Studio di catalizzatori a base di Ni modificati con La per la metanazione della CO2

Le emissioni di CO2 in atmosfera da fonti antropogeniche sono attualmente la principale causa del surriscaldamento globale. Tecnologie sostenibili note come Power-to-gas, consentono di valorizzare la CO2, per la produzione di metano, mediante reazione con H2 proveniente dall’elettrolisi dell’acqua, utilizzando energia prodotta da fonti rinnovabili. Il metano, essendo un vettore energetico molto importante, se possiede requisiti di purezza adeguati, può essere introdotto direttamente nella rete del gas. In questo lavoro di tesi sono state investigate le prestazioni catalitiche, nella reazione di metanazione della CO2, di catalizzatori derivati da composti tipo idrotalcite a base di Ni, modificati con La, e con l’aggiunta di Mg e Zn. I catalizzatori sono stati sintetizzati per coprecipitazione a pH costante, calcinati e ridotti prima di condurre le prove catalitiche. Sono stati inoltre caratterizzati mediante tecniche XRD, H2-TPR, analisi porosimetrica e spettroscopia micro-Raman, sia da calcinati che da spenti. I risultati ottenuti dalle prove catalitiche hanno dimostrato che la presenza del La in un catalizzatore Ni/Al aumenta notevolmente l’attività in termini di conversione di CO2 e selettività in CH4, soprattutto a temperature tra 250 e 300°C. L’aggiunta dello Zn nella struttura ad ossidi misti invece ne inibisce l’attività catalitica, portando ad una diminuzione drastica della conversione e selettività. La presenza del Mg promuove una migliore attività catalitica, rispetto ai catalizzatori con solo La, ma necessita di una temperatura di riduzione più elevata.

Adsorbimento dinamico di CO2 in compositi innovativi a base geopolimerica

Fra le alternative proposte per la riduzione delle emissioni di CO2, le tecniche di Carbon Capture si presentano come un’efficace soluzione per il breve e medio termine. Fra queste, l’adsorbimento su fase solida per la rimozione di CO2 da correnti gassose si prospetta come una valida alternativa rispetto al convenzionale assorbimento ad umido. Questo lavoro di tesi si è occupato della sintesi di un composito a base geopolimerica presso l’ISTEC/CNR di Faenza, da impiegare per l’adsorbimento di CO2 a bassa temperatura, e dell’analisi del suo comportamento in regime di adsorbimento dinamico. Tale materiale è stato sintetizzato tramite attivazione con soluzione alcalina di metacaolino 1200S addizionato con polveri di zeolite Na13X. Esso costituisce una opzione interessante per la cattura di CO2, mostrando capacità di adsorbimento superiori a 1 mmol/g per concentrazioni di CO2 del 14% (a pressione atmosferica), simili a quelle presenti in molti processi industriali. Le prestazioni in regime dinamico risultano inoltre simili a quelle registrate nel regime statico. Le prove sperimentali hanno evidenziato la criticità della rigenerazione del materiale, in particolare riguardo all’eliminazione dell’acqua. Una temperatura di 130°C si mostra adatta per ottenere un’elevata rigenerazione del materiale, con rimozione sia di CO2 che dell’umidità adsorbita. Dalle prove svolte è risultato evidente come non sia conveniente operare con desorbimenti a temperatura ambiente e pressione atmosferica, ma sia necessario operare combinando swing di pressione e temperatura. È stato inoltre valutato l’effetto di una più bassa temperatura di adsorbimento (2°C), che porta ad un aumento della capacità del materiale. Sviluppi futuri in questo campo potrebbero essere la produzione di monoliti geopolimerici a porosità strutturate tramite tecniche innovative quali il freeze-casting e l’utilizzo di compositi integrati con additivi che ne migliorino le performance in termini di conducibilità termica.

