Oxidação eletroquímica de etanol em temperatura ambiente e intermediária: estudo quantitativo das vias reacionais por espectrometria de massas on-line

Na primeira parte do trabalho, foram investigados materiais ativos para eletro-oxidar etanol e acetaldeído seletivos para a rota C2 (Carbono 2) e, também, ativos para eletro-oxidar hidrogênio molecular, visando a aplicação em células a combustível de hidrogênio indireto. Neste tipo de célula, um processador de combustível externo desidrogena o etanol e os produtos desta reação, contendo H2, acetaldeído e, possivelmente, etanol residual, são direcionados para alimentar o ânodo. Neste sentido, o eletrocatalisador anódico pode ser ativo para a eletro-oxidação de etanol residual, bem como acetaldeído, mas este deve catalisar a reação via C2 com o objetivo de evitar a formação de espécies que envenenam a superfície catalítica (CO ou CHx), ou seja, a ligação C-C deve permanecer intacta. Os eletrocatalisadores bimetálicos foram formados por M/Pt/C (onde M = W, Ru ou Sn) e os produtos reacionais foram analisados por DEMS On-line. Os resultados mostraram que Ru/Pt/C e Sn/Pt/C apresentaram maiores taxas de reação global, no entanto, eles não foram seletivos. Por outro lado, W2/Pt3/C foi mais seletivo para a rota C2, dada a não formação de CH4 e CO2. Além disso, este material também foi ativo e estável para a eletro-oxidação de H2, mesmo na presença de acetaldeído, o que o torna um potencial catalisador para aplicação no ânodo de células a combustível de hidrogênio indireto. Na segunda parte do trabalho, o objetivo foi relacionado com o estudo de eletrocatalisadores seletivos para a rota C1 (Carbono 1). A oxidação eletroquímica do etanol e de seus produtos reacionais foram investigados por DEMS on-line em temperatura ambiente e intermediária (245oC). Para temperatura ambiente, utilizou-se solução aquosa de ácido sulfúrico (H2SO4) e, para temperatura intermediária, utilizou-se ácido sólido (CsH2PO4) como eletrólito. Os eletrocatalisadores investigados foram formados por SnOxRuOx-Pt/C e Pt/C. Em temperatura ambiente, os resultados de polarização potenciodinâmica mostraram uma maior atividade eletrocatalítica para o material SnOxRuOx-Pt/C, com eficiência de corrente para formação de CO2 de 15,6% contra 15,2% para Pt/C, sob condições estagnantes, sem controle por transporte de massa. O stripping de resíduos reacionais, após a eletro-oxidação de etanol bulk, sob condições de fluxo, mostraram o acúmulo de espécies com 1 átomo de carbono (CO e CHx) que causam o bloqueio dos sítios ativos e são oxidadas eletroquimicamente somente em mais altos potenciais (ca. 1,0 V). Por outro lado, as curvas de polarização a 245oC mostraram maiores valores de eficiências de correntes para formação de CO2 (45% para Pt/C em ambos potenciais 0,5 V e 0,8 V contra 36% e 50% para SnOxRuOx-Pt/C em 0,5 V e 0,8 V respectivamente) quando comparado com os valores obtidos em temperatura ambiente, mas com atividades similares para SnOxRuOx-Pt/C e Pt/C. Para ambos os eletrocatalisadores, os estudos de espectrometria de massas a 245oC evidenciaram que as rotas eletroquímicas ocorrem em paralelo com rotas puramente químicas, envolvendo catálise heterogênea, de decomposição do etanol, produzindo H2 e CO2 como produtos majoritários.

Estudo do comportamento eletroquímico da liga UNS N07090 em diferentes concentrações de ácido sulfúrico.

