LAETE - Laboratório de Armazenamento de Energia e Tratamento de Efluentes

Histórico

Histórico do Grupo LAETE/UFU
O LAETE, laboratório de Armazenamento de Energia e Tratamento de Efluentes, foi criado em março de 2010, no Instituto de Química da Universidade Federal de Uberlândia. Este laboratório é coordenado pelos professores doutores Fábio Augusto do Amaral e Sheila Cristina Canobre, ambos eletroquímicos, com trabalhos especializados em Dispositivos de Armazenamento de Energia.
Uma nova vertente que se inicia no LAETE é a de Tratamento de Efluentes Industriais, por métodos físico-químicos e o desenvolvimento de novos materiais adsorventes biodegradáveis para Tratamentos de contaminantes de Efluentes industriais.
O grupo LAETE estabeleceu no ano de 2010 parcerias importantes entre a Universidade Federal de Uberlândia e a empresa Máquinas Agrícolas Jacto S.A., (Divisão Mizumo) CNPJ/MF sob nº 55.064.562/0009-48, visando o desenvolvimento de Novas Tecnologias na Área de Tratamento de Efluentes, pelo qual foi agraciado com doações (via comodato) de equipamentos importantes para Analise de Águas e Efluentes.
Outra parceria concretizada foi com a Empresa Alsco Toalheiros do Brasil S.A (Arujá, S.P. e Belo Horizonte, M.G.).
Esta nova linha de Pesquisa foi responsável pela aprovação de um projeto FAPEMIG DEMANDA UNIVERSAL processo TEC- APQ 02279-10 intitulado: “Tratamento de efluente gerado em lavanderia industrial por flotação por ar dissolvido e de obtenção de nanocompósitos adsorventes de contaminantes de efluentes industriais”, sob coordenação do Professor Doutor Fábio Amaral, com participação da Professora Doutora Sheila Canobre, atualmente em desenvolvimento, com vigência de novembro de 2010 até outubro de 2012. Além desta parceria com ambas as indústrias, outras três novas parcerias foram estabelecidas, a citar:

WGA Brasil Química Ltda.
TGA Assessoria e Consultoria Ambiental.
Rua: Antonio João Batista Andreatta, 22
Bairro: Afonso Zupardo – CEP.: 13.256-694
Itatiba – SP
CNPJ: 12.418.694/0001-06
IE.: Isento
Responsável: José Pedro Thompson Junior
Reciclagem de Metais Fernão Dias Ltda.
Estrada Dona Ana Diniz, 119
Guarulhos – SP
CNPJ.: 05.372.599/0001-08
Responsável: Elizabeth Alves de Almeida

Estas parcerias serão necessárias para o desenvolvimento de dois novos projetos a serem enviados à FAPEMIG, na classe Demanda Universal, no ano de 2011, todos voltados para Tratamento de Efluentes.
Os referidos professores estão envolvidos com os laboratórios:
De Saneamento Básico da Faculdade de Engenharia Civil da UFU;
De Atrito e Desgaste (LTAD) da Faculdade de Engenharia Mecânica da UFU.
No primeiro, para desenvolvimento de Tratamento de Efluente proveniente de Lavanderia Industrial e no segundo, para desenvolvimento de Projeto de Ensaios de Corrosão, em parceria com o Prof. Dr. Sinésio Franco.

Desenvolvimento de metodologias para tratamento de efluente de lavanderia industrial a partir de coagulantes/polieletrólitos biodegradáveis: Desenvolvimento de uma metodologia experimental para tratamento de efluente industrial proveniente de lavanderia industrial, com a utilização de ensaios de Jar test para simulação laboratorial das etapas que acontecem em uma Estação de Tratamento de Efluentes.
- Na primeira etapa serão testados vários ácidos/bases/sais geradores de carga;
- Na segunda etapa, serão investigadas várias classes de taninos como agentes coagulantes biodegradáveis em proporções variadas com sulfato de alumínio (coagulante inorgânico) e/ou policloreto de alumínio;
- Na terceira etapa serão investigados vários tipos de polieletrólitos (catiônicos, aniônicos e não iônicos) associados ou não aos taninos;
- Na quarta etapa, será investigado o uso do poliaspartato térmico como polieletrólito biodegradável.
Para cada uma das etapas será realizado um planejamento quimiométrico 23 para minimização da quantidade de experimentos.