Controllo emissioni MCI alimentati ad idrogeno

Il tema principale della tesi sono le emissioni di motori a combustione interna alimentati ad idrogeno. Dopo un'introduzione inziale, nella quale si spiegano le proprietà dell'idrogeno e i passaggi per ottenerlo, si entra nello specifico utilizzo di esso come combustibile e nelle modifiche da apportare ad un comune MCI. Nella parte centrale della tesi vengono prese in considerazione le anomalie di combustione ed alcune soluzioni per esse, soffermandosi in particolare sulla detonazione. Nella parte finale, invece, vengono trattate le emissioni inquinanti e i sistemi di post-trattamento dei gas di scarico, cercando di individuare soluzioni ottimali. Anche quando ci si concentra su altri aspetti però si pone sempre un occhio di riguardo alle possibili emissioni inquinanti dettate dalle condizioni descritte.

Studio della permeabilità di CO2 e N2 in membrane composite di Aquivion e PVAm

Per mitigare il notevole aumento di emissioni di gas serra, molti studi si stanno focalizzando sulle membrane a trasporto facilitato per la separazione e la cattura di CO2. In particolare, le tecnologie di Carbon Capture and Storage (CCS) hanno ridestato interesse basandosi principalmente sulla cattura dell’anidride carbonica. L’obiettivo di questo studio è stato di migliorare le prestazioni di selettività nell’Aquivion, membrana ionomerica dell’acido perfluorosolfonico. Gli ottimi valori di permeabilità che raggiunge hanno portato quindi a focalizzare le ricerche sul miglioramento della capacità selettiva tra CO2 e N2. Infatti, la permeabilità e la selettività sono considerati parametri di trade-off, all’aumento di uno corrisponde la diminuzione dell’altro. Inoltre, le buone prestazioni delle membrane a trasporto facilitato in presenza di gruppi amminici hanno portato al tentativo di associare ad un materiale come l’Aquivion, dalla buona conduttività protonica, la Polivinilammina. Le ammine in membrane a trasporto facilitato sono infatti in grado di legare selettivamente l’anidride carbonica. Il presente lavoro si è inizialmente focalizzato sulla purificazione della Polivinilammina e sull’accoppiamento delle due membrane. In seguito alla realizzazione, i film sono stati caratterizzati mediante spettroscopia FTIR-ATR e infine testati in condizioni di umidità con l’utilizzo di un permeometro. È infatti ampiamente studiato come migliorare la permeabilità dell’Aquivion all’aumentare dell’umidità. In conclusione, in condizioni di alta adesione della Polivinilammina all’Aquivion la selettività ad alte umidità è aumentata rispetto ai valori di letteratura in articoli condizioni.

Studio dell’idrogenazione della CO2 a MeOH mediante catalizzatori a base di Cu/In/Al

Ad oggi, l’aumento delle emissioni di gas serra, principalmente di CO2, dovuto alle attività antropiche, ha portato ad un aumento delle temperature medie globali. La sintesi del metanolo da CO2 ha attirato molto l’interesse della ricerca e attualmente il catalizzatore Cu/ZnO/Al2O3, sviluppato per la produzione di metanolo da gas di sintesi si dimostra il più utilizzato. Tuttavia, alcune sue problematiche, legate alla bassa selettività rispetto a MeOH all’aumentare della temperatura, per via della reazione concorrente di RWGS e problemi di disattivazione per sinterizzazione relazionati con l’acqua prodotta, hanno portato allo studio di nuovi catalizzatori. Recentemente, catalizzatori a base di In2O3 hanno catturato molto l’attenzione già che hanno una elevata selettività in metanolo. Lo scopo della tesi si è basato sullo studio di catalizzatori a base di Cu/In/Al per l’idrogenazione della CO2 a MeOH. Una volta sintetizzati e caratterizzati i catalizzatori sono stati messi a confronto con un catalizzatore commerciale (Cu/ZnO/Al2O3). Sono stati investigati gli effetti del contenuto di Cu, metodo di preparazione e temperatura di riduzione nelle prestazioni catalitiche (conversione, selettività  e resa spazio-temporale). I valori di conversione e selettività  dipendono del contenuto di Cu, raggiungendo il massimo con un contenuto intermedio di Cu (30 % rapporto atomico), tuttavia i risultati sono inferiori a quelli ottenuti con il catalizzatore commerciale. La temperatura di riduzione più adatta è stata 300 °C. Riguardo al metodo di preparazione, non sembra modificare significativamente le prestazioni catalitiche. Saranno necessari ulteriori studi su altre formulazioni di catalizzatori per migliorare sia la attività che la selettività.

