DAVI HOMEM DE MELLO CASTANHO
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Artigo IPEN-doc 26486 Physical and chemical characteristics of feed coal and its by-products from a Brazilian thermoelectric power plant2019 - IZIDORO, JULIANA de C.; MIRANDA, CAIO; CASTANHO, DAVI; ROSSATI, CARLOS; CAMPELLO, FELIPE; GUILHEN, SABINE N.; FUNGARO, DENISE A.; WANG, SHAOBINIn this study, feed coal (FC) from the Figueira Thermoelectric Power Plant (FTPP), located in the state of Paraná (PR), Brazil was characterized by X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffractometry (XRD), infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM), particle size distribution analysis by laser diffraction, loss of ignition (LOI), total carbon content (TC), pH and conductivity. FC-derived by-products (CCBs) collected at the FTPP were: bottom ash (BA), fly ash from cyclone filter (CA) and fly ash from bag filter (FA). In addition to the techniques used for feed coal characterization, CCBs were also characterized by total surface area (by using BET method), external surface area (by using laser diffraction), cation exchange capacity (CEC), bulk density, besides leaching and solubilization tests. FC sample contains 72.2% of volatile material, of which 55.3% is total carbon content. LOI, FTIR, TGA and TC analyzes corroborated with these results. The main crystalline phases in the FC sample were found to be quartz, kaolinite and pyrite. The elements As, Cr, Ni and Pb were encountered in the FC sample, indicating that the use of FTPP feed coal should be monitored due to the toxic potential of these elements. The three coal ashes were classified as class F according to ASTM and presented similar chemical composition, with total content of the main oxides (SiO2, Al2O3 and Fe2O3) above 72%. Ashes enrichment factor analysis (EF) showed that As, Zn and Pb concentrate mainly in fly ash from bag filter (FA), whereas the elements K and Mg presented higher enrichment in the bottom ash (BA) . All ashes presented quartz, mullite and magnetite as crystalline phases, as well as the same functional groups, related to the presence of humidity, organic matter and Si and Al compounds. XRD, XRF, TGA, FTIR, LOI and TC techniques were correlated and confirmed the obtained results. Total and external surface area values of CCBs were related to the total carbon content (TC), as well as to the results of particle size distribution and the scanning electron micrographs of the samples. On the other hand the CEC of the ashes showed relation with the particle size distribution and with the external surface area. Leaching and solubilization tests of CCBs showed that FA sample was considered hazardous and classified as class I waste, while CA and BA samples were considered non-hazardous and non-inert wastes and classified as class II-A. FA sample from Figueira power plant must be discarded only after treatment or a stringent disposal criterion must be followed to avoid contamination on site. In this work, feed coal sample was also compared to the CCBs samples generated from it. The results showed the differences between fuel and products through the different characterization techniques. In addition to contributing to the understanding of the relationship between coal and its combustion products, this work can also help to reduce the environmental impacts caused by the CCBs disposal, as well as can also be used to compare the characteristics of CCBs from FTPP with the new wastes that will be generated by the same thermal power plant that will be soon modernized.Artigo IPEN-doc 26409 Application of high-purity zeolite a synthesized from different coal combustion by-products in carbon dioxide capture2019 - IZIDORO, JULIANA; CASTANHO, DAVI; ROSSATI, CARLOS; FUNGARO, DENISE; GUILHEN, SABINE; NOGUEIRA, THIAGO; ANDRADE, MARIA de F.High-purity zeolites A were synthesized from different coal combustion by-products (baghouse filter fly ash, cyclone filter ash, and bottom ash) and characterized in terms of morphology, chemical, and mineralogical composition. The products were tested for carbon dioxide capture by using a continuous CO2 flow system passing through a column packed with the adsorbent material, which was connected to an analyser that directly measures the concentration of CO2. The values of CO2 adsorption capacities calculated for the unmodified Na-A zeolites (ZABF, ZACF, and ZABA) were 556.48, 494.29 and 654.82 mg g–1, respectively. These values were higher than those achieved by the calcium-modified