Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10923/10324
Type: doctoralThesis
Title: Aplicação de nanoparticulas de SnO2 e zeólitas em sensores para metano de mina de carvão
Author(s): Abruzzi, Rafael Colombo
Advisor: Dedavid, Berenice Anina
Pires, Marçal José Rodrigues
Publisher: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Graduate Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia de Materiais
Issue Date: 2017
Keywords: DETECTORES
NANOPARTÍCULAS
ENGENHARIA DE MATERIAIS
Abstract: O controle de emissões de gases se torna cada vez mais rigoroso, então um monitoramento de processos e informações mais precisas e diversificadas são exigidos no que se refere a poluição do ar e agentes tóxicos. Em ambientes de trabalho, há a necessidade cada vez maior de sensores de gases com desempenho superior. Os sensores de estado sólido para gases se baseiam no princípio fundamental de que alguns óxidos metálicos semicondutores, como o SnO2, são muito reativos na superfície, onde o analito adsorve, mudando a resistência elétrica do óxido, sendo este um processo reversível, possibilitando assim a detecção de espécies gasosas. O presente trabalho apresenta resultados de testes realizados desde a síntese do óxido de estanho nanoestruturado por diferentes métodos até a confecção do sensor de estado sólido para monitorar gás metano oriundo de minas de carvão fóssil. Zeólitas foram utilizadas para melhorar a seletividade do sensor, assim como a validação de frascos alternativos para coleta de amostras de gás. Quanto a caracterização do SnO2, os resultados das análises de MEV-FEG, MET e DRX indicaram estruturas nanométricas. Os ensaios de adsorção de gás em pellets de zeólitas apontaram que a zeólita 13X apresenta uma maior eficiência na adsorção de CO2 quando comparada com outros adsorventes, o que possibilita sua aplicação como filtro para melhorar a seletividade do sistema sensor. Os frascos FA_BR se mostraram eficientes quando comparados com frascos coletores comerciais, para coleta e estocagem de CO, CO2 e CH4. O sensor se mostrou sensível para CH4 nas diferentes concentrações e temperaturas avaliadas principalmente quando dopado com Pd (ER3B1 e ER3B2) e com menores tamanhos de partículas (ER1A), assim como a zeólita 13X em pellets se mostrou eficiente para tornar o sensor mais seletivo ao CH4 na presença de CO2.
Given that emissions control has become increasingly more rigorous, monitoring processes that require more precise and diversified information with regard to air pollution and toxic agents is inevitable. In the workplace, there is an increasing need for gas sensors with superior performance. Solid state sensors for gases are based on the fundamental principle that some metal oxide semiconductors such as SnO2 are very reactive on the surface where the analyte is adsorbed, changing the electric resistance of the oxide, which is in and of itself a reversible process, thus enabling the detection of gaseous species. This study presents test results obtained from the synthesis of nanostructured tin oxide by different methods until the production of the solid state sensor to monitor methane gas from coal mines. Zeolites were used to improve the selectivity of the sensor, as well as the validation of alternative flasks to collect gas samples. Regarding the characterization of SnO2, the analysis results of FESEM, TEM and XRD indicated nanometric structures. The gas adsorption tests on zeolite pellets showed that the zeolite 13X has a higher efficiency in adsorption of CO2 compared with other adsorbents, enabling its application as a filter for improving the selectivity of the sensor system. The AV_BR flasks were efficient when compared to commercial flasks for the collection and storage of CO, CO2 and CH4. The sensor was sensitive for CH4 at different concentrations and temperatures evaluated, mainly when doped with Pd (ER3B1 and ER3B2) and with smaller particle sizes (ER1A), as well as 13X pellets zeolite was efficient to make the sensor more selective to CH4 in the presence of CO2.
URI: http://hdl.handle.net/10923/10324
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