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Dissertações |
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FERNANDO VELCIC MAZIVIERO
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INFLUÊNCIA DOS PROMOTORES EM CATALISADORES DE Ni-X/Al2O3 (X= Mn, Mg, Ce e P) APLICADOS NA REFORMA A SECO DO METANO
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Orientador : DULCE MARIA DE ARAUJO MELO
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MEMBROS DA BANCA :
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DULCE MARIA DE ARAUJO MELO
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GILVAN PEREIRA DE FIGUEREDO
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RODOLFO LUIZ BEZERRA DE ARAÚJO MEDEIROS
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SIBELE BERENICE CASTELLA PERGHER
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Data: 05/01/2021
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O processo de reforma a seco do metano (RSM) é uma tecnologia que utiliza dois dos principais gases do efeito estufa (CH4 e CO2) para a produção de gás de síntese (H2 e CO), o qual possui diversas aplicações industriais além do hidrogênio ser considerado uma fonte de energia limpa e altamente eficiente, conferindo a ele alto valor comercial. Foram preparados catalisadores a base de níquel suportados em alumina contendo os promotores Mg, Mn, Ce e P, escolhidos devido as suas diferentes propriedades químicas. O método de síntese utilizado para o suporte foi a combustão assistida por micro-ondas onde a ureia foi utilizada como combustível para o processo em quantidades abaixo do ponto estequiométrico visando a obtenção de Al2O3 na fase gama, de menor cristalinidade. Os promotores e a fase ativa foram incorporados ao suporte utilizando o método de impregnação sequencial via umidade incipiente finalizando a etapa de síntese com tratamento térmico em temperatura de 550 C° por três horas. Os materiais obtidos foram caracterizados através de Difração de Raios X (DRX) para elucidação das fases obtidas em cada catalisador e avaliação da influência dos promotores na estrutura do material, espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) para comprovar a presença do fósforo no catalisador e avaliar a espécie em que ele se encontra, Redução à Temperatura Programada (TPR) para identificar as espécies redutíveis presentes e o perfil de redução dos catalisadores e Difração por Raios X in-situ utilizando fonte de radiação sincrotron para analisar a variação da estrutura durante a etapa de ativação. O teste de atividade catalítica foi realizado em temperatura de 700 °C com GHSV = 100 L.g-1.h-1 durante 20 horas e o carbono formado foi quantificado através de análise termogravimétrica. Os resultados indicaram que sucessivas etapas de solubilização e calcinação decorrentes do método de impregnação sequencial causam alterações estruturais alterando o grau de cristalinidade do suporte Al2O3 no catalisador com os promotores. No teste de estabilidade catalítica o material contendo promotor Mn obteve o melhor valor de conversão devido a presença de MnO2 que favorece reações paralelas de decomposição do metano durante o processo RSM. Os catalisadores contendo fósforo e cério produziram menores quantidades de coque em comparação ao catalisador padrão devido a interação dos promotores com o carbono na superfície dos sítios catalíticos, além de atuar no tamanho de partícula obtida para a fase ativa.
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The dry reforming of methane process (RSM) is a technology that uses two of the main greenhouse gases (CH4 and CO2) for the production of syngas (H2 and CO), which has several industrial applications in addition to hydrogen be considered a source of clean and highly efficient energy, giving it high commercial value. Nickel-based catalysts based on alumina were prepared containing the Mg, Mn, Ce and P promoters, chosen due to their different chemical properties. The synthesis method used for the support was microwave assisted combustion where urea was used as fuel for the process in quantities below the stoichiometric point in order to obtain lower crystallinity Al2O3 in the gamma phase. The promoters and the active phase were incorporated into the support using the sequential impregnation method via incipient wetness, ending the synthesis stage with heat treatment at a temperature of 550 ° C for three hours. The obtained materials were characterized by X-Ray Diffraction (XRD) to elucidate the phases obtained in each catalyst and to evaluate the influence of the promoters on the material structure, spectroscopy in the infrared region with Fourier transform (FTIR) to prove the presence of phosphorus in the catalyst and evaluate the species it is in, Temperature Programmed Reduction (TPR) to identify the reducible species present and the reduction profile of the catalysts and in-situ X-Ray Diffraction using a synchrotron radiation source to analyze the variation of the structure during the activation step. The catalytic test was carried out at a temperature of 700 °C with GHSV = 100 L.g-1.h-1 for 20 hours and the carbon formed was quantified through thermogravimetric analysis. The results indicated that successive steps of solubilization and calcination resulting from the sequential impregnation method cause structural changes, altering the degree of crystallinity of the Al2O3 support in the catalyst with the promoters. In the catalytic stability test, the materials containing Mn promoter obtained the best conversion value due to the presence of MnO2, which favors parallel reactions of methane decomposition during the RSM process. The catalysts containing phosphorus and cerium produced smaller amounts of coke compared to the standard catalyst due to the interaction of promoters with carbon on the surface of the catalytic sites, in addition to acting on the particle size obtained for the active phase.
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LIDIANE GONÇALVES DA SILVA
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Detecção do vírus HIV em plasma sanguíneo de gestantes por espectroscopia ATR-FTIR e análise multivariada
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Orientador : KASSIO MICHELL GOMES DE LIMA
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MEMBROS DA BANCA :
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KASSIO MICHELL GOMES DE LIMA
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FABRICIO GAVA MENEZES
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EDGAR PERIN MORAES
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ROBINSON SABINO DA SILVA
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Data: 21/01/2021
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O vírus da imunodeficiência humana (HIV) é o causador de uma infecção que pode comprometer o sistema imunológico. A principal preocupação com gestantes portadoras do vírus é a transmissão vertical que pode ocorrer durante a gestação, durante o trabalho de parto e até mesmo durante o período de amamentação. O risco de transmissão vertical pode ser reduzido através do diagnóstico precoce. Os ensaios colorimétricos utilizados para a detecção do vírus apresentam custo elevado e são bastante trabalhosos, tornando necessário o desenvolvimento de metodologias rápidas e de baixo custo para a detecção do HIV. Aqui, a Espectroscopia de reflectância total atenuada de infravermelho com transformada de Fourier (ATR-FTIR) combinada à análise multivariada foi empregada para distinguir pacientes infectados por HIV (n= 40) de controles saudáveis (n= 80) em um total de 120 amostras de plasma sanguíneo. Como ferramentas de classificação foram utilizados os algoritmos PCA-LDA, PCA-QDA, PCA-SVM, GA-LDA, GA-QDA, GA-SVM, SPA-LDA, SPA-QDA e SPA-SVM. Os algoritmos tiveram seus desempenhos avaliados de acordo com a precisão, sensibilidade, especificidade, F-score e G-score. Os algoritmos PCA-SVM, SPA-LDA e GA-LDA foram os que obtiveram os resultados mais satisfatórios para a discriminação das amostras com acurácia de 81%, 75% e 88,9%respectivamente. O GA-LDA foi o melhor algoritmo de classificação, apresentando os melhores valores de sensibilidade (83%), especificidade (92%), F-score e G-score (87%). Os resultados sugerem o potencial da espectroscopia ATR-FTIR combinada à análise multivariada como ferramenta alternativa para o rastreamento do HIV em gestantes com base no plasma sanguíneo, sendo um método de baixo custo, rápido e livre de reagentes.
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The human immunodeficiency viruses (HIV) is the cause of a nfection that can compromise the immune system. The main concern with pregnant women with the virus is the vertical transmission that can occur during pregnancy, during labor and even during the breastfeeding period. The risk of vertical transmission can be reduced through early diagnosis. The colorimetric assays used for the detection of the virus have high costs and are quite laborious, making it necessary to develop fast and low-cost methodologies for the detection of HIV. Herein, attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) combined with multivariate analysis was used to distinguish HIV-infected patients (n = 40) from healthy controls (n = 80) in a total of 120 blood plasma samples. PCA-LDA, PCA-QDA, PCA-SVM, GA-LDA, GA-QDA, GA-SVM, SPA-LDA, SPA-QDA and SPA-SVM were used as classification tools. The algorithms had their performances evaluated according to precision, sensitivity, specificity, F-score and G-score. PCA-SVM, SPA-LDA and GA-LDA algorithms were the ones that obtained the most satisfactory results for the discrimination of the samples with accuracy of 81%, 75% and 88.9% respectively. GA-LDA was the best classification algorithm, presenting the best values of sensitivity (83%), specificity (92%), F-score and G-score (87%). The results suggest the potential of ATR-FTIR spectroscopy combined with multivariate analysis as an alternative tool for HIV screening in pregnant women based on blood plasma, being a low-cost, fast and reagent-free method
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MIKAELY LIZANDRA MOREIRA DE ASSIS
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SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO E APLICAÇÃO DO NANOCOMPÓSITO DE PALYGORSKITA/DIÓXIDO DE TITÂNIO NA DEGRADAÇÃO FOTOCATALÍTICA DE CORANTES TÊXTEIS
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Orientador : CARLOS ALBERTO MARTINEZ HUITLE
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MEMBROS DA BANCA :
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JOÃO SAMMY NERY DE SOUZA
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CARLOS ALBERTO MARTINEZ HUITLE
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DJALMA RIBEIRO DA SILVA
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NEDJA SUELY FERNANDES
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Data: 28/01/2021
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Um dos maiores problemas ambientais é decorrente da atividade industrial, em que ocorre a contaminação dos recursos hídricos com resíduos pós produção, ocasionando efeitos adversos ao ecossistema. Os efluentes de corantes industriais apresentam um grande risco a saúde da biodiversidade, na maioria das vezes, trata-se de compostos orgânicos tóxicos, persistentes e de difíceis remoção por tratamentos convencionais, além de se apresentarem como materiais carcinogênicos. O desenvolvimento ou aprimoramento de técnicas para tratamento de efluente são de grande interesse, visto que se objetiva a busca por rotas de síntese de baixo custo e que gerem menos resíduos ou subprodutos tóxicos. A descoloração fotocatalítica dos corantes industriais, azul de Novacron (AZN) e amarelo de Novacron (AMN), foram investigadas usando compósitos à base de TiO2 suportados na palygorskita natural (Pal-Ti10 e Pal-Ti30). O método consistiu em sintetizar os compósitos partindo de uma mistura física do TiO2 (PA) e palygorskita natural na presença de álcool, para impregnação através da calcinação sob condições de temperatura igual a 450 ºC e ar atmosférico. As técnicas de caracterização utilizadas neste trabalho foram: FTIR, DRX, FRX, MEV, análise de tamanho de partícula e potencial zeta. A fotocatálise para o corante AZN foi investigada através da aplicação de um planejamento experimental fatorial 24, objetivando as melhores condições experimentais e por fim aplicá-las em um outro corante industrial AMN. As concentrações investigadas de AZN foram de 10 ppm e 30 ppm, os compósitos foram sintetizados usando 10 e 30% (m/m) de dióxido de titânio em palygorskita, os dois valores de pH foram em 2,0 e 6,0 e as intensidades de luz foram usadas potências 9 e 18 W. Os testes realizados em: pH 2,0; compósito Pal-Ti30; potência 18 W e 10 ppm de corante, mostraram remoção de 100% da coloração de ambos os corantes em 90 min. O processo de descoloração seguiu o modelo cinético de pseudo-primeira ordem e as constantes aparentes (Kapp) foram de 0,0216 min-1 e 0,0193 min-1 para os corantes AZN e AMN, respectivamente. Os resultados do custo final de tratamento para os testes mostraram que o processo é viável em eficiência e economia. Os resultados de carbono orgânico total (COT) apresentaram mineralização de 61,70% e 58,06% para o AZN e AMN, respectivamente, em 90 min de tratamento e os subprodutos foram detectados por CG-EM
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One of the biggest environmental problems is due to industrial activity, in which the contamination of water resources with post-production waste occurs, causing adverse effects to the ecosystem. The effluents of industrial dyes present a great risk to the health of biodiversity, in most cases, they are toxic, persistent organic compounds that are difficult to remove by conventional treatments, in addition to presenting themselves as carcinogenic materials. The development or improvement of techniques for effluent treatment are of great interest, since the objective is to search for low-cost synthesis routes that generate less toxic waste or by-products. The photocatalytic discoloration of industrial dyes, Novacron blue (AZN) and Novacron yellow (AMN), were investigated using TiO2-based composites supported on natural palygorskite (TiP10 and TiP30). The method consisted of synthesizing the composites starting from a physical mixture of TiO2 and natural palygorskite in the presence of alcohol, for impregnation through calcination under conditions of temperature equal to 450ºC and atmospheric air. The characterization techniques used in this work were: FTIR, DRX, MEV, particle size analysis and zeta potential. The photocatalysis for the AZN dye was investigated through the application of a factorial experimental design 24, aiming at the best experimental conditions and finally applying them in another AMN industrial dye. The investigated AZN concentrations were 10 ppm and 30 ppm, the composites were synthesized using 10 and 30% (m/m) titanium dioxide in palygorskite, the two pH values were 2 and 6 and the light intensities were powers 9 and 18W are used. Tests performed at: pH 2.0; TiP30 composite; 18W power and 10 ppm of dye, showed 100% removal of both dyes in 90 min. The decolorization process followed the pseudo-first order kinetic model and the apparent constant (kapp) was 0.0216 min-1 and 0.0193 min-1 for the AZN and AMN dyes, respectively. The results of the final treatment cost for the tests were feasible in terms of efficiency and economy. Since, under the best parameters studied, the photocatalysis of AZN and AMN had an energy consumption of 0.135 kWh / dm3 and a final cost of R$ 0.0895.
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LUIZ FELIPE DA HORA
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Obtenção de nanolátices via polimerização em emulsão semicontínua e sua aplicação como modificador de superfície em tingimento com corante em fibras de proteína de soja.
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Orientador : JULIANA DE SOUZA NUNES
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MEMBROS DA BANCA :
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JOSE HERIBERTO OLIVEIRA DO NASCIMENTO
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JOSE LUIS CARDOZO FONSECA
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JULIANA DE SOUZA NUNES
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ROSANGELA DE CARVALHO BALABAN
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ZILVAM MELO DOS SANTOS
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Data: 29/01/2021
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Neste trabalho, nanolátices foram produzidos pela técnica de polimerização em emulsão semicontínua. Parâmetros como composição monomérica, tipos de iniciadores e surfactantes foram investigados com o intuito de obter um nanolátex com pequeno diâmetro de partícula e alta área superficial funcionalizada. Posteriormente, o nanolátex foi usado como agente modificador de superfície para melhorar o tingimento do tecido em malha de fibra de proteína da soja (SBF) com um corante catiônico (Basic Red 46). A melhor composição monomérica foi a que utilizou a relação BA/MMA/MAA = 5:4:1 em massa. O melhor desempenho como iniciador foi apresentado pelo APS, e como surfactante, o SDS. As partículas poliméricas foram analisadas por várias técnicas, tais como: gravimetria, DLS, MEV/FEG, MET, FTIR, ELS, tensiometria e titulação condutométrica. Nanolátices com tamanhos de partícula tão pequenos quanto 29 nm e carga superficial de até 93,8 μC/cm2 foram obtidos por meio da técnica de polimerização em emulsão. A presença do nanolátex na superfície da fibra de soja foi verificada por FTIR e TGA. A eficiência do nanolátex como aditivo para modificar a superfície de tingimento foi avaliada por meio de dados colorimétricos usando a equação de Kubelka-Munk. Teste preliminares mostram que os tecidos funcionalizados com os nanolátices obtiveram um aumento de até 13% na intensidade da coloração, mostrando a capacidade dos nanolátices como agentes modificadores de superfície no processo de tingimento.
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In this work, nanolatexes were produced by semicontinuous emulsion polymerization. Parameters such as monomeric composition, initiator and surfactant type were investigated in order to obtain a nanolatex with small particle size and high functionalized surface area. Afterwards, the nanolatex was used as a binder to improve the dyeing process of soybean protein fiber (SBF) fabric with a cationic dye (Basic Red 46). The best monomer composition was the one with the following ratio in mass BA/MMA/MAA (5:4:1). The best performance as an initiator was presented by APS, and the SDS had the best performance as a surfactant. The polymeric particles were analyzed by several techniques such as: gravimetry, DLS, SEM, TEM, FTIR, ELS, tensiometry, and conductometry titration. Nanolatexes with particle size as small as 29 nm and surface charge up to 93.8 μC/cm2 were obtained through emulsion polymerization technique. The presence of nanolatex on the surface of the soybean fiber was verified by FTIR and TGA analysis. The nanolatex efficiency as an additive to modify the dyeing process was evaluated by colorimetric data using the Kubelka-Munk equation. Preliminary tests showed that the fabrics functionalized with nanolatex had an increase of up to 13% in color intensiity, showing its ability to be used as surface additive in the dyeing proccess.
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MIZRAIM BESSA TEIXEIRA
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Influência da cinza da casca de arroz em pastas de cimento para fases iniciais de poços de petróleo offshore, uma alternativa sustentável e econômica.
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Orientador : JÚLIO CÉZAR DE OLIVEIRA FREITAS
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MEMBROS DA BANCA :
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JÚLIO CÉZAR DE OLIVEIRA FREITAS
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RODRIGO CÉSAR SANTIAGO
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LECH WALESA OLIVEIRA SOARES
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Data: 08/03/2021
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O uso da cinza da casca de arroz (RHA) em formulações cimentícias vem sendo estudada amplamente na literatura nos últimos anos. Existem diversas aplicações para esse subproduto da indústria alimentícia. Alguns exemplos são a utilização da cinza como fertilizante, como fonte de sílica amorfa, como fonte de biomassa pozolanicamente ativa e na formulação de pastas de cimento para poços petrolíferos onshore, de temperatura média a alta (50-200°C). Entretanto, pouco se investigou sobre a utilização da RHA para sistemas de baixa temperatura, como é o caso dos processos de cimentação das fases iniciais de poços offshore, que em geral , ocorrem a temperaturas em torno de 3-5°C. Esse estudo tem por objetivo analisar a influência da adição da RHA em matrizes de cimento destinadas à operações offshore que ocorram entre 3-5°C. Pastas de cimento com densidade fixa em 13.5 lb/gal ( 1.62 g/cm³ ), contendo RHA (0%; 10%; 20%; 30%; 40% e 50%), foram preparadas e ensaios tecnológicos conduzidos (Resistencia à Compressão a longo prazo, UCA, Tempo de Espessamento, Estabilidade, Reologia) a fim de verificar a viabilidade do uso da cinza para poços de petróleo de baixas temperaturas. Os testes mostraram que a utilização da cinza proporcionou produto hidratado de resistência similar à uma pasta padrão (Cimento Portland + 2% de bentonita), bem como melhorou propriedades e reológicas da pasta em relação à pasta sem adição. A adição de 50% de cinza reduziu em 5.6% a porcentagem de água livre da pasta, em comparação com a 0%RHA. A formulação contendo 50% de RHA apresentou um perfil adequado de ganho de resistência, com tempo de bombeabilidade de 23h (50Bc). O teste de estabilidade comprovou que a adição de RHA aumenta a estabilidade da pasta, reduzindo o rebaixamento de topo (top drawn) e evitando decantação da pasta. A RHA se apresenta com alternativa sustentável para aplicações em ambientes de baixas temperaturas, tais como fases iniciais de poços de petróleo marítimos, reduzindo consideravelmente o consumo de cimento (15% em peso em relação à pasta padrão), contribuindo assim com a redução na emissão de CO2 na atmosfera devida à produção do cimento. Por fim, a RHA se mostrou extremamente viável economicamente. Em comparação com a pasta padrão, a utilização de 50% de cinza reduziu o custo do barril em 23.7%, o que representa economia de 40,46 R$ por cada barril de pasta.
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The use of rice husk ash (RHA) in cementitious formulations has been widely studied in the literature in recent years. There are several applications for this by-product of the food industry. Some examples are the use of ash as a fertilizer, as a source of amorphous silica, as a source of pozzolanically active biomass and in the formulation of cement pastes for onshore oil wells, from medium to high temperature (50-200 ° C). However, little has been investigated about the use of RHA for low temperature systems, as is the case with the cementation processes of the initial phases of offshore wells, which generally occur at temperatures around 3-5 ° C. This study aims to analyze the influence of the addition of RHA in cement matrices destined for offshore operations that occur between 3-5 ° C. Cement pastes with a fixed density of 13.5 lb / gal (1.62 g / cm³), containing RHA (0%; 10%; 20%; 30%; 40% and 50%), were prepared and technological tests conducted (Resistance to Compression, UCA, Thickening Time, Stability, Rheology) in order to verify the feasibility of using ash for low temperature oil wells. The tests showed that the use of ash provided hydrated product with 96.8% of the standard paste resistence (Portland Cement + 2% bentonite), as well as improving the stability and rheology of the paste in relation to those without addition. The addition of 50% ash reduced the percentage of free water in the paste by 5.6%, compared to 0% RHA. The formulation containing 50% RHA showed adequate resistance gain profile, with a pumpability time of 23h (50Bc). The stability test proved that the addition of RHA increases the stability of the paste, reducing the top drawn and avoiding decantation of the paste. RHA is a sustainable alternative for applications in low temperature environments, such as early stages of marine oil wells, considerably reducing cement consumption (15% by weight in relation to standard paste), thus contributing to the reduction in emissions of CO2 in the atmosphere due to cement production. Finally, RHA proved to be extremely economically viable. Compared to standard formulation, the use of 50% ash reduced the cost of the barrel by 23.7%, which represents savings of U$ 7.49 for each barrel (bbl).
