Analysis of multicomponent adsorption kinetics on activated carbon

An integrated mathematical model for the kinetics of multicomponent adsorption on microporous carbon was developed. Transport in this bidisperse solid is represented by balance equations in the macropore and micropore phases, in which gas-phase diffusion dominates the mass transfer in the macropores, with the phenomenological diffusivities represented by the generalized Maxwell-Stefan (GMS) formulation. Viscous flow also contributes to the macropore fluxes and is included in the MS expressions. Diffusion of the adsorbed phase controls the mass transfer in the micro ore phase, p which is also described in a similar way by the MS method. The adsorption isotherms are represented by a new heterogeneous modified vacancy solution theory formulation of adsorption, which has proved to be a robust method for adsorption on activated carbons. The model is applied to the coadsorption and codesorption of C2H6 and C3H8 on Ajax and Norit carbon, as well as the displacement on Ajax carbon. The effect of the viscous flow in the macropore phase is not significant for the cases studied. The model accurately predicts the overshoot behavior and rollup of C2H6 during coadsorption. The prediction for the heavier compound C3H8 is always satisfactory, though at higher C3H8 mole fraction, the overshoot extent of C2H6 is overpredicted, possibly due to neglect of heat effects.

Estudo da lixiviação de um concentrado de zinco

Neste trabalho estudou-se a lixiviação em meio sulfúrico do zinco e outros metais de valor de um concentrado zinco, tendo-se realizado ensaios de lixiviação à pressão atmosférica e em autoclave. Nos estudos de lixiviação utilizou-se o ião férrico (sulfato férrico) como agente oxidante e avaliaram-se os efeitos de diversas variáveis como a razão sólido/líquido, concentração do ião Fe (III), temperatura, a pressão de oxigénio e a presença de enxofre elementar na eficiência da lixiviação. Os ensaios de lixiviação em autoclave sob pressão de oxigénio foram realizados para verificar o efeito da manutenção da quantidade de Fe (III) na lixívia, por oxidação do Fe(II) com oxigénio. Os resultados obtidos mostraram que à pressão atmosférica para uma razão sólido/líquido de 5% foi possível lixiviar no máximo 59% de zinco e 22% de cobre com solução de 0,25 M de Fe2(SO4)3 e 0,50 M de H2SO4 em 2 horas a 60ºC e com uma razão sólido/líquido de 5% foi possível lixiviar no máximo 65% de zinco e 23% de cobre com uma solução de 0,5 M de Fe2(SO4)3 e 0,25 M de H2SO4 em 2 horas a 80ºC. Efectuar a lixiviação do concentrado de zinco sobre pressão de oxigénio permitiu aumentar a cinética da reacção de lixiviação, tendo sido possível lixiviar 97% de zinco e 48% do cobre em 2 horas de lixiviação com uma solução de 0,25 M Fe2(SO4)3 e 0,5 M H2SO4 a 95 ºC e a 6 bar de pressão de oxigénio (à entrada do reactor) com uma razão sólido/líquido de 5%. Utilizando razão sólido/líquido de 10 % foi possível lixiviar 93% de zinco e 54% do cobre com uma solução de 0,50 M Fe2(SO4)3 e 1,25 M H2SO4 a 95 ºC e a 6 bar de pressão de oxigénio, e para uma razão sólido/líquido de 20 % foi possível lixiviar 84% de zinco e 39% do cobre com uma solução de 0,11 M Fe2(SO4)3 e 2,00 M H2SO4 a 95 ºC e a 10 bar de pressão. As análises de difracção de Raios X efectuados aos resíduos de lixiviação revelaram que o enxofre era maioritariamente oxidado a enxofre elementar. Assim, para um dos ensaios de lixiviação em autoclave, verificou-se que a remoção com tetracloreto de carbono do enxofre elementar formado num primeiro andar de lixiviação (s/l=20%, 0,11 M Fe2(SO4)3 e 2,00 M H2SO4 a 95 ºC e a 10 bar de pressão) permitia aumentar a percentagem de zinco no segundo andar de 42 para 68%. Por último, o estudo do efeito da temperatura permitiu calcular como base nas velocidades iniciais do zinco a energia de activação para a lixiviação do zinco que foi de 39 ± 1.40 kJ/mol para a lixiviação em autoclave e de 38 ± 1.40 kJ/mol para a lixiviação à pressão atmosférica, o que é indicativo do controlo reaccional.

