Membranas condutoras iônicas de celulose bacteriana

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Anodes for protonic ceramic fuel cells (PCFCs)

One of the more promising possibilities for future “green” electrical energy generation is the protonic ceramic fuel cell (PCFC). PCFCs offer a low-pollution technology to generate electricity electrochemically with high efficiency. Reducing the operating temperature of solid oxide fuel cells (SOFCs) to the 500-700°C range is desirable to reduce fabrication costs and improve overall longevity. This aim can be achieved by using protonic ceramic fuel cells (PCFCs) due to their higher electrolyte conductivity at these temperatures than traditional ceramic oxide-ion conducting membranes. This thesis deals with the state of the art Ni-BaZr0.85Y0.15O3-δ cermet anodes for PCFCs. The study of PCFCs is in its initial stage and currently only a few methods have been developed to prepare suitable anodes via solid state mechanical mixing of the relevant oxides or by combustion routes using nitrate precursors. This thesis aims to highlight the disadvantages of these traditional methods of anode preparation and to, instead, offer a novel, efficient and low cost nitrate free combustion route to prepare Ni-BaZr0.85Y0.15O3-δ cermet anodes for PCFCs. A wide range of techniques mainly X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), environmental scanning electron microscopy, (ESEM) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) were employed in the cermet anode study. The work also offers a fundamental examination of the effect of porosity, redox cycling behaviour, involvement of proton conducting oxide phase in PCFC cermet anodes and finally progresses to study the electrochemical performance of a state of the art anode supported PCFC. The polarisation behaviour of anodes has been assessed as a function of temperature (T), water vapour (pH2O), hydrogen partial pressures (pH2) and phase purity for electrodes of comparable microstructure. The impedance spectra generally show two arcs at high frequency R2 and low frequency R3 at 600 °C, which correspond to the electrode polarisation resistance. Work shows that the R2 and R3 terms correspond to proton transport and dissociative H2 adsorption on electrode surface, respectively. The polarization resistance of the cermet anode (Rp) was shown to be significantly affected by porosity, with the PCFC cermet anode with the lowest porosity exhibiting the lowest Rp under standard operating conditions. This result highlights that porogens are not required for peak performance in PCFC anodes, a result contrary to that of their oxide-ion conducting anode counterparts. In-situ redox cycling studies demonstrate that polarisation behaviour was drastically impaired by redox cycling. In-situ measurements using an environmental scanning electron microscopy (ESEM) reveal that degradation proceeds due to volume expansion of the Ni-phase during the re-oxidation stage of redox cycling.The anode supported thin BCZY44 based protonic ceramic fuel cell, formed using a peak performing Ni-BaZr0.85Y0.15O3-δ cermet anode with no porogen, shows promising results in fuel cell testing conditions at intermediate temperatures with good durability and an overall performance that exceeds current literature data.

Preparo e caracterização de membranas de quitosana modificadas com poli (ácido acrílico)

The aim of this study was to generate an asymmetric biocompactible and biodegradable chitosan membrane modified by the contact with a poly(acrylic acid) solution at one of its sides at room temperature and 60◦C. The pure chitosan membrane, as well as the ones treated with poly(acrylic acid) were characterized by infrared spectroscopy (FTIRATR) at angles of 39◦, 45◦ and 60◦ , swelling capacity in water, thermal analysis (TG/DTG), scanning electronic microscopy (SEM) and permeation experiments using metronidazole at 0,1% and 0,2% as a model drug. The results confirmed the presence of ionic interaction between chitosan and poly(acrylic acid) by means of a polyelectrolyte complex (PEC) formation. They also showed that such interactions were more effective at 60◦C since this temperature is above the chitosan glass transition temperature wich makes the diffusion of poly(acrylic acid) easier, and that the two treated membranes were asymmetrics, more thermically stable and less permeable in relation to metronidazole than the pure chitosan membrane

