Catalizzatori polifunzionali per la sintesi di Metil Isobutil Chetone

In this work, we have examined the activity and selectivity of new catalysts for the single-stage production of methyl isobutyl ketone (MIBK, 4- methyl-2-pentanone) from acetone (both in liquid and gas phase), using a fixed bed reactor operated in the temperature range between 373 and 473 K. The main reaction pathways for the synthesis of MIBK from acetone are given in Fig.1. The first step is the self condensation of acetone to diacetone alcohol (DAA, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone); the second step is the dehydration of DAA to mesityl oxide (MO, 4-methyl-3-penten-2-one); the final step is the selective hydrogenation of the carbon–carbon double bond of MO to form MIBK. The most commonly observed side reactions are over-condensations and unselective hydrogenations (also shown in Fig.1). Two types of catalysts were studied: i)Pd supported on MgO-SiO2 mixed oxides with ratio of Mg to Si, synthetized using Ohnishi’s method and ii)Pd supported on alumina doped with 5% or 10% of MgO. The different Mg-Si and Mg-Al catalysts were characterized by different techniques (XRD, BET, SEM, NH3-TPD and CO2-TPD) and tested under different conditions in the condensation of acetone to diacetone alcohol and its dehydration to mesityl oxide to enhance the activity. Palladium was chosen as metal component, and its hydrogenation activity was studied. A low hydrogenation activity negatively affects the acetone conversion and promotes the production of mesityl oxide. Hydrogenation conditions being too severe may favor the unwanted hydrogenation of acetone to 2-propanol and of MIBK to methyl isobutyl carbinol (MIBC, 4-methyl-2-pentanol) but this effect is less detrimental to the MIBK selectivity than an unsufficient hydrogenation activity.

Biocatálise aplicada à valorização de óleos alimentares usados

O crescente consumo de energia, bem como a possibilidade de esgotamento dos recursos não renováveis, tem fomentado a busca de fontes de energia alternativas. O biodiesel é um biocombustível obtido a partir de fontes renováveis e a sua utilização permite reduzir as emissões de gases com efeito de estufa. Nos últimos anos tem-se produzido biodiesel a partir de óleos alimentares usados (OAU), sendo que com esta aplicação valoriza-se um resíduo e simultaneamente produz-se um combustível “verde”. O biodiesel é produzido através das reações de transesterificação e/ou esterificação entre triglicerídeos e/ou ácidos gordos livres e um álcool, na presença de um catalisador. O rendimento do processo está estritamente relacionado com o tipo de catalisador e as condições que este opera. O principal objetivo do presente trabalho consistiu na avaliação do efeito de alguns parâmetros operacionais no desempenho de uma lípase imobilizada (Novozyme® 435), nomeadamente: (i) índice de acidez do óleo, (ii) razão mássica de enzima/óleo e (iii) método regeneração da enzima com vista à sua reutilização. Também foi objeto de estudo do presente trabalho a produção em contínuo, num (bior)reator tubular de leito fixo, de ésteres metílicos de ácidos gordos (FAME) usando a referida enzima. Registou-se um aumento rendimento em com o incremento do índice de acidez do óleo usado, o que indicia que a enzima catalisa simultaneamente as reações de esterificação e transesterificação. Relativamente à razão mássica de enzima/óleo, dentro da gama testada verificou-se um aumento do rendimento em FAME com a concentração da enzima em meio reacional. Dos vários solventes testados, a aplicação de solvente tert-butanol na regeneração (com incubação) da enzima foi o que melhores resultados teve. Finalmente, os resultados obtidos no ensaio de produção de FAME num biorreator contínuo são motivadores, criando expectativas de uma possível aplicação industrial no futuro.

