Preparation and electrochemical characterization of Pt nanoparticles dispersed on niobium oxide

Electrodes consisting of Pt nanoparticles dispersed on thin films of niobium oxide were prepared onto titanium substrates by a sol-gel method. The physical characterization of these electrodes was carried out by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray analysis. The mean size of the Pt particles was found to be 10.7 nm. The general aspects of the electrochemical behavior were studied by cyclic voltammetry in 1 mol L-1 HClO4 aqueous solution. The response of these electrodes in relation to the oxidation of formaldehyde and methanol in acidic media was also studied.

The Li+, Na+ and K+ ion exchange reaction process on the surface of mixed oxide SiO2/TiO2/Sb2O5 surface prepared by the sol-gel processing method

The porous mixed oxide SiO2/TiO2/Sb2O5 obtained by the sol-gel processing method presented a good ion exchange property and a high exchange capacity towards the Li+, Na+ and K+ ions. In the H+/M+ ion exchange process, the H+ / Na+ could be described as presenting an ideal character. The ion exchange equilibria of Li+ and K+ were quantitatively described with the help of the model of fixed tetradentate centers. The results of simulation evidence that for the H+ / Li+ exchange the usual situation takes place: the affinity of the material to the Li+ ions is decreased with increasing the degree of ion exchange. On the contrary, for K+ the effects of positive cooperativity, that facilitate the H+ / K+ exchange, were revealed.

Adsorption of hidrogen peroxide on the surface of silica - titania mixed oxide obtained by the sol-gel processing method

This work describes the sol-gel mixed oxide SiO2/TiO2 property, ST, as prepared, and submitted to heat treatment a 773 K, STC. SEM and EDS images show, within magnification used, a uniform distribution of the TiO2 particles in SiO2/TiO2 matrix. Both, ST and STC adsorb hydrogen peroxide on the surface and through EPR and UV-Vis diffuse reflectance spectra, it was possible to conclude that the species on the surface is the peroxide molecule attached to the Lewis acid site of titanium particle surface, alphaTi(H2O2)+. As the material is very porous, presumably the hydrogen peroxide molecule is confined in the matrix pores on the surface, a reason why the adsorbed species presents an exceptional long lived stability.

Lanthanum based high surface area perovskite-type oxide and application in CO and propane combustion

The perovskite-type oxides using transition metals present a promising potential as catalysts in total oxidation reaction. The present work investigates the effect of synthesis by oxidant co-precipitation on the catalytic activity of perovskite-type oxides LaBO3 (B= Co, Ni, Mn) in total oxidation of propane and CO. The perovskite-type oxides were characterized by means of X-ray diffraction, nitrogen adsorption (BET method), thermo gravimetric and differential thermal analysis (ATG-DTA) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Through a method involving the oxidant co-precipitation it's possible to obtain catalysts with different BET surface areas, of 33-44 m²/g, according the salts of metal used. The characterization results proved that catalysts have a perovskite phase as well as lanthanum oxide, except LaMnO3, that presents a cationic vacancies and generation for known oxygen excess. The results of catalytic test showed that all oxides have a specific catalytic activity for total oxidation of CO and propane even though the temperatures for total conversion change for each transition metal and substance to be oxidized.

Utilização de biomassa na secagem de produtos agrícolas via gaseificação com combustão adjacente dos gases produzidos

Este estudo determinou a viabilidade do uso de um gaseificador/combustor que utiliza tocos de eucalipto, resíduos de serraria, cavacos de lenha e sabugo de milho como combustível na secagem de produtos agrícolas. Utilizou-se o gaseificador desenvolvido por SILVA (1988) com modificações na câmara de gaseificação; área da grelha reduzida de 0,21 para 0,06 m²; adição de um revestimento envolvendo a parte superior do gaseificador, e foi colocado um registro tipo borboleta na saída da câmara de combustão. O ar aquecido no combustor foi enviado para um secador que possuía câmaras metálicas que eram removíveis, içadas por um sistema de roldanas, facilitando a homogeneização da secagem. Como teste do sistema, secou-se café com umidade inicial de 54,5% bu até 11,1 ± 1,6% bu, utilizando-se de cavacos de lenha. A temperatura do ar de secagem foi de 60 ºC, pressão estática do ar na saída do ventilador de 9 mmca e velocidade de 46,3 m³ min-1. Concluiu-se que o gaseificador, usando cavacos de eucalipto como combustível, consumiu entre 15,3 e18,8 kg h-1 de biomassa, que o equipamento é viável para a secagem de café despolpado e para outros produtos agrícolas, não o impregnando de fumaça ou outras partículas, geradas nas fornalhas de fogo direto, e que todos os combustíveis de biomassa testados são viáveis na utilização do sistema via gasificação com adjacente combustão dos gases gerados.