Ligas de níquel têm atualmente uma vasta gama de aplicações, sendo a agressividade do meio e as elevadas temperaturas que estas ligas suportam, um diferencial excepcional. A liga UNS N07090, objeto deste trabalho, encontra aplicações muito diversas, entre elas turbocompressores, sistemas de exaustão e de pós-tratamento de motores a diesel. Nestas aplicações a liga está exposta a gases, que ao condensarem formam ácido sulfúrico (H2SO4). Torna-se, assim, importante, o conhecimento da resistência à corrosão da liga nesse meio. O presente trabalho tem como objetivo caracterizar o comportamento eletroquímico da liga através de curvas de polarização potenciodinâmica em diferentes concentrações de ácido sulfúrico. Observou-se que quanto maior a concentração de ácido, maior é a corrosão da liga. Este fato pode ser discutido pela adsorção do íon sulfato (SO42-), que prejudica tanto a formação quanto a cinética de crescimento da película passiva do níquel. Em contrapartida, a presença de Cr na liga UNS N07090 apresentou um benefício sobre a resistência à corrosão desta muito acima do esperado, influenciando de forma direta as curvas de polarização da liga e mantendo-a em condição de elevada resistência à corrosão em detrimento do pior desempenho observado em outros elementos pertecentes à liga, como Co, Al e Ti. Tempos de imersão de 24h em ácido sulfúrico elevam discretamente os parâmetros de corrosão da liga, mantendo-os, no entanto em patamares bastante baixos, permitindo finalmente concluir que a liga UNS N07090, quando exposta a concentrações que variam de 1M a 4M H2SO4, a 25°C, apresenta boa resistência à corrosão e que esta não se altera com o tempo de exposição. A análise dos resultados mostrou que o processo corrosivo é controlado por reações catódicas de sulfato e hidrogênio, as quais podem ter diferentes contribuições dependendo da concentração do ácido e do tempo de imersão da liga UNS N07090 no meio corrosivo.

Relação existente entre metavisualização e as representações simbólica e submicro na elaboração de atividade em química

O objetivo desse trabalho foi compreender em que medida uma estratégia metavisual, utilizada em sala de aula, pode ajudar na construção e reconstrução de ideias, especificamente numa atividade introdutória de eletroquímica e quais os fatores envolvidos nesse processo. Para isso, foi desenvolvida uma atividade para o estudo inicial de duas interações eletroquímicas, envolvendo ferro e soluções de sulfato de cobre (II) e ácido sulfúrico. Foi utilizada uma metodologia qualitativa, envolvendo 32 estudantes do 3.o ano do ensino médio de uma mesma escola, idades entre 16 e 18 anos, em que foram feitos os registros audiovisuais dos alunos realizando a atividade e as falas transcritas para análise. Além disso, eles responderam a um questionário para se pesquisar por indícios nas habilidades metavisuais em 1D e 2D e, por último, uma entrevista semiestruturada. Duas categorias foram elaboradas com o objetivo de se classificar as hipóteses propostas para posterior comparação, uma para o nível simbólico e a outra para o submicro, possibilitando a observação de possíveis evoluções e dificuldades encontradas. Com relação às habilidades metavisuais, também foram necessárias três categorias para compor a análise. Os resultados indicam que a estratégia metavisual mostrou-se eficiente para a construção e reconstrução de conceitos associados à eletroquímica, na medida em que as concepções alternativas e dificuldades, comuns nessa área, puderam ser discutidas e modificadas. Houve evolução das hipóteses dos alunos, com intensa modelagem de conceitos, propiciada pela comparação de imagens (metavisualização), tanto no nível simbólico quanto no submicro. Foi observado que os estudantes demonstraram maior dificuldade ao elaborar as hipóteses do submicro, possivelmente por esse nível ter mais detalhes, maior aprofundamento de conceitos, ser mais abstrato e, portanto, não ser natural para os estudantes. Adicionalmente, o tempo de aprendizagem e de modelagem revelou-se diferente para os grupos, o que sugere aos professores considerarem isso no processo ensino-aprendizagem. Finalmente, os resultados parecem apontar também que as habilidades metavisuais e as conexões entre os níveis representacionais podem estar associados a melhores aprendizados e que, muitas vezes, é necessária a utilização de diversas representações e de um tempo maior para que os alunos consigam evoluir. Vale ressaltar que o assunto ainda é pouco pesquisado, se comparado a outros temas e, sendo assim, recomendam-se mais pesquisas sobre as estratégias metacognitivas no ensino de ciências e de química, em que as suas contribuições, no aprendizado dos alunos, possam ser mais investigadas.

