Gaseificação de microalgas: estudo termogravimétrico e modelagem matemática do processo em reator solar.

Devido ao esgotamento de recursos não renováveis e o aumento das preocupações sobre as alterações climáticas, a produção de combustível renovável a partir de microalgas continua a atrair muita a atenção devido ao seu potencial para taxas rápidas de crescimento, alto teor de óleo, capacidade de crescer em cenários não convencionais e a neutralidade de carbono, além de eliminar a preocupação da disputa com as culturas alimentares. Em virtude disso, torna-se importante o desenvolvimento de um processo de conversão das microalgas em gás combustível, em destaque o gás de síntese. Visando essa importância, estudou-se a reação de gaseificação da microalga Chlorella vulgaris através de experimentos de análise termogravimétrica para estimar os parâmetros cinéticos das reações e através da simulação de um modelo matemático dinâmico termoquímico do processo usando equações de conservação de massa e energia acoplados a cinética de reação. Análises termogravimétricas isotérmicas e dinâmicas foram realizadas usando dois diferentes tipos de modelos cinéticos: isoconversionais e reações paralelas independentes (RPI). Em ambos os modelos, os valores dos parâmetros cinéticos estimados apresentaram bons ajustes e permaneceram dentro daqueles encontrados na literatura. Também foram analisados os efeitos dos parâmetros cinéticos do modelo RPI sobre a conversão da microalga no intuito de observar quais mais se pronunciavam diante a variação de valores. Na etapa de simulação do sistema controlado pelo reator solar, o modelo matemático desenvolvido foi validado por meio da comparação dos valores de temperatura e concentrações de produtos obtidos medidos experimentalmente pela literatura, apresentando boa aproximação nos valores e viabilizando, juntamente com a etapa experimental de termogravimetria, a produção de gás de síntese através da gaseificação da microalga Chlorella vulgaris.

Obtenção e caracterização de amido termoplástico e de suas misturas com polipropileno.

Este trabalho está dividido em: obtenção e caracterização de amido termoplástico (TPS); estudo do envelhecimento do TPS e blendas de PP/TPS. O estudo do TPS, foi realizado utilizando amido de milho, 30% em massa de glicerol e outros componentes que variam entre as amostras. Primeiramente foi realizado um planejamento estatístico para obter a composição ótima de TPS. Foram escolhidos cinco parâmetros de entrada: 2 de composição (umidade e teor de ácido cítrico) e 3 de processamento (temperatura, velocidade dos rotores e tempo), visando obter um TPS com propriedades térmicas e mecânicas superiores. De acordo com os resultados de infravermelho, termogravimetria, microscopia ótica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) foram escolhidas 2 composições. Estas foram calandradas e confeccionadas para obtenção dos corpos de prova de tração. Os resultados dos ensaios mecânicos mostraram que amostras com teor de ácido cítrico de aproximadamente 2% em massa apresentam os maiores valores de módulo de elasticidade e resistência à tração. Com estes resultados foram realizadas novas composições com outros ácidos carboxílicos: adípico, málico e tartárico e amostras sem ácidos. As curvas de torque indicaram que as amostras sem ácido carboxílico e com ácido adípico perdem água durante o processamento. Analisando os resultados verifica-se que o TPS com os ácidos málico e tartárico apresentam melhores propriedades mecânicas e térmicas. Também foi analisado o envelhecimento, e notou-se que com o tempo as amostras tendem a perder plastificante, modificando suas propriedades mecânicas e sua cristalinidade. Entretanto, durante o intervalo de um ano, as amostras de TPS com ácido málico e tartárico não sofreram perda significativa de plastificante. Por último, foram obtidas blendas de PP reciclado com TPS nas composições 50/50, 60/40 e 70/30 em massa, respectivamente, com e sem adição de ácidos: cítrico, málico e tartárico e anidrido maleico. As amostras foram caracterizadas por FTIR, DRX, reometria capilar, MEV e por teste de resistência à tração. Micrografias obtidas por MEV indicaram que todas as composições estudadas possuem morfologia predominantemente co-contínua. A presença dos ácidos, geralmente, reduz os valores das propriedades mecânicas da blenda de PP com TPS e a adição de PP-g-MA é mais efetiva nas blendas sem adição de ácido. Ao analisar o envelhecimento das blendas com adição de ácidos tartárico e málico, notou-se que as propriedades mecânicas não foram alteradas em função do tempo de estocagem.

