An alternative application to the Portuguese agro-industrial residue: Wheat straw

The effects of alkaline treatments of the wheat straw with sodium hydroxide were investigated. The optimal condition for extraction of hemicelluloses was found to be with 0.50 mol/l sodium hydroxide at 55C for 2 h. This resulted in the release of 17.3% of hemicellulose (% dry starting material), corresponding to the dissolution of 49.3% of the original hemicellulose. The yields were determined by gravimetric analysis and expressed as a proportion of the starting material. Chemical composition and physico-chemical properties of the samples of hemicelluloses were elucidated by a combination of sugar analyses, Fourier transform infrared (FTIR), and thermal analysis. The results showed that the treatments were very effective on the extraction of hemicelluloses from wheat straw and that the extraction intensity (expressed in terms of alkali concentration) had a great influence on the yield and chemical features of the hemicelluloses. The FTIR analysis revealed typical signal pattern for the hemicellulosic fraction in the 1,200-1,000 cm(-1) region. Bands between 1,166 and 1,000 cm(-1) are typical of xylans.

Spent NiMH batteries-The role of selective precipitation in the recovery of valuable metals

The production of electronic equipment, such as computers and cell phones, and, consequently, batteries, has increased dramatically. One of the types of batteries whose production and consumption has increased in recent times is the nickel metal hydride (NiMH) battery. This study evaluated a hydrometallurgical method of recovery of rare earths and a simple method to obtain a solution rich in Ni-Co from spent NiMH batteries. The active materials from both electrodes were manually removed from the accumulators and leached. Several acid and basic solutions for the recovery of rare earths were evaluated. Results showed that more than 98 wt.% of the rare earths were recovered as sulfate salts by dissolution with sulfuric acid, followed by selective precipitation at pH 1.2 using sodium hydroxide. The complete process. precipitation at pH 1.2 followed by precipitation at pH 7, removed about 100 wt.% of iron and 70 wt.% of zinc from the leaching solution. Results were similar to those found in studies that used solvent extraction. This method is easy, economic, and does not pose environmental threats of solvent extraction. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Metal separation from mixed types of batteries using selective precipitation and liquid-liquid extraction techniques

The purpose of this paper is to study metal separation from a sample composed of a mixture of the main types of spent household batteries, using a hydrometallurgical route, comparing selective precipitation and liquid-liquid extraction separation techniques. The preparation of the solution consisted of: grinding the waste of mixed batteries, reduction and volatile metals elimination using electric furnace and acid leaching. From this solution two different routes were studied: selective precipitation with sodium hydroxide and liquid-liquid extraction using Cyanex 272 [bis(2,4,4-trimethylpentyl) phosphoric acid] as extracting agent. The best results were obtained from liquid-liquid extraction in which Zn had a 99% extraction rate at pH 2.5. More than 95% Fe was extracted at pH 7.0, the same pH at which more than 90% Ce was extracted. About 88% Mn, Cr and Co was extracted at this pH. At pH 3.0, more than 85% Ni was extracted, and at pH 3.5 more than 80% of Cd and La was extracted. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Storage as a tool to improve wood fuel quality

This work analysed the influence of storage in the quality of forest biomass for energy generation in the region of Lages, Brazil. Logs of Pinus taeda L. and Eucalyptus dunnii Maiden were harvested and piled during the four different seasons: spring, summer, fall and winter. The analyses were performed immediately after harvesting (without being stored), after two, four and six months of storage. The evaluated properties were: moisture content, gross and net calorific value, ash content and solubility in cold water, hot water and sodium hydroxide. The species composition, storage span, harvesting season and storage season influenced the forest biomass characteristics. In general, eucalyptus presented better results than pine, losing moisture faster, having less alteration in the chemical composition and producing greater energetic gain over storage time. For both species, the ideal storage time was four months. Furthermore, spring and summer were the best harvesting seasons. Thus, if the forest biomass is harvested at the end of winter or beginning of spring with subsequent storage during the summer, this biomass will have the best performance for energy production. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Two-step liquid-phase microextraction and high-performance liquid chromatography for the simultaneous analysis of the enantiomers of mefloquine and its main metabolite carboxymefloquine in plasma

A method for the simultaneous analysis of the enantiomers of mefloquine (MQ) and its main metabolite carboxymefloquine (CMQ) in plasma is described for the first time. The assay involves two-step liquid-phase micro-extraction (LPME) and enantioselective high-performance liquid chromatography. In the first LPME step, the enantiomers of MQ were extracted from an alkalinized sample through a thin layer of di-n-hexyl ether immobilized in the pores of the hollow fiber and into 0.01 M perchloric acid as acceptor solution. In the second LPME step, the same sample was acidified to enable the extraction of CMQ using the same organic solvent and 0.05 M sodium hydroxide as acceptor phase. The analytes were resolved on a Chirobiotic T column in the polar-organic mode of elution and detected at 285 nm. The recovery rates from 1 mL of plasma were in the range 35-38%. The method presented limits of quantification of 50 ng/mL for all analytes and was linear up to 1,500 and 3,000 ng/mL for the enantiomers of MQ and CMQ, respectively. The plasmatic concentrations of (+)-(RS)-MQ were higher than those of (-)-(SR)-MQ after oral administration of the racemic drug to rats.