Reciclagem de resíduos eletroeletrônicos: um estudo cinético da lixiviação ácida de ferro de placas de circuito impresso de microcomputadores.

O aumento no consumo mundial de novos aparelhos eletroeletrônicos aliado à redução no tempo de vida útil destes equipamentos tem como principal consequência ao meio ambiente a geração de resíduos. No Brasil, com a instituição da Política Nacional de Resíduos Sólidos, criou-se a obrigatoriedade legal da responsabilidade dos fabricantes pela logística reversa dos equipamentos eletroeletrônicos, incentivando pesquisas para o desenvolvimento dos métodos de reciclagem e tratamento dos materiais descartados. O processo de lixiviação foi avaliado como alternativa à etapa de separação magnética presente nas atuais rotas hidrometalúrgicas para recuperação de metais valiosos de placas de circuito impresso. Para avaliar a composição das placas, foi realizado ensaio de dissolução em água régia. As amostras foram moídas e submetidas a ensaios de lixiviação com ácido sulfúrico nas concentrações de 1 e 2mol/L, às temperaturas de 75ºC, 85ºC e 95ºC, durante 24 horas. Com ácido sulfúrico 2mol/L a 95ºC, o tempo necessário para se obter 100% de extração do ferro foi de 2 horas. Nestas condições, não foi detectada a presença de cobre dissolvido. A cinética da reação é controlada por reação química e obedece a equação .=1(1)3. A energia de ativação aparente do processo equivale a 90kJ/mol.

Estudo da extração de índio a partir de telas de cristal líquido (LCD).

Ao longo dos últimos anos, o crescimento ao acesso a esse tipo de tecnologia pelos consumidores brasileiros tem intensificado o aumento no interesse ambiental e econômico dos LCDs. Os displays de cristal líquido são utilizados em televisores, calculadoras, telefones celulares, computadores (portáteis e tablets), vídeo games entre outros equipamentos eletrônicos. O avanço tecnológico neste campo tem tornado estes aparelhos obsoletos cada vez mais rápido, aumentando o volume de resíduos de LCDs a ser dispostos em aterros o que contribui para a redução da sua vida útil. Neste contexto, os LCDs provenientes de televisores de LED LCD tem se tornado uma fonte importante de resíduos de equipamentos eletroeletrônicos (REEE). Assim, torna-se essencial o desenvolvimento de métodos e processos para tratamento e reciclagem de LCDs. Deste modo, o objetivo do presente trabalho é a caracterização física e química de telas de cristal líquido provenientes de displays de televisores de LED LCDs e o estudo de uma rota hidrometalúrgica para recuperação de índio. Para tanto se utilizou técnicas de tratamento de minérios e análises físicas e químicas (separação granulométrica, perda ao fogo, visualização em lupa binocular, TGA, FRX, FT-IR) para caracterização do material e quantificação do índio antes e, após, a rota hidrometalúrgica que, por sua vez, foi realizada em reatores de bancada utilizando três agentes lixiviantes (ácido nítrico, sulfúrico e clorídrico), três temperaturas (25ºC, 40ºC e 60ºC) e quatro tempos (0,5h; 1h; 2h e 4h). Encontrou-se que a tela de cristal líquido representa cerca de 20% da massa total do display de televisores de LCD e que é composta por aproximadamente 11% em massa de polímeros e 90% de vidro + cristal líquido. Verificou-se também que há seis camadas poliméricas nas telas de cristal líquido, onde: um conjunto com 3 polímeros compõe o analisador e o polarizador, sendo que o polímero da primeira e da terceira camada de cada conjunto é triacetato de celulose e corresponde a 64% da massa de polímeros das telas. Já o polímero da segunda camada é polivinilalcool e representa 36% da massa de polímeros. Os melhores resultados obtidos nos processos de lixiviação foram com o ácido sulfúrico, nas condições de 60°C por 4h, relação sólido-líquido 1/5. Nessas condições, foi extraído em torno de 61% do índio contido tela de LCD.

