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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-9852-9943
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Produção de nanopartículas monodispersas em aerossóis utilizando separação em campo elétrico
Alternate title (s): Production of monodyperse nanoparticles in aerosols using separation in electric field
Author: Gomes, Thais Logetto Caetité
First Advisor: Arouca, Fábio de Oliveira
Second Counselor: Damasceno, João Jorge Ribeiro
First member of the Committee: Lobato, Fran Sérgio
Second member of the Committee: Damasceno, Marcelo Maia Ribeiro
Summary: A ampla variedade de aplicações de materiais particulados na indústria moderna, aliada as crescentes preocupações a respeito dos seus riscos potenciais à saúde humana e ao meio ambiente, impulsionaram estudos relacionados à produção, controle e classificação de nanopartículas. Analisadores de Mobilidade Diferencial ou DMAs (Differential Mobility Analyzers) são equipamentos comumente utilizados para a classificação de nanopartículas polidispersas em aerossóis. A geometria típica de um DMA consiste em dois cilindros concêntricos. No cilindro interno são aplicadas diferentes tensões elétricas negativas, enquanto o cilindro externo é aterrado, gerando um campo elétrico entre eles. As nanopartículas positivas são atraídas pelo cilindro interno, descrevendo diferentes trajetórias axiais. Aquelas que apresentam estreita faixa de mobilidade elétrica são coletadas por uma pequena fenda de classificação, a partir da qual obtém-se o aerossol monodisperso. Os analisadores comerciais são equipamentos que possuem preço muito elevado no mercado, o que acaba limitando a sua utilização. Por isso, este trabalho teve como objetivo avaliar o desempenho de um classificador de mobilidade elétrica de torre longa (Long-DMA), projetado e construído na FEQ/UFU, para a classificação de nanopartículas polidispersas de aerossóis disponíveis. O equipamento consiste em dois cilindros concêntricos de aço inoxidável, de forma que o cilindro interno era energizado por uma fonte de alta tensão, enquanto o cilindro externo era aterrado. O aerossol polidisperso utilizado nos experimentos era gerado pela atomização da solução de NaCl, que foi empregada nas concentrações de 0,1; 0,5 e 1 g.L-1. Um balanço de mobilidade foi proposto, baseado na distribuição de cargas de Wiedensohler, a fim de estimar as distribuições teóricas de tamanhos de nanopartículas dos aerossóis monodisperso e de excesso. Com a realização dos procedimentos experimentais constatou-se que o Long-DMA foi capaz de produzir aerossóis monodispersos para todas as concentrações salinas avaliadas, evidenciando o seu potencial para a classificação de nanopartículas. As comparações entre os resultados experimentais e teóricos mostraram que o balanço de mobilidade proposto conseguiu descrever de forma satisfatória as distribuições referentes ao aerossol monodisperso, principalmente para a solução menos concentrada. Vale ressaltar que o custo do equipamento projetado foi de aproximadamente 10% do valor do equipamento comercial, o que representa uma grande vantagem para a sua utilização.
Abstract: The wide range of applications of particulate materials in modern industry, allied with growing concerns about its potential risks to human health and the environment have boosted studies related to the production, control and classification of nanoparticles. Differential Mobility Analyzers (DMAs) are equipment commonly used for the classification of polydisperse nanoparticles in aerosols. The typical geometry of a DMA consists in two concentric cylinders. In the inner cylinder are applied different negative electrical voltages, while the outer cylinder is grounded, generating an electric field between them. Positive nanoparticles are attracted by the inner cylinder, describing different axial trajectories. Those that present a narrow range of electric mobility are collected by a small classification slot, from which the monodisperse aerosol is obtained. Commercial analyzers are equipment that have very high prices in the market, which ends up limiting its use. The aim of this study was to evaluate the performance of a Long Differential Mobility Analyzer (Long-DMA), designed and built at FEQ/UFU, for the classification of polydisperse nanoparticles of available aerosols. The equipment consists of two concentric stainless steel cylinders, so that the inner cylinder was energized by a high voltage source while the outer cylinder was grounded. The polydisperse aerosol used in the experiments was generated by the atomization of the NaCl solution, with concentrations of 0,1; 0,5 and 1 g.L-1. A mobility balance was proposed, based on the Wiedensohler charge distribution, in order to estimate the theoretical distributions of nanoparticles sizes of monodisperse and excess aerosols. With the accomplishment of the experimental procedures it was verified that the Long-DMA was able to produce monodisperse aerosols for all the saline concentrations evaluated, evidencing its potential for the classification of nanoparticles. Comparisons between the experimental and theoretical results showed that the proposed mobility balance was able to describe satisfactorily the distributions related to monodisperse aerosol, especially for the less concentrated solution. It is worth mentioning that the cost of the designed equipment was approximately 10% of the commercial equipment value, which represents a great advantage for its use.
Keywords: Aerossóis
Aerosols
Classificação de Nanopartículas
Nanoparticle Classification
Analisadores de Mobilidade Elétrica
Electrical Mobility Analyzers
DMA
DMA
Engenharia Química
Nanopartículas - Classificação
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: GOMES, Thais Logetto Caetité Gomes. Produção de nanopartículas monodispersas em aerossóis utilizando separação em campo elétrico - Uberlândia. 2018. 89 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2018.1190.
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2018.1190
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/23133
Date of defense: 12-Jul-2018
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