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Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Avaliação do desempenho de um analisador eletrostático de baixo custo para classificação de tamanhos de nanopartículas
Alternate title (s): Performance evaluation of a low cost electrostatic analyzer for size nanoparticles classification
Author: Camargo, Eduarda Cristina de Matos
First Advisor: Arouca, Fábio de Oliveira
First member of the Committee: Damasceno, João Jorge Ribeiro
Second member of the Committee: Lobato, Fran Sérgio
Third member of the Committee: Pereira, Marina Seixas
Fourth member of the Committee: Arruda, Edu Barbosa
Fifth member of the Committee: Dalcin, Maurielem Guterres
Summary: Atualmente, fala-se muito em nanotecnologia, sendo que esta ciência apresenta uma enorme gama de aplicações, seja em indústrias de eletrônicos, farmacêutica, de filtros de ar, entre outras, além da sua importância quando se trata de questões ambientais. Para produção e controle de qualidade de partículas com dimensões nanométricas, existe o Nano Analisador de Mobilidade Elétrica comercial (Nano-DMA, do inglês Differential Mobility Analyzer). Um equipamento semelhante a este, porém com custo inferior, foi projetado e construído no Laboratório de Tecnologia de Nanoaerossóis da FEQUI/UFU, para separação de partículas nanométricas de um aerossol polidisperso, a fim de classificá-las de acordo com sua distribuição de tamanho, produzindo uma corrente monodispersa. Este analisador de mobilidade elétrica constitui-se por dois eletrodos cilíndricos concêntricos, em que se aplica uma tensão no cilindro interno, ao passo que o cilindro externo é aterrado, estabelecendo-se um campo elétrico entre eles. Realiza-se a passagem do aerossol polidisperso entre o espaçamento dos cilindros e, através de um contador de partículas, determina-se a concentração das partículas que passam pela fenda de classificação e saem no aerossol monodisperso. Utilizando-se de um atomizador comercial para gerar uma corrente polidispersa de nanopartículas de NaCl, pôde-se constatar que o equipamento projetado era capaz de produzir uma corrente de aerossol monodisperso e observou-se que a concentração de partículas, presentes nos aerossóis formados, aumentava com o aumento da concentração salina utilizada. Foram realizados testes no Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal de São Carlos (DEQ/UFSCar), utilizando um analisador comercial (SMPS) da marca TSI. Estes testes possibilitaram a comparação dos resultados experimentais (obtidos com o Nano-DMA) com os teóricos (advindos do balanço de distribuição de cargas e dos valores encontrados pelo SMPS para o aerossol de entrada), mostrando a eficiência do Nano-DMA projetado na FEQUI/UFU. Constatou-se a possibilidade do uso deste equipamento para as mesmas funcionalidades de um SMPS comercial, como: medição da qualidade do ar em ambientes internos; exaustão de veículos; e, em pesquisas com bioaerossóis. Vale ressaltar que o custo do equipamento projetado, juntamente com o contador de partículas, foi de aproximadamente 22% do valor do equipamento comercial, o que representa uma grande vantagem para a sua utilização. Verificou-se também a representatividade do balanço de mobilidade para classificação de nanopartículas, baseado nas distribuições de cargas, para os aerossóis de entrada (exceto para partículas menores que 20 nm, devido ao efeito browniano), monodisperso e de excesso.
Abstract: There is a lot of speak about nanotechnology, and this science has a range of applications, such as electronics, pharmaceutical, air filters, among others, besides its importance when if comes to environmental issues. For production and quality control of nanometer-sized particles, there is the Nano-DMA (Differential Mobility Analyzer). Similar equipment, but with a lower cost, was designed and built in the FEQUI / UFU NanoAerosol Technology Laboratory to separate nanometric particles from a polydisperse aerosol in order to classify them according to their size distribution, producing a monodisperse current. This electric mobility analyzer consists of two concentric cylindrical electrodes, where a voltage is applied to inner cylinder, while the outer cylinder is grounded, establishing an electric field between them. The polydispersed aerosol is passed between the spacing of the cylinders and, through a particle counter, the concentration of the particles passing through the apparatus is determined, passing through the classification slot and leaving the monodisperse aerosol. Using a commercial atomizer to generate a polydisperse aerosol of NaCl nanoparticles, it can be seen that the designed equipment was capable of producing a monodisperse aerosol stream and it was observed that the particles concentration present in the aerosols formed, increased with increasing saline concentration. It was performed tests in the Department of Chemical Engineering from the Federal University of São Carlos (DEQ / UFSCar), using a commercial analyzer (SMPS) of rand TSI. These tests allowed the comparison of the experimental results with the theoretical ones, resulting from the balance of load distribution, showing the efficiency of the Nano-DMA projected in FEQUI / UFU. It was verified the possibility of using this equipment for the same functionalities of a commercial SMPS, such as: indoor air quality measurement; vehicles exhaustion; and, in researches with bioaerosols. It is worth mentioning that the cost of the designed equipment was approximately 22% the value of the commercial equipment, which represents a great advantage for its use. It was also verified the representativeness of mobility balance for the nanoparticles classification, based on the charges distributions, for the inlet (except for particles smaller than 20 nm due to Brownian effect), monodisperse and excess aerosols.
Keywords: Nano-DMA
Aerossol Monodisperso
SMPS
Engenharia química
Aerossóis
Nanopartículas
Monodisperse Aerosol
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: CAMARGO, Eduarda Cristina de Matos. Avaliação do Desempenho de um Analisador Eletrostático de Baixo Custo para Classificação de Tamanhos de Nanopartículas. 2019. 134 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2019. Disponível em: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2019.319
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2019.319
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/24576
Date of defense: 18-Feb-2019
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