Biodiesel wastes: An abundant and promising source for the preparation of acidic catalysts for utilization in etherification reaction

Environmentally friendly sulfonated black carbon (BC) catalysts were prepared from biodiesel waste, glycerol. These black carbons (BCs) contain a high amount of acidic groups, mainly sulfonated and oxygenated groups. Furthermore, these catalysts show a high catalytic activity in the glycerol etherification reaction with tert-butyl alcohol, the activity being larger for the sample prepared with a higher glycerol:sulfuric acid ratio (1:3). The yield for mono-tert-butyl glycerol (MTBG), di-tert-butyl glycerol (DTBG) and tri-tert-butyl-glycerol (TTBG) were very similar to those obtained using a commercial resin, Amberlyst-15. Furthermore, experimental results show that the carbon with the lowest acidic surface group content, BC prepared in minor glycerol:sulfuric acid ratio (10:1), can be chemically treated after carbonization to achieve an improved catalytic activity. The activity of all BCs is high and very similar, about 50% and 20% for the MTBG and DTBG + TTBG, respectively.

Carbon-, sulfur-, and phosphorus-based charge transfer reactions in inductively coupled plasma–atomic emission spectrometry

In this work, the influence of carbon-, sulfur-, and phosphorus-based charge transfer reactions on the emission signal of 34 elements (Ag, Al, As, Au, B, Ba, Be, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Ga, Hg, I, In, Ir, K, Li, Mg, Mn, Na, Ni, P, Pb, Pd, Pt, S, Sb, Se, Sr, Te, and Zn) in axially viewed inductively coupled plasma–atomic emission spectrometry has been investigated. To this end, atomic and ionic emission signals for diluted glycerol, sulfuric acid, and phosphoric acid solutions were registered and results were compared to those obtained for a 1% w w− 1 nitric acid solution. Experimental results show that the emission intensities of As, Se, and Te atomic lines are enhanced by charge transfer from carbon, sulfur, and phosphorus ions. Iodine and P atomic emission is enhanced by carbon- and sulfur-based charge transfer whereas the Hg atomic emission signal is enhanced only by carbon. Though signal enhancement due to charge transfer reactions is also expected for ionic emission lines of the above-mentioned elements, no experimental evidence has been found with the exception of Hg ionic lines operating carbon solutions. The effect of carbon, sulfur, and phosphorus charge transfer reactions on atomic emission depends on (i) wavelength characteristics. In general, signal enhancement is more pronounced for electronic transitions involving the highest upper energy levels; (ii) plasma experimental conditions. The use of robust conditions (i.e. high r.f. power and lower nebulizer gas flow rates) improves carbon, sulfur, and phosphorus ionization in the plasma and, hence, signal enhancement; and (iii) the presence of other concomitants (e.g. K or Ca). Easily ionizable elements reduce ionization in the plasma and consequently reduce signal enhancement due to charge transfer reactions.

Removal of antibiotic compounds by adsorption using glycerol-based carbon materials

