Studio di membrane a base di liquidi ionici per il trasporto facilitato di CO2

In questo lavoro viene effettuata un’analisi di membrane per la separazione di CO2 basate sul meccanismo di trasporto facilitato. Queste membrane sono caratterizzate da un supporto poroso impregnato di una fase liquida le cui proprietà chimico-fisiche vengono presentate in relazione alle performance di separazione fornite: si tratta di liquidi ionici che presentano gruppi funzionali in grado di reagire con la CO2 consentendo il trasporto facilitato del gas acido attraverso la membrana. Le prestazioni in termini di separazione di CO2 da miscele gas fornite da questa tecnologia vengono analizzate e confrontate con quelle offerte da altre tipologie di membrane: alcune basate sul meccanismo di solution-diffusion (membrane polimeriche e membrane impregnate di liquidi ionici room-temperature) ed altre caratterizzate da permeazione di CO2 con presenza di reazione chimica ottenuta mediante facilitatori (mobili o legati allo scheletro carbonioso del polimero costituente la membrana). I risultati ottenuti sono analizzati in merito alla possibile implementazione di tale sistema di separazione a membrana in processi di cattura di CO2 nell'ambito della tecnologia di Carbon Capture and Storage.

Thermodynamic efficiency of carbon capture and utilisation in anaerobic batch digestion process

Carbon capture and storage (CCS) in the oil and water industries is becoming common and a significant consumer of energy typically requiring 150–450 °C and or several hundred bar pressure [1] particularly in geological deposition. A biological carbon capture and conversion has been considered in conventional anaerobic digestion processes. The process has been utilised in biological mixed culture, where acetoclastic bacteria and hydrogenophilic methanogens play a major key role in the utilisation of carbon dioxide. However, the bio catalytic microorganisms, hydrogenophilic methanogens are reported to be unstable with acetoclastic bacteria. In this work the biochemical thermodynamic efficiency was investigated for the stabilisation of the microbial process in carbon capture and utilisation. The authors observed that a thermodynamic efficiency of biological carbon capture and utilisation (BCCU) had 32% of overall reduction in yield of carbon dioxide with complimentary increase of 30% in yield of methane, while the process was overall endothermic. Total consumption of energy (≈0.33 MJ l−1) was estimated for the carbonate solubility (0.1 mol l−1) in batched BCCU. This has a major influence on microbial composition in the bioreactor. This thermodynamic study is an essential tool to aid the understanding of the interactions between operating parameters and the mixed microbial culture.

Analisi delle caratteristiche e delle performance di membrane polimeriche a microporosità intrinseca (PIM) per la cattura di CO2

In questo lavoro viene condotta un’analisi critica delle caratteristiche materiali e delle performance di una classe di polimeri recentemente sviluppata, i “Polimeri a Microporosità Intrinseca”, di grande interesse per lo sviluppo di membrane per la separazione di gas, specialmente nella Carbon Capture. Partendo dall’analisi del meccanismo di separazione di gas in membrane polimeriche dense si fornisce una overview sulle tecnologie assodate e innovative per la separazione di gas e per la CC. Le caratteristiche e le proprietà strutturali di rilievo dei polimeri vetrosi sono poi brevemente illustrate e le correlazioni empiriche note tra le suddette e le proprietà di trasporto di materia. Vengono quindi descritti i PIMs analizzando in primis la loro tipica struttura chimica, i processi di sintesi e le caratteristiche principali. Per il PIM-1, capostipite della categoria, il trasporto di gas viene approfondito con lo studio della variabilità delle proprietà quali la permeabilità, la diffusività e la solubilità di penetranti gassosi con i parametri operativi (p, T, composizione dei feed), considerando anche fenomeni tipici dei polimeri vetrosi quali l’aging e l’effetto dei solventi. Sono poi analizzate le proprietà di trasporto nei diversi PIMs, e confrontate con quelle di polimeri di comune utilizzo nelle separazioni in esame. La rielaborazione dei dati raccolti permette di confrontare le performance di una varietà di polimeri nella separazione di gas. In particolare l’analisi critica dei diagrammi permeabilità/selettività induce ad una valutazione approssimativa ma significativa delle possibili soluzioni tra cui optare per una data separazione di gas, considerando anche i parametri operativi tipici della stessa. Infine, vengono riportati e commentati dati di permeazione di miscele gassose in due diversi PIMs e nel polimero PTMSP, ponendo l’attenzione sulle reali condizioni operative con cui la tecnologia a membrane si deve confrontare in applicazioni reali.

