Adsorption of supercritical fluids in non-porous and porous carbons: analysis of adsorbed phase volume and density

In this paper, we revisit the surface mass excess in adsorption studies and investigate the role of the volume of the adsorbed phase and its density in the analysis of supercritical gas adsorption in non-porous as well as microporous solids. For many supercritical fluids tested (krypton, argon, nitrogen, methane) on many different carbonaceous solids, it is found that the volume of the adsorbed phase is confined mostly to a geometrical volume having a thickness of up to a few molecular diameters. At high pressure the adsorbed phase density is also found to be very close to but never equal or greater than the liquid phase density. (C) 2003 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Analysis of multicomponent adsorption kinetics on activated carbon

An integrated mathematical model for the kinetics of multicomponent adsorption on microporous carbon was developed. Transport in this bidisperse solid is represented by balance equations in the macropore and micropore phases, in which gas-phase diffusion dominates the mass transfer in the macropores, with the phenomenological diffusivities represented by the generalized Maxwell-Stefan (GMS) formulation. Viscous flow also contributes to the macropore fluxes and is included in the MS expressions. Diffusion of the adsorbed phase controls the mass transfer in the micro ore phase, p which is also described in a similar way by the MS method. The adsorption isotherms are represented by a new heterogeneous modified vacancy solution theory formulation of adsorption, which has proved to be a robust method for adsorption on activated carbons. The model is applied to the coadsorption and codesorption of C2H6 and C3H8 on Ajax and Norit carbon, as well as the displacement on Ajax carbon. The effect of the viscous flow in the macropore phase is not significant for the cases studied. The model accurately predicts the overshoot behavior and rollup of C2H6 during coadsorption. The prediction for the heavier compound C3H8 is always satisfactory, though at higher C3H8 mole fraction, the overshoot extent of C2H6 is overpredicted, possibly due to neglect of heat effects.

Prediction of multilayer adsorption and capillary condensation phenomena in cylindrical mesopores

MCM-41 periodic mesoporous silicates with a high degree of structural ordering are synthesized and used as model adsorbents to study the isotherm prediction of nitrogen adsorption. The nitrogen adsorption isotherm at 77 K for a macroporous silica is measured and used in high-resolution alpha(s)-plot comparative analysis to determine the external surface area, total surface area and primary mesopore volume of the MCM-41 materials. Adsorption equilibrium data of nitrogen on the different pore size MCM-41 samples (pore diameters from 2.40 to 4.92 nm) are also obtained. Based on the Broekhoff and de Boer' thermodynamic analysis, the nitrogen adsorption isotherms for the different pore size MCM-41 samples are interpreted using a novel strategy, in which the parameters of an empirical expression, used to represent the potential of interaction between the adsorbate and adsorbent, are obtained by fitting only the multilayer region prior to capillary condensation for C-16 MCM-41. Subsequently the entire isotherm, including the phase transition, is predicted for all the different pore size MCM-41 samples without any fitting. The results show that the prediction of multilayer adsorption and total adsorbed amount are in good agreement with the experimental isotherms. The predictions of the relative pressure corresponding to capillary equilibrium (coexistence) transition agree remarkably with experimental data on the adsorption branch even for hysteretic isotherms, confirming that this is the branch appropriate for pore size distribution analysis. The impact of pore radius on the adsorption film thickness and capillary coexistence pressure is also investigated, and found to agree with the experimental data. (C) 2003 Elsevier Inc. All rights reserved.

Avaliação da adsorção do herbicida 2,4-D em carvão ativado em pó utilizando água com diferentes qualidades

