Waste recovery into activated carbon for water purification from heavy metals

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química Pela Universidade Nova de Lisboa,Faculdade de Ciências e Tecn

Avaliação da eficiência energética e optimização de uma unidade de trigeração

Portugal é um país dependente da energia do exterior, devido à elevada percentagem de consumo de energia a partir de fontes primárias, como por exemplo o gasóleo. Para colmatar este cenário, têm vindo a criar-se incentivos para o uso de energias renováveis e para intensificação de medidas de eficiência energética, como os sistemas de cogeração, de forma a tornar os processos industriais nacionais mais autónomos e mais competitivos. O presente trabalho, centra-se na determinação do potencial térmico disponível na central de trigeração da empresa Monteiro, Ribas-Indústria, SA, com a finalidade de identificar a quantidade de energia não utilizada, com vista ao aproveitamento dessa mesma energia nos processos mais problemáticos da empresa. Verificou-se que a água líquida era a fonte de maior energia não aproveitada, representando cerca de 30%, relativamente à energia disponível na água de refrigeração que é de 1890 kW. Assim, perante este facto, fez-se um estudo em dois setores autónomos da empresa, o setor dos revestimentos e o setor dos componentes técnicos da borracha. Pretendeu-se propor medidas para melhorar os seus processos produtivos, aproveitando essa energia. Para o efeito foi projetado um permutador de calor de placas com necessidade energética de 131,4 MWh, no setor dos revestimentos e um permutador compacto no setor de produção de placas de borracha, necessitando de uma energia de 335,2 MWh. Face à energia disponível na central de trigeração, de 161,9 MWh, verifica-se que esta apenas poderá ser aproveitada no setor dos revestimentos. Para tornar este objetivo real, a empresa Monteiro, Ribas- Indústria, SA necessitaria de efetuar um investimento no total de 49.390€. Além disso, foi contabilizado o rendimento das caldeiras da central térmica e da cogeração, ambas pelo método direto, apresentando estas os valores de 72% e 42%, respectivamente.

"In-vitro" corrosion behaviour of the magnesium alloy with Al and Zn (AZ31) protected with a biodegradable polycaprolactone coating loaded with hydroxyapatite and cephalexin

Mg alloys are very susceptible to corrosion in physiological media. This behaviour limits its widespread use in biomedical applications as bioresorbable implants, but it can be controlled by applying protective coatings. On one hand, coatings must delay and control the degradation process of the bare alloy and, on the other hand, they must be functional and biocompatible. In this study a biocompatible polycaprolactone (PCL) coating was functionalised with nano hydroxyapatite (HA) particles for enhanced biocompatibility and with an antibiotic, cephalexin, for anti-bacterial purposes and applied on the AZ31 alloy. The chemical composition and the surface morphology of the coated samples, before and after the corrosion tests, were studied by scanning electron microscopy (SEM) coupled with energy dispersive x-ray analysis (EDX) and Raman. The results showed that the presence of additives induced the formation of agglomerates and defects in the coating that resulted in the formation of pores during immersion in Hanks' solution. The corrosion resistance of the coated samples was studied in Hank's solution by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The results evidenced that all the coatings can provide corrosion protection of the bare alloy. However, in the presence of the additives, corrosion protection decreased. The wetting behaviour of the coating was evaluated by the static contact angle method and it was found that the presence of both hydroxyapatite and cephalexin increased the hydrophilic behaviour of the surface. The results showed that it is possible to tailor a composite coating that can store an antibiotic and nano hydroxyapatite particles, while allowing to control the in-vitro corrosion degradation of the bioresorbable Mg alloy AZ31. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Characterisation and electrochemical behaviour of electrodeposited Cu-Fe foams applied as pseudocapacitor electrodes