Tratamento de efluente industrial de empresa recicladora da escória de alumínio utilizando polímeros biodegradáveis (poliaspartatos térmicos ou alginatos de metais) como adsorventes: O presente projeto tem como objetivo principal o desenvolvimento de uma metodologia para tratamento de efluente industrial proveniente de uma Recuperadora de Alumínio a partir da Escória de Alumínio. A partir de ensaios de Jar test uma simulação laboratorial das etapas que acontecem em uma Estação de Tratamento de Efluentes será realizada utilizando-se um planejamento fatorial 23 para diminuição do número total de experimentos, bem como melhor direcionamento das variáveis mais importantes num processo em escala industrial. Neste planejamento fatorial serão estabelecidos como variáveis de processo os pHs das etapas 1 e 2 (etapa 1 de geração de cargas, etapa 2 de coagulação) e quantidades de polieletrólitos adicionados na etapa 3 (etapa 3 de floculação). Considerando a natureza do efluente, na primeira etapa serão testados vários ácidos para equalização do efluente (HClO, HCl, H2SO4, HNO3), na segunda etapa, vários coagulantes à base de taninos (coagulantes orgânicos de caráter catiônico) em proporções variadas com sulfato de alumínio (coagulante inorgânico) e/ou policloreto de alumínio (PAC, coagulante inorgânico), na quarta etapa a ser estabelecida no planejamento fatorial serão testadas diferentes velocidades de rotações das hélices de agitação durante os ensaios de jar test. Vários formatos de hélices (radiais ou axiais) serão avaliados para um estudo cinético de floculação coloidal abrangendo algumas concepções de sistemas de floculação. Como parâmetros de controle, serão estabelecidos os tempos de sedimentação, o volume de lodo formado e o índice de turbidez das águas tratadas. Para comparação, os ensaios de controle serão realizados por sedimentação ou por flotação por ar dissolvido. A desestabilização dos colóides formados será investigada por diversos meios (agitação, agentes coagulantes químicos, agitação concomitante à adição de reagentes químicos). Em cada planejamento fatorial da terceira etapa, os resultados de tempo de sedimentação serão comparados com valores obtidos pela utilização somente de polieletrólitos (catiônicos ou aniônicos), sem o auxílio dos taninos, PAC ou sulfato de alumínio. Nesta etapa, o grupo inovará propondo a SÍNTESE DE BIOPOLÍMEROS OBTIDOS A PARTIR DE FONTES RENOVÁVEIS (POLIASPARTATO TÉRMICO E ALGINATO DE METAIS). Estes polímeros biodegradáveis serão investigados como polieletrólitos e/ou adsorventes de contaminantes. Os volumes de lodos formados serão estudados morfologicamente por microscopia eletrônica de varredura e estruturalmente por espectroscopias Raman e de infravermelho. O acompanhamento periódico da eficácia do tratamento proposto será realizado por DQO (demanda química de oxigênio), DBO5 (demanda bioquímica de oxigênio), COT (carbono orgânico total), teor de sólidos, determinação de cloretos e de nitrogênio orgânico total (Kjeldahl). Estas mesmas análises serão realizadas tanto no efluente bruto, quanto no tratado. Os parâmetros do processo de flotação por ar dissolvido serão investigados, entre eles, pressão de saturação do vaso saturador, tamanho das micro-bolhas, relação entre volume de oxigênio dissolvido e água, etc.

