Influência do uso de combustíveis alternativos na síntese por combustão via microondas para a produção de materiais cerâmicos com estrutura espinélio

The development and study of detectors sensitive to flammable combustible and toxic gases at low cost is a crucial technology challenge to enable marketable versions to the market in general. Solid state sensors are attractive for commercial purposes by the strength and lifetime, because it isn t consumed in the reaction with the gas. In parallel, the use of synthesis techniques more viable for the applicability on an industrial scale are more attractive to produce commercial products. In this context ceramics with spinel structure were obtained by microwave-assisted combustion for application to flammable fuel gas detectors. Additionally, alternatives organic-reducers were employed to study the influence of those in the synthesis process and the differences in performance and properties of the powders obtained. The organic- reducers were characterized by Thermogravimetry (TG) and Derivative Thermogravimetry (DTG). After synthesis, the samples were heat treated and characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-ray Diffraction (XRD), analysis by specific area by BET Method and Scanning Electron Microscopy (SEM). Quantification of phases and structural parameters were carried through Rietveld method. The methodology was effective to obtain Ni-Mn mixed oxides. The fuels influenced in obtaining spinel phase and morphology of the samples, however samples calcined at 950 °C there is just the spinel phase in the material regardless of the organic-reducer. Therefore, differences in performance are expected in technological applications when sample equal in phase but with different morphologies are tested

Preparação de óxidos mistos de níquel e zinco nanoparticulados a partir de combustíveis alternativos

The field of "Materials Chemistry" has been developing in recent years and there has been a great increase of interest in the synthesis and chemical and physical properties of new inorganic solids. New routes of synthesis and synthesis modified has been developed with the aim not only to optimize the processes in laboratory scale, but also on an industrial scale, and make them acceptable by current environmental legislation. The phenomenology of current solid state chemistry properties coupled with the high temperature superconductivity, ferromagnetism, porosity molecular and colors are evidence affected by the synthesis method, which in turn can influence the technological application of these materials. From this understanding, mixed oxides of nickel and zinc nanoparticulate were synthesized by microwave-assisted combustion route using three specific types of organic fuels employing the weight ratios 1:1/2 and 1:1 of cation metallic/fuel, in order to investigate the influence of such proportions to obtain the solids. The new fuels were chosen to replace, for example, urea or glycine that are the fuels most commonly preferred in this kind of synthesis. The powders without heat treatment were studied by Thermogravimetric analysis (TGA), X-Ray Diffraction (XRD) and then calcined at 900°C. After heat treatment, the samples were characterized by analysis of X Ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM). The modified synthesis route porposed was effective for obtaining powders. Both the alternative fuels chosen as the different weight ratios employed, influenced in the morphology and obtaining oxides

Influência do uso de combustíveis alternativos na síntese por combustão via microondas para a produção de materiais cerâmicos com estrutura espinélio

The development and study of detectors sensitive to flammable combustible and toxic gases at low cost is a crucial technology challenge to enable marketable versions to the market in general. Solid state sensors are attractive for commercial purposes by the strength and lifetime, because it isn t consumed in the reaction with the gas. In parallel, the use of synthesis techniques more viable for the applicability on an industrial scale are more attractive to produce commercial products. In this context ceramics with spinel structure were obtained by microwave-assisted combustion for application to flammable fuel gas detectors. Additionally, alternatives organic-reducers were employed to study the influence of those in the synthesis process and the differences in performance and properties of the powders obtained. The organic- reducers were characterized by Thermogravimetry (TG) and Derivative Thermogravimetry (DTG). After synthesis, the samples were heat treated and characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-ray Diffraction (XRD), analysis by specific area by BET Method and Scanning Electron Microscopy (SEM). Quantification of phases and structural parameters were carried through Rietveld method. The methodology was effective to obtain Ni-Mn mixed oxides. The fuels influenced in obtaining spinel phase and morphology of the samples, however samples calcined at 950 °C there is just the spinel phase in the material regardless of the organic-reducer. Therefore, differences in performance are expected in technological applications when sample equal in phase but with different morphologies are tested

Preparação de óxidos mistos de níquel e zinco nanoparticulados a partir de combustíveis alternativos