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RAMONI RENAN SILVA DE LIMA
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OBTENÇÃO DE BIODIESEL DE ÓLEO DE SOJA UTILIZANDO CATALISADOR HETEROGÊNEO DAS CINZAS DA CASCA DA TANGERINA PONKAN (C. RETICULATA BLANCO)
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Orientador : LUCIENE DA SILVA SANTOS
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MEMBROS DA BANCA :
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ANNE GABRIELLA DIAS SANTOS
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IVONEIDE DE CARVALHO LOPES BARROS
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LUCIENE DA SILVA SANTOS
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VALTER JOSE FERNANDES JUNIOR
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Data: 12/03/2021
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: O avanço da demanda energética mundial tem intensificado problemas ambientais causados pelo uso de combustíveis fósseis e vem impulsionando a busca e desenvolvimento de matrizes mais verdes, que estão sendo utilizadas com o intuito de minimizar os impactos ambientais e à saúde humana. Este trabalho propôs um processo sustentável para a produção de biodiesel, combustível alternativo ao diesel, com o uso de um catalisador heterogêneo, verde, denominado CT, oriundo de uma biomassa residual, da cinza da casca da tangerina ‘Ponkan’ (Citrus reticulata Blanco). Por meio do planejamento experimental D-Optimal para a obtenção do biodiesel de soja, os parâmetros do processo como: razão molar metanol/óleo, concentração do catalisador, temperatura e tempo de reação foram otimizados. Inicialmente, três amostras de catalisadores foram preparadas pela calcinação das cinzas das cascas de tangerina, no tempo de 4h, CT7 (700 ° C), CT8 (800 ° C) e CT9 (900 ° C), e, após testes preliminares, os rendimentos (m/m) em biodiesel foram, respectivamente, de 79,77, 77,58 e 77,40 %. O rendimento mássico de catalisador obtido para cada temperatura (700, 800 e 900 °C) partindo de 50 g de casca foram de 3,76, 1,54 e 0,98%, respectivamente. Os catalisadores foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (SEM-FEG), energia dispersiva de raios X (EDS), dessorção de CO2 à temperatura programada (TPD-CO2), análise térmica (TG / DTG) e teste de basicidade de Hammett. A qualidade do biodiesel foi avaliada de acordo com os procedimentos padrão estabelecidos pela ASTM (American Society for Testing and Materials) para as propriedades de viscosidade cinemática e densidade. Os padrões de DRX do catalisador CT mostraram os picos associados às fases características de K2CO3, K2O, K2Ca(CO3)2, SiO2, Na2O confirmados por DRX e FRX, que identificaram grandes proporções desses óxidos. A análise de TPD-CO2 demonstrou a presença de locais básicos fracos e moderados no catalisador CT. Boa estabilidade térmica foi observada através das curvas TG / DTG. As condições otimizadas geradas pela superfície de resposta foram: 3 h tempo reacional, concentração de catalisador de 3,5% m/m, razão molar de 15: 1 (metanol: óleo) e temperatura de 64 ° C. Para essas condições otimizadas, a conversão da reação quantificada por 1HRMN foi maior que 87% e o catalisador apresentou capacidade de reaproveitamento de até 5 vezes.
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The advance of global energy demand has intensified environmental problems caused by the use of fossil fuels and has been driving the search for and development of greener matrices, which are being used in order to minimize environmental impacts and human health. This work proposed a sustainable process for the production of biodiesel, an alternative fuel to diesel, with the use of a heterogeneous, green catalyst, called CT, derived from a residual biomass, from the bark of 'Ponkan' mandarin (Citrus reticulata Blanco). Through d-optimal experimental planning to obtain soybean biodiesel, process parameters such as: methanol/oil molar ratio, catalyst concentration, temperature and reaction time were optimized. Initially, three catalyst samples were prepared by calcination of the ashes of the tangerine barks at a time of 4h, CT7 (700 ° C), CT8 (800 ° C) and CT9 (900 ° C), and after preliminary tests, the yields (m/m) in biodiesel were 79.77, 77.58 and 77.40 %, respectively. The mass catalyst yield obtained for each temperature (700, 800 and 900 °C) starting from 50 g of bark were 3.76, 1.54 and 0.98%, respectively. The catalysts were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM-FEG), X-ray dispersive energy (EDS), CO2 desorption at programmed temperature (TPD-CO2), thermal analysis (TG/DTG) and Hammett's basicity test. The quality of biodiesel was evaluated according to the standard procedures established by ASTM (American Society for Testing and Materials) for the properties of kinematic viscosity and density. The XRD patterns of the CT catalyst showed the peaks associated with the characteristic phases of K2CO3, K2O, K2Ca(CO3)2, SiO2, Na2O confirmed by XRD and FRX, which identified large proportions of these oxides. TPD-CO2 analysis demonstrated the presence of weak and moderate base sites in the CT catalyst. Good thermal stability was observed through the TG/DTG curves. The optimized conditions generated by the response surface were: 3 h reaction time, catalyst concentration of 3.5% m/m, molar ratio of 15: 1 (methanol: oil) and temperature of 64 ° C. For these optimized conditions, the conversion of the reaction quantified by 1H NMR was greater than 87% and the catalyst presented reuse capacity of up to 5 times.
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ALANE PRISCILLA AMÉRICO DOS SANTOS
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Estudo teórico das reações de 2,3-dicloro-6,7-dinitroquinoxalina com L-cisteína, homo cisteína e glutationa, visando o desenvolvimento de um quimiodosímetro seletivo para biotióis.
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Orientador : FABRICIO GAVA MENEZES
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MEMBROS DA BANCA :
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FABRICIO GAVA MENEZES
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RENATA MENDONÇA ARAUJO
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LIVIA NUNES CAVALCANTI
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GUTTO RAFFYSON SILVA DE FREITAS
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Data: 10/05/2021
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Mostrar Resumo
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Biotióis, tais como L-cisteína (Cys), homocisteína (Hcy) e glutationa (GSH), são espécies altamente relevantes em diversos processos biológicos, e por isso, o desenvolvimento de metodologias visando a detecção seletiva destas espécies se traduz em um importante campo de pesquisa. O presente trabalho consiste em prover um suporte teórico para os resultados obtidos a partir da investigação do composto 2,3-dicloro-6,7-dinitroquinolxaina (DCDNQX) como um quimiodosímetro seletivo para o aminoácido L-cisteína (Cys), sendo estendido também para as reações do referido substrato com Hcy e GSH. Foi utilizado o método M06-2X com base de dados 6-311+G (2d, p). Foram consideradas as possíveis rotas mecanísticas para uma série de reações, considerando-se a versatilidade de Cys, Hcy e GSH como nucleófilos considerando considerando diferentes possibilidades de ataques nucleofílicos pelos grupos amino e/ou tiol, tanto para mono- quanto dissubstituições, incluindo processos de ciclização intramolecular. Foram otimizados os parâmetros geométricos de todas as espécies químicas propostas em busca de parâmetros termodinâmicos, além de serem calculados os estados de transição para formação dos possíveis produtos. Os resultados indicam que o ataque de S e preferível ao do N, porém estes últimos são mais estáveis. Foi estudado o efeito da estrutura em possíveis processos de ciclização intramolecular
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Mostrar Abstract
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Biothiols, such L-cysteine (Cys), homocysteine (Hcy) and glutathione (GSH), are highly relevant species in many biological processes, and therefore, the development of methodologies for the selective detection of these biothiols is a relevant research field. This work aims to provide theoretical support to the results obtainted in our research group for the L-cysteine (Cys) sensing ability of the chemodosimeter 2,3-dichloro-6,7-dinitroquinoxaline (DCDNQX), with an extension for its reactions with Hcy and GSH. The method M06-2X with 6-311+G (2d,p) basis set was applied for all calculations. They were evaluated several mechanistic proposals taken into account the versatility of Cys, Hcy and GSH as nucleophiles, including the possibility of nucleophilick attack by amino ad/or thiol groups, for both mono- and dissubstitution, including intramolecular cyclizations. Geometric parameters, inclding transition states for all molecules and reactions were optimized searching for thermodynamics and kinetics information. The results indicated the preference for the S- over N-attack, and the cyclized product being the most stable. The effect of structure on intramolecular cyclization was also studied.
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JOÃO EDSON TAVARES SOUSA DANTAS
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OBTENÇÃO DE CARBONOS MESOPOROSOS FUNCIONALIZADOS PARA APLICAÇÃO EM SENSORES ELETROQUÍMICOS NA DETECÇÃO DE CONTAMINANTES EMERGENTES
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Orientador : CARLOS ALBERTO MARTINEZ HUITLE
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MEMBROS DA BANCA :
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CARLOS ALBERTO MARTINEZ HUITLE
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DANYELLE MEDEIROS DE ARAUJO
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FERNANDO JOSÉ VOLPI EUSÉBIO DE OLIVEIRA
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TIAGO PINHEIRO BRAGA
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Data: 16/07/2021
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A sílica mesoporosa SBA-15 foi sintetizada através do método hidrotérmico e utilizada como molde rígido para síntese do carbono mesoporoso CMK-3 através da rota nanocasting. Os materiais sintetizados mantiveram a estrutura de poros hexagonal. O CMK-3 foi organofuncionalizado utilizando anidrido malêico e reagentes redutores para gerar grupos carboxílicos e causar a sua redução, formando a amostra denominada CMK-3RED. Tanto a síntese como a modificação dos carbonos mesoporosos foram comprovados através de difração de raios X (DRX), termogravimetria (TG), espectroscopia Raman e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os espectros de DRX confirmam que o material carbonáceo CMK-3 manteve a estrutura da SBA-15, apresentando picos referentes aos planos (100) e (110), em 0,997 e 1,7 graus, respectivamente, confirmados pelas imagens do MEV. A amostra CMK-3RED teve alteração da morfologia em virtude da modificação química realizada, sendo confirmado por DRX, com plano (100) em 1,007, além das análises de MEV e TG. A aplicação destes materiais foi feita no campo eletroquímico. Na eletroanálise dos analitos cafeína e ácido salicílico foi empregado um eletrodo de carbono vítreo, o qual foi modificado através do método drop-casting com as amostras CMK-3 e CMK-3RED em uma concentração de 2 mg de amostra para 1 ml de solvente. A voltametria pulso diferencial mostrou que o eletrodo modificado com a amostra CMK-3 obteve melhores resposta, com um limite de detecção de 8,86% a 24,99% melhor que o eletrodo sem modificação.
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THE MESOPOROUS SILICA SBA-15 WAS SYNTHESIZED THROUGH HYDROTHERMAL METHOD AND USED AS TEMPLATE FOR THE SYNTHESIS OF THE MESOPOROUS CARBON, CMK-3, THROUGH NANOCASTING ROUTE. THE SYNTHESIZED MATERIALS KEPT THE HEXAGONAL PORE STRUCTURE. THE CMK-3 WAS ORGANOFUNCTIONALIZED USING MALEIC ANHYDRIDE AND REDUCING REAGENTS IN ORDER TO GENERATE CARBOXYLIC GROUPS AND TO CAUSE ITS REDUCTION, CMK-3RED. BOTH SYNTHESIS AND MODIFICATION OF MESOPOROUS CARBONS WERE PROVEN BY X RAY DIFFRACTOMETRY (XRD), THERMOGRAVIMETRY (TG), RAMAN SPECTROSCOPY AND SCANNING ELECTRON MICROSCOPY (SEM). THE XRD SPECTRA CONFIRM THAT THE CARBONACEOUS MATERIAL CMK-3 KEPT THE SAME STRUCTURE MORPHOLOGY OF SBA-15, CONFIRMED BY THE SEM IMAGES. THE FUNCTIONALIZED CMK-3RED HAD MORPHOLOGY ALTERATION DUE TO ITS CHEMICAL MODIFICATION, WHICH WAS CONFIRMED BY XRD, SEM AND TG. FOR THE ELECTROCHEMICAL DETECTION OF CAFFEINE AND SALICYLIC ACID ANALYTES WAS USED AN GLASSY CARBON ELECTRODE, WHICH WAS MODIFIED THROUGH DROP CASTING METHOD WITH THE MESOPOROUS CARBONS. DIFFERENTIAL PULSE VOLTAMMETRY WAS USED AS ELECTROCHEMICAL DETECTION TECHNIQUE, EXHIBITING IMPROVEMENT OF SENSITIVITY TO ANALYTES, BOTH INDIVIDUALLY AND SIMULTANEOUSLY, IMPROVING IN 10% WITH CMK-3 AND IN 30% WITH CMK-3RED.
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GIDIÂNGELA CECÍLIA CAVALCANTE DA SILVA LIMA
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SÍNTESES DA ZEÓLITA SILICOALUMINOFOSFATO (SAPO-11) EMPREGANDO RESÍDUO DE LÂMPADAS FLUORESCENTES
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Orientador : SIBELE BERENICE CASTELLA PERGHER
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MEMBROS DA BANCA :
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ALCIDES DE OLIVEIRA WANDERLEY NETO
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ANTONIO SOUZA DE ARAUJO
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MARIELE IARA SOARES DE MELLO
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SIBELE BERENICE CASTELLA PERGHER
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ÍRIA ALMEIDA LEAL BASSAN
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Data: 22/07/2021
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A lâmpada fluorescente é um material bastante utilizado na sociedade, após o consumo por ser tratado como um material que contém metais pesados, como o mercúrio, seu descarte inapropriado causa grandes impactos ambientais. O resíduo da lâmpada fluorescente (pó fosfórico) foi fornecido pela empresa BQMIL (Brasil Química e Mineração Industrial Ltda), localizada em Mossoró/RN, após o processo de esmagamento das lâmpadas separa-se as substâncias por categoria como: vidros, gases, eletrodos (elétrons), isolamento baquelítico e o pó fosfórico, esse pó fosfórico passa-se por um processo de destilação para recuperação do mercúrio, restando-se o resíduo sólido, Com o objetivo de aproveitar e gerenciar o resíduo pó fosfórico, utilizou-se esse material no processo de sínteses de zeólitas, que são compostas por tetraedros de AlO4 e SiO4, ligados entre si pelo compartilhamento de átomos de oxigênio comuns. O resíduo estudado tem em sua composição química silício (Si), alumínio (Al) e fósforo (P), que contribuiu para a realização das sínteses das zeólitas silicoaluminofosfatos (SAPO-11), estrutura AEL, como fonte alternativa de Si, Al e P, por meio do processo hidrotérmico convencional. A metodologia aplicada nos estudos, variou-se parâmetros como a fonte de alumínio adicional na síntese, alumina neutra ou hidróxido de alumínio, temperatura e tempo de cristalização. Os resultados das sínteses foram caracterizados por técnicas de difração de raio X (DRX), espectroscopia da região do infravermelho (IV), ressonância magnética nuclear (RMN), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise textural. A pesquisa realizada neste trabalho, é uma inovação na síntese do SAPO-11, agregando valor ao resíduo e transformando-o em um novo material, assim reduzindo custos nas sínteses e amenizando os impactos ambientais.
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The fluorescente lamp is a material widely used in society, after consumption because it is treated as a material that contains heavy metals, such as Mercury, its inappropriate disposal causes great environmental impacts. The residue from the fluorescente lamp (phosphorous poder) was supplied by the company BQMIL (Brasil Química e Mineração Industrial Ltda), located in Mossoró/RN, after the processo f crushing the lamps, the substances are separated into categories such as: glasses, gases, electrodes (electrons), bakelitic isolation and phosphoric poder, this phosphoric poder undergoes a distillation process to recover mercury, leaving the solid residue. In order to use and manage the phosphoric poder residue, this was used material in the synthesis processo f zeolites, which are composed of tetrahedra of AlO4 and SiO4, linked together by sharing common oxygen atms. The studied residue has in its chemical composition silicone(Si), aluminum (Al) and phosphorus (P), which contributed to the synthesis of silicoaluminophosphates (SAPO-11) zeolites, structure AEL, as na alternative source of Si, Al and P, by means of the conventional hydrothermal process. The methodology applied in the studies, parameters such as the source of additional aluminum in the synthesis, neutral alumina or aluminum hydroxide, temperature and crystallization time were varied. The results of the syntheses were characterized by X-ray diffraction (XRD) techniques, infrared (IR) spectroscopy, nuclear magnetic resonance (NMR), scanning eléctron microscopy (SEM) and textural analysis. The rearch carried out in this work is na innovation in the SAPO-11 synthesis, adding value to the waste and transforming it into a new material, thus reducing costs in syntheses and mitigating environmental impacts.
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RENILSON DE OLIVEIRA MAPELE
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APLICAÇÃO DA TÉCNICA HS-CG-DIC NA ANÁLISE DE AMOSTRAS DE SOLOS POTIGUARES CONTAMINADOS COM GASOLINA COMERCIAL
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Orientador : VALTER JOSE FERNANDES JUNIOR
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MEMBROS DA BANCA :
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VALTER JOSE FERNANDES JUNIOR
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ANTONIO SOUZA DE ARAUJO
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GLAUBER JOSE TUROLLA FERNANDES
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Data: 27/07/2021
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Neste trabalho, avaliamos a aplicação da técnica HS-CG-DIC para análise de solos contaminados com gasolina. Para isto, amostras de cinco tipos de solos da região potiguar foram inseridas em vials, contaminadas com gasolina comercial, na proporção de 3g solo/200 µL gasolina, e analisadas via HS-CG-DIC (Shimadzu GC 2010). As amostras foram deixadas abertas, à temperatura ambiente, sendo lacradas apenas no momento de cada análise. Os dados obtidos nos cromatogramas mostraram que o perfil de decaimento da concentração de hidrocarbonetos com o tempo pode ser dado por um modelo de decaimento exponencial do tipo y = y0 + α e-x/β (R²>0,99). Os dados de TG/DTG mostraram que a composição orgânica do solo apresentou valor máximo de 3,8% e teor de umidade máximo de 1,0%. Os dados de DRX e FRX mostraram que os principais componentes do solo são, respectivamente, silício, alumínio e ferro, presentes na forma de óxidos.
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This work aimed at evaluating the application of the HS-GC-FID technique for analysis of soil samples contaminated with gasoline. For this, samples of five types of soils from Rio Grande do Norte region were inserted in vials, contaminated with commercial gasoline, in the proportion of 3g soil/200 µL gasoline, and analyzed via HS-GC-FID (Shimadzu GC 2010). The samples were left open at room temperature, being sealed only at the time of each analysis. The data obtained from the chromatograms showed that the hydrocarbon concentration decay profile with time can be given by an exponential decay model of the type y = y0 + α e-x/β (R² > 0.99). The TG/DTG data showed that the organic composition of the soil had a maximum value of 3.8% and a maximum moisture content of 1.0%. The XRD and XRF data showed that the main components of the soil are, respectively, silicon, aluminum and iron, present in the form of oxides.
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RODRIGO VICTOR BARBOSA
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AVALIAÇÃO TERMOANALÍTICA DA DEGRADAÇÃO DO POLIPROPILENO SOBRE OS MATERIAIS COMPÓSITO DE PERLITA EXPANDIDA IMPREGNADA COM CÉRIO, ZEÓLITA H-Y E A MISTURA COMPÓSITO/ZEÓLITA
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Orientador : VALTER JOSE FERNANDES JUNIOR
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MEMBROS DA BANCA :
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VALTER JOSE FERNANDES JUNIOR
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ANTONIO SOUZA DE ARAUJO
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GLAUBER JOSE TUROLLA FERNANDES
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Data: 29/07/2021
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Este trabalho teve como objetivo avaliar a degradação térmica do polipropileno sobre o compósito de perlita expandida impregnada com óxido de cério, doravante denominada Ce-PER, bem como comparar com a degradação do PP quando empregado uma zeólita H-Y comercial e a mistura do Ce-PER com a H-Y. O óxido de cério foi adicionado à perlita expandida por meio do método de co-impregnação por excesso de solvente. Os materiais foram analisados pelas técnicas de DRX, FRX, MEV, TG/DTG e teste de acidez por termodessorção de n-butilamina. O perfil de degradação do polipropileno foi avaliado em uma termobalança. A degradação do PP foi catalisada quando empregadas as misturas contendo 30%H-Y + PP e 15%H-Y + 15%Ce-PER + PP. Por outro lado, o PP recebeu efeito de estabilização térmica ao utilizar-se as misturas contendo 10% e 30%Ce-PER + PP. Pela análise de acidez obteve-se os valores de densidade total de sítios ácidos para a zeólita H-Y (2,30 mmol) e para o Ce-PER (0,2 mmol).
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ABSTRACT: The objective of this work was to evaluate the thermal degradation of polypropylene on the composite of expanded perlite impregnated with cerium oxide, hereinafter referred to as Ce-PER, as well as to compare it with the degradation of PP when using a commercial HY zeolite and a mixture of Ce-PER with HY. Cerium oxide was added to the expanded perlite by means of the excess solvent co-impregnation method. The materials were analyzed by the techniques of XRD, XRF, SEM, TG/DTG and acidity test by thermal desorption of n-butylamine. The degradation profile of polypropylene was evaluated in a thermobalance. The degradation of PP was catalyzed when mixtures containing 30%H-Y + PP and 15%H-Y + 15%Ce-PER + PP were used. On the other hand, PP received a thermal stabilization effect when using the mixtures containing 10% and 30%Ce-PER + PP. The acidity analysis yielded the total acid site density values for zeolite H-Y (2,30 mmol) and for Ce-PER (0,2 mmol).
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RANAYANNE SUYLANE PEREIRA CAMPOS
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CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA DO EXTRATO DA IMBURANA (COMMIPHORA LEPTOPHLOEOS) E SEU EMPREGO NA SÍNTESE VERDE DE PARTÍCULAS DE CuFe2O4.
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Orientador : DULCE MARIA DE ARAUJO MELO
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MEMBROS DA BANCA :
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DULCE MARIA DE ARAUJO MELO
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RENATA MARTINS BRAGA
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GILVAN PEREIRA DE FIGUEREDO
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RODOLFO LUIZ BEZERRA DE ARAÚJO MEDEIROS
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Data: 29/07/2021
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Nanopartículas de Ferrita de Cobre (CuFe2O4) foram sintetizadas por uma rota verde utilizando o extrato aquoso e hidroetanólico da casca da Commiphora Leptophloeos, popularmente conhecida como “Imburana”, planta nativa da região da Caatinga no Brasil. Os fitoconstituintes presentes no extrato foram utilizados como agentes complexantes e quelantes para a síntese das partículas de CuFe2O4. Todas as caracterizações da casca e extrato da planta foram realizadas por análises de FTIR, TG, UV/Vis e HPLC-MS/MS. O tamanho das partículas, morfologias e propriedades dos materiais obtidos foram analisados por espectroscopia DRX, MEV, UV/Vis, FTIR e Espectroscopia de Mossbauer. O presente estudo pretende demonstrar a eficácia da utilização de extratos naturais como provedores de metabólicos secundários para redução e estabilização de estrutura nanomateriais de óxidos metálicos, no caso, as Ferritas fazendo-se uso de uma rota de síntese verde ecologicamente correta e economicamente viável. Foram identificados como metabólitos secundários nos extratos ácidos e flavonoides. A presença dos ácido quínico, eriodictiol, catequinas, quercetinas e luteolinas, demostraram boa eficiência e ação como agentes complexantes e quelantes para síntese das partículas de CuFe2O4.