O 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D) é um dos herbicidas mais consumidos no Brasil e é preferencialmente usado devido a sua boa seletividade e baixo custo. Possui alta toxidade e baixa biodegradabilidade, oferecendo risco à saúde humana e ao meio ambiente, podendo ser encontrado em solos, águas superficiais e subterrâneas. Estudos mostram que o tratamento convencional da água possui baixa eficácia na remoção de microcontaminantes, com isso várias técnicas têm sido utilizadas na remoção de compostos em água, como a adsorção por carvão ativado. Apresenta-se a adsorção em carvão ativado tem se demonstrado como tecnologia eficiente na remoção de diversos contaminantes, dentre eles os agrotóxicos. Assim, o presente trabalho objetivou avaliar a adsorção do 2,4-D por três carvões ativados em pó (CAP) em água ultrapura e em água bruta do Rio Santa Maria da Vitória. A quantificação do herbicida foi analisada por cromatografia líquida de alta eficiência, após concentração da amostra pelo método de extração em fase sólida. Os ensaios de adsorção foram realizados com carvões ativados derivados da casca de coco (CAP-01), pinus (CAP-02) e palha de café (CAP-03), que foram caracterizados e avaliados na sua capacidade de remoção do 2,4-D nas duas matrizes de água. Dois modelos de isoterma de adsorção, Langmuir e Freundlich, foram aplicados para descrever os dados de adsorção, que indicaram o CAP-02 como o carvão que apresentou a melhor capacidade de adsorção do 2,4-D entre os carvões estudados, tanto em água ultrapura quanto em água bruta. Nos ensaios realizados em água bruta, houve redução da adsorção do 2,4-D para as três amostras de CAP, quando comparado com os ensaios realizados em água ultrapura, indicando interferência de compostos, como a matéria orgânica, no processo de adsorção.

Copper Bis(oxazoline) Encapsulated in Zeolites and Its Application as Heterogeneous Catalysts for the Cyclopropanation of Styrene

A copper C(2)-symmetric bis(oxazoline), CuBox, was introduced in two forms of commercial Y zeolite: a sodium form (NaY) and an ultrastable form (NaUSY). CuBox was introduced by first partially exchanging the sodium cations of both zeolites for copper and then by refluxing the obtained materials with a solution of bis(oxazoline) (Box). Two different loadings were prepared for each form of zeolite. The materials were characterized by copper ICP-AES, elemental analysis, XPS, FTIR, TG, and nitrogen adsorption isotherms at -196 degrees C. Evidence for Box ligand location in the supercages of NaY and NaUSY zeolites and its coordination to the exchanged copper(II) was obtained by the several techniques used. The materials were all active in the cyclopropanation of styrene with ethyldiazoacetate at room temperature and diastereoselective toward trans cydopropanes. Although the materials containing Box showed low enantioselectivities, their catalytic activities were higher than the parent copper exchanged zeolites, and did not decrease with reuse, at least during three consecutive cycles.

Copper(II) aza-bis(oxazoline) complex immobilized onto ITQ-2 and MCM-22 based materials as heterogeneous catalysts for the cyclopropanation of styrene

A copper(II) chiral aza-bis(oxazoline) homogeneous catalyst (CuazaBox) was anchored onto the external surface of MCM-22 and ITQ-2 structures, as well as encapsulated into hierarchical MCM-22. The transition metal complex loading onto the porous solids was determined by ICP-AES and the materials were also characterized by elemental analysis (C, N, H, S), FTIR, XPS, TG and low temperature N-2 adsorption isotherms. The materials were tested as heterogeneous catalysts in the benchmark reaction of cyclopropanation of styrene to check the effect of the immobilization procedure on the catalytic parameters, as well as on their reutilization in several catalytic cycles. Catalyst CuazaBox anchored onto the external surface of MCM-22 and ITQ-2 materials were more active and enantioselective in the cyclopropanation of styrene than the corresponding homogeneous phase reaction run under similar experimental conditions. This is due to the propylation of the acidic aza-Box nitrogen. HMCM-22 was nevertheless the best heterogeneous catalyst. Encapsulation of CuazaBox on post-synthesis modified MCM-22 materials led to low activities and enantioselectivities. But reversal on the stereochemical course of the reaction was observed, probably due to confinement effect. (C) 2013 Elsevier Inc. All rights reserved.

Experimental Measurements and Correlation of the Solubility of Three Primary Amides in Supercritical CO2: Acetanilide, Propanamide, and Butanamide

Solubilities of three primary amides, namely, acetanilide, propanamide, and butanamide, in supercritical carbon dioxide were measured at T = (308.2, 313.2, and 323.2) K over the pressure range (9.0 to 40.0) MPa by a flow type apparatus. The solubility behavior of the three solids shows an analogous trend with a crossover region of the respective isotherms between (12 to 14) MPa. The solubility of each amide, at the same temperature and pressure, decreases from propanamide to acetanilide. Pure compound properties required for the modeling were estimated, and the solubilities of the amides were correlated by using the Soave-Redlich-Kwong cubic equation of state with an absolute average relative deviation (AARD) from (1.3 to 6.1) %.

