Pilas de combustible de una sola camara, basadas en electrolitos de ceria dopada con gadolinia y operadas con metano y propano

La principal ventaja de las pilas de combustible de óxido sólido (SOFCs) de una sola cámara, frente a las bicamerales convencionales, es que permiten simplificar el diseño del dispositivo y operar con mezclas de hidrocarburos (metano, propano...) y aire, sin necesidad de separar ambos gases, por medio del uso de electrodos selectivos a la oxidación del combustible y reducción del oxidante. En el presente trabajo, se han fabricado monopilas soportadas sobre electrolitos de ceria dopada con gadolinia (GDC), de 200 ¿m de espesor, usando Ni-GDC como ánodo y LSC(La0.5Sr0.5CoO3-¿)-GDC-Ag2O como cátodo. Las propiedades eléctricas de la celda se determinaron en un reactor de una sola cámara, usando mezclas de metano + aire y propano + aire. Se investigó la influencia de la temperatura, de las presiones parciales del combustible y oxígeno, y de la velocidad de flujo total sobre el rendimiento de las pilas preparadas. Así, la densidad de potencia se incrementó fuertemente con el aumento de la temperatura, la velocidad de flujo total y la composición de hidrocarburo. Una vez se optimizaron los parámetros operacionales, la celda presentó unas densidades de potencia máximas de 70 y 320 mW/ cm2, operando con propano a 600ºC y con metano a 795ºC, respectivamente.

Síntese, estudo cinético e análise microestrutural do sistema cério-níquel obtido pelo método pechini

The cerium oxide has a high potential for use in removing pollutants after combustion, removal of organic matter in waste water and the fuel-cell technology. The nickel oxide is an attractive material due to its excellent chemical stability and their optical properties, electrical and magnetic. In this work, CeO2-NiO- systems on molars reasons 1:1(I), 1:2(II) e 1:3(III) metal-citric acid were synthesized using the Pechini method. We used techniques of TG / DTG and ATD to monitor the degradation process of organic matter to the formation of the oxide. By thermogravimetric analysis and applying the dynamic method proposed by Coats-Redfern, it was possible to study the reactions of thermal decomposition in order to propose the possible mechanism by which the reaction takes place, as well as the determination of kinetic parameters as activation energy, Ea, pre-exponential factor and parameters of activation. It was observed that both variables exert a significant influence on the formation of complex polymeric precursor. The model that best fitted the experimental data in the dynamic mode was R3, which consists of nuclear growth, which formed the nuclei grow to a continuous reaction interface, it proposes a spherical symmetry (order 2 / 3). The values of enthalpy of activation of the system showed that the reaction in the state of transition is exothermic. The variables of composition, together with the variable temperature of calcination were studied by different techniques such as XRD, IV and SEM. Also a study was conducted microstructure by the Rietveld method, the calculation routine was developed to run the package program FullProf Suite, and analyzed by pseudo-Voigt function. It was found that the molar ratio of variable metal-citric acid in the system CeO2-NiO (I), (II), (III) has strong influence on the microstructural properties, size of crystallites and microstrain network, and can be used to control these properties

Compósitos NiO-CGO obtidos pelo método de síntese em uma etapa

Composite NiO-C0.9Gd0.1O1.95 (NiO-GDC), one of the materials most used for the manufacture of anodes of Cells Solid Oxide Fuel (SOFC) currently, were obtained by a chemical route which consists in mixing the precursor solution of NiO and CGO phases obtained previously by the Pechini method. The nanopowders as-obtained were characterized by thermal analysis techniques (thermogravimetry and Differential Scanning Calorimetry) and calcined materials were evaluated by X-ray diffraction (XRD). Samples sintered between 1400 and 1500 ° C for 4 h were characterized by Archimedes method. The effects of the composition on the microstructure and electrical properties (conductivity and activation energy) of the composites sintered at 1500 ° C were investigated by electron microscopy and impedance spectroscopy (between 300 and 650 ° C in air). The refinement of the XRD data indicated that the powders are ultrafine and the crystallite size of the CGO phase decreases with increasing content of NiO. Similarly, the crystallite of the NiO phase tends to decrease with increasing concentration of CGO, especially above 50 wt % CGO. Analysis by Archimedes shows a variation in relative density due to the NiO content. Densities above 95% were obtained in samples containing from 50 wt % NiO and sintered between 1450 and 1500 °C. The results of microscopy and impedance spectroscopy indicate that from 30-40 wt.% NiO there is an increase in the number of contacts NiO - NiO, activating the electronic conduction mechanism which governs the process of conducting at low temperatures (300 - 500 °C). On the other hand, with increasing the measuring temperature the mobility of oxygen vacancies becomes larger than that of the electronic holes of NiO, as a result, the high temperature conductivity (500-650 ° C) in composites containing up to 30-40 wt.% of NiO is lower than that of CGO. Variations in activation energy confirm change of conduction mechanism with the increase of the NiO content. The composite containing 50 wt. % of each phase shows conductivity of 19 mS/cm at 650 °C (slightly higher than 13 mS/cm found for CGO) and activation energy of 0.49 eV.