Copper iron (Cu-Fe) 3D porous foams for supercapacitor electrodes were electrodeposited in the cathodic regime, on stainless steel current collectors, using hydrogen bubbling dynamic template. The foams were prepared at different current densities and deposition times. The foams were submitted to thermal conditioning at temperatures of 150 and 250 degrees C. The morphology, composition and structure of the formed films were studied by SEM, EDS and XRD, respectively. The electrochemical behaviour was studied by cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy and chronopotentiometry. The morphology of the 3D Cu-Fe foams is sensitive to the electrodeposition current and time. The increase of the current density produces a denser, larger and more ramified dendritic structure. Thermal conditioning at high temperature induces a coarser grain structure and the formation of copper oxides, which affect the electrochemical behaviour. The electrochemical response reveals the presence of various redox peaks assigned to the oxidation and reduction of Cu and Fe oxides and hydroxides in the foams. The specific capacitance of the 3D Cu Fe foams was significantly enhanced by thermal conditioning at 150 degrees C. The highest specific capacitance values attained 297 Fg(-1) which are much above the ones typically observed for single Cu or Fe Oxides and hydroxides. These values highlight a synergistic behaviour resulting from the combination of Cu and Fe in the form of nanostructured metallic foams. Moreover, the capacitance retention observed in an 8000 charge/discharge cycling test was above 66%, stating the good performance of these materials and its enhanced electrochemical response as supercapacitor negative electrodes. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

Mineralogia da fracção argilosa da Formação de Vale Álvaro (Bragança, NE Portugal)

The studied materials were sampled from several conglomerate and carbonate sandstone units, overlapped for 23 meters. This formation represents a debris flow dominated alluvial fan alternating with quiet sedimentary conditions. These deposits of probably Paleogene age were placed upon mafic and ultramafic rocks that are the exclusive source of sediments. Optical and SEM identification, microanalysis and XRD studies (with decomposition procedures) of clay fractions obtained after high-speed centrifugation were performed in order to characterise the clay minerals content. The results of the analytical program allowed the establishment of the following remarks: a) Fe-rich montmorillonite dominance over paligorskite, chlorite, chlorite-smectite mixed-layers, serpentine and talc; b) smectites in the 12.4 - 15 A range, expanding to about 17 A after EG treatment; c) serpentine and talc as secondary minerals in the interior of altered clasts; d) chlorite and clorite smectite mixed-layer compositions in the borders of the clasts and in the cement. The composition of sediments results from coarse clasts eroded from mafic and ultramafic rocks and clayey material. Clasts show evidences of post-depositional weathering (coatings of chlorite and smectite). Clayey material has the contributions of i) inherired chlorite, smectite and chlorite-smectite mixed-layers; ii ) authigenic crystallisation of Fe-montmorillonite (due to availability of Fe in the crystallising solutions following previous weathering events); iii) authigenic paligorskite associated to a carbonate cement.

Sondagem de Belverde (Cenozóico, Península de Setúbal, Portugal). Diagrafias

In the aim of the project "Recognition of the Miocene of the distal region of the Lower Tagus Basin through a borehole with continuous sampling", Temperature, Natural Gamma Ray, Neutron (almost in all the borehole), Sonic, SP and SPR (in two small sections in upper and lower parts of the Miocene Series) geophysical logs were carried on. Interpretation of those logs and comparison with chronological, lithostratigraphical, micropaleontological and clay mineraIs data; helped in the definition of depositional sequences and to obtain paleoenvironmental reconstructions that could lead to a better understanding of the evolution of the Setúbal Península and Lisboa regions Miocene gulf. Log data agree with the lithologic succession observed in the Belverde borehole, essentially silty sandstones/sandy siltstones (with variable clay content) to clays, often with marly intercalations. Sonic logs (and Neutron logs, in general) reflect the sediments porosity. The higher acoustic velocities are often related to compact/massive layers as claystones and/or limestones and rather fossiliferous marly layers. Lower values are obtained for porous, silty sandstones (fossiliferous and with scarce clay content) and bio-calcareous sandstones. As indicative, we obtained the mean values of 2500-3000m/s for the higher velocities and 1300-1600m/s for the lowest ones. ln Natural Gamma Ray log, the radiation peaks can be correlated to often fossiliferous marly micaceous layers. Radioactive micas are present. It seems that the gamma peaks and the depositional sequences previously defined for the Lower Tagus Basin (see Antunes et al., 1999, 2000; Pais et al., 2002) can be correlated, taking also into account the whole available micropaleontological, palynological and isotopic evidence.