Usos de membranas de quitosana na remoção de cobre em águas residuais

In this work a chitosan (CS) ionically crosslinked were manufactured by treatment with sulfuric acid solution for application in the treatment of wastewater from oil industry. Two crosslinking process were developed: homogeneous and heterogeneous. In the homogeneous process the ratio molar of SO42-/ NH3+ (1:6 and 1:4) were the variable analyzed, denominated CS16 and CS14 respectively. In the heterogeneous process the soaking time of the membranes in sulfuric acid solution were the variable studied, being used times of 5 (CS5) and 30 (CS30) minutes. FTIR-ATR results indicated no changes in the characteristics of chitosan after homogeneous crosslinking process, while heterogeneous crosslinking showed formation of ionic bonds between protonated groups from chitosan and the crosslinking agent sulfate ions. TG/DTG and XRD analysis confirmed the formation of these interactions, as also shown the new structure on the surface region of CS5 and CS30 membranes compared to CS, CS16 e CS14. Swelling test in aqueous medium have shown that crosslinking process reduced the membrane sorption capacity. Swelling test in acid medium demonstrated that CS16 and CS14 membranes increasing the adsorption capacity up to a maximum percentage of 140% approximately, whereas the CS5 e CS30 reached a maximum of 60%. The mechanical properties indicated the stiff and ductile behavior of crosslinked membrane. Adsorption experiments of CuCl2 results that CS16 membranes reached the efficiency maximum with 73% of copper removal at pH 5.0 and 87% at pH 4.0. The experiments with CuSO4 also obtained efficiency maximum to the CS16 membrane and 80% to the removal of Cu2+ ions. Also was verified that the increase of concentration and temperature cause a decrease in the adsorption capacity for all membranes. Kinetics study indicated that pseudo-second-order obtained characterized better the membranes. Equilibrium studies demonstrated that the CS, CS16 and CS14 follow the Langmuir model, whereas CS5 and CS30 follows Freundlich model. Filtration experiments results with rejection maximum to the CS16 and CS5 membranes, reaching 92 and 98% respectively.

Usos de membranas de quitosana na remoção de cobre em águas residuais

In this work a chitosan (CS) ionically crosslinked were manufactured by treatment with sulfuric acid solution for application in the treatment of wastewater from oil industry. Two crosslinking process were developed: homogeneous and heterogeneous. In the homogeneous process the ratio molar of SO42-/ NH3+ (1:6 and 1:4) were the variable analyzed, denominated CS16 and CS14 respectively. In the heterogeneous process the soaking time of the membranes in sulfuric acid solution were the variable studied, being used times of 5 (CS5) and 30 (CS30) minutes. FTIR-ATR results indicated no changes in the characteristics of chitosan after homogeneous crosslinking process, while heterogeneous crosslinking showed formation of ionic bonds between protonated groups from chitosan and the crosslinking agent sulfate ions. TG/DTG and XRD analysis confirmed the formation of these interactions, as also shown the new structure on the surface region of CS5 and CS30 membranes compared to CS, CS16 e CS14. Swelling test in aqueous medium have shown that crosslinking process reduced the membrane sorption capacity. Swelling test in acid medium demonstrated that CS16 and CS14 membranes increasing the adsorption capacity up to a maximum percentage of 140% approximately, whereas the CS5 e CS30 reached a maximum of 60%. The mechanical properties indicated the stiff and ductile behavior of crosslinked membrane. Adsorption experiments of CuCl2 results that CS16 membranes reached the efficiency maximum with 73% of copper removal at pH 5.0 and 87% at pH 4.0. The experiments with CuSO4 also obtained efficiency maximum to the CS16 membrane and 80% to the removal of Cu2+ ions. Also was verified that the increase of concentration and temperature cause a decrease in the adsorption capacity for all membranes. Kinetics study indicated that pseudo-second-order obtained characterized better the membranes. Equilibrium studies demonstrated that the CS, CS16 and CS14 follow the Langmuir model, whereas CS5 and CS30 follows Freundlich model. Filtration experiments results with rejection maximum to the CS16 and CS5 membranes, reaching 92 and 98% respectively.

Avaliação das propriedades de barreira a gases de membranas obtidas a partir de dispersões aquosas à base de poliuretanos e argila

