Reaproveitamento de meio de cultivo de Arthrospira platensis tratado por processos de microfiltração e ultrafiltração

Micro-organismos fotossintetizantes, incluído aqui o gênero Arthrospira, vêm sendo amplamente produzidos em larga escala em vários países, detendo um mercado que gera mais de 1 bilhão de dólares ao ano. A produção industrial utiliza grande volume de água com alta concentração salina para produzir milhares de toneladas de biomassa microalgal. É crescente a utilização de tratamento de águas por processo de separação por membranas, demonstrando ser uma técnica que gera água de ótima qualidade, de instalação compacta e de fácil automação. No presente trabalho, foi avaliada esta tecnologia para o reaproveitamento do meio de cultura em novos cultivos de micro-organismos fotossintetizantes, visando contribuir para a sustentabilidade deste processo produtivo. O efluente do cultivo de Arthrospira platensis oriundo de processo descontínuo em minitanques foi submetido a tratamento por membranas de filtração tangencial, incluindo microfiltração (MF) (porosidades de 0,65 µm e de 0,22 µm) e ultrafiltração (UF) (peso molecular de corte de 5.000 Da), em pressões transmembrana (TMP) de 22,5 a 90 kPa. Os processos de MF levaram a reduções médias de 53,9±1,3 % e 93,1±1,1 % de matéria orgânica natural (NOM) e pigmentos nos meios residuais, respectivamente. Com o uso de processos de UF, cujos meios foram previamente tratados por MF (0,22 µm e 22,5 kPa), as reduções médias de NOM e pigmentos foram de 57,2±0,5 % e 94,0±0,8 %, respectivamente. Os processos de MF com TMP de 22,5 kPa levaram a concentrações celulares máximas (Xm) equivalentes às obtidas com meio novo. O uso de membrana de 0,65 µm e TMP de 22,5 kPa levou a uma perda média de 2,9 %, 22,7 % e 16,4% dos nutrientes carbonato, fosfato e nitrato, respectivamente, mas a correção desses valores aos mesmos do meio padrão levou à obtenção dos mais altos valores de Xm (3586,6±80 mg L-1), produtividade em células (505,0±11,6 mg L-1 d-1) e fator de conversão de nitrogênio em células (29,6±0,7 mg mg-1). O teor protéico da biomassa foi estatisticamente igual ao da biomassa obtida de cultivo com meio padrão novo. Os dados deste trabalho evidenciam que processos de filtração por membrana são promissores para o reuso de meio de micro-organismos fotossintetizantes.

Caracterização tecnológica do minério de ouro da Mina Morro do Ouro - Paracatu, MG.

As unidades de beneficiamento de minério de ouro buscam cada vez mais uma produção de baixo custo e maximização dos ganhos financeiros. A caracterização tecnológica está inserida em uma abordagem multidisciplinar que permite agregar conhecimento, alternativas de otimização e redução nos custos de operação. Inserida como uma ferramenta na caracterização tecnológica, a análise de imagens automatizada tem importante papel no setor mineral principalmente pela rapidez das análises, robustez estatística e confiabilidade nos resultados. A técnica pode ser realizada por meio de imagens adquiridas em microscópio eletrônico de varredura, associada a microanálises químicas sendo utilizada em diversas etapas de um empreendimento mineiro. Este estudo tem como objetivo a caraterização tecnológica de minério de ouro da Mina Morro do Ouro, Minas Gerais na qual foi utilizado a técnica de análise de imagens automatizada por MLA em um conjunto de 88 amostras. Foi possível identificar que 90% do ouro está na fração acima de 0,020 mm; o quartzo e mica representam cerca de 80% da massa total do minério; os sulfetos apresentam diâmetro de círculo equivalente entre 80 e 100 ?m e são representados por pirita e arsenopirita, com pirrotita, calcopirita, esfalerita e galena subordinada. Também foi possível observar que o ouro está majoritariamente associado à pirita e arsenopirita e com o aumento de teor de arsênio, cresce a parcela de ouro associado à arsenopirita. As medianas das distribuições de tamanho dos grãos de ouro apresentam um valor médio de 19 ?m. Verificou-se que a composição dos grãos de ouro é bastante diversa, em média 77% de ouro e 23% de prata. Para material abaixo de 0,50 mm observa-se uma parcela expressiva de perímetro exposto dos grãos de ouro (média 73%); o ouro incluso (21% do total dos grãos de ouro) está associado a pirita e arsenopirita, sendo que em 14 das 88 amostras este valor pode superar 40% do total de ouro contido. A ferramenta da análise de imagens automatizada mostrou-se bastante eficiente definindo características particulares o que fornece de forma objetiva subsídios para os trabalhos de planejamento de mina e processamento mineral.