The field of "Materials Chemistry" has been developing in recent years and there has been a great increase of interest in the synthesis and chemical and physical properties of new inorganic solids. New routes of synthesis and synthesis modified has been developed with the aim not only to optimize the processes in laboratory scale, but also on an industrial scale, and make them acceptable by current environmental legislation. The phenomenology of current solid state chemistry properties coupled with the high temperature superconductivity, ferromagnetism, porosity molecular and colors are evidence affected by the synthesis method, which in turn can influence the technological application of these materials. From this understanding, mixed oxides of nickel and zinc nanoparticulate were synthesized by microwave-assisted combustion route using three specific types of organic fuels employing the weight ratios 1:1/2 and 1:1 of cation metallic/fuel, in order to investigate the influence of such proportions to obtain the solids. The new fuels were chosen to replace, for example, urea or glycine that are the fuels most commonly preferred in this kind of synthesis. The powders without heat treatment were studied by Thermogravimetric analysis (TGA), X-Ray Diffraction (XRD) and then calcined at 900°C. After heat treatment, the samples were characterized by analysis of X Ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM). The modified synthesis route porposed was effective for obtaining powders. Both the alternative fuels chosen as the different weight ratios employed, influenced in the morphology and obtaining oxides

Catalisadores à base de Mg/La e de Al/La para a produção de biodiesel a partir de óleos refinados e ácidos

A crescente preocupação com a preservação do meio ambiente aliada às perspectivas de esgotamento das fontes de energia obtidas dos combustíveis fósseis tem impulsionado a indústria a desenvolver combustíveis alternativos a partir de recursos renováveis e processos ambientalmente não agressivos. O biodiesel, uma mistura de ésteres de ácidos graxos obtida pela transesterificação catalítica de óleos vegetais com álcoois de cadeia curta (metanol ou etanol) é um combustível alternativo importante, pelo fato das suas propriedades (índice de cetano, conteúdo energético e viscosidade) serem similares às do diesel obtido a partir do petróleo. No presente trabalho, a transesterificação do óleo de soja com metanol para a produção de biodiesel foi estudada em presença de catalisadores sólidos à base de Mg/La e Al/La com propriedades ácido-básicas. Catalisadores de Mg/La com uma relação molar Mg/La igual a 9:1 foram preparados por coprecipitação utilizando três métodos que se diferenciavam quanto ao tipo de agente precipitante e a temperatura de calcinação. O catalisador preparado com (NH4)2CO3/NH4OH como agente precipitante e calcinado a 450 C apresentou as melhores características físico-químicas e catalíticas. Catalisadores à base de Mg/La e Al/La com diferentes composições químicas foram sintetizados nas condições de preparo selecionadas. O comportamento catalítico destes materiais foi investigado frente à reação de transesterificação do óleo de soja com metanol. O catalisador de Al/La com uma relação molar Al/La igual a 9:1 mostrou o melhor desempenho catalítico (rendimento em ésteres metílicos igual a 84 % a 180 C) e pode ser reutilizado por pelo menos três ciclos de reação. Também foram realizados testes catalíticos na presença do óleo de soja com 10 % de ácido oleico verificando-se que os catalisadores utilizados possuem sítios capazes de catalisar as reações de transesterificação e esterificação

Phase equilibria modeling for biofuels production

Em consequência de uma série de problemas ambientais, económicos e políticos relacionados com o uso de combustíveis convencionais, vários países estão agora a focar as suas atenções em combustíveis alternativos. O biodiesel está na linha da frente das alternativas ao petróleo no sector dos transportes, sendo considerado uma opção a curto prazo visto que o seu preço é competitivo e não são necessárias mudanças nos motores para implementar o seu uso. De entres os possíveis processos de produzir biodiesel, a reacção de transesterificação com catálise básica é o método preferido. Depois da reacção são sempre necessários processos de purificação de modo ao biodiesel produzido cumprir os standards definidos para os combustíveis alternativos, reduzindo problemas de motor e consequentemente aumentando a sua aceitação por parte dos consumidores. De entre as especificações encontram-se o conteúdo em água, em álcool e em glicerol. Ser-se capaz de descrever correctamente o equilíbrio de fases de sistemas que são de interesse para os processos de purificação de biodieseis numa gama alargada de condições termodinâmicas é uma condição necessária para uma correcta simulação do processo industrial, de modo a se atingir uma elevada produtividade a baixos custos de operação. O uso de moléculas oxigenadas como combustíveis representa uma alteração significativa em termos da termodinâmica de soluções. Para combustíveis baseados em petróleo as equações de estado cúbicas e os modelos clássicos de coeficientes de actividade mostraram ser apropriados, no entanto para combustíveis novos como o biodiesel, sendo mais complexos do ponto de vista das interacções intermoleculares com formação de dipolos e pontes de hidrogénio, são necessários modelos termodinâmicos mais complexos para descrever essas interacções. Neste trabalho a CPA EoS (Cubic-Plus-Association Equation of State) será desenvolvida de modo a permitir uma descrição adequada dos equilíbrios líquido-vapor e líquido-líquido para uma serie de sistemas binários e multicomponentes contendo água, ácidos gordos, ésteres de ácidos gordos, glicerol e álcoois.

