Estudo de pirólise catalítica de biomassa em escala piloto para melhoramento da qualidade do bio-óleo

A pirólise rápida é um processo para conversão térmica de uma biomassa sólida em altos rendimentos de um produto líquido chamado de bio-óleo. Uma das alternativas para geração de um bio-óleo com menor teor de oxigênio é uso de catalisadores nos reatores de pirólise, ao invés de um inerte, num processo chamado de pirólise catalítica. O objetivo deste trabalho foi testar catalisadores comerciais, um ácido e outro básico, em uma unidade piloto de leito fluidizado circulante. O catalisador ácido utilizado foi o Ecat, proveniente de uma unidade industrial de craqueamento catalítico fluido (FCC), e como catalisador básico foi utilizado uma hidrotalcita. Os resultados foram comparados com testes utilizando um material inerte, no caso uma sílica. Uma unidade piloto de FCC do CENPES foi adaptada para realizar os testes de pirólise catalítica. Após fase de modificação e testes de condicionamento, foi comprovada a viabilidade na utilização da unidade piloto adaptada. Contudo, devido a limitações operacionais, maiores tempos de residência tiveram que ser aplicados no reator, configurando o processo como pirólise intermediária. Foram então realizados testes com os três materiais nas temperaturas de 450C e 550C. Os resultados mostraram que o aumento do tempo de residência dos vapores de pirólise teve um impacto significativo nos rendimentos dos produtos quando comparada com o perfil encontrado na literatura para pirólise rápida, pois devido ao incremento das reações secundárias, produziu maiores rendimentos de coque e água, e menores rendimentos de bio-óleo. O Ecat e a hidrotalcita se apresentaram mais efetivos em termos de desoxigenação. O primeiro apresentou maiores taxas de desoxigenação via desidratação e a hidrotalcita apresentou maior capacidade para descarboxilação. Contudo, o uso de Ecat e hidrotalcita não se mostrou adequado para uso em reatores de pirólise intermediária, pois acentuou ainda mais as reações secundárias, gerando um produto com alto teor de água e baixo teor de compostos orgânicos no bio-óleo, além de produzirem mais coque. À temperatura de 450C estes efeitos foram mais pronunciados. Em termos de caracterização química, a condição de pirólise intermediária apontou para a produção de bio-óleos com perfil fenólico, sendo a sílica o que proporcionou os melhores rendimentos, principalmente a temperatura de 550C, sendo superiores aos encontrados na literatura. Analisando as composições dos bio-óleos sob a ótica da produção de biocombustíveis, nenhum dos materiais testados apresentou rendimentos consideráveis em hidrocarbonetos. De maneira geral, a sílica foi o que proporcionou os melhores resultados em termos de rendimento e qualidade do bio-óleo. Sua menor área superficial e sua característica de inerte se mostraram mais adequados para o processo de pirólise intermediária, onde a contribuição das reações secundárias em fase gasosa é elevada em função do tempo de residência no reator

Otimização da co-pirólise de gasóleo pesado com embalagens de PEAD pós-uso utilizando planejamento fatorial

