Síntese e caracterização de pigmentos nanométricos encapsulados pelos métodos dos precursores poliméricos, hidrotermal de microondas e co-precipitação associado à química sol-gel convencional

The demand for materials with high consistency obtained at relatively low temperatures has been leveraging the search for chemical processes substituents of the conventional ceramic method. This paper aims to obtain nanosized pigments encapsulated (core-shell) the basis of TiO2 doped with transition metals (Fe, Co, Ni, Al) through three (3) methods of synthesis: polymeric precursors (Pechini); hydrothermal microwave, and co-precipitation associated with the sol-gel chemistry. The study was motivated by the simplicity, speed and low power consumption characteristic of these methods. Systems costs are affordable because they allow achieving good control of microstructure, combined with high purity, controlled stoichiometric phases and allowing to obtain particles of nanometer size. The physical, chemical, morphological, structural and optical properties of the materials obtained were analyzed using different techniques for materials characterization. The powder pigments were tested in discoloration and degradation using a photoreactor through the solution of Remazol yellow dye gold (NNI), such as filtration, resulting in a separation of solution and the filter pigments available for further UV-Vis measurements . Different calcination temperatures taken after obtaining the post, the different methods were: 400 º C and 1000 º C. Using a fixed concentration of 10% (Fe, Al, Ni, Co) mass relative to the mass of titanium technologically and economically enabling the study. By transmission electron microscopy (TEM) technique was possible to analyze and confirm the structural formation nanosized particles of encapsulated pigment, TiO2 having the diameter of 20 nm to 100 nm, and thickness of coated layer of Fe, Ni and Co between 2 nm and 10 nm. The method of synthesis more efficient has been studied in the work co-precipitation associated with sol-gel chemistry, in which the best results were achieved without the need for the obtainment of powders the calcination process

Obtenção de pós de tântalo metálico a partir da redução aluminotérmica com ignição a plasma

Metallic tantalum has a high commercial value due to intrinsic properties like excellent ductility, corrosion resistance, high melt and boiling points and good electrical and thermal conductivities. Nowadays, it is mostly used in the manufacture of capacitors, due to excellent dielectric properties of its oxides. In the nature, tantalum occurs in the form of oxide and it is extracted mainly from tantalite-columbite ores. The tantalum is usually produced by the reduction of its oxide, using reductants like carbon, silicon, calcium, magnesium and aluminum. Among these techniques, the aluminothermic reduction has been used as the industrial method to produce niobium, tantalum and their alloys, due to the easy removal of the Al and Al2O3 of the system, easing further refining. In conventional aluminothermic reduction an electrical resistance is used to trigger the reaction. This reaction self-propagates for all the volume of material. In this work, we have developed a novel technique of aluminothermic reduction that uses the hydrogen plasma to trigger the reaction. The results obtained by XRD, SEM and EDS show that is possible to obtain a compound rich in tantalum through this technique of aluminothermic reduction in the plasma reactor

Estudo dos sistemas integrados de filmes finos óxidos em substratos poliméricos

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Síntese, caracterização e estudos de precursores e de óxidos de molibdênio e de tungstênio

Pós-graduação em Química - IQ

Obtenção de pós de tântalo metálico a partir da redução aluminotérmica com ignição a plasma

Metallic tantalum has a high commercial value due to intrinsic properties like excellent ductility, corrosion resistance, high melt and boiling points and good electrical and thermal conductivities. Nowadays, it is mostly used in the manufacture of capacitors, due to excellent dielectric properties of its oxides. In the nature, tantalum occurs in the form of oxide and it is extracted mainly from tantalite-columbite ores. The tantalum is usually produced by the reduction of its oxide, using reductants like carbon, silicon, calcium, magnesium and aluminum. Among these techniques, the aluminothermic reduction has been used as the industrial method to produce niobium, tantalum and their alloys, due to the easy removal of the Al and Al2O3 of the system, easing further refining. In conventional aluminothermic reduction an electrical resistance is used to trigger the reaction. This reaction self-propagates for all the volume of material. In this work, we have developed a novel technique of aluminothermic reduction that uses the hydrogen plasma to trigger the reaction. The results obtained by XRD, SEM and EDS show that is possible to obtain a compound rich in tantalum through this technique of aluminothermic reduction in the plasma reactor