Avaliação do desempenho de adsorventes obtidos a partir de resíduos da indústria de curtumes na adsorção de poluentes

Na procura por uma solução de valorização dos resíduos gerados pela indústria de curtumes, o presente trabalho tem como principais objectivos a preparação de adsorventes a partir de resíduos desta actividade e a avaliação do seu desempenho na adsorção de poluentes. Para atingir este objectivo, inicialmente procedeu-se à carbonização das aparas de couro wet-white à temperatura de 800 ºC. Seguidamente, os carbonizados foram activados por activação química, tendo sido o hidróxido de potássio o agente activante escolhido. As razões mássicas hidróxido de potássio:precursor usadas na impregnação, foram iguais a 0,5:1 e 1:1. Para a razão 0,5:1, as temperaturas de activação escolhidas foram 700 e 800 ºC. Para a razão de impregnação 1:1, as temperaturas de activação usadas foram 700, 800 e 900 ºC. Para uma avaliação preliminar da capacidade de adsorção dos carvões activados produzidos, efectuou-se a determinação do número de azul de metileno. Este teste provou serem as amostras activadas a 900 ºC as que apresentaram melhores resultados (número de azul de metileno: 24g/100g) e as amostras activadas a 700 ºC, as que apresentaram menor capacidade de adsorção (1g/100g, para a razão de 0,5:1 e 7g/100g, para a razão de 1:1). Verificou-se também que amostras preparadas com iguais condições de activação (temperatura de activação e razão de impregnação), mas produzidas a partir de carbonizado de diferentes granulometrias, apresentaram diferentes desempenhos na adsorção de azul de metileno. As propriedades texturais dos carvões activados produzidos foram obtidas pela determinação das isotérmicas de adsorção de azoto a 77 K. Para tal, selecionaram-se quatro amostras: dois carvões activados a 800 ºC, com uma razão de impregnação de 1:1 e dois carvões activados a 900 ºC, com a mesma razão de impregnação, obtidos a partir de carbonizados com diferentes granulometrias. As isotérmicas obtidas são características de materiais essencialmente microporosos, com mesoporos e macroporos. Verificou-se também que a granulometria do precursor carbonizado influencia as propriedades texturais dos carvões activados produzidos. Para as temperaturas de activação usadas, 800 e 900 ºC, os carvões activados preparados a partir de carbonizado de menor granulometria apresentam melhores propriedades texturais. O carvão activado que apresentou maior área superficial específica foi obtido a 900 ºC, a partir de carbonizado finamente moído (SBET = 1475 m2/g). Determinadas as propriedades texturais dos carvões activados produzidos, realizaram-se ensaios de adsorção do corante CORIACIDE DARK BROWN VR, usado na indústria de curtumes com um carvão activado produzido no âmbito deste trabalho e com um carvão activado comercial NORIT ROW 0,8. A amostra de carvão activado produzida a partir de resíduos de wet-white escolhida para estes ensaios foi o carvão activado a 800 ºC, à razão de 1:1, a partir de carbonizado finamente moído (ww_800_1:1_carb.moído). Verificou-se que as quantidades adsorvidas pela amostra ww_800_1:1_carb.moído variaram entre os valores 7,47 e 32,07 mgcorante/gcarvão activado. Quanto ao carvão activado comercial, as quantidades adsorvidas situaram-se entre 8,95 e 69,13 mgcorante/gcarvão activado. Assim, conclui-se que o carvão activado comercial apresentou melhor desempenho na adsorção do corante da indústria de curtumes. Os carvões activados obtidos revelaram-se materiais essencialmente microporosos, com capacidade de adsorção de poluentes, como por exemplo corantes, no entanto o seu desempenho seria mais eficaz na adsorção de pequenas moléculas devido ao elevado volume de microporos que apresentaram.

Preparação de materiais de carbono para a adsorção de compostos orgânicos voláteis (COV).