The nutritive value of Rhodes grass (Chloris gayana) when treated with CaO, NaOH or a microbial inoculant and offered to dairy heifers as big-bale silage

A series of laboratory and animal studies examined the use of chemical and biological agents to enhance the digestibility of Rhodes grass (grass) cut at 60 (young) and 100 (mature) days of regrowth and ensiled as big round bales. The treatments included an untreated control (C), a microbial inoculant (I), NaOH, CaO and NaOH plus inoculant (NaOH + I). Inoculant was grown anaerobically, using a starter culture of rumen fluid from cattle given Rhodes grass. Treatments C, 1, NaOH, NaOH + I, were offered separately to twelve dairy heifers, in a 3 X 4 randomized complete block design, repeated twice for each grass silage. C and I had substantial mould growth, compared with no visible mould in NaOH or NaOH + 1. CaO treatment was effective in preventing mould growth, but had little effect on the chemical composition and in sacco digestibility of mature grass silage. NaOH reduced NDF content and increased in sacco digestibility (P < 0.05) but not the in vivo digestibility (P > 0.05) of both mature- and young-grass silage. The effects of other treatments on nutritive value were non-significant at both stages of maturity. NaOH increased the intake of mature-grass silage by 24-26% (P < 0.05), but had little effect on the intake of young-grass silage (P > 0.05). Treatment I consistently reduced grass silage intake (P < 005) for young-grass silage. The findings of these studies show that treating mature Rhodes grass with NaOH will improve its nutritive value and reduce mould growth in conserved herbage. However none of the treatments in this study had any consistently positive effects on the in vivo nutritive value or storage quality of young-grass silage.

Produção de biodiesel por catálise heterogénea

Mestrado em Engenharia Química. Ramo optimização energética na indústria química.

Produção de biodiesel via catálise heterogénea básica

Mestrado em Engenharia Química. Ramo Tecnologias de Protecção Ambiental.

Produção de bioetanol a partir de um resíduo orgânico proveniente da central de compostagem da LIPOR

Mestrado em Engenharia Química

Optimização do tratamento de um efluente aquoso resultante da utilização de cola nas máquinas de produção de placas de madeira

O presente trabalho teve como principais objectivos, estudar e optimizar o processo de tratamento do efluente proveniente das máquinas da unidade Cold-press da linha de produção da Empresa Swedwood, caracterizar a solução límpida obtida no tratamento e estudar a sua integração no processo, e por fim caracterizar o resíduo de pasta de cola obtido no tratamento e estudar a possível valorização energética deste resíduo. Após caracterização inicial do efluente e de acordo com os resultados de um estudo prévio solicitado pela Empresa Swedwood a uma empresa externa, decidiu-se iniciar o estudo de tratabilidade do efluente pelo processo físico-químico a coagulação/floculação. No processo de coagulação/floculação estudou-se a aplicabilidade, através de ensaios Jar-test, dos diferentes agentes de coagulação/floculação: a soda cáustica, a cal, o cloreto férrico e o sulfato de alumínio. Os melhores resultados neste processo foram obtidos com a adição de uma dose de cal de 500 mg/Lefluente, seguida da adição de 400 mg/Lefluente de sulfato de alumínio. Contudo, após este tratamento o clarificado obtido não possuía as características necessárias para a sua reintrodução no processo fabril nem para a sua descarga em meio hídrico. Deste modo procedeu-se ao estudo de tratamentos complementares. Nesta segunda fases de estudo testaram-se os seguintes os tratamentos: a oxidação química por Reagente de Fenton, o tratamento biológico por SBR (sequencing batch reactor) e o leito percolador. Da análise dos resultados obtidos nos diferentes tratamentos conclui-se que o tratamento mais eficaz foi o tratamento biológico por SBR com adição de carvão activado. Prevê-se que no final do processo de tratamento o clarificado obtido possa ser descarregado em meio hídrico ou reintroduzido no processo. Como o estudo apenas foi desenvolvido à escala laboratorial, seria útil poder validar os resultados numa escala piloto antes da sua implementação industrial. A partir dos resultados do estudo experimental, procedeu-se ao dimensionamento de uma unidade de tratamento físico-químico e biológico à escala industrial para o tratamento de 20 m3 de efluente produzido na fábrica, numa semana. Dimensionou-se ainda a unidade (leito de secagem) para tratamento das lamas produzidas. Na unidade de tratamento físico-químico (coagulação/floculação) os decantadores estáticos devem possuir o volume útil de 4,8 m3. Sendo necessários semanalmente 36 L da suspensão de cal (Neutrolac 300) e 12,3 L da solução de sulfato de alumínio a 8,3%. Os tanques de armazenamento destes compostos devem possuir 43,2 litros e 96 litros, respectivamente. Nesta unidade estimou-se que são produzidos diariamente 1,4 m3 de lamas. Na unidade de tratamento biológico o reactor biológico deve possuir um volume útil de 6 m3. Para que este processo seja eficaz é necessário fornecer diariamente 2,1 kg de oxigénio. Estima-se que neste processo será necessário efectuar a purga de 325 litros de lamas semanalmente. No final da purga repõe-se o carvão activado, que poderá ser arrastado juntamente com as lamas, adicionando-se 100 mg de carvão por litro de licor misto. De acordo com o volume de lamas produzidos em ambos os tratamentos a área mínima necessária para o leito de secagem é de cerca de 27 m2. A análise económica efectuada mostra que a aquisição do equipamento tem o custo de 22.079,50 euros, o custo dos reagentes necessários neste processo para um ano de funcionamento tem um custo total de 508,50 euros e as necessidades energéticas de 2.008,45 euros.

