Investigação da rota biohidrometalúrgica com Acidithiobacillus ferrooxidans/thiooxidans para recuperação do cobalto de baterias de íons lítio descartadas

The recycling of metals from secondary sources can be advantageous. Among the metals of interest, we have cobalt, a metal used for various purposes. As regards the secondary sources of cobalt, the lithium-ion batteries can be considered, since they contain cobalt oxide in their composition (LiCoO2). This way, the objective of this work was to use the microorganism strains (Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus thiooxidans) to bioleach the LiCoO2 extracted from discarded lithium ion batteries with emphasis on the recovery of cobalt for synthesis of new materials of interest. The lineage growth occurred in T&K medium and the growth investigation was made by observing the media, by platelet growth and microscope analysis. Then, the inoculum was standardized on 5 x 106 cells mL-1 and used in bioleaching tests. The bioleaching was investigated: the microorganism nature: separate strains and A. ferrooxidans and A. thiooxidans consortium, bioleaching time (0 to 40 days), inoculum proportion (5 to 50% v/v), energy source (iron and sulfur) and residue concentration (1063 to 8500 mg L-1 of cobalt). The cobalt concentration in the media was found by atomic absorption spectrometry and the medium pH was monitored during the bioleaching. The results show that the amount of bioleached cobalt increases with time and the iron concentration. The bioleaching with A. thiooxidans was not influenced by the addition of sulfur. The use of the two lineages together did not improve the bioleaching rates. Among the lineages, the A. thiooxidans presented better results and was able to bioleach cobalt amounts above 50% in most of the experiments. A. thiooxidans presented lower bioleaching rates, with a maximum of 50% after 24 days of experiment. After reprocessing by bioleaching, the cobalt in solution was used for synthesis of new materials: such as LiCoO2 cathode and as adsorbent pesticide double lamellar hydroxide (HDL Co-Al-Cl) by the Pechini and co-precipitation methods. The reprocessed LiCoO2 presented a unique stoichiometric phase relative to the HT-LiCoO2 structure similar to the JCPDS 44-0145, presenting electrochemical activity when tested as a cathode material. The double lamellar hydroxide Co-Al-Cl was tested as pesticide adsorbent, being possible to adsorb around 100% of the pesticide. The bioleaching was efficient in the recovery of cobalt present in lithium-ion batteries and microorganisms presented high tolerance to the residue, being able to bioleach even at higher LiCoO2 concentrations. The cobalt bioleaching medium did not impair the synthesis phases and the obtained materials presented structure and activity similar to the sintered materials from the reagents containing cobalt.

Reforço de pilares por confinamento com mantas de fibras de carbono: avaliação de modelos de comportamento

A presente dissertação incide sobre o estudo dos efeitos do confinamento com materiais compósitos de polímeros reforçados com fibras de carbono (CFRP) em pilares de estruturas de betão armado. A motivação para este estudo surge da necessidade de aprofundar conhecimentos acerca do comportamento dos pilares de betão reforçados por confinamento com CFRP, uma vez que a sua aplicação apresenta uma crescente importância, por exemplo, para aumento da resistência e da ductilidade de estruturas de betão armado. Fez-se, inicialmente, uma breve revisão das técnicas de reforço convencionais utilizadas em pilares de betão armado, com ênfase no reforço exterior com polímeros reforçados com fibras. A elevada resistência à tração, à corrosão e à fadiga, o baixo peso volúmico, a versatilidade e a diversidade dos sistemas comercializados com CFRP tornam este material muito competitivo para este tipo de aplicação. Na sequência desse estudo, realizou-se uma revisão bibliográfica acerca dos modelos de comportamento que permitem prever o desempenho de pilares de betão confinados com CFRP, sujeitos a esforços de compressão. Como forma de análise desses modelos, desenvolveu-se uma ferramenta numérica em ambiente Mathworks - Matlab R2015a, que permitiu a obtenção e posterior comparação dos diagramas de tensão-extensão descritos pelos modelos desenvolvidos por Manfredi e Realfonzo (2001), Ferreira (2007) e Wei e Wu (2011). Por fim, comparam-se os resultados experimentais de Paula (2003) e de Rocca (2007) com os dos modelos constitutivos referidos anteriormente, analisando-se também a influência de vários fatores na eficácia do confinamento, tais como o boleamento, o número de camadas de CFRP e a geometria da secção transversal. Foram ainda comparados e discutidos resultados relativos ao confinamento parcial de pilares. Os resultados obtidos indicam que os modelos analíticos representam relativamente bem o andamento das curvas do betão confinado para secções circulares, quadradas e retangulares, verificando-se as principais discrepâncias nestas duas últimas tipologias de secção transversal, dada a dificuldade associada à quantificação de parâmetros associados ao seu comportamento (por exemplo, boleamento de arestas). No entanto, verificou-se igualmente que com um adequado boleamento de arestas (e consequente aumento da relação entre o raio de canto e a largura da secção de betão), bem como com um aumento do número de camadas de material compósito, é possível aumentar a tensão resistente e a extensão axial na rotura do betão à compressão.