Phase diagram of a polydisperse soft-spheres model for liquids and colloids

The phase diagram of soft spheres with size dispersion is studied by means of an optimized Monte Carlo algorithm which allows us to equilibrate below the kinetic glass transition for all size distributions. The system ubiquitously undergoes a first-order freezing transition. While for a small size dispersion the frozen phase has a crystalline structure, large density inhomogeneities appear in the highly disperse systems. Studying the interplay between the equilibrium phase diagram and the kinetic glass transition, we argue that the experimentally found terminal polydispersity of colloids is a purely kinetic phenomenon.

Estudo comparativo de técnicas numéricas de inversão para obtenção de distribuição de tamanho de gotas em emulsões.

O desenvolvimento de algoritmos computacionais para a obtenção de distribuições de tamanho de partícula em dispersões e que utilizam dados espectroscópicos em tempo real e in-line a partir de sensores permitirá uma variedade de aplicações, como o monitoramento de propriedades em fluidos de corte industriais, acompanhamento de processos de polimerização, tratamento de efluentes e sensoriamento atmosférico. O presente estudo tem como objetivo a implementação e comparação de técnicas para resolução de problemas de inversão, desenvolvendo algoritmos que forneçam distribuição de tamanho de partículas em dispersões a partir de dados de espectroscopia UV-Vis-Nir (Ultravioleta, Visível e Infravermelho próximo). Foram implementadas quatro técnicas, sendo uma delas um método alternativo sem a presença de etapas de inversão. Os métodos que utilizaram alguma técnica de inversão evidenciaram a dificuldade em se obter distribuições de tamanho de gotas (DTG) de boa qualidade, enquanto o método alternativo foi aquele que se mostrou mais eficiente e confiável. Este estudo é parte de um programa cooperativo entre a Universidade de São Paulo e a Universidade de Bremen chamado programa BRAGECRIM (Brazilian German Cooperative Research Initiative in Manufacturing) e é financiado pela FAPESP, CAPES, FINEP e CNPq (Brasil) e DFG (Alemanha).

Influência do tamanho da amostra na determinação da curva de retenção da água no solo

A curva de retenção da água no solo é um dos principais instrumentos para avaliar a qualidade física dos solos e possibilitar seu manejo adequado. Por meio da Teoria da Capilaridade vários equipamentos foram desenvolvidos para determinar a intensidade com que a água está retida ao solo, porém, pouco se tem dado atenção para verificar se os pressupostos para o real funcionamento da teoria estão sendo atendidos. Um aspecto refere-se ao tamanho da amostra utilizada para determinar a curva de retenção, de modo que haja continuidade dos feixes capilares na amostra e placa porosa. Desta forma, este trabalho propõe avaliar diferentes tamanhos de amostra indeformada para a determinação da curva de retenção. Para isso, coletaram-se amostras em anéis volumétricos cilíndricos de três tamanhos (altura) diferentes (T1 - 0,075 m; T2 - 0,05 m; T3 - 0,025 m;) e mesmo diâmetro interno (0,07 m), dos horizontes diagnósticos de um Latossolo e um Nitossolo em áreas experimentais da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq/USP), Piracicaba - SP. Realizou-se a caracterização física destes solos, por meio da análise granulométrica, densidade do solo, densidade de partículas, porosidade total e teor de carbono orgânico. As curvas foram determinadas para cada tamanho de amostra, utilizando-se o Funil de Haines, para as tensões 0,5, 1, 4, 6 e 10 kPa, e a Câmara de Pressão de Richards para 33, 100 e 500 kPa. As curvas de retenção foram ajustadas pelo modelo utilizado por van Genuchten. Estimadas as curvas, avaliou-se a distribuição de poros do solo das amostras, determinando-se a curva de frequência acumulada de poros em função do logaritmo do raio e, depois pela diferenciação das equações de ajuste das curvas de retenção, a curva diferencial de frequência acumulada de poros. Os resultados mostram que o Latossolo, por ter textura arenosa no horizonte estudado, não apresentou diferença significativa nas curvas de retenção para os tamanhos das amostras estudadas. Verificou-se pouca modificação na distribuição dos poros deste solo, que possui teor elevado das frações areia fina e muito fina, e desenvolveram papel importante para a retenção de água. O Nitossolo, por sua vez, apresentou diferença significativa da curva obtida pela amostra de menor tamanho (T3), havendo maior retenção de água com a diminuição do tamanho da amostra. Devido a sua textura muito argilosa, o arranjo estrutural deste solo foi diferenciado ao se utilizar as amostras maiores, com provável interrupção e descontinuidade dos feixes capilares. Consequentemente, houve também alteração na distribuição dos poros, com redução dos mesoporos e aumento dos microporos. Desta forma, pode-se concluir que o tamanho da amostra influenciou a curva de retenção da água devido à complexidade estrutural do solo, que provavelmente é diferente nas amostras maiores por causa da continuidade dos feixes capilares, principalmente no Nitossolo. Em outras palavras, quanto menor o tamanho da amostra há menor diferenciação no arranjo de poros, ou seja, maior proximidade da real condição do solo e, assim, uma interpretação da retenção de água \"mais correta\" por meio da Teoria da Capilaridade.