Celdas de pilas de oxidó solido, avance en el procesado de materiales

Póster presentado en el XIV Congreso Nacional de Materiales (CNMAT) en Gijón (España), del 8 al 10 de Junio de 2016

Nuevas cromitas de composición La1-xMxCr0.9Ni0.1O3(M=Sr, ND, Ca; x<0.3) con tamaño de A y desorden fijados, para su uso como ánodos de pilas SOFCs

Póster presentado en el XIV Congreso Nacional de Materiales (CNMAT) en Gijón (España), del 8 al 10 de Junio de 2016

Síntese, estudo cinético e análise microestrutural do sistema cério-níquel obtido pelo método pechini

The cerium oxide has a high potential for use in removing pollutants after combustion, removal of organic matter in waste water and the fuel-cell technology. The nickel oxide is an attractive material due to its excellent chemical stability and their optical properties, electrical and magnetic. In this work, CeO2-NiO- systems on molars reasons 1:1(I), 1:2(II) e 1:3(III) metal-citric acid were synthesized using the Pechini method. We used techniques of TG / DTG and ATD to monitor the degradation process of organic matter to the formation of the oxide. By thermogravimetric analysis and applying the dynamic method proposed by Coats-Redfern, it was possible to study the reactions of thermal decomposition in order to propose the possible mechanism by which the reaction takes place, as well as the determination of kinetic parameters as activation energy, Ea, pre-exponential factor and parameters of activation. It was observed that both variables exert a significant influence on the formation of complex polymeric precursor. The model that best fitted the experimental data in the dynamic mode was R3, which consists of nuclear growth, which formed the nuclei grow to a continuous reaction interface, it proposes a spherical symmetry (order 2 / 3). The values of enthalpy of activation of the system showed that the reaction in the state of transition is exothermic. The variables of composition, together with the variable temperature of calcination were studied by different techniques such as XRD, IV and SEM. Also a study was conducted microstructure by the Rietveld method, the calculation routine was developed to run the package program FullProf Suite, and analyzed by pseudo-Voigt function. It was found that the molar ratio of variable metal-citric acid in the system CeO2-NiO (I), (II), (III) has strong influence on the microstructural properties, size of crystallites and microstrain network, and can be used to control these properties

Uso de macrófitas da espécie Pistia stratiotes (alface d’água) como combustível sólido para fornalhas industriais : uma análise de viabilidade técnica e econômica

Este trabalho tem como objetivo estudar e apresentar a análise de viabilidade técnica e econômica no projeto de utilização da biomassa de Pistia Stratiotes (Alface d’água) como combustível sólido em fornalha industrial. Para isto apresenta-se o estudo de caso em uma unidade da Vale Fertilizantes, no município de Cajati, no estado de São Paulo. A análise de viabilidade técnica baseia-se nos resultados encontrados pelas análises de composição realizadas na biomassa, na pesquisa do sistema de coleta e preparação, nos cálculos desenvolvidos para encontrar a produtividade, como a biomassa poderia ser consumida e no estudo da eficiência da fornalha industrial do caso. Para demonstrar a viabilidade econômica, este estudo recorre ao modelo clássico de Engenharia Econômica com a observação dos índices e taxas como: Taxa Mínima de Atratividade (TMA), Valor Presente Líquido (VPL), Taxa Interna de Retorno (TIR), Período de Recuperação do Capital Investido (Payback) e na Análise de Sensibilidade. Observou-se nos resultados técnicos que as características da biomassa de alface d’água ajudam nas etapas de ignição e combustão do combustível, no entanto esta biomassa apresenta baixo poder calorífico inferior para sua utilização sem mistura combustível em fornalhas industriais. Os resultados econômicos apresentaram-se positivos à utilização da biomassa, e o projeto mostrou-se consistente e de rápida recuperação do capital investido. Este estudo de caso demonstra que o estudo da utilização da biomassa de alface d’água como combustível sólido em fornalha industrial é viável tecnicamente e economicamente. E muito além disto, mostra que estudos deste tipo devem ser desenvolvidos na busca pela diversificação da matriz energética através de energia renovável.