A presente dissertação estudou a produção de carvão ativado a partir de resíduo de wet-blue, proveniente da indústria de curtumes, para a adsorção de compostos orgânicos voláteis, nomeadamente o acetato de etilo. Este estudo teve como principais objetivos: a otimização das condições de preparação de carvões ativados a partir deste tipo de resíduo; a avaliação do seu desempenho na adsorção do acetato de etilo e a correlação das propriedades texturais dos adsorventes com o seu desempenho na adsorção do COV. O método de ativação para a preparação dos carvões ativados foi a ativação química com hidróxido de potássio. Nesta etapa foi estudado o efeito da temperatura de ativação e da razão de impregnação KOH:precursor nas propriedades texturais. Nestes ensaios observou-se uma diminuição do rendimento de carbonizado com o aumento da temperatura de ativação e da razão KOH:precursor. Para a caracterização dos carvões ativados foram determinados os seus parâmetros texturais a partir das isotérmicas de adsorção/dessorção de N2 a 77 K. O carvão ativado com melhores propriedades texturais foi o ativado a 900ºC e com razão de impregnação de 3:1, m ca_900 3:1, com área superficial específica de 1902 m2/g, seguindo-se o carvão preparado a 800 ºC e com a mesma razão de impregnação, m ca_800 3:1, com área superficial específica de 1830 m2/g. Por fim, foi avaliado o desempenho do carvão ativado selecionado, m ca_800 3:1, na remoção de acetato de etilo de uma corrente gasosa. Foram efetuados ensaios de adsorção/ dessorção de acetato de etilo e o modelo de Langmuir foi ajustado aos resultados experimentais obtidos, tendo-se determinado uma capacidade de saturação de 500 mgCOV/ gadsorvente.

Adsorption behavior of α-cypermethrin on cork and activated carbon

Studies were undertaken to determine the adsorption behavior of α-cypermethrin [R)-α-cyano-3-phenoxybenzyl(1S)-cis- 3-(2,2-dichlorovinyl)-2,2-dimethylcyclopropanecarboxylate, and (S)-α-cyano-3-phenoxybenzyl (1R)-cis-3-(2,2-dichlorovinyl)-2,2- dimethylcyclopropanecarboxylate] in solutions on granules of cork and activated carbon (GAC). The adsorption studies were carried out using a batch equilibrium technique. A gas chromatograph with an electron capture detector (GC-ECD) was used to analyze α-cypermethrin after solid phase extraction with C18 disks. Physical properties including real density, pore volume, surface area and pore diameter of cork were evaluated by mercury porosimetry. Characterization of cork particles showed variations thereby indicating the highly heterogeneous structure of the material. The average surface area of cork particles was lower than that of GAC. Kinetics adsorption studies allowed the determination of the equilibrium time—24 hours for both cork (1–2 mm and 3–4 mm) and GAC. For the studied α-cypermethrin concentration range, GAC revealed to be a better sorbent. However, adsorption parameters for equilibrium concentrations, obtained through the Langmuir and Freundlich models, showed that granulated cork 1–2 mm have the maximum amount of adsorbed α-cypermethrin (qm) (303 μg/g); followed by GAC (186 μg/g) and cork 3-4 mm (136 μg/g). The standard deviation (SD) values, demonstrate that Freundlich model better describes the α-cypermethrin adsorption phenomena on GAC, while α-cypermethrin adsorption on cork (1-2 mm and 3-4 mm) is better described by the Langmuir. In view of the adsorption results obtained in this study it appears that granulated cork may be a better and a cheaper alternative to GAC for removing α-cypermethrin from water.

Contribuição para o estudo da contaminação de solos por metais pesados

Dissertação de mestrado em Engenharia Sanitária

Tris(2-Ethylhexyl) trimellitate (TOTM) a potential reference fluid for high viscosity. Part II: density measurements at temperatures from (293 to 373)K and pressures up to 85MPa

In Part I of the present work we describe the viscosity measurements performed on tris(2-ethylhexyl) trimellitate or 1,2,4-benzenetricarboxylic acid, tris(2-ethylhexyl) ester (TOTM) up to 65 MPa and at six temperatures from (303 to 373)K, using a new vibrating-wire instrument. The main aim is to contribute to the proposal of that liquid as a potential reference fluid for high viscosity, high pressure and high temperature. The present Part II is dedicated to report the density measurements of TOTM necessary, not only to compute the viscosity data presented in Part I, but also as complementary data for the mentioned proposal. The present density measurements were obtained using a vibrating U-tube densimeter, model DMA HP, using model DMA5000 as a reading unit, both instruments from Anton Paar GmbH. The measurements were performed along five isotherms from (293 to 373)K and at eleven different pressures up to 68 MPa. As far as the authors are aware, the viscosity and density results are the first, above atmospheric pressure, to be published for TOTM. Due to TOTM's high viscosity, its density data were corrected for the viscosity effect on the U-tube density measurements. This effect was estimated using two Newtonian viscosity standard liquids, 20 AW and 200 GW. The density data were correlated with temperature and pressure using a modified Tait equation. The expanded uncertainty of the present density results is estimated as +/- 0.2% at a 95% confidence level. Those results were correlated with temperature and pressure by a modified Tait equation, with deviations within +/- 0.25%. Furthermore, the isothermal compressibility, K-T, and the isobaric thermal expansivity, alpha(p), were obtained by derivation of the modified Tait equation used for correlating the density data. The corresponding uncertainties, at a 95% confidence level, are estimated to be less than +/- 1.5% and +/- 1.2%, respectively. No isobaric thermal expansivity and isothermal compressibility for TOTM were found in the literature. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