Analisi delle conseguenze dei rilasci accidentali di CO2 dagli impianti di cattura e stoccaggio

Oggi si sta assistendo sempre più ad un consumo maggiore di energia, proveniente soprattutto da fonti fossili. Tuttavia, occorre evidenziare l’aspetto negativo correlato a tutto questo: l’incremento del rilascio di gas ad effetto serra, responsabili del fenomeno del surriscaldamento globale. La Carbon Capture, Utilisation and Storage (CCUS) è stata riconosciuta come tecnologia strategica per raggiungere l’obiettivo dell’azzeramento delle emissioni entro il 2050. Lo scopo della tesi è effettuare la valutazione delle conseguenze dei rilasci accidentali di CO2 dagli impianti di cattura, esprimendole in termini di distanze di danno per l’uomo e per le apparecchiature. Dopo il Capitolo 1, dal carattere introduttivo e in cui si spiega il perché si renda necessaria la cattura della CO2, il Capitolo 2 fornisce i valori di pericolosità della CO2 relativi agli effetti tossici e termici, in termini di concentrazioni e temperature soglia; inoltre, illustra i codici DNV PHAST, NIST FDS e Ansys FLUENT, utilizzati per effettuare la valutazione delle conseguenze. A seguire, il Capitolo 3 presenta un impianto di cattura della CO2 assunto come caso di studio, fornendo la descrizione del funzionamento dell’impianto e riportandone i documenti principali, quali il PFD e la mappa del layout. Inoltre, vengono individuati gli scenari di rilascio e sono specificate le condizioni ambientali considerate ai fini della modellazione della dispersione. Il Capitolo 4 riporta i risultati ottenuti dalle simulazioni effettuate con i software di modellazione illustrati nel Capitolo 2, effettuando un’analisi comparativa delle distanze di danno, corredata di un’ampia discussione. Il Capitolo 5, infine, riporta le considerazioni conclusive del lavoro di tesi e delinea alcuni possibili sviluppi futuri delle indagini.

Separation Of Glycosidic Catiomers By Twim-ms Using Co2 As A Drift Gas.

Traveling wave ion mobility mass spectrometry (TWIM-MS) is shown to be able to separate and characterize several isomeric forms of diterpene glycosides stevioside (Stv) and rebaudioside A (RebA) that are cationized by Na(+) and K(+) at different sites. Determination and characterization of these coexisting isomeric species, herein termed catiomers, arising from cationization at different and highly competitive coordinating sites, is particularly challenging for glycosides. To achieve this goal, the advantage of using CO2 as a more massive and polarizable drift gas, over N2 , was demonstrated. Post-TWIM-MS/MS experiments were used to confirm the separation. Optimization of the possible geometries and cross-sectional calculations for mobility peak assignments were also performed. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.

Supercritical CO2 recovery of caffeine from green coffee oil: new experimental solubility data and modeling

The caffeine solubility in supercritical CO2 was studied by assessing the effects of pressure and temperature on the extraction of green coffee oil (GCO). The Peng-Robinson¹ equation of state was used to correlate the solubility of caffeine with a thermodynamic model and two mixing rules were evaluated: the classical mixing rule of van der Waals with two adjustable parameters (PR-VDW) and a density dependent one, proposed by Mohamed and Holder² with two (PR-MH, two parameters adjusted to the attractive term) and three (PR-MH3 two parameters adjusted to the attractive and one to the repulsive term) adjustable parameters. The best results were obtained with the mixing rule of Mohamed and Holder² with three parameters.