Minimização de odores em contentores de resíduos sólidos

Mestrado em Engenharia Química

Influence of the pre-treatments on the properties of biodegradable films from bovine hair

The replacement of conventional synthetic films and coatings by biodegradable alternatives reduces the use of non-renewable resources and waste disposal problems. Considering that Portugal is a major producer of leather, and consequently a large producer of related wastes, in this research, bovine hair was tested for the production of biodegradable films directly by thermo-compression, allowing waste valorisation and reduction of environmental pollution. The aim of this study was to determine the influence of the different pre-treatments performed by two processes (removal by mechanical action and removal by chemical process), applied to bovine hair, in order to obtain a biodegradable film with appropriate properties. Mechanical properties for these films were evaluated, namely strain at break, stress at break and Young modulus. Additionally colour, solubility and swelling in water were also studied. The mechanical removal hair only produced films with Na2S treatment. Chemical removed hair (immunization) depends of the pre-treatment and the degreasing with petroleum ether or sodium sulphide pre-treatment leads better mechanical properties. The results obtained indicated that the pre-treatments have an important role in the final properties of biodegradable films.

Desenvolvimento de processo de depilação de pele caprina sem destruição do pêlo e avaliação do seu impacto ambiental

O meio ambiente é uma grande preocupação mundial existindo cada vez mais imposições legais no sentido de o proteger. Torna-se assim necessário que as indústrias adoptem e desenvolvam processos alternativos mais limpos. A indústria de curtumes transforma a pele animal em couro, material resistente à putrefacção e com estabilidade térmica suficiente para ser manufacturado nas indústrias do calçado, estofos, vestuário e marroquinaria. A transformação referida é efectuada através duma série de processos entre os quais o caleiro, processo que visa depilar a pele e promover o relaxamento da estrutura fibrilar, tem um papel importante. O processo de caleiro produz um efluente bastante poluente. Tendo em conta esse facto, este trabalho teve como objectivo desenvolver processos de depilação de pele caprina sem destruição do pêlo, com vista à redução da quantidade de sulfureto e sulfidrato de sódio utilizada e da carga poluente do efluente. Além disso, o processo permite a recuperação do pêlo e este pode ser reaproveitado como fertilizante orgânico, hidrolisado de queratina, compostagem, etc. Todo o trabalho foi realizado tomando por base um processo de caleiro padrão utilizado industrialmente, alterando-o de forma a obter um processo de caleiro óptimo de depilação sem destruição do pêlo com e sem utilização de enzimas. Numa primeira fase, desenvolveu-se um processo de depilação sem destruição do pêlo normalmente utilizado para a pele de bovino que foi adaptado com resultados positivos, designado de processo sem enzimas. Numa segunda fase, desenvolveu-se um processo enzimático em que se utilizou uma protease (Erhavit DMC), uma lipase (Defat 50) e uma amilase (Mayzme SD-L); este processo deu bons resultados tal como o anterior. A redução da quantidade de sulfureto de sódio foi de 33% e 53% para o processo sem enzimas e processo com enzimas, respectivamente, em relação ao processo padrão. O efeito dos processos na carga poluente, à escala piloto, comprova uma redução de 37% nos SST, 37% nos SDT, 60% na CQO, 9% no S2- e 73% no Azoto para o processo sem enzimas e uma redução de 93% nos SST, 63% nos SDT, 69% na CQO, 69% no S2- e 83% no Azoto para o processo com enzimas, quando comparados com o processo padrão. . Uma análise de custos, com incidência apenas nos agentes químicos utilizados, permitiu concluir a existência de uma redução de custos anuais de 30% para o processo com enzimas e de 13% para o processo sem enzimas, quando comparados com o processo padrão. Como conclusão, os processos desenvolvidos apresentam um grande potencial para serem explorados industrialmente.