Estudio de la reducción de SO2 con CH4 en presencia de O2 a altas temperaturas, sobre catalizador de Cr2O3 soportado en alúmina

Resumen: Se propone utilizar un óxido como el Cr2O3 como catalizador ya que se ha determinado anteriormente, en la primera etapa de esta investigación, (“Estudio comparativo de la retención de SO2 sobre óxidos de metales de transición soportados en alúmina”), que la retención de SO2 sobre su superficie es un proceso de quimisorción con formación de especies sulfito superficiales sobre sitios básicos y un proceso de óxido reducción del ión metálico. Apoya este mecanismo el hecho de que la cantidad de SO2 adsorbido es función de la temperatura. La mayor eficiencia del Cr2O3 puede explicarse en base a sus propiedades superficiales, lo cual ha sido utilizado en la segunda etapa de reacción de reducción, ya que se ha completado la etapa inicial de quimisorción. En la segunda etapa de esta investigación (“Estudio de la reacción de reducción de SO2 con CH4 a altas temperaturas sobre catalizador de Cr2O3 soportado en alúmina”), se apuntó al estudio de un nuevo tipo de sinergia entre propiedades ácido-base y propiedades redox en una misma superficie. Esta tercera etapa apuntó a determinar la influencia que tiene el O2 en este proceso, ya que el O2 se encuentra presente en las chimeneas industriales en las condiciones de reacción entre el SO2 y el CH4, y produce modificaciones en los parámetros de reacción. Se experimentó con diferentes masas de catalizador y flujos de los distintos gases, y se estudió la influencia de la presencia de oxígeno en la reacción y particularmente con diferentes flujos del mismo, y la posibilidad de regeneración del catalizador.

Estudio de la factibilidad de aplicación, a escala planta piloto, del catalizador Cr2O3, soportado en alúmina, en la reducción de emisión de SO2 a la atmósfera proveniente de fuentes fijas

Resumen: Se propone utilizar un óxido como el Cr2O3 como catalizador ya que se ha determinado anteriormente, en la primera etapa de esta investigación, (“Estudio comparativo de la retención de SO2 sobre óxidos de metales de transición soportados en alúmina”), que la retención de SO2 sobre su superficie es un proceso de quimisorción con formación de especies sulfito superficiales sobre sitios básicos y un proceso de óxido reducción del ión metálico. Apoya este mecanismo el hecho de que la cantidad de SO2 adsorbido es función de la temperatura. La mayor eficiencia del Cr2O3 puede explicarse en base a sus propiedades superficiales, lo cual ha sido utilizado en la segunda etapa de reacción de reducción, ya que se ha completado la etapa inicial de quimisorción. En la segunda etapa de esta investigación (“Estudio de la reacción de reducción de SO2 con CH4 a altas temperaturas sobre catalizador de Cr2O3 soportado en alúmina”), se apuntó al estudio de un nuevo tipo de sinergia entre propiedades ácido-base y propiedades redox en una misma superficie. La tercera etapa apuntó a determinar la influencia que tiene el O2 en este proceso, ya que el O2 se encuentra presente en las chimeneas industriales en las condiciones de reacción entre el SO2 y el CH4, y produce modificaciones en los parámetros de reacción. Se experimentó con diferentes masas de catalizador y flujos de los distintos gases, y se estudió la influencia de la presencia de oxígeno en la reacción y particularmente con diferentes flujos del mismo, y la posibilidad de regeneración del catalizador.En esta cuarta y última etapa se están estudiando los cambios que se producen en la reacción al pasar de escala laboratorio a planta piloto utilizando una columna de mayor diámetro construída en metal. A través de los datos experimentales se está estudiando, en conjunto con el INIFTA, la presencia de especies sulfito y sulfato sobre la superficie del soporte. Adicionalmente, por medio del programa VASP (Vienna Ab-initio Simulation Package), se analiza la interacción entre los reactivos gaseosos y el soporte.

