The separation of hydrogen and carbon monoxide using polymer membranes

This work studies the development of polymer membranes for the separation of hydrogen and carbon monoxide from a syngas produced by the partial oxidation of natural gas. The CO product is then used for the large scale manufacture of acetic acid by reaction with methanol. A method of economic evaluation has been developed for the process as a whole and a comparison is made between separation of the H2/CO mixture by a membrane system and the conventional method of cryogenic distillation. Costs are based on bids obtained from suppliers for several different specifications for the purity of the CO fed to the acetic acid reactor. When the purity of the CO is set at that obtained by cryogenic distillation it is shown that the membrane separator offers only a marginal cost advantage. Cost parameters for the membrane separation systems have been defined in terms of effective selectivity and cost permeability. These new parameters, obtained from an analysis of the bids, are then used in a procedure which defines the optimum degree of separation and recovery of carbon monoxide for a minimum cost of manufacture of acetic acid. It is shown that a significant cost reduction is achieved with a membrane separator at the optimum process conditions. A method of "targeting" the properties of new membranes has been developed. This involves defining the properties for new (hypothetical -yet to be developed) membranes such that their use for the hydrogen/carbon monoxide separation will produce a reduced cost of acetic acid manufacture. The use of the targeting method is illustrated in the development of new membranes for the separation of hydrogen and carbon monoxide. The selection of polymeric materials for new membranes is based on molecular design methods which predict the polymer properties from the molecular groups making up the polymer molecule. Two approaches have been used. One method develops the analogy between gas solubility in liquids and that in polymers. The UNIFAC group contribution method is then used to predict gas solubility in liquids. In the second method the polymer Permachor number, developed by Salame, has been correlated with hydrogen and carbon monoxide permeabilities. These correlations are used to predict the permeabilities of gases through polymers. Materials have been tested for hydrogen and carbon monoxide permeabilities and improvements in expected economic performance have been achieved.

Polarized fluid movement and not cell death, creates luminal spaces in adult prostate epithelium

There are two predominant theories for lumen formation in tissue morphogenesis: cavitation driven by cell death, and membrane separation driven by epithelial polarity. To define the mechanism of lumen formation in prostate acini, we examined both theories in several cell lines grown in three-dimensional (3D) Matrigel culture. Lumen formation occurred early in culture and preceded the expression of cell death markers for apoptosis (active caspase 3) and autophagy (LC-3). Active caspase 3 was expressed by very few cells and inhibition of apoptosis did not suppress lumen formation. Despite LC-3 expression in all cells within a spheroid, this was not associated with cell death. However, expression of a prostate-secretory protein coincided with lumen formation and subsequent disruption of polarized fluid movement led to significant inhibition of lumen formation. This work indicates that lumen formation is driven by the polarized movement of fluids and proteins in 3D prostate epithelial models and not by cavitation.

Accessibility of pores in coal to methane and carbon dioxide

Fluid–solid interactions in natural and engineered porous solids underlie a variety of technological processes, including geological storage of anthropogenic greenhouse gases, enhanced coal bed methane recovery, membrane separation, and heterogeneous catalysis. The size, distribution and interconnectivity of pores, the chemical and physical properties of the solid and fluid phases collectively dictate how fluid molecules migrate into and through the micro- and meso-porous media, adsorb and ultimately react with the solid surfaces. Due to the high penetration power and relatively short wavelength of neutrons, smallangle neutron scattering (SANS) as well as ultra small-angle scattering (USANS) techniques are ideally suited for assessing the phase behavior of confined fluids under pressure as well as for evaluating the total porosity in engineered and natural porous systems including coal. Here we demonstrate that SANS and USANS can be also used for determining the fraction of the pore volume that is actually accessible to fluids as a function of pore sizes and study the fraction of inaccessible pores as a function of pore size in three coals from the Illinois Basin (USA) and Bowen Basin (Australia). Experiments were performed at CO2 and methane pressures up to 780 bar, including pressures corresponding to zero average contrast condition (ZAC), which is the pressure where no scattering from the accessible pores occurs. Scattering curves at the ZAC were compared with the scattering from same coals under vacuum and analysed using a newly developed approach that shows that the volume fraction of accessible pores in these coals varies between �90% in the macropore region to �30% in the mesopore region and the variation is distinctive for each of the examined coals. The developed methodology may be also applied for assessing the volume of accessible pores in other natural underground formations of interest for CO2 sequestration, such as saline aquifers as well as for estimating closed porosity in engineered porous solids of technological importance.