Avaliação citométrica dos adipócitos localizados no tecido subcutâneo da parede anterior do abdome após infiltração percutânea de CO2

OBJETIVO: Avaliar os efeitos da infiltração de dióxido de carbono em adipócitos presentes na parede abdominal. MÉTODOS: Quinze voluntárias foram submetidas a sessões de infusão de CO2 durante três semanas consecutivas (duas sessões por semana com intervalos de dois a três dias entre cada sessão). O volume de gás carbônico infundido por sessão, em pontos previamente demarcados, foi sempre calculado com base na superfície da área a ser tratada, com volume infundido fixo de 250 mL/100cm² de superfície tratada. Os pontos de infiltração foram demarcados respeitando-se o limite eqüidistante 2cm entre eles. Em cada ponto se injetou 10mL, por sessão, com fluxo de 80mL/min. Foram colhidos fragmentos de tecido celular subcutâneo da parede abdominal anterior antes e após o tratamento. O número e as alterações histomorfológicas dos adipócitos (diâmetro médio, perímetro, comprimento, largura e número de adipócitos por campos de observação) foram mensurados por citometria computadorizada. Os resultados foram analisados com o teste t de Student pareado, adotando-se nível de significância de 5% (p<0,05). RESULTADOS: Encontrou-se redução significativa no número de adipócitos da parede abdominal e na área, diâmetro, perímetro, comprimento e largura após o uso da hipercapnia (p=0,0001). CONCLUSÃO: A infiltração percutânea de CO2 reduz a população e modifica a morfologia dos adipócitos presentes na parede abdominal anterior.

Effect of CO2 and 1-octen-3-ol attractants for estimating species richness and the abundance of diurnal mosquitoes in the southeastern Atlantic forest, Brazil

Studies have shown that both carbon dioxide (CO2) and octenol (1-octen-3-ol) are effective attractants for mosquitoes. The objective of the present study was to evaluate the attractiveness of 1-octen-3-ol and CO2 for diurnal mosquitoes in the southeastern Atlantic forest. A Latin square experimental design was employed with four treatments: CDC-light trap (CDC-LT), CDC-LT and 1-octen-3-ol, CDC-LT and CO2 and CDC-LT with 1-octen-3-ol and CO2. Results demonstrated that both CDC-CO2 and CDC-CO2-1-octen-3-ol captured a greater number of mosquito species and specimens compared to CDC-1-octen-3-ol; CDC-LT was used as the control. Interestingly, Anopheles (Kerteszia) sp. was generally attracted to 1-octen-3-ol, whereas Aedes serratus was the most abundant species in all Latin square collections. This species was recently shown to be competent to transmit the yellow fever virus and may therefore play a role as a disease vector in rural areas of Brazil.

New prediction methods for CO2 evaporation inside tubes: Part I - A two-phase flow pattern map and a flow pattern based phenomenological model for two-phase flow frictional pressure drops

An updated flow pattern map was developed for CO2 on the basis of the previous Cheng-Ribatski-Wojtan-Thome CO2 flow pattern map [1,2] to extend the flow pattern map to a wider range of conditions. A new annular flow to dryout transition (A-D) and a new dryout to mist flow transition (D-M) were proposed here. In addition, a bubbly flow region which generally occurs at high mass velocities and low vapor qualities was added to the updated flow pattern map. The updated flow pattern map is applicable to a much wider range of conditions: tube diameters from 0.6 to 10 mm, mass velocities from 50 to 1500 kg/m(2) s, heat fluxes from 1.8 to 46 kW/m(2) and saturation temperatures from -28 to +25 degrees C (reduced pressures from 0.21 to 0.87). The updated flow pattern map was compared to independent experimental data of flow patterns for CO2 in the literature and it predicts the flow patterns well. Then, a database of CO2 two-phase flow pressure drop results from the literature was set up and the database was compared to the leading empirical pressure drop models: the correlations by Chisholm [3], Friedel [4], Gronnerud [5] and Muller-Steinhagen and Heck [6], a modified Chisholm correlation by Yoon et al. [7] and the flow pattern based model of Moreno Quiben and Thome [8-10]. None of these models was able to predict the CO2 pressure drop data well. Therefore, a new flow pattern based phenomenological model of two-phase flow frictional pressure drop for CO2 was developed by modifying the model of Moreno Quiben and Thome using the updated flow pattern map in this study and it predicts the CO2 pressure drop database quite well overall. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

