Desenvolvimento de leitos de hidrogel de alto desempenho para remoção de água de combustíveis líquidos : Development of bed hydrogel to remove water from liquid fuels

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Santos, Fernanda Brito dos, 1993-
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/6179
Resumo: Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Leonardo Vasconcelos Fregolente
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spelling Desenvolvimento de leitos de hidrogel de alto desempenho para remoção de água de combustíveis líquidos : Development of bed hydrogel to remove water from liquid fuelsDevelopment of bed hydrogel to remove water from liquid fuelsHidrogéisCombustíveisAdsorçãoÁguaCaracterizaçãoHydrogelFuelAdsorptionWaterCharacterizationOrientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Leonardo Vasconcelos FregolenteDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: A água está presente nos combustíveis líquidos e pode se apresentar de três diferentes formas: solúvel, livre e/ou emulsionada. Teores elevados de água podem afetar significativamente a qualidade dos combustíveis, permitindo o desenvolvimento de microrganismos, a geração de borra, a elevação da turbidez e a corrosão de tanques e de componentes mecânicos de veículos automotores. Neste contexto, este projeto de dissertação de mestrado propôs o desenvolvimento de leitos de elevado desempenho que empregam recheios estruturados recobertos com hidrogéis superabsorventes para remoção de água no biodiesel, diesel e no querosene de aviação. Os combustíveis foram caracterizados e estão de acordo com o estipulado pela ANP. Três tipos de hidrogéis foram sintetizados por meio da polimerização ou fotopolimerização via radical livre, sendo eles, hidrogéis de acrilamida copolimerizado com acrilato de sódio (poli(AAm-co-AS)), ácido acrílico (poli(AAm-co-AAc)) e acrilonitrila (poli(AAm-co-AC)). As propriedades físicas e químicas dos hidrogéis foram determinada por intermédio das análises de FTIR, MEV, densidade, porosidade, BET, TGA e DTG, DSC, DVS e ensaios de cinética de intumescimento. As curvas de TGA/DTG mostraram a estabilidade térmica dos hidrogéis, sendo ela maior para o poli(AAm-co-AS) ("~" 190°C). Perfis referentes a cinética de intumescimento revelaram que o hidrogel de poli(AAm-co-AS) apresentou maior grau de intumescimento (Wmáx = 105 g de água/g de hidrogel) à 40 °C. A eficiência de remoção de água pelos hidrogéis foi verificada por meio dos ensaios em batelada e em coluna de leito fixo preenchida com recheios estruturados. Os modelos de cinética e de isotermas de adsorção puderam ser definidos a partir dos ensaios em batelada conduzidos a 25 e 40 °C. Na cinética de remoção de água, o poli(AAm-co-AS) exibiu maior remoção de água (80 %) a 40 °C e o modelo de pseudo-segunda-ordem descreveu o processo de transferência de massa no sistema (R2 = 0,9941 ). O tempo de equilíbrio foi alcançado em 48 h e o teor de água encontrado estava abaixo do máximo estabelecido pela ANP (> 350 ppm). Todos os perfis das isotermas (a 25 e 40 °C) apresentaram comportamento desfavorável. Ademais, os modelos de Langmuir e Freundlich não foram eficientes para caracterizar o processo de transferência de massa. Os hidrogéis recobriram os recheios estruturados produzidos em nylon (Poliamida PA 2200) através de Sinterização de Laser Seletivo (SLS) e a Sinterização Direta em Metal a Laser (DMLS) em aço inox (PH1). Planejamentos experimentais foram utilizados para a identificação dos parâmetros físicos que conduzissem a maior eficiência na remoção de água com menor perda de carga durante o processo de separação em leito fixo com fluxo contínuo. Os teores de água após a passagem pelo leito permaneceram acima do determinado pela ANP, mesmo com altos valores de remoção ("~" 67 %). Os resultados dos ensaios de remoção de água em batelada e em leito fixo indicaram porcentagens satisfatórias em relação a performance dos hidrogéisAbstract: Water is present in fuels and may be presented in three different forms: insoluble, free and/or emulsified. High water content can significantly affect fuel quality, allowing the growth of microorganisms, sludge generation, increased turbidity, and corrosion of tanks and mechanical components of motor vehicles. In this context, this Master's Dissertation project proposed the development of high-performance beds that employ structured packing coated with superabsorbent hydrogels to remove water in biodiesel, diesel, and jet fuel. All fuels were characterized according to the standard from ANP. Three different hydrogels were synthesized through polymerization or photopolymerization via free radical: acrylamide hydrogel copolymerized with sodium acrylate (poly(AAm-co-AS)), acrylic acid (poly(AAm-co-AAc)) e acrylonitrile (poly(AAm-co-AC)). The physical and chemical properties of the hydrogels were determined through FTIR, SEM, density, porosity, BET, TGA, DTG, DVS, and swelling analysis. TGA/DTG curves showed the termical stability of the hydrogels, where it was verified that poly(AAm-co-AS) demonstrated the highest termical stability ("~" 190°C). Profile of the kinetic swelling addressed that poly(AAm-co-AS) hydrogel exhibited the greatest swelling degree (Wmáx = 105 g water/g de hydrogel) at 40 °C. The water removal efficiency was verified through batch tests and fixed bed filled with structured parking. The adsorption kinetic and isothermal models were defined through batch tests at 25 °C and 40 °C. In the water kinetic removal, poly(AAm-co-AS) exhibited the highest water removal (80 %) at 40 and the pseudo-second order kinetic fitted the mass transfer process (R2 = 0.9941). The equilibrium time was reached in 48 h and the water content was under of the maximum established by ANP (>350 ppm). Further, the Langmuir and Freundlich models were not efficient to characterize the mass transfer process. The hydrogels covered the structured parking produced (Polyamide PA 2200) via Selective Laser Sintering (SLS) in nylon and Direct Metal Laser Sintering (DMLS) in stainless steel (PH1). The experimental designs were used to identify the physical parameters that present the best efficiency to remove water from and the lowest loss of load during the separation process in fixed bed with continuous flow. The water contents after to pass through fixed bad remained above the value determined by ANP, even under high removal values ("~" 67 %). The tests outcomes of water removal in batch and fixed bed addressed satisfactory percentages in relation to hydrogel performanceMestradoEngenharia QuímicaMestra em Engenharia QuímicaFAPESP2018/16269-2; 2019/21649-1; 2017/12120-1CNPQ001[s.n.]Maciel, Maria Regina Wolf, 1955-Fregolente, Leonardo Vasconcelos, 1980-Mariano, Adriano PintoRizzi Júnior, Antonio CarlosUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia QuímicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASSantos, Fernanda Brito dos, 1993-20202020-09-10T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (237 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/6179SANTOS, Fernanda Brito dos. Desenvolvimento de leitos de hidrogel de alto desempenho para remoção de água de combustíveis líquidos: Development of bed hydrogel to remove water from liquid fuels. 2020. 1 recurso online (237 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/6179. 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