Mechanical and thermal characterization of a structural polyurethane adhesive modified with thermally expandable particles

Thermally expandable particles (TEPs) are used in a wide variety of applications by industry mainly for weight reduction and appearance improvement for thermoplastics, inks, and coatings. In adhesive bonding, TEPs have been used for recycling purposes. However, TEPs might be used to modify structural adhesives for other new purposes, such as: to increase the joint strength by creating an adhesive functionally modified along the overlap of the joint by gradual heating and/or to heal the adhesive in case of damage. In this study, the behaviour of a structural polyurethane adhesive modified with TEPs was investigated as a preliminary study for further investigations on the potential of TEPs in adhesive joints. Tensile bulk tests were performed to get the tensile properties of the unmodified and TEPs-modified adhesive, while Double Cantilever Beam (DCB) test was performed in order to evaluate the resistance to mode I crack propagation of unmodified and TEPs-modified adhesive. In addition, in order to investigate the behaviour of the particles while encapsulated in adhesives, a thermal analysis was done. Scanning electron microscopy (SEM) was used to examine the fracture surface morphology of the specimens. The fracture toughness of the TEPs-modified adhesive was found to increase by addition of TEPs, while the adhesive tensile strength at yield decreased. The temperature where the particles show the maximum expansion varied with TEPs concentration, decreasing with increasing the TEPs content.

Organised turbulence over mobile and immobile hydraulically rough boundaries

33rd IAHR Congress: Water Engineering for a Sustainable Environment

Hydrogen evolution on nanostructured Ni-Cu foams

Three-dimensional (3D) nickel-copper (Ni-Cu) nanostructured foams were prepared by galvanostatic electrodeposition, on stainless steel substrates, using the dynamic hydrogen bubble template. These foams were tested as electrodes for the hydrogen evolution reaction (HER) in 8 M KOH solutions. Polarisation curves were obtained for the Ni-Cu foams and for a solid Ni electrode, in the 25-85 degrees C temperature range, and the main kinetic parameters were determined. It was observed that the 3D foams have higher catalytic activity than pure Ni. HER activation energies for the Ni-Cu foams were lower (34-36 kJ mol(-1)) than those calculated for the Ni electrode (62 kJ mol(-1)). The foams also presented high stability for HER, which makes them potentially attractive cathode materials for application in industrial alkaline electrolysers.

Pozzolanic activity of oil-refining catalyst: evaluation by electron and atomic microscopy

The reuse of waste fluid catalytic cracking (FCC) catalyst as partial surrogate for cement can reduce the environmental impact of both the oil-refinery and cement production industries [1,2]. FCC catalysts can be considered as pozzolanic materials since in the presence of water they tend to chemically react with calcium hydroxide to produce compounds possessing cementitious properties [3,4]. In addition, partial replacement of cement with FCC catalysts can enhance the performance of pastes and mortars, namely by improving their compressive strength [5,6]. In the present work the reaction of waste FCC catalyst with Ca(OH)2 has been investigated after a curing time of 28 days by scanning electron microscopy (SEM) with electron backscattered signal (BSE) combined with X-ray energy dispersive spectroscopy (EDS) carried out with a JEOL JSM 7001F instrument operated at 15 kV coupled to an INCA pentaFetx3 Oxford spectrometer. The polished cross-sections of FCC particles embedded in resin have also been evaluated by atomic force microscopy (AFM) in contact mode (CM) using a NanoSurf EasyScan 2 instrument. The SEM/EDS results revealed that an inward migration of Ca occurred during the reaction. A weaker outward migration of Si and Al was also apparent (Fig. 1). The migration of Ca was not homogeneous and tended to follow high-diffusivity paths within the porous waste FCC catalyst particles. The present study suggests that the porosity of waste FCC catalysts is key for the migration/reaction of Ca from the surrounding matrix, playing an important role in the pozzolanic activity of the system. The topography images and surface roughness parameters obtained by atomic force microscopy can be used to infer the local porosity in waste FCC catalyst particles (Fig. 2).