Relevance of porosity and surface chemistry of superactivated carbons in capacitors

We show, through some examples, that chemical activation by alkaline hydroxides permits the preparation of activated carbons with tailored pore volume, pore size distribution, pore structure and surface chemistry, which are useful for their application as electrodes in supercapacitors. Examples are presented discussing the importance of each of these properties on the double layer capacitance, on the kinetics of the electric double-layer charge-discharge process and on the pseudo-capacitative contribution from the surface functional groups or the addition of a conducting polymer.

Assessment of CO2 adsorption capacity on activated carbons by a combination of batch and dynamic tests

In this work, batch and dynamic adsorption tests are coupled for an accurate evaluation of CO2 adsorption performance for three different activated carbons obtained from olives stones by chemical activation followed by physical activation with CO2 at varying times, i.e. 20, 40 and 60 h. Kinetic and thermodynamic CO2 adsorption tests from simulated flue-gas at different temperature and CO2 pressure are carried out both in batch (a manometric equipment operating with pure CO2) and dynamic (a lab-scale fixed-bed column operating with CO2/N2 mixture) conditions. The textural characterization of the activated carbon samples shows a direct dependence of both micropore and ultramicropore volume on the activation time, hence AC60 has the higher contribution. The adsorption tests conducted at 273 and 293 K showed that, when CO2 pressure is lower than 0.3 bar, the lower the activation time the higher CO2 adsorption capacity and a ranking ωeq(AC20)>ωeq(AC40)>ωeq(AC60) can be exactly defined when T= 293 K. This result can be likely ascribed to a narrower pore size distribution of the AC20 sample, whose smaller pores are more effective for CO2 capture at higher temperature and lower CO2 pressure, the latter representing operating conditions of major interest for decarbonation of a flue-gas effluent. Moreover, the experimental results obtained from dynamic tests confirm the results derived from the batch tests in terms of CO2 adsorption capacity. It is important to highlight that the adsorption of N2 on the synthesized AC samples can be considered negligible. Finally, the importance of a proper analysis of characterization data and adsorption experimental results is highlighted for a correct assessment of CO2 removal performances of activated carbons at different CO2 pressure and operating temperature.

Sorbent design for CO2 capture under different flue gas conditions

CO2 capture by solid sorbents is a physisorption process in which the gas molecules are adsorbed in a different porosity range, depending on the temperature and pressure of the capture conditions. Accordingly, CO2 capture capacities can be enhanced if the sorbent has a proper porosity development and a suitable pore size distribution. Thus, the main objective of this work is to maximize the CO2 capture capacity at ambient temperature, elucidating which is the most suitable porosity that the adsorbent has to have as a function of the emission source conditions. In order to do so, different activated carbons have been selected and their CO2 capture capacities have been measured. The obtained results show that for low CO2 pressures (e.g., conditions similar to post-combustion processes) the sorbent should have the maximum possible volume of micropores smaller than 0.7 nm. However, the sorbent requires the maximum possible total micropore volume when the capture is performed at high pressures (e.g., conditions similar to oxy-combustion or pre-combustion processes). Finally, this study also analyzes the important influence that the sorbent density has on the CO2 capture capacity, since the adsorbent will be confined in a bed with a restricted volume.

