Pirólise térmica e catalítica de resíduos de vácuo gerados no refino de petróleo

In this study, was used a very promising technique called of pyrolysis, which can be used for obtaining products with higher added value. From oils and residues, since the contribution of heavier oils and residues has intensified to the world refining industry, due to the growing demand for fuel, for example, liquid hydrocarbons in the range of gasoline and diesel. The catalytic pyrolysis of vacuum residues was performed with the use of a mesoporous material belonging the M41S family, which was discovered in the early 90s by researchers Mobil Oil Corporation, allowing new perspectives in the field of catalysis. One of the most important members of this family is the MCM-41, which has a hexagonal arrangement of mesopores with pore diameters between 2 and 10 nm and a high specific surface area, making it very promising for use as a catalyst in petroleum refining for catalytic cracking, and their mesopores facilitate the access of large hydrocarbon molecules. The addition of aluminum in the structure of MCM-41 increases the acidity of the material, making it more positive for application in the petrochemical industry. The mesoporous material of the type Al-MCM41 (ratio Si / Al = 50) was synthesized by hydrothermal method starting from the silica gel, NaOH and distilled water added to the gel pseudobohemita synthesis. Driver was used as structural CTMABr. Removal of organic driver (CTMABr) was observed by TG / DTG and FTIR, but this material was characterized by XRD, which was observed the formation of the main peaks characteristic of mesoporous materials. The analysis of adsorption / desorption of nitrogen this material textural parameters were determined. The vacuum residues (VR's) that are products of the bottom of the vacuum distillation tower used in this study are different from oil fields (regions of Ceará and Rio de Janeiro). Previously characterized by various techniques such as FTIR, viscosity, density, SARA, elemental analysis and thermogravimetry, which was performed by thermal and catalytic degradation of vacuum residues. The effect of AlMCM-41 was satisfactory, since promoted a decrease in certain ranges of temperature required in the process of conversion of hydrocarbons, but also promoted a decrease in energy required in the process. Thus enabling lower costs related to energy expenditure from degradation during processing of the waste

Engineered zeolitic materials: synthesis and application

Les zéolithes étant des matériaux cristallins microporeux ont démontré leurs potentiels et leur polyvalence dans un nombre très important d’applications. Les propriétés uniques des zéolithes ont poussé les chercheurs à leur trouver constamment de nouvelles utilités pour tirer le meilleur parti de ces matériaux extraordinaires. Modifier les caractéristiques des zéolithes classiques ou les combiner en synergie avec d’autres matériaux se trouvent être deux approches viables pour trouver encore de nouvelles applications. Dans ce travail de doctorat, ces deux approches ont été utilisées séparément, premièrement avec la modification morphologique de la ZSM-12 et deuxièmement lors de la formation des matériaux de type coeur/coquille (silice mésoporeuses@silicalite-1). La ZSM-12 est une zéolithe à haute teneur en silice qui a récemment attiré beaucoup l’attention par ses performances supérieures dans les domaines de l’adsorption et de la catalyse. Afin de synthétiser la ZSM-12 avec une pureté élevée et une morphologie contrôlée, la cristallisation de la zéolithe ZSM-12 a été étudiée en détail en fonction des différents réactifs chimiques disponibles (agent directeur de structure, types de silicium et source d’aluminium) et des paramètres réactionnels (l’alcalinité, ratio entre Na, Al et eau). Les résultats présentés dans cette étude ont montré que, contrairement à l’utilisation du structurant organique TEAOH, en utilisant un autre structurant, le MTEAOH, ainsi que le Al(o-i-Pr)3, cela a permis la formation de monocristaux ZSM-12 monodisperses dans un temps plus court. L’alcalinité et la teneur en Na jouent également des rôles déterminants lors de ces synthèses. Les structures de types coeur/coquille avec une zéolithe polycristalline silicalite-1 en tant que coquille, entourant un coeur formé par une microsphère de silice mésoporeuse (tailles de particules de 1,5, 3 et 20-45 μm) ont été synthétisés soit sous forme pure ou chargée avec des espèces hôtes métalliques. Des techniques de nucléations de la zéolithe sur le noyau ont été utilisées pour faire croitre la coquille de façon fiable et arriver à former ces matériaux. C’est la qualité des produits finaux en termes de connectivité des réseaux poreux et d’intégrité de la coquille, qui permet d’obtenir une stéréosélectivité. Ceci a été étudié en faisant varier les paramètres de synthèse, par exemple, lors de prétraitements qui comprennent ; la modification de surface, la nucléation, la calcination et le nombre d’étapes secondaires de cristallisation hydrothermale. En fonction de la taille du noyau mésoporeux et des espèces hôtes incorporées, l’efficacité de la nucléation se révèle être influencée par la technique de modification de surface choisie. En effet, les microsphères de silice mésoporeuses contenant des espèces métalliques nécessitent un traitement supplémentaire de fonctionnalisation chimique sur leur surface externe avec des précurseurs tels que le (3-aminopropyl) triéthoxysilane (APTES), plutôt que d’utiliser une modification de surface avec des polymères ioniques. Nous avons également montré que, selon la taille du noyau, de deux à quatre traitements hydrothermaux rapides sont nécessaires pour envelopper totalement le noyau sans aucune agrégation et sans dissoudre le noyau. De tels matériaux avec une enveloppe de tamis moléculaire cristallin peuvent être utilisés dans une grande variété d’applications, en particulier pour de l’adsorption et de la catalyse stéréo-sélective. Ce type de matériaux a été étudié lors d’une série d’expériences sur l’adsorption sélective du glycérol provenant de biodiesel brut avec des compositions différentes et à des températures différentes. Les résultats obtenus ont été comparés à ceux utilisant des adsorbants classiques comme par exemple du gel de sphères de silice mésoporeux, des zéolithes classiques, silicalite-1, Si-BEA et ZSM-5(H+), sous forment de cristaux, ainsi que le mélange physique de ces matériaux références, à savoir un mélange silicalite-1 et le gel de silice sphères. Bien que le gel de sphères de silice mésoporeux ait montré une capacité d’adsorption de glycérol un peu plus élevée, l’étude a révélé que les adsorbants mésoporeux ont tendance à piéger une quantité importante de molécules plus volumineuses, telles que les « fatty acid methyl ester » (FAME), dans leur vaste réseau de pores. Cependant, dans l’adsorbant à porosité hiérarchisée, la fine couche de zéolite silicalite-1 microporeuse joue un rôle de membrane empêchant la diffusion des molécules de FAME dans les mésopores composant le noyau/coeur de l’adsorbant composite, tandis que le volume des mésopores du noyau permet l’adsorption du glycérol sous forme de multicouches. Finalement, cette caractéristique du matériau coeur/coquille a sensiblement amélioré les performances en termes de rendement de purification et de capacité d’adsorption, par rapport à d’autres adsorbants classiques, y compris le gel de silice mésoporeuse et les zéolithes.