Síntese e caracterização de espinélios Li1,05Mn2O4 dopados (Al3+ ou Ga3+) obtidos pelo método Pechini seguido de calcinação por microondas para uso em baterias recarregáveis de íons lítio: O presente projeto visa o estudo de espinélios LiMn2O4 dopados com Al3+ e Ga3+ sendo obtidos pelo método Pechini seguido de reação em microondas, em tempos e temperaturas inferiores aos encontrados na literatura, sendo os precursores acetatos dos metais, ácido cítrico e etileno glicol em proporções variadas. Para os metais dopantes, metodologias especiais serão utilizadas para estabilização das respectivas formas trivalentes. Para controlar o tamanho de partículas, os espinélios serão calcinados em tempos e temperaturas inferiores aos já observados na literatura. Os diferentes espinélios sintetizados serão caracterizados pela valência média do manganês (n), difratometria de raios X (identificação de fases), microscopia eletrônica de varredura (morfologia e controle do tamanho de grãos), distribuição de tamanho de partículas e área superficial específica. A partir dos difratogramas de raios X, serão identificadas as possíveis fases presentes, sendo a de interesse a fase cúbica pertencente ao grupo espacial Fd3m. Os valores calculados de parâmetro de célula unitária serão calculados para os espinélios dopados, sendo comparados aos observado para o espinélio puro. O objetivos do trabalho com diferentes rotas de síntese será o controle do tamanho e porosidade de partículas de espinélio em três aspectos: formação de partículas em escala nanométrica, eliminação de distorção da rede cristalina e controle da porosidade do óxido. Os materiais catódicos que apresentarem as características estruturais adequadas, serão testados em protótipos de baterias de lítio, montados no interior de uma câmara seca sob atmosfera controlada de argônio isenta de umidade. Para isto, serão investigados os perfis voltamétricos frente ao lítio, e a capacidade de armazenamento de carga dos materiais catódicos obtidos.

Caracterização estrutural e eletroquímica de espinélios de Li1,05Mn2O4 ou dopados (Li1,05Mn1,98Al0,02O4 ou Li1,05Mn1,98Ga0,02O4) obtidos por reação por combustão: O presente projeto de iniciação científica busca desenvolver uma rota de obtenção por combustão de óxidos de intercalação do tipo espinélio sem dopagem (Li1,05Mn2O4) ou dopados com alumínio ou gálio (Li1,05Mn1,98Al0,02O4 ou Li1,05Mn1,98Ga0,02O4) a partir de diferentes agentes combustíveis (uréia, glicina e anidrido maleico) e diferentes quantidades destes agentes combustíveis no meio reacional (proporções molares deficiente, estequiométrica e excesso de agente combustível). Para controlar o tamanho de partículas, os espinélios serão calcinados em tempos e temperaturas inferiores aos já observados na literatura. Os diferentes espinélios sintetizados serão caracterizados pela valência média do manganês (n), difratometria de raios X (identificação de fases), microscopia eletrônica de varredura (morfologia e controle do tamanho de grãos), distribuição de tamanho de partículas e área superficial específica. A partir dos difratogramas de raios X, serão identificadas as possíveis fases presentes, sendo a de interesse a fase cúbica pertencente ao grupo espacial Fd3m. Os valores calculados de parâmetro de célula unitária serão calculados para os espinélios dopados, sendo comparados aos observado para o espinélio puro. Os materiais catódicos que apresentarem as características estruturais adequadas serão testados em protótipos de baterias de lítio, montados no interior de uma câmara seca sob atmosfera controlada de argônio isenta de umidade. Testes de carga e descarga serão realizados a fim de investigar a capacidade de armazenamento de carga, em diversas taxas de corrente. Voltametria cíclica será utilizada para analisar os perfis redox dos materiais obtidos, tanto em baixas velocidades de varredura, quanto em médias velocidades de varredura.

