Made available in DSpace on 2014-12-17T15:42:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FrancielAB_DISSERT.pdf: 3637529 bytes, checksum: 50d6de8b3a00a0b045a5b17d540f59d2 (MD5) Previous issue date: 2014-01-20 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Catalytic processes are widely present in everyday life. This results in large number of studies seeking materials that may combine the low cost catalytic efficiency. Based on this assumption, the clays have long been used as catalysts, with its huge availability, diversity and possibility of improving their properties from structural changes, primarily responsible for this great use. Among the natural clays, vermiculite due to their characteristic properties (high cation exchange capacity and expansion), is suitable for various applications including as catalysts and catalyst supports. In this work, the acid leaching of clay vermiculite was performed, coming from Santa Luzia-PB, with nitric acid (2, 3 and 4 mol / L) and subsequent calcination of the materials obtained. The materials were named as Vx/400, where x is the acid concentration employed and 400 used in calcination temperature. The effectiveness of changes made was determined by XRD techniques, FT-IR, EDS, TG/DTG, nitrogen physisorption and DTP of n-butylamine. Acid leaching has improved some properties of the clay - specific area and acidity - but the control of the acid concentration used is of vital importance, since the highest concentration caused the partial destruction of vermiculite entailing a decline in their properties. For analysis of the catalytic activity of the modified clay was made a comparative study with the SBA -15 mesoporous materials, synthesized via hydrothermal method, using the pyrolysis of low density polyethylene (LDPE). The results showed that the acid plays a fundamental role in the conversion of the polymer into smaller molecules, the material V3/400 was more selective for the source monomer (ethylene) due to their increased acidity, which promotes more breaks bonds in the polymeric chain, while materials and V0/400 V2/400, lower acidity, showed higher selectivity to light hydrocarbons, the range of fuel (41.96 and 41.23%, respectively), due to less breakage and secondary condensation reactions chains; already V4/400 SBA-15/550 and resulted in lower percentages of light hydrocarbons and the partial destruction of the structure and low acidity, respectively, responsible for the inefficiency of materials / Os processos catal?ticos est?o largamente presentes no cotidiano. Isso resulta no grande n?mero de pesquisas buscando materiais que possam aliar baixo custo ? efici?ncia catal?tica. Partindo desse pressuposto, as argilas t?m sido muito utilizadas como catalisadores, sendo sua grande disponibilidade, diversidade e possibilidade de melhoria de suas propriedades, a partir de modifica??es estruturais, os principais respons?veis por esse grande uso. Entre as argilas naturais, a vermiculita devido ?s suas propriedades caracter?sticas (alta capacidade de troca cati?nica e de expans?o), ? apta para diversas aplica??es, entre elas, como suportes catal?ticos e catalisadores. Neste trabalho, foi realizada a lixivia??o ?cida da argila vermiculita, oriunda de Santa Luzia-PB, com ?cido n?trico (2, 3 e 4 mol/L) e posterior calcina??o dos materiais obtidos. Os materiais foram nomeados como Vx/400, onde x corresponde ? concentra??o ?cida empregada e 400 ? temperatura usada na calcina??o. A efici?ncia das modifica??es realizadas foi determinada pelas t?cnicas de DRX, FT-IR, EDS, TG/DTG, fisissor??o de nitrog?nio e DTP de n-butilamina. A lixivia??o ?cida melhorou algumas propriedades da argila ?rea espec?fica e acidez , por?m o controle da concentra??o ?cida empregada ? de vital import?ncia, visto que a maior concentra??o provocou a destrui??o parcial da vermiculita, acarretando em um decr?scimo das suas propriedades. Para an?lise da atividade catal?tica das argilas modificadas fez-se um estudo comparativo com o material mesoporoso SBA-15, sintetizado via m?todo hidrot?rmico, empregando-os na pir?lise de polietileno de baixa densidade (PEBD). Os resultados mostraram que a acidez exerce papel fundamental na convers?o do pol?mero em mol?culas menores; o material V3/400 foi o mais seletivo para o mon?mero de origem (eteno), devido ? sua maior acidez, que promove mais cis?es nas liga??es da cadeia polim?rica; enquanto os materiais V0/400 e V2/400, de menor acidez, apresentaram maior seletividade para hidrocarbonetos leves, da faixa dos combust?veis (41,96 e 41,23%, respectivamente), em virtude de menos cis?es e rea??es secund?rias de condensa??o nas cadeias; j? V4/400 e SBA-15/550 resultaram nos menores percentuais de hidrocarbonetos leves, sendo a destrui??o parcial da estrutura e baixa acidez, respectivamente, respons?veis pela inefici?ncia dos materiais