Determinação dos impactes ambientais e análise do ciclo de vida da produção de biodiesel

O consumo de energia tem vindo a crescer de uma forma contínua e directamente proporcional ao aumento da população e da industrialização. A maior parte da energia consumida no Mundo é, ainda, proveniente dos combustíveis fósseis. Contudo, a diminuição da reserva e a poluição atmosférica produzida pela sua utilização, estimulam e aumentam a necessidade de fontes alternativas de energia. O biodiesel tem atraído considerável atenção como combustível renovável, biodegradável e não tóxico, e pode contribuir para a resolução do problema energético, reduzindo significativamente a emissão dos gases causadores do aquecimento global. A primeira etapa deste trabalho consistiu na simulação de diferentes alternativas de processos de produção de biodiesel. O método usado para a produção do biodiesel foi a transesterificação entre os óleos vegetais e um álcool, na presença de um catalisador. Entre as matérias-primas figuram os óleos de palma e os óleos alimentares usados que foram objecto de estudo nesta dissertação. Na segunda etapa realizou-se uma análise do ciclo de vida para todas as alternativas em estudo seguida de uma análise económica para as alternativas que apresentassem menores impactos e que fossem mais promissoras do ponto de vista económico. Por fim, procedeu-se à comparação das diferentes alternativas sob o ponto de vista da análise do ciclo de vida e sob o ponto de vista da análise económica. Comprovou-se a viabilidade de todos os processos e o biodiesel obtido apresentou boas especificações. Do ponto de vista da análise do ciclo de vida a melhor alternativa foi o processo de catálise alcalina com pré-tratamento ácido para óleos alimentares usados. O processo que usa como matérias-primas os óleos virgens, o metanol e o hidróxido de sódio apresenta, no entanto, menores custos de investimento. Contudo, o processo de catálise alcalina com pré-tratamento ácido cuja matéria-prima principal são os óleos usados é muito mais rentável e apresenta menores impactes ambientais.

Estudo da tratabilidade laboratorial e optimização experimental do tratamento de águas residuais de indústrias lácteas