Microporous organic polymers based on hexaphenylbiadamantane:synthesis, ultra-high stability and gas capture

Hexaphenylbiadamantane-based microporous organic polymers (MOPs) were successfully synthesized by Suzuki coupling under mild conditions. The obtained MOPs show high surface area (891 m2 g−1), ultra-high thermal (less than 40% mass loss at temperatures up to 1000 °C) and chemical (no apparent decomposition in organic solvents for more than 7 days) stability, gas (H2, CO2, CH4) capture capabilities and vapor (benzene, hexane) adsorption. These combined abilities render the synthesized MOPs an attractive candidate as thermo-chemically stable adsorbents for practical use in gas storage and pollutant vapor adsorption.

Carbon aerogels used in carbon dioxide capture

In this work the maximum carbon dioxide adsorption capacity of carbon aerogels, obtained by a sol-gel process using 2,4-dihydroxybenzoic acid/formaldehyde (DHBAF) and resorcinol/formaldehyde (RF) as precursors, was studied. The effect of increasing the temperature of carbonization and physical activation of the samples DHBAF was also studied. The results showed that the maximum adsorption capacity is favoured at lower temperatures, adsorption and desorption are rapid and the performance is maintained over several cycles of CO2 adsorption/desorption. A comparison with samples of commercial carbons was also made and it was concluded that carbon aerogels exhibit a behaviour comparable or superior to that obtained for the commercial carbons studied.

Synthesis, Modification and Characterization of Polymeric Membranes for CO2 Separation

This doctorate focused on the development of dense polymeric membranes for carbon capture, mostly in post combustion applications, and for natural gas sweetening. The work was supported by the European Project NANOMEMC2 funded under H2020 program. Different materials have been investigated, that rely on two main transport mechanisms: the solution-diffusion and the facilitated transport. In both cases, proper nano-fillers have been added to the matrix, in order to boost the mechanical and permselective properties of the membranes. Facilitated transport membranes were based on the use of was polyvinylamine (PVAm), as main matrix with fixed-site carriers, and L-Arginine as mobile carrier; the filler, used mostly as reinforcer, was carboxymethylated nanocellulose (cNFC). Humid test showed interesting results, and especially the blend made of PVAm/cNFC/Arg in weight ratio 27,5/27,5/45 crossed the Robeson CO2/N2 upper bound, representing current state of the art membranes, with a CO2 permeability of 271 Barrer and CO2/N2 selectivity of 70. Solution diffusion membranes were based on Pebax®2533 matrix which was added with three different graphene oxide (GO)-based materials, namely pristine GO, Porous Graphene Oxide (PGO) and a GO functionalized with polyetheramine (PEAGO). All of them provided a modest but clear increment of permeability of the Pebax matrix, from plus 2% (GO) to plus 8% (PGO), with no change in selectivity. The gas tested with this type of composites were CO2 and N2, for Post combustion capture applications. Pebax®2533 was also chemically modified, obtaining the product called “Benzoyl-P2533”, that was fully characterized, and tested in term of permeation using five gas: CO2, N2, CH4, O2, and He. Modified material showed an increment of the overall permeability of the material of a fair 10% for all gases tested, apart from helium, that increased of almost 50%.