Novel silica membrane material for molecular sieve applications

Development of new silica membranes properties, e.g., molecular sieving properties, has been increasingly gaining importance in the last few years. A novel unsupported silica membrane, referred to as hydrophobic metal-doped silica, was developed by cobalt-doping within the organic templated silica matrix. The novel material was prepared by the acid-catalyzed hydrolysis and condensation process of tetraethylorthosilicate (TEOS) and methyltriethoxysilane (MTES), which is the precursor for methyl ligand covalently bounded to the silica matrix. The synthesis and surface properties of the novel unsupported silica membrane as well as the unsupported blank silica and modified silica membranes were revealed by surface and microstructural techniques, such as water contact angle measurement, FTIR, X-ray, Solid-state 29Si MAS NMR, TGA and N2 and CO2 adsorption measurements. The results showed that the thermal stability of the organic templated silica matrix was enhanced by cobalt-doping process. A hydrophobic microporous silica membrane material with high thermal stability up to ∼560 °C in oxidizing atmosphere and a narrow pore size distribution centered at 1.1 nm was obtained. Therefore, a novel precursor material for molecular sieve silica membranes applications has been achieved and developed.

Textural Characterization of Micro- and Mesoporous Carbons Using Combined Gas Adsorption and n-Nonane Preadsorption

Porous carbon and carbide materials with different structures were characterized using adsorption of nitrogen at 77.4 K before and after preadsorption of n-nonane. The selective blocking of the microporosity with n-nonane shows that ordered mesoporous silicon carbide material (OM-SiC) is almost exclusively mesoporous whereas the ordered mesoporous carbon CMK-3 contains a significant amount of micropores (25%). The insertion of micropores into OM-SiC using selective extraction of silicon by hot chlorine gas leads to the formation of ordered mesoporous carbide-derived carbon (OM-CDC) with a hierarchical pore structure and significantly higher micropore volume as compared to CMK-3, whereas a CDC material from a nonporous precursor is exclusively microporous. Volumes of narrow micropores, calculated by adsorption of carbon dioxide at 273 K, are in linear correlation with the volumes blocked by n-nonane. Argon adsorption measurements at 87.3 K allow for precise and reliable calculation of the pore size distribution of the materials using density functional theory (DFT) methods.

Characterization of Carbon Molecular Sieve Membranes Supported on Ceramic Tubes

Carbon molecular sieve membranes have been analyzed in supported and unsupported configurations in this experimental study. The membranes were used to adsorb CO2, N2 and CH4, and their adsorption data were analyzed to establish differences in rate and capacity of adsorption between the two types of samples (supported and unsupported). Experimental results show an important effect of the support, which can be considered as an additional parameter to tailor pore size on these carbon membranes. Immersion calorimetry values were measured by immersing the membranes into liquids of different molecular dimensions (dichloromethane, benzene, n-hexane, 2,2-dimethylbutane). Similarities were found between adsorption and calorimetric analysis. The pore volume of the samples analyzed ranged from 0.016 to 0.263 cm3/g. The effect of the pyrolysis temperature, either 550 or 700 °C, under N2 atmosphere was also analyzed. Quantification of the pore-size distribution of the support was done by liquid-liquid displacement porosimetry. The composite membrane was used for CO2/CH4 separation before and after pore plugging was done. The ideal selectivity factors value (4.47) was over the Knudsen theoretical factor (0.60) for membrane pyrolyzed at 600 °C, which indicates the potential application of these membranes for the separation of low-molecular weight gases.