O desenvolvimento de novos materiais para a aplicação em eletroanalítica, uma atividade extremamente atraente, visa produzir compostos com condutividade elétrica alta, estabilidade mecânica e química e grandes áreas superficiais. Assim, nesta tese foram desenvolvidos Carbonos Mesoporosos Ordenados, um tipo de material carbônico recentemente explorado para diversas aplicações devido às suas propriedades específicas e facilmente manipuláveis. A produção inicia-se com a síntese da sílica mesoporosa utilizada como template, seguida pela impregnação por molhamento incipiente utilizando moléculas que são concomitantemente, fontes de carbono e de um heteroátomo (S, N ou O). Após a polimerização e carbonização em atmosfera não-oxidante, removeu-se o template de sílica, obtendo-se um material altamente organizado de estrutura mesoporosa, caracterizado pelas análises de BET, MET e DRX em ângulos baixos. Os materiais sintetizados apresentaram área superficial grande e acessível, indicadas pelas as análises de BET, o que ofereceu uma alta eficiência de pré-concentração de analitos. A fim de garantir um carbono com características grafíticas e boa condutividade, partiu-se de fontes carbônicas aromáticas e utilizou-se o óxido de ferro como catalisador da polimerização. Com isso, obteve-se materiais com carácter grafítico, mostrado pelas análises de DRX e Raman, com excelentes propriedades elétricas e transferência eletrônica mais rápida, mostrado pelas análises eletroquímicas (VC e EIE) garantindo um material com excelente atividade eletrocatalítica. Os três diferentes tipos de dopagem geraram três materiais distintos, que diferem não apenas na composição química, mas também nas propriedades físicas, elétricas e em sua resposta eletroanalítica. Os materiais sintetizados foram aplicados na detecção do cloranfenicol, um antibiótico com propriedades antibacterianas e farmacocinéticas excelentes, porém proibido em produtos destinados ao consumo humano. A metodologia desenvolvida apresentou boa sensibilidade e limites de detecção e quantificação, além da capacidade de analisar diretamente leite em pó, sem a necessidade de etapas trabalhosas de preparo de amostra. / The development of new materials for electroanalitycal application aims to produce materials with high electric conductivity, mechanical and chemical stability, and high surface areas. So, in this thesis, it was developed Ordered Mesoporous Carbon, a carbonic material recently explored in several applications due its specific plasticity properties. The production starts with the mesoporous silica synthesis. It is used as template, followed by the incipient wetness impregnation using molecules that are both a carbon source and heteroatom precursor (S, N or O). After the polymerization and the non-oxidant atmosphere carbonization, the template was removed, what yielded a highy ordered mesoporous structure, demonstrated by BET, TEM and low-angle XRD analysis. The synthetized materials showed high and accessible surface area, demonstrated by BET, which allowed high pre-concentration efficiency with a fast diffusion process. In order to get a graphitic carbon with good conductivity, it was used aromatic carbon precursors and iron as polymerization catalyst. Consequently, a material with graphitic character was getting, as we can see at XRD and Raman, with excellent electric properties and faster electronic transference, showed by electrochemical analysis (CV and EIS), leading to a material with excellent electrocatalytic activity. The three different doping types leading to three distinct materials, which differ not only at chemical composition, but also at physical, electrics and electroanalytical properties. The materials was applied at chloramphenicol detection, an antibiotic with excellent antibacterial and pharmacokinetics properties. However, it is forbidden in edible products. The developed methodology has good sensibility, and limits of detection and quantification. In addition, was possible to analyze powder milk directly, without any other timing consuming procedure of sample preparing.