Estudo da desativação térmica de catalisadores à base de óxidos mistos de cério e zircônio

Em termos ambientais, os catalisadores automotivos se destacam pelos resultados altamente significativos alcançados após seu uso obrigatório em veículos leves. No entanto, as condições térmicas em que eles operam podem levar a um processo de perda de atividade significativa, após certo tempo de operação. Dentro desse contexto, este trabalho estudou o efeito da temperatura na desativação térmica de catalisadores automotivo modelo. Foram preparados catalisadores baseados em óxido misto de cério e zircônio na proporção 50% em mol de cério e zircônio (CZ). A partir dele foram produzidos os catalisadores Pd-CZ e Pd-CZ-LaAl. O catalisador Pd-CZ foi produzido pela impregnação do CZ com Pd na concentração de 0,5% m/m de CZ. O catalisador Pd-CZ-LaAl foi produzido a partir de uma mistura física do Pd-CZ com o suporte LaAl (alumina dopada com La na concentração de 1,9 % m/m de Al2O3), seguida de calcinação a 500˚C. Foram realizados envelhecimentos a 900C e 1200C em mufla com atmosfera oxidante por 12 e 36h. Os catalisadores foram caracterizados por um conjunto de técnicas físico-químicas. Foram realizadas análises de fisissorção de N2 para a medição da área específica e o estudo da evolução do diâmetro e volume de poros das amostras novas e envelhecidas. Análises de difração de raios X (DRX) foram feitas de forma a acompanhar possíveis transições de fases após o envelhecimento das amostras. Foi realizada análise química para validar a composição das amostras e ensaios de análise térmica para o catalisador CZ visando identificar a temperatura onde ocorre o fenômeno de segregação de fases. Realizaram-se ensaios de redução a temperatura programada (RTP) visando quantificar o consumo de hidrogênio e associá-lo à evolução da redutibilidade das amostras após o envelhecimento térmico. Finalmente, a avaliação catalítica foi realizada com base nas reações de oxidação do CO e do propano e de redução do NO pelo CO, através da obtenção de curvas de lightoff. As análises de DRX mostraram que o envelhecimento a 900C ocasionou alterações de fases da alumina, mas não foi verificada segregação de fases no CZ. Já a 1200C observou-se a referida segregação de fases, que coincide com a drástica queda na área específica das amostras, em alguns casos observando-se o colapso das propriedades texturais do catalisador. As análises de RTP mostraram que, em determinadas condições, o envelhecimento térmico promove a redutibilidade do sistema CZ e a introdução de Pd torna o catalisador mais facilmente redutível o que é evidenciado pelo deslocamento dos picos de redução para temperaturas mais baixas em comparação ao CZ puro. Os testes catalíticos mostraram que a introdução do Pd é um fator fundamental para a conversão do propano. Os catalisadores contendo Pd também converteram melhor o CO. Para os catalisadores envelhecidos a 1200C, o único resultado positivo foi no caso do Pd-CZ-LaAl que apesar deste tratamento térmico, ainda converteu o CO, propano e NO. Desta forma o catalisador Pd-CZ-LaAl apresentou resultados mais satisfatórios e isto evidencia que a mistura com LaAl melhora o desempenho e a estabilidade térmica do catalisador em altas temperaturas (acima de 300C).

Estudio sobre la eficacia de los óxidos de hierro en la eliminación de aniones inorgánicos del agua

Este proyecto constituye un estudio acerca de la eficacia de dos óxidos de hierro, goethita y akaganeita en la eliminación de ciertos aniones presentes en el agua: cloruro, clorato, fluoruro, fosfato, nitrato y sulfato. Se evaluará la capacidad de adsorción y el porcentaje de eliminación de aniones de los dos óxidos, así como del material resultante de su soporte sobre carbón activo.