Propriedades mecânicas e térmicas de nanocompósito híbrido de polipropileno com adição de argila e celulose proveniente de papel descartado.

Este trabalho aborda o estudo do comportamento mecânico e térmico do nanocompósito híbrido de polipropileno com uma argila brasileira bentonítica do Estado da Paraíba (PB), conhecida como \"chocolate\" com concentração de 1, 2 e 5 % em massa com a adição de 1 e 2 % em massa de celulose proveniente de papel descartado. Foi utilizado nesse nanocompósito o agente compatibilizante polipropileno graftizado com anidrido maleico PP-g-AM com 3 % de concentração em massa, através da técnica de intercalação do fundido utilizando uma extrusora de dupla-rosca e, em seguida, os corpos de prova foram confeccionados em uma injetora. O comportamento mecânico foi avaliado pelos ensaios de tração, flexão e impacto. O comportamento térmico foi avaliado pelas técnicas de calorimetria exploratória diferencial (DSC) e termogravimetria (TGA). A morfologia dos nanocompósitos foi estudada pela técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV). A argila, a celulose e os nanocompósitos híbridos foram caracterizados por difração de raios X (DRX), fluorescência de raios X (FRX) e espectroscopia no infravermelho (FTIR). Nos ensaios mecânicos de tração houve um aumento de 11 % na tensão máxima em tração e 15 % no módulo de Young, para o nanocompósito com argila, PPA 5 %. No ensaio de impacto Izod, o nanocompósito com argila, PPA 2 % obteve um aumento de 63 % na resistência ao impacto. Para o nanocompósito híbrido PPAC 1 % houve aumento de 8 % na tensão máxima em tração e para o nanocompósito híbrido PPAC 2 % houve aumento de 14 % na resistência ao impacto.

Catalisadores Ni/MgO-SiO2 aplicados na reação de reforma a vapor de glicerol

Catalisadores de Ni (10% em massa) suportado em matrizes mistas MgO-SiO2 foram aplicados na reação de reforma a vapor de glicerol. Os efeitos do teor de MgO como aditivo e do método de preparação foram avaliados frente às propriedades físico-químicas e texturais dos materiais; assim como à atividade, seletividade, estabilidade e formação de carbono na reforma a vapor do glicerol. Os catalisadores foram preparados com diferentes teores mássicos de MgO (10%, 30% e 50%) sobre SiO2 comercial, utilizando processo via seca (mistura física) e via úmida (impregnação sequencial com diferentes solventes: água, etanol e acetona). Foram utilizadas as técnicas de caracterização de espectroscopia de energia dispersiva de raios X, fisissorção de nitrogênio, difratometria de raios X, termogravimetria, difratometria de raios X in situ com O2, redução a temperatura programada com H2, difratometria de raios X in situ com H2, dessorção a temperatura programada com H2 e microscopia eletrônica de varredura. Foi observado que o Ni(II) interage de forma variada com os suportes com diferentes teores de MgO, e que a polaridade do solvente de impregnação utilizado no processo de preparação influencia as propriedades dos catalisadores. A fim de verificar a atividade, seletividade e deposição de carbono; os catalisadores foram testados na reação de reforma a vapor de glicerol a 600oC, por um período de 5h e razão molar água:glicerol de 12:1. Após as reações, os catalisadores foram novamente submetidos às análises de termogravimetria, difratometria de raios X e microscopia eletrônica de varredura, visando a caracterização dos depósitos de carbono obtidos durante o processo catalítico. Os catalisadores de matrizes mistas se mostraram ativos e apresentaram seletividades similares para os produtos gasosos CH4, CO e CO2, além de um alto rendimento em H2. Observou-se que a adição de MgO no suporte, aumentou a dispersão do Ni(II) no material, que por sua vez, influenciou na quantidade de carbono depositado ao longo da reação. A polaridade do solvente de impregnação também teve influência na dispersão metálica, sendo que, quanto menor a polaridade do solvente, maior foi a dispersão obtida no catalisador, e menor a deposição de carbono na reação. O material que apresentou o melhor desempenho catalítico frente ao rendimento de H2 e à deposição de carbono, foi o catalisador preparado com 30% de MgO com etanol como solvente de impregnação.