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Copper Ferrite Nanoparticles (CuFe2O4) were synthesized by a green route using the aqueous and hydroethanolic extract of the bark of Commiphora Leptophloeos, popularly known as “Imburana”, a plant native to the Caatinga region in Brazil. The phytoconstituents present in the extract were used as complexing and chelating agents for the synthesis of CuFe2O4 particles. All characterizations of the bark and plant extract were performed by FTIR, TG, UV/Vis and HPLC-MS/MS analyses. The particle size, morphologies and properties of the materials obtained were analyzed by DRX, SEM, UV/Vis, FTIR and Mossbauer spectroscopy. The present study intends to demonstrate the effectiveness of the use of natural extracts as providers of secondary metabolics for the reduction and stabilization of nanomaterial structures of metallic oxides, in this case, Ferrites using an ecologically correct and economically viable green synthesis route. They were identified as secondary metabolites in acid and flavonoid extracts. The presence of quinic acid, eriodictiol, catechins, quercetins and luteolins showed good efficiency and action as complexing and chelating agents for the synthesis of CuFe2O4 particles.
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WILLIAN BARBOSA LIMA DO NASCIMENTO
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SÍNTESE DE NANOPARTÍCULAS POLIMÉRICAS PARA APLICAÇÃO EM CIMENTAÇÃO DE POÇOS DE PETRÓLEO
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Orientador : JÚLIO CÉZAR DE OLIVEIRA FREITAS
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MEMBROS DA BANCA :
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ALCIDES DE OLIVEIRA WANDERLEY NETO
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FABÍOLA DIAS DA SILVA CURBELO
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JULIANA DE SOUZA NUNES
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JÚLIO CÉZAR DE OLIVEIRA FREITAS
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Data: 30/07/2021
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Novos aditivos aplicados a cimentação de poços têm sido desenvolvidos em busca de sistemas de pastas cada vez mais eficientes para aplicação em cenários críticos, especialmente os casos onde envolve o risco de migração de gás. O presente trabalho trata do desenvolvimento de uma nova tecnologia aplicada à cimentação de poços de petróleo. Um nanolatex sitentizado a partir da polimerização de emulsão que contém partículas de poliestireno com tamanho aproximado de 65,9 nm, contendo teores de sólidos próximos de 19% e baixos valores de PDI (menores que 0,160). Estas são partículas que se revelaram efetivas como aditivos de pastas de cimento, particularmente como controladores de filtrado para cenários de poços com risco de migração de gás. Os nanolatex foram denominados conforme a concentração de sólidos, variando de 15,80 % (seed 1) a 19,8% (seed 6). Os nanolatex foram caracterizados por gravimetria (análise feita para determinar a conversão polimérica e teor de sólidos), espalhamento dinâmico de luz (DLS – análise do tamanho de partículas e número de partículas), índice de polidispersão (PDI – análise da homogeneidade do tamanho de partículas do sistema), potencial zeta (análise da estabilidade coloidal). As pastas de cimento foram caracterizas por filtração estática e ensaios reológicos. A pasta de cimento aditivada com 1,0 gpc (galão por pé cúbico de cimento) de seed 7 apresentou consistência inferior a 30 UC até 199 °F. Os ensaios de filtrado e viscosidade plástica apresentaram valores dentro de faixas aceitáveis para aplicação em operações de cimentação, 44mL/30min e 112 cP, respectivamente. Com base nos resultados, o nanolatex desenvolvido apresenta-se como um potencial aditivo para aplicação em poços petrolíferos com perca de filtrado e risco de migração de gás.
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New additives applied to wells cementing have been developed in search of more and more efficient paste systems for application in critical scenarios, especially those cases where the risk of gas migration is involved. The present work deals with the development of a new technology applied to the cementation of oil wells. A nanolatex sitentized from emulsion polymerization that contains polystyrene particles with a size of approximately 65.9 nm, containing solids content close to 19% and low PDI values (less than 0.160). These are particles that have proven effective as additives to cement pastes, particularly as filtrate controllers for well scenarios with a risk of gas migration. The nanolatex were named according to solids concentration, ranging from 15.80 % (seed 1) to 19.8% (seed 6). The nanolatex were characterized by gravimetry (analysis done to determine polymer conversion and solid content), dynamic light scattering (DLS - analysis of particle size and particle number), polydispersity index (PDI - analysis of the homogeneity of the particle size of the system), zeta potential (analysis of colloidal stability). The cement pastes were characterized by static filtration and rheological tests. The cement paste additivated with 1.0 gpc (gallon per cubic foot of cement) of seed 7 showed consistency below 30 UC up to 199 °F. The filtrate and plastic viscosity tests showed values within acceptable ranges for application in cementing operations, 44mL/30min and 112 cP, respectively. Based on the results, the developed nanolatex presents itself as a potential additive for application in oil wells with fluid-loss and gas migration risk.
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MARIA APARECIDA AIRES DE LIMA SARAIVA
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Síntese e caracterização de complexos do tipo tetracianos - Na2[Fe(CN)4(L)2] - em que L são os ligantes Pirazinamida e Isoniazida
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Orientador : TIAGO PINHEIRO BRAGA
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MEMBROS DA BANCA :
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SÉRGIO XAVIER BARBOSA ARAÚJO
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CARLOS ALBERTO MARTINEZ HUITLE
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FRANCISCO ORDELEI NASCIMENTO DA SILVA
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TIAGO PINHEIRO BRAGA
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Data: 30/07/2021
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O crescente número de bactérias resistentes aos antibióticos convencionais tem levado a comunidade científica a buscar drogas mais efetivas, seletivas e que causem menos efeitos colaterais. Neste contexto o desenvolvimento de compostos de coordenação para fins farmacológicos tem sido um grande recurso no combate aos microrganismos resistentes devido à coordenação aos cátions metálicos alterar significativamente o perfil fisiológico das drogas; tornando-as mais ativa que o ligante livre, diminuindo os efeitos colaterais e levando a uma redução da resistência microbiana. Diante do exposto, o presente trabalho tem por objetivo sintetizar e caracterizar complexos de ferro do tipo Na2[Fe(CN)4(L)2] em que L são os ligantes, amino, pirazinamida e isoniazida. Os tetracianos foram obtidos a partir do composto precursor NAT211 - Na2[Fe(CN)4(NH3)2] – dissolvido em água seguido por adição dos ligantes, sob agitação. Por meio da espectroscopia vibracional na região do infravermelho foi possível detectar os sinais característicos dos ligantes coordenados ao centro metálico, tais como: ciano na região entre 2011 e 2094 cm-1; amino em 3288 cm-1; pirazinamida na faixa de 3412 a 1477 cm-1; e isoniazida de 3302 a 1554 cm-1. Os espectros eletrônicos na região do UV-Vis dos complexos apresentaram bandas do tipo, d-d em 439 nm para o precursor; 378 nm para o composto com o ligante pirazinamida (NAT212) e 303 nm para o complexo com a isoniazida (NAT213). As bandas de transferência de carga (MLCT) referente ao cianeto são observadas entre 218 e 210 nm nos compostos sintetizados. Já as MLCT dos ligantes N-heterocíclicos aparecem em 494 e 442 nm referentes ao NAT212 e NAT213, nessa ordem. A análise dos voltamogramas mostrou a presença de apenas um par redox, com potenciais de meia onda (E1/2) em 105, 334 e 242 mV para os compostos NAT211, NAT212 e NAT213, respectivamente, indicativo do par redox FeIII/FeII.
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The growing number of bacteria resistant to conventional antibiotics has led the scientific community to seek more effective, selective drugs that cause less side effects. In this context, the development of coordination compounds for pharmacological purposes has been a great resource in the fight against resistant microorganisms due to the coordination of metal cations to significantly alter the physiological profile of drugs; making them more active than the free binder, reducing side effects and leading to a reduction in microbial resistance. Given the above, the present work aims to synthesize and characterize iron complexes of the type Na2[Fe(CN)4(L)2] in which L are the ligands, amino, pyrazinamide and isoniazid. The tetracians were obtained from the precursor compound NAT211 - Na2[Fe(CN)4(NH3)2] - dissolved in water followed by the addition of the binders, under stirring. Through vibrational spectroscopy in the infrared region, it was possible to detect the characteristic signals of the ligands coordinated to the metallic center, such as: cyan in the region between 2011 and 2094 cm-1; amino at 3288 cm-1; pyrazinamide in the range of 3412 to 1477 cm-1; and isoniazid from 3302 to 1554 cm-1. The electronic spectra in the UV-Vis region of the complexes showed bands of the type, d-d at 439 nm for the precursor; 378 nm for the compound with the pyrazinamide linker (NAT212) and 303 nm for the complex with the isoniazid (NAT213). The cyanide charge transfer bands (MLCT) are observed between 218 and 210 nm in the synthesized compounds. The MLCT of the N-heterocyclic ligands appear in 494 and 442 nm referring to NAT212 and NAT213, in that order. The analysis of voltammograms showed the presence of only one redox pair, with half wave potentials (E1 / 2) at 105, 334 and 242 mV for compounds NAT211, NAT212 and NAT213, respectively, indicative of the redox pair FeIII / FeII.
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GIORGIO LÚCIO FERNANDES
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Construção de espectrofotômetro UV-VIS multicanal e aplicações no estudo da cinética de reações químicas: uma proposta de plataforma analítica e educacional
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Orientador : POLLYANA SOUZA CASTRO
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MEMBROS DA BANCA :
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WAGNER BEZERRA
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FERNANDO SILVA LOPES
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POLLYANA SOUZA CASTRO
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VALTER JOSE FERNANDES JUNIOR
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Data: 11/08/2021
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O espectrofotômetro UV-VIS é o instrumento analítico mais utilizado nos laboratórios de análise em todo o mundo. Devido à recorrente falta de investimentos na educação brasileira, ainda é possível observar uma grande carência de infraestrutura nos laboratórios de ensino. Como alternativa à aquisição destes equipamentos comerciais, o presente trabalho apresenta a construção e validação de um espectrofotômetro UV-VIS multicanal portátil, de baixo custo e leve. O instrumento segue o esquema de construção de um espectrofotômetro de feixe simples, utilizando uma câmera CMOS (Complementary metal-oxide-semiconductor) como detector multicanal, uma rede de difração holográfica 1000 linhas/mm e uma cela termostatizada para a amostra, sendo este o componente inovador se comparado a instrumentos comerciais. O aparelho montado teve um custo de aproximadamente $ 95,00, suas dimensões foram de 23cmx13cmx06cm conferindo uma maior facilidade de acomodação e transporte. Para a validação foi utilizada uma solução de permanganato de potássio como espécie química em virtude de seu espectro de absorção característico. Assim testes de calibração e validação analítica do equipamento foram realizados pela construção de uma curva analítica com soluções de concentração de 2,5x10-5 a 2,0x10-4 mol/L. Como resultados foram obtidas as figuras de mérito: coeficiente de correlação linear (R2) 0,997, limite de detecção 0,331 mg/L, limite de quantificação 1,10 mg/L, dispersão das medidas de 1,7%, resolução espectral 0,14nm, velocidade de aquisição de até 120 espectros/s. Além disso, foi calculada a absortividade molar para o permanganato de potássio de 2,554 x103 Lmol-1cm-1, sendo condizente com valores reportados na literatura. O equipamento também foi utilizado para o monitoramento da cinética de reações químicas. A reação investigada foi a oxidação da sacarose por permanganato de potássio em meio básico, conhecida como o “camaleão químico”. A partir dos resultados obtidos foi observado o comportamento linear na equação de Arrhenius entre as temperaturas de 30°C à 40°C, calculando-se os parâmetros cinéticos Ea=13.932,03 J; ∆H# (308,15K) = 11.370,07 J; ∆S# (308,15K) = -190,43 J; ∆G# (308,15K) = 70.052,13 J. Portanto o equipamento fabricado se mostra como uma promissora plataforma analítica miniaturizada, acessível e com desempenho e performance comparáveis aos equipamentos comerciais, além de se mostrar como uma boa ferramenta de ensino pela capacidade de trabalhar conceitos fundamentais da química.
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The UV-VIS spectrophotometer is the most widely used analytical instrument in analytical laboratories around the world. Due to the recurrent lack of investment in Brazilian education, it is still possible to observe a great lack of infrastructure in teaching laboratories. As an alternative to the acquisition of these commercial equipment, the present work presents the construction and validation of a portable, low cost and light multichannel UV-VIS spectrophotometer. The instrument has the construction scheme of a single-beam spectrophotometer, using a CMOS (Complementary metal-oxide-semiconductor) camera as a multi-channel detector, a 1000 lines/mm holographic diffraction grating and a thermostated cell for the sample, innovative component compared to commercial instruments. The assembled device cost approximately $95.00, its dimensions were 23cmx13cmx06cm, providing easier accommodation and transport. For validation, a potassium permanganate solution was used as a chemical species due to its characteristic absorption spectrum. Thus, calibration tests and analytical validation of the equipment were performed by constructing an analytical curve with concentration solutions from 2.5x10-5 to 2.0x10-4 mol/L. As results, figures of merit were obtained: linear correlation coefficient (R2) 0.997, detection limit 0.331 mg/L, quantification limit 1.10 mg/L, measurement dispersion of 1.7%, spectral resolution 0.14nm , acquisition speed of up to 120 spectra/s. In addition, the molar absorptivity for potassium permanganate of 2.554 x103 Lmol-1cm-1 was calculated, being consistent with values reported in the literature. The equipment was also used to monitor the kinetics of chemical reactions. The investigated reaction was the oxidation of sucrose by potassium permanganate in a basic medium, known as the “chemical chameleon”. From the results obtained, the linear behavior in the Arrhenius equation was observed between temperatures from 30°C to 40°C, calculating the kinetic parameters Ea=13,932.03 J; ∆H# (308.15K) = 11,370.07 J; ∆S# (308.15K) = -190.43 J; ∆G# (308.15K) = 70,052.13 J. Therefore, the manufactured equipment shows itself as a promising miniaturized analytical platform, accessible and with performance and performance comparable to commercial equipment, in addition to showing itself as a good teaching tool due to its ability to work fundamental concepts of chemistry.
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JOADIR HUMBERTO DA SILVA JUNIOR
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Fabricação e validação de acessórios para espectroscopia e espectroeletroquímica usando impressão 3D para investigações de processos dinâmicos interfaciais e de superfícies.
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Orientador : POLLYANA SOUZA CASTRO
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MEMBROS DA BANCA :
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POLLYANA SOUZA CASTRO
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CARLOS ALBERTO MARTINEZ HUITLE
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BRUNO CAMPOS JANEGITZ
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RODRIGO ALEJANDRO ABARZA MUNOZ
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Data: 24/08/2021
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Este trabalho apresenta a impressão 3D como uma técnica de manufatura aditiva auspiciosa para diversas aplicações interessantes à espectroscopia de filmes finos e ao acoplamento de técnicas eletroquímicas e espectroscópicas. Propomos a fabricações de um módulo para espectroscopia por reflectância especular e células espectroeletroquímicas (CEE) para medidas de absorção no UV-VIS e de espalhamento Raman in situ. Como prova de conceito, espectros de reflexão-absorção no UV-VIS e no infravermelho médio de um filme do corante vermelho allura AC foram coletados usando o módulo de reflectância, mostrando as bandas características dos grupos funcionais que compõem sua estrutura, em consonância aos dados descritos na literatura. As CEEs foram avaliadas a partir de medidas espectroeletroquímicas relacionadas ao crescimento induzido eletroquimicamente de filmes de Azul da Prússia (PB – Prussian Blue) sobre a superfície de um eletrodo de platina. Ao manter as condições apropriadas, o crescimento do filme de PB foi acompanhado por um aumento proporcional no sinal de absorção a 700 nm na região UV-VIS. Este sinal está relacionado à transferência de carga de intervalência entre os centros de ferro (Fe(II)-C para o Fe(III)-N. Além disso, as medidas usando a CEE Raman apresentaram sinais de espalhamento inelástico em 2092 e 2156 cm-1 - relacionados aos modos n(CN) associado aos cátions Fe(II) e Fe(III) - durante o crescimento do filme. Em seguida, a conversão eletroquímica do filme às formas Verde Berlin (BG) e Branco da Prússia (PB) foram monitoradas a partir da obtenção de espectros in situ, cujos perfis concordam com os previstos e descritos em literatura. A conformidade dos resultados obtidos valida os acessórios construídos e sugerem muitas outras aplicações, como ao estudo de cinética e mecanismos de reações/processos eletroquímicas(os), monitoramento de espécies de vida curta e investigações de diferenciação de heterogeneidades bastante localizadas em superfícies ou interfaces.
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A polianilina (PANI) é um homopolímero intrinsecamente condutor com interessantes propriedades eletroquímicas e espectroscópicas. Característica da sua natureza macromolecular, esse material pode apresentar propriedades diversas de acordo com a forma como é obtido e/ou processado.Neste trabalho, filmes finos destepolímero foram sintetizados sobre eletrodos de platina por meio de processos eletroquímicos distintos. Ascaracterísticas do material formadoforam investigadas a partir de estudos espectroeletroquímicos in situ usando técnicas espectroscópicas eletrônicas (UV-VIS) e vibracionais (Raman). Além disso, análises complementares utilizando espectroscopia no infravermelho (IRRAS), voltametria cíclica e difraçãode Raios-X também foram utilizadas para caracterização do material. As análises in situforam possíveis graças ao desenvolvimento de células espectroeletroquímicas usando a tecnologia de impressão 3D por fusão e deposição de material (FDM). A competência das célulasfabricadas foi avaliada a partir de materiais e processos com comportamento espectroscópico e eletroquímico previsível e amplamente descritosna literatura. O corante vermelho allura AC e o crescimento e conversão eletroquímica de filmes finos de Azul da Prússia foram investigados obtendoboa consonânciadosresultados, validando portanto a utilização das células espectroeletroquímicas. As características eletroquímicas dos filmes de polianlina sintetizados divergiram de acordo com o método de síntese, e à causa foi atribuída fator conformacional das cadeias poliméricas, que se moldam a partir de mecanismos distintos e característicos de cada meio de obtenção. Os resultados sugerem que filmes obtidos galvanostaticamente apresentam maior organização das cadeias e maior resistência ao transporte de prótons durante processos de interconversão eletroquimicamente induzidos.
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LUCAS HILÁRIO NOGUEIRA DE SOUSA
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Revisão da literatura sobre o gênero Callyspongia e análise da espécie Callyspongia vaginalis
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Orientador : RENATA MENDONÇA ARAUJO
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MEMBROS DA BANCA :
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NILCE VIANA GRAMOSA POMPEU DE SOUSA BRASIL
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LEANDRO DE SANTIS FERREIRA
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RENATA MENDONÇA ARAUJO
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Data: 17/09/2021
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O gênero Callyspongia (Callyspongiidae) é um grupo de demosponges formado por 261 espécies descritas e por aproximadamente 180 aceitas pela revisão de taxonomistas. Os organismos marinhos de Callyspongia estão distribuídos em ecossistemas tropicais, especialmente no Pacífico central e ocidental, mas também nas regiões dos oceanos Índico, Atlântico Oeste e Pacífico Leste. O interesse pelo gênero Callyspongia se deve ao fato deste ser uma fonte de compostos bioativos. Nesta revisão, agrupamos as informações químicas sobre os metabólitos secundários isolados do gênero Callyspongia, bem como, os estudos da atividade biológica desses compostos. Por meio dos dados de RMN, um total de 212 metabólitos foram identificados do gênero Callyspongia (15 espécies e Callyspongia sp.), Dos quais 103 compostos são categorizados como poliacetilenos e lipídios. Além desses, foram isolados no gênero benzenoides, alcalóides, derivados de indol, diazepina, dicetopiperazinas, dipeptídeos, diácido anfifílico, naftopirona, macrolídeo, policetídeos, diidrofuranos, benzofurano, nucleosídeos, peptídeos cíclicos, depsipeptídeos cíclicos. Foram relatadas 109 moléculas com alguma atividade bioativa, principalmente ação citotóxica e antimicrobiana (antibacteriana e antifúngica). Assim, concluímos que os poliacetilenos correspondem à maior classe de metabólitos bioativos do gênero e os resultados estão de acordo com a relevância dos metabólitos para a ação anticâncer. Além disso, uma prospecção química da fração hexânica do extrato etanólico da espécie Callyspongia vaginalis, realizada no presente trabalho, permitiu o isolamento e identificação por técnicas de análise espectroscópica, incluindo RMN 1D e 2D, de duas substâncias: β-sitosterol, amplamente isolado em plantas, mas relatado uma vez no gênero, e uma ceramida, relatada aqui pela primeira vez no gênero Callyspongia. Além disso, a análise de GC-MS permitiu a identificação de quatro compostos insaponificáveis (estigmasterol, brassicasterol, colesterol e lupenona).