Adsorbimento dinamico di CO2 in compositi innovativi a base geopolimerica

Fra le alternative proposte per la riduzione delle emissioni di CO2, le tecniche di Carbon Capture si presentano come un’efficace soluzione per il breve e medio termine. Fra queste, l’adsorbimento su fase solida per la rimozione di CO2 da correnti gassose si prospetta come una valida alternativa rispetto al convenzionale assorbimento ad umido. Questo lavoro di tesi si è occupato della sintesi di un composito a base geopolimerica presso l’ISTEC/CNR di Faenza, da impiegare per l’adsorbimento di CO2 a bassa temperatura, e dell’analisi del suo comportamento in regime di adsorbimento dinamico. Tale materiale è stato sintetizzato tramite attivazione con soluzione alcalina di metacaolino 1200S addizionato con polveri di zeolite Na13X. Esso costituisce una opzione interessante per la cattura di CO2, mostrando capacità di adsorbimento superiori a 1 mmol/g per concentrazioni di CO2 del 14% (a pressione atmosferica), simili a quelle presenti in molti processi industriali. Le prestazioni in regime dinamico risultano inoltre simili a quelle registrate nel regime statico. Le prove sperimentali hanno evidenziato la criticità della rigenerazione del materiale, in particolare riguardo all’eliminazione dell’acqua. Una temperatura di 130°C si mostra adatta per ottenere un’elevata rigenerazione del materiale, con rimozione sia di CO2 che dell’umidità adsorbita. Dalle prove svolte è risultato evidente come non sia conveniente operare con desorbimenti a temperatura ambiente e pressione atmosferica, ma sia necessario operare combinando swing di pressione e temperatura. È stato inoltre valutato l’effetto di una più bassa temperatura di adsorbimento (2°C), che porta ad un aumento della capacità del materiale. Sviluppi futuri in questo campo potrebbero essere la produzione di monoliti geopolimerici a porosità strutturate tramite tecniche innovative quali il freeze-casting e l’utilizzo di compositi integrati con additivi che ne migliorino le performance in termini di conducibilità termica.

Studio della permeabilità di CO2 e N2 in membrane composite di Aquivion e PVAm

Per mitigare il notevole aumento di emissioni di gas serra, molti studi si stanno focalizzando sulle membrane a trasporto facilitato per la separazione e la cattura di CO2. In particolare, le tecnologie di Carbon Capture and Storage (CCS) hanno ridestato interesse basandosi principalmente sulla cattura dell’anidride carbonica. L’obiettivo di questo studio è stato di migliorare le prestazioni di selettività nell’Aquivion, membrana ionomerica dell’acido perfluorosolfonico. Gli ottimi valori di permeabilità che raggiunge hanno portato quindi a focalizzare le ricerche sul miglioramento della capacità selettiva tra CO2 e N2. Infatti, la permeabilità e la selettività sono considerati parametri di trade-off, all’aumento di uno corrisponde la diminuzione dell’altro. Inoltre, le buone prestazioni delle membrane a trasporto facilitato in presenza di gruppi amminici hanno portato al tentativo di associare ad un materiale come l’Aquivion, dalla buona conduttività protonica, la Polivinilammina. Le ammine in membrane a trasporto facilitato sono infatti in grado di legare selettivamente l’anidride carbonica. Il presente lavoro si è inizialmente focalizzato sulla purificazione della Polivinilammina e sull’accoppiamento delle due membrane. In seguito alla realizzazione, i film sono stati caratterizzati mediante spettroscopia FTIR-ATR e infine testati in condizioni di umidità con l’utilizzo di un permeometro. È infatti ampiamente studiato come migliorare la permeabilità dell’Aquivion all’aumentare dell’umidità. In conclusione, in condizioni di alta adesione della Polivinilammina all’Aquivion la selettività ad alte umidità è aumentata rispetto ai valori di letteratura in articoli condizioni.

Analisi delle conseguenze dei rilasci accidentali di CO2 dagli impianti di cattura e stoccaggio