Microfiltration in cheese and whey processing

Milk microfiltration (0.05-0.2 um) is a membrane separation technique which divides milk components into casein-enriched and native whey fractions. Hitherto the effect of intensive microfiltration including a diafiltration step for both cheese and whey processing has not been studied. The microfiltration performance of skimmed milk was studied with polymeric and ceramic MF membranes. The changes caused by decreased concentration of milk lactose, whey protein and ash content for cheese milk quality and ripening were studied. The effects of cheese milk modification on the milk coagulation properties, cheese recovery yield, cheese composition, ripening and sensory quality as well as on the whey recovery yield and composition by microfiltration were studied. The functional properties of whey protein concentrate from native whey were studied and the detailed composition of whey protein concentrate powders made from cheese wheys after cheese milk pretreatments such as high temperature heat treatment (HH), microfiltration (MF) and ultrafiltration (UF) were compared. The studied polymeric spiral wound microfiltration membranes had 38.5% lower energy consumption, 30.1% higher retention of whey proteins to milk retentate and 81.9% lower permeate flux values compared to ceramic membranes. All studied microfiltration membranes were able to separate main whey proteins from skimmed milk. The optimal lactose content of Emmental cheese milk exceeded 3.2% and reduction of whey proteins and ash content of cheese milk with high concentration factor (CF) values increased the rate of cheese ripening. Reduction of whey protein content in cheese milk increased the concentration of caseinomacropeptide (CMP) of total proteins in cheese whey. Reduction of milk whey protein, lactose and ash content reduces milk rennet clotting time and increased the firmness of the coagulum. Cheese yield calculated from raw milk to cheese was lower with microfiltrated milks due to native whey production. Amounts of a-lactalbumin (a-LA) and b-lactoglobulin (b-LG) were significantly higher in the reference whey, indicating that HH, MF and UF milk pretreatments decrease the amounts of these valuable whey proteins in whey. Even low CF values in milk microfiltration (CF 1.4) reduced nutritional value of cheese whey. From the point of view of utilization of milk components it would be beneficial if the amount of native whey and the CMP content of cheese whey could be maximized. Whey protein concentrate powders made of native whey had excellent functional properties and their detailed amino acid composition differed from those of cheese whey protein concentrate powders.

Processo de separação por membranas para remoção de sulfato de níquel e zinco de efluente sintético de indústrias metal-mecânicas

O objetivo do presente trabalho foi investigar o desempenho de membranas comerciais e funcionalizadas na remoção de metais pesados de efluentes sintéticos, simulando os efluentes gerados pelas indústrias metal-mecânicas. As membranas funcionalizadas foram preparadas em laboratório a partir de diferentes poli (éter imidas) sulfonadas, SPEI, que apresentavam alta hidrofilicidade e capacidade de troca iônica. As permeabilidades hidráulicas das membranas de SPEI aumentaram com o grau de sulfonação. Porém, as rejeições foram ainda muito baixas comparadas as membranas comerciais. Por esta razão, algumas membranas comerciais (NF-90, SW30, HRP98PP e BW30LE) foram investigadas e avaliadas quanto ao comportamento da permeabilidade de água e o grau de rejeição a metais pesados. Os resultados mostraram que a membrana de osmose inversa de baixa energia (BW30LE) tinha o melhor fluxo de água (48,44 L/h.m2) e grau de rejeição a cádmio (98%). Logo, ela foi selecionada para o tratamento dos efluentes sintéticos de indústrias metal-mecânicas contendo níquel e zinco. As indústrias da região de Valencia, na Espanha, forneceram amostras de seus efluentes para análise quantitativa, possibilitando o prepararo de soluções sintéticas modelos. Os resultados foram obtidos variando algumas condições de permeação, tais como a força motriz, o pH e a concentração dos metais na solução de alimentação. Os resultados indicaram que o processo de osmose inversa com a membrana BW30LE é altamente adequado para o tratamento de efluentes contendo metais pesados