New prediction methods for CO2 evaporation inside tubes: Part II - An updated general flow boiling heat transfer model based on flow patterns

Corresponding to the updated flow pattern map presented in Part I of this study, an updated general flow pattern based flow boiling heat transfer model was developed for CO2 using the Cheng-Ribatski-Wojtan-Thome [L. Cheng, G. Ribatski, L. Wojtan, J.R. Thome, New flow boiling heat transfer model and flow pattern map for carbon dioxide evaporating inside horizontal tubes, Int. J. Heat Mass Transfer 49 (2006) 4082-4094; L. Cheng, G. Ribatski, L. Wojtan, J.R. Thome, Erratum to: ""New flow boiling heat transfer model and flow pattern map for carbon dioxide evaporating inside tubes"" [Heat Mass Transfer 49 (21-22) (2006) 4082-4094], Int. J. Heat Mass Transfer 50 (2007) 391] flow boiling heat transfer model as the starting basis. The flow boiling heat transfer correlation in the dryout region was updated. In addition, a new mist flow heat transfer correlation for CO2 was developed based on the CO2 data and a heat transfer method for bubbly flow was proposed for completeness sake. The updated general flow boiling heat transfer model for CO2 covers all flow regimes and is applicable to a wider range of conditions for horizontal tubes: tube diameters from 0.6 to 10 mm, mass velocities from 50 to 1500 kg/m(2) s, heat fluxes from 1.8 to 46 kW/m(2) and saturation temperatures from -28 to 25 degrees C (reduced pressures from 0.21 to 0.87). The updated general flow boiling heat transfer model was compared to a new experimental database which contains 1124 data points (790 more than that in the previous model [Cheng et al., 2006, 2007]) in this study. Good agreement between the predicted and experimental data was found in general with 71.4% of the entire database and 83.2% of the database without the dryout and mist flow data predicted within +/-30%. However, the predictions for the dryout and mist flow regions were less satisfactory due to the limited number of data points, the higher inaccuracy in such data, scatter in some data sets ranging up to 40%, significant discrepancies from one experimental study to another and the difficulties associated with predicting the inception and completion of dryout around the perimeter of the horizontal tubes. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Oxidation mechanism of Si3N4-bonded SiC ceramics by CO, CO2 and steam

This paper presents a theoretical and experimental investigation into the oxidation reactions of Si3N4-bonded SiC ceramics. Such ceramics which contain a small amount of silicon offer increased oxidation and wear resistance and are widely used as lining refractories in blast furnaces. The thermodynamics of oxidation reactions were studied using the JANAF tables. The weight gain was measured using a thermogravimetric analysis technique to study the kinetics. The temperature range of oxidation measurements is from 1073 to 1573 K and the oxidation atmosphere is water vapour, pure CO and CO-CO2 gas mixtures with various CO-to-CO2 ratios. Thermodynamic simulations showed that the oxidation mechanism of Si3N4-bonded SiC ceramics is passive oxidation and all components contribute to the formation of a silica film. The activated energies of the reactions follow the sequence Si3N4>SiC>Si. The kinetic study revealed that the oxidation of Si3N4-bonded SiC ceramics occurred in a mixed regime controlled by both interface reaction and diffusion through the silica film. Under the atmosphere conditions prevailing in the blast furnace, this ceramic is predicted to be passively oxidized with the chemical reaction rate becoming more dominant as the CO concentration increases. (C) 1998 Chapman & Hall.

CO2 reforming of methane on Ni catalysts: Effects of the support phase and preparation technique

The effects of the support phase and catalyst preparation methods on catalytic activity and carbon deposition were systematically investigated over nickel catalysts supported on Al2O3, SiO2 and MgO for the reforming reaction of methane with carbon dioxide. It is found that the pore structure of the support and metal-support interaction significantly affected the catalytic activity and coking resistance. Catalyst with well-developed porosity exhibited higher catalytic activity. Strong interaction between metal and the support made the catalyst more resistant to sintering and coking, thus resulting in a longer time of catalyst stability. (C) 1998 Elsevier Science B.V.