Optimization of Li-ion solid electrolytes

The synthesis and optimization of two Li-ion solid electrolytes were studied in this work. Different combinations of precursors were used to prepare La0.5Li0.5TiO3 via mechanosynthesis. Despite the ability to form a perovskite phase by the mechanochemical reaction it was not possible to obtain a pure La0.5Li0.5TiO3 phase by this process. Of all the seven combinations of precursors and conditions tested, the one where La2O3, Li2CO3 and TiO2 were milled for 480min (LaOLiCO-480) showed the best results, with trace impurity phases still being observed. The main impurity phase was that of La2O3 after mechanosynthesis (22.84%) and Li2TiO3 after calcination (4.20%). Two different sol-gel methods were used to substitute boron on the Zr-site of Li1+xZr2-xBx(PO4)3 or the P-site of Li1+6xZr2(P1-xBxO4)3, with the doping being achieved on the Zr-site using a method adapted from Alamo et al (1989). The results show that the Zr-site is the preferential mechanism for B doping of LiZr2(PO4)3 and not the P-site. Rietveld refinement of the unit-cell parameters was performed and it was verified by consideration of Vegard’s law that it is possible to obtain phase purity up to x = 0.05. This corresponds with the phases present in the XRD data, that showed the additional presence of the low temperature (monoclinic) phase for the powder sintered at 1200ºC for 12h of compositions with x ≥ 0.075. The compositions inside the solid solution undergo the phase transition from triclinic (PDF#01-074-2562) to rhombohedral (PDF#01-070-6734) when heating from 25 to 100ºC, as reported in the literature for the base composition. Despite several efforts, it was not possible to obtain dense pellets and with physical integrity after sintering, requiring further work in order to obtain dense pellets for the electrochemical characterisation of Li Zr2(PO4)3 and Li1.05Zr1.95B0.05(PO4)3.

Remoção de instrumentos fraturados em Endodontia

A área da Endodontia está em constante progresso. Os materiais utilizados nos instrumentos Endodônticos, primordialmente, eram construídos com base em cordas de piano. Seguiu-se uma fase em que estes eram de aço de carbono, mas sofriam corrosão significativa devido ao cloro presente no hipoclorito de sódio, bem como aos processos de esterilização a vapor. Foi necessário evoluir novamente e foram introduzidos os instrumentos de aço inoxidável. Estes apresentavam alta resistência e dureza, mas algumas desvantagens devido à falta de flexibilidade. Atualmente, os instrumentos de NiTi proporcionam uma melhor flexibilidade e efeito de memória de forma. A fratura de instrumentos em Endodontia pode ocorrer por dois grandes fatores: a torção e a flexão por fadiga cíclica, podendo também ser a conjugação de ambos. Fatores anatômicos, como a curvatura e a largura do canal ou outros fatores como ciclos de esterilização, número de usos, etc., podem influenciar uma fratura mais precoce dos instrumentos. A incidência da fratura de instrumentos, embora seja pouco frequente, pode ser reduzida a um mínimo absoluto se os clínicos usarem as características de torque e de stress adequadas. Um bom conhecimento dos procedimentos clínicos, da anatomia, dos materiais e a utilização de instrumentos como o microscópio podem ajudar a prevenir ou a resolver a fratura dos instrumentos. No entanto, a melhor forma de prevenir a fratura é a sua prevenção. A desinfeção é o procedimento mais importante para o sucesso de um tratamento Endodôntico, portanto para que isto seja possível, é necessária uma boa conformação canalar. A presença de um instrumento no interior do canal pode comprometer a desinfecção, especialmente caso tenha ocorrido numa fase precoce da preparação canalar. Aquando da fratura de um instrumento, deve-se refletir sobre os procedimentos a seguir, podendo-se optar por várias abordagens, nomeadamente pela manutenção do instrumento no canal e obturação incorporando o fragmento, pela remoção do segmento através de diversas técnicas (ultrassons ou técnicas de microtubos, etc.), e ainda pela realização do bypass ou pela cirurgia Endodôntica. Em última instância pode ser realizada a extração do elemento dentário.