Gases e ruídos em edificações para suínos: aplicação das normas NR-15, CIGR e ACGIH

A produção de suínos representa importante setor da economia brasileira, e a possibilidade de crescimento na produção é iminente, principalmente se considerar o baixo consumo de carne suína comparado ao de outras carnes e com outros países. As transformações e exigências de mercado que vêm ocorrendo no cenário mundial mostram que, num futuro muito próximo, as barreiras serão baseadas no bem-estar dos animais, na proteção ao meio ambiente e na legislação trabalhista. Pouco conhecimento está disponível sobre as normas relacionadas ao trabalho com agentes ambientais nas atividades rurais, assim como as condições de qualidade do ar nas instalações brasileiras. Os objetivos deste trabalho foram aplicar as principais normas relacionadas a ruído e gases, e estimar os riscos de exposição ocupacional a partir de medidas de ruído, sulfeto de hidrogênio, metano e oxigênio em granjas de suínos nas fases de creche e terminação. Os resultados mostram que os níveis de ruídos contínuos ficaram abaixo do permitido pelas normas, entretanto foram observadas diferenças (P < 0,05) em relação ao ruído medido na creche com gaiolas e em piso semi-ripado; as concentrações de sulfeto de hidrogênio e metano foram inferiores a 1 ppm e 0,1% em volume, respectivamente, inferiores aos limites recomendados pelas normas NR-15, CIGR e ACGIH, e o nível de oxigênio ficou, em média, em 21%.

Ambiência aérea em alojamento de frangos de corte: poeira e gases

A qualidade do ar em ambientes de produção animal vem sendo referenciada como ponto de interesse em estudos de sistema de controle ambiental, focando tanto a saúde dos animais que vivem em total confinamento, quanto a dos trabalhadores. O objetivo do trabalho foi determinar a variação da qualidade da ambiência aérea em dois tipos de galpões criatórios de frangos de corte: convencional (Gc) e tipo túnel (Gt). Os valores de poeira total, em ambos os galpões, ofereceram condições adequadas às aves; entretanto, as concentrações de poeira respirável no ar estiveram acima do limite recomendado para humanos. A concentração de monóxido de carbono, na fase de aquecimento, esteve acima dos 10 ppm máximos recomendados, no período avaliado, sendo superior na época de frio no galpão Gt (30 ppm), comparada ao galpão Gc (18 ppm). Os picos de concentração de amônia no ar estiveram acima dos 20 ppm máximos recomendados às aves a partir do 20º dia de produção, em ambos os galpões, e na média diária, por período superior no galpão Gt (4h30), quando comparado ao Gc (2h45). Foram encontrados apenas traços de óxido nítrico e metano, enquanto a concentração de gás carbônico, avaliada em condições diurnas, atendeu aos limites máximos permitidos, tanto para aves quanto para o trabalhador.

Índíces de conforto térmico e concentração de gases em galpões avícolas no semiárido Paraibano

Esta pesquisa teve o objetivo de determinar os índices de conforto térmico e a concentração de gases no interior de galpões avícolas e suas influencias sobre o desempenho de frangos de corte comercias, em condições de verão, na região semiárida paraibana. Utilizaram-se dois aviários, um coberto com telha de cerâmica e outro coberto com telha de fibrocimento. Observou-se que não houve diferença significativa (p > 0,05) entre a temperatura ambiente (TA), umidade relativa do ar (UR), temperatura da água de bebida (Tágua) e da cama entre os galpões, sendo que os valores médios de TA (das 8h às 17h) e UR (das 10h às 16h) podem ser considerados fora do limite da zona de termoneutralidade recomendada para frangos de corte, como também a Tágua, no período diurno, ficou acima dos limites recomendados, que é de 24 ºC. Nenhum dos aviários apresentou concentrações de gases que oferecesse insalubridade para as aves e para os trabalhadores. Apesar de a Tágua e de os índices de conforto térmico, nos horários mais quentes do dia, estarem elevados, os índices produtivos ficaram dentro do estabelecido pela indústria avícola brasileira.

