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Máquinas ácido-base e dispositivos de energia azul

Lima, Gilberto De

Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP; Universidade de São Paulo; Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto 2020-04-24

Acesso online. A biblioteca também possui exemplares impressos.

  • Título:
    Máquinas ácido-base e dispositivos de energia azul
  • Autor: Lima, Gilberto De
  • Orientador: Huguenin, Fritz Cavalcante
  • Assuntos: Armazenamento De Energia; Eletrodos De Inserção; Energia Azul; Máquinas Ácido-Base; Acid-Base Machines; Blue Energy; Insertion Electrodes; Storage Energy
  • Notas: Tese (Doutorado)
  • Descrição: Neste trabalho, são investigados sistemas eletroquímicos denominados máquinas ácido-base e dispositivos de energia azul. Estes sistemas fornecem trabalho elétrico devido ao gradiente de íons alcalinos e prótons associados à neutralização de soluções ácidas ou à mistura de soluções. O princípio de trabalho destas máquinas inclui etapas que operam entre um reservatório ácido e um básico (ou um reservatório concentrado e diluído) para produzir energia em ciclos, compreendendo duas etapas isotérmicas de inserção/desinserção iônica e duas etapas de injeção de ácido ou base (ou ainda água do mar e água do rio). Com base na energia livre de mistura (principalmente em entropia), desenvolvemos um formalismo termodinâmico e, também, um modelo eletroquímico no domínio da frequência fazendo uma expansão em série de Maclaurin acoplando o mecanismo de reação e o transporte de massa em uma mesma função de transferência, considerando processos eletroquímicos para determinar a energia dissipada, trabalho máximo, trabalho prático, aumento de potencial e a eficiência destes dispositivos para diferentes combinações de concentração iônica em solução. Além disso, a adição de uma etapa de foto-oxidação da água sob luz UV-visível pôde aumentar o trabalho fornecido pela máquina combinando a energia entrópica do gradiente iônico com a energia solar. Assim, investigou-se a inserção iônica em matrizes hospedeiras constituídas por análogos do azul da Prússia e polioxometalatos em meios com diferentes concentrações iônicas e condições eletroquímicas. Uma configuração da máquina ácido-base usada como prova-de-conceito utilizando eletrodos de filmes finos permitiu obter 26,4 kJ por mol de íons eletro-inseridos e visando a aplicação destes dispositivos, eletrodos com maior injeção de carga também foram investigados, fornecendo 10,6 kJ mol-1 para a máquina em outra configuração. A inclusão da etapa de fotooxidação em uma diferente configuração da máquina ácido-base permitiu a obtenção de 121,3 kJ por mol de íon eletro-inserido. Esses resultados demonstram que a metodologia desenvolvida nesta tese pode ser viável e incentivar a preservação ambiental e o crescimento sustentável, uma vez que pode fornecer energia a partir do tratamento de águas residuais ácidas, por exemplo, ao mesmo tempo que pode ser rentável para o setor industrial, que em geral produz grandes quantidades de águas residuais ácidas.
  • DOI: 10.11606/T.59.2020.tde-15062020-144612
  • Editor: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP; Universidade de São Paulo; Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto
  • Data de criação/publicação: 2020-04-24
  • Formato: Adobe PDF
  • Idioma: Português
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