Estudo de nanocompósitos formados por PLA e nanopartículas de celulose.

Devido à preocupação com o meio ambiente e o volume crescente de resíduos plástico em aterros sanitários, os polímeros biodegradáveis estão sendo estudados extensivamente. Um deles é o PLA. Apesar de possuir propriedades comparáveis a polímeros commodities e polímeros de engenharia, ainda é necessário melhorar certas características do PLA, como resistência ao impacto. Para isso, a nanocelulose (NC) pode ser usada sem alterações significativas na biodegradação polimérica. Este estudo teve como objetivo obter a nanocelulose, caracteriza-la e incorpora-la ao poli(ácido láctico) (PLA), assim como, estudar as propriedades térmicas, morfológicas e mecânicas do compósito obtido. A NC foi obtida por hidrólise ácida utilizando ácido fosfórico e posteriormente foi silanizada com três silanos distintos. As nanopartículas foram caracterizadas por Birrefringência, Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Termogravimetria (TG), Potencial Zeta, Espectroscopia Vibracional de Absorção no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) e Difração de Raio X (DRX). Com as imagens obtidas pelo MET foi possível medir o tamanho das partículas de NC. E então obter a razão de aspecto de 82 e o limite de percolação de 1,1% em massa, confirmando a morfologia de nanofibra. De acordo as analises TG\'s, a presença de NC silanizada aumentou o início da degradação térmica. Os compósitos, contendo 3% em massa de NC, foram obtidos por fusão em câmara de mistura e moldados por injeção. Os compósitos foram caracterizados por FTIR, Cromatografia de Permeação em Gel (GPC), TG, Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV-FEG), Impacto e Tração. As análises dos compósitos mostraram que a NC atuou como agente de nucleação, facilitando a cristalização do PLA, além de a NC ter atuado como reforço na matriz polimérica melhorando as propriedades mecânicas.

Estudo das propriedades térmicas e mecânicas de resinas dentárias compostas preparadas com sílica e quitosana

Neste trabalho foi estudada a influência da adição de quitosana e sílica a monômeros dimetacrílicos, BisEMA e TEGDMA, por meio das técnicas de fotocalorimetria, termogravimetria e análise dinâmico mecânica. Os resultados dos experimentos de fotocalorimetria demonstraram que a quitosana pode aumentar a velocidade de polimerização e o máximo de conversão para alguns sistemas em determinadas concentrações da mesma, já a sílica tem pouco efeito nas reações de fotopolimerização das amostras. Para os experimentos de termogravimetria, a quitosana tem pouca influência na degradação das amostras não alterando significativamente as curvas TGA/DTG, por outro lado a sílica acelerou a degradação térmica das amostras. A avaliação das propriedades mecânicas demonstrou que a quitosana diminui a temperatura de transição vítrea e a resposta elástica dos sistemas não afetando os valores dos módulos de armazenamento e módulos de perda. A sílica apresentou a tendência de aumento de temperatura de transição vítrea e não alteração da resposta elástica das amostras.

Utilização de resíduo de mármore e de óxido de boro em escórias sintéticas dessulfurantes para aços.

O mercado atual exige das indústrias siderúrgicas aços de melhor qualidade produzidos por meio de processos que causem menor impacto ao meio ambiente. Dessa forma, este trabalho teve como objetivo reciclar o resíduo de mármore gerado na indústria de rochas ornamentais, que possui em sua composição óxido de cálcio (CaO) e óxido de magnésio (MgO). O CaO é suficiente para substituir a cal nas escórias e o MgO contribui para a diminuição do desgaste dos refratários, através do emprego do resíduo no processo produtivo do aço. Além disso, foi realizada a substituição da fluorita por óxido de boro como fluxante na composição de misturas dessulfurantes. O resíduo de mármore foi caracterizado utilizando as seguintes técnicas: análise química via EDXFR, análise granulométrica via espalhamento de luz, área de superfície específica pelo método BET, difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise de micro-regiões por EDS. Visando verificar a eficiência na dessulfuração, foram formuladas misturas sintéticas utilizando a cal convencional ou resíduo de mármore, e a fluorita ou o óxido de boro. As misturas foram formuladas com o auxílio dos programas de termodinâmica computacional, Thermo-Calc e FactSage. Estas misturas foram adicionadas no aço fundido a temperatura de 1600°C sob atmosfera de argônio e agitadas por meio de um rotor de alumina. Amostras de metal foram retiradas para verificar a variação do teor de enxofre durante o experimento. O resíduo de mármore caracterizado, apresentou em sua composição 40% de CaO e 14% de MgO, na forma dos carbonatos CaCO3 e MgCO3. Obteve uma perda de massa de 42,1%, na forma de CO2 a temperatura de 780°C. Os experimentos mostraram que, as misturas testadas apresentaram, na maioria dos casos, eficiência de dessulfuração acima de 60%.

Kinetic study of the decompositions involved in the thermal degradation of commercial azodicarbonamide

The transitions and reactions involved in the thermal treatment of several commercial azodicarbonamides (ADC) in an inert atmosphere have been studied by dynamic thermogravimetry analysis (TGA), mass spectrometry and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. A pseudo-mechanistic model, involving several competitive and non-competitive reactions, has been suggested and applied to the correlation of the weight loss data. The model applied is capable of accurately representing the different processes involved, and can be of great interest in the understanding and quantification of such phenomena, including the simulation of the instantaneous amount of gases evolved in a foaming process. In addition, a brief discussion on the methodology related to the mathematical modeling of TGA data is presented, taking into account the complex thermal behaviour of the ADC.

Corn stover thermal decomposition in pyrolytic and oxidant atmosphere

The pyrolysis and combustion of corn stover were studied by dynamic thermogravimetry and derivate thermogravimetry (TG-DTG) at heating rates of 5, 10, 20 and 50 K min−1 at atmospheric pressure. For the simulation of pyrolysis and combustion processes a kinetic model based on the distribution of activation energies was used, with three pools of reactants (three pseudocomponents) because of the complexity of the biomass samples of agricultural origin. The experimental thermogravimetric data of pyrolysis and combustion processes were simultaneously fitted to determine a single set of kinetic parameters able to describe both processes at the different heating rates. The model proposed achieves a good correlation between the experimental and calculated curves, with an error of less than 4% for fitting four heating rates simultaneously. The experimental results and kinetic parameters may provide useful data for the design of thermo decomposition processing system using corn stover as feedstock. On the other hand, analysis of the main compounds in the evolved gas is given by means of a microcromatograph.

Study of the thermal decomposition of petrochemical sludge in a pilot plant reactor

The pyrolysis of a sludge produced in the waste water treatment plant of an oil refinery was studied in a pilot plant reactor provided with a system for condensation of semivolatile matter. The study comprises experiments at 350, 400, 470 and 530 °C in nitrogen atmosphere. Analysis of all the products obtained (gases, liquids and chars) are presented, with a thermogravimetric study of the char produced and analysis of main components of the liquid. In the temperature range studied, the composition of the gas fraction does not appreciably vary. In the liquids, the light hidrocarbon yield increases with increasing temperature, whereas the aromatic compounds diminish. The decomposition of the solid fraction has been analysed, finding a material that reacts rapidly with oxygen regardless of the conditions it is formed.

Thermogravimetric monitoring of oil refinery sludge

The present work has two dimensions: analytical and environmental. On the one hand we proved that thermogravimetric analysis can be used to perform fast characterization of oil refinery sludge. To this end, thermogravimetric curves were deconvoluted by using autocatalytic kinetics to take into account acceleratory phases in a thermal degradation performed in oxygen-containing atmosphere or at high heating rates. Based on thermogravimetric results, oil refinery sludge was modeled in terms of various fractions (pseudo-components) which degrade as major oil cuts. On the other hand, as an alternative to landfill, we have seen that Soxhlet extraction allows recovery almost half of the weight of sludge as a mixture of hydrocarbons, similar to gas–oil, which burns without residue. This ensures both, waste inerting and significant reduction in sludge volume.

Development of a novel pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry method for the analysis of poly(lactic acid) thermal degradation products

Thermal degradation of PLA is a complex process since it comprises many simultaneous reactions. The use of analytical techniques, such as differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetry (TGA), yields useful information but a more sensitive analytical technique would be necessary to identify and quantify the PLA degradation products. In this work the thermal degradation of PLA at high temperatures was studied by using a pyrolyzer coupled to a gas chromatograph with mass spectrometry detection (Py-GC/MS). Pyrolysis conditions (temperature and time) were optimized in order to obtain an adequate chromatographic separation of the compounds formed during heating. The best resolution of chromatographic peaks was obtained by pyrolyzing the material from room temperature to 600 °C during 0.5 s. These conditions allowed identifying and quantifying the major compounds produced during the PLA thermal degradation in inert atmosphere. The strategy followed to select these operation parameters was by using sequential pyrolysis based on the adaptation of mathematical models. By application of this strategy it was demonstrated that PLA is degraded at high temperatures by following a non-linear behaviour. The application of logistic and Boltzmann models leads to good fittings to the experimental results, despite the Boltzmann model provided the best approach to calculate the time at which 50% of PLA was degraded. In conclusion, the Boltzmann method can be applied as a tool for simulating the PLA thermal degradation.

Thermogravimetric study of the decomposition of printed circuit boards from mobile phones

Thermal decomposition of printed circuits boards (PCB) is studied, using thermogravimetric analysis to compare the thermal behavior of PCB of mobile phones before and after the removal of the metallic fraction by acid washing. Several dynamic and dynamic + isothermal runs have been carried out at different heating rates (5, 10 and 20 K min−1), from room temperature to more than 1100 K. Also runs in the presence and in the absence of oxygen were performed (combustion and pyrolysis runs). Moreover, TG–MS experiments were performed (both in inert and oxidizing atmosphere) in order to better understand the thermal decomposition of these wastes and identify some compounds emitted during the controlled heating of these materials. Different reaction models are proposed, one for pyrolysis and one for combustion of the two kinds of wastes studied, which proved to simulate appropriately the experimental results at all the heating rates simultaneously.

Thermal decomposition of the different particles size fractions of almond shells and olive stones. Thermal behaviour changes due to the milling processes

The aim of this study is to investigate the effect of particle size on the non-isothermal pyrolysis of almond shells (AS) and olive stones (OS) and to show possible differences in the composition of the different fractions obtained after milling and sieving. The results obtained from the study of different particle size of AS and OS samples show significant differences in the solid residue obtained and in the shape and overlapping degree of the peaks, especially with the smaller particle size. These differences can be due to different factors: (a) the amount of inorganic matter, which increases as particle size decreases, (b) heat and mass transfer processes, (c) different sample composition as a consequence of the milling process which may provoke changes in the structure and the segregation of the components (in addition to the ashes) increasingly changes the composition of the sample as the particle size decreases.

Blending of industrial waste from different sources as partial substitution of Portland cement in pastes and mortars

Binary and ternary combinations of sewage sludge ash (SSA) with marble dust (MD), fly ash (FA) and rice husk ash (RHA) as replacement in Portland cement pastes, were assessed. Several tests were carried out at different curing ages: thermogravimetry, density, water absorption, ultrasonic pulse velocity and mechanical strengths. Pozzolanic effects of the mineral admixtures, densities similar to control sample and improved absorptions when combining waste materials were identified. In general, the compressive strength reaches or exceeds the cement strength class, and blending SSA, FA and RHA (30% cement replacement) increase of strength by 9%, compared to the control sample, was achieved.