Desarrollo de capas de contacto para su aplicación en SOFC

256 p.+anexos

Simulação com o código GEANT4 de medida de espessura de revestimento metálico em metal por XRF

Nesta dissertação são apresentados resultados de simulações Monte Carlo de fluorescência de raios X (XRF), utilizando o programa GEANT4, para medidas de espessura de revestimento metálico (Ni e Zn) em base metálica (Fe). As simulações foram feitas para dois tamanhos de espessura para cada metal de revestimento, (5μm e 10μm), com passos de 0,1 μm e 0,001 μm e com 106 histórias. No cálculo da espessura do revestimento foram feitas as aproximações de feixe de raios X monoenegético, com a análise da transmissão apenas da energia do K-alfa e para uma geometria compatível com um sistema real de medição (ARTAX-200). Os resultados mostraram a eficiência da metodologia de simulação e do cálculo da espessura do revestimento, o que permitirá futuros cálculos, inclusive para multirevestimentos metálicos em base metálica.

Medição de espessura de filmes eletrodepositados em suporte metálico por EDXRF

Esse trabalho apresenta a técnica de fluorescência de raios X por dispersão de energia (EDXRF) para calcular a espessura de filmes metálicos finos por ser de custo relativamente baixo, não destrutiva e que permite também uma análise qualitativa e até quantitativa dos elementos do revestimento. As espessuras do Níquel, Zinco e Cromo sobre aço, foram calculadas utilizando cinco procedimentos diferentes e todas as relações matemáticas obtidas foram baseadas na lei de atenuação de Beer-Lambert, que relaciona as intensidades Kα e/ou Kβ e as relações específicas do material (coeficiente de atenuação, μm). Os resultados experimentais para as espessuras do Zinco e Níquel, utilizando somente a intensidade Kα, apresentaram valores próximos dos valores estimados. Quando foi considerada a razão Kα/Kβ, os resultados experimentais divergiram bastante do estimado. Para calcular a espessura do Cromo foi necessário utilizar um método em que as camadas são calculadas separadamente, pois o revestimento de Cromo é composto por múltiplas camadas (Cromo, Cobre e Níquel), Os resultados para a espessura do Cromo foram satisfatórios.

Estudo da influência da temperatura na desativação de catalisadores automotivos comerciais

Foi estudada a influência da temperatura na desativação de catalisadores automotivos comerciais, à base de Pt/Rh e de Pd/Rh, de diferentes fabricantes. Foram empregadas técnicas de caracterização textural e físico-química como FRX, AAS, fisissorção de N2, TG-ATD, DRX, RTP, quimissorção de H2 e MEV-EDX. Os catalisadores foram avaliados nas reações de oxidação do CO e oxidação do propano, utilizando uma mistura de gases estequiométrica semelhante ao gás de exaustão. Os catalisadores denominados G e V, de Pt/Rh e Pd/Rh, respectivamente, foram envelhecidos a 900C, em condições estequiométricas, e a 1200C, em ar, por períodos de tempo determinados. Em relação ao envelhecimento a 900C, apesar da caracterização apontar melhores resultados para o catalisador G, a comparação com os catalisadores novos indicou que a extensão da desativação sofrida pelo catalisador V foi menor do que aquela sofrida pelo catalisador G. O envelhecimento oxidante a 1200C foi muito prejudicial ao desempenho de ambos os catalisadores. Os difratogramas dos catalisadores envelhecidos nestas condições mostraram fenômenos importantes de transição de fase da alumina, bem como indícios de formação de novas fases a partir do óxido misto de Ce/Zr. Os perfis de RTP mostraram uma grande queda na redutibilidade, tanto para o catalisador G como para o V após este envelhecimento, e as micrografias de MEV-EDX mostraram estruturas muito sinterizadas e vários pontos de Pd aglomerado no catalisador V. Esse catalisador também apresentou partículas de texturas incomuns. Além disso, para ambos foi verificado indícios de perda de material nas amostras calcinadas por 72h a 1200C. Com relação aos resultados de avaliação catalítica, o catalisador G apresentou um desempenho inferior ao do catalisador V. A realização de envelhecimentos em atmosfera oxidante pode justificar esse comportamento uma vez que esse procedimento promove a formação de óxidos de platina, menos ativos que a platina metálica para essas reações. Além disso, este catalisador apresentou um teor de Pt bem abaixo daqueles registrados na literatura para catalisadores automotivos comerciais. Por outro lado, para catalisadores de Pd, o envelhecimento oxidante leva à formação de PdO, mais ativo que o Pd metálico. Outra observação significativa em relação à avaliação catalítica foi o fato de o catalisador G novo ter apresentado uma atividade muito baixa, especialmente para o propano, que tendeu a aumentar com o envelhecimento térmico. Foi sugerido que este catalisador precisaria de uma ativação térmica, a qual o catalisador V parece ter sido submetido durante a fabricação, pois há indícios da ocorrência de certo desgaste térmico neste catalisador novo, como mostrados pelos resultados de fisissorção de N2, DRX, TG-ATD, RTP e MEV-EDX. Foi também mostrado que os resultados de quimisorção de H2, apesar de não poderem ser usados na determinação da dispersão metálica, apresentaram uma tendência de correlação entre o consumo de H2 e o desempenho catalítico expresso como T50 ou T20. Observa-se um aumento na atividade catalítica quando a quantidade de H2 dessorvido (DTP-H2) aumenta. Concluindo, o envelhecimento térmico mostrou ser prejudicial ao desempenho do catalisador comercial, principalmente para situações drásticas como o envelhecimento realizado a 1200C em condições oxidantes