Características de cinzas e sua aplicação no tratamento de gases durante a gasificação de biomassa

Na procura de melhores combustíveis para a produção de energia térmica e energia elétrica, a biomassa apresenta-se como uma das fontes de energia renováveis menos prejudiciais ao meio ambiente, esta é considerada como um recurso neutro do ponto de vista de emissões de dióxido de carbono. Atualmente, a tecnologia predominante no domínio da conversão energética de biomassa por via termoquímica é a combustão. Contudo, verifica-se a procura de combustíveis de melhor qualidade produzidos a partir de biomassa, como por exemplo na forma gasosa (gás de combustível). A produção deste tipo de combustíveis gasosos envolvendo processos de gasificação carece do desenvolvimento de tecnologia que permita obter um gás combustível com características adequadas às utilizações pretendidas. Os problemas mais relevantes relacionados com a conversão termoquímica da biomassa incluem a produção de cinzas e de alcatrões, estes podem levar a vários problemas operatórios. O presente trabalho teve dois objetivos, a caracterização das cinzas resultantes do processo de combustão de biomassa e o estudo do efeito da aplicação das cinzas para melhorar as propriedades do gás produzido durante o processo de gasificação de biomassa, principalmente na redução de compostos condensáveis (alcatrões). As cinzas volantes da combustão de biomassa analisadas apresentam na sua constituição elementos químicos característicos da biomassa, onde o cálcio apresenta-se em concentrações mais elevadas. Em menores concentrações encontram-se sódio, magnésio, fósforo, enxofre, cloro, potássio, manganês e ferro. As cinzas de fundo, pelo contributo que a areia do leito tem, são caracterizadas por conterem grandes concentrações de silício. Durante os processos de gasificação de biomassa a concentração de compostos condensáveis diminuiu com o aumento da razão de equivalência. As cinzas, colocadas no reator de leito fixo, apresentam um efeito positivo sobre a qualidade do gás, nomeadamente um aumento de 47,8% no teor de H2 e de 11% de CO, consequentemente obteve-se um gás combustível com PCI (poder calorífico inferior) mais elevado.

Quitosana imobilizada em suporte inerte para a adsorção de corantes alimentícios em coluna de leito fixo

O uso de corantes sintéticos na indústria de alimentos tem provocado transtornos à saúde humana e ao meio ambiente. A quitosana pode ser imobilizada em matrizes sólidas e aplicada na remoção de corantes em coluna de leito fixo. A análise da dinâmica de uma coluna de leito fixo é baseada na curva de ruptura, esta é dependente da geometria da coluna, das condições operacionais e dos dados de equilíbrio. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi estudar o recobrimento de esferas de vidro por quitosana e sua aplicação como adsorvente de corantes em coluna de leito fixo. No estudo do recobrimento avaliaram-se os efeitos da concentração de quitosana e dos métodos de cura. As esferas recobertas foram aplicadas em ensaios de adsorção estático e dinâmico. Inicialmente, avaliou-se o equilíbrio de adsorção através da construção de isotermas e ajuste de modelos, e após, avaliaram-se os efeitos do tipo de cura e do grau de desacetilação da quitosana. Em seguida, foram analisados os efeitos do tipo de corante e do pH, e o comportamento cinético da adsorção pela construção de curvas de ruptura e ajuste de modelos dinâmicos. A influência da altura do leito e da concentração inicial de corante sobre os parâmetros da adsorção em leito fixo foram analisados através da metodologia de superfície de resposta (MSR). Ao final, estudou-se a regeneração da coluna. Os resultados mostraram que os maiores percentuais de recobrimento foram obtidos pelos métodos físico e físico/químico, na concentração de quitosana de 0,5% (m/v). Nestas condições o percentual de recobrimento foi de 46%. Nas imagens da superfície das esferas (MEV) observou-se que as mesmas foram recobertas de forma homogênea pela quitosana. As isotermas de equilíbrio obtidas foram classificadas como do tipo V, sendo o modelo de Sips o mais adequado para representar os dados experimentais. As capacidades máximas de adsorção foram 337 mg g-1, 286 mg g-1 e 200 mg g-1 para os corantes amarelo tartrazina, amarelo crepúsculo e vermelho 40, respectivamente. A aplicação das esferas recobertas com quitosana em leito fixo mostrou-se mais adequada utilizando o método de cura físico/químico e quitosana com grau de desacetilação de 85%. A máxima capacidade de adsorção da coluna em função do corante e do pH variou de 13 a 108 mg g–1. Os modelos BDST (bed–depth–service–time), Thomas e Yoon–Nelson foram adequados para representar os dados experimentais. De acordo com a MSR, o melhor desempenho do leito foi com altura de 30 cm e concentração inicial de corante de 50 mg L-1. Nestas condições, obteve-se tempo de ruptura de 88 min, máxima capacidade da coluna de 108 mg g-1 e remoção de 86 %. Na regeneração da coluna observou-se que cerca de 75% da capacidade máxima da coluna foi mantida após cinco ciclos de adsorção–eluição. Diante do exposto, a coluna de leito fixo empacotada com esferas recobertas com quitosana mostrou-se promissora na remoção de corantes de soluções aquosas.