Optimised SBA-15 mesoporous silica with high surface area (794 m2/g) and very thick pore wall (~ 5.0 nm), which maintained its structural and hydrothermal stability in steam, up to 800 °C was successfully synthesised and used as support material for synthesis of Au/SBA-15 catalysts. Gold nano-particles of different sizes were anchored on SBA-15 using cationic gold precursor (Au(en2)Cl3), post or one pot functionalisation of SBA-15 with MPTMS, APTMS or phosphine ligand before gold loading via HAuCl4 gold precursor. Characterisation of the catalysts were done using the following techniques: Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray spectroscopy (EDX), Transmission Electron Microscopy (TEM), X-Ray Diffraction spectroscopy (XRD), Fourier – Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), Nitrogen Physisorption and Hiden Analytical CATLAB system. Characterisation results confirmed that gold particle size, dispersion of gold on SBA-15 and the oxidation state of gold had significant influence on the catalytic activity of Au/SBA-15 catalysts. The most active and stable Au/SBA-15 catalyst (Au-0.6Mdp/SBA-15), prepared by one pot synthesis of SBA-15 with MPTMS before gold loading, had high surface area of 726 m2/g, with the smallest gold particle size of 1.3 nm, well dispersed on SBA-15 support. Hydrogen reduced Au/SBA-15 catalysts were more active than their as-synthesised forms in complete oxidation of non-chlorinated VOCs, with the most active Au/SBA-15 catalyst (Au-0.6Mdp/SBA-15) attaining 100 % acetone conversion at 250 °C and 11% propane conversion at and 300 °C. The as-synthesised form of Au-0.6Mdp/SBA-15 catalyst attained 100 % acetone conversion at 280 °C and 1.8 % propane conversion at 300 °C. The reduced Au-0.6Mdp/SBA-15 catalyst was also more active than the as-synthesised form in complete oxidation of aromatic and olefin VOC mixture (BTEXB of 820 ppm). For chlorinated VOCs using dichloromethane (DCM) as model compound, only the as-synthesised form of Au/SBA-15 catalyst was active, attaining 100 % DCM conversion at 305 °C. The reduced form of Au/SBA-15 catalyst was inactive, probably ii due to instant poisoning from strong attachment of chlorides with metallic gold. A novel coating technique (fine spray of catalyst, colloidal silica and methyl cellulose slurry on heated reactor at 150°C), which drastically reduced the amount of catalyst required for VOC oxidation was developed to introduce only 2.5 mg of Au-0.6Mdp/SBA-15 catalyst in the channels of a micro-reactor. Higher conversion of propane (VOC model compound) was achieved with the catalytic micro-reactor. The use of the micro-reactor has the potential to reduce the amount of expensive catalyst used and attain higher VOC conversions at lower temperatures, which could boost the commercial viability of this noble catalytic device for elimination of indoor VOCs.

