caudal de espuma das latas e a sua densidade, ao contrário com o que acontece com o isobutano. Todavia, pelos resultados obtidos, o isobutano proporciona os melhores rendimentos de espumas por lata. Podemos concluir que os GLPs que contivessem cerca de 30 w/w % de propano (bons caudais a +5/+5ºC e menos glass bubbles a -10/-10ºC), e cerca 70 w/w % de isobutano (bons rendimentos de espumas, bem como menos cell collapse a -10/-10ºC) produziam as melhores espumas. Também foram desenvolvidos testes sobre a influência da quantidade de gás GLP presente numa lata. A análise do volume de GLP usado, foi realizada com base na melhor espuma obtida nos estudos anteriores, 7396, com um GLP (30 / 0/ 70 w/w%), e foram feitas alterações ao seu volume gás GLP presente no pré-polímero. O estudo concluiu, que o aumento do volume pode diminuir a densidade das espumas, e o seu decréscimo, um aumento da densidade. Também indico u que um mau ajuste do volume poderá causar más propriedades nas espumas. A análise económica, concluiu que o custo das espumas com mais GLP nas suas formulações, reduz-se em cerca de 3%, a quando de um aumento do volume de GLP no pré-polímero de cerca de 8 %. Esta diminuição de custos deveu-se ao facto, de um aumento de volume de gás, implicar uma diminuição na quantidade das restantes matérias-primas, com custos superiores, já que o volume útil total da lata terá de ser sempre mantido nos 750 mL. Com o objectivo de melhorar a qualidade da espuma 7396 (30/0/70 w/w %) obtida nos ensaios anteriores adicionou-se à formulação 7396 o HFC-152a (1,1-di fluoroetano). Os resultados demonstram que se formam espumas com más propriedades, especialmente a -10/-10ºC, contudo proporcionou excelentes shaking rate da lata. Através de uma pequena análise de custos não é aconselhável o seu uso pelos resultados obtidos, não proporcionando um balanço custo/benefício favorável. As três melhores espumas obtidas de todos os estudos foram comparadas com uma espuma de inverno presente no mercado. 7396 e 7638 com um volume de 27 % no prépolímero e uma composição de GLP (30/ 0 / 70 w/w%) e (13,7/ 0/ 86,3 w/w%), respectivamente, e 7690, com 37 % de volume no pré-polímero e GLP (30/ 0 / 70 w/w%), apresentaram em geral melhores resultados, comparando com a espuma benchmark . Contudo, os seus shaking rate a -10/-10ºC, de cada espuma, apresentaram valores bastante inferiores à composição benchmarking.

Assessment of the impact of the European CO2 emissions trading scheme on the Portuguese chemical industry

This paper describes an assessment of the impact of the enforcement of the European carbon dioxide (CO2) emissions trading scheme on the Portuguese chemical industry, based on cost structure, CO2 emissions, electricity consumption and allocated allowances data from a survey to four Portuguese representative units of the chemical industry sector, and considering scenarios that allow the estimation of increases on both direct and indirect production costs. These estimated cost increases were also compared with similar data from other European Industries, found in the references and with conclusions from simulation studies. Thus, it was possible to ascertain the impact of buying extra CO2 emission permits, which could be considered as limited. It was also found that this impact is somewhat lower than the impacts for other industrial sectors.

Production of surfactants from bio-materials

Este trabalho foi desenvolvido no âmbito de um projecto europeu, BIOPRODUCTION, tendo em vista o desenvolvimento de dois tipos de biomaterias funcionais: ésteres de açúcares com ácidos gordos (SFAE) e metacrilatos funcionais. A síntese laboratorial do biosurfactante SFAE foi efectuada utilizando como matérias-primas diferentes sacáridos, nomeadamente sacarose, glucose e melaço de cana-de-açúcar (mistura de polissacáridos), e ésteres metílicos de ácidos gordos (FAME) de óleos vegetais, tais como colza e coco. Esta síntese é constituída por dois passos: acilação dos açúcares com anidrido acético, e transesterificação do açúcar acilado com FAME, utilizando triflatos de lantanídeos como catalisador. Diferentes estequiometrias foram testadas, bem como diferentes processos de modo a evitar a degradação dos açúcares. Foram efectuados testes preliminares de emulsão e calculou-se, empiricamente, o respectivo HLB. Procedeu-se à caracterização do produto através de FTIR e RMN e também à optimização iterativa do processo de síntese. A modificação, à escala laboratorial, de metacrilatos de metilo (MMA) realizou-se recorrendo à sua transesterificação com polióis convencionais. Efectuaram-se testes de reticulação do produto com diferentes catalisadores e iniciadores para posterior aplicação em revestimentos de borracha. Por fim, para ambos os produtos serão necessários estudos adicionais de caracterização, nomeadamente tensão superficial para os biosurfactantes e propriedades mecânicas para polímeros modificados com MMA.