Adsorção de cromo (VI) em leito fixo utilizando partículas de areia recobertas com Quitosana

Neste trabalho foi avaliado o processo de recobrimento de partículas de areia com quitosana utilizando a técnica dip-coating, e analisado o emprego destas partículas como recheio de uma coluna de leito fixo no processo de adsorção de cromo (VI) em solução aquosa. A quitosana foi obtida a partir de resíduos de camarão e caracterizada. O estudo avaliou a influência do tamanho das partículas e da concentração da solução de quitosana no recobrimento das partículas de areia. Foram avaliados parâmetros termodinâmicos, isotermas de equilíbrio e parâmetros relacionados ao funcionamento do leito (vazão e pH da solução, diâmetro de partícula) para o processo de adsorção de cromo (VI) em solução aquosa. No recobrimento das partículas de areia, o tamanho não teve significância na resposta, enquanto a concentração da solução de recobrimento mostrou ter grande influência sobre o resultado, sendo que a menor concentração de quitosana dentro da faixa estudada (0,5% p/v) apresentou o melhor desempenho. O processo de cura física para o recobrimento das partículas de areia mostrou melhor desempenho para a adsorção de cromo (VI) em leito fixo frente ao processo físico-químico. As análises de superfície (MEV) e de difração de raio-X (EDX) comprovaram a mudança na superfície das partículas recobertas e a presença de cromo após a adsorção. O modelo de Sips foi o que melhor representou os dados experimentais de equilíbrio, com R2 >0,99% e EMR<3,5%, sendo que a capacidade máxima de adsorção foi de 46,93 mg g-1 obtida a 298 K. O processo se mostrou espontâneo, exotérmico e favorável, com valores de -4,49 a -4,66kJ mol-1 para e energia livre de Gibbs, -5,97kJ mol-1 para a variação de entalpia e -5,17x10-3 kJ mol-1K -1 para variação de entropia. O aumento do pH diminuiu a adsorção de cromo (VI), sendo que a melhor resposta foi obtida em pH 3, sendo que o diâmetro de partícula não teve efeito significante. O estudo da vazão da solução de cromo (VI) no desempenho do leito mostrou que no menor valor (2,5 mL min-1 ) a concentração de saída do leito foi próxima a zero, mantendo-se com concentrações de saída abaixo de 20% por pelo menos 20 min. O estudo da dessorção do leito mostrou que após cinco ciclos de trabalho o leito manteve 86% da capacidade de adsorção, com taxas de recuperação do cromo no processo de dessorção maiores que 95%.

