dc.contributor.author | Oliveira, Alessandro Estarque de | |
dc.date.accessioned | 2022-10-07T16:56:07Z | |
dc.date.available | 2022-10-07T16:56:07Z | |
dc.date.issued | 2022-09-30 | |
dc.identifier.citation | DE OLIVEIRA, Alessandro Estarque. Estudos sobre a produção de nanofibras de PVA via electrospinning e sua aplicação em filtração de nanoaerossóis. 2022. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16825. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16825 | |
dc.description.abstract | Poly(vinyl alcohol) nanofibers for air filtration were produced by electrospinning using citric acid and different concentrations of Triton X-100 surfactant. Filtration tests with nanoparticles (5.94–224.7 nm) and tests of resistance to humid air streams were performed. It was found that there was an optimum concentration of surfactant (0.25% wt.) that provided the highest quality factors for nanofiltration. The median fiber size, filter porosity, thickness of the filter medium, and the Darcyan permeability constant were strongly dependent on the concentration of Triton X-100 in the polymer solution. The filters were resistant to humidity, with a maximum 4.1% change of the pressure drop after 60 min exposure to an air stream at ~15 cm/s with 90% R.H. In this work, theoretical studies were also carried out: theoretical expressions of viscous flow of gas relative to fibers were applied for the evaluation of the enhanced efficiency of a micro-fibrous filter medium after coating it with electrospun nanofibers. An extended form of the Kuwabara hydrodynamic factor was used to cover the particle size range considered (5.94–224.7 nm). A Boltzmann particle charge distribution (as applied in the experiments) was assumed and the effects of the main particle deposition mechanisms were considered. The absolute errors in the efficiency were ±5% for particles in the size range 50-200 nm, which confirmed the better fits obtained with the assumptions adopted in this work. The collection efficiency was greatly enhanced by the addition of nanofibers (increasing from 6.39 to 94.2% for 200 nm NaCl particles), due to predominance of the diffusional mechanism and interception due to diffusion for particles with sizes up to 150 nm, while interception of particles flowing with the air streamlines was most important for larger particles. Also, theoretical and semi-empirical models of air permeability of packed beds and fibrous beds were used in order to obtain the porosity of micro-fibrous and nano-fibrous mats. Porosity values using Davies’ correlation provided the best accuracy for experimental data of collection efficiency of >100 nm NaCl particles. The models were also used to compare the porosities obtained according to this technique with the porosities obtained from the grammage, providing accordance between the results (deviation up to 0.07% for 94 nm fibers using Davies’ equation and the lowest deviation of -0.02% using Pich’s model when 15 μm fibers were evaluated). Design of an HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning) system was also performed, allowing the application of the produced PVA nanofibers in the retention of viral particulate emitted in a room and PM2.5 coming from the outside. It was verified that the most economical configuration achieved after 167 minutes the concentration below the threshold value recommended by the World Health Organization. | eng |
dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) | por |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | por |
dc.language.iso | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
dc.subject | Nanofibras | por |
dc.subject | Nanopartículas | por |
dc.subject | Filtração de Ar | por |
dc.subject | Electrospinning | eng |
dc.subject | Aerossóis | por |
dc.title | Estudos sobre a produção de nanofibras de PVA via electrospinning e sua aplicação em filtração de nanoaerossóis | por |
dc.title.alternative | Studies on the production of PVA nanofibers by electrospinning and their application in the filtration of nanoaerosols | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.contributor.advisor1 | Béttega, Vádila Giovana Guerra | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/2654712372684137 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Aguiar, Mônica Lopes | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/0431688649128529 | por |
dc.description.resumo | Nanofibras de álcool polivinílico (PVA) foram produzidas via electrospinning usando ácido cítrico como agente reticulante e diferentes concentrações do surfactante Triton X-100. Testes de filtração com nanopartículas (5,94–224,7 nm) e testes de resistência a correntes úmidas foram realizados. Foi verificado um valor ótimo de concentração de surfactante (0,25% m/m) que forneceu maiores fatores de qualidade para nanofiltração. A mediana de tamanho de fibra, a porosidade do leito, a espessura de meio filtrante e a constante de permeabilidade Darcyana foram fortemente dependentes da concentração de Triton X-100 na solução polimérica. Os meios filtrantes de nanofibras foram resistentes à umidade, com máximo de 4,1% de variação da queda de pressão do filtro limpo mesmo após exposição de ar a ~15 cm/s com 90% U.R. durante 60 minutos. Neste trabalho, também foram realizados estudos teóricos: expressões teóricas de escoamento viscoso de gás relativo a fibras foram aplicadas para a predição do aumento da eficiência de um meio filtrante de microfibras após recobri-lo com nanofibras eletrofiadas. Uma forma estendida do fator hidrodinâmico de Kuwabara foi usada para avaliar a faixa de tamanho de partícula considerada (5,94–224,7 nm). Uma distribuição de Boltzmann de carga elétrica do particulado (como aplicado nos experimentos) foi assumida e os efeitos dos principais mecanismos de deposição de partícula foram considerados. Os erros absolutos de eficiência foram de ±5% para partículas na faixa entre 50 e 200 nm, confirmando o melhor ajuste dos dados a partir das hipóteses adotadas neste trabalho. Houve maior eficiência de coleta com a adição das nanofibras (de 6,39 a 94,2% para partículas de NaCl de 200 nm de diâmetro), devido à preponderância dos mecanismos de difusão e interceptação guiada por difusão para partículas de até 150 nm, a partir do qual a interceptação das partículas que seguiam as linhas de corrente de ar se tornou proeminente. Modelos teóricos e semiempíricos de permeabilidade de ar de leitos de partículas e leitos fibrosos foram usados para obter a porosidade de leitos de microfibras e nanofibras. As porosidades obtidas pelo modelo de Davies forneceram maior acurácia com os dados experimentais de eficiência de coleta para partículas de NaCl maiores que 100 nm. Os modelos foram usados para comparar a porosidade advinda desta técnica com porosidades obtidas a partir da densidade do material sólido, fornecendo boa concordância entre os resultados (desvios de até 0,07% para fibras de 94 nm usando a equação de Davies e o menor desvio de -0,02% usando o modelo de Pich para fibras de 15 μm). O projeto de um sistema HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning) também foi realizado, no qual foi possível avaliar o uso das nanofibras de PVA produzidas na retenção de partículas virais emitidas em um cômodo e partículas PM2,5 advindas do ambiente externo. Verificou-se que o sistema mais econômico atingiu após 167 minutos uma concentração de partículas abaixo do limite recomendado pela Organização Mundial de Saúde. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA | por |
dc.description.sponsorshipId | Processo nº 141299/2019-3, Cnpq | por |
dc.description.sponsorshipId | CAPES: código de financiamento - 001 | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/2654712372684137 | por |