Materiais nanoestruturados têm recebido destaque na comunidade científica, destacando-se, dentre eles, os nanocompósitos à base de polímeros e argila. Quando esses materiais são obtidos no estado líquido, ressalta-se também o uso de água em substituição a solventes orgânicos, devido a questões ambientais. Neste trabalho foram sintetizadas dispersões aquosas à base de poliuretanos (WPUs) e argila hidrofílica do tipo montimorilonita (MMT) de natureza sódica, com o objetivo de avaliar as propriedades de barreira a gases conferidas pela presença de argila e pela variação nas proporções entre os segmentos flexíveis poli(glicol propilênico) (PPG) e o copolímero em bloco à base de poli(glicol etilênico) e poli(glicol propilênico) (EG-b-PG). Os monômeros empregados na síntese foram: poli(glicol propilênico) (PPG); copolímero em bloco à base de poli(glicol etilênico) e poli(glicol propilênico) (EG-b-PG), com teor de 7% de EG; ácido dimetilolpropiônico (DMPA), diisocianato de isoforona (IPDI) e etilenodiamina (EDA), como extensor de cadeia. Foram sintetizadas dispersões aquosas com e sem a presença de argila, fixando-se a razão entre o número de equivalentes-grama de grupos diisocianato e hidroxila (razão NCO/OH) em 1,5. Nas formulações foi variado também o teor de argila em relação à massa de prepolímero em 0,5% e 1%. Foi adicionada uma etapa de agitação adicional com dispersor Turrax em algumas formulações. A argila foi previamente deslaminada em água deionizada e incorporada à formulação na etapa da dispersão do prepolímero. As dispersões foram avaliadas, quanto ao teor de sólidos totais, tamanho médio de partícula e viscosidade aparente. Os filmes vazados a partir das dispersões foram caracterizados por espectrometria na região do infravermelho (FTIR) e permeabilidade ao CO2. A resistência térmica dos filmes foi determinada por termogravimetria (TG). Foram observadas modificações nas propriedades dos filmes obtidos com a inserção da argila e com a variação no teor de segmentos à base de poli(glicol etilênico). A inserção da argila promoveu uma melhoria na resistência térmica das membranas bem como uma redução na permeabilidade das mesmas. Foi observado um aumento na permeabilidade das membranas obtidas a partir das formulações com maior percentual de copolímero (EG-b-PG), com e sem argila.

Desenvolvimento de membranas de poli(éter imida) sultonada para a permeacão de gases

A busca por membranas com propriedades adequadas a separação de gases em escala industrial tem levado a modificação e sIntese de polImeros de engenharia, com objetivo de obter membranas com propriedades adequadas. Uma das modificaçoes que tem se apresentado promissora é a inserção de grupos sulfônicos em polImeros comerciais. Espera-se que o polImero sulfonado apresente um aumento na permeação de gases polares, em relação a gases apolares, devido a sua estrutura mais polar e flexIvel. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho é a sIntese e caracterização de membranas de poli(éter imida) sulfonada para a permeação de gases. Um planejamento experimental foi desenvolvido, em diferentes condiçoes reacionais de temperatura, tempo e excesso de um dos reagentes (ácido acético), para a sIntese de poli(éter imida) sulfonada (SPEI). Através deste planejamento, constatou-se que as variáveis que mais influenciam o grau de sulfonação são a temperatura e o tempo. O polImero com o maior grau de sulfonação, determinado por capacidade de troca iônica (IEC= 92 mEq H+/g), foi utilizado para o preparo da membrana de SPEI, obtida pela técnica de inversão de fase por evaporação do solvente, utilizando-se clorofórmio como solvente. Este filme foi caracterizado a partir das seguintes análises: espectroscopia de infravermelho (FTIR), calorimetria diferencial de varredura (DSC), análise termogravimétrica (TGA) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), a fim de avaliar a influência da inserção do grupo sulfônico na matriz polimérica. O espectro de infravermelho de SPEI apresentou bandas relacionadas as vibraçoes assimétricas em 1240 cm-1 (ligação O=S=O), ligação simétrica em 1171 cm-1 (O=S=O) e ligação S-O entre 1010-1024 cm-1. Isto indica a presença de grupos sulfônicos. A análise de DSC foi realizada entre 150-250C. Nesta faixa, não foram observadas alteraçoes na temperatura de transição vItrea (Tg) do polImero modificado (217C). Acredita-se que a decomposição do grupo sulfona aconteça antes da temperatura atingir o Tg do polImero. Esta suposição é confirmada na análise de TGA. As imagens de MEV mostraram que foram obtidos filmes livres de poros e defeitos. A membrana da SPEI foi utilizada no ensaio de permeaçao dos gases 02, N2 e C02, a fim de determinar a permeabilidade e seletividade da membrana. As permeabilidades encontradas para o gas oxigênio foram de 0,76 barrer para a PEI e 0,46 barrer para a SPEI. A seletividade do dióxido de carbono em relaçao ao oxigênio aumentou de 3,5, na membrana de PEI, para 4,83, na membrana de SPEI. Em relaçao ao nitrogênio, as permeabilidades medidas foram 0,064 barrer e 0,043 barrer, para a PEI e para a SPEI, respectivamente, enquanto a seletividade em relaçao ao C02 aumentou de 41,1 para 55,5. Estes resultados indicam que o efeito de sorçao predominou devido ao aumento das interaçöes moleculares, reduzindo assim o volume livre, o que tornou a membrana sulfonada mais compacta, com permeabilidade menor e maior seletividade. Estes resultados corroboram com a premissa de que a sulfonaçao é um processo promissor para o desenvolvimento de membranas mais eficientes.