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The genus Callyspongia (Callyspongiidae) is a group of demosponges including 261 described species and approximately 180 accepted by taxonomist’s review. The marine organisms of Callyspongia are distributed in tropical ecosystems, especially in the central and western Pacific, but also in the regions of the Indian, the West Atlantic and the East Pacific Oceans. The interest in the genus Callyspongia is because it is a source of bioactive compounds. In this review, we group the chemical information about the secondary metabolites isolated from the genus Callyspongia, as well as studies of the biological activity of these compounds. Through NMR data, a total of 212 metabolites were identified from genus Callyspongia (15 species and Callyspongia sp.), of which 103 compounds are categorized as polyacetylenes and lipids. Beside these, benzenoids, alkaloids, indol derivatives, diazepine, diketopiperazines, dipeptides, amphiphilic diacid, naphthopyrone, macrolide, polyketides, dihydrofurans, benzofuran, nucleosides, cyclic peptides, cyclic depsipeptides were isolated in the genus. 109 molecules have been reported with some bioactive activity, mainly cytotoxic and antimicrobial (antibacterial and antifungal) action. Thus, we conclude that polyacetylenes correspond to the largest class of bioactive metabolites of the genus and the results are in accordance with the relevance of the metabolites for anticancer action. In addition, a chemical prospection of the hexane fraction from ethanol extract of the specie Callyspongia vaginalis carried out in the present paper allowed the isolation and identification by spectroscopic analysis techniques, including 1D and 2D NMR, of two substances: β-sitosterol, widely isolated in plants, but reported one time in genus, and a ceramide, reported here for the first time in the genus Callyspongia. In addition, GC-MS analysis allowed the identification of four unsaponifiable compounds (stigmasterol, brassicasterol
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IGOR RAFAEL RESENDE DE OLIVEIRA
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: Investigação in Silico da Interação de Peptídeos Antimicrobianos Análogos da Stigmurina com Modelos de Membranas.
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Orientador : DAVI SERRADELLA VIEIRA
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MEMBROS DA BANCA :
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CARLOS ALESSANDRO FUZO
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ANDERSON DOS REIS ALBUQUERQUE
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DAVI SERRADELLA VIEIRA
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Data: 23/09/2021
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A Stigmurina (Stig), peptídeo originário da peçonha do escorpião Tityus stigmurus, e seus análogos (StigA8, StigA15, StigA18 e StigA28), se mostraram eficazes em estudos anteriores in-vitro e in-vivo (Larvas de Mariposa Galleria Mellonella), a Stig apresentando atividade antibacteriana sobre bactérias Gram-Positivas e os análogos em ambas, Gram-Positivas e Gram-Negativas. Com o objetivo de investigar detalhadamente a interação desses peptídeos com diferentes membranas bacterianas, a fim de estabelecer parâmetros estruturais para discutir o mecanismo de ação desses peptídeos, foram realizadas simulações de dinâmica molecular (DM) dos peptídeos Stig, StigA8 e StigA18 em modelos de membranas Gram-positivas e Gram-negativas. Sistemas com 1, 2 e 7 peptídeos foram simulados para investigar o efeito da concentração peptídica na perturbação das membranas. As simulações de DM foram realizadas usando o pacote de programas Gromacs 2018, as análises de perturbação e estabilidade foram realizadas com o MEMPLUG (Espessura da Membrana, Área por lipídios e Parâmetro de Ordem). As energias de interação intermolecular foram calculadas em função do tempo entre cada peptídeo e a membrana, mostrando que existe uma maior estabilização nas interações dos peptídeos análogos com as membranas bacterianas em comparação com a Stig. Parâmetros estruturais, como a fluidez da membrana e a área por lipídio, também foram avaliados. Os peptídeos análogos provocaram maior desordem na cauda lipídica das membranas bacterianas do que a Stig, caracterizando o maior efeito de perturbação causado pelos análogos. As membranas bacterianas sofreram um leve aumento em sua área superficial, o que se deu pela interação superficial e acoplamento na superfície da membrana por parte dos peptídeos. Por fim, das simulações para os sistemas concentrados (7 peptídeos) observou-se a formação de agregados, e consequentemente, uma maior perturbação local nas membranas, com drásticas reduções nas espessuras das mesmas na região de interação. O presente trabalho corrobora os resultados experimentais e sugere que o mecanismo de ação desses peptídeos deve ser investigado por simulações mais longas, em concentrações que propiciem a formação de agregados.
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Stigmurin (Stig), a peptide originating from the venom of the scorpion Tityus stigmurus, and its analogs (StigA8, StigA15, StigA18, and StigA28), are effective in previous in-vitro and in-vivo studies (Larvae of Mariposa Galleria Mellonella), with Stig showing antibacterial activity on Gram-positive bacteria and the analogs on both Gram-positive and Gram-negative. To investigate in detail the interaction of these peptides with different bacterial membranes and establish structural parameters to discuss the mechanism of action of these peptides, molecular dynamics (MD) simulations of Stig, StigA8, and StigA18 peptides were performed in Gram-positive membrane and Gram-negative membrane models. Systems with 1, 2, and 7 peptides were simulated to investigate the effect of peptide concentration on membrane disturbance. MD simulations were carried out using Gromacs 2018 software package and the perturbation and stability analyzes were performed with MEMPLUG (Membrane Thickness, Area by Lipid and Order Parameter). The intermolecular interaction energies were calculated as a function of the time between each peptide and the membrane, showing that there is a greater stabilization in the interactions of the analog peptides with bacterial membranes compared to Stig. Structural parameters, such as membrane fluidity and lipid area, were also evaluated. Analogous peptides caused greater disorder in the lipid tail of bacterial membranes than Stig, characterizing the greater perturbation effect caused by the analogs. Bacterial membranes underwent a slight increase in their surface area, due to the surface interaction and coupling to the membrane surface by the peptides. Finally, the simulations for the concentrated systems (7 peptides) showed the formation of the aggregates, and consequently, a greater local disturbance on the membranes, with drastic reductions in their thickness at the interaction region. The present work corroborates the experimental results and suggests that the mechanism of action of these peptides must be investigated by longer simulations, in concentrations that favor the formation of the aggregates.
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ANTÔNIO MARCELO SILVA LOPES
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Síntese in situ da liga de FeCo altamente estável encapsulada em carbono a partir do etanol
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Orientador : TIAGO PINHEIRO BRAGA
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MEMBROS DA BANCA :
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TIAGO PINHEIRO BRAGA
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MARCO ANTONIO MORALES TORRES
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JOSÉ MARCOS SASAKI
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Data: 26/10/2021
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Este trabalho se propôs a desenvolver uma liga magnética de FeCo encapsulada em carbono, utilizando-se como precursor de carbono o etanol, através da rota deposição química de vapor (CVD), para aplicação na degradação fotocatalítica do azul de metileno. Inicialmente, sintetizou-se um óxido CoxFeyO4 na proporção 1:1 através do método de Pechini. O material foi submetido à uma redução in situ, através do método CVD usando o etanol como reagente de partida nas temperaturas de 400, 500, 600 e 700ºC. As reações foram estudadas por Cromatografia Gasosa (CG), a partir de alíquotas gasosas coletadas em tempos pré-determinados. A partir das reações de desidrogenação e desidratação do etanol formou-se a liga encapsulada e para fins comparativos reduziu-se a o óxido em liga FeCo pura usando apenas H2. Os materiais formados foram caracterizados e seus resultados interpretados. A partir da análise DRX e Refinamento de Rietveld, foi possível identificar as fases presentes no óxido CoxFeyO4, bem como a presença das fases de carbono cristalino e FeCo nos materiais reduzidos via CVD, cuja intensidade de picos aumenta com a temperatura de síntese. As amostras FeCo-400 e FeCo-700 foram tratadas em meio ácido e alcalino, verificou-se a importância do encapsulamento para a estabilidade da liga de FeCo. Os perfis de TGA indicaram um aumento na estabilidade térmica da liga à medida que a temperatura de síntese é elevada. As medidas magnéticas realizadas para as amostras FeCo, FeCo-400 e FeCo-700, revelaram uma redução nos valores de Ms devido à presença da fase de carbono, bem como mostraram valores de Hc elevados em comparação com a liga de FeCo, especialmente para a amostra FeCo-400, que pode ser associado a existência de uma fração da fase de óxido que não foi reduzido. A espectroscopia Mössbauer confirma a presença da estrutura BCC da liga magnética FeCo nos materiais FeCo, FeCo-400 e FeCo-700 e indica valores de deslocamento isomérico e Bhf coerentes com a literatura para a fase FeCo. Os perfis de TPR-H2 mostram uma redução completa do óxido em liga em aproximadamente 470ºC, o que justifica a presença da mistura de fases óxido e liga na amostra FeCo-400. Os perfis de TPD-NH3 e TPD-CO2 revelam a presença de sítios ácidos de Lewis e sítios básicos (O2-). Os espectros Raman mostraram que a amostras com maior e menor grau de grafitização são respectivamente FeCo-700 e FeCo-500, que após a análise MET confirmou-se a presença de CNTs mais organizado para FeCo-700. A análise MEV-FEG mostra a uniformidade da superfície do óxido, e a previsão da presença de CNTs, que foi confirmada pelas imagens de MET. Ensaios de adsorção comprovaram o encapsulamento dos materiais à medida que a temperatura de síntese aumenta e indicaram que a liga menos encapsulada, FeCo-400, foi o melhor adsorvente devido a sinergia entre o óxido e a liga de Fe-Co. Propôs-se um mecanismo para explicar a formação do material de liga encapsulado em carbono baseado nas reações de desidrogração e desidratação do etanol. A energia de band-gap dos materiais indica que são promissores para aplicações fotocatalíticas, onde estudou-se a fotodegradação do azul de metileno (AM), que obteve melhor desempenho para a amostra FeCo-400 através de um processo foto-fenton com geração de H2O2 in situ, que também teve seu mecanismo proposto e cujo sinergismo entre a liga encapsulada e a fase de óxido da amostra, juntamente com o pequeno diâmetro do cristalito da liga FeCo favorecem a fotodegradação do AM.
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This research proposed to develop a FeCo magnetic alloy encapsulated in carbon, using ethanol as a carbon precursor, through the CVD route, for the photocatalytic degradation of organic contaminants. Initially, a CoxFeyO4 oxide in a 1:1 ratio was synthesized using the Pechini method. The material was subjected to in situ reduction, by the CVD method, using ethanol as the initial reagent at temperatures of 400, 500, 600 and 700ºC. The reactions were studied by Gas Chromatography (GC), from gas aliquots collected at predetermined times. From the ethanol dehydrogenation and dehydration reactions, it is transformed into an encapsulated binder and, for comparative purposes, it is reduced to oxide in the pure FeCo binder using only H2. You are materialized by a characterized and interpreted result. From the analysis of XRD and Rietveld Refinement, it is possible to identify the phases present without CoxFeyO4 oxide, as well as the presence of crystalline carbon and FeCo phases in reduced materials via CVD, whose peak intensity increases with the synthesis temperature. Thus, we show FeCo-400 and FeCo-700 were treated in acidic and alkaline medium and we verified the importance of encapsulation for the stability of the FeCo bond. TGA profiles indicate an increase in the thermal stability of the bond as the local temperature is raised. Magnetic measurements performed for the FeCo, FeCo-400 and FeCo-700 samples reveal a reduction in the more values due to the presence of the carbon phase, as well as showing high Hc values compared to the FeCo Bond, especially for an It presents FeCo-400, which may be associated with the existence of a fraction of the oxide phase that was not reduced. Mössbauer spectroscopy confirms the presence of the BCC structure of the FeCo magnetic bond in FeCo, FeCo-400 and FeCo-700 materials and indicates values of isomeric displacement and Bhf coefficient with literature for the FeCo phase. The H2-TPR profile shows a complete reduction of the oxide in the bond at approximately 470°C, or which justifies the presence of the mixture of oxide and bonding phases in presenting FeCo-400. The profiles of NH3-TPD and CO2-TPD revealed the presence of Lewis acid sites and basic sites (O2-). The Raman spectra will show that a higher and lower degree of graphitization is respectively FeCo-700 and FeCo-500, which uses TEM analysis to confirm the presence of more organized CNTs for FeCo-700. The SEM-FEG analysis shows the uniformity of the oxide surface and the prediction of the presence of CNTs, which was confirmed by the TEM images. Adsorption tests prove or encapsulate two materials as the synthesis temperature increases and indicate a less encapsulated FeCo-400 that synergizes with Fe-Co oxide as an adsorbent. Proposal is a mechanism to explain the formation of carbon-based encapsulated binding material in ethanol dehydration and dehydration reactions. The band-gap energy of two materials indicates that they are promising for photocatalytic applications, where the photodegradation of methylene blue (MB) is studied, which obtains the best removal for the FeCo-400 sample through a photo-processing process. Fenton with in situ H2O2 generation, which also has its mechanism of synergism between the encapsulated bond and the oxide phase, together with the small diameter of the crystallite of the FeCo bond, favors MB photodegradation.
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ROALLISSON SPAYCK DE OLIVEIRA SILVA
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DETECÇÃO ELETROQUÍMICA DE CAFEÍNA UTILIZANDO UM ELETRODO DE NANOPAREDES DE CARBONO DOPADO COM BORO (B: CNW)
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Orientador : CARLOS ALBERTO MARTINEZ HUITLE
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MEMBROS DA BANCA :
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CARLOS ALBERTO MARTINEZ HUITLE
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ELISAMA VIEIRA DOS SANTOS
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DANYELLE MEDEIROS DE ARAUJO
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Data: 29/10/2021
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Ao longo dos anos tem-se registrado aumentos significativos na produção e consumo mundial da cafeína, essa popularidade ocorre pelos seus efeitos fisiológicos importantes, porém, o uso desregrado e em dosagens inadequadas podem ocasionar problemas graves a curto e longo prazo. Levando um grande interesse e preocupação da comunidade cientifica em estudar e propor novas formas eficazes de monitorar a dosagem utilizadas para a produção de produtos que contenham cafeína. As técnicas eletroquímicas sugerem uma nova e eficiente maneira de detectar a cafeína de forma rápida. Utilizando-se de uma instrumentação simples, que proporcionam uma eficiente sensibilidade de detecção para o composto de interesse. O presente trabalho irá abordar a utilização de um novo eletrodo de nanoparedes de carbono dopado com boro (B: CNW) para a detecção de cafeína. Estudos eletroquímicos foram realizados em amostras sintéticas e reais, os resultados evidenciaram que o novo eletrodo apresentou um sinal anódico para a cafeína na faixa de 1,35 V, a análise dos resíduos da regressão comprovou que existe uma resposta linear, obtendo-se um limite de detecção de 7,97 x 10-5 M. O eletrodo foi capaz de quantificar com eficiência baixas concentrações de cafeína presentes em amostras reais de produtos comerciais. Os resultados e estudos prévios realizados até o momento, demonstram o potencial deste eletrodo modificado para futuras aplicações em sensores alimentícios, porém sendo necessário um estudo mais aprofundado e aperfeiçoamento nos parâmetros experimentais para sua utilização como sensor químico e biológico.
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Over the years there have been significant increases in the production and consumption of caffeine worldwide, this popularity is due to its important physiological effects, however, its unregulated use and inadequate dosages can cause serious problems in the short and long term. Taking great interest and concern from the scientific community in studying and proposing new effective ways to monitor the dosage used for the production of products containing caffeine. Electrochemical techniques suggest a new and efficient way to detect caffeine quickly. Using simple instrumentation, they provide an efficient detection sensitivity for the compound of interest. The present work will address the use of a new boron-doped carbon nanowall electrode (B: CNW) for the detection of caffeine. Electrochemical studies were performed on synthetic and real samples, the results showed that the new electrode presented an anodic signal for caffeine in the range of 1.35 V, the analysis of the regression residues showed that there is a linear response, obtaining a limit detection of 7.97 x 10-5 M. The electrode was able to efficiently quantify low concentrations of caffeine present in real samples of commercial products. The results and previous studies carried out so far, demonstrate the potential of this modified electrode for future applications in food sensors, but further study and improvement in experimental parameters is required for its use as a chemical and biological sensor.
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CARLOS VITAL DOS SANTOS JÚNIOR
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Estrutura eletrônica e ligações químicas em mecanismos de reações de substituição nucleofílica: Análises topológica da densidade eletrônica total e de recobrimento
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Orientador : MIGUEL ANGELO FONSECA DE SOUZA
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MEMBROS DA BANCA :
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ANDERSON DOS REIS ALBUQUERQUE
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JÚLIO COSME SANTOS DA SILVA
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MIGUEL ANGELO FONSECA DE SOUZA
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RENALDO TENÓRIO DE MOURA JÚNIOR
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Data: 29/10/2021
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O entendimento dos aspectos centrais dos mecanismos de reações químicas tem focado na descrição energética e estrutural dos PES (do inglês “profile energetic surface”). No entanto, métodos de análise de ligações químicas podem contribuir com informações cruciais na descrição destes mecanismos. Uma interessante reação química para aplicar análises de ligações químicas são as substituições nucleofílicas bimoleculares (SN2). Uma característica peculiar desta reação em fase gás é a dependência que a forma do PES apresenta em função da natureza do átomo central ou substituinte, normalmente atribuído a efeitos estéricos. O objetivo deste trabalho é aplicar os modelos QTAIM (quantum theory of atoms in molecules), OP (overlap properties) e LVM (local vibrational mode) no estudo das ligações químicas de interesse nos pontos estacionários das reações Cl– + XR3Cl (sendo que A = C, Si) e Cl– + BR2Cl (sendo que B = P e N), com R = H, F, Cl, Me e Et. Para as reações SN2@C e SN2@N, os reagentes e produtos estão separados por um estado de transição pentacoordenado(@C) ou tretacoordenado(@N), correspondente ao ponto de sela na PES. Por outro lado, para as reações SN2@Si e SN2@P, um complexo de transição pentacoordenado(@Si) e tetracoordenado (@P) estável foi observado. Os descritores da análise QTAIM ( e ), propriedades de recobrimento () e as constantes de força LVM ( ) foram obtidas para os sistemas estudados. As análises QTAIM indicam que as ligações C–R e N–R são mais covalentes que as ligações Si–R e P–R, devido aos valores mais negativos de HBCP and . Estes resultados concordam com as propriedades de recobrimento para as ligações C–R e N–R, indicando uma alta concentração de densidade nestas ligações quando comparada as ligações Si–R e P–R. Além disso, o método LVM (através das constantes de força ) também revela que as ligações C–R e N–R são mais fortes do que as ligações Si–R e P–R. Por fim, a repulsão de recobrimento de Coulomb ( ) é geralmente maior para as ligações C–R do que Si–R nos sistemas com formato XR3Cl, sugerindo que o efeito estérico experimentados pelo Cl– nas reações SN2@C está provavelmente associado com um aumento da natureza covalente das ligações C–R que concentra densidade eletrônica de forma mais eficiente do que a ligação Si–R.
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Understanding the key aspects of chemical reaction mechanisms is usually focused on the profile energetic surface (PES) energetic and structural. However, bond analysis methodologies can add information about the reaction mechanisms. An attractive reaction to apply bond analysis methods is the bimolecular nucleophilic substitution (SN2). A peculiar feature of this reaction in the gas phase is the PES dependence on the atomic center and/or substituent group nature, generally attributed to steric effects. The central goal of this work is to apply the QTAIM, overlap properties (OP), and local vibrational mode (LVM) theory models to study the chemical bonds in stationary points of the Cl– + XR3Cl (with A = C and Si) and C–– + BR2Cl (with B = P and N) reactions, with R = H, F, Cl, Me, e Et. On the one hand, for the SN2@C and SN2@N reactions, the reactants and products are separated by a pentacoordinate(@C) and tetracoordinate (@N) transition state (TS), corresponding to a saddle point in the PES. On the other hand, for SN2@Si and SN2@P reactions a stable pentacoordinate(@Si) and tetracoordinate (@P) transition complex is observed. The chemical bond descriptors and , overlap properties () and LVM force constants () were obtained for the studied systems. QTAIM analysis indicated that the C–R and N–R bonds are indicated to be more covalent than the Si–R and P–R bonds, due more negative HBCP and values. These results agree with the overlap properties to C–R and N–R bonds, indicating a high density concentration as compared to Si–R and P-R bonds. Besides, the LVM analysis also reveal that the C–R and N–R bonds are more stronger (from the force constants values) than Si–R and P–R ones. Lastly, the overlap Coulomb repulsion energy () is generally greater in C–R than in Si–R in XR3Cl systems, suggesting that the steric hindrance experienced by Cl– in SN2@C reactions is probably associated with the greater covalent nature of C–R bonds, that concentrate density along the chemical bond more efficiently than in Si–R.
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DANIEL LUCAS DANTAS DE FREITAS
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Desenvolvimento de interface gráfica baseada na análise exploratória para dados químicos multivariados
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Orientador : KASSIO MICHELL GOMES DE LIMA
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MEMBROS DA BANCA :
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KASSIO MICHELL GOMES DE LIMA
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LUCIENE DA SILVA SANTOS
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EDGAR PERIN MORAES
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Cristina Malegori
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Data: 16/12/2021
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Esta dissertação objetiva demonstrar aplicações de algoritmos supervisionados e exploratórios de classificação em dados químicos, mostrando o potencial desta combinação. Para isto, estão dispostos três artigos de pesquisa. Inicialmente, são abordadas duas aplicações baseadas na espectroscopia de infravermelho e classificação supervisionada. Por último, é proposta uma ferramenta computacional baseada em análise exploratória como uma inovação tecnológica para análise de dados. O primeiro artigo consiste na aplicação de ferramentas quimiométricas como um método alternativo de rastreamento do câncer de mama, visando uma detecção rápida, de baixo custo, pouco invasivo e estatisticamente confiável quando comparada ao método da mamografia, hoje estabelecido como método padrão para rastreamento e detecção. O segundo artigo demonstra a aplicação de métodos espectroscópicos e supervisionados de classificação em pacientes infectadas com HIV, visando sua rápida detecção através do plasma sanguineo com baixo custo operacional. No terceiro artigo, é apresentada uma interface gráfica de usuário (GUI) construída como uma ferramenta amigável, iterativa, de cunho educacional e científico com forte apelo visual. Esta interface utiliza-se de diversos métodos de agrupamento, baseado na análise hierárquica de grupos (HCA), assim como análise de componentes principais (PCA) para estudo exploratório de dados, com foco em dados espectroscópicos de primeira ordem. Além disso, a interface pode ser utilizada para processamento de dados e estimativa de classes, apresentando-se como potencial ferramenta para análise de dados químicos multivariados. Os resultados aqui apresentados são úteis e inovadores, servindo como aporte teórico e prático para futuras aplicações quimiométricas.