Assessment of exposure to airborne ultrafine particles in the urban environment of Lisbon, Portugal

The aim of this study was the assessment of exposure to ultrafine in the urban environment of Lisbon, Portugal, due to automobile traffic, and consisted of the determination of deposited alveolar surface area in an avenue leading to the town center during late spring. This study revealed differentiated patterns for weekdays and weekends, which could be related with the fluxes of automobile traffic. During a typical week, ultrafine particles alveolar deposited surface area varied between 35.0 and 89.2 μm2/cm3, which is comparable with levels reported for other towns such in Germany and the United States. These measurements were also complemented by measuring the electrical mobility diameter (varying from 18.3 to 128.3 nm) and number of particles that showed higher values than those previously reported for Madrid and Brisbane. Also, electron microscopy showed that the collected particles were composed of carbonaceous agglomerates, typical of particles emitted by the exhaustion of diesel vehicles. Implications: The approach of this study considers the measurement of surface deposited alveolar area of particles in the outdoor urban environment of Lisbon, Portugal. This type of measurements has not been done so far. Only particulate matter with aerodynamic diameters <2.5 (PM2.5) and >10 (PM10) μm have been measured in outdoor environments and the levels found cannot be found responsible for all the observed health effects. Therefore, the exposure to nano- and ultrafine particles has not been assessed systematically, and several authors consider this as a real knowledge gap and claim for data such as these that will allow for deriving better and more comprehensive epidemiologic studies. Nanoparticle surface area monitor (NSAM) equipments are recent ones and their use has been limited to indoor atmospheres. However, as this study shows, NSAM is a very powerful tool for outdoor environments also. As most lung diseases are, in fact, related to deposition of the alveolar region of the lung, the metric used in this study is the ideal one.

Estudo do uso de hidrotalcites de Mg-Al como catalisadores heterogéneos para produção de biodiesel

A transesterificação de óleos vegetais ou gorduras animais com um álcool de baixo peso molecular é o principal processo utilizado na produção de biodiesel. Actualmente os processos industriais utilizam catalisadores homogéneos para acelerar a reacção. No entanto a utilização de catalisadores heterogéneos, no processo de transesterificação, tem sido sugerido por vários investigadores pois, são amigos do ambiente e podem ser regenerados e reutilizados portanto possibilitam a utilização de processos contínuos. Neste contexto, a utilização de hidrotalcites Mg-Al, como catalisadores heterogéneos para produção de biodiesel foi investigada neste trabalho experimental. As hidrotalcites com diferentes razões molares Mg/Al (Mg/Al=1, 2, 3 e 4) foram preparadas pelo método de co-precipitação. As diversas matrizes catalíticas obtidas, calcinadas a diferentes temperaturas, foram caracterizadas por difracção de raios X (DRX), análise térmica (TG-DSC), espectroscopia de infravermelhos (MIR), microscopia electrónica de varrimento (SEM) e isotérmicas de adsorção com azoto (BET). Estes catalisadores foram testados na metanólise de óleos vegetais para produzir biodiesel. As hidrotalcites Mg/Al=2, HT2A e HT2B (preparada com metade da quantidade de NaOH) calcinadas a 507 ºC e 700 ºC, respectivamente, foram as que apresentaram melhores resultados ao catalisar a reacção com um rendimento em éster superior a 97%, utilizando 2.5% da massa de catalisador, em relação à massa do óleo, razão molar metanol/óleo igual a 12, temperatura reaccional de 65 ºC durante 4h. Foi também investigada a reutilização do catalisador e o efeito da temperatura de calcinação. Constatou-se que o catalisador hidrotalcite HT2B apresentou melhor comportamento catalítico pois permitiu catalisar a reacção de transesterificação até três ciclos reaccionais, convertendo em ésteres 97%, 92% e 34% no primeiro, segundo e terceiro ciclos reaccionais, respectivamente. A análise de, algumas propriedades do biodiesel obtido como, o índice de acidez, a viscosidade e o índice de iodo mostraram que os resultados obtidos estão dentro dos valores limite recomendados pela norma EN 14214. Em anexo apresenta-se uma comunicação à First International Conference on Materials for Energy, Karlsruhe, 2010.

On the assessment of exposure to airborne ultrafine particles in urban environments

The aim of this study was to contribute to the assessment of exposure levels of ultrafine particles in the urban environment of Lisbon, Portugal, due to automobile traffic, by monitoring lung deposited alveolar surface area (resulting from exposure to ultrafine particles) in a major avenue leading to the town center during late spring, as well as in indoor buildings facing it. Data revealed differentiated patterns for week days and weekends, consistent with PM2.5 and PM10 patterns currently monitored by air quality stations in Lisbon. The observed ultrafine particulate levels may be directly correlated with fluxes in automobile traffic. During a typical week, amounts of ultrafine particles per alveolar deposited surface area varied between 35 and 89.2 μm2/cm3, which are comparable with levels reported for other towns in Germany and the United States. The measured values allowed for determination of the number of ultrafine particles per cubic centimeter, which are comparable to levels reported for Madrid and Brisbane. In what concerns outdoor/indoor levels, we observed higher levels (32 to 63%) outdoors, which is somewhat lower than levels observed in houses in Ontario.