Application of wetland systems in the treatment of acid rock mine drainage

The presented work was conducted within the Dissertation / Internship, branch of Environmental Protection Technology, associated to the Master thesis in Chemical Engineering by the Instituto Superior de Engenharia do Porto and it was developed in the Aquatest a.s, headquartered in Prague, in Czech Republic. The ore mining exploitation in the Czech Republic began in the thirteenth century, and has been extended until the twentieth century, being now evident the consequences of the intensive extraction which includes contamination of soil and sub-soil by high concentrations of heavy metals. The mountain region of Zlaté Hory was chosen for the implementation of the remediation project, which consisted in the construction of three cells (tanks), the first to raise the pH, the second for the sedimentation of the formed precipitates and a third to increase the process efficiency in order to reduce high concentrations of metals, with special emphasis on iron, manganese and sulfates. This project was initiated in 2005, being pioneer in this country and is still ongoing due to the complex chemical and biological phenomenon’s inherent to the system. At the site where the project was implemented, there is a natural lagoon, thereby enabling a comparative study of the two systems (natural and artificial) regarding the efficiency of both in the reduction/ removal of the referred pollutants. The study aimed to assist and cooperate in the ongoing investigation at the company Aquatest, in terms of field work conducted in Zlaté Hory and in terms of research methodologies used in it. Thereby, it was carried out a survey and analysis of available data from 2005 to 2008, being complemented by the treatment of new data from 2009 to 2010. Moreover, a theoretical study of the chemical and biological processes that occurs in both systems was performed. Regarding the field work, an active participation in the collection and in situ sample analyzing of water and soil from the natural pond has been attained, with the supervision of Engineer, Irena Šupiková. Laboratory analysis of water and soil were carried out by laboratory technicians. It was found that the natural lagoon is more efficient in reducing iron and manganese, being obtained removal percentages of 100%. The artificial lagoon had a removal percentage of 90% and 33% for iron and manganese respectively. Despite the minor efficiency of the constructed wetland, it must be pointed out that this system was designed for the treatment and consequent reduction of iron. In this context, it can conclude that the main goal has been achieved. In the case of sulphates, the removal optimization is yet a goal to be achieved not only in the Czech Republic but also in other places where this type of contamination persists. In fact, in the natural lagoon and in the constructed wetland, removal efficiencies of 45% and 7% were obtained respectively. It has been speculated that the water at the entrance of both systems has different sources. The analysis of the collected data shows at the entrance of the natural pond, a concentration of 4.6 mg/L of total iron, 14.6 mg/L of manganese and 951 mg/L of sulphates. In the artificial pond, the concentrations are 27.7 mg/L, 8.1 mg/L and 382 mg/L respectively for iron, manganese and sulphates. During 2010 the investigation has been expanded. The study of soil samples has started in order to observe and evaluate the contribution of bacteria in the removal of heavy metals being in its early phase. Summarizing, this technology has revealed to be an interesting solution, since in addition to substantially reduce the mentioned contaminants, mostly iron, it combines the low cost of implementation with an reduced maintenance, and it can also be installed in recreation parks, providing habitats for plants and birds.

CuxSnSx+1 (x = 2, 3) thin films grown by sulfurization of metallic precursors deposited by dc magnetron sputtering

We report the results of the growth of Cu-Sn-S ternary chalcogenide compounds by sulfurization of dc magnetron sputtered metallic precursors. Tetragonal Cu2SnS3 forms for a maximum sulfurization temperature of 350 ºC. Cubic Cu2SnS3 is obtained at sulfurization temperatures above 400 ºC. These results are supported by XRD analysis and Raman spectroscopy measurements. The latter analysis shows peaks at 336 cm-1, 351 cm-1 for tetragonal Cu2SnS3, and 303 cm-1, 355 cm-1 for cubic Cu2SnS3. Optical analysis shows that this phase change lowers the band gap from 1.35 eV to 0.98 eV. At higher sulfurization temperatures increased loss of Sn is expected in the sulphide form. As a consequence, higher Cu content ternary compounds like Cu3SnS4 grow. In these conditions, XRD and Raman analysis only detected orthorhombic (Pmn21) phase (petrukite). This compound has Raman peaks at 318 cm-1, 348 cm-1 and 295 cm-1. For a sulfurization temperature of 450 ºC the samples present a multi-phase structure mainly composed by cubic Cu2SnS3 and orthorhombic (Pmn21) Cu3SnS4. For higher temperatures, the samples are single phase and constituted by orthorhombic (Pmn21) Cu3SnS4. Transmittance and reflectance measurements were used to estimate a band gap of 1.60 eV. For comparison we also include the results for Cu2ZnSnS4 obtained using similar growth conditions.