Síntese e caracterização de TaC e óxido misto de tântalo e cobre nanoestruturados a partir do precursor oxálico de tântalo através de reações gás-sólido e sólido-sólido a baixa temperatura

The research and development of nanostructured materials have been growing significantly in the last years. These materials have properties that were significantly modified as compared to conventional materials due to the extremely small dimensions of the crystallites. The tantalum carbide (TaC) is an extremely hard material that has high hardness, high melting point, high chemical stability, good resistance to chemical attack and thermal shock and excellent resistance to oxidation and corrosion. The Compounds of Tantalum impregnated with copper also have excellent dielectric and magnetic properties. Therefore, this study aimed to obtain TaC and mixed tantalum oxide and nanostructured copper from the precursor of tris (oxalate) hydrate ammonium oxitantalato, through gas-solid reaction and solid-solid respectively at low temperature (1000 ° C) and short reaction time. The materials obtained were characterized by X-ray diffraction (XRD), Rietveld refinement, Scanning Electron Microscopy (SEM), Spectroscopy X-Ray Fluorescence (XRF), infrared spectroscopy (IR), thermogravimetric (TG), thermal analysis (DTA) and BET. Through the XRD analyses and the Reitiveld refinement of the TaC with S = 1.1584, we observed the formation of pure tantalum carbide and cubic structure with average crystallite size on the order of 12.5 nanometers. From the synthesis made of mixed oxide of tantalum and copper were formed two distinct phases: CuTa10O26 and Ta2O5, although the latter has been formed in lesser amounts

Síntese e caracterização de TaC e óxido misto de tântalo e cobre nanoestruturados a partir do precursor oxálico de tântalo através de reações gás-sólido e sólido-sólido a baixa temperatura

The research and development of nanostructured materials have been growing significantly in the last years. These materials have properties that were significantly modified as compared to conventional materials due to the extremely small dimensions of the crystallites. The tantalum carbide (TaC) is an extremely hard material that has high hardness, high melting point, high chemical stability, good resistance to chemical attack and thermal shock and excellent resistance to oxidation and corrosion. The Compounds of Tantalum impregnated with copper also have excellent dielectric and magnetic properties. Therefore, this study aimed to obtain TaC and mixed tantalum oxide and nanostructured copper from the precursor of tris (oxalate) hydrate ammonium oxitantalato, through gas-solid reaction and solid-solid respectively at low temperature (1000 ° C) and short reaction time. The materials obtained were characterized by X-ray diffraction (XRD), Rietveld refinement, Scanning Electron Microscopy (SEM), Spectroscopy X-Ray Fluorescence (XRF), infrared spectroscopy (IR), thermogravimetric (TG), thermal analysis (DTA) and BET. Through the XRD analyses and the Reitiveld refinement of the TaC with S = 1.1584, we observed the formation of pure tantalum carbide and cubic structure with average crystallite size on the order of 12.5 nanometers. From the synthesis made of mixed oxide of tantalum and copper were formed two distinct phases: CuTa10O26 and Ta2O5, although the latter has been formed in lesser amounts

Esterilização por óxido de etileno: I. Influência do meio de esporulação na resistência dos esporos de Bacillus subtilis var. niger

Tendo por meta a padronização das variáveis influenciando a resistência de esporos empregados no controle do processo esterilizante por óxido de etileno, foram obtidos esporos de Bacillus subtilis var. niger, em meio sólido e líquido sintético de esporulação. Tais esporos, após padronização quantitativa dos 12 lotes obtidos, foram submetidos a exposições subletais como bioindicadores, tendo o papel como suporte. Construiu-se, então, a curva de letalidade característica de cada lote. A análise estatística empregada não evidenciou diferenças entre resistência dos 10 lotes obtidos em meio sólido e os 2 em meio líquido sintético, ressaltando-se a vantagem quanto ao rendimento que caracterizou a primeira metodologia.