Emprego dos processos de eletrofloculação e osmose inversa no tratamento de águas oleosas

A descarga desenfreada de águas residuais no meio ambiente, ao longo dos últimos anos, vem acelerando o processo de contaminação e degradação dos corpos hídricos no mundo. Tais rejeitos apresentam elevada carga de contaminantes e de concentração de matéria orgânica o que leva a mortandade das espécies pela concorrência ao oxigênio e, em casos extremos, a aceleração dos processos de eutrofização. Pensando nisso, o presente trabalho estudou um sistema híbrido, em batelada, de tratamento de águas oleosas simuladas em laboratório pela adição de um determinado óleo lubrificante em uma solução aquosa de agentes emulsificantes e eletrólito suporte. O sistema de tratamento foi composto de duas etapas, onde na primeira avaliou-se o uso da técnica da eletrofloculação, responsável por quebrar a estabilidade das emulsões óleo/água e de uma segunda que avaliou o uso de processos de separação com membranas visando à remoção do metal adicionado ao efluente na etapa anterior. O sistema de eletrofloculação foi avaliado em relação ao uso de eletrodos de alumínio e ferro com correntes elétricas de 1A, 2A e 3A, nos modos contínuo e alternado. Os resultados apontaram um maior consumo evidente de massa de eletrodos quando do uso da corrente contínua, 4,0337g 0,0132 para o alumínio e 3,8260g 0,0181 para o ferro ao passo que o consumo foi de 2,1400g 0,0099 para o alumínio e 2,4121g 0,0127 para o ferro quando do o uso da corrente alternada. Foram alcançadas remoções máximas de 98 % 0 da DQO, 99,77 % 0,27 de remoção da cor e 100 % 0 de remoção da turbidez para o uso de corrente alternada e eletrodos de alumínio enquanto se alcançaram remoções máximas 96 % 1 da DQO, 99,46 % 0,82 de remoção da cor e também 100 % 0 de remoção da turbidez no uso de eletrodos de ferro. Na segunda etapa do estudo, a osmose inversa, o sistema utilizado atingiu rejeições de 99,53 % 0,12; 99,56 % 0,13 e de 98,87 % 0,36, para pressões respectivas de 10, 20 e 30 bar. Além disso, foram obtidos fluxos crescentes de permeado 10,87 L/h.m2 0,25; 15,67 L/h.m2 0,53; 18,49 L/h.m2 0,74 com o também aumento da pressão. Ao final do estudo alcançou-se um efluente final com baixa carga orgânica e de metais, estando o mesmo apto ao lançamento nos corpos receptores. Entretanto, mecanismos de controle, sobretudo de pH devem ser incluídos no projeto desses sistemas uma vez que esse parâmetro sofre alterações ao longo do processo

Síntese e caracterização de filmes de nanopartículas de prata dispersas em poli(uretano-ureia) para separação de gases petroquímicos

A utilização de novos materiais aplicados aos processos de separação por membranas tem sido objeto de constante pesquisa acadêmica e tecnológica. Na permeação de gases petroquímicos, a modificação de estruturas poliméricas e o uso de membranas de transporte facilitado por adição de sais contendo metais ou nanopartículas destacam-se dentre as opções disponíveis. Os objetivos deste trabalho foram avaliar alterações químicas, estruturais e térmicas na matriz polimérica de poli(uretano-ureia) (PUU) provocadas pela adição de nanopartículas de prata (AgNps) e obter dados de pemeabilidade de gases petroquímicos (C2H4, C2H6, CO2 e N2) para avaliar a influência das AgNps no transporte desses gases através do filme polimérico. Alterações nos espectros de FTIR nas bandas de estiramento das ligações C-O-C e C=O (uretânica e ureica), e deslocamentos nos picos de difração, demonstram que houve interação entre as AgNps e o oxigênio éter do PUU. A interação com as AgNps diminuiu a estabilidade térmica dos domínios flexíveis do polímero, região onde são encontrados os grupos éteres. As imagens de TEM mostraram que houve baixa dispersão das Nps na matriz polimérica. A interação das AgNps com o grupo éter diminuiu a permeabilidade de todos os gases, porém a redução da permeabilidade do CO2 e do C2H4 foi muito mais significativa, mostrando a interferência das AgNps na sorção desses dois gases. O transporte facilitado de olefinas através dos filmes poliméricos não foi observado, em parte, causado pela baixa dispersão das AgNps na matriz polimérica. Apesar da interação, não foi possível responder se a superfície das Nps estava ativada para o transporte facilitado. Contudo, através dos resultados do trabalho foi possível propor um mecanismo de interação entre as AgNps e o PUU, e verificar como a presença das Nps pode alterar a interação da matriz polimérica com gases petroquímicos