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This dissertation aims to demonstrate application of supervised and exploratory classification algorithms in chemical data, showing the potential of this combination. For this, three research articles are available. Initially, two applications based on infrared spectroscopy and supervised classification are addressed. Finally, a computational tool based on exploratory analysis is proposed as a technological innovation for data analysis. The first article consists of the application of chemometric tools as na alternative method of screening for breast cancer, aiming at rapid, low-cost, minimally invasive and statistically reliable detection when compared to the mammography method, which is now established as the standard method for screening and detection. The second article demonstrates the application of spectroscopic and supervised classification methods in HIV-infected patients, aiming at their rapid detection through blood plasma at a low operating cost. The third article presents a graphical user interface (GUI) built as a user-friendly, iterative, educational and scientific tool with a strong visual appeal. This interface uses several clustering methods, based on hierarchical group analysis (HCA), as well as principal component analysis (PCA) for exploratory data study, focusing on first-order spectroscopic data. Furthermore, the interface can be used for data processing and cluster estimation, presenting itself as a potential tool for multivariate chemical data analysis. The results presented here are useful and innovative, serving as theoretical and practical support for future chemometric applications.
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WELLINGTON JEFFERSON OLIVEIRA DA SILVA
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AVALIAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DE COMBUSTÍVEL AERONÁUTICO: UMA ABORDAGEM ACERCA DA ESTABILIDADE APÓS ESTOCAGEM E COM ADIÇÃO DE ADULTERANTES
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Orientador : LUCIENE DA SILVA SANTOS
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MEMBROS DA BANCA :
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JÚLIO CÉZAR DE OLIVEIRA FREITAS
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LEILA MARIA AGUILERA CAMPOS
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LUCIENE DA SILVA SANTOS
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TATIANA DE CAMPOS BICUDO
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Data: 27/12/2021
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O querosene de aviação, principal combustível aeronáutico, devido a demanda de utilização e por questões de segurança, necessita de um criterioso controle de suas propriedades físico-químicas, que infiram a qualidade do produto. Entretanto, processos de adulteração nas etapas de distribuição e abastecimento, podem comprometer a qualidade deste produto. Neste trabalho, foi desenvolvida metodologia para a simulação e detecção do processo de adulteração do querosene de aviação, QAV, com a adição indevida de um querosene iluminante (50%, v/v), de baixo custo, com a finalidade de evidenciar este grave problema mundial. Análises físico-químicas especificadas pela Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis - ANP, não foram capazes de identificar a adulteração das amostras. Visando identificar e quantificar o adulterante no QAV, além de avaliar o efeito causado pelo envelhecimento das amostras, foram desenvolvidas metodologias baseadas em modelos quimiométricos, PCA, PCA-LDA e MCR-ALS utilizando as espectroscopias de infravermelho, MIR e NIR. Aplicando estes modelos, a adulteração do QAV com o querosene comercial, na faixa de 5 a 60% (v/v), foi avaliada em intervalos semanais, num período de 0 a 60 dias. Os modelos de classificação separaram as amostras em duas classes, antes e após 30 dias, com boa precisão. A presença de bandas que representam a oxidação dos compostos presentes nas amostras adulteradas, como as de fenóis e ácidos carboxílicos, foi determinante na identificação do aging. Foram obtidos 100 % de sensibilidade e especificidade para o PCA-LDA. MCR-ALS conseguiu identificar os perfis espectrais dos componentes nas amostras, gerando um excelente método para a identificação do adulterante no QAV.
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O querosene de aviação, principal combustível aeronáutico, devido a demanda de utilização e por questões de segurança, necessita de um criterioso controle de suas propriedades físico-químicas, que infiram a qualidade do produto. Entretanto, processos de adulteração nas etapas de distribuição e abastecimento, podem comprometer a qualidade deste produto. Neste trabalho, foi desenvolvida metodologia para a simulação e detecção do processo de adulteração do querosene de aviação, QAV, com a adição indevida de um querosene iluminante (50%, v/v), de baixo custo, com a finalidade de evidenciar este grave problema mundial. Análises físico-químicas especificadas pela Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis - ANP, não foram capazes de identificar a adulteração das amostras. Visando identificar e quantificar o adulterante no QAV, além de avaliar o efeito causado pelo envelhecimento das amostras, foram desenvolvidas metodologias baseadas em modelos quimiométricos, PCA, PCA-LDA e MCR-ALS utilizando as espectroscopias de infravermelho, MIR e NIR. Aplicando estes modelos, a adulteração do QAV com o querosene comercial, na faixa de 5 a 60% (v/v), foi avaliada em intervalos semanais, num período de 0 a 60 dias. Os modelos de classificação separaram as amostras em duas classes, antes e após 30 dias, com boa precisão. A presença de bandas que representam a oxidação dos compostos presentes nas amostras adulteradas, como as de fenóis e ácidos carboxílicos, foi determinante na identificação do aging. Foram obtidos 100 % de sensibilidade e especificidade para o PCA-LDA. MCR-ALS conseguiu identificar os perfis espectrais dos componentes nas amostras, gerando um excelente método para a identificação do adulterante no QAV.
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PAULO VITOR MATIAS FARIA
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Modelagem Computacional da Reação da Pirrolidina com Piridina-N-óxido Ativada por Sal de Fosfônio: Controle Eletrostático de Regiosseletividade.
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Orientador : MIGUEL ANGELO FONSECA DE SOUZA
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MEMBROS DA BANCA :
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MIGUEL ANGELO FONSECA DE SOUZA
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FABRICIO GAVA MENEZES
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ELIZETE VENTURA DO MONTE
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Data: 29/12/2021
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As aminopiridinas pertencem a uma classe importante de compostos na química orgânica, principalmente por ser uma molécula base para a construção de fármacos particularmente relacionados com doenças neurológicas. Em 2010 um método alternativo, geral, fácil e do tipo one-pot foi apresentado para a síntese de 2-aminopiridinas a partir de piridina-N-óxidos ativados com sais de fosfônio. Este método alternativo apresentou eficiência e seletividade altas quando comparado ao modo de preparo convencional. Nesta dissertação, o mecanismo desta síntese foi elucidado por meio de cálculos quânticos de estrutura eletrônica, usando a teoria do funcional da densidade e o modelo de solvatação contínua. Nós estamos propondo que o mecanismo desta reação seja descrito em quatro etapas e que a regiosseletividade seja cineticamente controlada, mas não termodinamicamente. Primeiramente, a piridina-N-óxido adiciona-se ao sal de fosfônio a partir de um deslocamento nucleofílico, formando um primeiro intermediário reacional (um complexo de fosfônio com dupla carga positiva). No segundo passo, este primeiro intermediário sofre um ataque de amina, que pode ocorrer tanto na posição 2 quanto na posição 4 da piridina-N-óxido ativada. Finalmente, duas abstrações de próton subsequentes devem produzir 2- e/ou 4-aminopiridinas. Nossos resultados computacionais sugerem que os contra-íons, que são derivados do sal de fosfônio, desempenham um papel chave na regiosseletividade destas reações. Nós verificamos que a formação de 4-aminopiridina é ligeiramente favorável quando o caminho da reação é modelado sem a presença de contra-íons. No entanto, quando os contra-íons foram considerados no mecanismo de reação, nós observamos que o caminho relacionado ao ataque na posição 2 da piridina-N-óxido passa a ser preferencial, apresentando barreiras reacionais mais acessíveis e intermediários reacionais exergônicos. A preferência regioquímica pela adição da posição 2 pode ser atribuída a uma associação de carga que ocorre entre o intermediário reacional do complexo de fosfônio e os contra-ions. Além disso, nós verificamos uma dependência crítica da evolução desta reação com algumas características do aditivo fosfônico. Neste caso, o sal de fosfônio deve apresentar um bom grupo de saída para que a etapa de ativação da piridina-N-óxido ocorra com facilidade
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Aminopyridines belong to an important class of compounds in organic chemistry, due to their applications in the construction of drugs particularly related to neurological diseases. In 2010 an alternative, general, easy and one-pot method was presented for the synthesis of 2-aminopyridines from pyridine-N-oxides activated with phosphonium salts. This alternative method showed high efficiency and selectivity when compared to the conventional preparation method. In this work, the mechanism of this synthesis was elucidated through quantum calculations of electronic structure, using the density functional theory and the continuous solvation model. We are proposing that the mechanism of this reaction be described in four steps and that the regioselectivity be kinetically controlled, but not thermodynamically. First, the pyridine-N-oxide is added to the phosphonium salt from a nucleophilic displacement, forming a first reaction intermediate (a phosphonium complex with a double positive charge). Second, this first intermediate undergoes an amine attack, which can occur either at position 2 or at position 4 of the activated pyridine-N-oxide. Finally, two subsequent proton abstractions must produce 2- and/or 4-aminopyridines. Our computational results suggest that counterions, which are derived from the phosphonium salt, play a key role in the regioselectivity of these reactions. We found that 4-aminopyridine formation is slightly favorable when the reaction path is modeled without the presence of counterions. However, when counterions were considered in the reaction mechanism, we observed that the pathway related to the attack at position 2 of pyridine-N-oxide becomes preferential, presenting more accessible reaction barriers and exergonic reaction intermediates. The regiochemical preference for the addition of the 2-position can be attributed to a charge association that occurs between the reactional intermediate of the phosphonium complex and the counterions. Furthermore, we verified a critical dependence of the evolution of this reaction with some characteristics of the phosphonic additive. In this case, the phosphonium salt must have a good leaving group for the pyridine-N-oxide activation step to occur easily.
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JOSÉ EUDES LIMA SANTOS
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ESTUDO DA EFICIÊNCIA DE PRODUÇÃO CATÓDICA DE H2 A PARTIR DA OXIDAÇÃO ELETROQUÍMICA AVANÇADA DOS POLUENTES VERMELHO DE METILA E 2,4-DICLOROFENOXIACETATO DE SÓDIO
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Orientador : CARLOS ALBERTO MARTINEZ HUITLE
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MEMBROS DA BANCA :
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CARLOS ALBERTO MARTINEZ HUITLE
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DAYANNE CHIANCA DE MOURA
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MARCO ANTONIO QUIROZ ALFARO
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NEDJA SUELY FERNANDES
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POLLYANA SOUZA CASTRO
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SUELY SOUZA LEAL DE CASTRO
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Data: 19/01/2021
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A poluição ambiental, em especial da água, e a crise energética causada pelo crescente uso de combustíveis fósseis são dois dos maiores problemas mundiais contemporâneos que requerem uma solução imediata. Por isso, este trabalho propôs avaliar a eficiência da produção de hidrogênio a partir da oxidação de duas das fontes mais poluidoras da água, os corantes e herbicidas. Para tanto, a oxidação eletroquímica do corante vermelho de metila (MR) e o herbicida 2,4-diclorofenóxiacetato de sódio (2,4-DNa) foi investigada nos ânodos de Si/BDD, Pb/PbO2 e Ti/SnO2 dopado com Sb em meio aquoso ácido por aplicar 30 mA cm-2 com simultânea produção e quantificação do gás hidrogênio produzido no compartimento catódico. Os experimentos eletroquímicos foram realizados em uma célula eletroquímica de dois compartimentos separados por uma membrana de Náfion®. O processo de degradação eletroquímica foi monitorado por espectroscopia de UV-VIS, HPLC e Carbono Orgânico Total. Já as propriedades eletrocatalíticas dos ânodos e cátodos foram avaliadas pelos parâmetros de Tafel obtidos por voltametria de varredura linear. Os resultados mostraram, claramente que, MR e 2,4-DNa podem ser oxidados sobre tais ânodos, mas ambos o nível de oxidação e a eficiência de corrente anódica variaram significativamente entre esses materiais. O Si/BDD teve a maior capacidade de remoção eletroquímica dos poluentes orgânicos, que foi atribuída a alta participação dos radicais hidroxila e sulfato. A formação do radical sulfato, apenas no ânodo de BDD, inibiu a produção de oxigênio no ânodo em cerca de 50% em 0,5 mol L-1 de H2SO4. Em relação à produção de hidrogênio, os resultados mostraram que a velocidade de produção de H2 é dependente da corrente aplicada, do tempo de eletrólise e do desenho da célula. Além disso, a eficiência de corrente catódica foi superior a 80% na célula do tipo H e 100% na célula do tipo II. O uso de materiais catódicos alternativos à platina tem eficiências semelhantes a este metal nobre, diferindo apenas em sua estabilidade química/eletroquímica no meio eletrolítico estudado e no sobrepotencial de hidrogênio. Com a produção de hidrogênio, o consumo de energia do sistema eletroquímico pode ser reduzido em até 44% com o ânodo de BDD suportado em nióbio e cátodo de platina em 2 mol L-1 de H2SO4. Portanto, com esse sistema acoplado é possível reduzir o impacto da poluição da água e gerar uma fonte de energia limpa que pode ser utilizada para reduzir o custo dos processos de tratamento eletroquímico da água.
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Environmental pollution, especially of water, and the energy crisis caused by the growing use of fossil fuels are two of the greatest contemporary world problems that require an immediate solution. For this reason, this work proposed to evaluate the efficiency of hydrogen production from the oxidation of two of the most polluting sources of water, dyes and herbicides. For this purpose, the electrochemical oxidation of the methyl red dye (MR) and the herbicide 2,4-dichlorophenoxyacetate (2,4-DNa) was investigated in the anodes of Si/BDD, Pb/PbO2 and Ti/Sb doped SnO2 in acidic aqueous medium by applying 30 mA cm-2 with simultaneous production and quantification of the hydrogen gas produced in the cathode bay. The electrochemical experiments were performed in an electrochemical cell of two compartments separated by a Nafion® membrane. The electrochemical degradation process was monitored by UV-VIS spectroscopy, HPLC and Total Organic Carbon analysis. The electrocatalytic properties of anodes and cathodes were evaluated by Tafel parameters obtained by linear sweep voltammetry. The results clearly showed that MR and 2,4-DNa can be oxidized over such anodes, but both the oxidation level and anodic current efficiency varied significantly between these materials. Si/BDD had the highest electrochemical removal capacity of organic pollutants, which was attributed to the high participation of hydroxyl and sulphate radicals. The formation of the sulfate radical, only in the anode of BDD, inhibited the production of oxygen in the anode by about 50% in 0.5 mol L-1 of H2SO4. Regarding hydrogen production, the results showed that the H2 production rate is dependent on the current applied, the electrolysis time and the cell design. Moreover, the cathodic current efficiency was higher than 80% in the type H cell and 100% in the type II cell. The use of alternative cathodic materials to platinum has efficiencies similar to this noble metal, differing only in its chemical/electrochemical stability in the electrolytic medium studied and in the overpotential of hydrogen. With hydrogen production, the energy consumption of the electrochemical system can be reduced by up to 44% with the BDD anode supported on niobium and platinum cathode on 2 mol L-1 of H2SO4. Therefore, with this coupled system it is possible to reduce the impact of water pollution and generate a clean energy source that can be used to reduce the cost of electrochemical water treatment processes.
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JOSÉ ANDERSON MACHADO OLIVEIRA
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CARACTERIZAÇÃO DOS REVESTIMENTOS COMPÓSITOS DE QUITOSANA-TUNGSTÊNIO E QUITOSANA-MOLIBDÊNIO OBTIDOS POR DEPOSIÇÃO ELETROFORÉTICA
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Orientador : JOSE LUIS CARDOZO FONSECA
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MEMBROS DA BANCA :
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ANA REGINA NASCIMENTO CAMPOS
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ALCIDES DE OLIVEIRA WANDERLEY NETO
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JOSE LUIS CARDOZO FONSECA
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MARCIA RODRIGUES PEREIRA
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POLLYANA SOUZA CASTRO
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RENATO ALEXANDRE COSTA DE SANTANA
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Data: 21/01/2021
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A quitosana é um polissacarídeo de origem natural derivado da quitina. Possui propriedades biocompatíveis, antibacteriana, biodegradável, baixa toxicidade e excelente capacidade de formação de filme. Portanto, materiais ou revestimentos compósitos à base de quitosana podem ser aplicados em diferentes setores tecnológicos e industriais como, por exemplo, na indústria alimentícia, de cosméticos, têxtil, em biomedicina e na agricultura. Devido às suas propriedades mecânicas e de resistência à corrosão, os metais tungstênio e molibdênio e seus compostos podem ser utilizados para produção de materiais com propriedades superiores para aplicações em ambientes de extrema exigência operacional. Dessa forma, baseando-se nas propriedades intrínsecas da quitosana e dos metais tungstênio e molibdênio, dois novos revestimentos compósitos de quitosana-tungstênio (Quit-W) e quitosana-molibdênio (Quit-Mo), obtidos pelo processo de deposição eletroforética, foram caracterizados neste trabalho com o objetivo de avaliar sua possível aplicação para proteção de estruturas metálicas contra corrosão em meio contendo íons cloreto (NaCl). Os resultados de morfologia (MEV), composição química (EDX), cristalografia (DRX) e espectroscopia na região do infravermelho (IV-TF) confirmaram a deposição dos revestimentos compósitos constituídos de um filme na escala micrométrica, impregnado com nanopartículas dos metais (tungstênio ou molibdênio) distribuídas de forma homogênea na matriz de quitosana. Os resultados de resistência à corrosão, obtidos por polarização potenciodinâmica (PP) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) mostraram que os revestimentos compósitos melhoraram a resistência à corrosão do aço 1020 exposto em meio corrosivo de NaCl (3,5 %). O revestimento compósito de Quit-W obtido nas condições operacionais de 10 V, pH 5,5 e 10 minutos de deposição apresentou uma densidade de corrente de corrosão (icoor) de 4,0 ± 0,2 µA/cm²; já o revestimento compósito de Quit-Mo obtido nas condições de 5 V, pH 5,5 e 10 minutos de deposição (suspensão 1: 0,5 g/L de quitosana e 1 mmol/L de molibdato do sódio) apresentou um icoor de 1,4 ± 0,3 µA/cm² sendo, dessa forma, os revestimentos mais resistentes à corrosão para cada sistema avaliado. Portanto, os resultados aqui apresentados comprovam a obtenção de uma nova classe de materiais compósitos à base de quitosana com potencial aplicação para proteção de estruturas metálicas contra corrosão.
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Chitosan is a naturally occurring polysaccharide derived from chitin. It has biocompatible, antibacterial, biodegradable properties, low toxicity, and excellent film formation capacity. Therefore, chitosan-based composite materials or coatings can be applied in different technological and industrial sectors, for example, in the food, cosmetics, textile, biomedicine, and agriculture industries. Due to their mechanical properties and corrosion resistance, tungsten, molybdenum, and their compounds can be used to produce materials with superior properties for applications in environments under extreme operational requirements. Thus, based on the intrinsic properties of chitosan and the metals tungsten and molybdenum, two new composite coatings of chitosan-tungsten (Quit-W) and chitosan-molybdenum (Quit-Mo), obtained by the electrophoretic deposition process, were characterized in this work to evaluate its possible application for protection of metallic structures against corrosion in a medium containing chloride ions (NaCl). The results of morphology (SEM), chemical composition (EDS), crystallography (XRD), and spectroscopy in the infrared region (FT-IR) confirmed the deposition of composite coatings consisting of a film on the micrometric scale, impregnated with metal nanoparticles (tungsten or molybdenum) distributed homogeneously in the chitosan matrix. The results of corrosion resistance, obtained by Potentiodynamic Polarization (PP) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), showed that the composite coatings improved the corrosion resistance of 1020 steel exposed in corrosive NaCl medium (3.5 %). The Quit-W composite coating obtained under the operating conditions of 10 V, pH 5.5, and 10 minutes of deposition showed a corrosion current density (icorr) of 4.0 ± 0.2 µA/cm²; the Quit-Mo composite coating obtained in the conditions of 5 V, pH 5.5, and 10 minutes of deposition (suspension 1: 0.5 g/L of chitosan and 1 mmol/L of sodium molybdate) showed an icorr of 1.4 ± 0.3 µA/cm², thus being the most corrosion-resistant coatings for each evaluated system. Therefore, the results presented here prove the achievement of a new class of chitosan-based composite materials with potential application for the protection of metallic structures against corrosion.
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PAULO CÉSAR FRANÇA DA CÂMARA
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Obtenção de biomateriais utilizando derivados de taninos e glicosaminoglicanos para aplicações na engenharia tecidual e medicina regenerativa
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Orientador : ROSANGELA DE CARVALHO BALABAN
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MEMBROS DA BANCA :
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CARLOS AUGUSTO GALVAO BARBOZA
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DENISE FREITAS SIQUEIRA PETRI
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JOSE LUIS CARDOZO FONSECA
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JULIANA DE SOUZA NUNES
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PAULO NORONHA LISBOA FILHO
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ROSANGELA DE CARVALHO BALABAN
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Data: 02/02/2021
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Desenvolver estruturas de polissacarídeos estáveis com propriedades bioquímicas e biomecânicas semelhantes da matriz extracelular (MEC) é o um dos grandes objetivos da engenharia de tecidual e medicina regenerativa. Melhorar a biocompatibilidade de materiais convencionais através de modificação de superfície tem se mostrado um meio eficaz de melhorar sua resposta biológica. Além disso, os biomateriais utilizados em dispositivos médicos necessitam apresentar compatibilidade com diversos meios biológicos, não ativando o sistema imune do paciente, levando a rejeição e falha desses materiais. Nós relatamos uma nova classe de revestimentos de superfície com a finalidade de aumentar a biocompatibilidade e resposta celular usando multicamadas de polieletrólitos automontados (PEMs) com um derivado de taninos catiônico e glicosaminoglicanos (condroitina sulfato ou heparina), por esses polieletrólitos apresentarem estruturas químicas semelhantes às encontradas na MEC. A construção dos PEMs foi monitorada por Ressonância Plasmônica de Superfície in situ com Transformada de Fourier (FT-SPR). As propriedades de superfície avaliadas por Espectroscopia de Fotoelétrons Excitados por Raios X (XPS), Espectroscopia de Força Atômica (AFM) e medidas de ângulo de contato. Foram realizados ensaios in vitro de células e com componentes do sangue humano para avaliar o desempenho dos materiais no meio biológico. A resposta de células-tronco derivadas de adiposo humano (ADSCs) foi avaliada através de ensaios de citocompatibilidade, adesão e proliferação de células usando microscopia de fluorescência. Enquanto os ensaios de hemocompatibilidade através de adsorção de proteínas séricas, adesão e ativação plaquetária, como também ensaios de coagulação do sangue total, pelas técnicas de XPS, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e Espectroscopia no Ultravioleta Visível (UV-vis). Os PEMs se mostraram citocompatíveis, promovendo adesão e proliferação celular na superfície dos biomateriais. Os ensaios com sangue apontam para o alto potencial de desenvolver materiais hemocompatíveis através de derivados de taninos. Particularidades na estrutura química do tanfloc foram sinalizadas como cruciais no controle de adsorção de proteínas do sangue, como fibrinogênio, criando um efeito antiplaquetário na superfície dos materiais. A associação entre os componentes do biomaterial com células e moléculas bioativas chaves em processos biológicos importantes na reconstrução de grandes perdas teciduais destaca o grande potencial dos materiais. Essas são características fundamentais para revestimentos biocompatíveis em aplicações na engenharia tecidual e dispositivos médicos.
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Develop stable polysaccharide structures with biochemical and biomechanical properties used by extracellular matrix (ECM) is one of the goals of tissue engineering and regenerative medicine. Improve the biocompatibility of conventional materials through surface modification has been shown to be an effective way to enhance their biological response. In addition, biomaterials used in medical devices need to be compatible with various biological environments, not activating the patient's immune system, leading to rejection and failure of these materials. We report a new class of surface coatings for the purpose of enhancing biocompatibility and cellular response using multilayer self-assembled polyelectrolytes (PEMs) with a derivative of cationic tannins and glycosaminoglycans (chondroitin sulfate or heparin) because they exhibit similar chemical structures to found in ECM. The construction of polyelectrolyte multilayers was monitored by Fourier Transform Surface Plasmon Resonance (FT-SPR). The surface properties were assessed by X-ray Excited Photoelectron Spectroscopy (XPS), Atomic Force Spectroscopy (AFM) and contact angle measurements. The response of human adipose-derived stem cells (ADSCs) was evaluated in vitro through cytocompatibility assays, adhesion and proliferation of the cells using fluorescence microscopy. For the hemocompatibility assays, the adsorption of serum protein, adhesion and platelet activation, as well as whole blood coagulation assays was monitored by XPS, scanning electron microscopy (SEM) and visible ultraviolet (UV-vis) spectroscopy. The interactions of ADSCs with these new biomaterial surfaces demonstrate that these surface coatings exhibit good cytocompatibility and that they promote cell attachment and proliferation. Blood tests point to the high potential of developing hemocompatible materials through tannin derivatives. Particularities in the chemical structure of tanfloc were signaled as crucial in the control of blood protein adsorption, such as fibrinogen, creating an antiplatelet effect on the surface of the materials. The association between biomaterial components and cells and key bioactive molecules in biological processes important in the reconstruction of large tissue losses highlights the great potential of materials. These characteristics are very desirable for biocompatible coatings for applications such as tissue engineering scaffolds and medical devices.
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STÉPHANIE CAVALCANTE DE MORAIS
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Avaliação de complexos polieletrolíticos à base de poli(epicloridrina-co-dimetilamina) e poli(ácido 4-estireno-sulfônico-co-ácido maleico) na veiculação de polifosfatos para o controle de incrustações em poços de petróleo
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Orientador : ROSANGELA DE CARVALHO BALABAN
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MEMBROS DA BANCA :
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ROSANGELA DE CARVALHO BALABAN
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JOSE LUIS CARDOZO FONSECA
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MIGUEL ANGELO FONSECA DE SOUZA
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ALESSANDRO FRANCISCO MARTINS
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MARCOS ANTONIO VILLETTI
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Data: 11/03/2021
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Complexos polieletróliticos (PEC) baseados em poli(epicloridrina-co-dimetilamina) (EPI-DMA) e poli(ácido 4-estireno-sulfônico-co-ácido maleico) (PSSMA) para encapsulamento de polifosfatos foram preparados pela primeira vez na literatura. O PEC foi desenvolvido com o intuito de aumentar a durabilidade do tratamento de prevenção a incrustações em poços de petróleo. O hexametafosfato de sódio (SHMP) foi utilizado como polifosfato modelo neste trabalho e avaliado como inibidor de incrustação de carbonato de cálcio. A relação entre o pH e a formação de CaCO3 foi avaliada por testes estáticos, precipitação dinâmica em capilar e imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Em pH 6,5, excelentes resultados foram encontrados com completa inibição da deposição de CaCO3 no capilar com apenas 2,5 mg L-1 de SHMP e uma estrutura deformada dos cristais de CaCO3 pelas imagens de MEV foi observada. Por sua vez, em pH 7,5 e acima, o SHMP apresentou uma diminuição significativa na eficiência de inibição de incrustação mesmo em concentrações elevadas. Esses resultados foram atribuídos à cinética de precipitação do CaCO3 nas condições drásticas avaliadas. Para otimizar as formulações do PEC, foi aplicado um planejamento fatorial 23. As suspensões PEC resultantes foram caracterizadas por espalhamento dinâmico de luz (DLS), potencial zeta e eficiência de encapsulamento (EE) do SHMP. Os melhores resultados foram encontrados pela formulação usando 1% (m/m) de EPI-DMA, 0,1% de PSSMA e adição de SHMP antes do PSSMA. Esta formulação otimizada foi aplicada em condições reais de poço de petróleo e mostrou boa estabilidade a 25°C e redução de estabilidade com o aumento da temperatura. O PEC mostrou excelente eficiência de inibição de incrustação de carbonato de cálcio com mínima concentração efetiva (MCE) de 2,0 mg L-1, utilizando a mesma concentração de SHMP a 100°C e 1000 psi. A suspensão de PEC também apresentou desempenho excepcional na avaliação da interação com arenito, melhorando não só a adsorção do material nos grãos da rocha, mas também a durabilidade do tratamento em 100%.
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Polyelectrolytic complexes (PEC) based on poly(epichlorohydrin-co-dimethylamine) (EPI-DMA) and poly(4-styrene-sulfonic acid-co-maleic acid) (PSSMA) for polyphosphate encapsulation were first prepared in the literature. The PEC was developed in order to increase the durability of the treatment of scale in oil wells. Sodium hexametaphosphate (SHMP) was used as a model polyphosphate in this work and evaluated as a calcium carbonate scale inhibitor. The relationship between pH and CaCO3 formation was evaluated by static tests, dynamic precipitation in capillary and scanning electron microscopy (SEM) images. At pH 6.5, excellent results were found with complete inhibition of CaCO3 deposition in the capillary with only 2.5 mg L-1 of SHMP and a deformed structure of the CaCO3 crystals by SEM images was observed. In turn, at pH 7.5 and above, SHMP showed a significant decrease in the efficiency of scaling inhibition even at high concentrations. These results were attributed to the precipitation kinetics of CaCO3 under the drastic conditions evaluated. To optimize the PEC formulations, a 23 factorial design was applied. The resulting PEC suspensions were characterized by dynamic light scattering (DLS), zeta potential and SHMP encapsulation efficiency (EE). The best results were found by the formulation using 1% (w/w) of EPI-DMA, 0.1% of PSSMA and addition of SHMP before PSSMA. This optimized formulation was applied in real oil well conditions and showed good stability at 25 °C and reduced stability with increasing temperature. The PEC showed excellent inhibition efficiency against calcium carbonate scale with minimum effective concentration (MCE) of 2.0 mg L-1 using the same concentration of SHMP at 100 °C and 1000 psi. The PEC suspension also showed exceptional performance in the evaluation of the interaction with sandstone, improving not only the adsorption of the material in the rock grains, but also the durability of the treatment by 100%.
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ARGEU CAVALCANTE FERNANDES
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APLICAÇÃO DOS PROCESSOS ELETROQUÍMICOS OXIDATIVOS AVANÇADOS (PEOAS) NO TRATAMENTO DE EFLUENTES FARMACÊUTICOS UTILIZANDO ÂNODO DE DDB
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Orientador : CARLOS ALBERTO MARTINEZ HUITLE
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MEMBROS DA BANCA :
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ALINE MARIA SALES SOLANO
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CARLOS ALBERTO MARTINEZ HUITLE
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DANYELLE MEDEIROS DE ARAUJO
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DJALMA RIBEIRO DA SILVA
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ELISAMA VIEIRA DOS SANTOS
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Data: 19/05/2021
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Neste estudo, foram utilizados os processos de Oxidação Anôdica com eletrogeração in situ de peróxido de hidrogênio (OA-H2O2) e Eletro-Fenton (EF) para a descontaminação de dois efluentes sintéticos contendo os medicamentos cafeína e cloridrato de metformina (MET), sendo o primeiro um dos compostos mais consumo pela população em geral e o último usado no tratamento do diabetes tipo II. O ânodo usando foi o diamante dopado com boro DDB. A eficiência dos processos foi avaliada por meio de espectroscopia no UV-vis, DQO, COT e HPLC. Para otimizar os processos, estudou-se a influência de parâmetros operacionais, como concentração de eletrólito de suporte, concentração dos medicamentos, densidade de corrente (15, 30 e 60 mA cm-2) e pH inicial (3,0). A remoção máxima de cafeína, pela demanda química de oxigênio (DQO), atingiu 92% e 53% após 360 min de eletrólise no pH inicial 3 para EF e OA-H2O2, respectivamente, sendo a concentração inicial de cafeína 100 mg L-1, com densidade de corrente constante de 30mA cm-2 e 0,05 mol.L-1 do eletrólito Na2SO4. Quanto a MET, foi possível perceber que o aumento da densidade de corrente aplicada também favoreceu a remoção usando a OA-H2O2. Observando os dados de EF, foi possível perceber que os resultados apresentaram-se melhores com mais de 97% de remoção quando comparado com OA-H2O2 que conseguiu 85% de remoção.
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Mostrar Abstract
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In this study, the Anodic Oxidation processes with in situ hydrogen peroxide (AO-H2O2) and Electro-Fenton (EF) processes were used for the decontamination of two synthetic effluents containing the drugs caffeine and metformin hydrochloride (MET). the first one of the compounds most consumed by the general population and the last used in the treatment of type II diabetes. The anode using was the DDB boron doped diamond. The efficiency of the processes was evaluated by means of spectroscopy in UV-vis, COD, COT and HPLC. In order to optimize the processes, the influence of operational parameters was studied, such as support electrolyte concentration, drug concentration, current density (15, 30 and 60 mA cm-2) and initial pH (3.0). The maximum removal of caffeine, due to the chemical oxygen demand (COD), reached 92% and 53% after 360 min of electrolysis at the initial pH 3 for EF and AO-H2O2, respectively, with the initial concentration of caffeine 100 mg L-1, with a constant current density of 30mA cm-2 and 0.05 mol.L-1 of the Na2SO4 electrolyte. As for MET, it was possible to notice that the increase in the applied current density also favored the removal using AO-H2O2. Observing the EF data, it was possible to notice that the results were better with more than 97% removal when compared to AO-H2O2, which achieved 85% removal.
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MAICON OLIVEIRA MIRANDA
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DEGRADAÇÃO FOTOCATALÍTICA DO IBUPROFENO USANDO NANOPARTÍCULAS DE TITÂNIO SUPORTADA EM CARBONO CMK-3 MESOPOROSO.
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Orientador : TIAGO PINHEIRO BRAGA
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MEMBROS DA BANCA :
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ANNE GABRIELLA DIAS SANTOS
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CARLOS ALBERTO MARTINEZ HUITLE
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DAVI SERRADELLA VIEIRA
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EDSON CAVALCANTI DA SILVA FILHO
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TIAGO PINHEIRO BRAGA
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Data: 22/07/2021
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Nanopartículas de TiO2 dispersas em carbono CMK-3 mesoporoso ordenado usando diferentes teores de Ti foram sintetizadas com sucesso e sua atividade na degradação fotocatalítica do ibuprofeno foi apresentada.
Os fotocatalisadores foram caracterizados por difração de raios X (DRX), isotermas de adsorção-dessorção de nitrogênio, refletância difusa, espectroscopia Raman, espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS),
microscopia eletrônica de varredura (SEM-FEG) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM).
Também foi apresentado um estudo teórico-computacional simples por meio do cálculo da energia de ponto único.
Os difratogramas, os espectros Raman e XPS confirmaram a formação da fase anatase e carbono grafítico.
O resultado de DRX a baixo ângulo, as isotermas a partir da fisissorção de N2 e as imagens TEM indicaram que o suporte CMK-3 não sofre uma mudança significativa na estrutura mesoporosa após a inserção de TiO2.
A razão entre as bandas ID/IG, observada nos espectros Raman, não variou significativamente com o aumento do teor de titânio, o que mostra que a cristalinidade do suporte CMK-3 foi praticamente inalterada com a adição de Ti.
Os tamanhos dos cristais de anatase variaram entre 8 e 15 nm e as áreas específicas variaram de 348 a 586 m2.g-1, dependendo do teor de TiO2.
O cálculo de energia de ponto único confirmou a energia mais baixa para estabilizar o óxido de titânio e o composto de carbono para a amostra contendo 1% de Ti em comparação com os sólidos compostos por 8 e 18% de TiO2.
O fotocatalisador 1%TiO2/CMK-3 exibiu o melhor desempenho fotocatalítico, atingindo 100% de degradação em apenas 5 min.
Os resultados da demanda química de oxigênio e do carbono orgânico total confirmaram a mineralização do ibuprofeno a CO2 e H2O.
O mecanismo de degradação e mineralização do ibuprofeno segue uma sequência de reações radicalares que ocorrem em solução e na superfície sólida, podendo levar à formação de intermediários antes de sua mineralização.
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TiO2 nanoparticles dispersed in ordered mesoporous CMK-3 carbon with different Ti contents were successfully synthesized and their activity in the photocatalytic degradation of ibuprofen was presented. The photocatalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), nitrogen adsorption-desorption isotherms, diffuse reflectance, Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM-FEG) and transmission electron microscopy (TEM). A simple theoretical-computational study through the single point energy calculation was also presented. Diffractograms, Raman, and XPS spectra confirmed the formation of anatase and graphitic carbon. Low-angle XRD, N2 physisorption and the TEM images indicated that the CMK-3 support does not undergo a significant change in the mesoporous structure after the insertion of TiO2. The ID/IG ratio observed in the Raman spectra did not vary significantly with an increase in the titanium content, which shows that the crystallinity of CMK-3 is practically unchanged. Anatase crystallite sizes vary from 8 to 15 nm and specific areas vary from 348 to 586 m2.g-1, depending on the TiO2 content. The single point energy calculation confirmed the lowest energy to stabilize the titanium oxide and carbon composite for the sample with 1% of Ti compared to 8 and 18%. The 1% TiO2/CMK-3 photocatalyst exhibited the best photocatalytic performance, reaching 100% degradation in just 5 min. Chemical oxygen demand and total organic carbon results confirmed the mineralization of ibuprofen. The degradation and mineralization mechanism of ibuprofen follows a sequence of radical reactions that occur in solution and on the solid surface, and may lead to the formation of intermediates before its mineralization.
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DAMIANA SINÉZIO DE SOUZA
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Inserção controlada de pilares de óxido de alumínio em argilas bentonitas
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Orientador : SIBELE BERENICE CASTELLA PERGHER
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MEMBROS DA BANCA :
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FABIO GARCIA PENHA
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FERNANDO JOSÉ VOLPI EUSÉBIO DE OLIVEIRA
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LINDIANE BIESEKI
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Manuel Karim Sapag
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SIBELE BERENICE CASTELLA PERGHER
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TIAGO PINHEIRO BRAGA
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Data: 06/08/2021
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As argilas são minerais amplamente disponíveis na natureza. Elas são aplicadas como catalisadores em vários processos químicos, como o craqueamento do petróleo, e transformações químicas em solos. Algumas argilas específicas (como as bentonitas) possuem características que nos permitem modificar suas propriedades, tais como o aumento da área específica, aumento de sítios ativos e maior estabilidade térmica. Entre os processos de modificação química das argilas, tem-se a pilarização que consiste na inserção de pilares entre as lamelas, ampliando o espaçamento basal e consequentemente a acessibilidade as galerias da argila, intensificando assim suas características adsortivas e catalíticas. Um sistema para a síntese de pilarização com Al30 foi estudado, o qual possibilitou a obtenção de um material com propriedades superiores aos sintetizados empregando os métodos tradicionais. Como o objetivo de obtenção e pilarização do Al30 foram realizadas variações nos parâmetros: Aplicação da expansão da argila com água, brometo de cetiltrimetilamônio (CTMA-OH), brometo de tetrapropilamônio (TPA-OH), etilenoglicol (EG), temperatura, tempo, e concentração dos reagentes. A temperatura de síntese da solução pilarizante bem como o tempo de aquecimento mostram ser em conjunto o fator primordial com relação ao tamanho dos espaçamentos basais. A concentração dos reagentes também contribuiu para obtenção do Al30. Os melhores resultados foram obtidos para a solução pilarizante com razão [OH]/[Al] = 2,4, temperatura de 95°C durante 12h. Os resultados mostraram que é possível obter algum controle sobre a inserção e o tamanho dos pilares em pilarizações com argilas do tipo bentonita através do ajuste de parâmetros do sistema de síntese comumente usados para pilarizações com Al13.
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Clays are minerals widely available in nature. They are applied as catalysts in various chemical processes, such as oil cracking, and chemical transformations in soils. Some specific clays (such as bentonitic) have characteristics that allow us to modify their properties, such as an increase in specific area, an increase in active sites and greater thermal stability. Among the chemical modification processes of clays, there is pillarization, which consists of inserting pillars between the lamellae, increasing the basal spacing and consequently the accessibility of the clay galleries, thus intensifying its adsorptive and catalytic characteristics. A system for the synthesis of pillarization with Al30 was studied, which made it possible to obtain a material with properties superior to those synthesized using traditional methods. Variations were made in the parameters: Application of clay expansion with water, cetyltrimethylammonium bromide (CTMA-OH), tetrapropylammonium bromide (TPA-OH), ethylene glycol (EG), temperature, time, and concentration of reagents. The synthesis temperature of the pillaring solution as well as the heating time together show to be the primary factor in relation to the size of the basal spacings. The concentration of reagents also contributed to obtain Al30. The best results were obtained for the pillaring solution with ratio [OH]/[Al] = 2.4, temperature of 95°C for 12h. The results showed that it is possible to obtain some control over the insertion and size of columns in pillars with bentonite clays by adjusting the parameters of the synthesis system commonly used for pillars with Al13.
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FLORYMAR ESCALONA DURÁN
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Tratamento de emissões gasosas residuais utilizando tecnologias de eletroabsorção.
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Orientador : CARLOS ALBERTO MARTINEZ HUITLE
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MEMBROS DA BANCA :
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ENGRACIA LACASA FERNÁNDEZ
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CARLOS ALBERTO MARTINEZ HUITLE
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DANYELLE MEDEIROS DE ARAUJO
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GIANCARLO RICHARD SALAZAR BANDA
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MANUEL ANDRES RODRIGO RODRIGO
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Data: 24/08/2021
Ata de defesa assinada:
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Na busca por novas alternativas para o tratamento de compostos orgânicos voláteis (COVs) e gases com odor desagradável, neste trabalho foi estudada a remoção de poluentes gasosos usando dispositivos absorventes assistidos eletroquimicamente. Para isso, uma coluna empacotada ou um injetor Venturi foi integrado a uma célula eletroquímica (com ânodos de diamante dopados com boro (DDB) suportados em substratos de Tântalo e/ou Silício) e a eficiência de remoção de tolueno e percloroetileno (PCE) foi estudada, com e sem o efeito mediador do par Co(II)/Co(III) em solução. Nos primeiros resultados, obteve-se que a formação de Co(III) no ânodo de Ta/DDB foi significativamente superior em relação ao ânodo Si/DDB, o que foi posteriormente corroborado com o tratamento de fluxos gasosos contaminados com PCE, onde novamente o ânodo de Ta/DDB foi mais eficiente tanto na produção de espécies de Co(III) quanto na degradação do poluente, e a velocidade de degradação aumentou na presença de cobalto, principalmente quando realizada eletrólise prévia para acúmulo de oxidantes. Comparando os dispositivos absorventes, obteve-se que a remoção do PCE foi mais eficiente com o uso do injetor Venturi, tanto nos experimentos de absorção quanto nos de eletroabsorção. Por sua vez, a remoção de tolueno por eletroabsorção mediada rendeu as melhores eficiências, especialmente em altas densidades de corrente; entretanto, também foi sugerida uma importante participação do par sulfato/persulfato em experimentos de eletroabsorção, com apenas meio ácido como eletrólito suporte. Com a coluna empacotada, o sistema apresentou melhor desempenho para a degradação eletroquímica do tolueno, enquanto o injetor Venturi reportou as melhores eficiências para a retenção do contaminante no eletrólito/absorvente. Os resultados obtidos são interessantes porque, em geral, ambos os sistemas de eletroabsorção permitiram a remoção eficiente dos poluentes tratados. O substrato no ânodo de DDB parece ter um efeito determinante na eficiência dos tratamentos eletroquímicos mediados, aspecto que tem sido pouco investigado e, portanto, oferece uma nova linha de estudo. Por fim, o efeito mediador do par Co(II)/Co(III) foi significativo no tratamento do PCE com pré-eletrólise e na oxidação do tolueno com a maior densidade de corrente, em ambos os casos utilizando ânodos de Si/DDB, o que destaca a relevância dos mecanismos de eletro-oxidação mediada. Os resultados obtidos com as maiores quantidades de Co(III) geradas no ânodo de Ta/DDB, propõem que a promoção de oxidantes nem sempre é positiva do ponto de vista de seu acúmulo no eletrólito; o ânodo de Ta/DDB parece promover quantidades suficientes de radicais hidroxila, tornando desnecessária a presença do metal.
A alta potencialidade demonstrada até agora por esta tecnologia integrada e a necessidade de desenvolver novos processos de tratamento de gases para aplicações reais, sugerem que tecnologia de eletro-depuração pode, a longo prazo, ter importantes aplicações industriais no tratamento de numerosos contaminantes gasosos.
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In the search for new alternatives for the treatment of volatile organic compounds (VOCs) and gases with an unpleasant odor, in this work, the degradation of gaseous pollutants using electrochemically assisted absorbent devices was studied. For this, a packed column or a Venturi injector was integrated into an electrochemical cell (with boron-doped diamond anodes (BDD) supported on Tantalum and/or Silicon substrates) and the efficiency in the removal of toluene and perchloroethylene (PCE) from air streams was studied, without and with the mediating effect of the Co(II)/Co(III) couple in solution. In the first results, it was obtained that the formation of Co(III) on the Ta/BDD anode was significantly higher concerning the Si/BDD anode, which was later corroborated with the treatment of gaseous streams contaminated with PCE, where again the Ta/BDD anode was more efficient both in the production of Co(III) species and in the degradation of the pollutant, and the degradation rate increased in the presence of cobalt, especially when previous electrolysis was carried out for the accumulation of oxidants. Comparing the absorbent devices, it was obtained that the removal of PCE was more efficient using the Venturi injector both in absorption experiments and in electroabsorption. For its part, the removal of toluene by mediated electroabsorption yielded the best efficiencies, especially at high current densities; however, important participation of the sulfate/persulfate pair was also suggested in electroabsorption experiments with only an acidic medium as a supporting electrolyte. With the packed column, the system showed a better performance for the electrochemical degradation of toluene, while the Venturi injector reported the best efficiencies for the retention of the contaminant in the electrolyte/absorbent. The results obtained are interesting because, in general, both electroabsorption systems allowed the efficient removal of the treated pollutants. The BDD anode substrate seems to have a determining effect on the efficiency of the mediated electrochemical treatments, an aspect that has been little investigated and therefore offers a new line of study. Finally, the mediating effect of the Co(II)/Co(III) pair was significant in the treatment of PCE with pre-electrolysis and in the oxidation of toluene at the highest current density, in both cases using Si/BDD anodes, which highlights the relevance of mediated electro-oxidation mechanisms. The results obtained with the highest amounts of Co(III) generated at the Ta/BDD anode propose that the promotion of oxidants is not always positive from the point of view of their accumulation in the electrolyte, Ta/BDD anode appears to promote sufficient amounts of hydroxyl radicals, making the presence of the metal unnecessary.
The high potential demonstrated so far by this integrated technology and the need to develop new gas treatment processes for real applications, suggest that electro-scrubbing technology may, in the long term, have important industrial applications in the treatment of numerous pollutants. gaseous.
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SEMUEL EBENEZER DANTAS COSTA
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Produção e avaliação de rochas sintéticas para ensaios de recuperação avançada de petróleo.
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Orientador : TEREZA NEUMA DE CASTRO DANTAS
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MEMBROS DA BANCA :
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ANTONIO ROBSON GURGEL
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EDNEY RAFAEL VIANA PINHEIRO GALVAO
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JOSE LUIS CARDOZO FONSECA
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MARCOS ALLYSON FELIPE RODRIGUES
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TAMYRIS THAISE COSTA DE SOUZA
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TEREZA NEUMA DE CASTRO DANTAS
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Data: 31/08/2021
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Por causa da dependência da sociedade moderna em relação aos derivados de petróleo, pesquisas sobre sua exploração e produção têm se tornado imperativas. Como as rochas naturais usadas em ensaios laboratoriais de recuperação avançada de petróleo (EOR) dependem da sua difícil obtenção e, pelo fato delas serem anisotrópicas, ensaios com similares sintéticos mostram-se como uma alternativa para análises e avaliações dos métodos EOR. Assim, este trabalho tem como objetivo produzir e analisar rochas sintéticas que possam substituir as rochas naturais em ensaios de EOR. Para isso, foram produzidas rochas a partir de misturas de areia da praia e argilas cerâmica, diatomita e caulinita, utilizando planejamento fatorial 23 com triplicata no ponto central. Na obtenção das rochas, foram variadas a concentração de aglomerante, pressão de compactação e temperatura de sinterização para avaliar os comportamentos das propriedades petrofísicas e mecânicas das rochas sintéticas. A análise de variância (ANOVA) mostra que os modelos obtidos para porosidade, permeabilidade e resistência à compressão uniaxial das rochas sintéticas são preditivos e significativos, com coeficientes de determinação de, no mínimo, 0,95276. Além disso, as propriedades petrofísicas das rochas produzidas apresentaram valores similares aos das rochas carbonática e arenitos Berea e Botucatu, comumente usadas em ensaios de EOR, com porosidades de 17,89 a 36,78% e permeabilidades de 14,34 a 201,98 mD. Os melhores resultados foram obtidos com as rochas de argila cerâmica, a qual apresenta maior quantidade de minerais fundentes.
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: Due to modern society dependence on petroleum derivatives, researches about its exploration and production have become extremely important. Since the natural rocks commonly used in enhanced oil recovery (EOR) laboratorial trials are difficult to acquire and, also due to the fact that these rocks are usually anisotropic, the utilization of synthetic similar materials appear as an alternative to analysis and evaluation of EOR methods. Therefore, the present work aims to produce and evaluate synthetic rocks that may replace natural ones in EOR studies. To achieve that goal, rocks were created by mixing sand beach and ceramic, diatomaceous and kaolinite clays, using a 23 factorial experimental design and triplicate in the central point. During the making of the rocks, the binder concentration, compaction pressure and syntherization temperature were changed, in order to evaluate the petrophysical and mechanical characteristics of the synthetic rocks. The variance analysis (ANOVA) indicates that the porosity, permeability and uniaxial compressive strength models obtained are both predictive and significant, reaching determination coefficients of at least 0.95276. In addition, the petrophysical properties of the manufactured rocks presented similar values when compared to limestone and Berea and Botucatu sandstones, commonly used in EOR studies, with porosities from 17.89 to 36.78% and permeabilities from 14.34 to 201.98 mD. The best results were obtained with the ceramic clay, which contains a higher amount of funding minerals.
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MAILON AGUIMAR DE LIMA
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Obtenção de nanocristais de celulose de resíduo de algodão e sua potencial aplicação em pastas de cimento para poços de petróleo
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Orientador : JÚLIO CÉZAR DE OLIVEIRA FREITAS
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MEMBROS DA BANCA :
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ANDREZA KELLY COSTA NOBREGA
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JOSE HERIBERTO OLIVEIRA DO NASCIMENTO
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JÚLIO CÉZAR DE OLIVEIRA FREITAS
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LUIZ HENRIQUE DA SILVA GASPAROTTO
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ULISSES TARGINO BEZERRA
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Data: 20/09/2021
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A cimentação primária consiste na injeção de cimento no espaço anular entre a parede externa da coluna de revestimento e a formação rochosa. Este processo é extremamente importante na indústria de petróleo e gás, tendo como objetivo, fixar a tubulação e prevenir a migração de fluidos entre zonas permeáveis. Em seu estado
enrijecido, é extremamente importante que o cimento seja duradouro, fornecendo um maior “tempo de vida” ao poço. Para isso, 3 (três) características são primordiais à pasta de cimento: porosidade, permeabilidade e resistência à compressão. Nanocristais de celulose (NCC) vêm sendo amplamente aplicados como material de reforço em matrizes de cimento e poliméricas devido a propriedades únicas como: elevada cristalinidade e superfície de contato, elevado módulo de Young, alta resistência à tração e baixo coeficiente de expansão térmica. Por esta razão, o objetivo desta pesquisa foi de avaliar a influência da adição de diferentes concentrações de nanocristais de celulose (0 a 0,3%) na resistência mecânica das pastas (resistência à compressão), porosidade e permeabilidade. Os nanocristais foram obtidos a partir de um resíduo de fibra de algodão oriundo do processo de lixamento, cedido pela indústria VICUNHA TÊXTIL®, Natal – RN. A obtenção foi feita por hidrólise ácida (H2SO4 65% m/m), sob agitação constante, durante 60min a 45ºC. A hidrólise foi interrompida em banho de gelo. A suspensão resultante foi submetida a 4 (quatro) ciclos de centrifugação de
15min a 11000rpm e 20ºC e em seguida, submetida ao processo de diálise até atingir pH próximo a 5-6. A estabilidade da suspensão de nanocristais resultante foi aferida pelo potencial zeta, além disso a caracterização dos NCC foi feita por microscopia eletrônica de transmissão (MET), TGA, FTIR e DRX. As pastas foram formuladas baseando-se nas normas estabelecidas pela API (American Petroleum Institute), com volume de 600cm3 de pasta e densidade 15lb/gal. Foram avaliadas as concentrações de 0; 0,05; 0,1; 0,15; 0,2 e 0,3% de NCC na resistência à compressão, porosidade e permeabilidade dos corpos de prova. Os resultados mostram que a suspensão de nanocristais resultante estava bem dispersa, com nanocristais em forma de agulha (nanowhiskers) com diâmetro e comprimento de aproximadamente 17 e 175nm respectivamente. Os ensaios mecânicos apontam um rápido ganho de resistência à compressão (após 24 horas de cura), com ganho de 45% de resistência para a formulação, contendo 0,2% de NCC. Mesmo após 28 dias de cura, as pastas reforçadas com NCC ainda apresentam melhores resultados quando comparadas com a padrão, com ganho superior a 30%, também para a formulação 0,2%. Os ensaios de porosidade e permeabilidade mostram que mesmo as pastas padrão (sem adição de NCC), apresentam baixa permeabilidade. Ainda assim, a adição dos nanocristais reduziu em aproximadamente 27% a porosidade e 25% da permeabilidade das pastas após adição de quaisquer concentrações de NCC. Os resultados idicam que há um grande potencial no uso de NCC para o aprimoramento da resistência mecânica do cimento destinado a cimentação de poços, bem como redução de sua porosidade e permeabilidade, possibilitando assim uma vedação mais eficaz do espaço anular, impedindo a migração de gás pela bainha de cimento e, consequentemente, melhorando integridade do poço.
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Primary cementation consists in injection of cement into the annular space between the outer wall of the coating column and the rock formation. This process is extremely important in the oil and gas industry, aiming to fix the piping and prevent the migration of fluids between permeable zones. In its hardened state, it is extremely important to cement to be durable, providing a longer “life span” to the well. For this, 3 (three) characteristics are essential to the cement paste: porosity, permeability and compressive strength. Cellulose nanocrystals (CNC) has been widely applied as reinforcement material in cement and polymer matrices due to its unique properties such as: high crystallinity and contact surface, high Young modulus, high tensile strength and low thermal expansion coeficiente. For this reason, the aim of this research was to evaluate the influence of adding different concentrations of cellulose nanocrystals (0 to 0.3%) on mechanical strength of the cement (compressive strength), porosity and permeability. The nanocrystals were obtained from a cotton fiber residue arising from the sanding process, provided by the VICUNHA TÊXTIL® industry, Natal – RN. The obtention was carried out by acid hydrolysis (H2SO4 65% w/w), under constant agitation, for 60 minutes at 45ºC. The hydrolysis was stopped in an ice bath. The resulting suspension was subjected to 4 (four) centrifugation cycles of 15min at 11000rpm and 20ºC and then subjected to the dialysis process until reaching a pH close to 5-6. The stability of the resulting nanocrystal suspension was assessed by the zeta potential, in addition, the characterization of the CNC was made by transmission electron microscopy (MET), TGA, FTIR e XRD. The pastes were formulated based on the standards established by the API (American Petroleum Institute), with a volume of 600cm3 of paste and density of 15lb/gal. It was evaluated the concentrations of 0; 0.05; 0.1; 0.15; 0.2 and 0.3% of CNC in the compressive strength, porosity and permeability of the specimens. The results show that the resulting nanocrystal suspension was well dispersed, with needle-shaped nanocrystals (nanowhiskers) with a diameter and length of approximately 17 and 175nm respectively. The mechanical tests show a rapid gain in compressive strength (after 24 hours of curing), around 45% for the formulation containing 0.2% of CNC. Even after 28 days of curing, pastes reinforced with CNC still show better results when compared to the standard, with a gain greater than 30%, also for formulation 0,2%. The porosity and permeability tests show that even standard pastes (without the addition of CNC) have low permeability. Even so, the addition of nanocrystals reduced porosity by approximately 27% and paste permeability by 25% after adding any concentrations of CNC. The results indicatethat there is a great potential in the use of CNC to improve the mechanical strength of oil well cement, as well as reducing its porosity and permeability, thus enabling a more effective sealing of the annular space, preventing gas migration through the cement sheath and, consequently, improving well integrity.
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JÚLIO CÉSAR OLIVEIRA DA SILVA
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APLICAÇÃO DA OXIDAÇÃO ELETROQUÍMICA PARA TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS REAIS EM PLANTA PILOTO
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Orientador : DJALMA RIBEIRO DA SILVA
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MEMBROS DA BANCA :
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DJALMA RIBEIRO DA SILVA
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CARLOS ALBERTO MARTINEZ HUITLE
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ELISAMA VIEIRA DOS SANTOS
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ALINE MARIA SALES SOLANO
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MARCO ANTONIO QUIROZ ALFARO
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ÁMISON RICK LOPES DA SILVA
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Data: 03/12/2021
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A água é o eixo central para o desenvolvimento dos países de forma sustentável que deve ser consumido e descartado de forma consciente, porém é um recurso limitado, cada vez mais escasso em algumas regiões do mundo. A contaminação dos mananciais hidricos superficias e subterrâneos por compostos químicos orgânicos é definitivamente uma questão preocupante. Ultimamente muitas alternativas tecnológicas de tratamento de águas residuárias e de água potável pra o consumo humano têm sido propostas, dentre elas os processos de oxidativos avançados (AOPs) tem ganhado aceitação para a desinfecção e descontaminação de efluentes. Os tratamentos por processos de oxidativos avançados (AOPs) tem mostrado boa eficácia quanto a eliminação de contaminantes químicos e microbianos na água. O principal ponto de destaque dos (AOPs) é a produção in situ da espécie altamente reativa o radical hidroxila (•OH), o radical superóxido (•O2-) e o radical sulfato (•SO4-) podendo fragmentar os poluentes orgânicos e patógenos. Esses processos são baseados em eletrogeração de radicais hidroxílicos (•OH), que podem reagir de forma não seletiva com poluentes orgânicos até sua remoção completa. Os radicais (•OH) têm alto potencial redox (2,8 eV/SHE) e não são seletivos,sendo capazes de atacar compostos orgânicos por quatro vias: abstração de hidrogênio, combinação ou adição de radicais e transferência de elétrons. Neste trabalho foi construído uma planta piloto e um reator para tratamento eletroquímico de oxidação anódica em águas residuárias da indústria do petróleo, indústrias têxteis, fármacos e pesticidas, desinfecção de água com potencial de potabilidade como alternativa substituinte do cloro que possa ser uma alternativa de remediação com baixo custo de montagem, instalação e consumo energético, podendo ser utilizado fontes de energia solar. Os resultados desta pesquisa revelam claramente que a oxidação eletroquímica – oxidação anódica utilizada em escala de planta piloto é eficiente e pode ser utilizada de forma conjunta com outras técnicas de tratamento de águas residuárias, como também uma alternativa para desinfecção de águas com potencial de potabilidade, sem a utilização e armazenamento de cloro. O reator se mostrou eficiente, podendo ser aplicado eletrodos anódicos de materiais diversos de acordo com a viabilidade econômica do material. Assim como o reator a planta piloto pode ser utilizada para outros tipos de efluentes possibilitando outras pesquisas e consequentemente elevar a variedade de efluente que poderá ser tratada pelo mesmo equipamento.
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Water is the central axis for the sustainable development of countries, which must be consumed and disposed of conscientiously, but it is a limited resource, increasingly scarce in some regions of the world. Contamination of surface and underground water sources by organic chemical compounds is definitely a matter of concern. Lately, many technological alternatives for the treatment of wastewater and drinking water for human consumption have been proposed, among them the advanced oxidative processes (AOPs) have gained acceptance for the disinfection and decontamination of effluents. Treatments by advanced oxidative processes (AOPs) have shown good effectiveness in eliminating chemical and microbial contaminants in water. The main highlight of the (AOPs) is the in situ production of the highly reactive species, the hydroxyl radical (•OH), the superoxide radical (•O2-) and the sulfate radical (•SO4-) which can fragment organic pollutants and pathogens . These processes are based on electrogeneration of hydroxylic radicals (•OH), which can react non-selectively with organic pollutants until their complete removal. Radicals (•OH) have a high redox potential (2.8 eV/SHE) and are not selective, being able to attack organic compounds by four ways: hydrogen abstraction, combination or addition of radicals and electron transfer. In this work, a pilot plant and a reactor were built for the electrochemical treatment of anodic oxidation in wastewater from the petroleum industry, textile industries, pharmaceuticals and pesticides, disinfection of water with potability potential as a substitute for chlorine that can be a remediation alternative with low cost of assembly, installation and energy consumption, solar energy sources can be used. The results of this research clearly reveal that electrochemical oxidation - anodic oxidation used on a pilot plant scale is efficient and can be used in conjunction with other wastewater treatment techniques, as well as an alternative for disinfection of water with potability potential, without the use and storage of chlorine. The reactor proved to be efficient, and anodic electrodes of different materials can be applied according to the economic viability of the material. Like the reactor, the pilot plant can be used for other types of effluents, enabling further research and consequently increasing the variety of effluents that can be treated by the same equipment.
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EDILSON DO VALE JÚNIOR
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Aplicação da tecnologia eletroquímica na mineralização e detecção de compostos orgânicos em efluentes sintéticos
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Orientador : CARLOS ALBERTO MARTINEZ HUITLE
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MEMBROS DA BANCA :
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CARLOS ALBERTO MARTINEZ HUITLE
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DJALMA RIBEIRO DA SILVA
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ELISAMA VIEIRA DOS SANTOS
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ALINE MARIA SALES SOLANO
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DANYELLE MEDEIROS DE ARAUJO
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MARCO ANTONIO QUIROZ ALFARO
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Data: 10/12/2021
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A aplicação de tecnologias eletroquímicas na remediação de águas residuais vem sido bastante estudada devido aos resultados promissores alcançados. Estas tecnologias baseiam-se principalmente na geração de espécies com alto poder de oxidação, que por sua vez são responsáveis pela degradação e mineralização de compostos orgânicos. Neste trabalho, estudou-se a aplicação de algumas dessas metodologias no tratamento de águas contaminadas sinteticamente, além da utilização de tecnolgias eletroanalíticas na detecção e quantificação desses compostos. Os resultados alcançados são apresentados em dois capítulos distintos. No primeiro capítulo, a peroxi-coagulação (PC) foi utllizada no tratamente de um efluente sintético do alaranjado de metila (MO), um corante azo, estudando os efeitos de diferentes parâmetros incluindo pH inicial, densidade de corrente (j), concentração inicial de corante e eletrólito suporte. Além disso, o desempenho da PC foi comparado a outros processos eletroquímicos avançados, em condições experimentais semelhantes. Os resultados indicam que o decaimento cinético do MO aumenta na seguinte ordem: eletrocoagulação (EC) < oxidação eletroquímica (EO) com H2O2 eletrogerado < PC < eletro-Fenton (EF). Este comportamento é atribuído ao caráter altamente oxidante dos radicais ●OH homogêneos gerados pelos processos EF e PC. O consumo energético foi de cerca de 0,06 kWh gCOD-1, 0,09 kWh gCOD-1, 0,7 kWh gCOD-1 e 0,1 kWh gCOD-1 foram alcançados para PC, EF, EO-H2O2 e EC, respectivamente. A PC surge assim como uma alternativa promissora e competitiva para a descontaminação de águas residuais. No segundo capítulo, a detecção, quantificação da p-benzoquinona (BQ) foi realizada pela técnica de voltametria de pulso diferencial (DPV) com sensor de filme de diamante, além da degradação da BQ por oxidação anódica. Uma série de experimentos de oxidação eletroquímica galvanostática com 130 mL de solução BQ foi realizado a fim de compreender o efeito da densidade de corrente, da concentração do poluente e do pH inicial utilizando diferentes eletrólitos com condutividade semelhante. As condições operacionais ideais foram alcançadas em 33,3 mA cm-2, 100 mg L-1 de BQ em pH 5,0 com Na2SO4 50 mM. Além disso, a evolução dos ácidos carboxílicos de cadeia curta desse teste foi acompanhada ao longo do tempo para sugerir uma possível rota de degradação. Demonstrando a eficiência da tecnologia eletroquímica na degradação e avaliação do tratamento.
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The application of electrochemical technologies in remediation of wastewater has been extensively studied due to the promising results achieved. These technologies are mainly based on the generation of species with high oxidation power, which in turn are responsible for the degradation and mineralization of organic compounds. In this work, the application of some of these methodologies in the treatment of synthetic contaminated water was studied, in addition to the use of electroanalytical technologies in the detection and quantification of these compounds. The results achieved are presented in two distinct chapters. In the first chapter, peroxycoagulation (PC) was used to treat a synthetic effluent of methyl orange (MO), an azo dye, studying the effects of different parameters including initial pH, current density (j), initial concentration of dye and electrolyte support. In addition, PC performance has been compared to other advanced electrochemical processes, under similar experimental conditions. The results indicate that the kinetic decay of the MO increases in the following order: electrocoagulation (EC) < electrochemical oxidation (EO) with electrogenerated H2O2 < PC < electro-Fenton (EF). This behavior is attributed to the highly oxidizing character of the homogeneous ●OH radicals generated by the EF and PC processes. Energy consumption was about 0.06 kWh gCOD-1, 0.09 kWh gCOD-1, 0.7 kWh gCOD-1 and 0.1 kWh gCOD-1 were achieved for PC, EF, EO-H2O2 and EC, respectively. PC thus appears as a promising and competitive alternative for the decontamination of wastewater. In the second chapter, the detection and quantification of p-benzoquinone (BQ) was performed using the differential pulse voltammetry (DPV) technique with a diamond film sensor, in addition to BQ degradation by anodic oxidation. A series of electrochemical galvanostatic oxidation experiments with 130 mL of BQ solution was carried out in order to understand the effect of current density, pollutant concentration and initial pH using different electrolytes with similar conductivity. The ideal operating conditions were achieved in 33.3 mA cm-2, 100 mg L-1 of BQ at pH 5.0 with 50 mM Na2SO4. In addition, the evolution of short-chain carboxylic acids in this test was followed over time to suggest a possible degradation route. Demonstrating the efficiency of electrochemical technology in the degradation and evaluation of treatment.
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CARLOS AUGUSTO CABRAL KRAMER
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AVALIAÇÃO DA OXIDAÇÃO DA LIGNINA DO PSEUDOCAULE DA BANANEIRA CATALISADA POR CO3O4: UMA INVESTIGAÇÃO EXPERIMENTAL E TEÓRICA DAS PROPRIEDADES DA LIGAÇÃO ΒO4 COM ABORDAGEM DFT, QTAIM E NCI
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Orientador : LUCIENE DA SILVA SANTOS
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MEMBROS DA BANCA :
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ANDERSON DOS REIS ALBUQUERQUE
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ANNE GABRIELLA DIAS SANTOS
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LUCIENE DA SILVA SANTOS
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SAULO GREGORY CARNEIRO FONSECA
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ÁMISON RICK LOPES DA SILVA
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Data: 13/12/2021
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A lignina é uma macromolécula natural que, em geral, é formada pelas unidades aromáticas siringuila, guiacila e hidroxifenil (unidade S, G e H, respectivamente). A partir de sua estrutura é possível a obtenção de moléculas de alto valor agregado, entretanto, os processos esbarram na necessidade da quebra da ligação que une estas unidades aromáticas, a ligação βO4, que, em geral, exige condições agressivas sob altas temperaturas e pressões. Focando no desenvolvimento um método eficiente para oxidação da lignina, mas em condições brandas, experimentalmente foi estudada a oxidação da lignina de bananeira na presença de gás oxigênio atmosférico e Co3O4 como catalisador heterogêneo sob temperatura de 80°C e pressão ambiente. A concentração ideal do catalisador verificada foi de 1% (mol/mol), que após 54 horas de reação foi suficiente para a oxidação da estrutura. Na avalição pela modelagem computacional via DFT (do Inglês, Teoria do Funcional da Densidade) com uso do orbitais de fronteira de Kohn-Sham, observou-se que a oxidação altera abruptamente a topologia eletrônica, reduzindo a energia de ligação em βO4 para todos os modelos considerados e os torna mais reativos. Através do QTAIM (do Inglês, Teoria Quântica de Átomos em Moléculas) e NCI (do Inglês, Interações Não Covalentes), investigou-se as principais interações intramoleculares e suas propriedades relacionadas a ligação βO4. Foi observado que ligninas formadas por unidade G e S (com metoxilas ligadas à segunda unidade aromática) apresentam menor gap HOMO-LUMO e, portanto, são menos estáveis em comparação com os modelos que não possuem as metoxilas (unidades H). Assim, como possuem mais interações de caráter repulsivo e desestabilizador que tornam a ligação βO4 mais fraca, porém em algumas conformações específicas ligações de hidrogênio são formadas que fazem o efeito inverso. Isto permite concluir que Lignina derivadas de madeira de lei (hardwood), naturalmente, são mais reativas e possuem menor energia de dissociação da ligação βO4, em comparação às ligninas derivadas de madeira macia (softwood) e de biomassa de plantas herbáceas. Contudo, todos os tipos de lignina se tornam mais reativas e tem a ligação βO4 após a oxidação.
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Lignin is a natural macromolecule that, in general, is formed by the aromatic units S, G and H, depending on their origin. It is noteworthy that from its structure it is possible to obtain molecules of high added value, however, the processes come up against the need to break the bond that unites these aromatic units, the βO4 bond. This work, through computational modeling methods via DFT, QTAIM and NCI, investigated the main intramolecular interactions and their properties related to this bond. The stability was also evaluated, by evaluating the boundary orbitals, of these models and their oxidized equivalents. It can be seen that lignins that have methoxyl linked to the second aromatic unit, that is, the unit that performs the βO4 bond, perform interactions that are totally different from models that do not have them. For some specific conformations, hydrogen bonds between the gamma hydroxyl and the methoxyl of SUA were characterized and these are responsible for making the βO4 bond stronger. However, the methoxylated models are dominated by repulsive and destabilizing interactions that make their βO4 bonds, in general, 4.41% weaker than the models formed by H units that perform attractive and stabilizing dihydrogen interactions. The computational modeling used confirmed that lignins derived from more oxygenated monomers have a smaller HOMO-LUMO gap and, therefore, are less stable. In the developed study, the replacement of alpha hydroxyl by carbonyl (oxidation) was able to abruptly change the electronic topology, reducing the binding energy in βO4 for all models considered. Experimentally, an efficient oxidative method was developed, which was applied in the oxidation of banana organosolv lignin via atmospheric oxygen gas with an oxidizing agent in the presence of Co3O4 as a heterogeneous catalyst at a temperature of 80°C under ambient pressure. The ideal concentration of the catalyst verified was 1% (mol/mol), which after 54 hours of reaction was sufficient for the satisfactory oxidation of the structure, which was confirmed by FTIR analysis.
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KAROLINE NÓBREGA CELINO
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Avaliação da viabilidade da glicerina como fase polar de uma emulsão de glicerina em olefina para perfuração de poços de petróleo.
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Orientador : ROSANGELA DE CARVALHO BALABAN
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MEMBROS DA BANCA :
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ALCIDES DE OLIVEIRA WANDERLEY NETO
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FABIO PEREIRA FAGUNDES
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FABÍOLA DIAS DA SILVA CURBELO
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JÚLIO CÉZAR DE OLIVEIRA FREITAS
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ROSANGELA DE CARVALHO BALABAN
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Data: 13/12/2021
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A perfuração em águas ultra-profundas apresenta uma série de dificuldades e especificidades, relacionadas à profundidade do poço, lâmina d’água, elevadas pressões e formações salinas encontradas nas bacias do pré-sal. Além disso, ainda há a necessidade de utilização de fluidos que se adequem às legislações ambientais para limpeza e descarte de cascalhos no mar. Diante dessas exigências, os fluidos de emulsão inversa, de salmoura em olefina, são promissores e têm sido extensivamente utilizados para essa aplicação. Esses fluidos precisam manter suas propriedades reológicas ao longo de toda perfuração, considerando ainda a variação de temperatura, de modo a minimizar a formação de hidratos, interação com zonas argilosas, interação com zonas salinas e danos à formação. A hipótese desta tese é que a substituição da salmoura pela glicerina pode promover manutenção das propriedades reológicas, assim como mitigar a interação com zonas argilosas e salinas, não potencializar a formação de hidratos e dar destino a um resíduo da produção do biodiesel. Para tal, no estudo preliminar, foram estudadas as características físico-químicas da fase dispersa e do meio contínuo para aplicação em um sistema emulsionado de glicerina em olefina. Diante das características iniciais, o sistema emulsionado foi aplicado como fluido de perfuração, utilizando os aditivos comerciais e comparando as respostas reológicas variando a temperatura. A interação com zonas salinas e argilosas foi investigada através da avaliação da interação da fase dispersa e do meio contínuo empregando plugs de argila e sal. Dentre os principais resultados, a glicerina obtida como subproduto do biodiesel foi compatível com os aditivos comerciais utilizados em fluidos de perfuração base salmoura em olefina, demonstrando viabilidade de aplicação imediata em fluidos de perfuração, diante da manutenção das propriedades reológicas, diminuição do volume de filtrado e menor reatividade frente a zonas salinas e zonas argilosas. Desse modo, a tese apresentou uma nova composição de fluido de perfuração em águas ultra-profundas, com potencial para minimizar danos à formação rochosa, através da utilização de um resíduo da indústria de produção do biodiesel, sem necessidade de tratamentos prévios.
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The drilling in ultra-deep waters presents a series of difficulties and specificities, related to the depth of the well, water depth, high pressures and salt formations found in the pre-salt basins. Moreover, there is still a need to use fluids in compliance to environmental legislation for cleaning and disposing of cuttings at sea. In this sense, inverted emulsion fluids, from brine in olefin, are favorable and have been used extensively for this application. The fluids need to maintain their rheological properties throughout the entire drilling, also considering the variation of temperature, in order to minimize the formation of hydrates, interaction with clayey areas, interaction with saline zones and damage to the formation. The hypothesis of this thesis is that the substitution of brine for glycerin can promote the maintenance of rheological properties, as well as mitigate the interaction with clay and salt zones, not potentiate the formation of hydrates and give a destination to a residue from the production of biodiesel. For this purpose, in the preliminary study, the physical-chemical characteristics of the dispersed phase and the continuous medium were studied for application in an emulsified system of glycerin in olefin. Keeping in mind the initial characteristics, the emulsified system was applied as a drilling fluid, using commercial additives and comparing the rheological responses varying the temperature. The interaction with saline and clay zones was investigated by assessing the interaction of the dispersed phase and the continuous medium using clay and salt plugs. Among the main results, the glycerin obtained as a by-product of biodiesel was compatible with the commercial additives used in drilling fluids based on brine in olefin, demonstrating the feasibility of immediate application in drilling fluids, given the maintenance of rheological properties, decreasing the volume of filtrate and less reactivity towards salt and clay areas. In this way, the thesis presented a new composition of drilling fluid in ultra-deep waters, with the potential to minimize damage to the rock formation, through the use of a residue from the biodiesel production industry, without the need for previous treatments.
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IZABELLE CRISTINA DA COSTA SOARES
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Percepções teóricas e experimentais para degradar compostos orgânicos: condições experimentais, tecnologias e poluentes.
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Orientador : CARLOS ALBERTO MARTINEZ HUITLE
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MEMBROS DA BANCA :
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ALINE MARIA SALES SOLANO
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CARLOS ALBERTO MARTINEZ HUITLE
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DANYELLE MEDEIROS DE ARAUJO
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ELIANE BEZERRA CAVALCANTI
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ELISAMA VIEIRA DOS SANTOS
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Data: 13/12/2021
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A qualidade da água, assim como sua poluição, tem gerado grande inquietação na comunidade científica. Esta problemática tem sido acompanhada pelo crescente interesse público, gerando uma demanda política para legislar de forma mais rigorosa os limites de emissão e conteúdos de poluentes nas águas. Dentro deste contexto, tecnologias eletroquímicas de tratamento de água são altamente promissoras para remediação ambiental. Estas tecnologias baseiam-se no elevado poder de oxidação dos radicais hidroxila (•OH), que têm uma alta reatividade para oxidar compostos orgânicos presentes nos efluentes. Portanto, a presente tese, estudou a aplicação de diferentes Processos Eletroquímicos Oxidativos Avançados (PEOAs) para tratar soluções sintéticas contaminadas. Foi avaliada a influência de diferentes grupos funcionais na estrutura do corante por medidas potenciodinâmicas e por análises computacionais, que permitiram realizar estudos morfológicos nos orbitais de fronteira onde os elétrons são mais energéticos e, então, é realizada a transferência de elétrons para a superfície do eletrodo, que foi associada às medidas eletroquímicas. Além disso, os estudos teóricos foram usados para entender a eletrólise em massa, em termos de mineralização. Os corantes têxteis azos reativos Reactive Orange 16, Reactive Violeta 4, Reactive Red 228 e Reactive Black 5 foram escolhidos devido apresentarem a mesma estrutura de base molecular com diferentes grupos funcionais. No caso do capítulo 4 foram empregados tratamentos eletroquímicos e fotoeletroquímicos utilizando radiação UVA e solar. Uma solução contendo o herbicida Triclopyr foi tratada em pH neutro por diferentes PEOAs. A comparação com os tratamentos eletro-Fenton revelou o papel crucial da reação foto-Fenton, uma vez que promoveu a produção de Fe(II) solúvel que favoreceu a remoção do pesticida. O complexo Fe(III)-EDDS (1:1) provou ser um catalisador de ferro eficiente para o tratamento do herbicida triclopir em pH neutro pelo processo PEF. Por fim, uma rota plausível para a degradação do herbicida catalisado por Fe(III)-EDDS por PEF e SPEF é finalmente proposta com base nos subprodutos detectados: três compostos heteroaromáticos e quatro N-alifáticos lineares, formamida e ácidos tartrônico e oxâmico. Os PEOAs estudados neste trabalho demonstraram ser tecnologias satisfatórias e sustentáveis para o tratamento de efluentes.
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Water quality, as well as its pollution, feared great concern in the scientific community. This problem has been accompanied by increasing public interest, generating a political demand to legislate more rigorously the limits of emission and content of pollutants in water. Within this context, electrochemical water treatment technologies are highly promising for environmental remediation. These technologies are based on no high oxidation power of two hydroxyl radicals (• OH), which has a high reativity to oxidize organic compost present in effluents. Therefore, at present, I study the application of different Advanced Oxidative Eletrochemical Processes (PEOAs) to treat contaminated synthetic solutions. It is endorsed by the influence of different functional groups in the core structure by potentiodynamic measurements and by computational analyzes, which will allow us to carry out morphological studies in front of orbit where the electrons are more energetic and, then, it has been carried out by transferring the electrons to the electrode surface. , which was associated with electrochemical measurements. Furthermore, the theoretical studies are used to understand electrolyte in mass, in terms of mineralization. The two corantees are reactive Orange 16, Reactive Violeta 4, Reactive Red 228 and Reactive Black 5 foram escolhidos which present the same molecular-based structure with different functional groups. No case of chapter 4 for eletrochemical and photoeletrochemical treatments using UVA and solar radiation. A solution containing or herbicide Triclopyr was treated at neutral pH by different PEOAs. In comparison with the eletro-Fenton treatments it revealed the crucial role of the photo-Fenton reaction, one time that it promoted the production of soluble Fe (II) that favors the removal of pesticides. The Fe (III) -EDDS (1: 1) complex provides an efficient ferrous catalyst for triclopyr herbicide treatment in neutral pH for the PEF process. Finally, a plausible rotation for the degradation of the herbicide catalyzed by Fe (III) -EDDS by PEF and SPEF is finally proposed based on the detected by-products: three heteroaromatic compost and four linear N-aliphatic, formamide and tarthronic and oxamic acids. The PEOAs studied in this work prove to be satisfactory and sustainable technologies for the treatment of effluents.
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KARLA CAROLINE DE FREITAS ARAÚJO
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O uso do eletrodo de diamante dopado com boro (BDD) na produção eletroquímica de persulfato e como um sensor de composto orgânico durante a eletroanálise.
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Orientador : CARLOS ALBERTO MARTINEZ HUITLE
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MEMBROS DA BANCA :
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CARLOS ALBERTO MARTINEZ HUITLE
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ELISAMA VIEIRA DOS SANTOS
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ALINE MARIA SALES SOLANO
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DANYELLE MEDEIROS DE ARAUJO
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ELIANE BEZERRA CAVALCANTI
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Data: 22/12/2021
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A oxidação de contaminantes orgânicos via radicais sulfato eletrogerados com eletrodo de diamante dopado com boro é uma técnica eletroquímica eficiente que vem ganhando cada vez mais espaço e aplicações no campo da pesquisa. O presente trabalho consiste na utilização de eletrodos BDD, de diferentes tamanhos e propriedades, para a produção de persulfato durante a eletrossíntese. Uma das etapas da pesquisa foi a análise do persulfato, antes de sua aplicação em compostos orgânicos, com o objetivo de estudar a meia-vida do oxidante e seu potencial de armazenamento / armazenamento, sob diferentes condições, e com isso definir em quantos dias o o persulfato mantém a capacidade de oxidar compostos orgânicos selecionados. Os compostos escolhidos foram a laranja de metila e a pquinona, aos quais foram adicionadas as soluções de persulfato eletrogeradas armazenadas. A degradação desses compostos foi acompanhada pelo uso de um sensor BDD durante a eletroanálise.
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Oxidation of organic contaminants via sulfate radicals electrogenerated with boron-doped diamond electrode is an efficient electrochemical technique that is gaining more and more space and applications in the research field. The present work consists of the use of BDD electrodes, of different sizes and properties, for the production of persulfate during electrosynthesis. One of the stages of the research was the analysis of persulfate, before its application in organic compounds, with the objective of studying the oxidant's half-life and its potential for storage / storage, under different conditions, and with that define how many days the persulfate maintains the ability to oxidize selected organic compounds. The compounds chosen were methyl orange and pquinone, to which were added the electrogenerated persulfate solutions that were stored. The degradation of these compounds was accompanied by the use of a BDD sensor during electroanalysis.
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JEFFERSON ANDREY LOPES MATIAS
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A QUÍMICA DE MATERIAIS APLICADA EM NANOCOMPÓSITOS RICOS EM COBALTITA DE BISMUTO COM ESTRUTURA CRISTALINA DE SILENITA.
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Orientador : DJALMA RIBEIRO DA SILVA
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MEMBROS DA BANCA :
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DJALMA RIBEIRO DA SILVA
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SIBELE BERENICE CASTELLA PERGHER
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MARCO ANTONIO MORALES TORRES
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JOAO BOSCO LUCENA DE OLIVEIRA
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ADEMIR OLIVEIRA DA SILVA
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SAULO GREGORY CARNEIRO FONSECA
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ISAAC BARROS TAVARES DA SILVA
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Data: 28/12/2021
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O avanço científico constante está contribuindo para o surgimento de materiais multifuncionais, visando suprir a crescente demanda mundial por tecnologia. Em face disso, o estudo e desenvolvimento dos materiais está diretamente associado à compreensão da Química de Materiais. Nesse cenário, a presente tese tem como objetivo a aplicação dos quatro pilares da Química de Materiais (síntese, caracterização, propriedades e aplicações) na produção de um nanocompósito inorgânico rico em cobaltita de bismuto com estrutura cristalina de silenita ((Bi13Co11)Co2O40 - Co3O4) como candidato promissor para uso científico-tecnológico. Em um primeiro estudo, foram preparadas duas amostras policristalinas do nanocompósito usando os métodos de combustão e sol-gel, com tamanhos de grãos variando de 64,4 nm a 80 nm em todas as fases. A amostra de combustão apresentou difratograma com picos de silenita um pouco assimétricos, o que indicou a presença de silenita com alguma variação em sua estequiometria. A partir da susceptibilidade magnética, foi verificado que a amostra de combustão tem um grau de frustração magnética duas vezes maior que a amostra de sol-gel. Ambas as amostras apresentaram uma temperatura de Néel de 36 K para a fase secundária Co3O4 e uma histerese a 6 K. No entanto, nas medidas de M- T com campo magnético de 200 Oe, acima de 148 K, apenas a amostra de combustão apresentou um sinal superparamagnético, esse sinal muda para 70 K quando é aplicado um campo magnético de 600 Oe. Em um segundo trabalho, direcionado para aplicação do nanocompósito, foi relatado o processo de produção via rota de combustão e caracterização do pó de Silenita Co – Co3O4. A caracterização dielétrica do nanocompósito apresentou resultados significativos na banda X, com baixos valores de condutividade e tangente de perda na faixa de 6,0 GHz a 8,5 GHz, característica que permite sua aplicação como substrato de ressonadores. Diante disso, o nanocompósito foi aplicado como substrato em uma antena de microfita. As medidas do coeficiente de reflexão apresentaram boa concordância com as simulações, atingindo apenas 0,39% de erro na frequência de ressonância, validando as caracterizações morfológicas e dielétricas realizadas, conforme projeto da antena. Em uma terceira investigação, foram realizados a otimização da síntese do nanocompósito a partir de um planejamento experimental Box-Behnken e um estudo das propriedades estruturais, químicas e dielétricas foi realizado para as amostras sintetizadas por três diferentes tipos de combustíveis: ureia, glicina e etilenoglicol. Quinze amostras foram preparadas combinando etapas do método combustão e sol-gel em baixas temperaturas, para avaliar os efeitos do tipo de combustível, juntamente com a porcentagem de combustível e do pH inicial da reação na concentração de massa relativa da fase Silenita Co (% CoS) presente no nanocompósito. Experimentos de validação confirmaram o bom potencial preditivo do modelo quadrático proposto entre a resposta e as variáveis significativas, com a amostra de etilenoglicol apresentando a maior % CoS com 87,92%.
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The constant scientific advancement is contributing to multifunctional materials emergence, aiming to provide the growing worldwide technology demand. Thus, the study and development of materials is directly associated with the understanding of Materials Chemistry. In this scenario, this thesis aims to apply the four pillars of Materials Chemistry (synthesis, characterization, properties, and applications) in the production of an inorganic nanocomposite rich in bismuth cobaltite with a crystalline structure of sillenite (Sillenite Co - Co3O4) as a promising candidate for scientific-technological use. Initially, in a first work, two polycrystalline samples of the nanocomposite were prepared by combustion and sol-gel methods, with grain sizes ranging from 64.4 nm to 80 nm in all phases. The combustion sample displayed a diffractogram with slightly asymmetrical sillenite peaks, which indicated the presence of sillenite with some variation in its stoichiometry. From the magnetic susceptibility, it was verified that the combustion sample has a degree of magnetic frustration twice as high as the sol-gel sample. Both samples presented a Néel temperature of 36 K for the secondary phase Co3O4 and a hysteresis at 6 K. However, in the MT measurements with a magnetic field of 200 Oe, above 148 K, only the combustion sample presented a signal superparamagnetic, this signal changes to 70 K when a 600 Oe magnetic field is applied. In a second work, directed to the application of the nanocomposite, the production process via combustion route and characterization of Sillenite Co – Co3O4 powder was reported. The dielectric characterization of the nanocomposite presented significant results in the X-band, with low values of conductivity and loss tangent from 6.0 GHz to 8.5 GHz, a characteristic that allows its application as a substrate for resonators. Therefore, the nanocomposite was applied as a substrate in a microstrip antenna. The reflection coefficient measurements displayed good agreement with the simulations, reaching only 0.39% error in the resonance frequency, validating the morphological and dielectric characterizations performed, according to the antenna design. In a third investigation, optimization of the nanocomposite synthesis was carried out based on a Box-Behnken Design of Experiments and the study of structural, chemical, and dielectric properties were performed to the samples synthetized by three different types of fuel: urea, glycine, and ethylene glycol. A total of 15 samples were prepared by combining combustion and sol-gel method steps at low temperatures to evaluate the effects of fuel type, along with the percentage of fuel and initial pH of the reaction on the relative mass concentration of the Co Sillenite phase present in the nanocomposite. Validation experiments confirmed the good predictive potential of the proposed quadratic model between the response (% CoS) and the significant variables, with the ethylene glycol sample showing the highest % CoS, with 87.92%.
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