Novel coordination polymers with (Pyrazolato)-based tectons: catalytic activity in the peroxidative oxidation of alcohols and cyclohexane

Coupling five rigid or flexible bis(pyrazolato)based tectons with late transition metal ions allowed us to isolate 18 coordination polymers (CPs). As assessed by thermal analysis, all of them possess a remarkable thermal stability, their decomposition temperatures lying in the range of 340-500 degrees C. As demonstrated by N-2 adsorption measurements at 77 K, their Langmuir specific surface areas span the rather vast range of 135-1758 m(2)/g, in agreement with the porous or dense polymeric architectures retrieved by powder X-ray diffraction structure solution methods. Two representative families of CPs, built up with either rigid or flexible spacers, were tested as catalysts in (0 the microwave-assisted solvent-free peroxidative oxidation of alcohols by t-BuOOH, and (ii) the peroxidative oxidation of cydohexane to cydohexanol and cydohexanone by H2O2 in acetonitrile. Those CPs bearing the rigid spacer, concurrently possessing higher specific surface areas, are more active than the corresponding ones with the flexible spacer. Moreover, the two copper(I)-containing CPs investigated exhibit the highest efficiency in both reactions, leading selectively to a maximum product yield of 92% (and TON up to 1.5 x 10(3)) in the oxidation of 1-phenylethanol and of 11% in the oxidation of cydohexane, the latter value being higher than that granted by the current industrial process.

Resistência ao fogo de alvenarias sem função estrutural

Um incêndio é algo difícil de prever, assim como a sua consequência nos elementos de construção. Dessa forma, ao longo das últimas décadas, os elementos de construção têm sido alvo de diversos estudos a fim de avaliar os seus comportamentos quando solicitados em situação de incêndio. O International Building Code (IBC) descreve um método de cálculo analítico para a determinação da resistência ao fogo dos elementos da construção de acordo com os procedimentos de teste estabelecidos na ASTM E119 (Standard Test Methods for Fire Tests of Building Construction and Materials). Nesta dissertação foi feita uma análise desse método, que se mostrou inadequado para estimar a resistência ao fogo das alvenarias, sem função estrutural, de blocos cerâmicos e blocos de betão, uma vez que despreza qualquer efeito do ar no interior das mesmas. No seguimento desta análise, é apresentado um desenvolvimento do método descrito tendo em conta o efeito do ar. Depois de uma análise aos vários tipos de blocos cerâmicos e de betão com diferentes dimensões e geometrias foi possível obter uma relação entre a espessura equivalente de ar existente num bloco e a sua respectiva resistência ao fogo, de modo a serem obtidos os valores descritos na normalização existente. O efeito do ar mostrou ter uma maior influência na resistência ao fogo nas alvenarias constituídas por blocos cerâmicos de furação vertical, já que a sua geometria caracterizada por um elevado número de pequenos alvéolos contribui para o aumento do isolamento térmico, e consequentemente da sua resistência ao fogo. Nas alvenarias rebocadas os valores da resistência ao fogo aumentam cerca de 50%, quando revestidos com argamassa de cimento, e 70% quando revestidos com gesso, logo, o emprego de revestimentos representam uma boa alternativa para aumentar a resistência ao fogo.

Development of new biomaterials based on liquid crystalline phases of cellulose derivatives

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Estudo comparativo do comportamento de diferentes ferramentas na fresagem de aços duplex

A maquinagem por arranque de apara é, na actualidade, um dos processos de fabrico mais utilizados e de maior relevo no panorama da indústria metalomecânica mundial. Para além da forte evolução que se tem registado ao longo das últimas décadas nos equipamentos ligados à maquinagem, também as ferramentas têm visto o seu desempenho fortemente melhorado, graças essencialmente ao desenvolvimento de revestimentos finos, mono e multicamada, que têm proporcionado o conjunto de propriedades mais indicado a cada situação. Por outro lado, os aços inoxidáveis duplex têm registado um forte incremento na sua aplicação, a qual requer, em muitos casos, o uso da maquinagem para a obtenção das formas necessárias. Tendo em consideração estes dois factores, o presente trabalho visa, essencialmente avaliar qual a ferramenta mais adequada para trabalhar este tipo de ligas, em função do tipo de maquinagem e condições de corte. Para tal, foram utilizadas diferentes ferramentas dotadas da mesma geometria, e seleccionados parâmetros que constituíssem um denominador comum entre os valores indicados pelos diferentes fabricantes. Foram consideradas apenas condições de maquinagem com utilização de fluido de corte e realizados percursos de corte previamente determinados na fresagem, utilizando fresas de topo em condições de maquinagem de alta velocidade. A análise comparativa recaiu sobre a qualidade da superfície gerada por maquinagem, avaliada através de perfilometria, e o desgaste registado por cada uma das ferramentas utilizadas.