Avaliação da eficiência de wetland construído como unidade de polimento de efluente de tratamento secundário de lixiviado por lodos ativados

Uma das dificuldades a ser enfrentada na implantação de aterros sanitários é o tratamento adequado do lixiviado gerado e seu lançamento no meio ambiente dentro dos padrões estabelecidos pela legislação. O potencial poluidor do lixiviado está ligado principalmente aos altos valores de carga orgânica que promove a redução do oxigênio disponível (utilizado na degradação da matéria orgânica) em cursos dágua, prejudicando a fauna e a flora nesses meios. O objetivo do presente trabalho foi avaliar o sistema de tratamento por wetland construído como unidade de polimento do efluente secundário de uma estação de tratamento de lixiviado de aterro de resíduos sólidos urbanos na Região Metropolitana do Rio de Janeiro. Além dos parâmetros coletivos específicos e não específicos, também foram empregados o fracionamento pelo processo de separação por membranas e ensaios de toxicidade aguda. Os resultados mostram que o wetland tem uma ação positiva como unidade de polimento refletida na redução dos parâmetros turbidez (84%), DQO (19%), amônia (30%) e sólidos totais (3%) reduzindo, assim, os impactos ambientais do lançamento do lixiviado. Contudo, a qualidade do efluente final encontra-se acima dos parâmetros de referência de controle ambiental e mostra a necessidade de um efluente secundário de melhor qualidade. Os resultados mostraram também que altos valores de DQO inerte tanto no afluente (85% em média) quanto no efluente (93,5% em média) do wetland indicam que esses lixiviados apresentam natureza refratária confirmada pelos baixos valores de biodegradabilidade no afluente (20,5% em média) e no efluente (5% em média) do wetland. O fracionamento com membranas mostrou que o afluente e o efluente do wetland possuem maiores contribuições de moléculas na fração >1 kDa. Os ensaios de toxicidade com Aliivibrio fischeri mostraram que o afluente e o efluente do wetland possuem toxicidade aguda, sendo a mesma menor na faixa com moléculas menores.

Remoção de amônia do lixiviado por arraste de ar e caracterização por fracionamento com membrana.

A proposta deste trabalho é estudar a tecnologia para a remoção de amônia do lixiviado através do processo físico-químico de arraste com ar e a sua caracterização por processos de fracionamento com membranas de MF e UF. Foram analisados no processo de arraste de ar os parâmetros pH, vazão de ar e tempo de operação. Foi verificada a remoção de nitrogênio amoniacal de 93,5% em um tempo de operação de 6 horas, com ajuste de pH igual a 11 e vazão de ar 100 L/h. Após a remoção do nitrogênio amoniacal, os lixiviados foram submetidos a processo de fracionamento com membranas de microfiltração (MF) e ultrafiltração (UF), sendo investigadas a remoção de amônia, a condutividade, DQO, COD, cloreto e pH. Obtiveram-se resultados praticamente constantes à medida que o lixiviado permeou nas membranas de MF e UF. Ademais, empregaram-se testes de toxicidade e ensaios de tratabilidade biológica com amostras de lixiviado bruto, lixiviado tratado (baixa concentração de amônia) e lixiviados fracionados com membranas de MF e UF. Nos ensaios de tratabilidade biológica os resultados mostraram que não houve uma remoção significativa de matéria orgânica e nos testes de toxicidade com organismos Danio rerio, embora tenha ocorrido uma redução na toxicidade na sequência dos experimentos, foi constatado que o lixiviado bruto, lixiviado tratado com remoção de amônia e fracionados com membranas de MF e UF mantiveram elevada toxicidade.