Processo de separação por membranas para remoção de sulfato de níquel e zinco de efluente sintético de indústrias metal-mecânicas

O objetivo do presente trabalho foi investigar o desempenho de membranas comerciais e funcionalizadas na remoção de metais pesados de efluentes sintéticos, simulando os efluentes gerados pelas indústrias metal-mecânicas. As membranas funcionalizadas foram preparadas em laboratório a partir de diferentes poli (éter imidas) sulfonadas, SPEI, que apresentavam alta hidrofilicidade e capacidade de troca iônica. As permeabilidades hidráulicas das membranas de SPEI aumentaram com o grau de sulfonação. Porém, as rejeições foram ainda muito baixas comparadas as membranas comerciais. Por esta razão, algumas membranas comerciais (NF-90, SW30, HRP98PP e BW30LE) foram investigadas e avaliadas quanto ao comportamento da permeabilidade de água e o grau de rejeição a metais pesados. Os resultados mostraram que a membrana de osmose inversa de baixa energia (BW30LE) tinha o melhor fluxo de água (48,44 L/h.m2) e grau de rejeição a cádmio (98%). Logo, ela foi selecionada para o tratamento dos efluentes sintéticos de indústrias metal-mecânicas contendo níquel e zinco. As indústrias da região de Valencia, na Espanha, forneceram amostras de seus efluentes para análise quantitativa, possibilitando o prepararo de soluções sintéticas modelos. Os resultados foram obtidos variando algumas condições de permeação, tais como a força motriz, o pH e a concentração dos metais na solução de alimentação. Os resultados indicaram que o processo de osmose inversa com a membrana BW30LE é altamente adequado para o tratamento de efluentes contendo metais pesados

Caracterização de filmes formados por dispersões aquosas de poli(uretano-uréia)s para aplicação em membranas para permeação de gases

Entre os polímeros considerados promissores para a remoção seletiva de CO2, destacam-se aqueles que contêm os grupos glicol etilênico (EG). Nesta dissertação, foram obtidos filmes a partir de dispersões aquosas de poliuretano (PU), sintetizadas em trabalho anterior, à base de poli(glicol propilênico) (PPG), copolímero em bloco à base de poli(glicol etilênico) (PEG) e PPG (EG-b-PG), ácido dimetilolpropiônico (DMPA), diisocianato de isoforona (IPDI) e etilenodiamina (EDA). PPG, EG-b-PG e DMPA formaram as regiões flexíveis nas proporções de: PPG 100% e 0% EG-b-PG, PPG 75% e 25% EG-b-PG, PPG 50% e 50% EG-b-PG e PPG 25% e 75% EG-b-PG em termos de equivalentes-gramas. A influência da quantidade dos segmentos de PEG foi avaliada por ensaios de permeação com os gases CO2, CH4 e N2. Os filmes obtidos das dispersões foram caracterizados por espectrometria de infravermelho com transformadas de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica (TGA), difração de raios x (DRX) e espalhamento de raios X a baixo ângulo (SAXS). Espectros de FTIR mostraram que os segmentos de EG influenciaram a frequência da banda de carbonila. Curvas de perda de massa (TG) mostraram perfis semelhantes de degradação, enquanto que as curvas derivadas apresentaram diferenças. DRX e SAXS mostraram que os segmentos de PEG promoveram uma maior ordenação na estrutura da membrana. Testes de permeação de gases mostraram que o aumento do teor de PEG aumentou o valor da permeabilidade para o CO2, indicando que os segmentos de PEG interagiram favoravelmente com este gás. Em relação ao CH4 e N2, houve uma diminuição na permeabilidade quando comparados com os valores encontrados para o CO2, sendo atribuído a perda de mobilidade segmental. Em termos de seletividade, para o par CO2/CH4 foi obtido um valor médio de 61,7 para a membrana contendo o maior teor de PEG, e o par CO2/N2 um valor médio de 121,5, sendo superior aos valores encontrados na literatura, tornando o material promissor