Contribuição para o estudo do comportamento a longo prazo do cobre, em solos arenosos submetidos a aplicações de efluentes de suinicultura

Dissertação apresentada para a obtenção do grau de Doutor em Engenharia do Ambiente, Sistemas Naturais e suas Tensões, pela Universidade Nova de Lisboa Faculdade de Ciências e Tecnologia

In vitro studies of gum arabic-coated magnetic nanoparticles with mammalian cell cultures

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Biotecnologia

Preparação de biofilmes a partir de resíduos da indústria de curtumes

A indústria dos curtumes é uma das indústrias mais antigas e tradicionais de Portugal e é também uma das mais poluentes. Esta indústria produz muitos resíduos sólidos, entre os quais, está o pelo de bovino. A valorização deste resíduo permite reduzir o impacto ambiental e aumentar a eco-eficiência da indústria dos curtumes. O pelo de bovino, rico em queratina, é um bom candidato para a produção de biofilmes. O objetivo deste trabalho foi a valorização de um resíduo de indústria de curtume (pelo de bovino) através da produção de filmes à base de queratina por termocompressão. Foi estudada a melhor formulação e as condições operatórias mais favoráveis com a finalidade de melhorar as propriedades mecânicas dos filmes. O trabalho realizado durante este projeto dividiu-se em 5 partes: preparação do material, caracterização do material, seleção do pré-tratamento, produção de filmes e caracterização dos filmes. Foram produzidos filmes para a seleção do pré-tratamento e para a respetiva caracterização. Os pré-tratamentos testados foram: tratamento com detergente, tratamento com detergente e sulfureto de sódio e, tratamento com detergente e éter de petróleo. O pré-tratamento selecionado foi o tratamento com detergente. Para a produção de filmes para a posterior caracterização, foram escolhidos 4 conjuntos de condições operatórias diferentes: 160 oC – 147 kN – 8 min – 30% glicerol; 160 oC – 147 kN – 12 min – 30% glicerol; 160 oC – 147 kN – 8 min – 40% glicerol; 160 oC – 147 kN – 12 min – 40% glicerol; identificados como Conjuntos A, B, C e D, respetivamente. Na caracterização dos filmes foram analisados vários parâmetros, nomeadamente a espessura, a permeabilidade ao vapor de água ao vapor de água, as isotérmicas de sorção, a cor, a solubilidade e as propriedades mecânicas. Também foram feitas as análises de calorimetria diferencial de varrimento (DSC) e microscopia eletrónica de varrimento (SEM). Concluiu-se que os filmes do conjunto A (160 oC – 147 kN – 8 min – 30% glicerol) tiveram um melhor desempenho apresentando espessuras médias de 0,25 0,02 mm, permeabilidade ao vapor de água ao vapor de água igual a 1,20 x 10-8 6,79 x 10-10 g/(m.s.Pa), solubilidade igual a 27,9 0,4 %, tensão de rutura média igual a 9,23 1,19 N/mm2, deformação na rutura média igual a 1,9 0,2 % e módulo de elasticidade médio igual a 554 26 N/mm2. Verificou-se um bom ajuste do modelo de GAB aos resultados experimentais. A análise DSC indicou uma temperatura de fusão aos 170 ºC para a mistura de pelo e glicerol que não se verificou nos filmes formados e indicou a temperatura de degradação do material por volta dos 240-250 ºC. A análise SEM mostrou que os filmes não estão totalmente fundidos e provou a irregularidade da superfície dos mesmos. Provou-se que é possível a produção de filmes de pelo bovino sendo ainda necessário melhorar o processo de mistura do pelo com o glicerol.