Tratamiento de lixiviados de residuos de origen urbano mediante MBR

Se ha utilizado una planta de tratamiento a escala laboratorio consiste en un biorreactor de membrana (MBR). Esta planta está compuesta por un reactor biológico de 25 L de capacidad. Se utilizó una membrana plana de micro filtración marca Kubota de polietileno clorado, tamaño de poro 0,1 μm y área de filtración 0.116 m2. Se utilizaron como condiciones de operación: tiempo de residencia hidráulico 3 días, caudal de permeado 0.35 L/h y LMH 3 L/m2h. Se ha podido comprobar que es posible adaptar una población microbiológica a las particulares características químicas del lixiviado procedente de la planta y tratar estos lixiviados en un reactor biológico de membrana sumergida operando en condiciones habituales de sólidos en suspensión en el reactor entre 8-12 g/L durante un periodo de 6 meses. El proceso utilizado permite reducir la materia orgánica (97% DBO5 y 40% DQO) presente en estas corrientes residuales, agotando prácticamente toda la materia biodegradable. Respecto a los contenidos de nutrientes, el tratamiento MBR ensayado permite reducir de 35-40% el nitrógeno total, 45-50% el nitrógeno amoniacal y un 65-70% el fósforo total. Los sólidos en suspensión se han reducido en el efluente tratado en más de un 99%.

Structural Characterization of Micro- and Mesoporous Carbon Materials Using In Situ High Pressure 129Xe NMR Spectroscopy

In situ high pressure 129Xe NMR spectroscopy in combination with volumetric adsorption measurements were used for the textural characterization of different carbon materials with well-defined porosity including microporous carbide-derived carbons, ordered mesoporous carbide-derived carbon, and ordered mesoporous CMK-3. Adsorption/desorption isotherms were measured also by NMR up to relative pressures close to p/p0 = 1 at 237 K. The 129Xe NMR chemical shift of xenon adsorbed in porous carbons is found to be correlated with the pore size in analogy to other materials such as zeolites. In addition, these measurements were performed loading the samples with n-nonane. Nonane molecules preferentially block the micropores. However, 129Xe NMR spectroscopy proves that the nonane also influences the mesopores, thus providing information about the pore system in hierarchically structured materials.

Desiccant capability of organic xerogels: Surface chemistry vs porous texture

Resorcinol-Formaldehyde xerogels are organic polymers that can be easily tailored to have specific properties. These materials are composed of carbon, hydrogen and oxygen, and have a surface that is very rich in oxygen functionalities, and is therefore very hydrophilic. Their most interesting feature is that they may have the same chemical composition but a different porous texture. Consequently, the influence of porous characteristics, such as pore volume, surface area or pore size can be easily assessed. In this work, a commonly used desiccant, silica gel, is compared with organic xerogels to determine their rate and capacity of water adsorption, and to evaluate the role of surface chemistry versus porous texture. It was found that organic xerogels showed a higher rate of moisture adsorption than silica gel. Pore structure also seems to play an important role in water adsorption capacity. The OX-10 sample, whose porosity was mainly composed of micro-mesoporosity displayed a water adsorption capacity two times greater than that of the silica gel, and three times higher than that of the totally macroporous xerogel OX-2100. The presence of feeder pores (mesopores) that facilitate the access to the hydrophilic surface was observed to be the key factor for a good desiccant behaviour. Neither the total pore volume nor the high surface area (i.e. high microporosity) of the desiccant sample, is as important as the mesopore structure.

Carbonate preservation reconstructed from ODP Sites 154-927 and 154-929 at Ceará Rise

Enhanced Atlantic overturning during the Pliocene was first proposed almost 10 yrs ago. Evidence for this Pliocene super conveyor scenario has been collected using a number of proxies (e.g., benthic d13C, Nd isotopic composition of manganese crusts). The present study contributes to the existing evidences by using carbonate dissolution and current vigour history of early Pliocene sediments from the Ceará Rise (ODP Sites 927 and 929). In order to reveal carbonate dissolution history, a number of commonly used and newly established proxies were applied, i.e., sand and carbonate contents, foraminifer fragmentation index, Bulloides Dissolution Index and carbonate silt grain-size distributions. Terrigenous silt grain-size distributions were used to unravel variations in relative current strength and sediment input to the two sites. Overall good carbonate preservation at the shallow Site 927 (3314 m water depth) shows that this level was bathed in North Atlantic Deep Water throughout the early Pliocene. The contrastingly poor carbonate preservation record of the deeper Site 929 (4358 m water depth, at present exposed to Antarctic Bottom Water) is frequently interrupted by phases of good carbonate preservation. These results indicate that the depth of the calcite lysocline was mainly tied to present level (ab. 4200 m water depth), and sometimes even dropped to water depths greater than 4360 m due to even more enhanced circulation. Surprisingly the expansion of NADW is not clearly reflected by an increase in current speed as shown by continuously fine terrigenous grain size.