Aplicação de processos com membranas na remoção de piretróides de efluentes industriais

O tratamento de efluentes industriais tem sido objeto de estudos no sentido da busca de soluções que minimizem impactos ambientais e promovam a conservação do bem natural que é a água. Nesta linha de pensamento, o presente trabalho propôs-se avaliar a viabilidade de recuperação de efluentes industriais contaminados com pesticidas do tipo piretróides em específico: a deltametrina e beta-ciflutrina. A justificativa na escolha deste tipo de componente está fundamentada na alta demanda alimentícia por parte da população mundial e o consequente acréscimo no uso dos agrotóxicos a fim de garantir a eficiência e o elevado volume de produção de alimentos. O objetivo deste trabalho foi estudar a remoção da deltametrina e da beta-ciflutrina de efluentes sintéticos aquosos por meio dos processos de osmose inversa e nanofiltração, com a utilização de membranas de poliamida. O presente estudo se justifica pelo atendimento aos padrões ambientais de concentração de piretróides no meio ambiente e reafirma o uso do sistema com membranas no tratamento de efluentes e remoção destes contaminantes. Para caracterização das membranas, foi realizado o teste de permeabilidade hidráulica, constatando diferentes linearidades de fluxo entre os dois processos, com a variação de pressão de trabalho. O desempenho dos processos foi verificado pela variação de parâmetros de meio reacional, variando a concentração dos piretróides em solução, analisando os princípios ativos isolados e também em mistura de ambos piretróides. Primeiramente se estudou a remoção da deltametrina e da beta-ciflutrina isoladamente em solução, nas concentrações de 5, 25, 50 e 100 mg L-1, sob a pressão de 5 bar. Posteriormente, avaliou-se o desempenho das membranas na remoção dos piretróides em mistura nas soluções sintéticas, com ambos os princípios ativos na concentração de 50 mg L-1, na pressão de 5 bar. Foi estudada a remoção da deltametrina e da beta-ciflutrina nos dois processos: osmose inversa e nanofiltração. Os resultados foram tratados estatisticamente por análise de variância (ANOVA) e pela análise por comparação de amostras independentes a fim de verificar a significância dos valores obtidos e a influência da variação dos parâmetros analisados. Para a faixa de concentração estudada (5, 25, 50 e 100 mg L-1) os valores encontrados de concentração de permeado foram todos consideravelmente baixos. O maior valor encontrado foi de 0,026 mg L-1 no ensaio de nanofiltração com concentração inicial de 5 mg L-1 de beta-ciflutrina em água. Os resultados apresentaram excelentes rejeições em todos os testes, seja com princípio ativo isolado ou em mistura, com rejeições maiores que 99,5% para ambos os piretróides nas concentrações testadas, sob a pressão de 5 bar. O processo de nanofiltração apresentou maiores e melhores fluxos de permeado do que a osmose inversa. Contudo, no que diz respeito à eficácia da separação, ambos processos indicaram ótimo desempenho na remoção dos piretróides, viabilizando assim, a escolha destes métodos para tratamento de efluentes contaminados com este pesticida

Estudios del efecto de la radiación ionizante sobre la permeabilidad de membranas modelo

La membrana biológica es una barrera hidrofóbica semipermeable de naturaleza compleja, cuya estructura consiste en una doble capa de moléculas de lípidos en la cual las proteínas están insertadas. Existen diferentes modelos para su estudio, uno de los cuales se basa en la utilización de membranas modelo. Por otra parte, la radioterapia es uno de los principales tratamientos para los distintos tipos de cáncer. En este trabajo se estudia el efecto de la radiación ionizante sobre la permeabilidad de membranas modelo, con objeto de comprender los mecanismos de su acción sobre dicho tratamiento.