Preparação e caracterização de um eletrólito sólido polimérico biodegradável a partir do poliaspartato térmico para uso em baterias recarregáveis de íons lítio: O presente projeto tem como objetivo principal a preparação e caracterização de um eletrólito sólido polimérico biodegradável de poliaspartato térmico, obtido por síntese a partir do ácido aspártico. Inicialmente, o poliaspartato térmico será sintetizado segundo metodologia desenvolvida pela Donlar Corporation, para posterior preparação do eletrólito sólido polimérico biodegradável (ESPB). Dois sais serão investigados, LiClO4 e LiPF6, em diferentes proporções na matriz polimérica. Os sistemas serão investigados por calorimetria de varredura diferencial (DSC) para análise da influência dos sais de lítio na variação da temperatura de transição vítrea, Tg. As possíveis complexações entre íons lítio-matriz polimérica serão investigadas por espectroscopia de infravermelho e de espalhamentos Raman. Filmes finos compactos e porosos serão obtidos por evaporação lenta do solvente em ambiente saturado e imersão em um não solvente, respectivamente. A condutividades iônicas dos ESPBs serão investigadas por espectroscopia de impedância eletroquímica, EIE, para determinação da porcentagem adequada de íons lítio na matriz polimérica. O mecanismo de condução iônica será investigado por espectroscopia de impedância eletroquímica em uma faixa de temperatura desde Tambiente até 95 oC, propondo modelos de Arrhenius ou VTF, calculando-se a energia de ativação do sistema. Os filmes que apresentarem os maiores valores de condutividade iônica e menores valores de Tg serão avaliados por voltametria cíclica quanto a janela de estabilidade eletroquímica e por espectroscopia de impedância eletroquímica quanto a passivação em contato com lítio metálico. O eletrólito sólido polimérico biodegradável que apresentar condições favoráveis para uso em baterias recarregáveis de íons lítio será submetido a testes de carga e descarga em um sistema protótipo de uma bateria recarregável de íons lítio.
Coleta e reprocessamento de catodos e de eletrólitos de baterias de íons lítio usadas da comunidade acadêmica da UFU- campus Santa Mônica: O presente projeto tem como objetivos principais: Estudo de métodos de reciclagem de baterias íons-lítio; Conscientização da comunidade acadêmica da Universidade Federal de Uberlândia- campus Santa Mônica para o descarte consciente de baterias de celulares usadas; Criação de um projeto piloto de sistema de coleta de baterias descartadas na Universidade Federal de Uberlândia; Desenvolvimento de atividades de Educação Ambiental que contribuam no envolvimento da comunidade acadêmica da Universidade Federal de Uberlândia, tanto para o Projeto de Reciclagem quanto na sensibilização para os problemas decorrentes do consumo não sustentável destes dispositivos; Reprocessamento do material constituinte do catodo das baterias comerciais e produzir novos eletrodos na forma de filmes, utilizando rotas de síntese com baixo consumo energético visando o desenvolvimento de baterias miniaturizadas, reduzindo assim a velocidade de geração e da quantidade de resíduos; Desenvolvimento de um polímero de separação do catodo e anodo menos agressivo ao meio ambiente quando descartado - produção de um eletrólito sólido polimérico biodegradável viável a aplicação em uma bateria de celular. Neste contexto enquadra-se este projeto de pesquisa, cujos objetivos estão direcionados para o desenvolvimento de rotas para processamento de baterias de celulares usadas visando à obtenção dos óxidos metálicos e dos sais de lítio contidos em sua composição, bem como a reutilização destes no desenvolvimento de novos catodos e eletrólitos a partir de baterias descartadas.

Síntese e Caracterização de Compósitos Polímeros Condutores / HDLs: O objetivo principal deste projeto é a síntese eletroquímica e caracterização de Polímeros condutores/HDLs visando aplicá-los como adsorventes de diversas espécies aniônicas presentes em solução aquosa, principalmente no tratamento de efluentes industriais contendo tensoativos, corantes e herbicidas ácidos, etc. Uma outra aplicação que também será investigada neste projeto é a utilização destes compósitos híbridos como catodos em baterias secundárias de lítio. Portanto, os objetivos de forma mais detalhada são: Sintetizar um HDLs e incorporar grupos tióis como o monômero DMcT Síntese do material híbrido utilizando o HDLs como matriz inorgânica bidimensional e polímero condutor como convidado. Esses materiais serão sintetizados com a intercalação direta dos monômeros na matriz com subseqüente polimerização eletroquímica in situ. Caracterizar os materiais híbridos quanto à estrutura cristalina, à estabilidade térmica e eletroquímica, à morfologia, e à distribuição das espécies aniônicas no domínio inter-lamelar Verificar o seu desempenho como agente adsorvente no tratamento de efluentes industriais contendo tensoativos, corantes e herbicidas ácidos, etc. Verificar seu desempenho como catodos de baterias secundárias de lítio por testes de carga e descarga.