O problema da extracção do alumínio a partir dos sienitos nefelínicos

Some countries producers of the aluminium, attempt to use other ores which, in the future, will gradually substitute the bauxite as a raw material. Portugal possesses an nephelinic syenite massif which may be utilized for this purpose because the nepheline offers some advantages above other poor ores which are being essayed now. By laboratorial processes, the author puts forward those advantages and calls the attention for the necessity of to accomplish essays about the nepheline (by the acid's method) and realize petrographic's detailed reconnaissances of the Monchique syenitic massif.

Patterns of Associational Life in Western Europe, 1800-2000

Thesis submitted for assessment with a view to obtaining the degree of Doctor of Political and Social Science of the European University Institute

Origem, transporte e deposição do ouro em Manica (Moçambique)

The different types of Archean gold deposits in the Manica greenstone belt of western Mozambique are briefely describcd in the context of their geological setting. Particular attention is devoted to the mineralogy, petrology, geological controls, refractoriness to treatment and prospection of these gold deposits. The genesis of gold was stratigraphically controled, but structural and metamorphic events related to the intrusion of late granites have concentrated and relocated the gold in different geological environments. The possibility of additional gold occurences in different rocks sequences is discussed as well as possible guidelines for future research and development.

Zonal distribution of gold and platinium group elements in the Mondunguara deposits Mozambique

The Mondunguara copper mines are situated in mountainous terrain in west-central Mozambique. The mineralization consists of chalcopyrite, pyrrhotite, common pcntlandite, cobaltpentlandite, pyrite and several minor oxides and sulphides in tabular ore bodies deeping steep to the north. Gold was known to occur in small quantities but no systematic sampling and analysis for precious clements was ever done. Mineralogical and geological evidence has shown that the ores are magmatic in origin and were derived from gabbro-peridotitic magma dykes saturated in sulphides when intruded. The ore bodies show a clear zonation. Platinum group elements as well as pure gold are associated with high temperature hexagonal pyrrhotite. This pyrrhotite being of no use is generally discarded to the tailing dumps. Late hydrothermal phases are enriched in native silver, silver tellurides as well as electrum.

The detrital origin of the Moncorvo ordovician ironstones

The Moncorvo Ordovician ironstones in northeastern Portugal consist of iron ore sedimentary horizons frequently interbanded with psamites and quartzites. Ore reserves may probably exceed 1 000 million tonnes and this makes Moncorvo the largest iron ore deposit in the European Union. Compact poorly banded massive layers may exceed 90 meters in thickness which is quite an extraordinary feature for a Phanerozoic deposit. If the thickness of Precambrian deposits may reach a few hundred meters, the thickness of Phanerozoic deposits never exceed a maximum of 15 meters generally forming a number of comparatively thin layers confined to a particular member of a sedimentary sequence. A detailed microscopic analysis of the ores revealed that initially a compact magnetite/quartzite layer, detrital in character (the magnetite occasionally showing chromite cores), was deposited by entrapment in near shore lagoons where rivers debouched, rather than in the open sea. This stage was followed by oscilating and transgressive shore lines which gave rise to breaks in sedimentation in combined river delta and shallow water marine environment where detrital material and fine iron oxide and clay suspensions were deposited in fluctuating environments. These events gave rise to layers of both magnetite (martite) and specularite intergrown with quartz, silicates and phosphates. Textural and mineralogical studies show that the deposits consist of ferruginous clastic sediments and are not chemically deposited cherts. Field, geological and palaeontological evidence also supports a detrital origin, the facies being typical of zones rich in oxygen and close to the feeding continent. The uncommon huge development of Moncorvo was due to the fact that the deposits occur in restricted basins on a continental platform were clastic sediments were predominantly deposited. Not only morphologically but also chemically the deposits are more similar to Precambrian iron formations than to Phanerozoic ironstones.