Modelação numérica de uma caldeira doméstica a pellets

A biomassa é uma das fontes de energia renovável com maior potencial em Portugal, sendo a capacidade de produção de pellets de biomassa atualmente instalada superior a 1 milhão de toneladas/ano. Contudo, a maioria desta produção destina-se à exportação ou à utilização em centrais térmicas a biomassa, cujo crescimento tem sido significativo nos últimos anos, prevendo-se que a capacidade instalada em 2020 seja de aproximadamente 250 MW. O mercado português de caldeiras a pellets é bastante diversificado. O estudo que realizamos permitiu concluir que cerca de 90% das caldeiras existentes no mercado português têm potências inferiores a 60 kW, possuindo na sua maioria grelha fixa (81%), com sistema de ignição eléctrica (92%) e alimentação superior do biocombustível sólido (94%). O objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de um modelo para simulação de uma caldeira a pellets de biomassa, que para além de permitir otimizar o projeto e operação deste tipo de equipamento, permitisse avaliar as inovações tecnológicas nesta área. Para tal recorreu-se o BiomassGasificationFoam, um código recentemente publicado, e escrito para utilização com o OpenFOAM, uma ferramenta computacional de acesso livre, que permite a simulação dos processos de pirólise, gasificação e combustão de biomassa. Este código, que foi inicialmente desenvolvido para descrever o processo de gasificação na análise termogravimétrica de biomassa, foi por nós adaptado para considerar as reações de combustão em fase gasosa dos gases libertados durante a pirólise da biomassa (recorrendo para tal ao solver reactingFoam), e ter a possibilidade de realizar a ignição da biomassa, o que foi conseguido através de uma adaptação do código de ignição do XiFoam. O esquema de ignição da biomassa não se revelou adequado, pois verificou-se que a combustão parava sempre que a ignição era inativada, independentemente do tempo que ela estivesse ativa. Como alternativa, usaram-se outros dois esquemas para a combustão da biomassa: uma corrente de ar quente, e uma resistência de aquecimento. Ambos os esquemas funcionaram, mas nunca foi possível fazer com que a combustão fosse autossustentável. A análise dos resultados obtidos permitiu concluir que a extensão das reações de pirólise e de gasificação, que são ambas endotérmicas, é muito pequena, pelo que a quantidade de gases libertados é igualmente muito pequena, não sendo suficiente para libertar a energia necessária à combustão completa da biomassa de uma maneira sustentável. Para tentar ultrapassar esta dificuldade foram testadas várias alternativas, , que incluíram o uso de diferentes composições de biomassa, diferentes cinéticas, calores de reação, parâmetros de transferência de calor, velocidades do ar de alimentação, esquemas de resolução numérica do sistema de equações diferenciais, e diferentes parâmetros dos esquemas de resolução utilizados. Todas estas tentativas se revelaram infrutíferas. Este estudo permitiu concluir que o solver BiomassGasificationFoam, que foi desenvolvido para descrever o processo de gasificação de biomassa em meio inerte, e em que a biomassa é aquecida através de calor fornecido pelas paredes do reator, aparentemente não é adequado à descrição do processo de combustão da biomassa, em que a combustão deve ser autossustentável, e em que as reações de combustão em fase gasosa são importantes. Assim, é necessário um estudo mais aprofundado que permita adaptar este código à simulação do processo de combustão de sólidos porosos em leito fixo.