Estudo da gasificação do glicerol em reator de leito fixo

As metas da União Europeia para 2020 em termos de biocombustíveis e biolíquidos traduziram-se, na última década, num destaque da indústria de biodiesel em Portugal. Inerente ao processo de produção biodiesel está um subproduto, o glicerol bruto, cujo estudo tem vindo a ser alvo de interesse na comunidade científica. O objetivo principal deste trabalho consistiu no estudo da gasificação do glicerol técnico e do glicerol bruto, usando vapor como agente oxidante. Pretendeu-se avaliar a composição do gás de produção obtido e os parâmetros de gasificação, como a percentagem de conversão de carbono e de hidrogénio, o rendimento de gás seco, a eficiência de gás frio e o poder calorífico do gás produzido. No estudo da gasificação do glicerol técnico avaliou-se o efeito da temperatura na performance do processo, entre 750 – 1000 ºC, e estudou-se ainda o efeito do caudal de alimentação ao reator (3,8 mL/min, 6,5 mL/min e 10,0 mL/min). Para o caudal mais baixo, estudou-se o efeito da razão de mistura glicerol/água (25/75, 40/60, 60/40 e 75/25) e para a razão de mistura 60/40 foi avaliada a influência da adição de ar como agente gasificante. O estudo da gasificação do glicerol bruto foi feito realizando ensaios de gasificação numa gama de temperaturas de 750 ºC a 1000 ºC, para uma razão de mistura glicerol/água (60/40) com o caudal de 3,8 mL/min e usando apenas vapor de água como agente de gasificação. Os ensaios foram realizados num reator de leito fixo de 500 mm de comprimento e 90 mm de diâmetro interno, composto por um leito de alumina com partículas de 5 mm de diâmetro. O aquecimento foi realizado com um forno elétrico de 4 kW. A amostra de gás de produção recolhida foi analisada por cromatografia gasosa com detector de termocondutividade. Os resultados obtidos na gasificação do glicerol técnico, revelaram que a temperatura é uma variável preponderante no desempenho do processo de gasificação. À exceção do poder calorífico superior, para o qual se obteve uma ligeira diminuição de valores com o aumento da temperatura, os valores mais elevados dos parâmetros de gasificação foram obtidos para temperaturas superiores a 900 ºC. Esta temperatura parece ser determinante no modelo cinético de gasificação do glicerol, condicionando a composição do gás de produção obtido. Concluiu-se ainda que, na gama de caudais testada, o caudal de alimentação ao reator não teve influência no processo de gasificação. Os ensaios realizados para avaliar o efeito da razão de mistura permitiram verificar que, o aumento da adição de água à alimentação se traduz na redução do teor de CO e de CH4 e no aumento do teor de H2 e CO2, no gás de produção. Para a razão de mistura 25/75 foram obtidos valores de 1,3 para o rácio H2/CO para temperaturas superiores a 900 ºC. A influência da adição de água tornou-se mais evidente nos ensaios de gasificação realizados a temperaturas superiores a 900 ºC. Verificou-se um aumento da conversão de carbono, do rendimento de gás seco e da eficiência do gás frio e uma ligeira diminuição do poder calorífico e da potência disponível, no gás de produção. Para as razões de misturas 60/40 e 40/60 obtiveram-se resultados, para os parâmetros de gasificação, da mesma ordem de grandeza e com valores intermédios entre os obtidos para as razões de mistura 25/75 e 75/25. Porém, quanto maior o teor de água alimentado maior o consumo de energia associado à vaporização da água. Assim, o aumento do teor de água na mistura só apresentará interesse industrial se o objetivo passar pela produção de hidrogénio. Quanto ao efeito da adição de ar como agente de gasificação, os resultados obtidos dão indicação que se poderão potenciar algumas reações exotérmicas que contribuirão para a redução do consumo energético global do processo. Por outro lado, o gás de produção apresentou um rácio H2/CO interessante do ponto de vista da sua aplicação industrial, superior em 35 % ao verificado para a gasificação efetuada apenas na presença de vapor. À exceção do decréscimo no valor do poder calorífico superior do gás de produção, os restantes parâmetros estudados apresentaram a mesma ordem de grandeza, dos obtidos para o estudo da mesma razão de mistura na ausência de ar. Relativamente ao estudo da gasificação do glicerol bruto, obtiveram-se valores de rácio H2/CO e eficiência de gás frio mais elevados que os valores obtidos para a mesma razão de mistura usando glicerol técnico. Os demais parâmetros de gasificação avaliados mostraram-se semelhantes entre as duas matérias-primas, verificando-se apenas uma ligeira diminuição no valor do poder calorífico superior do gás produzido com glicerol bruto. Os resultados obtidos demonstram a possibilidade de valorização energética do glicerol bruto resultante da produção de biodiesel.