Avaliação de modelos preditivos de sorção em membranas de pervaporação para a remoção de sulfurados da nafta

A remoção de compostos sulfurados da gasolina é um assunto de grande interesse na indústria de refino de petróleo em função das restrições ambientais cada vez mais rígidas em relação ao teor máximo de enxofre de produtos acabados. A solução mais comum para remoção de contaminantes são as unidades de hidrotratamento que operam a alta pressão e possuem alto custo de instalação e de operação além de levarem à perda de octanagem do produto acabado. O uso de membranas é uma alternativa promissora para a redução do teor de enxofre de correntes de gasolina e possui diversas vantagens em relação ao hidrotratamento convencional. O conhecimento aprofundado dos parâmetros que influenciam as etapas de sorção e difusão é crítico para o desenvolvimento da aplicação. Este trabalho avalioua seletividade e sorção do sistema formado por n-heptano e tiofeno em polímeros através de modelos termodinâmicos rigorosos, baseados em contribuição de grupos. O modelo UNIFAC-FV, variante do tradicional modelo UNIFAC para sistemas poliméricos, foi o modelo escolhido para cálculo de atividade dos sistemas estudados. Avaliou-se ainda a disponibilidade de parâmetros para desenvolvimento da modelagem e desenvolveu-se uma abordagem com alternativas para casos de indisponibilidade de parâmetros UNIFAC. Nos casos com ausência de parâmetros, o cálculo do termo residual da atividade das espécies é feito na forma proposta por Flory-Hugginsutilizando-se parâmetros de solubilidade obtidos também por contribuição de grupos. Entre os métodos de contribuição de grupos existentes para cálculo de parâmetros de solubilidade, o método de Hoy mostrou menores desvios para os sistemas estudados. A abordagem utilizada neste trabalho permite, ao final, uma análise de alterações da configuração da cadeia principal de polímeros de forma a influenciar sua seletividade e sorção para dessulfurização de naftas

Caracterização de novas membranas de titanossilicatos microporosos por ensaios de permeabilidade