Sensor psychrometric approaches to mitigating aflatoxins in maize dried on farms in Kenya

Kenia liegt in den Äquatorialtropen von Ostafrika und ist als ein weltweiter Hot-Spot für Aflatoxinbelastung insbesondere bei Mais bekannt. Diese toxischen und karzinogenen Verbindungen sind Stoffwechselprodukte von Pilzen und so insbesondere von der Wasseraktivität abhängig. Diese beeinflusst sowohl die Trocknung als auch die Lagerfähigkeit von Nahrungsmitteln und ist somit ein wichtiger Faktor bei der Entwicklung von energieeffizienten und qualitätsorientierten Verarbeitungsprozessen. Die vorliegende Arbeit hat sich zum Ziel gesetzt, die Veränderung der Wasseraktivität während der konvektiven Trocknung von Mais zu untersuchen. Mittels einer Optimierungssoftware (MS Excel Solver) wurde basierend auf sensorerfassten thermo-hygrometrischen Daten der gravimetrische Feuchteverlust von Maiskolben bei 37°C, 43°C und 53°C vorausberechnet. Dieser Bereich stellt den Übergang zwischen Niedrig- und Hochtemperaturtrocknung dar. Die Ergebnisse zeigen deutliche Unterschiede im Verhalten der Körner und der Spindel. Die Trocknung im Bereich von 35°C bis 45°C kombiniert mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten (> 1,5 m / s) begünstigte die Trocknung der Körner gegenüber der Spindel und kann daher für eine energieeffiziente Trocknung von Kolben mit hohem Anfangsfeuchtegehalt empfohlen werden. Weitere Untersuchungen wurden zum Verhalten unterschiedlicher Schüttungen bei der bei Mais üblichen Satztrocknung durchgeführt. Entlieschter und gedroschener Mais führte zu einem vergrößerten Luftwiderstand in der Schüttung und sowohl zu einem höheren Energiebedarf als auch zu ungleichmäßigerer Trocknung, was nur durch einen erhöhten technischen Aufwand etwa durch Mischeinrichtungen oder Luftumkehr behoben werden könnte. Aufgrund des geringeren Aufwandes für die Belüftung und die Kontrolle kann für kleine landwirtschaftliche Praxisbetriebe in Kenia daher insbesondere die Trocknung ganzer Kolben in ungestörten Schüttungen empfohlen werden. Weiterhin wurde in der Arbeit die Entfeuchtung mittels eines Trockenmittels (Silikagel) kombiniert mit einer Heizquelle und abgegrenztem Luftvolumen untersucht und der konventionellen Trocknung gegenüber gestellt. Die Ergebnisse zeigten vergleichbare Entfeuchtungsraten während der ersten 5 Stunden der Trocknung. Der jeweilige Luftzustand bei Verwendung von Silikagel wurde insbesondere durch das eingeschlossene Luftvolumen und die Temperatur beeinflusst. Granulierte Trockenmittel sind bei der Maistrocknung unter hygienischen Gesichtspunkten vorteilhaft und können beispielsweise mit einfachen Öfen regeneriert werden, so dass Qualitätsbeeinträchtigungen wie bei Hochtemperatur- oder auch Freilufttrocknung vermieden werden können. Eine hochwertige Maistrocknungstechnik ist sehr kapitalintensiv. Aus der vorliegenden Arbeit kann aber abgeleitet werden, dass einfache Verbesserungen wie eine sensorgestützte Belüftung von Satztrocknern, der Einsatz von Trockenmitteln und eine angepasste Schüttungshöhe praktikable Lösungen für Kleinbauern in Kenia sein können. Hierzu besteht, ggf. auch zum Aspekt der Verwendung regenerativer Energien, weiterer Forschungsbedarf.