Oggi si sta assistendo sempre più ad un consumo maggiore di energia, proveniente soprattutto da fonti fossili. Tuttavia, occorre evidenziare l’aspetto negativo correlato a tutto questo: l’incremento del rilascio di gas ad effetto serra, responsabili del fenomeno del surriscaldamento globale. La Carbon Capture, Utilisation and Storage (CCUS) è stata riconosciuta come tecnologia strategica per raggiungere l’obiettivo dell’azzeramento delle emissioni entro il 2050. Lo scopo della tesi è effettuare la valutazione delle conseguenze dei rilasci accidentali di CO2 dagli impianti di cattura, esprimendole in termini di distanze di danno per l’uomo e per le apparecchiature. Dopo il Capitolo 1, dal carattere introduttivo e in cui si spiega il perché si renda necessaria la cattura della CO2, il Capitolo 2 fornisce i valori di pericolosità della CO2 relativi agli effetti tossici e termici, in termini di concentrazioni e temperature soglia; inoltre, illustra i codici DNV PHAST, NIST FDS e Ansys FLUENT, utilizzati per effettuare la valutazione delle conseguenze. A seguire, il Capitolo 3 presenta un impianto di cattura della CO2 assunto come caso di studio, fornendo la descrizione del funzionamento dell’impianto e riportandone i documenti principali, quali il PFD e la mappa del layout. Inoltre, vengono individuati gli scenari di rilascio e sono specificate le condizioni ambientali considerate ai fini della modellazione della dispersione. Il Capitolo 4 riporta i risultati ottenuti dalle simulazioni effettuate con i software di modellazione illustrati nel Capitolo 2, effettuando un’analisi comparativa delle distanze di danno, corredata di un’ampia discussione. Il Capitolo 5, infine, riporta le considerazioni conclusive del lavoro di tesi e delinea alcuni possibili sviluppi futuri delle indagini.

Separation Of Glycosidic Catiomers By Twim-ms Using Co2 As A Drift Gas.

Traveling wave ion mobility mass spectrometry (TWIM-MS) is shown to be able to separate and characterize several isomeric forms of diterpene glycosides stevioside (Stv) and rebaudioside A (RebA) that are cationized by Na(+) and K(+) at different sites. Determination and characterization of these coexisting isomeric species, herein termed catiomers, arising from cationization at different and highly competitive coordinating sites, is particularly challenging for glycosides. To achieve this goal, the advantage of using CO2 as a more massive and polarizable drift gas, over N2 , was demonstrated. Post-TWIM-MS/MS experiments were used to confirm the separation. Optimization of the possible geometries and cross-sectional calculations for mobility peak assignments were also performed. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.

Supercritical CO2 recovery of caffeine from green coffee oil: new experimental solubility data and modeling

The caffeine solubility in supercritical CO2 was studied by assessing the effects of pressure and temperature on the extraction of green coffee oil (GCO). The Peng-Robinson¹ equation of state was used to correlate the solubility of caffeine with a thermodynamic model and two mixing rules were evaluated: the classical mixing rule of van der Waals with two adjustable parameters (PR-VDW) and a density dependent one, proposed by Mohamed and Holder² with two (PR-MH, two parameters adjusted to the attractive term) and three (PR-MH3 two parameters adjusted to the attractive and one to the repulsive term) adjustable parameters. The best results were obtained with the mixing rule of Mohamed and Holder² with three parameters.

Avaliação citométrica dos adipócitos localizados no tecido subcutâneo da parede anterior do abdome após infiltração percutânea de CO2

OBJETIVO: Avaliar os efeitos da infiltração de dióxido de carbono em adipócitos presentes na parede abdominal. MÉTODOS: Quinze voluntárias foram submetidas a sessões de infusão de CO2 durante três semanas consecutivas (duas sessões por semana com intervalos de dois a três dias entre cada sessão). O volume de gás carbônico infundido por sessão, em pontos previamente demarcados, foi sempre calculado com base na superfície da área a ser tratada, com volume infundido fixo de 250 mL/100cm² de superfície tratada. Os pontos de infiltração foram demarcados respeitando-se o limite eqüidistante 2cm entre eles. Em cada ponto se injetou 10mL, por sessão, com fluxo de 80mL/min. Foram colhidos fragmentos de tecido celular subcutâneo da parede abdominal anterior antes e após o tratamento. O número e as alterações histomorfológicas dos adipócitos (diâmetro médio, perímetro, comprimento, largura e número de adipócitos por campos de observação) foram mensurados por citometria computadorizada. Os resultados foram analisados com o teste t de Student pareado, adotando-se nível de significância de 5% (p<0,05). RESULTADOS: Encontrou-se redução significativa no número de adipócitos da parede abdominal e na área, diâmetro, perímetro, comprimento e largura após o uso da hipercapnia (p=0,0001). CONCLUSÃO: A infiltração percutânea de CO2 reduz a população e modifica a morfologia dos adipócitos presentes na parede abdominal anterior.