A co-pirólise é uma rota promissora, uma vez que minimiza o impacto ambiental causado pela disposição do plástico de maneira inadequada, evita seu acúmulo em lixões e permite um melhor aproveitamento de um recurso natural não-renovável, o petróleo, matéria prima importante para a geração de energia e obtenção de produtos químicos. O presente trabalho teve como objetivo a definição das condições experimentais mais propícias à obtenção de líquidos pirolíticos com alta fração de óleo diesel, resultantes da co-pirólise de polietileno de alta densidade (PEAD) pós-consumo com gasóleo pesado tilizando-se catalisador de FCC (Fluid Catalytic Cracking). Como instrumento de otimização das condições experimentais, optou-se pela Metodologia Planejamento Fatorial. Foi também estudado o efeito das condições experimentais, como: a temperatura de reação, a relação gasóleo/polietileno e a quantidade de catalisador no meio reacional. As amostras de polietileno, gasóleo e catalisador foram submetidas à co-pirólise em sistema de leito fixo, sob fluxo constante de nitrogênio, variando-se a temperatura entre 450 C a 550 C, a quantidade de PEAD no meio reacional foi de 0,2 a 0,6 g, e a quantidade de catalisador foi de zero a 0,06 g, mantendo-se fixa a quantidade de gasóleo em 2 g. Foram efetuadas as caracterizações física e química do gasóleo, polietileno pós-uso e do catalisador. Como resultado, obteve-se a produção de 87% de fração de óleo diesel em duas condições diferentes: (a) 550 0C de temperatura sem catalisador; (b) 500 0C de temperatura e 25% de catalisador FCC. Em ambos os casos, a quantidade de gasóleo pesado e PEAD foram constantes (2 g Gasóleo; 0,2 g PEAD), assim com o tempo de reação de 15 minutos. A fração de óleo diesel obtida neste estudo alcançou o poder calorífico de 44,0 MJ/Kg que é similar ao óleo diesel comercial. É importante ressaltar que em ambos os casos nenhum resíduo foi produzido, sendo uma rota ambientalmente importante para reciclagem de embalagens plásticas contaminadas com óleo lubrificante originárias de postos de serviço, visando à recuperação de ambos conteúdo energético e orgânico dos resíduos de embalagens plásticas pós-uso

Caracterização e pirólise de arenitos asfálticos oriundos da Formação Pirambóia, Bacia do Paraná: avaliação da viabilidade para produção de óleo

Neste trabalho, algumas caracterizações químicas foram realizadas em arenitos asfálticos da região de Piracicaba-SP, Formação Piramboia da Bacia do Paraná, para verificar seu potencial de produção de óleo. Para isso, as amostras obtidas da região foram submetidas a avaliação por termogravimetria, teor de umidade, teor de cinzas, teor de material orgânico por extração, pirólise, análise elementar e fracionamento em coluna. Por TGA observou-se que a 500 C praticamente todo material orgânico presente sofreu pirólise. A extração colaborou para se obter a classificação das amostras quanto ao teor de material orgânico, apresentando entre 4 e 13%, sendo que pelos teores encontrados a amostra AM06 é considerada de alto potencial produtivo, as amostras AM05, AM08 e AM09 são de médio, as amostras AM01, AM02, AM03 e AM07 possuem baixo, mas ainda atrativo, e a AM04 não possui atratividade. Pela avaliação elementar, a relação H/C e O/C dos extratos evidenciaram que algumas amostras estão no processo final da diagênese e outras no início da catagênese, indicando que elas estão no processo inicial de maturação. A avaliação cromatográfica dos extratos revelou que houve perdas de óleo por intemperismo restando majoritariamente compostos de alto peso molecular. O fracionamento permitiu verificar que as amostras AM01, AM06 e AM09 possuem maior quantidade de hidrocarbonetos livres e as amostras AM06 e AM07 e AM09 apresentaram maior teor de óleo. O procedimento de pirólise evidenciou que as amostras AM01, AM05, AM06 e AM09 apresentam maior potencial de geração de óleo, sendo que a faixa encontrada de óleo pirolítico ficou entre 2 e 8%, e através de avaliação por CGAR e CGAR-EM observou-se que ela promove a liberação de quantidades consideráveis de substâncias mais leves do que quando comparados aos extratos obtidos diretamente nas amostras originais. Além de produzir uma série homóloga de hidrocarbonetos parafínicos e olefínicos. A comparação dos produtos de pirólise dos arenitos com os produtos de pirólise de um resíduo de vácuo por CGAR-EM permitiu observar que existe similaridade entre suas composições, onde o processo de pirólise do resíduo de vácuo gera uma série homóloga de hidrocarbonetos entre C10 a C32, similar aos produtos de pirólise da amostra AM09, porém com menor variedade de tipos de hidrocarbonetos. A pré-avaliação da co-pirólise dos arenitos com resíduos plásticos indicou que é possível aumentar a geração de líquidos, porém é necessário mais estudo para afirmações inequívocas. Com base nos resultados das avaliações realizadas podemos concluir que a região apresenta na sua maioria potencial interessante para produção de óleo utilizando pirólise

Fabrication and properties of Sb-doped ZnO thin films grown by radio frequency (RF) magnetron sputtering