Thermal performance and concentration of gases in facilities for pigs in semiarid region from State of Paraiba - Brazil

The study was conducted in a facility for pigs during the nursery and finishing in the town of 'Montadas', in the semiarid of the state of Paraiba, Brazil, in the rainy and dry season, aiming to evaluate the concentration of oxygen, methane, carbon monoxide and ammonia, and the bioclimatic indexes: ambient temperature (AT), relative humidity (RH) and the index of black globe temperature and humidity (IBGTH). These indexes differed significantly (P>0.05) between the periods and times. The AT in the rainy season was in the thermal comfort zone(TCZ) in most of the times in the nursery; for the finishing phase, thermal discomfort occurred; during the dry season, there was thermal comfort in the nursery phase; in the finishing phase the thermal discomfort occurred at all times. In the rainy season, the IBGTH was in TCZ; in the dry season, it was above the TCZ. The RH in the rainy period was in the TCZ; in the dry season, in most of the times, below the range of the TCZ. The concentration of gases showed no differences (P > 0.05) between periods and between the times, and the carbon monoxide, hydrogen sulfide and methane were below 1.0 ppm, and the ammonia showed a mean of 5.2 ppm. None of the analyzed gases exceeded the limits established by Brazilian and international standards for animals and workers.

Corrosion behaviour of boiler tube materials during combustion of fuels containing Zn and Pb

Många förbränningsanläggningar som bränner utmanande bränslen såsom restfraktioner och avfall råkar ut för problem med ökad korrosion på överhettare och/eller vattenväggar pga. komponenter i bränslena som är korrosiva. För att minimera problemen i avfallseldade pannor hålls ångparametrarna på en relativt låg nivå, vilket drastiskt minskar energiproduktionen. Beläggningarna i avfallseldade pannor består till största delen av element som är förknippade med högtemperaturkorrosion: Cl, S, alkalimetaller, främst K och Na, och tungmetaller som Pb och Zn, och det finns också indikationer av Br-förekomst. Det låga ångtrycket i avfallseldade pannor påverkar också stålrörens temperatur i pannväggarna i eldstaden. I dagens läge hålls temperaturen normalt vid 300-400 °C. Alkalikloridorsakad (KCl, NaCl) högtemperaturkorrosion har inte rapporterats vara relevant vid såpass låga temperaturer, men närvaro av Zn- och Pb-komponenter i beläggningarna har påvisats förorsaka ökad korrosion redan vid 300-400 °C. Vid förbränning kan Zn och Pb reagera med S och Cl och bilda klorider och sulfater i rökgaserna. Dessa tungmetallföreningar är speciellt problematiska pga. de bildar lågsmältande saltblandningar. Dessa lågsmältande gasformiga eller fasta föreningar följer rökgasen och kan sedan fastna eller kondensera på kallare ytor på pannväggar eller överhettare för att sedan bilda aggressiva beläggningar. Tungmetallrika (Pb, Zn) klorider och sulfater ökar risken för korrosion, och effekten förstärks ytterligare vid närvaro av smälta. Motivet med den här studien var att få en bättre insikt i högtemperaturkorrosion förorsakad av Zn och Pb, samt att undersöka och prediktera beteendet och motståndskraften hos några stålkvaliteter som används i överhettare och pannväggar i tungmetallrika förhållanden och höga materialtemperaturer. Omfattande laboratorie-, småskale- och fullskaletest utfördes. Resultaten kan direkt utnyttjas i praktiska applikationer, t.ex. vid materialval, eller vid utveckling av korrosionsmotverkande verktyg för att hitta initierande faktorer och förstå deras effekt på högtemperaturkorrosion.