Estudo dos modos de Plasmon em Fibras fracamente guiadas com camadas dielétricas sobre Filme Metálico.

Neste trabalho são analisados os quatro modos de plasmon, ligados simétrico (Sb) e assimétrico (ab), fuga pelo núcleo (ln) e fuga pela cobertura (lc), que se propagam em uma fibra óptica fracamente guiada envolta por um filme metálico. No filme metálico é depositada uma camada dielétrica extra e acima desta, uma outra denominada cobertura. A análise será desenvolvida para filmes metálicos de prata, paládio e ouro. Esta estrutura é muito útil na confecção de sensores ópticos.

Preparo de óxidos de manganês em presença de biomassa e avaliação catalítica em reações de oxidação de hidrocarbonetos e remoção catalítica de SOx

Os riscos de poluição ao meio ambiente envolvendo petróleo envolvem, não só o seu transporte, como também seu refino. O prejuízo causado por um derramamento de petróleo vai além de danos à fauna e flora, pois envolvem também questões sociais. A emissão de óxidos de enxofre, denominadas SOx, durante o refino de petróleo através do craqueamento catalítico em leito fluidizado (FCC) também é uma das preocupações ambientais, já que esses óxidos estão relacionados com o a formação de chuva ácida e problemas respiratórios. Os hidrocarbonetos provenientes de um derramamento podem ser degradados em produtos menos agressivos ao meio ambiente, por oxidação química, por exemplo. Já as emissões de enxofre na unidade de FCC podem ser minimizadas por diversos processos, como por exemplo, o uso de aditivos nas unidades de FCC. Nesse trabalho óxidos de manganês dos tipos OMS-1 e OMS-2 foram sintetizados em presença e ausência de biomassa e óxidos OMS-2 foram dopados com os metais cobre, vanádio e ferro. Possíveis alterações em suas propriedades, suas atividades catalíticas em oxidação de hidrocarbonetos e em testes de captura de enxofre em condições de temperatura similares à unidade de FCC foram investigadas. Constatou-se uma diminuição na área superficial, tamanho e volume de poros nos óxidos sintetizados em presença de biomassa, através de uma análise de adsorção e dessorção de N2 (ASAP), porém seus difratogramas em uma análise de difração de raio X de pó (DRX) revelaram a obtenção de estruturas do criptomelano em todos os OMS-2. Os óxidos OMS-2 testados na oxidação do cicloexano, não sofreram modificações em sua estrutura após seu uso como catalisador, mas a presença da biomassa na síntese não aumentou sua atividade catalítica. Nos testes DeSOx, o óxido dopado com ferro apresentou o melhor desempenho e testes em ciclos mostraram ser possível sua reutilização