High temperature vapour-liquid equilibria of water-polyalcohol mixtures

Tese de doutoramento, Química (Química Tecnológica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014

Valorização da Borra de Café: Otimização da Produção de Biodiesel por Catálise Enzimática

O decréscimo das reservas de petróleo e as consequências ambientais resultantes do recurso a combustíveis fósseis nos motores a diesel têm levado à procura de combustíveis alternativos. Esta pesquisa alicerçada nas fontes de energia renovável tornou-se essencial, face à crescente procura de energia e ao limitado fornecimento de combustíveis fósseis . Resíduos de óleo de cozinha, gordura animal, entre outros resíduos de origem biológica, tais como a borra de café, são exemplos de matérias-primas para a produção de biodiesel. A sua valorização tem interesse quer pela perspetiva ambiental, quer pela económica, pois aumenta não só a flexibilidade e diversificação das matérias-primas, mas também contribui para uma estabilidade de custos e alteração nas políticas agrícolas e de uso do solo. É neste contexto que se enquadra o biodiesel e a borra de café, pretendendo-se aqui efetuar o estudo da produção, à escala laboratorial, de biodiesel a partir da borra de café, por transesterificação enzimática, visando a procura das melhores condições reacionais. Iniciando-se com a caracterização da borra de café, foram avaliados antes e após a extração do óleo da borra de café, diversos parâmetros, de entre os quais se destacam: o teor de humidade (16,97% e 6,79%), teor de cinzas (1,91 e 1,57%), teor de azoto (1,71 e 2,30%), teor de proteínas (10,7 e 14,4%), teor de carbono (70,2 e 71,7%), teor de celulose bruta (14,77 e 18,48%), teor de lenhina (31,03% e 30,97%) e poder calorifico superior (19,5 MJ/kg e 19,9 MJ/kg). Sumariamente, constatou-se que os valores da maioria dos parâmetros não difere substancialmente dos valores encontrados na literatura, tendo sido evidenciado o potencial da utilização desta biomassa, como fonte calorifica para queima e geração de energia. Sendo a caracterização do óleo extraído da borra de café um dos objetivos antecedentes à produção do biodiesel, pretendeu-se avaliar os diferentes parâmetros mais significativos. No que diz respeito à caracterização do óleo extraído, distingue-se a sua viscosidade cinemática (38,04 mm2/s), densidade 0,9032 g/cm3, poder calorífico de 37,9 kcal/kg, índice de iodo igual a 63,0 gI2/ 100 g óleo, o teor de água do óleo foi de 0,15 %, o índice de acidez igual a 44,8 mg KOH/g óleo, ponto de inflamação superior a 120 ºC e teor em ácidos gordos de 82,8%. Inicialmente foram efetuados ensaios preliminares, a fim de selecionar a lipase (Lipase RMIM, TL 100L e CALB L) e álcool (metanol ou etanol puros) mais adequados à produção de biodiesel, pelo que o rendimento de 83,5% foi obtido através da transesterificação mediada pela lipase RMIM, utilizando como álcool o etanol. Sendo outro dos objetivos a otimização do processo de transesterificação enzimática, através de um desenho composto central a três variáveis (razão molar etanol: óleo, concentração de enzima e temperatura), recorrendo ao software JMP 8.0, determinou-se como melhores condições, uma razão molar etanol: óleo 5:1, adição de 4,5% (m/m) de enzima e uma temperatura de 45 ºC, que conduziram a um rendimento experimental equivalente a 96,7 % e teor de ésteres 87,6%. Nestas condições, o rendimento teórico foi de 99,98%. Procurou-se ainda estudar o efeito da adição de água ao etanol, isto é, o efeito da variação da concentração do etanol pela adição de água, para teores de etanol de 92%, 85% e 75%. Verificou-se que até 92% decorreu um aumento da transesterificação (97,2%) para um teor de ésteres de (92,2%), pelo que para teores superiores de água adicionada (75% e 85%) ocorreu um decréscimo no teor final em ésteres (77,2% e 89,9%) e no rendimento da reação (84,3% e 91,9%). Isto indica a ocorrência da reação de hidrólise em maior extensão, que leva ao desvio do equilíbrio no sentido contrário à reação de formação dos produtos, isto é, dos ésteres. Finalmente, relativamente aos custos associados ao processo de produção de biodiesel, foram estimados para o conjunto de 27 ensaios realizados neste trabalho, e que corresponderam a 767,4 g de biodiesel produzido, sendo o custo dos reagentes superior ao custo energético, de 156,16 € e 126,02 €, respetivamente. Naturalmente que não esperamos que, a nível industrial os custos sejam desta ordem de grandeza, tanto mais que há economia de escala e que as enzimas utilizadas no processo deveriam ser reutilizadas diversas vezes.