Erbium-activated silica-zirconia planar waveguides prepared by sol-gel route

Er(3+) doped (100-x)SiO(2)-xZrO(2) planar waveguides were prepared by the sol-gel route, with x ranging from 10 up to 30 mol%. Multilayer films doped with 0.3 mol% Er(3+) ions were deposited on fused quartz substrates by the dip-coating technique. The thickness and refractive index were measured by m-line spectroscopy at different wavelengths. The fabrication protocol was optimized in order to confine one propagating mode at 1.5 mu m. Photoluminescence in the near and visible region indicated a crystalline local environment for the Er(3+) ion. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Novel molecular sieve silica (MSS) membranes: characterisation and permeation of single-step and two-step sol-gel membranes

High quality MSS membranes were synthesised by a single-step and two-step catalysed hydrolyses employing tetraethylorthosilicate (TEOS), absolute ethanol (EtOH), I M nitric acid (HNO3) and distilled water (H2O). The Si-29 NMR results showed that the two-step xerogels consistently had more contribution of silanol groups (Q(3) and Q(2)) than the single-step xerogel. According to the fractal theory, high contribution of Q(2) and Q(3) species are responsible for the formation of weakly branched systems leading to low pore volume of microporous dimension. The transport of diffusing gases in these membranes is shown to be activated as the permeance increased with temperature. Albeit the permeance of He for both single-step and two-step membranes are very similar, the two-step membranes permselectivity (ideal separation factor) for He/CO2 (69-319) and He/CH4 (585-958) are one to two orders of magnitude higher than the single-step membranes results of 2-7 and 69, respectively. The two-step membranes have high activation energy for He and H-2 permeance, in excess of 16 kJ mol(-1). The mobility energy for He permeance is three to six-fold higher for the two-step than the single-step membranes. As the mobility energy is higher for small pores than large pores and coupled with the permselectivity results, the two-step catalysed hydrolysis sol-gel process resulted in the formation of pore sizes in the region of 3 Angstrom while the single-step process tended to produce slightly larger pores. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Bulk silica-based luminescent materials by sol-gel processing of non-conventional precursors

The sol-gel synthesis of bulk silica-based luminescent materials using innocuous hexaethoxydisilane and hexamethoxydisilane monomers, followed by one hour thermal annealing in an inert atmosphere at 950oC-1150oC, is reported. As-synthesized hexamethoxydisilane-derived samples exhibit an intense blue photoluminescence band, whereas thermally treated ones emit stronger photoluminescence radiation peaking below 600 nm. For hexaethoxydisilane-based material, annealed at or above 1000oC, a less intense photoluminescence band, peaking between 780 nm and 850 nm that is attributed to nanocrystalline silicon is observed. Mixtures of both precursors lead to composed spectra, thus envisaging the possibility of obtaining pre-designed spectral behaviors by varying the mixture composition.

Connectivity in sol-gel silica glasses

In this work it is carried out a review on structural parameters related to the evaluation of pore connectivity of nanostructures. The work describes parameters and methods of evaluation of geometric parameters. The concepts of connectivity are applied to silica gels and glasses obtained from sol-gel process. The study of pores connectivity was carried out using a combination of geometric modeling and experimental evaluation of specific surface area and pore volume. The permeability of the pore structure is evaluated and a permeability geometric factor, Pg, is proposed.

