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Tipo do documento: Tese
Título: Sais de tutton mistos MIMII(SO4)2(H2O)6 (MI = NH4, K; MII = Co, Ni) e suas correspondentes fases langbeinitas como materiais de armazenamento de calor termoquímico
Título(s) alternativo(s): Mixed tutton salts MIMII(SO4)2(H2O)6 (MI = NH4, K; MII = Co, Ni) and their corresponding langbeinite phases as thermochemical heat storage materials
Autor: LOPES, Jardel Bruno De Oliveira 
Primeiro orientador: CARVALHO, Rossano Lang
Primeiro membro da banca: CARVALHO, Rossano Lang
Segundo membro da banca: ANTONELLI, Eduardo
Terceiro membro da banca: LEITE, Douglas Marcel Gonçalves
Quarto membro da banca: SANTOS, Adenilson Oliveira dos
Quinto membro da banca: FAÇANHA FILHO, Pedro de Freitas
Resumo: Neste trabalho, os sais de Tutton mistos MI 2MII(SO4)2(H2O)6 (em que MI = NH4, K e MII = Co, Ni) e suas correspondentes fases Langbeinitas foram sintetizados e investigados como materiais de armazenamento de calor termoquímico. Os sais de Tutton precursores individuais também foram considerados para proposta de comparação. Composição elementar, propriedades térmicas e vibracionais e transformações/transições de fase foram características examinadas além dos parâmetros de aplicação termoquímica. Os sais (NH4)0,75K1,25Co(SO4)2(H2O)6 ≡ AKCoSH, (NH4)0,85K1,15Ni(SO4)2(H2O)6 ≡ AKNiSH e (NH4)0,93K1,07Co0,31Ni0,69(SO4)2(H2O)6 ≡ AKCoNiSH exibiram temperaturas de carregamento entre 342-367 K e altas densidades de energia armazenada (~ 2,3-2,6 GJ/m3 ). As eficiências térmicas teóricas atingiram 48-53%. AKCoSH e AKNiSH desidratados mostraram completa reidratação e reversibilidade estrutural após 18 h sob condições de sistema aberto (299 K, H2O atmosférico, e 58% UR). Os resultados sustentam que a introdução de diferentes cátions nos sítios monovalente ([NH4] + e K+ ) e divalente (Co2+ e Ni2+) em uma estrutura do tipo Tutton produz um comportamento térmico intermediário, o que pode ser valioso para sintonizar parâmetros termoquímicos. Langbeinitas do tipo K2MII2(SO4)3 derivadas de Tuttons mistos AKCoSH e AKNiSH por meio de tratamento térmico, também mostram sorções de H2O (incorporada à estrutura) durante ensaios de reidratação em função do tempo. Apenas uma reversibilidade parcial foi demonstrada após 24 horas, formando predominantemente sais de Tutton K2MII(SO4)2(H2O)6 e hidratos de sulfato metálico MII(SO4)(H2O)6, uma vez que a amônia foi perdida durante o aquecimento. Por outro lado, AKCoNiSH mostrou uma alta ciclabilidade, isto é, uma elevada capacidade de desidratar e reidratar por pelo menos 10 ciclos sem sofrer degradação significativa. Os resultados obtidos aqui demostram que os sais de Tutton mistos são potenciais candidatos para sistemas termoquímicos de armazenamento de energia, destinados a aplicações de pequeno porte.
Abstract: In this work, mixed Tutton salts MI 2MII(SO4)2(H2O)6 (where MI = NH4, K and MII = Co, Ni) and their corresponding Langbeinites phases were synthesized and investigated as thermochemical heat storage materials. Individual precursor Tutton salts have also been considered for comparison proposals. Elemental composition, thermal and vibrational properties, and phase transformations/transitions were features examined, along with thermochemical application parameters. The salts (NH4)0,75K1,25Co(SO4)2(H2O)6 ≡ AKCoSH, (NH4)0,85K1,15Ni(SO4)2(H2O)6 ≡ AKNiSH and (NH4)0,93K1,07Co0,31Ni0,69(SO4)2(H2O)6 ≡ AKCoNiSH exhibited charging temperatures between 342-367 K and high energy storage densities (~ 2.3-2.6 GJ/m3 ), The theoretical thermal efficiencies reached 48-53%. Dehydrated AKCoSH and AKNiSH showed complete rehydration and structural reversibility after 18 hours under open system conditions (299 K, atmospheric H2O, and 58% RH). The results support that the introduction of different cations into the monovalent ([NH4] + and K+ ) and divalent (Co2+ and Ni2+) sites in a Tutton-type structure produces intermediate thermal behavior, which may be valuable for tuning thermochemical parameters. K2MII2(SO4)3 type Langbeinites, derived from the mixed Tutton salts AKCoSH and AKNiSH by thermal treatment, also show H2O sorption (incorporated into the structure) during rehydration tests as a function of time. Only partial reversibility was demonstrated after 24 hours, predominantly forming Tutton salts K2MII(SO4)2(H2O)6 and metallic sulfate hydrates MII(SO4)(H2O)6 since the ammonia was lost during heating. On the other hand, AKCoNiSH showed high cyclability, i.e., a high ability to dehydrate and rehydrate for at least 10 cycles without significant degradation. The results obtained here demonstrate that mixed Tutton salts are potential candidates for thermochemical energy storage systems intended for small-scale applications.
Palavras-chave: sais de Tutton;
langbeinitas;
crescimento de cristais;
transições e transformações de fase;
armazenamento de calor termoquímico
Tutton salts;
langbeinites;
crystal growth;
transitions and phase transformations;
thermochemical heat storage
Área(s) do CNPq: Química
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Maranhão
Sigla da instituição: UFMA
Departamento: DEPARTAMENTO DE FÍSICA/CCET
Programa: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DOS MATERIAIS/CCSST
Citação: LOPES, Jardel Bruno De Oliveira. Sais de tutton mistos MIMII(SO4)2(H2O)6 (MI = NH4, K; MII = Co, Ni) e suas correspondentes fases langbeinitas como materiais de armazenamento de calor termoquímico. 2024. 74 f. Tese (Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Materiais/CCSST) - Universidade Federal do Maranhão, Imperatriz, 2024.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/6615
Data de defesa: 13-Nov-2024
Aparece nas coleções:TESE DE DOUTORADO - PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DOS MATERIAIS/CCSST

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