Estudo das emissões de gases formadores do efeito estufa e balanço resultante da conversão de motores à gasolina, de uma frota de veículos leves, para gás natural e álcool hidratado

Este trabalho objetiva realizar um estudo sobre a contribuição antrópica no processo de formação de gases do efeito estufa e seus possíveis reflexos sobre as mudanças climáticas, em curso no planeta Terra. Após uma pesquisa inicial sobre as causas deste fenômeno, são identificadas as iniciativas internacionais em curso para mitigação do processo de aquecimento global, propostas pela Convenção Quadro das Nações Unidas para Mudança do Clima (CQNUMC), particularmente, em relação ao Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL) estabelecido pelo Protocolo de Kyoto. Em âmbito mundial, a contribuição de gases formadores do efeito estufa gerados nas atividades de transporte é bastante significativa ocupando o segundo lugar, atrás apenas das emissões provocadas pelas atividades industriais. Esta posição natural, somada às oportunidades existentes no território brasileiro para o uso alternativo de combustíveis oriundos de fontes renováveis e fósseis com menor nível de emissões, impulsionaram este estudo para a pesquisa das condições existentes e análise das alternativas energéticas de menor impacto ambiental Adicionalmente, foi desenvolvida uma análise da contribuição da atividade de transporte rodoviário nas emissões de gases formadores do efeito estufa (GEE), através do exemplo de um caso hipotético. Trata-se da análise comparativa dos inventários de emissões de GEE, antes e depois da conversão de motores ciclo Otto de uma frota de veículos leves, originalmente movidos à gasolina (gasool), para os combustíveis alternativos gases natural e álcool hidratado. Após análise dos resultados obtidos, em cada um dos cenários selecionados, as alternativas propostas são comparadas identificando-se a melhor opção para redução de emissões de GEE.

Aplicação de termogravimetria acoplada à espectrometria de massas para caracterização de petróleo e determinação da curva de evolução de gás sulfídrico

With the new discoveries of oil and gas, the exploration of fields in various geological basins, imports of other oils and the development of alternative fuels, more and more research labs have evaluated and characterized new types of petroleum and derivatives. Therefore the investment in new techniques and equipment in the samples analysis to determine their physical and chemical properties, their composition, possible contaminants, especification of products, among others, have multiplied in last years, so development of techniques for rapid and efficient characterization is extremely important for a better economic recovery of oil. Based on this context, this work has two main objectives. The first one is to characterize the oil by thermogravimetry coupled with mass spectrometry (TG-MS), and correlate these results with from other types of characterizations data previously informed. The second is to use the technique to develop a methodology to obtain the curve of evaluation of hydrogen sulfide gas in oil. Thus, four samples were analyzed by TG-MS, and X-ray fluorescence spectrometry (XRF). TG results can be used to indicate the nature of oil, its tendency in coke formation, temperatures of distillation and cracking, and other features. It was observed in MS evaluations the behavior of oil main compounds with temperature, the points where the volatilized certain fractions and the evaluation gas analysis of sulfide hydrogen that is compared with the evaluation curve obtained by Petrobras with another methodology

