BR112013014822A2 - destilação de uma mistura química usando um complexo absorvente de radiação eletromagnética para aquecimento - Google Patents

Abstract

DESTILAÇÃO DE UMA MISTURA QUÍMICA USANDO UM COMPLEXO ABSORVENTE DE RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA PARA AQUECIMENTO. Um método de destilação de uma mistura química, o método incluindo recebimento, em um recipiente compreendendo um complexo, da mistura química compreendendo uma pluralidade de elementos fluidos, aplicação de radiação eletromagnética (EM) ao complexo, em que o complexo absorve a radiação EM para gerar calor a uma primeira temperatura, transformação, usando-se o calor gerado pelo complexo, de um primeiro elemento fluido da pluralidade de elementos fluidos da mistura química em um primeiro elemento na forma de vapor e extração do primeiro elemento na forma de vapor do recipiente, onde o complexo é pelo menos um selecionado de um grupo que consiste em nanopartículas de cobre, nanopartículas de óxido de cobre, nanoconchas, nanobastões, grupamentos de carbono, nanoconchas encapsuladas, nanopartículas encapsuladas e nanoestruturas ramificadas.

Description

DESTILAÇÃO DE UMA MISTURA QUÍMICA USANDO UM COMPLEXO ABSORVENTE DE RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA PARA AQUECIMENTO DECLARAÇÃO A RESPEITO DE PESQUISA OU DESENVOLVIMENTO

COM PATROCÍNIO DE ÓRGÃO FEDERAL A presente invenção foi desenvolvida com apoio governamental sob Award Number DE-AC52-06NA25396 aprovada pelo Departamento de Energia. O governo possui alguns direitos na invenção.

REFERÊNCIA CRUZADA COM PEDIDOS RELACIONADOS Este pedido reivindica prioridade sob 35 U.S.C. &$ 119(e) para Pedido de Patente Provisório nos Estados Unidos No. de Série 61/423.250, que é incorporado por referência em sua totalidade.

FUNDAMENTO O processo de destilação de uma mistura química envolve aplicação de uma quantidade controlada de energia (por exemplo, calor) a uma mistura química. A mistura química inclui diversos elementos que têm, cada um deles, diferentes características, tais como um ponto de ebulição. Aplicando-se energia controlada à mistura química na forma fluida, um dos elementos com o mais baixo ponto de ebulição pode evaporar-se enquanto os elementos restantes na mistura química podem permanecer na forma fluida. Como resultado, o elemento que se evaporou pode ser coletado como vapor, extraído do restante da mistura química. O elemento coletado pode então ser condensado de volta para a forma fluida, isolado do restante da mistura química. Esse processo pode ser repetido usando-se quantidades aumentadas de energia para isolar e extrair outros elementos do restante da mistura química.

SUMÁRIO

- Em geral, em um aspecto, a invenção relaciona-se com um método de destilação de uma mistura química, o método incluindo recebimento, em um recipiente compreendendo um complexo, da mistura química compreendendo uma pluralidade de elementos fluidos, aplicação de radiação eletromagnética (EM) ao complexo, em que o complexo absorve a radiação EM para gerar calor a uma primeira temperatura, transformação, usando-se o calor gerado pelo complexo, de um primeiro elemento fluido da pluralidade de elementos fluidos da mistura química em um primeiro elemento na forma de vapor e extração do primeiro elemento na forma de vapor do recipiente, onde o complexo é pelo menos um selecionado de um grupo que consiste em nanopartículas de cobre, nanopartículas de óxido de cobre, nanoconchas, nanobastões, grupamentos de carbono, nanoconchas encapsuladas,

nanopartículas encapsuladas e nanoestruturas ramificadas.

Em geral, em um aspecto, a invenção relaciona-se com um sistema para destilação de uma mistura química, O sistema compreendendo um recipiente que compreende um complexo e configurado para receber a mistura química compreendendo uma pluralidade de elementos, aplicação de radiação eletromagnética (EM) ao complexo, em que o complexo absorve a radiação EM para gerar calor, transformação, usando-se o calor gerado pelo complexo, de um primeiro elemento fluido da pluralidade de elementos fluidos no primeiro recipiente em um primeiro elemento na forma de vapor, onde o restante da pluralidade de elementos fluidos forma uma mistura química modificada no recipiente, onde o complexo é pelo menos um selecionado de um grupo que

3/43 | consiste em nanopartículas de cobre, nanopartículas de - óxido de cobre, nanoconchas, nanobastões, grupamentos de carbono, nanoconchas encapsuladas, nanopartículas encapsuladas e nanoestruturas ramificadas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 mostra um desenho esquemático de um complexo de acordo com uma ou mais modalidades da invenção.

A Figura 2 mostra um fluxograma de acordo com uma ou mais modalidades da invenção.

A Figura 3 mostra um gráfico da absorbância de acordo com uma ou mais modalidades da invenção.

As Figuras 4A-4B mostram gráficos de uma mensuração usando-se espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS) de acordo com uma ou mais modalidades da invenção.

A Figura 5 mostra um gráfico da absorbância de acordo com uma ou mais modalidades da invenção.

A Figura 6 mostra um gráfico de uma mensuração por EDS de acordo com uma ou mais modalidades da invenção.

A Figura 7 mostra um gráfico da absorbância de acordo com uma ou mais modalidades da invenção.

A Figura 8 mostra um fluxograma de acordo com uma ou mais modalidades da invenção.

A Figura 9 mostra um gráfico da absorbância de acordo com uma ou mais modalidades da invenção.

A Figura 10 mostra um gráfico de uma mensuração por EDS de acordo com uma ou mais modalidades da invenção.

As Figuras 11A-11C mostram gráficos da porosidade de estruturas de captura de ouro de acordo com uma ou mais modalidades da invenção.

As Figuras 12A-12C mostram gráficos da perda de massa - de água para vapor de acordo com uma ou mais modalidades da invenção.

As Figuras 13A-13B mostram gráficos da eficiência de captura de energia de acordo com uma ou mais modalidades da invenção.

A Figura 14 mostra um sistema de acordo com uma ou mais modalidades da invenção.

A Figura 15 mostra um fluxograma de um método de destilação de uma mistura química de acordo com uma ou mais modalidades da invenção.

As Figuras 16 a 17 mostram, cada uma, um diagrama unifilar de um sistema modelo para destilação de uma mistura química de acordo com uma ou mais modalidades da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA Modalidades específicas da invenção serão agora descritas em detalhes com referência às figuras anexas. Elementos equivalentes nas várias figuras são denotados pelos números de referência equivalentes para efeito de compatibilidade.

Na descrição detalhada a seguir de modalidades da invenção, numerosos detalhes específicos são demonstrados em ordem para proporcionar uma compreensão mais abrangente da invenção. Entretanto, será evidente para um especialista versado na técnica que a invenção pode ser praticada sem esses detalhes específicos. Em outras circunstâncias, características bem conhecidas não foram descritas em detalhes para evitar complicação desnecessária da descrição.

De modo geral, modalidades da invenção fornecem - destilação de uma mistura química usando-se um complexo absorvente de radiação eletromagnética (EM). Mais especificamente, uma ou mais modalidades da invenção fornecem adição de energia (por exemplo, calor) a uma mistura química (isto é, um fluido que inclui diversos elementos, em que cada elemento possui um ponto de ebulição específico em relação aos outros elementos na mistura química) para separar e extrair um dos elementos da mistura química. Cada elemento separado e extraído da mistura química pode ser substancialmente puro. Por exemplo, argônio extraído do ar por meio de destilação pode ser 95%, porém menos de 100%, puro.

Modalidades da invenção usam complexos (por exemplo, nanoconchas) que têm radiação EM absorvida com a finalidade de produzir a energia usada para gerar o fluido aquecido. A invenção pode fornecer um complexo misturado em uma solução líquida, usada para revestir a parede de um recipiente, integrada com o material do qual um recipiente é feito e/ou de outro modo integrada adequadamente com um recipiente usado para aplicar radiação EM ao complexo. Todas as tubulações e adaptações associadas, bombas, válvulas, instrumentos de medição e outro equipamento descritos, usados ou considerados aqui, seja efetivamente, seja como um especialista versado na técnica imaginaria, foram feitos de materiais resistentes ao calor e/ou ao fluido e/ou ao vapor transportado, transformado, pressurizado, criado ou de outro modo manipulado dentro desses materiais. Uma fonte de radiação EM pode ser qualquer fonte capaz de emitir energia em um ou mais comprimentos de onda. Por exemplo, radiação eletromagnética pode ser qualquer fonte - que emite radiação nas regiões ultravioleta, visível e infravermelha do espectro eletromagnético. Uma fonte de radiação EM pode ser artificial ou ocorrer naturalmente. Exemplos de uma fonte de radiação EM podem incluir, mas não se limitar ao sol, calor residual de um processo industrial e uma lâmpada incandescente. Um ou mais concentradores podem ser usados para intensificar e/ou concentrar a energia emitida por uma fonte de radiação EM. Exemplos de um concentrador incluem, mas não se limitam a, lente(s), calha(s) parabólica(s), espelho(s), pintura preta Ou qualquer combinação deles.

Modalidades desta invenção podem ser usadas em qualquer aplicação residencial, comercial e/ou industrial onde aquecimento de um fluido pode ser necessário. Exemplos de tais aplicações incluem, mas não se limitam a, produção de álcool (por “exemplo, etanol, metanol) como —“um biocombustível de origem vegetal, tratamento químico, produtos químicos e afins (por exemplo, borracha, plásticos, produção têxtil), laboratórios, perfumarias, produtos oriundos do ar (por exemplo, argônio, hidrogênio, oxigênio), fabricação de fármacos e bebidas alcoólicas. Em uma ou mais modalidades, o complexo pode compreender uma ou mais estruturas de nanopartículas incluindo, mas não se limitando a, nanoconchas, nanoconchas revestidas, coloides metálicos, nanobastões, estruturas ramificadas ou coralinas e/ou grupamentos de carbono. Em uma ou mais modalidades, o complexo pode incluir uma mistura de estruturas de nanopartículas para absorver radiação EM. Especificamente, o complexo pode ser destinado a maximizar a absorção da radiação eletromagnética emitida - pelo sol. Além disso, cada complexo pode absorver radiação EM numa faixa específica de comprimentos de onda. Em uma ou mais modalidades, o complexo pode incluir nanoconchas metálicas. Uma “nanoconcha é um núcleo dielétrico substancialmente esférico circundado por uma concha metálica delgada. A ressonância plasmônica de uma nanoconcha pode ser determinada pelo tamanho do núcleo em relação à espessura da concha metálica. Nanoconchas podem ser fabricadas de acordo com Patente nos Estados Unidos

6.685.986, pelo presente, incorporada por referência em sua totalidade. O tamanho relativo do núcleo dielétrico e da concha metálica, bem como as propriedades ópticas do núcleo, da concha e do meio determina a ressonância plasmônica de uma nanoconcha. Consequentemente, o tamanho total da nanoconcha é dependente do comprimento de onda de absorção desejado. Nanoconchas — metálicas podem ser destinadas a absorver ou dispersar luz através das regiões visíveis e infravermelhas do espectro eletromagnético. Por exemplo, uma ressonância plasmônica na proximidade da região infravermelha do espectro (700 nm - 900 nm) pode ter um núcleo de sílica substancialmente esférico com um diâmetro entre 90 nm - 175 nm e uma camada metálica de ouro entre 4 nm - 35 nm.

Um complexo pode também incluir outras estruturas do tipo núcleo-concha, tais como um núcleo metálico com uma ou mais camadas dielétricas e/ou metálicas usando-se os mesmos metais ou metais diferentes. Por exemplo, um complexo pode incluir uma nanopartícula de ouro ou de prata, esférica ou semelhante a bastão, revestida com uma camada dielétrica e adicionalmente revestida com outra camada de ouro ou de - prata. Um complexo pode também incluir outras estruturas do tipo núcleo-concha, tais como nanopartículas do tipo concha metálica oca e/ou conchas de múltiplas camadas.

Em uma ou mais modalidades, um complexo pode incluir uma nanoconcha encapsulada com um dielétrico ou um óxido de elemento terroso raro. Por exemplo, nanoconchas de ouro podem ser revestidas com uma camada de concha adicional feita de sílica, titânio ou óxido de európio.

Em uma modalidade da invenção, os complexos podem ser agregados ou, de outro modo, combinados para criar agregados. Em tais casos, os agregados resultantes podem incluir complexos do mesmo tipo ou complexos de diferentes tipos.

Em uma modalidade da invenção, complexos de diferentes tipos podem ser combinados como agregados, em solução ou embebidos em substrato. Mediante combinação de vários tipos de complexos, uma ampla faixa do espectro EM pode ser absorvida.

A Figura 1 é um desenho esquemático de uma nanoconcha revestida com um óxido de elemento terroso raro adicional de acordo com uma ou mais modalidades da invenção. Tipicamente, uma nanoconcha de ouro possui um núcleo de sílica 102 circundado por uma camada fina de ouro 104.

Conforme estabelecido previamente, o tamanho da camada de ouro é relativo ao tamanho do núcleo e determina a ressonância plasmônica da partícula. De acordo com uma ou mais modalidades da invenção, uma nanoconcha pode então ser revestida com um dielétrico ou uma camada de um elemento terroso raro 106. A camada adicional 106 pode servir para preservar a ressonância plasmônica resultante e proteger a - partícula de quaisquer efeitos de temperatura, tais como fusão da camada de ouro 104. A Figura 2 é um fluxograma de um método de fabricação das nanoconchas revestidas de acordo com uma ou mais modalidades da invenção. Em ST 200, nanoconchas são fabricadas de acordo com técnicas conhecidas. No exemplo do óxido de európio, em ST 202, 20 mL de uma solução de nanoconcha podem ser misturados com soluções de 10 mL de (NH2).CO 2,5 M e 20 mL de 0,1 M Eu(NO;);XxXHO em um recipiente de vidro. Em ST 204, a mistura pode ser aquecida para ebulição por 3-5 minutos em agitação vigorosa. O tempo em que a mistura é aquecida pode determinar a espessura da camada adicional e pode também determinar o número de agregados de nanopartículas na solução. Sabe-se que a formação de agregados da nanoestrutura cria ressonâncias plasmônicas adicionais em comprimentos de onda mais altos que a nanoestrutura individualmente, o que pode contribuir para a energia absorvida pela nanoestrutura com o objetivo de geração de calor. Em ST 206, a reação pode então ser interrompida por imersão do recipiente de vidro em um banho de gelo. Em ST 208, a solução pode então ser purificada por centrifugação e em seguida dispersa novamente no solvente desejado. A camada adicional pode contribuir para a solubilidade das nanopartículas em diferentes solventes. Solventes que podem ser usados em uma ou mais modalidades da invenção incluem, mas não se limitam a, água, amônia, etilenoglicol e glicerina.

Além do európio, Outros exemplos de óxidos de elementos que podem ser usados na fórmula acima incluem,

i mas não se limitam a, érbio, Ssamário, praseodímio e - disprósio.

A camada adicional não é limitada a óxidos terrosos raros.

Qualquer revestimento da partícula que pode resultar em um ponto de fusão mais elevado, melhor solubilidade em determinado solvente, melhor deposição em determinado substrato e/ou controle sobre o número de agregados ou sobre a ressonância plasmônica da partícula pode ser usado.

Exemplos dos outros revestimentos que podem ser usados incluem, mas não se limitam a, sílica, dióxido de titânio, revestimentos à base de polímeros, camadas adicionais formadas por metais ou ligas metálicas e/ou combinações deles.

A Figura 3 é um espectro de absorbância de três estruturas de nanopartícula que podem ser incluídas em um complexo de acordo com uma ou mais modalidades descritas aqui.

Na Figura 3, um espectro de nanopartícula de ouro 308 pode ser projetado selecionando-se as dimensões do núcleo e da concha para se obter um máximo de ressonância plasmônica em -800 nm.

A Figura 3 também inclui um espectro 310 de nanoconcha de ouro encapsulada com EuzO;, em que a nanoconcha de ouro encapsulada com Eu,z0; é fabricada usando- se as mesmas nanoconchas do espectro 308 de nanoconcha.

Como pode ser observado na Figura 3, pode haver alguma agregação de partículas na adição da camada de óxido de európio.

Entretanto, o grau de agregação de partículas pode ser controlado por meio de variação do tempo de reação descrito acima.

A Figura 3 também inclui um espectro 312 de coloide de ouro esférico com diâmetro de -100 nm que pode ser usado para absorver radiação eletromagnética em uma região diferente do espectro eletromagnético.

Nos exemplos específicos da Figura 3, as nanoconchas de ouro . encapsuladas com Eu7z0; podem ser misturadas com os coloides de ouro para construir um complexo que absorve qualquer radiação EM de 500 nm a mais de 1.200 nm. As concentrações das diferentes estruturas de nanopartículas podem ser manipuladas para se conseguir a absorção desejada do complexo.

Determinações por espectroscopia fotoeletrônica de raios X (XPS) e/ou espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS) podem ser usadas para investigar a composição química e a pureza das estruturas de nanopartículas no complexo. Por exemplo, a Figura 4A mostra um espectro por XPS de acordo com uma ou mais modalidades da invenção. As determinações por XPS foram adquiridas com um espectrofotômetro fotoeletrônico de raios X PHI Quantera. A Figura 4A mostra O espectro por XPS em diferentes regiões espectrais correspondendo aos elementos da nanoconcha encapsulada com óxido de európio. A Figura 4A mostra a representação do espectro por XPS das energias de ligação para Eu (3d 5/2) em 1130 eV 414, Eu (2d 3/2) em 1160 ev 416, Au (4f 7/2) em 83,6 eV 418 e Au (4f 5/2) em 87,3 ev 420 de nanoconchas encapsuladas com óxido de európio. Para comparação, a Figura 4B mostra um espectro por XPS de coloides de óxido de európio que podem ser fabricados de acordo com métodos conhecidos no assunto. A Figura 4B mostra a representação dos espectros por XPS das energias de ligação para Eu (3d 5/2) em 1130 eV 422 e Eu (2d 3/2) em 1160 eV 424 de coloides de óxido de európio. Em uma ou mais modalidades da invenção, o complexo pode incluir nanopartículas metálicas sólidas encapsuladas

| com uma camada adicional conforme descrito acima.

Por exemplo, empregando-se os métodos descritos acima, nanopartículas metálicas sólidas podem ser encapsuladas usando-se sílica, titânio, európio, érbio, samário, praseodínio e disprósio.

Exemplos de nanopartículas metálicas sólidas incluem, mas não se limitam a, nanopartículas esféricas de ouro, prata, cobre ou níquel ou nanobastões metálicos sólidos.

O metal específico pode ser escolhido com base na ressonância, ou absorção, plasmônica da nanopartícula quando encapsulada.

Os elementos de encapsulação podem ser escolhidos com base na compatibilidade química, na capacidade dos elementos de encapsulação de aumentar o ponto de fusão da estrutura da nanopartícula encapsulada e na ressonância, ou absorção, plasmônica coletiva de uma solução das nanoestruturas encapsuladas ou na ressonância plasmônica da coleção de nanoestruturas encapsuladas quando depositadas em um substrato.

Em uma ou mais modalidades, o complexo pode também incluir coloides de cobre.

Coloides de cobre podem ser sintetizados usando-se um método de redução química na fase da solução.

Por exemplo, 50 mL de solução aquosa 0,4 M de L-ácido ascórbico, 0,8 M de polivinil-piridina (PVP) e 0,01 M de nitreto de cobre (II) podem ser misturados e aquecidos a 70 graus Celsius até que a cor da solução se altere de um verde-azulado para uma cor vermelha.

A alteração de cor indica a formação de partículas de cobre.

A Figura 5 é um espectro experimental e teórico de acordo com uma ou mais modalidades da invenção.

A Figura 5 inclui um espectro de absorção experimental 526 de coloides de cobre de acordo com uma ou mais modalidades da invenção. Portanto, coloides de cobre podem ser usados para absorver radiação eletromagnética na faixa de 550 nm a 900 nm.

A Figura 5 também inclui um espectro de absorção teórico 528 calculado usando-se a teoria da dispersão de Mie. Em uma ou mais modalidades, a teoria da dispersão de Mie pode ser usada para determinar teoricamente a absorbância de uma ou mais estruturas de nanopartículas para calcular e prever a absorbância total do complexo. Assim, o complexo pode ser desenvolvido para maximizar a absorbância de radiação eletromagnética solar. Referindo-se à Figura 6, é mostrado um espectro por EDS de coloides de cobre de acordo com uma ou mais modalidades da invenção. O espectro por EDS dos coloides de cobre confirma a existência de átomos de cobre pelos picos de aparência 630. Durante as determinações por EDS, as partículas são depositadas em um substrato de silicone, conforme evidenciado pela presença do pico de silicone 632. Em uma ou mais modalidades, o complexo pode incluir nanopartículas de óxido de cobre. Nanoestruturas de óxido de cobre podem ser sintetizadas por 20 ml. de solução aquosa de 62,5 mM de Cu(NO;3), sendo diretamente misturados com 12 mL de NHOH sob agitação. A mistura pode ser misturada vigorosamente a aproximadamente 80ºC por 3 horas, quando então a temperatura é reduzida para 40ºC e a solução é agitada por uma noite. A cor da solução altera-se de uma cor azul para uma cor preta indicando a formação da nanoestrutura de óxido de cobre. As nanoestruturas de óxido de cobre podem então ser lavadas e ressuspensas em água mediante centrifugação. A Figura 7 mostra a absorção de nanopartículas de óxido de cobre de acordo com uma ou mais ' modalidades da invenção. A absorbância das nanopartículas de óxido de cobre 734 pode ser usada para absorver radiação eletromagnética na região de -900 nm a além de 1.200 nm.

Em uma ou mais modalidades da invenção, o complexo pode incluir nanoestruturas ramificadas. Um especialista versado na técnica perceberá que modalidades da invenção não são limitadas estritamente a estruturas de ouro ramificadas. Por exemplo, estruturas ramificadas de prata, níquel, cobre ou platina podem também ser usadas. A Figura 8 é um fluxograma do método de fabricação de estruturas de ouro ramificadas de acordo com uma ou mais modalidades da invenção. Em ST 800, uma solução aquosa de HAuCl, a 1% pode ser curada por duas a três semanas. Em ST 802, uma solução de polivinil-piridina (PVP) pode ser preparada por dissolução de 0,25 gq em aproximadamente 20 mL de solução de etanol e redimensionada com água até um volume final de 50 mL. Em ST 804, 50 mL da solução de HAuUCl, a 1% e 50 mL da solução de PVP podem ser diretamente misturados com 50 mL de solução aquosa de L-ácido ascórbico 0,4 M sob agitação. A cor da solução pode tornar-se imediatamente azul-escura a preta que indica a formação de uma nanoestrutura com aspecto de flores ou de corais. Em seguida, em ST 806, as nanoestruturas de Au podem então ser lavadas e ressupensas em água mediante centrifugação. Em outras palavras, as nanoestruturas de ouro ramificadas podem ser sintetizadas por meio de redução no L-ácido ascórbico de íons de cloroaurato aquoso em temperatura ambiente com adição de PVP como Oo agente de revestimento. O polímero PVP de revestimento pode estabilizar as nanoestruturas de ouro

| ramificadas impedindo que elas se agreguem. Além disso, as ' nanoestruturas de ouro ramificadas podem formar uma matriz do tipo polímero porosa.

A Figura 9 mostra a absorção de uma solução de nanoestruturas de ouro ramificadas de acordo com uma ou mais modalidades da invenção. Como pode ser visto na Figura 9, o espectro de absorção 936 das nanoestruturas de ouro ramificadas é quase plano por uma ampla faixa espectral, que pode resultar em absorção de fóton consideravelmente elevada. A amplitude do espectro 936 das nanoestruturas de ouro ramificadas pode decorrer da diversidade estrutural das nanoestruturas de ouro ramificadas Ou, em outras palavras, dos efeitos coletivos que podem originar-se como uma média dos ramos individuais da nanoestrutura ramificada/coralina de ouro.

A Figura 10 mostra determinações por EDS das nanoestruturas de ouro ramificadas de acordo com uma Ou mais modalidades da invenção. As determinações por EDS podem ser realizadas para pesquisar a composição química e a pureza das nanoestruturas de ouro ramificadas. Além disso, os picos 1038 nas determinações por EDS das nanoestruturas de ouro ramificadas confirmam a presença de átomos de Au nas nanoestruturas de ouro ramificadas.

A Figura 11 mostra uma análise de distribuição da área de superfície e do tamanho do poro de Brunauer-Emmett- Teller (BET) dos ramos de acordo com uma ou mais modalidades da invenção. A área de superfície e o tamanho do poro por BET podem ser representados para caracterizar as nanoestruturas ramificadas. A Figura 11A apresenta as isotérmicas de adsorção e desadsorção de uma amostra

| rodeada de ouro calcinada a 150ºC por 8 horas. As ' isotérmicas podem exibir uma isotérmica do tipo IV com alças de histerese de N, em ramo de desadsorção conforme mostrado. Como mostrado na Figura 11A, as isotérmicas podem ser relativamente planas na região de baixa pressão (P/P, < 0,7). Além disso, as isotérmicas de adsorção e desadsorção podem ser completamente superpostas, um fato que pode demonstrar que a adsorção das amostras na maioria das vezes provavelmente ocorre nos poros. Na região de pressão elevada relativa, as isotérmicas podem formar uma alça em virtude do fenômeno de aglomeração por capilaridade. A Figura 11B apresenta uma distribuição de tamanho do poro bimodal, mostrando o primeiro pico 1140 no diâmetro do poro de 2,9 nm e o segundo pico 1142 em 6,5 nm. A Figura 11C mostra as representações gráficas por BET de nanoestruturas de ouro ramificadas de acordo com uma ou mais modalidades da invenção. Um valor de 10,84 mº/g foi calculado para a área de superfície específica neste exemplo usando-se uma equação de BET de múltiplos pontos.

Em uma ou mais modalidades da invenção, as nanoestruturas de ouro ramificadas dispersas em água podem aumentar os locais de nucleação para ebulição, absorver energia eletromagnética, reduzir a existência de bolhas em razão de temperatura de superfície elevada e alta porosidade e aumentar a turbulência interfacial e a temperatura do gradiente de água e o movimento browniano das partículas. A eficiência de uma solução de complexo ramificado de ouro pode ser alta porque ela pode permitir que todo o fluido seja envolvido no processo de ebulição.

Conforme demonstrado nas figuras e no texto acima, de

| acordo com uma ou mais modalidades da invenção, o complexo : pode incluir diversas nanoestruturas específicas diferentes escolhidas para maximizar a absorção do complexo em uma região desejada do espectro eletromagnético.

Além disso, o complexo pode ser suspenso em diferentes solventes, tais como água ou etilenoglicol.

Ademais, oO complexo pode ser depositado em uma superfície de acordo com técnicas conhecidas.

Por exemplo, um agente de ligação molecular ou polimérico pode ser usado para fixar o complexo em uma superfície, ao mesmo tempo permitindo que um solvente seja aquecido quando exposto ao complexo.

O complexo pode também ser embebido em uma matriz ou material poroso.

Por exemplo, o complexo pode ser embebido em um material da matriz polimérico ou poroso formado para ser inserido em uma modalidade particular conforme descrito adiante.

Por exemplo, o complexo poderia ser formado em um cartucho removível.

Como outro exemplo, um meio poroso (tal como fibra de vidro) pode ser embebido com o complexo e colocado no interior de um recipiente contendo um fluido para ser aquecido.

O complexo pode também ser formado em moldes em uma ou mais modalidades descritas adiante para maximizar a superfície do complexo e, desse modo, maximizar a absorção de radiação EM.

Além disso, complexo o pode ser embebido em uma coluna acondicionada ou revestido em bastões inseridos em uma ou mais modalidades descritas adiante.

As Figuras 12A-12C mostram gráficos da perda de massa e aumento da temperatura de diferentes nanoestruturas que podem ser usadas em um complexo de acordo com uma ou mais modalidades da invenção.

Os resultados mostrados nas Figuras 12A-12C foram realizados para monitorar a perda de massa de uma solução de nanoestruturas por 10 minutos sob luz solar (Figura 12B) versus iluminação com laser de diodo não pulsado em 808 nm (Figura 12A). Na Figura 12A, a perda de massa versus tempo de iluminação com laser em 808 nm é mostrada para nanoconchas revestidas com Eu,0; 1244, nanoconchas de ouro não revestidas 1246 e nanopartículas de ouro com um diâmetro de -100 nm 1248. Sob exposição a laser, como pode ser esperado a partir da absorbância mostrada na Figura 3, com iluminação em 808 nm, as nanoconchas revestidas e não revestidas exibem uma perda de massa decorrente da absorbância da radiação eletromagnética incidente em 808 nm. Além disso, como a absorbância é menor em 808 nm, o diâmetro de 100 nm do colóide de ouro exibe pouca perda de massa com iluminação em 808 nm. Na Figura 12A, as nanopartículas de Au demonstraram uma taxa de perda menor que foi aproximadamente a mesma daquela da água porque o comprimento de onda do laser foi reduzido a partir da frequência da ressonância plasmônica. A maior perda de massa foi obtida por adição de uma camada ao redor das nanoconchas de ouro, onde o espectro de absorção da partícula foi aproximadamente o mesmo do espectro solar (ver Figura 3). Na Figura 12B, é mostrada a perda de massa como uma função do tempo sob exposição ao sol de acordo com uma ou mais modalidades da invenção. Na Figura 12B, a perda de massa sob exposição ao sol com uma potência média de 20 W é mostrada para nanoconchas revestidas com EuzO; 1250, nanoconchas de ouro não revestidas 1252, nanopartículas de ouro com um diâmetro de -100 nm 1254 e um controle de água

1256. Como no exemplo prévio, a maior perda de massa pode ser obtida por adição de um elemento terroso raro ou uma ' camada dielétrica ao redor de uma nanoconcha. As curvas de perda de massa resultantes nas Figuras 12A e 12B mostram taxas significativas de evaporação de água para nanoconchas de ouro revestidas com Euz0;. A perda de massa pode ser discretamente maior sob radiação solar porque as partículas foram capazes de absorver luz de uma faixa mais ampla de comprimentos de onda. Além disso, o efeito coletivo dos agregados estende oO espectro de absorção das nanopartículas revestidas de óxido, Oo que pode ajudar a amplificar ainda mais o efeito de aquecimento e criar áreas locais de temperatura elevada, ou pontos quentes locais. Os agregados podem também permitir um aumento significativo nas taxas de ebulição em razão das forças auto-organizadoras. A camada de óxido pode intensificar ainda mais a geração de vapor por aumento da área de superfície da nanopartícula, proporcionando assim mais locais de nucleação de ebulição por partícula, ao mesmo tempo conservando as propriedades de absorção luminosa da nanoestrutura.

A Figura 12C mostra Oo aumento de temperatura versus tempo sob exposição a laser em 808 nm de acordo com uma ou mais modalidades da invenção. Na Figura 12C, O aumento de temperatura sob exposição a laser em 808 nm é mostrado para nanoconchas revestidas com Eu,zO; 1258, nanoconchas de ouro não revestidas 1260, nanopartículas de ouro com um diâmetro de -100 nm 1262 e um controle de água 1264. Como pode ser esperado, a temperatura das soluções das diferentes nanoestruturas que podem ser incluídas no complexo aumenta graças à absorção da radiação eletromagnética incidente da nanoestrutura específica e à conversão da radiação ' eletromagnética absorvida em calor. A Figura 13A é um gráfico da eficiência de aprisionamento solar de acordo com uma ou mais modalidades da invenção. Para quantificar a eficiência de aprisionamento de energia do complexo, vapor é gerado em um frasco e regulado por meio de um bocal simétrico convergente-divergente. O vapor é então resfriado e coletado para um banho em gelo mantido a 0ºC. O bocal serve como isolante entre a pressão elevada no aquecedor e a pressão baixa no banho de gelo e pode estabilizar o fluxo de vapor. Então, é permitido que o vapor mantenha um estado dinâmico estável para propósitos de aquisição de dados. Na Figura 13A, a eficiência de captura de energia solar (n) da água (i) e de nanoconchas revestidas de Eu O; (ii) e nanoestruturas de ouro ramificadas (iii) é mostrada. A eficiência técnica resultante da formação de vapor pode ser estimada em 80% para o complexo de nanoconcha revestida e de 95% para um complexo de ouro ramificado. Para comparação, a água tem aproximadamente eficiência de 10% nas mesmas condições.

Em uma ou mais modalidades da invenção, a concentração do complexo pode ser modificada para maximizar a eficiência do sistema. Por exemplo, no caso em que o complexo está em solução, a concentração das diferentes nanoestruturas que compõem o complexo para absorção de radiação EM pode ser modificada para otimizar a absorção e, desse modo, otimizar a eficiência total do sistema. No caso em que o complexo é depositado em uma superfície, a cobertura da superfície pode ser modificada correspondentemente.

i Na Figura 13B, a eficiência da geração de vapor versus ' concentração de nanopartículas de ouro para aquecimento solar e elétrico de acordo com uma ou mais modalidades da invenção é mostrada. os resultados mostram uma intensificação na eficiência tanto para a fonte elétrica 1366 quanto para a solar 1368, confirmando que a taxa de nucleação na bolha aumenta de acordo com a concentração do complexo.

Em concentrações elevadas, o complexo provavelmente forma pequenos agregados com pequenos espaços entre estruturas.

Esses espaços podem criar “pontos quentes”, onde a intensidade do campo elétrico pode ser substancialmente aumentada, causando um aumento na temperatura da água ao redor.

A intensificação da absorção sob energia elétrica 1366 não é tão dramática quanto aquela sob potência solar 1368 porque o espectro solar inclui fótons energéticos nas faixas NIR, visível e UV que não estão presentes no espectro do aquecedor elétrico.

Em concentrações mais elevadas, a eficiência de geração de vapor começa a estabilizar-se, indicando um comportamento de saturação.

Isto pode resultar de um efeito de proteção pelas partículas nas regiões mais externas do frasco, que pode servir como corpo negro virtual ao redor das partículas na solução total.

A Figura 14 mostra um sistema de destilação 1400 usando um complexo de acordo com uma ou mais modalidades da invenção.

O sistema de destilação 1400 inclui um ou mais sistemas de geração de calor (por exemplo, sistema de geração de calor 1 1410, sistema de geração de calor N 1450) e um ou mais destiladores químicos (por exemplo, destilador químico 1 1420, destilador químico N 1460). Cada sistema de geração de calor (por exemplo, sistema de ' geração de calor 1 1410, sistema de geração de calor N 1450) inclui, opcionalmente, uma fonte de radiação EM (por exemplo, fonte de radiação EM 1 1414, fonte de radiação EM N 1454) e um concentrador de radiação EM (por exemplo, concentrador de radiação EM 1 1412, concentrador de radiação EM N 1452). Cada um dos destiladores químicos (por exemplo, destilador químico 1 1420, destilador químico N 1460) inclui uma fonte de mistura química (por exemplo, fonte de mistura química 1 1422, fonte de mistura química N 1462), um recipiente (por exemplo, recipiente 1 1424, recipiente N 1464), um coletor de vapor (por exemplo, coletor de vapor 1 1426, coletor de vapor N 1466) e, opcionalmente, um condensador (por exemplo, condensador 1 1428, condensador N 1468), uma bomba (por exemplo, bomba 1 1430, bomba N 1470), um medidor de pressão (por exemplo, medidor de pressão 1 1432, medidor de pressão N 1472), um medidor de temperatura (por exemplo, medidor de temperatura 1 1434, medidor de temperatura N 1474), um tanque de armazenamento (por exemplo, tanque de armazenamento 1 1436, tanque de armazenamento N 1476), um agitador (por exemplo, agitador 1 1438, agitador N 1478). Cada um desses componentes é descrito com relação à Figura 14 adiante. Um especialista versado na técnica perceberá que modalidades da invenção não são limitadas à configuração mostrada na Figura 14.

Cada componente mostrado na Figura 14, bem como qualquer outro componente implicado e/ou descrito, mas não mostrado na Figura 14, pode ser configurado para receber material de um componente (isto é, um componente a montante) do sistema de destilação 1400 e enviar material ' (seja o mesmo material recebido, seja material que foi alterado de alguma maneira [por exemplo, vapor para fluido]) para outro componente (isto é, componente a jusante) do sistema de destilação 1400. Em todos os casos, o material recebido do componente a montante pode ser liberado através de uma série de tubos, bombas, válvulas e/ou outros dispositivos para controle de fatores associados ao material recebido tais como taxa de fluxo, temperatura e pressão do material recebido à medida que ele entra no componente. Além disso, o fluido e/ou vapor pode ser liberado para o componente a jusante por meio de uma série de tubos, bombas, válvulas e/ou outros dispositivos para controle de fatores associados ao material enviado tais como taxa de fluxo, temperatura e pressão do material enviado à medida que ele deixa o componente.

Em uma ou mais modalidades da invenção, cada sistema de geração de calor 1410 (por exemplo, sistema de geração de calor 1 1410, sistema de geração de calor N 1450) do sistema de destilação 1400 é configurado para fornecer radiação EM. Cada sistema de geração de calor pode ser luz ambiente, como a produzida pelo sol ou por uma ou mais lâmpadas incandescentes em uma sala. Opcionalmente, em uma ou mais modalidades da invenção, cada fonte de radiação EM (por exemplo, fonte de radiação EM 1 1414, fonte de radiação EM N 1454) é qualquer outra fonte capaz de emitir radiação EM com um comprimento de onda ou uma faixa de comprimentos de onda. Uma fonte de radiação EM pode ser um fluxo de gás combustível derivado de um processo de combustão que usa um combustível fóssil, incluindo, mas não se limitando a, carvão, óleo combustível, gás natural, ' gasolina e propano. Em uma ou mais modalidades da invenção, o fluxo de gás combustível é criado durante a produção de calor e/ou potência elétrica usando-se um aquecedor para aquecer água com o emprego de um ou mais combustíveis fósseis. O fluxo de gás combustível pode também ser criado durante algum outro processo industrial, incluindo, mas não se limitando a, produção de substâncias químicas, refino de petróleo e fabricação de aço. O fluxo de gás combustível pode ser condicionado antes de ser recebido por um sistema de geração de calor. Por exemplo, um produto químico pode ser adicionado ao fluxo de gás combustível ou a temperatura do fluxo de gás combustível pode ser regulada de alguma maneira. O condicionamento do fluxo de gás combustível pode ser realizado usando-se um sistema separado destinado para tal propósito.

Em uma ou mais modalidades da invenção, cada fonte de radiação EM é qualquer outra fonte natural e/ou artificial capaz de emitir um ou mais comprimentos de onda de energia.

A fonte de radiação EM pode também ser uma combinação adequada de fontes de radiação EM, seja emitindo energia pelos mesmos comprimentos de onda, seja por comprimentos de onda diferentes.

Opcionalmente, em uma ou mais modalidades da invenção, cada concentrador de radiação EM (por exemplo, concentrador de radiação EM 1 1412, concentrador de radiação EM N 1452) é um dispositivo usado para intensificar a energia emitida por uma fonte de radiação EM. Exemplos de um concentrador de radiação EM incluem, mas não se limitam a, uma ou mais lentes (por exemplo, lentes de Fresnel, lentes biconvexas,

menisco negativo, lentes simples, lentes complexas), uma calha parabólica, uma pintura preta, um ou mais discos, uma distribuição de múltiplos elementos (por exemplo, lentes, discos) ou qualquer combinação adequada deles. Um concentrador de radiação EM pode ser usado para aumentar a taxa em que a radiação EM é absorvida pelo complexo.

Em uma ou mais modalidades da invenção, cada destilador químico (por exemplo, destilador químico 1 1420, destilador químico N 1460) do sistema de destilação 1400 é configurado para receber uma mistura química de uma fonte de mistura química (por exemplo, fonte de mistura química 1 1422, fonte de mistura química N 1462) em um recipiente (por exemplo, recipiente 1 1424, recipiente N 1464) para gerar um elemento na forma de vapor. Uma fonte de mistura química (por exemplo, fonte de mistura química 1 1422, fonte de mistura química N 1462) está onde a mistura química se origina. Em uma ou mais modalidades da invenção, uma fonte de mistura química contém uma mistura da mistura química, que inclui diversos elementos (por exemplo, compostos, impurezas, sólidos). Uma fonte de mistura química pode ser qualquer tipo de fonte de uma mistura química, incluindo, mas não se limitando a, óleo bruto, vinagre, gases atmosféricos (incluindo no estado líquido) e uma solução que compreende álcool (por exemplo, ácidos graxos misturados com um álcool, um ou mais solventes misturados com um álcool, uma solução fermentada). A mistura química pode ser qualquer tipo de fluido. Exemplos de uma mistura química podem incluir, mas não se limitar a, um óleo (bruto doce leve, bruto pesado, de origem vegetal), vinagre, soluções —“fermentadas (por exemplo, soluções alcoólicas), gases atmosféricos, gás natural, combustíveis ' de madeira, petroquímicos e combustíveis de origem vegetal.

Em uma ou mais modalidades da invenção, um recipiente (por exemplo, recipiente 1 1424, recipiente N 1464) mantém a mistura química e facilita a transferência de energia (por exemplo, calor) para a mistura química com o objetivo de gerar vapor de um ou mais elementos na mistura química.

Um recipiente pode ser desenvolvido e configurado par operar sob pressão.

Como uma questão inicial, um especialista versado na técnica em destilação perceberá que há vários diferentes métodos de manutenção da destilação (por exemplo, destilação por lotes, destilação contínua) e diversos modelos e/ou métodos diferentes de processamento (por exemplo, destilação por vácuo, destilação em coluna, destilação azeotrópica, destilação por refrigeração, destilação por vapor, destilação por fracionamento, anéis de Raschig, destilação extrativa, destilação simples, destilação molecular, destilação de trajeto curto, pervaporação, destilação relâmpago, destilação reativa, destilação por dessecação, codestilação, evaporação rotativa, destilação de Kugelrohr, destilação por oscilação de pressão). Modalidades desta invenção não criam um novo modelo ou processo de destilação.

Em vez disso, modalidades desta invenção descrevem uma maneira diferente de gerar e fornecer a energia (por exemplo, calor) usada para realizar um processo de destilação existente.

Consequentemente, os vários "componentes mostrados na Figura 14 para um destilador químico (por exemplo, destilador químico 1 1420, destilador químico N 1460), mais outros componentes que podem existir, mas não são descritos aqui, são conhecidos por especialistas versados na técnica. Além disso, embora a Figura 14 mostre sistemas de geração de calor e destiladores químicos múltiplos, um único sistema de geração de calor e um único destilador químico podem ser usados para destilar múltiplos elementos a partir de uma mistura química.

Um recipiente (por exemplo, recipiente 1 1424, recipiente N 1464), ou uma porção dele, pode incluir o complexo. Por exemplo, um recipiente pode incluir uma solução líquida (por exemplo, a mistura química, algum outro material, líquido ou outro diferente, como etilenoglicol ou glicina) que encerra o complexo, ser revestido em uma ou mais superfícies internas com um revestimento do complexo, ser revestido em uma ou mais superfícies externas com um revestimento do complexo, incluir uma matriz porosa em que o complexo está embebido, incluir uma coluna acondicionada que inclui um substrato acondicionado, desse modo, em que o complexo está fixado, incluir bastões ou objetos semelhantes revestidos com o complexo e submersos na solução líquida, ser construído de um material que inclua o complexo ou qualquer combinação deles. Um recipiente pode também ser adaptado para facilitar um ou mais concentradores de radiação EM (não mostrado), conforme descrito acima.

Um recipiente pode ser de qualquer tamanho, material, forma, cor, grau de translucência/transparência ou quaisquer “outras características adequadas para as temperaturas e pressões de operação com o objetivo de produzir a quantidade e o tipo de cada elemento a partir da mistura química destinada para a aplicação. Por exemplo, um ' recipiente pode ser um tanque cilíndrico grande de aço inoxidável mantendo a quantidade de solução que inclui o complexo e com diversas lentes (agindo como concentradores de radiação EM) ao longo da tampa e das paredes superiores. Em tal caso, a solução pode incluir a mistura química a ser aquecida para vaporizar um ou mais elementos da mistura química. Além disso, nesse caso, a mistura química pode incluir propriedades tais que o complexo permaneça na mistura química quando um sistema de filtração (descrito adiante) é usado. Alternativamente, um recipiente químico pode ser um tubo translucente com as superfícies interiores revestidas (uniformemente ou não uniformemente) por um substrato do complexo, onde o tubo é posicionado no ponto focal de uma calha parabólica (agindo como um concentrador de radiação EM) feita de metal reflexivo.

Em uma ou mais modalidades da invenção, um destilador químico inclui um coletor de vapor (por exemplo, coletor de vapor 1 1426, coletor de vapor N 1466). Um coletor de vapor pode ser parte do, ou acoplado ao, recipiente para coletar um ou mais elementos do vapor que são aquecidos e separados da mistura química. Um coletor de vapor pode também ser acoplado a um condensador e/ou um tanque de armazenamento (cada um deles descrito adiante). Um coletor de vapor pode também ser controlado por, ou operado em conjunto com, um ou mais componentes (por exemplo, uma ventoinha, um medidor de temperatura) de um sistema de controle (descrito adiante).

Opcionalmente, em uma ou mais modalidades da invenção, um condensador (por exemplo, condensador 1 1428,

condensador N 1468) de um destilador químico é configurado ' para condensar o elemento na forma de vapor, à medida que é coletado por um coletor de vapor, em um elemento fluido. Um condensador pode usar ar, água ou qualquer outro material/meio adequado para resfriar o elemento na forma de vapor. Um condensador pode também operar sob uma pressão particular, tal como sob vácuo. Um especialista versado na técnica perceberá que um condensador pode ser qualquer tipo de condensador, atualmente conhecido ou a ser descoberto, adaptado para liquefazer um vapor.

Opcionalmente, em uma ou mais modalidades da invenção, um destilador químico inclui um ou mais medidores de temperatura (por exemplo, medidor de temperatura 1 1434, medidor de temperatura N 1474) para determinar uma temperatura em diferentes pontos dentro de um recipiente e/ou outros componentes do destilador químico. Por exemplo, um medidor de temperatura pode ser colocado no ponto em um recipiente onde um elemento na forma de vapor deixa o recipiente (por exemplo, um coletor de vapor). Esse medidor de temperatura pode ser operacionalmente conectado a um sistema de controle (não mostrado) usado para regular a quantidade e/ou a qualidade do elemento na forma de vapor produzido no aquecimento da mistura química. Em uma ou mais modalidades da invenção, um recipiente pode ser pressurizado onde a pressão é registrada e/ou controlada por meio de um medidor de pressão (por exemplo, medidor de pressão 1 1432, medidor de pressão N 1472). Um especialista versado na técnica perceberá que um ou mais sistemas de controle usados para criar fluido aquecido no aquecimento do fluido resfriado pode envolver diversos dispositivos,

incluindo, mas não se limitando a, os medidores de ' temperatura, medidores de pressão, bombas (por exemplo, bomba 1 1430, bomba N 1470), agitadores (por exemplo, agitador 1 1438, agitador N 1478), ventoinhas e válvulas, controlados (manualmente e/ou automaticamente) de acordo com o número de protocolos e procedimentos operacionais. Em uma ou mais modalidades da invenção, o sistema de controle pode ser configurado para manter uma temperatura máxima (ou faixa de temperaturas) de um recipiente de modo que a mistura química mantenha (ou não exceda) uma temperatura predeterminada.

Opcionalmente, em uma ou mais modalidades da invenção, um ou mais dos componentes de um destilador químico podem também incluir um sistema de filtração (não mostrado). Por exemplo, um sistema de filtração pode estar localizado dentro de um recipiente e/ou em algum ponto antes de a mistura química entrar no recipiente. O sistema de filtração pode capturar impurezas (por exemplo, sujidades e outros sólidos, bactérias grandes, material corrosivo) na mistura química que podem não ser úteis ou que podem inibir o processo de destilação. O sistema de filtração pode variar, dependendo de diversos fatores, incluindo, mas não se limitando a, a configuração do vaso, a configuração da fonte da mistura química e as exigências de pureza de um elemento na forma de vapor. O sistema de filtração pode ser integrado com um sistema de controle. Por exemplo, o sistema de filtração pode operar dentro de uma faixa de temperatura mensurada por um ou mais medidores de temperatura.

Opcionalmente, em uma ou mais modalidades da invenção,

uma ou mais bombas (por exemplo, bomba 1 1430, bomba N ' 1470) podem ser usadas no destilador químico. Uma bomba pode ser usada para regular o fluxo da mistura química para um recipiente e/ou o fluxo do elemento fluido a partir de um condensador (por “exemplo, condensador 1 1428, condensador N 1468). Uma bomba pode operar manualmente ou automaticamente (tal como por um sistema de controle, descrito acima). Cada bomba pode operar usando um motor de velocidade variável ou um motor de velocidade fixa. O fluxo da mistura química, um elemento na forma de vapor de um recipiente e/ou um elemento fluido de um condensador podem também ser controlados por gravidade, por uma ventoinha, por diferencial de pressão, por algum outro mecanismo adequado ou por qualquer combinação deles.

Opcionalmente, em uma ou mais modalidades da invenção, um tanque de armazenamento (por exemplo, tanque 1 1436, tanque N 1476) de um destilador químico é configurado para armazenar um ou mais elementos fluidos e/ou elementos na forma de vapor após o elemento na forma de vapor ter sido extraído de um recipiente. Em algumas modalidades da invenção, o tanque de armazenamento pode ser um recipiente ou um coletor de vapor.

A Figura 15 mostra um fluxograma para um método de destilação de uma mistura química de acordo com uma ou mais modalidades da invenção. Embora as várias etapas nesse fluxograma sejam apresentadas e descritas sequencialmente, qualquer especialista versado na técnica perceberá que algumas etapas ou todas elas podem ser executadas em diferentes ordens, podem ser combinadas ou omitidas e algumas etapas ou todas elas podem ser executadas em paralelo. Além disso, em uma ou mais modalidades da ' invenção, uma ou mais das etapas descritas adiante podem ser omitidas, repetidas e/ou realizadas em uma ordem diferente. Além disso, uma pessoa com especialidade no assunto perceberá que etapas adicionais, omitidas na Figura 15, podem ser incluídas na realização desse método. Portanto, a disposição das etapas mostrada na Figura 15 não deve ser considerada como limitante do propósito da invenção.

Com referência à Figura 15, na Etapa 1502, um mistura química é recebida em um recipiente. Em uma ou mais modalidades da invenção, o recipiente inclui um complexo. A mistura química pode ser qualquer líquido. A mistura química pode incluir dois ou mais elementos. O recipiente pode ser pressurizado e pode ser qualquer recipiente capaz de manter um volume da mistura química. Por exemplo, o recipiente pode ser um tubo, uma câmara ou algum outro recipiente apropriado. Em uma ou mais modalidades da invenção, o recipiente é adaptado para manter suas características (por exemplo, forma, propriedades) sob temperaturas e/ou pressões elevadas por períodos prolongados de tempo. O complexo pode ser parte de uma solução dentro do recipiente, um revestimento no lado externo do recipiente, um revestimento no lado interno do recipiente, integrado como parte do material do qual o recipiente é feito, integrado com o recipiente de algum outro modo ou qualquer combinação apropriada do mesmo. A mistura química pode ser recebida de qualquer fonte adequada para fornecer a mistura química. A mistura química pode ser recebida no recipiente por gravidade, diferencial de pressão, uma bomba, uma válvula, um regulador, algum ' outro dispositivo para controlar o fluxo da mistura química ou qualquer combinação apropriada dos mesmos.

Opcionalmente, na Etapa 1504, radiação EM enviada por uma fonte de radiação EM (descrita acima em relação à Figura 14) para o recipiente é concentrada.

Em uma ou mais modalidades da invenção, a radiação EM é concentrada usando-se um concentrador de radiação EM, conforme descrito acima com relação à Figura 14. Por exemplo, a radiação EM pode ser concentrada usando-se uma ou mais lentes ou uma calha parabólica.

Em uma ou mais modalidades da invenção, a radiação EM é concentrada simplesmente por exposição do recipiente à radiação EM.

Na Etapa 1506, a radiação EM é aplicada ao complexo.

Em uma ou mais modalidades da invenção, o complexo absorve a radiação EM para gerar calor.

O calor pode ser em determinada temperatura.

A radiação EM pode ser aplicada à totalidade ou a uma porção do complexo contido no recipiente.

A radiação EM pode também ser aplicada a um intermediário que, por sua vez, aplica a radiação EM (direta ou indiretamente, tal como por convecção) ao complexo.

Um sistema de controle usando, por exemplo, um ou mais medidores de temperatura pode regular a quantidade de radiação EM aplicada ao complexo, controlando assim a quantidade de calor (e temperatura associada) gerada pelo complexo em um dado momento.

Potência requerida por qualquer componente no sistema de controle pode ser fornecida por qualquer uma de diversas fontes externas (por exemplo, uma bateria, uma distribuição solar fotovoltaica, uma corrente alternada, uma corrente contínua).

Na Etapa 1508, um elemento fluido da mistura química é ' aquecido para gerar um elemento na forma de vapor. Em outras palavras, a mistura química é aquecida a uma temperatura (descrita acima com relação à Etapa 1506) que excede o ponto de ebulição de um dos elementos na mistura química, mas é inferior ao ponto de ebulição de cada um dos outros elementos na mistura química. Em uma ou mais modalidades da invenção, a mistura química é aquecida usando-se o calor gerado pelo complexo. Um sistema de controle pode ser usado para monitorar e/ou regular a temperatura da mistura química e/ou do elemento na forma de vapor. O elemento na forma de vapor que é extraído do recipiente pode ser armazenado em um tanque de armazenamento, condensado (usando-se, por exemplo, um condensador) em um elemento fluido e armazenado em um tanque de armazenamento, enviado diretamente para outro processo ou, de outro modo, adequadamente armazenado e/ou usado.

Na Etapa 1510, O elemento na forma de vapor é extraído do recipiente. Em uma ou mais modalidades da invenção, uma bomba, um diferencial de pressão e/ou uma ventoinha são usados para extrair o elemento na forma de vapor do recipiente. A extração do elemento na forma de vapor do recipiente pode ser controlada por um sistema de controle. Por exemplo, uma ventoinha de um sistema de controle pode operar quando a mistura química alcança uma temperatura limite dentro do recipiente, conforme registrado por um medidor de temperatura. Na Etapa 1512, é feita uma determinação sobre a possibilidade de outro elemento ser extraído do restante da mistura química (isto é, os elementos da mistura química ' que não foram prontamente extraídos). Se nenhum outro elemento for extraído da mistura química, então o processo termina. Se outro elemento for extraído da mistura química, então o processo prossegue para a Etapa 1514. A determinação sobre a possibilidade de outro elemento ser extraído do restante da mistura química pode ser uma decisão manual (por exemplo, um operador do processo de destilação ajusta um ou mais controles para um ou mais componentes do sistema de destilação) ou uma decisão automática (por exemplo, um sistema de controle foi pré- programado para extrair determinados elementos da mistura química).

Na Etapa 1514, radiação EM adicional é aplicada ao complexo. Em uma ou mais modalidades da invenção, oO complexo absorve a radiação EM adicional para gerar calor. O calor nessa Etapa 1514 pode ser em determinada temperatura que é mais elevada do que a temperatura descrita acima com relação à Etapa 1506. A radiação EM pode ser aplicada à totalidade ou a uma porção do complexo contido no recipiente. A radiação EM pode também ser aplicada a um intermediário que, por sua vez, aplica a radiação EM (direta ou indiretamente, tal como por convecção) ao complexo. Um sistema de controle pode regular a quantidade de radiação EM adicional aplicada ao complexo, controlando assim a quantidade de calor (e o aumento associado na temperatura) gerada pelo complexo em determinado momento. Na Etapa 1516, um elemento fluido adicional do restante da mistura química é aquecido para gerar um elemento na forma de vapor adicional. Em outras palavras, a Í mistura química é aquecida a uma temperatura aumentada (descrita acima com relação à Etapa 1514) que excede oO ponto de ebulição do elemento adicional no restante da mistura química, mas é inferior ao ponto de ebulição de cada um dos outros elementos no restante da mistura química. Em uma ou mais modalidades da invenção, o restante da mistura química é aquecido usando-se o calor gerado pelo complexo. Um sistema de controle pode ser usado para monitorar e/ou regular a temperatura do restante da mistura química e/ou do elemento na forma de vapor adicional. Na Etapa 1518, o elemento na forma de vapor adicional é extraído do recipiente. Em uma ou mais modalidades da invenção, uma bomba, um diferencial de pressão e/ou uma ventoinha são usados para extrair o elemento na forma de vapor adicional do recipiente. A extração do elemento na forma de vapor adicional do recipiente pode ser comandada por um sistema de controle. Por exemplo, uma ventoinha de um sistema de controle pode operar quando o restante da mistura alcança "uma temperatura limite dentro — do recipiente, conforme registrado por um medidor de temperatura. O elemento na forma de vapor adicional que é extraído do recipiente pode ser armazenado em um tanque de armazenamento, condensado (usando, por exemplo, um condensador) em um elemento fluido adicional e armazenado em um tanque de armazenamento, enviado diretamente para outro processo ou, de outro modo, adequadamente armazenado e/ou usado. Após a conclusão da Etapa 1518, O processo é revertido para a Etapa 1512.

As Figuras 16 e 17 mostram exemplos de várias modalidades da invenção. Especificamente, as Figuras 16 e 17 mostram sistemas de destilação usando modalidades da invenção.

Exemplo - Destiladores múltiplos Considere o seguinte exemplo, mostrado na Figura 16, que descreve um processo para destilação de uma mistura química de acordo com uma ou mais modalidades descritas acima. Neste exemplo, a mistura química origina-se de uma fonte de mistura química 1 1602. A fonte de mistura química 1 pode ser qualquer fonte de uma mistura química, incluindo, mas não se limitando a, recipientes misturadores, gases atmosféricos, um aquecedor, um tonel de produtos químicos e um tanque de óleo bruto. A mistura química pode ser tratada ou não tratada. A mistura química pode também ser filtrada ou não filtrada. A mistura química pode ser extraída da fonte de mistura química 1 1602 usando-se gravidade, diferencial de pressão, uma bomba 1606, uma válvula, uma ventoinha, pressão hidráulica, qualquer outro método apropriado de extração ou movimentação da mistura química ou qualquer combinação dos mesmos. Neste exemplo, uma bomba 1606 é usada.

A mistura química pode ser extraída da fonte de mistura química 1 1602 através de uma tubulação 1604 antes de alcançar um recipiente 1616 com o complexo. O complexo pode ser incorporado ao recipiente 1616 de uma dentre diversas maneiras. Por exemplo, o complexo pode ser aplicado a uma ou mais superfícies internas do recipiente. Nesse caso, o complexo pode não ser aplicado uniformemente (isto é, não uniformemente), de modo que uma grande quantidade de área de superfície do complexo pode entrar em contato direto com o recipiente. A grande quantidade de ' área de superfície pode permitir maior transferência de calor do recipiente (isto é, do complexo) para a mistura química. O complexo pode também ser aplicado uniformemente (isto é, completamente) à superfície interna do recipiente. Alternativamente, o complexo pode ser aplicado à superfície externa do recipiente como uma cobertura uniforme. O complexo pode também ser aplicado ao, ou integrado com o, tubo 1607 através do qual a mistura química flui para alcançar o recipiente. Um especialista versado na técnica perceberá que a integração do complexo com o recipiente e/ou com o tubo (ou qualquer outro componente que entra em contato com a mistura química) pode ocorrer de qualquer uma dentre diversas maneiras.

Neste exemplo, o complexo é suspenso na mistura química 1618 no recipiente 1616. O complexo é configurado para absorver radiação EM de uma fonte de radiação EM (por exemplo, fonte de radiação EM 1 1612, fonte de radiação EM 2 1636). Com a absorção da radiação EM, o complexo gera calor. Quando um concentrador de radiação EM é usado, tal como a lente 1614 mostrada na Figura 16, a radiação EM absorvida pelo complexo torna-se mais intensa, o que aumenta o calor gerado pelo complexo.

A mistura química 1618 recebe o calor gerado pelo complexo dentro do recipiente 1616. Para regular as condições de operação da mistura química no recipiente 1616, um sistema de controle pode ser usado. O sistema de controle pode ser integrado com o controle da extração e do fluxo da mistura química, se houver, proveniente da fonte de mistura química 1 1602, descrita acima. Para controlar as condições de operação do recipiente 1616, vários ' instrumentos diferentes podem ser usados. Por exemplo, medidores de temperatura (por exemplo, Tl 1608), medidores de pressão (por exemplo, Pl 1610), fotocélulas, bombas, ventoinhas e outros dispositivos podem ser usados, seja separadamente, seja em combinação. Neste exemplo, uma bomba 1606, um medidor de temperatura Tl 1608 e um medidor de pressão Pl 1610 são usados em um recipiente (recipiente 1616). Similarmente, uma bomba 1630, um medidor de temperatura T2 1632 e um medidor de pressão P2 1634 são usados no outro recipiente (recipiente 1638) mostrado na Figura 16. Por exemplo, T1 1608 pode medir a temperatura do elemento na forma de vapor separado da mistura química no recipiente 1616. Os registros de Tl 1608 e Pl 1610 podem permitir ao sistema de controle ajustar um ou mais fatores de operação para satisfazer os parâmetros planejados. Por exemplo, se a temperatura do recipiente 1616 for muito baixa em Tl 1608, o sistema de controle pode ajustar O ângulo da lente 1614 e/ou expor uma porção maior da lente 1614 à fonte de radiação EM 1 1622 para aumentar a temperatura registrada por Tl 1608.

Ao deixar o recipiente 1616, Oo elemento na forma de vapor avança até um coletor de vapor (por exemplo, tubo 1620), onde o elemento na forma de vapor é enviado para um condensador 1622. O condensador 1622 pode condensar o elemento na forma de vapor para gerar o elemento fluido, que é enviado do condensador 1622 através da tubulação 1624 para o tanque de armazenamento 1 1626.

Em modalidades da invenção, um sistema de filtração (não mostrado) pode ser integrado com um ou mais recipientes (por exemplo, recipientes 1616, 1638) para ' remover algumas impurezas (por exemplo, sujidades, sólidos, bactérias grandes) da mistura química e/ou de um elemento na forma de vapor. Sistemas de filtração similares podem também ser usados em outras porções desse sistema e podem incluir filtração de um elemento fluido.

Neste exemplo, o restante da mistura química (isto é, os elementos da mistura química que permanecem na forma fluida após o elemento na forma de vapor ser separado da mistura química no recipiente 1616) é removido do recipiente 1616 através da tubulação 1628 por meio da bomba

1630. A bomba 1630 então envia o restante da mistura química para um recipiente separado 1638. Em modalidades da invenção, a mistura química pode permanecer em um recipiente, onde elementos adicionais do restante da mistura química são vaporizados e separados da mistura química mediante, por exemplo, aumento da temperatura do recipiente. Quando o complexo é suspenso no restante da mistura química no recipiente 1616 (como neste exemplo), o complexo pode ser filtrado do restante da mistura química antes de ser removido do recipiente 1616. Complexo adicional pode também ser acrescentado à mistura química 1616 no recipiente 1616 à medida que o restante da mistura química é removido do recipiente 1618 com complexo permanecendo suspenso no restante da mistura química.

NO recipiente 1638, O concentrador de radiação EM é um ponto preto revestindo o recipiente 1638, que é também revestido em uma ou mais das superfícies interiores com o complexo. O processo descrito acima com relação ao recipiente 1616 é repetido com o restante da mistura química 1640 no recipiente 1638. Em outras palavras, O ' medidor de temperatura T2 1632, O medidor de pressão P2 1634, a fonte de radiação EM 2 1636, Oo coletor de vapor (isto é, tubo 1642), o condensador 1644 e oO tanque de armazenamento 2 1648 realizam funções substancialmente similares àquelas realizadas pelos componentes correspondentes descritos acima neste exemplo.

Conforme discutido anteriormente, o processo de aquecimento da mistura química para gerar um elemento na forma de vapor pode ocorrer de diversas maneiras à exceção das maneiras mostradas na Figura 16. Exemplo - Destiladores unitários que usam calor residual

A Figura 17 mostra um exemplo de um sistema de destilação que usa modalidades da invenção.

Como no exemplo descrito acima com relação à Figura 16, uma fonte de mistura química 1704 é usada para fornecer uma mistura química.

Neste exemplo, uma bomba 1706 é usada para extrair a mistura química da fonte de mistura química 1704 e envia a mistura química para um recipiente 1708. O recipiente 1708 neste exemplo possui uma parede interna 1712 e uma parede externa 1713. Entre a parede interna 1712 e a parede externa 1713 está um espaço dentro do qual calor residual flui de uma fonte de calor residual 1702 através da tubulação 1710. Neste caso, Oo calor residual é radiação EM e a fonte de calor residual 1702 é uma fonte de radiação EM.

O espaço entre a parede interna 1712 e a parede externa 1713 pode ter canais ou configuração similar para permitir que o calor residual flua em uma via particular, saindo através do tubo de escape 1714. Quando a parede interna

1712 do recipiente 1708 é revestida com complexo e/ou complexo é integrado com o material da parede interna 1712, o complexo absorve a energia emitida pelo calor residual. O complexo então gera calor, que aquece a mistura química

1722. Quando a mistura química 1722 alcança uma temperatura acima do ponto de ebulição de um dos elementos da mistura química 1722, então o elemento transforma-se de um fluido para um vapor e avança para a porção superior do recipiente

1708.

À medida que o elemento na forma de vapor se eleva para o recipiente 1708, o elemento na forma de vapor é coletado por um coletor de vapor (isto é, tubo 1716), onde o elemento na forma de vapor é suprido para um condensador

1718. No condensador 1718, o elemento na forma de vapor é condensado em um elemento fluido. Subsequentemente, oO elemento fluido é enviado para um tanque de armazenamento

1720. Além disso, o restante da mistura química 1722 é enviado do recipiente 1708 para um processo pela tubulação

1724. Antes da remoção do restante da mistura química 1722, entretanto, a temperatura dentro do recipiente 1708 pode continuar a aumentar, fazendo com que elementos adicionais no restante da mistura química vaporizem e se separem. Tal processo pode ser usado em processamento por lotes, em que apenas uma quantidade limitada da mistura química 1722 é processada no recipiente 1708 de uma só vez, ao contrário de um fluxo contínuo da mistura química 1722 que é introduzido no recipiente 1708.

Uma ou mais modalidades da invenção aquecem uma mistura química para extrair um ou mais elementos da mistura química por vaporização. A quantidade de mistura química que é aquecida por modalidades da invenção pode ' variar de alguns gramas a milhares de litros (ou mais) de mistura química. Modalidades da invenção podem ser usadas em uma variedade de indústrias que empregam uma diversidade de misturas químicas. Por exemplo, um fabricante de perfumes pode usar modalidades da invenção para fabricar perfume a partir de uma mistura química. Um fabricante de biocombustíveis pode usar modalidades da invenção para fabricar um combustível à base de álcool, tal como etanol.

Uma destilaria pode usar modalidades da invenção para fabricar uma bebida destilada, como vodca. Madeira pode ser destilada usando-se modalidades da invenção para formar carvão vegetal e/ou metanol. Uma refinaria pode usar modalidades da invenção para destilar óleo bruto em betume, óleo combustível, gasóleo pesado, gasóleo leve, combustível para aviação, nafta e outros bioprodutos. Outras aplicações, descritas previamente aqui e/ou conhecidas por especialistas versados na técnica podem usar modalidades da invenção para destilação de uma mistura química.

Embora a invenção tenha sido descrita com relação a um número limitado de modalidades, especialistas versados na técnica, com benefício desta descrição, irão perceber que podem ser inventadas outras modalidades que não se desviam do propósito da invenção conforme descrito aqui.

Consequentemente, o propósito da invenção deve ser limitado apenas pelas reivindicações anexas.

Claims (13)

REIVINDICAÇÕES

1. Método de destilação de uma mistura química, O método caracterizado pelo fato de que compreende: recebimento, em um recipiente compreendendo um complexo, da mistura química compreendendo uma pluralidade de elementos fluidos, em que o complexo é pelo menos um selecionado de um grupo que consiste em nanopartículas de cobre, nanopartículas de óxido de cobre, nanoconchas, nanobastões, grupamentos de carbono, nanoconchas encapsuladas, nanopartículas encapsuladas e nanoestruturas ramificadas; aplicação de radiação eletromagnética (EM) ao complexo, em que o complexo absorve a radiação EM para gerar calor a uma primeira temperatura; transformação, usando-se o calor gerado pelo complexo, de um primeiro elemento fluido da pluralidade de elementos fluidos da mistura química em um primeiro elemento na forma de vapor; e extração do primeiro elemento na forma de vapor do recipiente.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: condensação, usando-se um condensador, do primeiro elemento na forma de vapor no primeiro elemento fluido; e armazenamento do primeiro ele elemento fluido em um tanque de armazenamento.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: aplicação de radiação EM adicional ao complexo, em que o complexo absorve a radiação EM adicional para gerar calor adicional a uma segunda temperatura mais elevada que a : primeira temperatura; transformação, usando-se o calor adicional gerado pelo complexo, de um segundo elemento fluido da pluralidade de elementos fluidos da mistura química em um segundo elemento na forma de vapor; e extração do segundo elemento na forma de vapor do recipiente.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: concentração da radiação EM aplicada ao recipiente usando-se um concentrador, em que o concentrador é uma lente integrada com a superfície do recipiente.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a mistura química é óleo bruto e de que o primeiro elemento na forma de vapor é selecionado de um grupo que consiste em betume, óleo combustível, gasóleo pesado, gasóleo leve, combustível de aviação e nafta.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a radiação EM é selecionada de um grupo que consiste em calor residual e gás de escape.

7. Sistema para destilação de um mistura química, O sistema caracterizado pelo fato de que compreende: um recipiente compreendendo um complexo e configurado para: receber a mistura química compreendendo uma pluralidade de elementos; aplicar radiação eletromagnética (EM) ao complexo, em que o complexo absorve a radiação EM para gerar calor; e transformação, usando-se o calor gerado pelo complexo, de um primeiro elemento fluido da pluralidade de elementos fluidos no primeiro recipiente em um primeiro elemento na forma de vapor, em que o restante da pluralidade de elementos fluidos forma uma mistura química modificada no recipiente, e em que o complexo é pelo menos um selecionado do grupo que consiste em nanopartículas de cobre, nanopartículas de óxido de cobre, nanoconchas, nanobastões, grupamentos de carbono, nanoconchas encapsuladas, nanopartículas encapsuladas e nanoestruturas ramificadas.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um coletor de vapor configurado para coletar o primeiro elemento na forma de vapor; e um condensador configurado para receber o primeiro elemento na forma de vapor do coletor de vapor e condensar o primeiro elemento na forma de vapor no primeiro elemento fluido.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um agitador configurado para agitar a mistura química com o objetivo de ajudar na transformação do primeiro elemento fluido no segundo elemento na forma de vapor.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um sistema de controle adaptado para controlar uma quantidade da mistura química, em que O sistema de controle compreende uma primeira bomba, um medidor de temperatura e um medidor de pressão.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o recipiente compreende: um concentrador de radiação EM configurado para intensificar a radiação EM recebida da fonte de radiação EM.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o concentrador de radiação EM é selecionado de um grupo que consiste em uma lente e uma calha parabólica e de que o recipiente é uma seção de tubos revestida com o complexo.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o complexo é revestido sobre uma superfície interior do recipiente.

14, Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o complexo é suspenso na mistura química no recipiente.