O interesse crescente das membranas inorgânicas deve-se à potencial aplicação em novas áreas de investigação e da indústria, e em alternativa a operações mais convencionais. Em particular, as membranas de titanossilicatos oferecem vantagens importantes sobre as de zeólitos, pois podem ser sintetizadas sem agentes estruturantes orgânicos, para evitar a calcinação subsequente usualmente responsável por defeitos irreversíveis, exibem novas possibilidades de substituição isomórfica da matriz, permitindo um ajuste mais fino das propriedades catalíticas e de adsorção, e são capazes de separar misturas com base em diferenças de afinidade e tamanho molecular (efeito de peneiro). Os objectivos principais deste trabalho foram: i) a caracterização dinâmica de membranas do tipo zeolítico sintetizadas no Laboratório Associado CICECO, realizando-se experiências de permeação com gases puros e misturas; ii) o desenvolvimento e validação de novos modelos para a transferência de massa multicomponente através de membranas porosas pela abordagem de Maxwell-Stefan, tendo em conta os mecanismos específicos encontrados, particularmente a contribuição por difusão superficial; e iii) a modelação dos pontos experimentais medidos, bem como dados compilados da literatura. De forma a realizar os ensaios de permeação, desenhou-se, montou-se e testou-se uma instalação experimental. Para gases puros, os objectivos principais foram a medição de permeâncias a temperatura constante, por variação da pressão transmembranar r ( ΔP ), e de permeâncias a temperatura programada, conduzidas a ΔP constante. Seguidamente, calcularam-se as selectividades ideais. Em relação a misturas, a determinação de selectividades reais requer as fracções molares no permeado e no retido. Na globalidade, estudaram-se três suportes diferentes (aço inoxidável e α − alumina) e dezanove membranas de AM-3, ETS-10, ZSM-5 e zeólito 4A, utilizando-se H2, He, N2, CO2, e O2. A primeira avaliação exploratória da qualidade das membranas foi feita permeando azoto à temperatura ambiente. Assim, permeâncias superiores a 10−6 mol/m2s.Pa evidenciavam defeitos grosseiros, levando-nos a efectuar cristalizações adicionais sobre as primeiras camadas. Este procedimento foi implementado com oito membranas. Um trabalho experimental mais detalhado foi conduzido com cinco membranas. Membranas com curvas permeância-temperatura ( Π −T ) decrescentes indicam tipicamente transporte viscoso e de Knudsen, i.e. meso e macrodefeitos. Por exemplo, a membrana nº 3 de AM-3 exibiu este comportamento com H2, He, N2 e CO2 puros. A contribuição de Knudsen foi confirmada pela relação linear encontrada entre as permeâncias e o inverso da raiz quadrada da massa molar. O mecanismo viscoso foi também identificado, pois as permeâncias eram inversamente proporcionais à viscosidade do gás ou, atendendo a equações do tipo de Chapman-Enskog, directamente proporcionais a 2 0.5 k d M (onde k d é o diâmetro cinético e M a massa molar). Um comportamento de permeação distinto observou-se com a membrana nº 5 de AM-3. As permeâncias registadas a temperatura programada eram aproximadamente constantes para o N2, CO2 e O2, enquanto com o H2 cresciam significativamente. Conjuntamente elas evidenciam a ocorrência de macro, meso e microdefeitos intercristalinos. O transporte gasoso activado através dos microporos compensa o impacto diminuidor dos meso e macroporos. Ao contrário do N2, CO2 e O2, o pequeno diâmetro do hidrogénio torna-lhe possível permear através dos microporos intracristalinos, o que lhe adiciona um mecanismo de transferência responsável por esse crescimento. No que respeita à difusão superficial, o sistema CO2/ZSM-5 pode ser tomado como um exemplo paradigmático. Uma vez que este zeólito adsorve o CO2, as permeâncias diminuem com o crescimento de ΔP , em virtude de as concentrações no sólido aumentarem de forma não linear e tenderem para a saturação. Os resultados contrastantes obtidos com azoto realçam ainda mais o mecanismo superficial, pois o N2 não é adsorvido e as permeâncias medidas são constantes. Globalmente, as selectividades ideais calculadas ( α* ) variam de cerca de 1 a 4.2. Este parâmetro foi também utilizado para discriminar as melhores membranas, uma vez que baixos valores de α* denotam o escoamento viscoso não-selectivo típico de macrodefeitos. Por exemplo, o H2/CO2 na membrana nº 3 de AM-3 apresentou α* = 3.6 − 4.2 para 40–120ºC, enquanto que na membrana nº 5 de AM-3 originou α* = 2.6 − 3.1. Estes resultados corroboraram as observações anteriores, segundo as quais a membrana nº 5 era melhor do que a nº 3. Alguns ensaios foram realizados com membranas saturadas com água para aumentar a selectividade: as medições mostraram claramente uma melhoria inicial seguida de uma redução consistente de α* com o aumento da temperatura, devido à remoção das moléculas de água responsáveis pela obstrução de alguns poros. Em relação às selectividades reais de misturas contendo hidrogénio, devem ser realizadas mais experiências e a quantificação do hidrogénio deve ser melhorada. No que concerne à modelação, novos factores termodinâmicos de Maxwell- Stefan foram derivados para as isotérmicas mono e multicomponente de Nitta, Langmuir-Freundlich e Toth, tendo sido testadas com dados de equilíbrio e de permeação da literatura. (É importante realçar que só estão publicadas equações para Langmuir e Dual-Site Langmuir de componentes puros e misturas). O procedimento de validação adoptado foi exigente: i) as isotérmicas multicomponente foram previstas a partir das de gás puro; ii) os parâmetros de difusão dos componentes puros foram ajustados a dados de permeação de cada gás; iii) depois, as difusividades cruzadas de Maxwell- Stefan foram estimadas pela relação de Vignes; finalmente, v) as novas equações foram testadas usando-se estes parâmetros, tendo sido capazes de estimar com sucesso fluxos binários. Paralelamente ao enfoque principal do trabalho, derivou-se um novo modelo para permuta iónica em materiais microporosos baseado nas equações de Maxwell-Stefan. Este foi validado com dados experimentais de remoção de Hg2+ e Cd2+ de soluções aquosas usando ETS-4. A sua capacidade preditiva foi também avaliada, sendo possível concluir que se comporta muito bem. Com efeito, conseguiram-se boas previsões com parâmetros optimizados a partir de conjuntos de dados independentes. Este comportamento pode ser atribuído aos princípios físicos sólidos da teoria de Maxwell-Stefan.

Fracionamento por processos de membranas do soro de queijo com vista ao uso na produção de bioetanol

Dissertação de mestrado, Engenharia Biológica, Faculdade de Ciências e da Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Optimização da produção biológica de polihidroxialcanoatos por aplicação de processos de separação com membranas

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica