Caracterização Estrutural de Materiais de Carbono com Recurso a Vários Adsortivos

O trabalho apresentado nesta tese consiste na obtenção, validação e disponibilização de dados padrão para a adsorção de benzeno, metanol e diclorometano a 298 K e de neopentano a 273 K em materiais de carbono. Os dados padrão foram obtidos em negros de fumo e utilizados para analisar as isotérmicas obtidas em materiais microporos. A adsorção dos vários adsortivos põe em evidência a presença de efeito de peneiro molecular, que alguns adsorventes exibem, face à adsorção dos mesmos. A identificação do efeito de peneiro molecular reveste-se de grande importância no que se refere à determinação dos tamanhos de poros e de distribuições de tamanhos de poros (PSD). Complementa-se, o trabalho, com a preparação de uma série de carvões activados (AC) com graus de queima que variam de 4 a 90%, obtidos a partir de fibras de poli (tereftalato de etileno) (PET) por activação física com o dióxido de carbono a 1073 K. Adicionalmente e visando o aumento da selectividade dos AC preparados, procedeu-se à modificação textural por deposição de carbono com recurso à pirólise de benzeno a elevadas temperaturas (CVD). Os vários adsorventes foram caracterizados quimicamente por análise elementar (AE) e foram ainda realizados estudos cinéticos de adsorção de gases, nomeadamente N2, O2, CH4 e CO2, que permitiram identificar a presença de propriedades selectivas. A caracterização estrutural dos mesmos foi inferida por adsorção de azoto a 77 K, benzeno, metanol e diclorometano a 298 K e neopentano a 273 K. A interpretação e análise das respectivas isotérmicas foram efectuadas recorrendo aos métodos de Brunauer-Emmett-Teller (BET) e s e às equações de Frenkel-Halsey-Hill (FHH), Dubinin-Radushkevich (DR) e Dubinin-Radushkevich-Kaganer (DRK). A utilização conjunta dos vários métodos e equações permitiu a complementaridade da informação possibilitando a caracterização mais abrangente dos vários adsorventes. Na caracterização estrutural de materiais de carbono, com recurso a medidas de adsorção, o azoto é, sem dúvida, o adsortivo mais utilizado. Refira-se, que já foram publicados vários trabalhos com base na adsorção de adsortivos orgânicos e que recomendam a sua utilização. Mas, apesar destas recomendações e das vantagens amplamente reconhecidas do método s para a interpretação das referidas isotérmicas, até à realização deste trabalho, não era viável a aplicação do método supracitado à adsorção de moléculas orgânicas, devido à quase inexistência de dados padrão. Na definição de dados padrão, a representação das isotérmicas de adsorção de C6H6, CH3OH e CH2Cl2 nos negros de fumo sob uma forma normalizada não permitiu a obtenção de uma curva única. Assim, foram disponibilizadas, para cada adsortivo, duas séries de dados padrão, uma com base na adsorção no Elftex 120 e outra com base no N375. Os dados assim obtidos foram designados de dados de referência. A validação dos dados de referência foi efectuada através da adsorção em negros de fumo, em materiais de carbono com propriedades de peneiro molecular, designados Takeda, em materiais de carbono superactivados, designados Maxsorb, e nos AC obtidos a partir das fibras de PET. O valor do volume microporoso total e da área externa dos diferentes materiais de carbono determinados com base nas duas séries de dados de referência exibem desvios que são desprezáveis e não permitem recomendar a utilização de uma série de dados em detrimento da outra para todos os adsortivos. Os volumes microporosos determinados na série Maxsorb pela adsorção dos 4 adsortivos orgânicos face aos valores obtidos pela adsorção de N2 a 77 K exibem desvios negativos na ordem de 10%. Na série Takeda, é de referir a ausência de adsorção de neopentano, e que algumas amostras exibem uma diferença significativa de volume microporoso determinado por adsorção de benzeno face ao valor determinado pela adsorção de N2 a 77 K, o que pode ser atribuído à presença de efeito de peneiro molecular. A análise das diferentes isotérmicas obtidas nas amostras da série Takeda põe em relevo a presença de efeito molecular face a alguns adsortivos orgânicos, mas o mais surpreendente é que a utilização da equação de Stoeckli na análise destas isotérmicas permite a obtenção de tamanhos de poros semelhantes, (dp = 0.65+0.03 nm), para três amostras, que são a TX2, a T5A e a T4A. Por outro lado, os valores de dp obtidos com base na adsorção de N2 a 77 K são em todos os casos superiores, mas evoluem em sentido contrário ao esperado, pondo em evidência o efeito de peneiro molecular face à adsorção de N2. Um facto relevante é que só com base na adsorção de moléculas orgânicas foi possível pôr em evidência a presença do efeito de peneiro molecular face à adsorção de N2 em todas as amostras desta série. Estes factos aconselham o uso de cuidados redobrados quanto à utilização da adsorção de N2 na determinação de PSD’s e em métodos de análise baseados na simulação molecular ou DFT ou ainda na teoria do preenchimento volúmico dos microporos em AC com estas características

Traitement des eaux par électrofloculation

Traitement des eaux par electrofloculation Les écosystèmes aquatiques sont très affectés par les eaux de rejet qui sont déversées dans les cours d’eau. La charge de ces eaux existe sous diverses formes: solutés, colloïdes ou particules. Il est important de traiter l’eau usée à de faibles coûts au lieu de la rejeter directement dans le milieu récepeteur. Dans le but d’améliorer les procédés physico-chimiques de déstabilisation des émulsions, nous étudions les traitements par électrocoagulation. Habituellement, les eaux usées sont traitées par coagulation-floculation, à l’aide de réactifs, comme le FeCl3 ou le Al2(SO4)3 . Dans un premier temps, nous étudions cette approche en optimisant les conditions de déstabilisation des émulsions: l’influence du pH, de la concentration de coagulant et du temps de clarification. Ce traitement permet d’obtenir deux phases qui se séparent par décantation ou par flottation. L’électrocoagulation produit une séparation semblable, mais, dans ce cas, le coagulant provient de la dissolution anodique du fer ou de l’aluminium. En laboratoire, avec 11 ppm d’aluminium, l’électrocoagulation-décantation en régime statique semble produire une meilleure clarification (96%) par rapport à la floculation chimique (93%). Pour un débit de 0,5 L/min., l’électrocoagulation-flottation en régime dynamique donne un rendement de 86%. Pour une concentration de 300 ppm de kérosène, le rendement est maintenant de 92%. Par contre, l’électrocoagulation-décantation avec 15 ppm de fer donne une séparation qui est légèrement inférieure (82%) à celle obtenue par voie chimique (89%). L’électrocoagulation-flottation, pour un débit de 0,3 L/min., donne un rendement initial très faible qui varie entre 14 et 52% pour des concentrations de fer de 20 à 60 ppm. Lorsqu’une étape permettant l’oxydation du fer (II) obtenu par électrolyse en fer (III), est ajoutée, avec un excès d’oxydant, le rendement monte de 30 à 70%, avec 30 ppm de fer à un débit de 0,5 L/min. L’évaluation de la réduction de la charge se fait par turbidité et par mesure de la DCO. Le grand avantage de cette méthode est qu’elle permet de traiter des émulsions stabilisées avec des agents de surface non ioniques. La déstabilisation se fait sans ajout d’ions non désirés, comme les ions Cl- et SO 4= , ce qui favorise aussi la réduction de la quantité des boues produites. Le procédé utilisé demande une faible surface d’installation, permettant son implantation même à l’intérieur de l’usine. En outre, le traitement se prête bien à une automatisation, les problèmes de conservation des réactifs sont négligeables, parce que les anodes peuvent durer longtemps et le temps de réponse à un changement de débit ou de la concentration de la charge de l’effluent demeure très rapide

Produção de adsorventes de carbono a partir de desperdícios de madeira de Teca por ativação física e sua aplicação na remoção de pesticidas

A utilização de pesticidas na área agrícola está bastante disseminada, com particular relevo na proteção das culturas. Associadas às inúmeras vantagens existe um número elevado de desvantagens, com destaque para a produção de resíduos que são gerados inevitavelmente aquando da sua aplicação e que perduram, por vezes, por longos períodos de tempo nos ecossistemas, afetando todas as outras espécies animais e vegetais que nele coabitam, com particular incidência para o homem

Valorisation of Teak Sawdust by the Production of Activated Carbon

The valorisation of wood wastes by the production of added value materials is one of the possible strategies to expand the income sources and increase the economic activity. This approach is very important in particular for the developing countries like East Timor