Adsorption of hidrogen peroxide on the surface of silica - titania mixed oxide obtained by the sol-gel processing method

This work describes the sol-gel mixed oxide SiO2/TiO2 property, ST, as prepared, and submitted to heat treatment a 773 K, STC. SEM and EDS images show, within magnification used, a uniform distribution of the TiO2 particles in SiO2/TiO2 matrix. Both, ST and STC adsorb hydrogen peroxide on the surface and through EPR and UV-Vis diffuse reflectance spectra, it was possible to conclude that the species on the surface is the peroxide molecule attached to the Lewis acid site of titanium particle surface, alphaTi(H2O2)+. As the material is very porous, presumably the hydrogen peroxide molecule is confined in the matrix pores on the surface, a reason why the adsorbed species presents an exceptional long lived stability.

Sol-Gel Mesoporous Silica Aerogels and Bio Hybrids for Functional Applications

The thesis covers a systematic investigation on the synthesis of silica aerogels and microspheres with tailored porosity, at ambient conditions by varying the experimental parameters as well as using organic templates. Organically modified silica-gelatin and silica-chitosan hybrids were developed for the first time using alkylalkoxysilanes such as MTMS and VTMS. Application of novel silica-biopolymer antiwetting coatings on different substrates such as glass, leather and textile is also demonstrated in the thesis.

Enhanced second order non-linear optical properties of silica sol-gel thin films through photo-induced poling

Sol-gel derived inorganic materials are of interest as hosts for non-linear optically active guest molecules and they offer particular advantages in the field of non-linear optics. Orientationally ordered glasses have been prepared using a sol-gel system based on tetramethoxysilane, methyltrimethoxysilane and a non-linear optical chromophore Disperse Red 1. The novel technique of photo-induced poling was used to generate enhanced levels of polar order. The level of enhancement is strongly dependent on the extent of gelation and an optimum preparation time of ∼100 h led to an enhancement factor of ∼5. Films prepared in this manner exhibited a high stability of the polar order.

Effect of Lithium Nitrate on the Alkali-Silica Reaction Gel

Lithium nitrate has been used to prevent and to mediate the expansion caused by alkali-silica reaction (ASR). However, there is limited information on how it affects the existing reaction products caused by ASR. The aim of the present work is to determine the modifications caused by the LiNO3 treatment on the structure of the gel produced by ASR. ASR gel samples obtained from a concrete dam were exposed to an aqueous solution of lithium nitrate and sodium hydroxide with molar LiNO3/NaOH = 0.74, and the resulting products were analyzed by X-ray diffraction, infrared spectroscopy, and solid-state nuclear magnetic resonance of Si-29, Na-23, and Li-7. The treatment of the gel samples produces significant structural modifications in ASR products. A new amorphous silicate compound incorporating Li+ ions is formed, with an average silicate network that can be described as linear in contrast with the layered structure of the original gel. This elimination of the layered structure after the Li-based treatments may be related to the reduction of the tendency of the gel to expand. Also, several crystalline compounds containing potassium indicate the release of this species from the original ASR gel.

Erbium-activated silica-zirconia planar waveguides prepared by sol-gel route

Er(3+) doped (100-x)SiO(2)-xZrO(2) planar waveguides were prepared by the sol-gel route, with x ranging from 10 up to 30 mol%. Multilayer films doped with 0.3 mol% Er(3+) ions were deposited on fused quartz substrates by the dip-coating technique. The thickness and refractive index were measured by m-line spectroscopy at different wavelengths. The fabrication protocol was optimized in order to confine one propagating mode at 1.5 mu m. Photoluminescence in the near and visible region indicated a crystalline local environment for the Er(3+) ion. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Optimization of photo-polymerized sol gel monolithic stationary phases prepared in polyacrylate-coated fused-silica capillaries for capillary electrochromatography

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Functionalized silica synthesized by sol-gel process

This work considers some aspects of the chemistry involved in the preparation and description of silicon oxide functionalized by sol-gel process. In this work we studied the synthesis and measured the properties of silicon oxide functionalized with 3-chloropropyl, through a sol-gel process. Thermogravimetic analysis, infrared spectra, and elemental analyses were measured. The samples were prepared in the following proportions of tetraethylorthosilicate (TEOS): 3-chloropropyl trimethoxisilane molar ratio: 1:0, 1:1, 2:1, 3:1 and 4:1. The thermogravimetric data for the resulting materials established the 'minimum formulae' 2:0, 3:1, 4.1, 7:1 and 11:1, respectively. As expected, the relative amount of water is inversely proportional to the presence of propyl groups. Infrared data show Si-C and -CH2-vibration modes at 1250 to 1280 and 2920 to 2940 cm(-1), respectively. Thermogravimetric data and infrared spectra showed that inorganic polymers contained organic polymers. (C) 1999 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.