Investigação da influência de dimercaptanos nas propriedades eletroquímicas de Compósitos de Polímeros Eletroativos e Nanotubos de carbono: Uma das grandes revoluções recentes na ciência pura e aplicada veio da capacidade de produzir e manipular materiais e sistemas de dimensões extremamente reduzidas, em escalas de tamanho nanométrica. O método template têm sido aplicado na síntese de uma variedade de materiais, tais como polímeros condutores, metais e semicondutores. Além dos materiais obtidos em dimensões nanométricas apresentarem potenciais aplicações tecnológicas em várias áreas, estes também são de fundamental interesse científico na compreensão da transição entre a escala atômica/molecular e a escala bulk. Tendo isso em vista, compósitos condutores serão sintetizados via síntese template na qual o convidado será o pirrol ou anilina e as matrizes hospedeiras serão os nanotubos de carbono. Assim, os polímeros condutores sintetizados no interior dos nanotubos de carbono passarão a ter a forma, a orientação espacial e o tamanho característico dos diâmetros dos nanotubos de carbono que variam de 110 a 170 nm. Dimercaptanos do tipo do 2,5-dimercapto-1,3,4-tiadiazol (DMcT) serão investigados como agentes ligantes entre os nanotubos de carbono e os polímeros condutores e também como agentes funcionalizantes dos nanotubos de carbono, visando permitir um melhor revestimento e/ou um preenchimento mais homogêneo do polímero condutor no interior dos nanotubos de carbono através de possíveis interações entre estes materiais as quais serão investigadas pela técnica de Micro-Raman. Após a caracterização, o desempenho destes materiais como eletrodos em super capacitores por testes de carga e descarga.

Avaliação eletroquímica dos processos corrosivo/ erosivo sobre o aço ASTM 1020 exposto à meio eletrolítico bifásico: O presente projeto pretende investigar os mecanismos de corrosão em aço ASTM 1020 em meio bifásico (água do mar sintética e CO2). Os ensaios de corrosão serão acompanhados por espectroscopia de impedância eletroquímica em potencial de circuito aberto. A morfologia da superfície do aço em contato com o meio corrosivo será investigada por microscopia eletrônica de varredura durante o tempo de exposição da amostra. O processo corrosivo será investigado em diferentes concentrações de inibidores, na presença ou ausência de CO2, em meio estático e em fluxo. Curvas de polarização catódica e anódica serão realizadas para verificação do comportamento referente ao controle por transferência de massa e pico de passivação. Circuitos elétricos equivalentes serão propostos a partir dos dados de EIE, com atribuição de significados físicos que expliquem os resultados obtidos durante o processo corrosivo. Os ensaios serão realizados em duas temperaturas, ambiente e à 70 oC.

Linhas de Pesquisa

Desenvolvimento de Eletrólitos Sólidos Poliméricos, biodegradáveis ou não;
Síntese de materiais nanoestruturados usados como catodos de Baterias de Íons Lítio (óxidos de intercalação, polímeros condutores, compósitos entre ambos);
Desenvolvimento de rotas de recuperação de baterias de íons lítio;
Desenvolvimento de Protótipos de Baterias de Íons Lítio;
Desenvolvimento de capacitores a partir de compósitos de Polímeros Condutores, nanotubos de Carbono e Óxidos de Intercalação.

Ténicas desenvolvidas/utilizadas pelo grupo

Coordenadores

Prof. Dr. Fabio Augusto do Amaral
Profª. Drª Sheila Cristina Canobre

Contato

Laboratório de Armazenamento de Energia e Tratamento de Efluentes
Instituto de Química - Universidade Federal de Uberlândia
Av. João Naves de Ávila, 2121
Campus Santa Mônica - Bloco 5K
Cep: 38.400-902 - Caixa Postal 593
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