Síntese, caracterização e estudo da regeneração do silicoaluminofosfato-11 (SAPO-11)

heterogeneous catalyst such as a silicoaluminophosphate, molecular sieve with AEL (Aluminophosphate eleven) structure such as SAPO-11, was synthesized through the hydrothermal method starting from silica, pseudoboehmite, orthophosphoric acid (85%) and water, in the presence of a di-isopropylamine organic template. For the preparation of SAPO-11 in a dry basis it was used as reactants: DIPA; H3PO4; SiO4; Pseudoboehmite and distilled water. The crystallization process occurred when the reactive hydrogel was charged into a vessel and autoclaved at 200ºC for a period of 72 hours under autogeneous pressure. The obtained material was washed, dried and calcined to remove the molecular sieves of DIPA. The samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), infrared spectroscopy (FT-IR), nitrogen adsorption (BET) and thermal analysis (TG/DTG). The acidic properties were determined using adsorption of nbutylamine followed by programmed thermodessorption. This method revealed that SAPO-11 shows an acidity that ranges from weak to moderate. However, a small quantity of strong acid sites could be detected there. The deactivation of the catalysts was conducted by artificial coking followed by the cracking of the n-hexane in a fixed bed with a continuous flow micro-reactor coupled on line to a gas chromatograph. The main products obtained were: ethane, propane, isobutene, n-butane, n-pentane and isopentane. The Vyazovkin (model-free) kinetics method was used to determine the regeneration and removal of the coke

Non chemical natural organic matter removal with a contact TiO2 process

Dissertação de Mestrado, Tecnologia dos Alimentos, Instituto Superior de Engenharia, Universidade do Algarve, 2014

Estudos comparativos do ciclo de regeneração de diferentes tipos de silicoaluminofosfatos

Different types of heterogeneous catalysts of the silicoaluminophosphate type, (SAPO-5, SAPO-11, SAPO-31, SAPO-34 and SAPO-41), molecular sieves with a: AFI, AEL, ATO, CHA and AFO structure, respectively, were synthesized through the hydrothermal method. Using sources such as hydrated alumina (pseudobohemita), phosphoric acid, silica gel, water, as well as, different types of organic structural templates, such as: cetyltrimethylammonium bromide (CTMABr), di-isopropylamine (DIPA), di-n- propylamine (DNPA) and tetraethylammonium hydroxide (TEOS), for the respective samples. During the preparation of the silicoaluminophosphates, the crystallization process of the samples occurred at a temperature of approximately 200 ° C, ranging through periods of 18-72 h, when it was possible to obtain pure phases for the SAPOs. The materials were furthermore washed with deionized water, dried and calcined to remove the molecules of the templates. Subsequently the samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), absorption spectroscopy in the infrared region (FT-IR), specific surface area and thermal analysis via TG/DTG. The acidic properties were determined using adsorption of n-butylamine followed by programmed termodessorption. These methods revealed that the SAPO samples showed a typically weak to moderate acidity. However, a small amount of strong acid sites was also detected. The deactivation of the catalysts was conducted by artificially coking the samples, followed by n-hexane cracking reactions in a fixed bed with a continuous flow micro-reactor coupled on line to a gas chromatograph. The main products obtained were: ethane, propane, isobutene, n-butane, n-pentane and isopentane. The Vyazovkin (model-free) kinetics method was used to determine the catalysts regeneration and removal of the coke

Post-combustion CO2 adsorption on activated carbons with different textural properties

Fixed bed CO2 adsorption tests were carried out in model flue-gas streams onto two commercial activated carbons, namely Filtrasorb 400 and Nuchar RGC30, at 303 K, 323 K and 353 K. Thermodynamic adsorption results highlighted that the presence of a narrower micropore size distribution with a prevailing contribution of very small pore diameters, observed for Filtrasorb 400, is a key factor in determining a higher CO2 capture capacity, mostly at low temperature. These experimental evidences were also corroborated by the higher value of the isosteric heat derived for Filtrasorb 400, testifying stronger interactions with CO2 molecules with respect to Nuchar RGC30. Dynamic adsorption results on the investigated sorbents highlighted the important role played by both a greater contribution of mesopores and the presence of wider micropores for Nuchar RGC30 in establishing faster capture kinetics with respect to Filtrasorb 400, in particular at 303 K. Furthermore, the modeling analysis of 15% CO2 breakthrough curves allowed identifying intraparticle diffusion as the rate-determining step of the process.

Carbon-supported ionic liquids as innovative adsorbents for CO2 separation from synthetic flue-gas

Fixed-bed thermodynamic CO2 adsorption tests were performed in model flue-gas onto Filtrasorb 400 and Nuchar RGC30 activated carbons (AC) functionalized with [Hmim][BF4] and [Emim][Gly] ionic liquids (IL). A comparative analysis of the CO2 capture results and N2 porosity characterization data evidenced that the use of [Hmim][BF4], a physical solvent for carbon dioxide, ended up into a worsening of the parent AC capture performance, due to a dominating pore blocking effect at all the operating temperatures. Conversely, the less sterically-hindered and amino acid-based [Emim][Gly] IL was effective in increasing the AC capture capacity at 353 K under milder impregnation conditions, the beneficial effect being attributed to both its chemical affinity towards CO2 and low pore volume reduction. The findings derived in this work outline interesting perspectives for the application of amino acid-based IL supported onto activated carbons for CO2 separation under post-combustion conditions, and future research efforts should be focused on the search for AC characterized by optimal pore size distribution and surface properties for IL functionalization.

Emergence and fate of siloxanes in waste streams: Release mechanisms, partitioning and persistence in three environmental compartments

Siloxanes are widely used in personal care and industrial products due to their low surface tension, thermal stability, antimicrobial and hydrophobic properties, among other characteristics. Volatile methyl siloxanes (VMS) have been detected both in landfill gas and biogas from anaerobic digesters at wastewater treatment plants. As a result, they are released to gas phase during waste decomposition and wastewater treatment. During transformation processes of digester or landfill gas to energy, siloxanes are converted to silicon oxides, leaving abrasive deposits on engine components. These deposits cause increased maintenance costs and in some cases complete engine overhauls become necessary. ^ The objectives of this study were to compare the VMS types and levels present in biogas generated in the anaerobic digesters and landfills and evaluate the energetics of siloxane transformations under anaerobic conditions. Siloxane emissions, resulting from disposal of silicone-based materials, are expected to increase by 29% within the next 10 years. Estimated concentrations and the risk factors of exposure to siloxanes were evaluated based on the initial concentrations, partitioning characteristics and persistence. It was determined that D4 has the highest risk factor associated to bioaccumulation in liquid and solid phase, whereas D5 was highest in gas phase. Additionally, as siloxanes are combusted, the particle size range causes them to be potentially hazardous to human health. When inhaled, they may affix onto the alveoli of the lungs and may lead to development of silicosis. Siloxane-based COD-loading was evaluated and determined to be an insignificant factor concerning COD limits in wastewater. ^ Removal of siloxane compounds is recommended prior to land application of biosolids or combustion of biogas. A comparison of estimated costs was made between maintenance practices for removal of siloxane deposits and installation/operation of fixed-bed carbon absorption systems. In the majority of cases, the installation of fixed-bed adsorption systems would not be a feasible option for the sole purpose of siloxane removal. However they may be utilized to remove additional compounds simultaneously.^

Hydrogen production by enhanced methane reforming with membrane reactors or with CO2 capture materials

Pure hydrogen production from methane is a multi-step process run on a large scale for economic reasons. However, hydrogen can be produced in a one-pot continuous process for small scale applications, namely Low Temperature Steam Reforming. Here, Steam Reforming is carried out in a reactor whose walls are composed by a membrane selective toward hydrogen. Pd is the most used membrane material due to its high permeability and selectivity. However, Pd deteriorates at temperatures higher than 500°C, thus the operative temperature of the reaction has to be lowered. However, the employment of a membrane reactor may allow to give high yields thanks to hydrogen removal, which shifts the reaction toward the products. Moreover, pure hydrogen is produced. This work is concentrated on the synthesis of a catalytic system and the investigation of its performances in different processes, namely oxy-reforming, steam reforming and water gas shift, to find appropriate conditions for hydrogen production in a catalytic membrane reactor. The catalyst supports were CeZr and Zr oxides synthesized by microemulsion, impregnated with different noble metals. Pt, Rh and PtRh based catalysts were tested in the oxy reforming process at 500°C, where Rh on CeZr gave the most interesting results. On the opposite, the best performances in low temperature steam reforming were obtained with Rh impregnated on Zr oxide. This catalyst was selected to perform low temperature steam reforming in a Pd membrane reactor. The hydrogen removal given by the membrane allowed to increase the methane conversion over the equilibrium of a classical fixed bed reactor thanks to an equilibrium shift effect. High hydrogen production and recoveries were also obtained, and no other compound permeated through the membrane which proved to be hydrogen selective.