Preparation of chitooligosaccharides from chitosan by a complex enzyme

Chitosan of 24% degree of acetylation was depolymerized by a mixture of cellulase, alpha amylase, and proteinase to give the title oligosaccharides. The removal of products by membrane separation permitted yield maximization of products having degree of polymerization in the 3-10 range. (C) 1999 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Enhancement of boron removal in treatment of spent rinse from a plating operation using RO

Boron removal is a critical issue in the production of drinking water and of ultra-pure water in the electronics industry. Boron rejection in a RO process is typically in the range of 40-60%. The objective of this study was to distinguish the factor contributing to enhanced boron rejection in reclamation of a spent rinse stream from a plating operation. The effects of different known components used in the feed on boron removal were investigated in the laboratory. The results indicated that glycolic acid and antifoulants could not individually enhance boron rejection in a RO process. A high boron rejection of 95% was achieved as the concentration of iron in the feed was 10 times higher than that of boron, which might be due to formation of a complex between iron oxide and boron. The finding was confirmed in a pilot study.

Mercaptans extraction from jet-fuel streams using ionic liquids

Desulfurization is one of the most important processes in the refining industry. Due to a growing concern about the risks to human health and environment, associated with the emissions of sulfur compounds, legislation has become more stringent, requiring a drastic reduction in the sulfur content of fuel to levels close to zero (< 10 ppm S). However, conventional desulfurization processes are inefficient and have high operating costs. This scenario stimulates the improvement of existing processes and the development of new and more efficient technologies. Aiming at overcoming these shortcomings, this work investigates an alternative desulfurization process using ionic liquids for the removal of mercaptans from "jet fuel" streams. The screening and selection of the most suitable ionic liquid were performed based on experimental and COSMO-RS predicted liquid-liquid equilibrium data. A model feed of 1-hexanethiol and n-dodecane was selected to represent a jet-fuel stream. High selectivities were determined, as a result of the low mutual solubility between the ionic liquid and the hydrocarbon matrix, proving the potential use of the ionic liquid, which prevents the loss of fuel for the solvent. The distribution ratios of mercaptans towards the ionic liquids were not as favorable, making the traditional liquid-liquid extraction processes not suitable for the removal of aliphatic S-compounds due to the high volume of extractant required. This work explores alternative methods and proposes the use of ionic liquids in a separation process assisted by membranes. In the process proposed the ionic liquid is used as extracting solvent of the sulfur species, in a hollow fiber membrane contactor, without co-extracting the other jet-fuel compound. In a second contactor, the ionic liquid is regenerated applying a sweep gas stripping, which allows for its reuse in a closed loop between the two membrane contactors. This integrated extraction/regeneration process of desulfurization produced a jet-fuel model with sulfur content lower than 2 ppm of S, as envisaged by legislation for the use of ultra-low sulfur jet-fuel. This result confirms the high potential for development of ultra-deep desulfurization application.

An investigation of solubility of aliquat 336 in different extracted solutions

A major concern in solvent extraction processes is the loss of extractant into the aqueous phase due to its slight solubility in the aqueous phase. Similarly, in membrane extraction processes, extractant loss through extractant leakage from the membrane into the aqueous phase is also a concern. Several published membrane extraction studies using Aliquat 336 as the extractant, have expressed this concern, but none has studied extractant leakage quantitatively. It is the authors’ opinion that the extractant leakage should be considered as a technical parameter of a membrane. In our laboratory active progress has been made in using Aliquat 336 ‘entangled’ into the polymer membranes to remove heavy metal ions from wastewater samples. In this work, we studied the loss of Aliquat 336 from the point of view of its solubility in aqueous solutions. The results showed that the solubilities of Aliquat 336 in an aqueous phase acidified with 2 M HCl is about 0.1 g/100 m/ of the solution. This figure provides a useful guideline for evaluating the leakage of the Aliquat 336 extractant from the membranes.