Minimização do impacto ambiental do processo de curtume de pele de bovino

O presente trabalho teve como objectivo a minimização do impacto ambiental do processo de curtume da pele de bovino. A indústria de curtumes transforma a pele, material putrescível, em couro, material nobre, termicamente estável e imputrescível. A transformação da pele em couro origina uma carga poluente apreciável quer quanto a efluentes líquidos quer quanto a resíduos sólidos. O fluxo produtivo da indústria de curtumes pode dividir-se em quatro sectores: ribeira, curtume, tinturaria e acabamento, sendo que os três primeiros geram efluentes líquidos com elevada carga poluente. Neste trabalho, foram avaliadas as fases do processo que geram efluentes líquidos: molho, caleiro, curtume e tinturaria. Na avaliação do processo do molho testou-se uma protease e uma lipase contra um molhante e um desengordurante tradicional, agentes químicos normalmente utilizados no molho mas menos biodegradáveis que as enzimas testadas. Salienta-se o bom resultado obtido quanto à eficiência do molho Na avaliação do processo de caleiro testaram-se várias alternativas no sentido da redução da quantidade de sulfureto de sódio utilizada e da minimização da carga poluente. Entre as alternativas, depilação por oxidação, depilação enzimática com e sem destruição do pêlo, elegeu-se a depilação enzimática sem destruição do pêlo que conduziu a resultados com menor impacto ambiental, nomeadamente a redução da % da quantidade de sulfureto de sódio, sendo a redução da carga poluente de 4,19 % de sulfureto, 32.80% de sólidos suspensos totais (SST),27.09% de sólidos totais (ST) e de 76.90% da carência química de oxigénio (CQO) no efluente de caleiro. No processo do curtume da pele é utilizado crómio como agente de curtume em cerca de 80% das peles tratadas, sendo este metal problemático em termos ambientais. No sentido de reduzir a quantidade de crómio utilizada no processo foi realizado um planeamento factorial onde as variáveis a estudar foram a concentração de crómio e a temperatura, tendo este como objectivo observar qual a quantidade mínima de crómio necessária para termos um produto final nas condições desejadas e gerando um menor impacto ambiental. Concluiu-se desenvolvendo um processo que mostra ser possível reduzir a quantidade de sal de crómio de 7% para 5%, além de ter um impacto ambiental claramente menos agressivo nos efluentes de curtume gerado. Este processo quando comparado com o processo tradicional permite a redução de 27% na CQO, 79% nos SST, 11% nos ST e 38% no teor de crómio Na avaliação do processo de tinturaria foi estudado um processo compacto contra o processo tradicional, tendo-se concluído pelo menor impacto ambiental do processo estudado, nomeadamente ao nível da redução do consumo de água e da carga poluente gerada. A comparação dos dois processos, no que respeita à carga poluente gerada, permitiu concluir por uma redução de 39% da CQO, 50% dos SST, e 12% dos ST quando aplicado o processo compacto Por fim foi feita uma avaliação do impacto ambiental do efluente global gerado pelos processos considerados com menor impacto ambiental contra o processo tradicional, normalmente aplicado na indústria. A aplicação do conjunto dos processos desenvolvidos, quando comparada com a aplicação do conjunto dos processos tradicionais, mostra uma redução de 1% no sulfureto, 40% na CQO, 60 % nos SST, 42 % no crómio e 11% nos ST, mostrando claramente que é possível reduzir a carga poluente da indústria de curtumes atuando no processo. Este trabalho mostrou a importância de atuar no processo para minimizar os custos de tratamento e mesmo de investimento dos efluentes da indústria de curtumes. Importa salientar que os processos desenvolvidos necessitam de validação a uma escala semi-industrial.

Deeper insights into SRB-driven biocorrosion mechanisms

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Química Sustentável

Assessment of hydrogen sulfide removal from biogas using a field scale anoxic biotrickling filter.

Hydrogen sulphide is one of the most toxic and corrosive compound present in swine-derived biogas streams.In this study, afield scale biotrickling filter for the removal of hydrogen sulfide was investigated.A Biofilter packed with supporting biofilm materials was fed continuously with a proprietary nutrient solution and operatedfor over 73days. The system has been operating with a H2S inlet concentrations ranging from 1,000to 3,000 ppm.Significant removal efficiencies >95% was demonstrated. pH of the stock feeding solution decreased from 6.2 to as low as 3.5within couple days.The resulting drop in pH provided circumstantial evidence to support biological H2 Soxidation to sulphuric acid by sulfide-oxidizers. Sulfur precipitation was also observed to occur. The results suggested that H2S removal from biogas stream can be efficiently achieved using portable, low cost and maintenance free biotrickling filters.