Chemical looping reforming from methane to syngas: investigation on CeO2 oxygen carrier lifetime and optimal process times

Emissions of CO2 are constantly growing since the beginning of industrial era. Interruption of the production of major emitters sectors (energy and agriculture) is not a viable way and reducing all the emission through carbon capture and storage (CCS) is not economically viable and little publicly accepted, therefore, it becomes fundamentals to take actions like retrofitting already developed infrastructure employing cleanest resources, modify the actual processes limiting the emissions, and reduce the emissions already present through direct air capture. The present thesis will deeply discuss the aspects mentioned in regard to syngas and hydrogen production since they have a central role in the market of energy and chemicals. Among the strategies discussed, greater emphasis is given to the application of looping technologies and to direct air capture processes, as they have been the main point of this work. Particularly, chemical looping methane reforming to syngas was studied with Aspen Plus thermodynamic simulations, thermogravimetric analysis characterization (TGA) and testing in a fixed bed reactor. The process was studied cyclically exploiting the redox properties of a Ce-based oxide oxygen carrier synthetized with a simple forming procedure. The two steps of the looping cycles were studied isothermally at 900 °C and 950° C with a mixture of 10 %CH4 in N2 and of 3% O2 in N2, for carrier reduction and oxidation, respectively. During the stay abroad, in collaboration with the EHT of Zurich, a CO2 capture process in presence of amine solid sorbents was investigated, studying the difference in the performance achievable with the use of contactors of different geometry. The process was studied at two concentrations (382 ppm CO2 in N2 and 5.62% CO2 in N2) and at different flow rates, to understand the dynamics of the adsorption process and to define the mass transfer limiting step.

Reversed shoulder arthroplasty baseplate fixed according to the major columns principle

Purpose Cadaveric study at our institution has demonstrated that optimal basaplate fixation of a reversed shoulder arthroplasty (RSA) could be achieved with screws in three major columns. Our aim was to review our early rate of aseptic glenoid loosening in a series of baseplate fixed according to this principle. Material and Methods Between 2005 and 2008, 48 RSA (Aequalis Reversed) were implanted in 48 patients with an average age of 74.4 years (range, 56 to 86 years). There were 37 women and 11 men. Twenty-seven primary RSAs were performed for cuff tear arthropathy, 3 after failed rotator cuff surgery, 6 for failed arthroplasties, 7 for acute fractures and 5 after failed ORIF. All baseplate fixation were done using a nonlocking posterior screw in the spine, a nonlocking anterior screw in the glenoid body, a locking superior screw in the coracoid and a locking inferior screw in the pillar. All patients were reviewed with standardized radiographs. The number of screws were reported. We measured the position of the screws in relation to the scapular spine and the coracoid process in two different views. We defined screw positions as totally, partially or out of the target. Finally we reported glenoid aseptic loosening which was defined as implant subsidence. Results Four patients were lost to follow-up. Thus, 44 shoulders could be reviewed after a mean follow-up of 13 months (range, 6 to 32 months). All baseplates were fixed with 4 screws. Thirty-seven (84%) screws were either partially or totally in the spine. Thus, 7 (16%) scapular spine screws were out of the target. No coracoid screw was out the target. Two (4.5%) patients had glenoid loosening. Both had a scapular spine and a coracoid screw partially in the bone. Conclusion Early aseptic glenoid loosening occurred before the two years follow-up and is most of time related to technical problems and/or insufficient bone stock and bone quality. Our study demonstrate that baseplate fixation according to the three columns principle is a reproducible technique and a valuable way to prevent early glenoid loosening.