O presente trabalho experimental teve como objectivos estudar a tratabilidade dum efluente lácteo utilizando a técnica de coagulação/floculação e avaliar a possibilidade de utilização do carvão activado granulado (CAG) Aquasorb 2000 como adsorvente para a remoção de compostos orgânicos presentes nos efluentes lácteos pré–tratados por coagulação/floculação, funcionando como um tratamento de polimento. No estudo da tratabilidade do efluente por coagulação/floculação investigou-se a influência de determinadas variáveis como o tipo e dose de coagulante e pH, a fim de encontrar as melhores condições operatórias. A utilização da referida técnica visou a redução do valor de concentração de alguns parâmetros: carência química de oxigénio (CQO); fósforo total e turvação, tendo sido utilizados efluentes desta indústria recolhidos em diferentes datas e após tratamento biológico, designados por A, B, C e D apresentando características diferentes. Sendo que o efluente A apresentava valores de CQO, fósforo total e turvação de 500 mg O2/L;32 mg P/L e 40 NTU respectivamente, o efluente B 1400 mg O2/L; 120 mg P/L e 80 NTU respectivamente, o efluente C 12300 mg O2/L; 87 mg P/L e 350 NTU respectivamente e o efluente D 340 mg O2/L; 33 mg P/L e 42 NTU respectivamente. Os coagulantes estudados foram hidróxido de cálcio (HC), sulfato de alumínio (SA) e tricloreto de ferro (TF). Verificou-se que o coagulante com maior eficácia nos efluentes estudados foi o TF. As maiores remoções de CQO, fósforo total e turvação, 89%, 99,9% e 99%, respectivamente, foram obtidas para o efluente C, com uma dosagem de TF de 4 g/L e com um pH entre 6 e 7. Entre os efluentes estudados este era o que apresentava valores iniciais mais elevados para qualquer um destes parâmetros. As melhores percentagens de remoção obtidas com o HC, para a CQO, fósforo total e turvação foram de 59%, 99% e 91%, respectivamente, com uma dosagem de HC de 1 g/L e com um pH entre 10 e 11,5 foram conseguidas no tratamento do efluente D, com o qual se alcançaram também as melhores remoções de CQO, fósforo total e turvação de 65%, 99% e 87%, respectivamente, quando se utilizou o coagulante SA, com uma dosagem de 2 g/L e com um pH entre 7 e 7,5. Relativamente ao volume de lamas produzido neste processo pela utilização dos diferentes coagulantes no tratamento dos efluentes referidos concluiu-se que o coagulante que gera menor volume de lamas é o HC, sendo o SA aquele que origina um maior volume. Submeteu-se posteriormente o efluente D, pré-tratado por coagulação/floculação, a um processo de adsorção em batch utilizando o CAG Aquasorb 2000, onde se conseguiu uma remoção de CQO de 48%, alcançando para este parâmetro o valor de 63 mg O2/L, nas condições operatórias que correspondem a uma massa de CAG de 12,5 g/L e um tempo de contacto de 3 horas. Quanto aos custos associados com os coagulantes, o que menores custos apresenta é o HC (150 €/ton), seguido pelo TF (250 €/ton) e por ultimo o SA (340 €/ton). Sendo que o efluente quando tratado com TF e SA é necessário uma correcção do pH do meio para que estes coagulantes actuem eficazmente, em que essa correcção de pH é realizada com hidróxido de sódio (540 €/ton). Realizaram-se ainda estudos de equilíbrio de adsorção com o carvão activado referido e o azul-de-metileno usando diferentes concentrações deste (50 mg/L; 100 mg/L e 200 mg/L) e diferentes massas de CAG (0,1g; 0,2g; 0,3g; 0,4g e 0,5g). A temperatura a que se realizaram estes ensaios foi de 28,7ºC e o volume de azul-de-metileno foi de 200 mL. Verificou-se que os melhores resultados obtidos foram para uma concentração de adsorvato de 100 mg/L. Ajustaram-se os modelos de Langmuir e Freundlich às isotérmicas obtidas tendo correlações mais elevadas para a concentração de 100 mg/L de corante (azul de metileno), sendo o modelo de Freundlich aquele que melhor se ajustou apresentando uma correlação quadrática de 0,9744 e os seguintes parâmetros Kf = 6,59 e n = 5,33, enquanto que o de Langmuir apresentou uma correlação quadrática de 0,9583 e os seguintes parâmetros qmáx = 83,3 mg/g de adsorvente e K = 20 L/mg de adsorvato.. Verificou-se que a capacidade de adsorção promovida pelo CAG, em relação ao azul-demetileno, obtida experimentalmente, 83,3 mg/g, é muito inferior à capacidade de adsorção teoricamente prevista pela ficha técnica deste carvão, 280 mg/g a uma temperatura de 25ºC, o que pode indiciar que o carvão utilizado não estaria nas melhores condições.

Life cycle analysis of biodiesel production

Biodieselhas attracted considerable attention as a renewable, biodegradable, and nontoxic fuel and can contribute to solving the energy problems, significantly reducing the emission of gases which cause global warming. The first stage of this work was to simulate different alternative processes for producing biodiesel. The method used for the production of biodiesel is the transesterification of vegetable oilswith an alcohol in the presence of a catalyst. The raw materials used were palm oils and waste cooking oil. The second stage was a life cycle analysis for all alternatives under study, followed by an economic analysis for the alternatives that present minor impacts and which are more promising from an economic point of view. Finally,we proceeded to compare the different alternatives fromboth the point of view of life cycle and economic analysis. The feasibility of all processes was proven and the biodiesel obtained had good specifications. From the standpoint of life cycle analysis, the best alternative was the process of alkaline catalysiswith acid pretreatment for waste cooking oil. The economic analysis was done to the previous mentioned process and to the process that uses raw virgin oils, methanol, and sodium hydroxide. This process has lower investment costs but the process of alkaline catalysis with acid pre-treatment, whose main raw material is waste oil, is much more profitable and has less environmental impacts.

Argamassas e betões geopoliméricos: estado da arte e potencial de industrialização em Portugal

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Eletrólise da água para produção de gás de síntese

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica Ramo de Processos Químicos