Produção de biodiesel a partir de óleo de coco (Cocos nucifera L

The production of biodiesel has become an important and attractive process for the production of alternative fuels. This work presents a study of the biodiesel production from coconut oil (Cocos nucifera L.), by two routes: direct transesterification using NaOH as catalyst and esterification (with H2SO4) followed by basic transesterification. The reactor was built in pirex with 1L of capacity and was equipped with a jacket coupled with a thermostatic bath to temperature control, a mecanical stirring is also present in the reactor. The analysis of oil composition was carried out by gas chromatography and esters compounds were identified. The parameters of molar ratio oil/alcohol, reaction time and temperature were studied and their influence on the conversion products was evaluated using experimental planning (23). The molar ratio was the most significant variable by the statistical planning analysis. Conversions up to 85.3% where achived in the esterification/transesterification, with molar ratio 1:6 at 60ºC and 90 minutes of reaction. For the direct transesterification, route conversions up 87.4% eas obtained using 1:6.5 molar ratio at 80ºC and 60 minutes of reaction. The Coconut oil was characterized by their physic chemical properties and key constituents of the oil. The lauric acid was the main constituint and the oil showed high acidity. The biodiesel produced was characterized by its main physicochemical properties, indicating satisfactory results when compared to standard values of National Petroleum Agency. The work was supplemented with a preliminary assessment of the reaction kinetic

Desempenho de um motor de trator agrícola em bancada dinamométrica com biodiesel de óleo de frango e misturas binárias com óleo diesel

O Brasil, terceiro maior produtor de biodiesel do mundo e terceiro maior produtor mundial de frango, pode incrementar, na sua matriz energética, o uso de óleo oriundo de aves como alternativa aos combustíveis fósseis e à redução da dependência do óleo de soja para esse fim. O país dispõe de mais de 350 milhões de litros de óleo de frango por ano. Considerando a aplicação dos combustíveis alternativos para os motores a diesel, em máquinas agrícolas, o trabalho teve por objetivo avaliar o desempenho do motor de um trator agrícola de 53kW acoplado pela TDP em bancada dinamométrica, operando com biodiesel metílico de óleo de frango e misturas com óleo diesel, sendo: B5 (testemunha), B20, B40, B60, B80 e B100. Avaliaram-se a potência, o torque, a reserva de torque, o consumo de combustível, o consumo de energia e a eficiência térmica do motor. O ensaio foi instalado com delineamento inteiramente casualizado (DIC) em esquema fatorial com seis tratamentos. Os resultados foram submetidos à análise de variância e as médias ajustadas por equações de regressão. Foram observadas perdas na geração de potência e torque, aumento no consumo de combustível, redução do consumo energético e melhoria na eficiência térmica do motor, de acordo com o aumento da proporção de biodiesel na mistura.

Alternativas para o abastecimento energético dos fornos de indústrias cerâmicas localizadas no município de São Miguel do Guamá-PA

Diferenciais econômicos e ambientais incorporados a energia da biomassa têm impulsionado a difusão do fornecimento e utilização de biocombustíveis em países desenvolvidos e em desenvolvimento. No Estado do Pará (Brasil), a crescente procura por pó de serragem, caroço de açaí e lenha legalizada, especialmente,relacionada com a atuação de indústrias cerâmicas localizadas no município de São Miguel do Guamá (Pará) e outros segmentos industriais, aponta para uma possível tendência à escassez desses recursos energéticos. Deste modo, necessitando de iniciativa para a busca de combustíveis alternativos que sejam capazes não somente de garantir o suprimento energético indispensável à produção cerâmica atual e futura dessas indústrias, mas também de assegurar a continuidade e preservação dos recursos naturais renováveis da região. Este trabalho consolida pesquisa junto a empresas associadas ao Sindicato das Indústrias Cerâmicas de São Miguel do Guamá, que estão localizadas neste município, utilizando como amostra empresas ceramistas que buscam alternativas em bioenergia, sendo também pesquisados agroindústrias e agricultores presentes nos demais Municípios do Estado do Pará. Objetiva-se a identificação de alternativas para o suprimento energético em fornos cerâmicos, considerando o aproveitamento de fontes energéticas renováveis e oportunidades para redução dos custos de sua aquisição por meio da prática do frete de retorno. Utilizou-se como estratégia de pesquisa o estudo de caso em cinco momentos de entrevistas semiestruturadas orientadas por questionários. Os resultados obtidos indicam que há oportunidade de oferta de biomassa combinante com as necessidades das empresas ceramistas pesquisadas, com potencial para atender demanda energética reprimida e permitindo a continuidade de negócios estratégicos no Pará, como neste momento, o crescente setor da construção civil.

Preparação de soluções sólidas superficiais à base de alumina como catalisadores para síntese do biodiesel via rota etílica

Pós-graduação em Química - IBILCE

Desenvolvimento de sensor baseado em eletrodo modificado com nanotubos de carbono contendo pentacianonitrosilferratos de metais para determinação de antioxidantes em microemulsão de biodiesel

Pós-graduação em Química - IQ