This study is focused on the synthesis and application of glycerol-based carbon materials (GBCM200, GBCM300 and GBCM350) as adsorbents for the removal of the antibiotic compounds flumequine and tetracycline from aqueous solution. The synthesis enrolled the partial carbonization of a glycerol-sulfuric acid mixture, followed by thermal treatments under inert conditions and further thermal activation under oxidative atmosphere. The textural properties were investigated through N2 adsorption–desorption isotherms, and the presence of oxygenated groups was discussed based on zeta potential and Fourier transform infrared (FTIR) data. The kinetic data revealed that the equilibrium time for flumequine adsorption was achieved within 96 h, while for tetracycline, it was reached after 120 h. Several kinetic models, i.e., pseudo-first order, pseudo-second order, fractional power, Elovich and Weber–Morris models, were applied, finding that the pseudo-second order model was the most suitable for the fitting of the experimental kinetic data. The estimated surface diffusion coefficient values, Ds, of 3.88 and 5.06 10 14 m2 s 1, suggests that the pore diffusion is the rate limiting step of the adsorption process. Finally, as it is based on SSE values, Sips model well-fitted the experimental FLQ and TCN adsorption isotherm data, followed by Freundlich equation. The maximum adsorption capacities for flumequine and tetracycline was of 41.5 and 58.2 mg g 1 by GBCM350 activated carbon.

Analyse du métabolisme du soufre de la bactérie autotrophique acidophile Acidithiobacillus thiooxidans ATCC 19377

Les impacts environnementaux dues à l'extraction minière sont considérables. C'est l'action des microorganismes, en utilisant leur métabolisme du soufre sur les déchets miniers, qui engendre les plus grands défis. Jusqu'à présent, peu de recherches ont été effectués sur les microorganismes environnementaux pour la compréhension globale de l'action du métabolisme du soufre dans une optique de prévention et de rémédiation des impacts environnementaux de l'extraction minière. Dans cette étude, nous avons étudié une bactérie environnementale, Acidithiobacillus thiooxidans, dans le but de comprendre le métabolisme du soufre selon le milieu de culture et le niveau d'acidité du milieu. Nous avons utilisé la transcriptomique à haut débit, RNA-seq, en association avec des techniques de biogéochimie et de microscopie à électrons pour déterminer l'expression des gènes codants les enzymes du métabolisme du soufre. Nous avons trouvé que l'expression des gènes des enzymes du métabolisme du soufre chez ce microorganisme sont dépendantes du milieu, de la phase de croissance et du niveau d'acidité présent dans le milieu. De plus, les analyses biogéochimiques montrent la présence de composés de soufre réduits et d'acide sulfurique dans le milieu. Finalement, une analyse par microscopie électronique révèle que la bactérie emmagasine des réserves de soufre dans son cytoplasme. Ces résultats permettent une meilleure compréhension de son métabolisme et nous rapprochent de la possibilité de développer une technique de prédiction des réactions ayant le potentiel de causer des impacts environnementaux dus à l'extraction minière.

Leached zone : dissolution of values using heat treated feeds /

"U.S. AEC Contract AT(49-1)-545."

A study on transition of iron from active into passive state

An investigation was carried out on the transition of an iron electrode from active to passive state in a sulphuric acid solution. It was found that the active-passive transition was an auto-catalytic process in which a pre-passive film grew on the electrode surface. The growing pre-passive film had a fractal edge whose dimension was affected by the applied passivating potential and the presence of chlorides in the solution. Applying a more positive passivating potential led to a faster active-passive transition and resulted in a more irregular pre-passive film. If chlorides were introduced into the sulphuric acid solution, the active-passive transition became more rapid and the pre-passive film more irregular. Apart from the influence on the growth of the pre-passive film, the presence of chlorides in the passivating solution was found to deteriorate the stability of the final passive film. All these phenomena can be understood if the passivating iron electrode is regarded as a dissipative system. To explain these results, a fractal pre-film model is proposed in this paper. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Optimisation of poly-b-hydroxyalkanoate analysis using gas chromatography for enhanced biological phosphorus removal systems