Metanólise de óleo de soja em biodiesel através de um reactor de membrana

Com o aumento das necessidades energéticas, bem como dos cada vez mais conhecidos efeitos nocivos dos combustíveis fósseis, tornou-se imperativo pesquisar e desenvolver alternativas sustentáveis e verdes a esses recursos. O biodiesel é considerado como o melhor substituto para o combustível diesel convencional de base petroquímica. A transesterificação de óleos vegetais revela-se como uma importante via de obtenção do biodiesel. Na produção de biodiesel com catalisadores básicos homogéneos, como o hidróxido de sódio, deparamo-nos com um problema na hidrólise de triglicéridos, levando à formação de sabões e emulsões. Mesmo quando são usados reagentes secos, há formação de água devido à reacção do hidróxido com o álcool. Estes problemas podem ser solucionados com a utilização de catalisadores heterogéneos. Este estudo incidiu na preparação de membranas catalíticas de álcool polivinílico (PVA) incorporadas com um catalisador heterogéneo sólido básico (óxido de cálcio) obtido de resíduos industriais (casca de ovo). Caracterizaram-se as membranas catalíticas através da determinação da espessura, ângulos de contacto, grau de inchamento e espectroscopia de infravermelho. As membranas de PVA foram testadas na metanólise de óleo de soja em reactor batch e reactor de membrana catalítica. Estudou-se o efeito da reticulação química e por irradiação gama, nas propriedades das membranas e na actividade catalítica.

Metanólise de óleo de soja em reator de membrana compósita PVA/casca de ovo calcinada. Estudo do efeito da reticulação

Com a crise energética atual e os efeitos nocivos associados ao consumo de combustíveis fósseis e seus derivados, tornou-se imperativo pesquisar e desenvolver alternativas sustentáveis e economicamente viáveis face a esse recurso. Surgiu então o biodiesel, um combustível derivado de recursos renováveis e potencial substituto do diesel convencional de base petroquímica. A transesterificação de óleos vegetais apresenta ser a principal via na produção de biodiesel. A utilização de catalisadores básicos homogéneos, tal como o hidróxido de sódio, na produção de biodiesel apresenta algumas adversidades, nomeadamente, o aparecimento de reações secundárias de hidrólise dos triglicéridos, na presença de água, que promovem a formação de sabões e emulsões. Mesmo com o uso de reagentes secos, ocorrem reações entre o hidróxido e o álcool, formando-se água. Uma solução para este tipo de problemas é a utilização de catalisadores heterogéneos. Contudo, a produção de biodiesel apresenta custos associados elevados que podem ser diminuídos com a utilização de catalisadores provenientes de resíduos alimentares. Este trabalho consistiu na preparação de membranas catalítica de álcool polivinílico (PVA) incorporadas com um catalisador heterogéneo sólido básico (óxido de cálcio) obtido a partir de resíduos alimentares industriais (casca de ovo de galinha). Procedeu-se à caraterização das membranas por determinação da espessura, ângulos de contato, grau de inchamento e por espectroscopia de infravermelho. As membranas de PVA foram testadas na transesterificação de óleo de soja com metanol em reator de membrana catalítica. Analisou-se o efeito da reticulação química nas propriedades das membranas e na atividade catalítica.

Influência das dimensões da biomassa estocada de Pinus taeda L. e Eucalyptus dunnii Maiden na qualidade do combustível para geração de energia

Este trabalho teve por objetivo determinar a influência das dimensões de biomassa sobre as alterações em suas propriedades durante a estocagem, visando seu uso na geração de energia. O experimento foi realizado no Município de Lages, SC, entre outubro de 2003 e fevereiro de 2005. Foram utilizadas toras com casca de Pinus taeda L. e Eucalyptus dunnii Maiden e costaneiras de Pinus spp., estocadas em pilhas, por um período de seis meses. As amostras para análise foram coletadas no estado recém-colhido, com dois, quatro e seis meses de estocagem. Foram utilizados quatro lotes, colhidos e armazenados segundo as estações do ano, permanecendo sob estocagem entre os meses de outubro a maio, janeiro a agosto, maio a novembro e agosto a fevereiro. As propriedades avaliadas foram: teor de umidade na base úmida, poder calorífico superior e líquido e teor de cinzas. As dimensões tiveram maior influência no teor de umidade e poder calorífico líquido. As costaneiras de Pinus sofreram maior perda de umidade, maior ganho de poder calorífico superior e inferior e menor teor de cinzas durante a estocagem. A costaneira foi também o material mais heterogêneo, com relação às variações ocorridas no armazenamento. As toras de Pinus tiveram a menor perda de umidade e o menor ganho energético. De forma geral e considerando as propriedades mais importantes para a geração de energia, as dimensões da biomassa tiveram maior influência que a espécie sobre a qualidade da biomassa na estocagem.

