Automatização do método de concentração micelar crítica (CMC) para calcular a capacidade de troca de cátions (CTC) em argilas bentoníticas

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Silva Neto, João Antonio da
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal da Paraíba
Brasil
Engenharia de Materiais
Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
UFPB
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
CMC
CEC
Link de acesso: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/32205
Resumo: In order for bentonite clay to fulfill all its functions, its physicochemical and rheological properties must be carefully controlled to ensure its good performance. Thus, accurately characterizing the Cation Exchange Capacity (CEC) is crucial to guarantee the quality of the analyzed material. Therefore, a commonly used method to calculate the CEC is through methylene blue adsorption, which involves titration of this compound in a solution containing clay, observing the color change to determine the adsorbed quantity, reflecting the sample's CEC. In this context, it has been found that CEC can also be calculated from the Critical Micelle Concentration (CMC) of the surfactant titrated in a clay-containing solution. Thus, the determination of CEC occurs by measuring turning points through the solution's electrical conductivity. However, despite CMC proving to be a more objective method, it still presents a degree of subjectivity. Furthermore, both the methylene blue method and CMC require the execution of repetitive tasks for sample handling, compound dosing, process variable control, and manual conductivity measurement, which constitutes a repetitive and exhaustive mechanical process. Given that measurements in the CMC method can be automatically calibrated, process automation proves to be the best solution to make it more efficient and effective. Consequently, the results for CEC calculation will be more accurate, and the generated data will be more reliable. As a result, in addition to providing more security and promoting process standardization, automation of the procedure through dedicated equipment will mitigate errors in identifying the turning point. Initially, it was determined that conductivity measurement should be performed using a sensor and a system that processes this information to be displayed in real-time on a screen, similar to a typical data acquisition and supervision system. In these circumstances, the development of equipment becomes feasible by employing an embedded system on a single-board computer and using free and open-source technologies. Once monitoring strategies and algorithms were defined, eight samples of different bentonites were characterized using methylene blue as a surfactant. For comparison purposes, tests were conducted in the traditional way and using the equipment. Uniquely, conductivity measurement and the identification of the turning point were carried out in an automated manner, precisely calculating the CEC of the evaluated samples and displaying the result in real-time. The process automation proved to be highly effective and efficient for evaluating the CEC of samples.
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In this context, it has been found that CEC can also be calculated from the Critical Micelle Concentration (CMC) of the surfactant titrated in a clay-containing solution. Thus, the determination of CEC occurs by measuring turning points through the solution's electrical conductivity. However, despite CMC proving to be a more objective method, it still presents a degree of subjectivity. Furthermore, both the methylene blue method and CMC require the execution of repetitive tasks for sample handling, compound dosing, process variable control, and manual conductivity measurement, which constitutes a repetitive and exhaustive mechanical process. Given that measurements in the CMC method can be automatically calibrated, process automation proves to be the best solution to make it more efficient and effective. Consequently, the results for CEC calculation will be more accurate, and the generated data will be more reliable. As a result, in addition to providing more security and promoting process standardization, automation of the procedure through dedicated equipment will mitigate errors in identifying the turning point. Initially, it was determined that conductivity measurement should be performed using a sensor and a system that processes this information to be displayed in real-time on a screen, similar to a typical data acquisition and supervision system. In these circumstances, the development of equipment becomes feasible by employing an embedded system on a single-board computer and using free and open-source technologies. Once monitoring strategies and algorithms were defined, eight samples of different bentonites were characterized using methylene blue as a surfactant. For comparison purposes, tests were conducted in the traditional way and using the equipment. Uniquely, conductivity measurement and the identification of the turning point were carried out in an automated manner, precisely calculating the CEC of the evaluated samples and displaying the result in real-time. The process automation proved to be highly effective and efficient for evaluating the CEC of samples.NenhumaPara que a argila bentonita possa exercer todas as suas funções, suas propriedades físico-químicas e reológicas devem ser cuidadosamente controladas como forma de garantir o seu bom desempenho. Assim, caracterizar com precisão a Capacidade de Troca Catiônica (CTC) é fundamental para garantir a qualidade do material analisado. À vista disso, um método comumente usado para calcular a CTC é por adsorção de azul de metileno, que envolve a titulação desse composto numa solução contendo argila, observando a variação na cor para determinar a quantidade adsorvida, o que reflete a CTC da amostra. Nesse contexto, constatou-se que a CTC também pode ser calculada a partir da CMC do tensoativo titulado numa solução contendo argila. Dessa forma, a determinação da CTC ocorre medindo os pontos de virada através da condutividade elétrica da solução. Dessa maneira, a despeito da CMC se mostrar um método mais objetivo, ainda apresenta um grau de subjetividade. Ademais, tanto o método do azul de metileno, quanto a CMC demandam a execução de tarefas repetitivas para movimentação de amostras, dosagem de compostos, controle das variáveis de processo e medição manual da condutividade, ou seja, um processo mecânico repetitivo e exaustivo. Visto que as medições realizadas no método da CMC podem ser aferidas de forma automática, a automatização do processo se mostra a melhor solução para torná-lo mais eficiente e eficaz. Deste modo, os resultados para cálculo da CTC serão mais precisos e os dados gerados serão mais confiáveis. Por consequência, além de proporcionar mais segurança e promover padronização do processo, a automatização do procedimento através de um equipamento dedicado acarretará na mitigação dos erros na identificação do ponto de virada. Primeiramente, determinou-se que a mensuração da condutividade fosse feita com sensor e um sistema que processe essas informações para ser exibidas em tempo real numa tela, tal qual um sistema de supervisão e aquisição de dados típico. Nessas circunstâncias, o desenvolvimento de um equipamento torna-se viável empregando um sistema embarcado num computador de placa única e usando tecnologias livres e de código aberto. Uma vez definidas as estratégias e algoritmos de monitoramento, foram caracterizadas oito amostras de diferentes bentonitas usando azul de metileno como tensoativo. Para fins de comparação, os ensaios foram realizados do modo tradicional e usando o equipamento. De forma inédita, a medição de condutividade e a identificação do ponto de virada foram realizados de maneira automatizada, calculando precisamente a CTC das amostras avaliadas e exibindo o resultado em tempo real. A automatização do processo se mostrou muito eficaz e eficiente para avaliação da CTC de amostras.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia de MateriaisPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de MateriaisUFPBFerreira, Heber Sivinihttp://lattes.cnpq.br/4481989037518681Silva Neto, João Antonio da2024-10-17T13:19:50Z2023-12-182024-10-17T13:19:50Z2023-12-18info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/32205porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2024-10-18T06:05:48Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/32205Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufpb.br/oai/requestdiretoria@ufpb.br||bdtd@biblioteca.ufpb.bropendoar:25462024-10-18T06:05:48Repositório Institucional da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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