Sb-doped and undoped ZnO thin films were deposited on Si (100) substrates by radio frequency (RF) magnetron sputtering. X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) analyses revealed that all the films had polycrystalline wurtzite structure and c-axis preferred orientation. Room temperature Hall measurements showed that the as-grown films were n-type and conducting (rho similar to 1-10 Omega cm). Annealing in a nitrogen ambient at 400 degrees C for 1 h made both samples highly resistive (rho > 10(3) Omega cm). Increasing the annealing temperature up to 800 C, the resistivity of the ttndoped ZnO film decreased gradually, but it increased for the Sb-doped ZnO film. In the end, the Sb-doped ZnO film annealed at 800 C became semi-insulating with a resistivity of 10(4)Omega cm. In addition, the effects of annealing treatment and Sb-doping on the structural and electrical properties are discussed. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Structural and photoluminescent properties of ternary Zn1-xCdxO crystal films grown on Si(111) substrates

The ternary Zn1-xCdxO (0less than or equal toxless than or equal to0.6) alloying films with highly c-axis orientation have been deposited on Si(111) substrates by direct current reactive magnetron sputtering method. X-ray diffraction measurement indicates that the wurtzite-type structure of ZnO can be stabilized up to nominal Cd content x similar to 0.6 without cubic CdO phase separation. The lattice parameter c of Zn1-xCdxO increases almost linearly from 5.229 Angstrom (x = 0) to 5.247 Angstrom (x = 0.6), indicating that Cd substitution takes place on the Zn lattice sites. The photoluminescence spectra of the Zn1-xCdxO thin films measured at 12 K display a substantial red shift (similar to0.3 eV) in the near-band-edges (NBEs) emission of ZnO: from 3.39 eV of ZnO to 3.00 eV of Zn0.4Cd0.6O. The direct modulation of band gap caused by Zn/Cd substitution is responsible for the red shift effect in NBE emission of ZnO. (C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Structural and optical characterization of Zn1-xCdxO thin films deposited by dc reactive magnetron sputtering

Zn1-xCdxO crystal thin films with different compositions were prepared on silicon and sapphire substrates by the dc reactive magnetron sputtering technique. X-ray diffraction measurements show that the Zn1-xCdxO films are of completely (002)-preferred orientation for x less than or equal to 0.6. For x = 0.8, the Elm is a mixture of ZnO hexagonal wurtzite crystals and CdO cubic crystals. For pure CdO, it is highly (200) preferential-oriented. Photoluminescence spectrum measurement shows that the Zn1-xCdxO (x = 0.2) thin film has a redshift of 0.14 eV from that of ZnO reported previously.

Investigation on charge transfer bands of Ce4+ in Sr2CeO4 blue phosphor

Bulk and nano-materials Sr2CeO4 were prepared by solid-state reaction and sol-gel technique, respectively. Photoluminescence shows that luminescence has the characteristic of a ligand-to-metal charge transfer (CT) emission. Compared with bulk Sr2CeO4, the nano-material exhibits stronger emission intensity, longer decay time, and higher CT excitation energy. Three CT excitation peaks were observed in both bulk and nano samples.

High activity PtRu/C catalysts synthesized by a modified impregnation method for methanol electro-oxidation

A modified impregnation method was used to prepare highly dispersive carbon-supported PtRu catalyst (PtRu/C). Two modifications to the conventional impregnation method were performed: one was to precipitate the precursors ((NH4)(2)PtCl6 and Ru(OH)(3)) on the carbon support before metal reduction: the other was to add a buffer into the synthetic solution to stabilize the pH. The prepared catalyst showed a much higher activity for methanol electro-oxidation than a catalyst prepared by the conventional impregnation method. even higher than that of current commercially available, state-of-the-art catalysts. The morphology of the prepared catalyst was characterized using TEM and XRD measurements to determine particle sizes, alloying degree, and lattice parameters. Electrochemical methods were also used to ascertain the electrochemical active surface area and the specific activity of the catalyst.