Adição de óxido de zinco (ZnO) em pastas de cimento visando viabilizar a reciclagem de pós de aciaria elétrica (PAE) na construção civil

O Pó de Aciaria Elétrica (PAE) é um resíduo sólido perigoso gerado durante o processo de fabricação do aço. Devido ao grande volume gerado, de 12 a 14 kg por tonelada de aço fabricado, faz-se necessário o estudo de alternativas de reciclagem do mesmo. A caracterização química, física e de fases é etapa fundamental para avaliar a viabilidade de reciclagem deste resíduo. Uma das alternativas de reciclagem do PAE é a adição deste resíduo na fabricação de artefatos para a construção civil. Entretanto, esta adição retarda o início das reações de hidratação dos artefatos, dificultando seu uso. Esse retardo é atribuído aos compostos de zinco (Zn) presentes no resíduo. Este trabalho foi desenvolvido em duas etapas. Na primeira etapa foi realizada a caracterização química, física e de fases. Os resultados analíticos indicam que o PAE possui um tamanho médio de partícula que possibilita sua adição na produção de artefatos de cimento. Em relação às fases cristalinas as amostras de PAE estudadas contêm: ZnFe2O4, Fe3O4, FeCr2O4, Ca0,15Fe2,85O4, SiO2 e ZnO. Na segunda etapa deste trabalho, o ZnO, uma das formas cristalinas do Zn detectadas no PAE, foi adicionado em pastas de cimento. O objetivo desta etapa foi estudar os fenômenos relacionados ao início das reações de hidratação destas pastas. Essas amostras foram analisadas via Difração de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e mapeamento por raios-x característicos em diferentes idades (1, 2, 4, 7 e 14 dias), a fim de rastrear os fenômenos ocorridos durante a hidratação das pastas de cimento Os resultados obtidos nesta segunda etapa indicam que no primeiro momento antes da hidratação (1 dia) o Zn apresentava-se na forma de ZnO. A partir do quarto dia observa-se a formação de uma nova fase contendo Zn: CaZn2(OH)6 . 2H2O e, sugerindo a transição de Zn na forma de óxido para hidróxido. Isto se torna mais evidente no sétimo dia, onde é possível constatar que as reações de hidratação aconteceram (pasta totalmente endurecida), pois neste caso, o Zn é encontrado somente na forma de hidróxido. A formação do composto CaZn2(OH)6 . 2H2O permite que as reações de hidratação da pasta de cimento contendo Zn sejam efetivadas. O trabalho finaliza com a apresentação de um modelo onde se busca explicar o fenômeno observado durante a execução do mesmo.

Síntese e caracterização de CuNb2O6 e CuNbC através de reação sólido- sólido e gás- sólido a baixa temperatura

The refractory metal carbides have proven important in the development of engineering materials due to their properties such as high hardness, high melting point, high thermal conductivity and high chemical stability. The niobium carbide presents these characteristics. The compounds of niobium impregnated with copper also have excellent dielectric and magnetic properties, and furthermore, the Cu doping increases the catalytic activity in the oxidation processes of hydrogen. This study aimed to the synthesis of nanostructured materials CuNbC and niobium and copper oxide from precursor tris(oxalate) oxiniobate ammonium hydrate through gas-solid and solid-solid reaction, respectively. Both reactions were carried out at low temperature (1000°C) and short reaction time (2 hours). The niobium carbide was produced with 5 % and 11% of copper, and the niobium oxide with 5% of copper. The materials were characterized by X-Ray Diffraction (XRD), Rietveld refinement, Scanning Electron Microscopy (SEM), X-Ray Fluorescence Spectroscopy (XRF), infrared spectroscopy (IR), thermogravimetric (TG) and differential thermal analysis (DTA , BET and particle size Laser. From the XRD analysis and Rietveld refinement of CuNbC with S = 1.23, we observed the formation of niobium carbide and metallic copper with cubic structure. For the synthesis of mixed oxide made of niobium and copper, the formation of two distinct phases was observed: CuNb2O6 and Nb2O5, although the latter was present in small amounts