Monitoring exposure to airborne ultrafine particles in Lisbon, Portugal

The aim of this study is to contribute to the assessment of exposure levels of ultrafine particles (UFP) in the urban environment of Lisbon, Portugal, due to automobile traffic, by monitoring lung-deposited alveolar surface area (resulting from exposure to UFP) in a major avenue leading to the town centre during late Spring, as well as in indoor buildings facing it. This study revealed differentiated patterns for week days and weekends, consistent with PM(2.5) and PM(10) patterns currently monitored by air quality stations in Lisbon. The observed ultrafine particulate levels could be directly related with the fluxes of automobile traffic. During a typical week, UFP alveolar deposited surface area varied between 35.0 and 89.2 µm(2)/cm(3), which is comparable with levels reported for other towns such in Germany and United States. The measured values allowed the determination of the number of UFP per cm(3), which are comparable to levels reported for Madrid and Brisbane. In what concerns outdoor/indoor levels, we observed higher levels (32-63%) outdoor, which is somewhat lower than levels observed in houses in Ontario.

Exposure to airborne ultrafine particles from cooking in Portuguese homes

Cooking was found to be a main source of submicrometer and ultrafine aerosols from gas combustion in stoves. Therefore, this study consisted of the determination of the alveolar deposited surface area due to aerosols resulting from common domestic cooking activities (boiling fish, vegetables, or pasta, and frying hamburgers and eggs). The concentration of ultrafine particles during the cooking events significantly increased from a baseline of 42.7 μm2/cm3 (increased to 72.9 μm2/cm3 due to gas burning) to a maximum of 890.3 μm2/cm3 measured during fish boiling in water, and a maximum of 4500 μm2/cm3 during meat frying. This clearly shows that a domestic activity such as cooking can lead to exposures as high as those of occupational exposure activities.

Design of a new test chamber for evaluation of the toxicity of rubber infill

A test chamber was projected and built (according to ISO 16000-9 Standard) to simulate atmospheric conditions experienced by rubber infill (when applied in synthetic turf pitches) and measure accurately the airborne emissions of pollutants such as dusts and volatile organic compounds (VOC), as well as pollutants present in leachates. It should be pointed out that standard ISO 16000-9 is only concerned with the determination of the emission of VOC from building products and furnishing (not specific of synthetic turf materials), whereas other standards are concerned with the emission of leachates only. This procedure is to be considered as a technical option to the lysimeter "global turf system evaluation" when the rubber infill alone is to be evaluated. The advantage of the proposed option considering this "test chamber" is its simplicity and economy. This test chamber is actually installed and being used for tests in LAIST.

Study on the glycerolysis reaction of high free fatty acid oils for use as biodiesel feedstock

Biodiesel is the main alternative to fossil diesel and it may be produced from different feedstocks such as semi-refined vegetable oils, waste frying oils or animal fats. However, these feedstocks usually contain significant amounts of free fatty acids (FFA) that make them inadequate for the direct base catalyzed transesterification reaction (where the FFA content should be lower than 4%). The present work describes a possible method for the pre-treatment of oils with a high content of FFA (20 to 50%) by esterification with glycerol. In order to reduce the FFA content, the reaction between these FFA and an esterification agent is carried out before the transesterification reaction. The reaction kinetics was studied in terms of its main factors such astemperature, % of glycerin excess, % of catalyst used, stirring velocity and type of catalyst used. The results showed that glycerolysis is a promising pretreatment to acidic oils or fats (> 20%) as they led to the production of an intermediary material with a low content of FFA that can be used directly in thetransesterification reaction for the production of biodiesel. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Study on the use of MgAl hydrotalcites as solid heterogeneous catalysts for biodiesel production

This paper, reports experimental work on the use of new heterogeneous solid basic catalysts for biodiesel production: double oxides of Mg and Al, produced by calcination, at high temperature, of MgAl lamellar structures, the hydrotalcites (HT). The most suitable catalyst system studied are hydrotalcite Mg:Al 2:1 calcinated at 507 degrees C and 700 degrees C, leading to higher values of FAME also in the second reaction stage. One of the prepared catalysts resulted in 97.1% Fatty acids methyl esters (FAME) in the 1st reaction step, 92.2% FAME in the 2nd reaction step and 34% FAME in the 3rd reaction step. The biodiesel obtained in the transesterification reaction showed composition and quality parameters within the limits specified by the European Standard EN 14214. 2.5% wt catalyst/oil and a molar ratio methanol:oil of 9:1 or 12:1 at 60 -65 degrees C and 4 h of reaction time are the best operating conditions achieved in this study. This study showed the potential of Mg/Al hydrotalcites as heterogeneous catalysts for biodiesel production. (C) 2011 Elsevier Ltd. 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.