Capture fishery in northern Todos os Santos Bay, tropical southwestern Atlantic, Brazil

Information on marine and estuarine capture fishery activity in northern Todos os Santos Bay, northeastern Brazil, based on daily data collected between September 2003 and June 2005 is presented. Small-scale artisanal fishery in this area includes the use of traditional vessels both nonmotorized and motorized for locomotion, being carried out mainly by canoe or on foot, and involves many different kinds of gear, including gillnet, hook and line, seine nets, and traps. A total of 113 taxa were grouped into 77 resources, including 88 fish, 10 crustaceans, and 15 mollusks. Data on nominal catches of fish, crustaceans and mollusks are presented by month and location. A total of 345.2 tonnes of fishery resources were produced (285.4 tonnes of fish, 39.2 tonnes of fresh invertebrates, and 20.6 tonnes of processed invertebrates). Temporal variation in the fish catch was associated with the life cycle of the species or with the hydrographic conditions. The first-sale value of this catch amounted to around US$ 615,000.00, fishes representing 71.3% of it. A table of the average price of each fishery resource is presented. The results produced in this study may be considered a reference for future monitoring programs of fishery resources in the area.

Effect of CO2 and 1-octen-3-ol attractants for estimating species richness and the abundance of diurnal mosquitoes in the southeastern Atlantic forest, Brazil

Studies have shown that both carbon dioxide (CO2) and octenol (1-octen-3-ol) are effective attractants for mosquitoes. The objective of the present study was to evaluate the attractiveness of 1-octen-3-ol and CO2 for diurnal mosquitoes in the southeastern Atlantic forest. A Latin square experimental design was employed with four treatments: CDC-light trap (CDC-LT), CDC-LT and 1-octen-3-ol, CDC-LT and CO2 and CDC-LT with 1-octen-3-ol and CO2. Results demonstrated that both CDC-CO2 and CDC-CO2-1-octen-3-ol captured a greater number of mosquito species and specimens compared to CDC-1-octen-3-ol; CDC-LT was used as the control. Interestingly, Anopheles (Kerteszia) sp. was generally attracted to 1-octen-3-ol, whereas Aedes serratus was the most abundant species in all Latin square collections. This species was recently shown to be competent to transmit the yellow fever virus and may therefore play a role as a disease vector in rural areas of Brazil.

Entomological characterization and natural infection of anophelines in an area of the Atlantic Forest with autochthonous malaria cases in mountainous region of Espírito Santo State, Brazil

No Espírito Santo, os casos de malária autóctone estão distribuídos na região serrana próximo aos fragmentos de Mata Atlântica. Uma vez que alguns aspectos da doença são obscuros, a detecção das possíveis espécies de vetores pode auxiliar na elucidação de incertezas epidemiológicas. Estudos entomológicos e de infecção natural foram realizados com anofelinos (Diptera: Culicidae) capturados no município de Santa Tereza, ES. Capturas mensais foram realizadas de março de 2004 a fevereiro de 2006. Armadilhas CDC-CO2 foram utilizadas do crepúsculo (18:00h) ao amanhecer (6:00h), para capturar anofelinos nos seguintes habitats: próximo ao domicílio e área aberta (solo), margem e interior da mata (solo e copa). Armadilhas Shannon também foram utilizadas nos mesmos locais que as de CDC-CO2. Capturou-se o total de 2.290 anofelinos distribuídos em 10 espécies. A maior frequência relativa foi de Anopheles (Kerteszia) cruzii Dyar & Knab / A.(K.) homunculus Komp, sendo a maioria capturada em CDC-CO2 instalada na copa da mata. A principal espécie capturada em armadilha Shannon foi A.(Nyssorhynchus) strodei Root. O maior número de anofelinos foi capturado entre julho e setembro das 18:00h às 22:00h. Provavelmente A.(K.) cruzii é responsável pela transmissão da malária dentro ou próximo aos fragmentos de Mata Atlântica. Entretanto, a participação de outras espécies não pode ser ignorada, visto que 53 por cento da amostragem foi constituída pelo subgênero Nyssorhynchus. A detecção de Plasmodium vivax no tórax de A. cruzii, A. parvus (Chagas) e A. galvaoi Causey, Deane & Deane por meio de PCR reforça esse argumento