zeolite samples. ZABA adsorbent presented the best performance in CO2 capture when compared to the other adsorbent material and achieved an adsorption capacity 32% higher than a 4A commercial zeolite. In the adsorption cycles study, the percentage of CO2 desorption by ZABA at the second and third cycles reached 93%, showing that zeolite A can be regenerated by heating at 150 ºC. The use of coal ashes to obtain zeolites and the application of these products for the CO2 adsorption can be an important strategy to mitigate both the problem of waste management and the greenhouse gases emission in coal-fired power plants.Dissertação IPEN-doc 25701 Desenvolvimento de material zeolítico de alta pureza a partir de cinzas de carvão para aplicação na captura de dióxido de carbono2019 - CASTANHO, DAVI H. de M.Atualmente o mundo vem passando por algumas mudanças climáticas, sendo que um dos fatores que contribuem para essas mudanças é o aumento da emissão de gases de efeito estufa, principalmente o CO2. Uma das fontes de CO2 é a queima de combustíveis fósseis. A combustão do carvão para produção de energia, além de emitir gases de efeito estufa, gera uma grande quantidade de cinzas. A utilização das cinzas de carvão para síntese de zeólitas de alta pureza e utilização dessas zeólitas para a adsorção do CO2 pode ser uma estratégia interessante para mitigar a problemática da gestão de resíduos e da emissão de gases. O objetivo deste trabalho foi sintetizar e caracterizar zeólitas tipo Na-A de elevada pureza a partir de cinzas de carvão e avaliar sua aplicação como material adsorvente de CO2. As amostras de três tipos de cinzas de carvão (cinzas manga, cinzas ciclone e cinzas pesadas) foram coletadas na usina termelétrica de Figueira-PR. O tempo total do processo de síntese pelo método de duas etapas foi otimizado. As seguintes características dos produtos de síntese foram determinadas: composição mineralógica, composição química, morfologia, grupos funcionais e capacidade de troca iônica. Os produtos de síntese apresentaram relação SiO2/Al2O3 de 1,2 e uma relação de aproximadamente 80% de zeólita do tipo Na-A. As zeólitas foram usadas como material adsorvente de gás carbônico apresentando capacidade de adsorção entre 492 a 655 mg/g. A maior capacidade de adsorção foi obtida com a zeólita sintetizada a partir das cinzas pesadas. As zeólitas saturadas mostraram-se estáveis em temperatura ambiente e a dessorção do CO2 ocorreu entre 140-150 °C.Artigo IPEN-doc 23106 Otimização da síntese de zeólita na-a de elevada pureza obtida a partir de cinzas volantes de carvão2017 - ROSSATTI, CARLOS; CASTANHO, DAVI; IZIDORO, JULIANA de C.; FUNGARO, DENISE A.A queima do carvão mineral para a produção de energia elétrica gera diversos tipos de resíduos. Entre os resíduos gerados, encontram-se os seguintes tipos de cinzas: leves e pesadas. No Brasil, as cinzas volantes e leves correspondem a 85% do total de cinzas produzidas, enquanto que as cinzas pesadas correspondem a somente 15%. Uma das formas de mitigar o impacto ambiental proveniente da disposição inadequada das cinzas é o desenvolvimento de metodologia para a produção de material de valor agregado, como por exemplo, zeólita de elevada pureza, o qual possibilita inúmeras aplicações em diversos ramos de atividade. O objetivo deste trabalho foi otimizar a síntese de zeólita de elevada pureza do tipo Na-A a partir das cinzas volantes de carvão por meio da redução do tempo total do processo. A síntese foi realizada em duas etapas: a primeira consistiu na fusão alcalina das cinzas volantes e a segunda no tratamento hidrotérmico. Diferentes tempos de tratamento hidrotérmico foram testados até a obtenção de zeólita com elevado grau de pureza com uma redução de 4 h na segunda etapa da síntese. Os materiais sintetizados foram caracterizados pelas técnicas de difratometria de raios X e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados de difração de raios X indicaram que os materiais sintetizados apresentaram fases cristalinas idênticas para a zeólita do tipo Na- A quando comparadas ao banco de dados. As microfotografias dos nanomateriais sintetizados apresentaram estruturas na forma cúbica, típicas desse tipo de material. Concluiu-se por meio do presente estudo que é possível reduzir o tempo total da síntese de duas etapas, enquanto é mantido o alto grau de pureza da zeólita Na-A produzida a partir das cinzas, sendo que dessa forma a obtenção desse material alternativo possa ser mais vantajosa do ponto de vista de economia de recursos.