Y2O3 : Eu3+ microspheres: Solvothermal synthesis and luminescence properties

Y2O3 : Eu3+ microspheres, with an average diameter of 3 mu m, were successfully prepared through a large-scale and facile solvothermal method followed by a subsequent heat treatment. X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, energy-dispersive X-ray spectra, thermogravimetric and differential thermal analysis, inductive coupled plasma atomic absorption spectrometric analysis, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, photoluminescence spectra, as well kinetic decays, and cathodoluminescence spectra were used to characterize the samples. These microspheres were actually composed of randomly aggregated nanoparticles. The formation mechanisms for the Y2O3 : Eu3+ microspheres have been proposed on an isotropic growth mechanism. The Y2O3 : Eu3+ microspheres show a strong red emission corresponding to D-5(0) -> F-7(2) transition (610 nm) of Eu3+ under ultraviolet excitation (259 nm) and low-voltage electron beams excitation (1-5 kV), which have potential applications in fluorescent lamps and field emission displays.

Electrooxidation of methanol on carbon nanotubes supported Pt-Fe alloy electrode

The synthesis and characterization of catalysts based on bimetallic materials, Pt-Fe supported on multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) for methanol electrooxidation is reported here. The catalyst was prepared by a spray-cooling process and characterized by TEM, EDS, ICP and XRD. The electrocatalytic properties of the Pt-Fe/MWNTs electrode for methanol oxidation have been investigated by cyclic voltammetry and chronoamperometry. It presented higher electrocatalytic activity and stability than a comparative Pt/ MWNTs catalyst. This may be attributed to the addition of Fe which leads to the small average particle size and high utilization of Pt in the Pt-Fe/MWNTs catalyst. The results imply that the Pt Fe/MWNTs composite has good potential applications in fuel cells.

Experimental quantification and modelling of attrition of infant formulae during pneumatic conveying

Infant formula is often produced as an agglomerated powder using a spray drying process. Pneumatic conveying is commonly used for transporting this product within a manufacturing plant. The transient mechanical loads imposed by this process cause some of the agglomerates to disintegrate, which has implications for key quality characteristics of the formula including bulk density and wettability. This thesis used both experimental and modelling approaches to investigate this breakage during conveying. One set of conveying trials had the objective of establishing relationships between the geometry and operating conditions of the conveying system and the resulting changes in bulk properties of the infant formula upon conveying. A modular stainless steel pneumatic conveying rig was constructed for these trials. The mode of conveying and air velocity had a statistically-significant effect on bulk density at a 95% level, while mode of conveying was the only factor which significantly influenced D[4,3] or wettability. A separate set of conveying experiments investigated the effect of infant formula composition, rather than the pneumatic conveying parameters, and also assessed the relationships between the mechanical responses of individual agglomerates of four infant formulae and their compositions. The bulk densities before conveying, and the forces and strains at failure of individual agglomerates, were related to the protein content. The force at failure and stiffness of individual agglomerates were strongly correlated, and generally increased with increasing protein to fat ratio while the strain at failure decreased. Two models of breakage were developed at different scales; the first was a detailed discrete element model of a single agglomerate. This was calibrated using a novel approach based on Taguchi methods which was shown to have considerable advantages over basic parameter studies which are widely used. The data obtained using this model compared well to experimental results for quasi-static uniaxial compression of individual agglomerates. The model also gave adequate results for dynamic loading simulations. A probabilistic model of pneumatic conveying was also developed; this was suitable for predicting breakage in large populations of agglomerates and was highly versatile: parts of the model could easily be substituted by the researcher according to their specific requirements.

Non-Destructive Evaluation of Ion-Implanted Semiconductor Thin Films Using Photothermal Deflections Spectroscopy

Materials and equipment which fail to achieve the design requirements or projected life due to undetected defects may require expensive repair or early replacement. Such defects may also be the cause of unsafe conditions or catastrophic unexpected failure, and will lead to loss of revenue due to plant shutdown. Non-Destructive Evaluation (NDE) / Non Destructive Testing (NDT) is used for the examination of materials and components without changing or destroying their usefulness. NDT can be applied to each stage of a system’s construction, to monitor the integrity of the system or structure throughout its life.

CuInS2 thin films using chemical methods for the fabrication of CuInS2/CdS solar cells

Dept.of Physics, Cochin University of Science and Technology