Poly-beta-hydroxyalkanoate (PHA) is a polymer commonly used in carbon and energy storage for many different bacterial cells. Polyphosphate accumulating organisms (PAOs) and glycogen accumulating organisms (GAOs), store PHA anaerobically through metabolism of carbon substrates such as acetate and propionate. Although poly-beta-hydroxybutyrate (PHB)and poly-beta-hydroxyvalerate (PHV) are commonly quantified using a previously developed gas chromatography (GC) method, poly-beta-hydroxy-2-methyl valerate (PH2MV) is seldom quantified despite the fact that it has been shown to be a key PHA fraction produced when PAOs or GAOs metabolise propionate. This paper presents two GC-based methods modified for extraction and quantification of PHB, PHV and PH2MV from enhanced biological phosphorus removal (EBPR) systems. For the extraction Of PHB and PHV from acetate fed PAO and GAO cultures, a 3% sulfuric acid concentration and a 2-20 h digestion time is recommended, while a 10% sulfuric acid solution digested for 20 h is recommended for PHV and PH2MV analysis from propionate fed EBPR systems. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Erosion-corrosion of mild steel in hot caustic. Part I: NaOH solution

A novel apparatus, high-pressure/high-temperature nickel flow loop, was constructed to study the effect of the flow on the rate of erosion-corrosion of mild steel in hot caustic. It has been successfully used to measure the corrosion rate of 1020 steel in 2.75 M NaOH solution at a temperature of 160 degrees C and velocities of 0.32 and 2.5 m/s. In situ electrochemical methods were used to measure the corrosion rate such as the potentiodynamic sweep, the polarization resistance method, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Also used were the weight-loss method and scanning electron microscopy (SEM). Eight electrodes/coupons were used to monitor the metal loss rate, four were placed at the low velocity section, while the other four were placed in the high velocity section. The first three coupons in each section were placed within the disturbed flow region, while the fourth was placed in a fully developed flow region. The corrosion rate of the coupons in the high velocity section was generally higher than that of the coupons in the low velocity section. One coupon in the disturbed flow region had a significantly higher corrosion rate than the others. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Preservation of York Minster historic limestone by hydrophobic surface coatings

Magnesian limestone is a key construction component of many historic buildings that is under constant attack from environmental pollutants notably by oxides of sulfur via acid rain, particulate matter sulfate and gaseous SO 2 emissions. Hydrophobic surface coatings offer a potential route to protect existing stonework in cultural heritage sites, however, many available coatings act by blocking the stone microstructure, preventing it from 'breathing' and promoting mould growth and salt efflorescence. Here we report on a conformal surface modification method using self-assembled monolayers of naturally sourced free fatty acids combined with sub-monolayer fluorinated alkyl silanes to generate hydrophobic (HP) and super hydrophobic (SHP) coatings on calcite. We demonstrate the efficacy of these HP and SHP surface coatings for increasing limestone resistance to sulfation, and thus retarding gypsum formation under SO/H O and model acid rain environments. SHP treatment of 19th century stone from York Minster suppresses sulfuric acid permeation.

Evidence of lipid degradation during overnight contact lens wear:gas chromatography mass spectrometry as the diagnostic tool

Purpose. We investigated structural differences in the fatty acid profiles of lipids extracted from ex vivo contact lenses by using gas chromatography mass spectrometry (GCMS). Two lens materials (balafilcon A or lotrafilcon A) were worn on a daily or continuous wear schedule for 30 and 7 days. Methods. Lipids from subject-worn lenses were extracted using 1:1 chloroform: methanol and transmethylated using 5% sulfuric acid in methanol. Fatty acid methyl esters (FAMEs) were collected using hexane and water, and analyzed by GCMS (Varian 3800 GC, Saturn 2000 MS). Results. The gas chromatograms of lens extracts that were worn on a continuous wear schedule showed two predominant peaks, C16:0 and C18:0, both of which are saturated fatty acids. This was the case for balafilcon A and lotrafilcon A lenses. However, the gas chromatograms of lens extracts that were worn on a daily wear schedule showed saturated (C16:0, C18:0) and unsaturated (C16:1 and C18:1) fatty acids. Conclusions. Unsaturated fatty acids are degraded during sleep in contact lenses. Degradation occurred independently of lens material or subject-to-subject variability in lipid deposition. The consequences of lipid degradation are the production of oxidative products, which may be linked to contact lens discomfort. © 2014 The Association for Research in Vision and Ophthalmology, Inc.