Efeito de diferentes gases sobre o crescimento bacteriano: estudo experimental "in vitro"

OBJETIVO: Criar um modelo experimental in vitro para estudar isolada e controladamente o efeito direto de alguns gases utilizados em vídeo-laparoscopia sobre o crescimento bacteriano, além de compará-los ao efeito do ozônio, um gás sabidamente bactericida. MÉTODO: Exposição de grupos de quinze laminocultivos do tipo URIBAC (Probac do Brasil, São Paulo/Brasil), semeados com uma de três cepas das seguintes bactérias: Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, e Staphylococcus aureus. A concentração utilizada de bactéria foi de 10(4) ufc/ml, o tempo de exposição foi de uma hora, o fluxo dos gases e a pressão foram mantidos constantes em 2L/m e 11 mmHg, respectivamente. Os gases utilizados foram o dióxido de carbono e o hélio na concentração de 99,99% para ambos, o ozônio a 0,4% e ar comprimido como controle. Foram também deixados um grupo de quatro placas de cada bactéria sem exposição aos gases como um controle da técnica de diluição. A leitura foi realizada após vinte e quatro horas em estufa. RESULTADOS: O ozônio promoveu esterilização de 100% dos laminocultivos; os demais gases não alteraram significativamente nenhuma das culturas em relação aos controles. CONCLUSÕES: O modelo de exposição criado é prático e eficiente. Os gases atualmente utilizados para a realização do pneumoperitônio não apresentam efeito bactericida significativo sobre as bactérias testadas. O Ozônio têm efeito bactericida superior aos demais gases estudados.

Spin-Dynamics in Cold Gases of 87Rb and Atomic Hydrogen. The spins they are a-changin’

In this thesis the dynamics of cold gaseous atoms is studied. Two different atomic species and two different experimental techniques have been used. In the first part of the thesis experiments with Bose-Einstein condensates of Rb-87 are presented. In these experiments the methods of laser cooling and magnetic trapping of atoms were utilized. An atom chip was used as the experimental technique for implementation of magnetic trapping. The atom chip is a small integrated instrument allowing accurate and detailed manipulation of the atoms. The experiments with Rb-87 probed the behaviour of a falling beam of atoms outcoupled from the Bose-Einstein condensate by electromagnetic field induced spin flips. In the experiments a correspondence between the phases of the outcoupling radio frequency field and the falling beam of atoms was found. In the second part of the thesis experiments of spin dynamics in cold atomic hydrogen gas are discussed. The experiments with atomic hydrogen are conducted in a cryostat using a dilution refrigerator as the cooling method. These experiments concentrated on explaining and quantifying modulations in the electron spin resonance spectra of doubly polarized atomic hydrogen. The modifications to the previous experimental setup are described and the observation of electron spin waves is presented. The observed spin wave modes were caused by the identical spin rotation effect. These modes have a strong dependence on the spatial profile of the polarizing magnetic field. We also demonstrated confinement of these modes in regions of strong magnetic field and manipulated their spatial distribution by changing the position of the field maximum.

Specific surface charging of latex, clay and mineral oxide particles in aqueous, non-aqueous and mixed solvent systems

En djupare förståelse för växelverkan mellan partiklar i suspensioner är av betydelse för utvecklingen av en mängd olika industriella produkter och processer. Till exempel kan nämnas pigmentbaserade färger och bestrykning av papper. Genom att öka kontrollbarheten kan dessa lättare optimeras för att uppnå förbättrade produktegenskaper och/eller sänkta produktionskostnader. Av stor betydelse är även en förbättrad möjlighet att minska produktens miljöpåverkan. I avhandlingen studerades jonstyrkan och jonspecificiteten inverkan i olika akvatiska suspensioner innehållande olika elektrolyter. De partiklar som avhandlingen omfattade var metalloxider, leror samt latex. Jonstyrkan studerades från låga (c <10-3M) till och med höga (c> 10-1M) elektrolytkoncentrationer. Vid koncentrationer under 0.1 M var partikelladdningen styrd av pH och jonstyrkan. Vid högre elektrolytkoncentrationer påverkade även jonspecificiteten partikelladdningen. Jonspecificiteten arrangerades i fenomenologiska serier funna i litteraturen samt med Born modellen definierad i termodynamiken. Överraskande höga absoluta zeta-potential värden erhölls vid höga elektrolytkoncentrationer vilket visar att den elektrostatiska repulsionen har betydelse även vid dessa förhållanden. Vidare studerades titanoxidsuspensioners egenskaper i akvatiska, icke-akvatiska och blandade lösningssystem under varierande koncentration av oxal- och fosfatsyra. Vid lågt vatteninnehåll studerades även suspensioner med svavelsyra. Konduktiviteten i suspensioner med lågt vatteninnehåll ökade med tillsatt oxal- eller fosforsyra vilket är en omvänd effekt jämfört med svavelsyra eller akvatiska suspensioner. Den omvända effekten skiftade gradvis tillbaka med ökad vatteninnehåll. En analys av suspensionernas adsorption i höga etanolkoncentrationer gjordes med konduktiviteten, pH och zeta-potentialen. Viskositet studerades och applicerades framgångsrikt i viskositet/ytladdningsmodeller utvecklade för akvatiska suspensioner.