Molecular sieve carbons from PET for separations involving CH4, CO2, O2 AND N2

A microporous carbon, designated A4A0, was prepared from a commercial PET textile fibre, only by carbonization in a N2 flow. The characterisation based on the adsorption of N2 at 77 K and organics adsorptives at 298 K, where the adsorption of the largest molecules was strongly activated, indicates that the pore mouths already contained same constrictions, and this is an ideal starting point for pore mouth narrowing by CVD of benzene at elevated temperature. The P810 sample obtained after 10 min by CVD treatment maintain its initial adsorption capacities and had a superior performance for O2/N2 and CO2/CH4 separations when compared with the A4A0 or with a commercial CMS, Takeda 3A

Reference data for the adsorption of methanol on carbon

The adsorption of methanol at 298 K on carbon blacks and microporous carbons, including Carbosieve, Takeda molecular sieves, Maxsorb superactivated carbons and an activated charcoal cloth, has been studied. Analysis of the results indicates that the mechanism of adsorption of methanol on carbon blacks shows some similarities to that of water vapour. However, it is still possible to define reference data which can be used to obtain estimates of the surface area of carbon blacks, provided that the surface is reasonably polar, and of external surface area and micropore volume of microporous carbon adsorbents, provided that the pore size is not very large

On the Lo/σ Range of the TVFM .

Adsorption isotherms of nitrogen, carbon dioxide, methanol, dichloromethane, benzene and neopentane were determined on a range of molecular sieve and super-activated carbons with the objective of establishing the range of validity of the Theory of Volume Filling of Micropores (TVFM) in terms of the ratio of pore width to molecular diameter, Lo/σ. It is shown that, in the absence of molecular-sieving effects, both the characteristic curve concept and the DR equation are valid over the whole of the micropore range, corresponding to values of Lo/σ less than or equal to 5 and to at least a slight enhancement in the characteristic energy, E0, of the adsorbent when compared with the corresponding value obtained with non-porous carbon blacks. On the other hand, estimation of the mean micropore width was only possible for values of Lo/σ up to ca. 2.3, corresponding to at least a two-fold enhancement in E0. Results obtained using N2 at 77 K showed some significant differences to those obtained with organic adsorptives at higher temperature

Designing Activated Carbons from Natural and Synthetic Raw Materials for Pollutants Adsorption

Over the last decades the literature has shown the possibility of producing activated carbons (AC) from a wide variety of raw materials, and to use them as one of the most environment-friendly solutions for waste disposal [1]. Simultaneously, it has been shown that the adsorption of pollutants from different sources by activated carbons is one of the most efficient techniques for remediating or solving this kind of problem [2]. In this context, phenolic compounds represent one of the most important classes of pollutant present in the environment [3]. In this perspective, we present a study involving the production of AC from cork (Quercus suber L.), PEEK (polyetheretherketone) wastes or granulated recycled PET (polyethyleneterephthalate) and their applicability for the adsorption of phenolic compounds from the liquid phase. All samples were characterised in relation to their structural properties and chemical composition, by different techniques, including nitrogen adsorption at 77 K, elemental analysis (C, H, N, O and S) and point of zero charge (PZC). The activated carbons produced demonstrated high adsorption capacities both in the gas and liquid phase as exemplified by N2 and phenolic compounds adsorption experiments. Based on the structural and chemical properties, and on the kinetic and equilibrium studies of liquid phase adsorption, it is possible to conclude that it is the porous volume of the ACs that predominantly controls the process of phenolic compounds adsorption

Reference Data for the Adsorption of Dicloromethane on Carbon Materials

The adsorption of dichloromethane at 298K on non-porous carbon blacks and microporous activated carbons, including Takeda molecular sieves and Maxsorb superactivated carbons, has been studied. The results suggest that the exact shape of the isotherm on non-porous carbons is sensitive to the degree of uniformity of the surface and that it is therefore not possible to define a universal standard dichloromethane isotherm. On the other hand, it is possible to define reference data which can be used to analyse adsorption isotherms of dichloromethane determined on non-porous and microporous carbon materials by means of the a method. An indication of the range of applicability and the likely precision obtained when using the data is s give

Carbons molecular sieves from PET for separations involving CH4, CO2, O2 and N2

Carbon molecular sieves (CMS) have been made for the first time from PET textile fibres by carbonisation and pore mouth narrowing using CVD of benzene. The diffusion of O2, N2, CO2 and CH4 in these materials, and also in the commercial CMS Takeda 3A, was studied. It was found that the best PET based CMS was obtained after 10 min CVD time and had adsorption capacities and rates of diffusion similar to those of the Takeda 3A