O papel do flúor como agente corrosivo dos fios ortodônticos

O tratamento ortodôntico insere-se numa área da medicina dentária que se dedica ao estudo das formas de prevenir, interceptar e corrigir as más posições dos dentes e dos maxilares. Durante este tratamento é importante que os pacientes consigam manter uma boa higiene oral dos dentes e do aparelho, o que requer precisão e tempo. Para ajudar a manter a higiene oral os pacientes recorrem frequentemente ao uso de produtos fluoretados, que apesar dos seus benefícios como agentes na prevenção da cárie têm consequências no tratamento ortodôntico nomeadamente na corrosão dos fios ortodônticos. Através de uma revisão da literatura pretende-se explorar a relação entre o uso de flúor durante o tratamento ortodôntico com a corrosão dos fios mais usados nesse mesmo tratamento. Materiais e Métodos: Nesta revisão de literatura realizou-se pesquisa nas bases de dados electrónicas “Medline/PubMed”, e “B-On”; referências bibliográficas de artigos; livros de Medicina Dentária e pesquisa narrativa. Conclusão: O uso de agentes fluoretados tópicos pode induzir uma diminuição das propriedades mecânicas dos fios ortodônticos nomeadamente do níquel-titânio, e consequentemente provocar o prolongamento do tratamento ortodôntico. Os Ortodontistas devem ter em consideração o tipo de fio usado no tratamento no momento da prescrição de colutórios e outros agentes fluoretados.

Durabilidade de colectores solares térmicos: novas competências do LNEG para as empresas [Comunicação oral]

Palestra no âmbito do projeto DURASOL

Estudo do Sujamento da Superfície de Transferência de Calor do Evaporador de uma Bomba de Calor aquecido pelo efluente de uma fábrica de pasta para papel

O presente trabalho tem como principal objectivo a avaliação do sujamento da superfície de transferência de calor do evaporador de uma bomba de calor, quando se utiliza o efluente da fábrica de pasta e papel da Portucel Soporcel em Cacia como fluido de aquecimento. Para a realização deste estudo montou-se uma instalação, composta por uma bomba de calor, um circuito de água de arrefecimento do condensador da bomba de calor e um circuito de água residual quente para o aquecimento do evaporador da bomba de calor. O ensaio decorreu durante um período de 84 dias, durante o qual foram registadas as temperaturas em vários pontos dos circuitos e os caudais de circulação. A evolução temporal da quantidade de calor transferida no evaporador, assim como, a comparação do coeficiente global de transferência de calor em condições ideias e experimentais, permitiu verificar que a razão U/U0 para o evaporador da bomba de calor não teve um comportamento decrescente ao longo do período de ensaio, permitindo concluir que, nas condições operatórias da experiência, não ocorreu sujamento na superfície do evaporador. No estudo de corrosão do cobre quando exposto à água residual em questão, obteve-se, para a velocidade de corrosão, o valor de 1,56 mg/(dm2 .dia), indicando assim que a corrosão do cobre naquele meio é praticamente inexistente.

Sensoriamento óptico quase-distribuído aplicado ao monitoramento de trocadores de calor de usinas hidrelétricas

This work aims to develop optical sensors for temperature monitoring in hydroelectric power plant heat exchangers. The proposed sensors are based on the Fiber Bragg Gratings technology. First of all, a prototype with three sensors inscribed in a same fiber was developed. This fiber was then fixed to a conventional Pt100 sensor rod and inserted in a thermowell. The ensemble was then calibrated in a workbench, presenting a maximum combined uncertainty of 2,06 °C. The sensor was installed in one of the heat exchangers of the Salto Osório’s hydroelectric power plant. This power plant is situated in the Iguaçu river, at the Paraná state. Despite the satisfactory results, the sensor was improved to a second version. In this, fifteen optical Bragg sensors were inscribed in a same fiber. The fixation with a conventional sensor was no longer necessary, because the first version results comproved the efficiency and response time in comparison to a conventional sensor. For this reason, it was decided to position the fiber inside a stainless steel rod, due to his low thermal expansion coefficient and high corrosion immunity. The utilization of fifteen fiber Bragg gratings aims to improve the sensor spatial resolution. Therefore, measurements every ten centimeters with respect to the heat exchanger’s height are possible. This provides the generation of a thermal map of the heat exchanger’s surface, which can be used for determination of possible points of obstruction in the hydraulic circuit of the heat exchanger. The heat exchanger’s obstruction in hydroelectric power plants usually occur by bio-fouling, and has direct influence in the generator’s cooling system efficiency. The obtained results have demonstrated the feasibility in application of the optical sensors technology in hydroelectric power plants.

Caracterização elementar de ligas metálicas em implantes dentários

An ideal biomaterial for dental implants must have very high biocompatibility, which means that such materials should not provoke any serious adverse tissue response. Also, used metal alloys must have high fatigue resistance due the masticatory force and good corrosion resistance. These properties are rendered by using alpha and beta stabilizers, such as Al, V, Ni, Fe, Cr, Cu, Zn. Commercially pure titanium (TiCP) is used often for dental and orthopedic implants manufacturing. However, sometimes other alloys are employed and consequently it is essential to research the chemical elements present in those alloys that could bring prejudice for the health. Present work investigated TiCP metal alloys used for dental implant manufacturing and evaluated the presence of stabilizing elements within existing limits and standards for such materials. For alloy characterization and identification of stabilizing elements it was used EDXRF technique. This method allows to perform qualitative and quantitative analysis of the materials using the spectra of the characteristic X-rays emitted by the elements present in the metal samples. The experimental setup was based on two X- rays tubes (AMPTEK Mini X model with Ag and Au targets), a X-123SDD detector (AMPTEK) and a 0.5mm Cu collimator, developed due to the sample characteristics. The other experimental setup used as a complementary technique is composed of an X-ray tube with a Mo target, collimator 0.65mm and XFlash (SDD) detector - ARTAX 200 (BRUKER). Other method for elemental characterization by energy dispersive spectroscopy (EDS) applied in present work was based on Scanning Electron Microscopy (SEM) EVO® (Zeeis). This method also was used to evaluate the surface microstructure of the sample. The percentual of Ti obtained in the elementary characterization was among 93.35 ± 0.17% and 95.34 ± 0.19 %. These values are considered below the reference limit of 98.635% to 99.5% for TiCP, established by Association of metals centric materials engineers and scientists Society (ASM). The presence of elements Al and V in all samples also contributed to underpin the fact that are not TiCP implants. The values for Al vary between 6.3 ± 1.3% and 3.7 ± 2.0% and for V, between 0.26 ± 0.09% and 0.112 ± 0.048%. According to the American Society for Testing and Materials (ASTM), these elements should not be present in TiCP and in accordance with the National Institute of Standards and Technology (NIST), the presence of Al should be <0.01% and V should be of 0.009 ± 0.001%. Obtained results showed that implant materials are not exactly TiCP but, were manufactured using Ti-Al-V alloy, which contained Fe, Ni, Cu and Zn. The quantitative analysis and elementary characterization of experimental results shows that the best accuracy and precision were reached with X-Ray tube with Au target and collimator of 0.5 mm. Use of technique of EDS confirmed the results of EDXRF for Ti-Al-V alloy. Evaluating the surface microstructure by SEM of the implants, it was possible to infer that ten of the thirteen studied samples are contemporaneous, rough surface and three with machined surface.

XXI Meeting of the Portuguese Electrochemistry Society & XVIII Iberian Electrochemistry Meeting: abstract book

O XXI Encontro da Sociedade Portuguesa de Eletroquímica & XVIII Encontro Ibérico de Eletroquímica decorreu no Instituto Politécnico de Bragança, Portugal, de 14 a 17 de setembro de 2016. O Encontro permitiu aos participantes apresentar e discutir as suas linhas de trabalho em Eletroquímica bem como, desenvolver parcerias estratégicas com objetivos comuns, pensando também nos desafios que se avizinham no âmbito das políticas Europeias.

Reforço de pilares por confinamento com mantas de fibras de carbono: avaliação de modelos de comportamento

A presente dissertação incide sobre o estudo dos efeitos do confinamento com materiais compósitos de polímeros reforçados com fibras de carbono (CFRP) em pilares de estruturas de betão armado. A motivação para este estudo surge da necessidade de aprofundar conhecimentos acerca do comportamento dos pilares de betão reforçados por confinamento com CFRP, uma vez que a sua aplicação apresenta uma crescente importância, por exemplo, para aumento da resistência e da ductilidade de estruturas de betão armado. Fez-se, inicialmente, uma breve revisão das técnicas de reforço convencionais utilizadas em pilares de betão armado, com ênfase no reforço exterior com polímeros reforçados com fibras. A elevada resistência à tração, à corrosão e à fadiga, o baixo peso volúmico, a versatilidade e a diversidade dos sistemas comercializados com CFRP tornam este material muito competitivo para este tipo de aplicação. Na sequência desse estudo, realizou-se uma revisão bibliográfica acerca dos modelos de comportamento que permitem prever o desempenho de pilares de betão confinados com CFRP, sujeitos a esforços de compressão. Como forma de análise desses modelos, desenvolveu-se uma ferramenta numérica em ambiente Mathworks - Matlab R2015a, que permitiu a obtenção e posterior comparação dos diagramas de tensão-extensão descritos pelos modelos desenvolvidos por Manfredi e Realfonzo (2001), Ferreira (2007) e Wei e Wu (2011). Por fim, comparam-se os resultados experimentais de Paula (2003) e de Rocca (2007) com os dos modelos constitutivos referidos anteriormente, analisando-se também a influência de vários fatores na eficácia do confinamento, tais como o boleamento, o número de camadas de CFRP e a geometria da secção transversal. Foram ainda comparados e discutidos resultados relativos ao confinamento parcial de pilares. Os resultados obtidos indicam que os modelos analíticos representam relativamente bem o andamento das curvas do betão confinado para secções circulares, quadradas e retangulares, verificando-se as principais discrepâncias nestas duas últimas tipologias de secção transversal, dada a dificuldade associada à quantificação de parâmetros associados ao seu comportamento (por exemplo, boleamento de arestas). No entanto, verificou-se igualmente que com um adequado boleamento de arestas (e consequente aumento da relação entre o raio de canto e a largura da secção de betão), bem como com um aumento do número de camadas de material compósito, é possível aumentar a tensão resistente e a extensão axial na rotura do betão à compressão.

Estudo espectroeletroquímico da eletroredução de CO2 em meio de líquidos iônicos

Tese (doutorado)–Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2015.

Segmentos anátomo-cirúrgicos arteriais do rim de cutia (Dasyprocta prymnolopha)

Foram estudados 20 pares de rins decutias (Dasyprocta prymnolopha Wagler, 1831), com o objetivo de descrever os segmentos anátomo-cirúrgicos arteriais. As artérias renais foram injetadas com solução de Vinilite corada, e os rins foram submetidos à corrosão ácida para a obtenção dos moldes vasculares. Observou-se que as artérias renais da cutia, sempre únicas, dividiram-se em artéria setorial ventral e artéria setorial dorsal, caracterizando dois setores renais separados por plano avascular. As artérias setoriais penetraram no hilo renal (100% dos casos). Estes vasos deram origem aos ramos segmentares responsáveis pela irrigação de territórios independentes em cada setor, os segmentos arteriais renais. No rim direito foram observados 3 (60%), 4 (35%) e 5 segmentos (5%) no setor arterial ventral e 3 (30%), 4 (45%), 5 (20%) e 6 (5%) segmentos no setor dorsal e, à esquerda, 2(10%), 3 (55%) e 4 (35%) segmentos no setor ventral e 3 (25%), 4 (50%) e 5 (25%) no dorsal. Com base na distribuição arterial nos rins de cutia, observaram-se setores e segmentos arteriais independentes, sendo possível, desta forma, a realização de setoriectomia e segmentectomia nesta espécie.

Estudo da sinterização do aço inox 316L reforçado com 3% Carbeto de Tântalo - TaC

The present work shows a contribution to the studies of development and solid sinterization of a metallic matrix composite MMC that has as starter materials 316L stainless steel atomized with water, and two different Tantalum Carbide TaC powders, with averages crystallite sizes of 13.78 nm and 40.66 nm. Aiming the metallic matrix s density and hardness increase was added different nanometric sizes of TaC by dispersion. The 316L stainless steel is an alloy largely used because it s high resistance to corrosion property. Although, its application is limited by the low wear resistance, consequence of its low hardness. Besides this, it shows low sinterability and it cannot be hardened by thermal treatments traditional methods because of the austenitic structure, face centered cubic, stabilized mainly in nickel presence. Steel samples added with TaC 3% wt (each sample with different type of carbide), following a mechanical milling route using conventional mill for 24 hours. Each one of the resulted samples, as well as the pure steel sample, were compacted at 700 MPa, room temperature, without any addictive, uniaxial tension, using a 5 mm diameter cylindrical mold, and quantity calculated to obtain compacted final average height of 5 mm. Subsequently, were sintered in vacuum atmosphere, temperature of 1290ºC, heating rate of 20ºC/min, using different soaking times of 30 and 60 min and cooled at room temperature. The sintered samples were submitted to density and micro-hardness analysis. The TaC reforced samples showed higher density values and an expressive hardness increase. The complementary analysis in optical microscope, scanning electronic microscope and X ray diffractometer, showed that the TaC, processed form, contributed with the hardness increase, by densification, itself hardness and grains growth control at the metallic matrix, segregating itself to the grain boarders