Theoretical Analysis and Numerical Simulation of Spectral Radiative Properties of Combustion Gases in Oxy/Air-Fired Combustion Systems

Energy efficiency is one of the major objectives which should be achieved in order to implement the limited energy resources of the world in a sustainable way. Since radiative heat transfer is the dominant heat transfer mechanism in most of fossil fuel combustion systems, more accurate insight and models may cause improvement in the energy efficiency of the new designed combustion systems. The radiative properties of combustion gases are highly wavelength dependent. Better models for calculating the radiative properties of combustion gases are highly required in the modeling of large scale industrial combustion systems. With detailed knowledge of spectral radiative properties of gases, the modeling of combustion processes in the different applications can be more accurate. In order to propose a new method for effective non gray modeling of radiative heat transfer in combustion systems, different models for the spectral properties of gases including SNBM, EWBM, and WSGGM have been studied in this research. Using this detailed analysis of different approaches, the thesis presents new methods for gray and non gray radiative heat transfer modeling in homogeneous and inhomogeneous H2O–CO2 mixtures at atmospheric pressure. The proposed method is able to support the modeling of a wide range of combustion systems including the oxy-fired combustion scenario. The new methods are based on implementing some pre-obtained correlations for the total emissivity and band absorption coefficient of H2O–CO2 mixtures in different temperatures, gas compositions, and optical path lengths. They can be easily used within any commercial CFD software for radiative heat transfer modeling resulting in more accurate, simple, and fast calculations. The new methods were successfully used in CFD modeling by applying them to industrial scale backpass channel under oxy-fired conditions. The developed approaches are more accurate compared with other methods; moreover, they can provide complete explanation and detailed analysis of the radiation heat transfer in different systems under different combustion conditions. The methods were verified by applying them to some benchmarks, and they showed a good level of accuracy and computational speed compared to other methods. Furthermore, the implementation of the suggested banded approach in CFD software is very easy and straightforward.

Modeling and Control of the Power Conversion Unit in a Solid Oxide Fuel Cell Environment

In this doctoral thesis, a power conversion unit for a 10 kWsolid oxide fuel cell is modeled, and a suitable control system is designed. The need for research was identified based on an observation that there was no information available about the characteristics of the solid oxide fuel cell from the perspective of power electronics and the control system, and suitable control methods had not previously been studied in the literature. In addition, because of the digital implementation of the control system, the inherent characteristics of the digital system had to be taken into account in the characteristics of the solid oxide fuel cell (SOFC). The characteristics of the solid oxide fuel cell as well the methods for the modeling and control of the DC/DC converter and the grid converter are studied by a literature survey. Based on the survey, the characteristics of the SOFC as an electrical power source are identified, and a solution to the interfacing of the SOFC in distributed generation is proposed. A mathematical model of the power conversion unit is provided, and the control design for the DC/DC converter and the grid converter is made based on the proposed interfacing solution. The limit cycling phenomenon is identified as a source of low-frequency current ripple, which is found to be insignificant when connected to a grid-tied converter. A method to mitigate a second harmonic originating from the grid interface is proposed, and practical considerations of the operation with the solid oxide fuel cell plant are presented. At the theoretical level, the thesis discusses and summarizes the methods to successfully derive a model for a DC/DC converter, a grid converter, and a power conversion unit. The results of this doctoral thesis can also be used in other applications, and the models and methods can be adopted to similar applications such as photovoltaic systems. When comparing the results with the objectives of the doctoral thesis, we may conclude that the objectives set for the work are met. In this doctoral thesis, theoretical and practical guidelines are presented for the successful control design to connect a SOFC-based distributed generation plant to the utility grid.