Neste trabalho estudou-se a encapsulação de proteínas com diferentes pesos moleculares na sílica mesoporosa ordenada SBA-15 para avaliar sua aplicação como adjuvante imunológico. Para tanto, as proteínas IgG (150 kDa) e BSA (66,5 kDa) foram incorporadas à sílica mesoporosa com poros expandidos. Primeiramente estudou-se a dilatação dos poros utilizando-se um agente dilatador de estrutura no processo de síntese, através da preparação de amostras com diferentes quantidades de triisopropilbenzeno (TIPB). Resultados de isoterma de adsorção de nitrogênio (NAI) e espalhamento de raios X a baixo ângulo (SAXS) revelaram um aumento no diâmetro médio de poros da ordem de 23% e uma rede de poros mais desordenada. Para se ter uma estimativa das dimensões das proteínas, medidas de SAXS foram feitas e indicaram que ambas têm dimensões que permitiriam sua incorporação nos poros da SBA-15. As amostras com poros dilatados foram então utilizadas para a incorporação das proteínas IgG e BSA em solução tampão fosfato salina (PBS). Os resultados indicaram o preenchimento dos microporos pela solução de PBS com valor superior a 95%. Quanto ao preenchimento de mesoporos, observou-se maior variação no volume de poros e área superficial, para o material com maior diâmetro médio de poros, atingindo valores em torno de 80 % e 90%, respectivamente. Não houve diferença significativa nestas porcentagens entre a incorporação das duas proteínas, indicando que as proteínas devem estar encapsuladas na macroporosidade da sílica, obstruindo a entrada dos mesoporos. Um modelo teórico foi utilizado para analisar as medidas de SAXS e ele confirmou o preenchimento dos microporos e a presença da proteína nos mesoporos da sílica. Utilizando a técnica analítica de Particle Induced X-ray Emission (PIXE), o conteúdo de silício em fezes de camundongos isogênicos foi avaliado em função do tempo, com o intuito de analisar a liberação de sílica pelo organismo dos camundongos. Observou-se que após a primeira administração de sílica os camundongos inoculados por via oral liberaram uma quantidade de silício similar à liberada pelos camundongos controle, que receberam apenas a solução de PBS. Após a segunda administração os camundongos inoculados com sílica por via oral liberaram uma quantidade de silício superior à dos camundongos controle, devido à morte dos macrófagos e outras células que atuam na resposta imunológica, evidenciando a eliminação de silício pelo organismo. Um estudo paralelo de controle de qualidade foi realizado em amostras de SBA-15 preparadas pela Cristália Produtos Químicos Farmacêuticos Ltda. a fim de garantir a reprodutibilidade deste material, que será comercialmente utilizado para a formulação de vacina oral contra Hepatite B, produzida pelo Instituto Butantan. Os resultados mostraram propriedades texturais reprodutíveis das amostras produzidas pela Cristália indústria farmacêutica. / In this work we studied the encapsulation of proteins with different molecular weights into SBA-15 ordered mesoporous silica to evaluate its application as immunological adjuvant. Hence, the IgG protein (150 kDa) and BSA (66.5 kDa) were incorporated into the mesoporous silica with expanded pores. First we studied the expansion of the pores using a structure swelling agent in the synthesis process, by preparing samples with different amounts of triisopropylbenzene (TiPB). Results of Nitrogen Adsorption Isotherm (NAI) and Small Angle X-Ray Scattering (SAXS) showed an increase in average pore diameter of the order of 23% and a more disordered pore network. To provide an estimate of the size of proteins, SAXS measurements were performed and indicated that both have dimensions that allow its incorporation in the pores of SBA-15. These samples were used for the incorporation of IgG and BSA proteins in phosphate buffered saline (PBS) solution. The results indicated a filling of the micropores by PBS solution larger than 95%. Concerning the filling of mesopores, we observed a larger variation in pore volume and surface area for the material with highest average pore diameter, reaching values around 80% and 90%, respectively. There was no significant difference in these percentages between the incorporation of the two proteins, indicating that the proteins could be encapsulated in the silica macroporosity, blocking the entry of mesopores. A theoretical model was used to analyze the SAXS measurements and it confirmed the filling of micropores and the presence of protein in the silica mesopores. Using the analytical technique \"Particle-Induced X-ray Emission\"(PIXE), the silicon content in mice feces was evaluated as a function of time, in order to analyze the release of silica from the organism of the mice. We observed that after the first silica administration the isogenic mice inoculated by oral administration released a similar amount of silicon compared with the amount released by the isogenic control mice, which received only PBS solution. After the second oral administration, the mice inoculated with silica released a higher amount of silicon than the control mice, due to the death of macrophages and other cells that act on the immune response, indicating the elimination of silicon by the organism. A parallel study about quality control was performed on SBA-15 samples prepared by Cristália Produtos Químicos Farmacêuticos Ltda., to ensure the reproducibility of this material which will be used commercially for the formulation of an oral vaccine against hepatitis B, produced by the Butantan Institute. The results showed reproducible textural properties of the samples produced by the Cristália pharmaceutical industry.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / SÃlicas mesoporosas do tipo SBA-15 funcionalizadas com amino (âNH2) foram preparadas para o desenvolvimento de adsorventes de metais pesados em Ãguas residuais. A funcionalizaÃÃo com grupos orgÃnicos tem sido realizada por dois mÃtodos distintos, pÃs-sÃntese e co-condensaÃÃo. Neste trabalho a matriz foi preparada por co-condensaÃÃo e dois grupos orgÃnicos foram selecionados para serem incorporados aos sÃtios de grupos amino: cisteÃna (HSâCH2âCH(NH2)âCOOH) e fenilisotiocianato (C6H5âNCS). Os materiais foram caracterizados por difraÃÃo de raios X em baixo Ãngulo (DRX), Microscopia EletrÃnica de Varredura (MEV), Microscopia EletrÃnica de TransmissÃo (MET),RMN no estado sÃlido, AdsorÃÃo-dessorÃÃo de nitrogÃnio, anÃlise tÃrmica (TG/DTG) e Espectroscopia na RegiÃo do Infravermelho (FT-IR). O material hÃbrido SBA-15_NH2 exibiu Ãrea superficial BET de 451 m2/g e volume total de poros de 0,15 cm3/g. FT-IR, RMN no estado sÃlido e TG/DTG confirmaram a incorporaÃÃo das cadeias orgÃnicas da cisteÃna e fenilisotiocianato nos materiais. As anÃlises indicaram que todas as amostras sintetizadas apresentaram estrutura hexagonal, caracterÃstica dos materiais mesoporosos do tipo SBA-15, com boa ordenaÃÃo dos poros, elevada Ãrea superficial e estreita distribuiÃÃo de tamanhos de poros. Todas as amostras modificadas foram submetidas a processos de sorÃÃo de Ãons Cu2+. A capacidade de adsorÃÃo mÃxima foi de 21 mg/g para o material modificado com fenilisotiocianato. A isoterma de Langmuir ajustou-se melhor aos dados experimentais e associado com o modelo de pseudo-segunda ordem descreveu bem o processo cinÃtico de adsorÃÃo. Os resultados sugerem que esses materiais podem ser usados como adsorventes para remoÃÃo de Ãons de metais traÃos em sistemas aquosos contaminados. / SBA-15 Mesoporous silica functionalized with amine (â NH2) hat been prepared in this work for the purpose of the development of heavy metals adsorbents from wastewater. The functionalization with organic groups has been performed by two different methods, post-synthesis and co-condensation. In this work, the matrix was prepared by co-condensation. Two organic groups were selected to be incorporated with specific reactions sites containing amino groups, cysteine (HSâCH2âCH(NH2)âCOOH) and phenylisotiocianate (C6H5âNCS). The materials were characterized by X-ray Diffraction at low angle (XRD), Scanning Electronic Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM), Nuclear Magnetic Resonance Solid State (NMR), Nitrogen adsorption-desorption (BET), Thermal Analysis (TG/DTG) and Spectroscopy of the Infrared (FT-IR). The hybrid material SBA 15_NH2 exhibit BET surface area of 451 m2/g and total pore volume 0,15 cm3/g. FT-IR, NMR, TG confirmed the incorporation of organic groups, cisteine and phenylisotiocianate in the materials. The analysis indicated that all synthesized materials showed hexagonal structure, characteristic of mesoporous materials like SBA-15 with good ordering of the pores, high surface area and narrow pore size distribution. All modified samples were subjected of sorption processes of Cu+2. The maximum adsorption capacity was 21 mg/g for the material modified with phenylisotiocianate. The Langmuir isotherm model fitted well to the experimental data together of pseudo-second order model kinetic process of adsorption. The results suggest that these materials can be used as adsorbents to remove trace metal ions in contaminated aqueous systems.

Processos como a purificação do metano (CH4) e a produção de hidrogênio gasoso (H2) envolvem etapas de separação de CO2. Atualmente, etanolaminas como monoetanolamina (MEA), dietanolamina (DEA), metildietanolamina (MDEA) e trietanolamina (TEA) são as substâncias mais utilizadas no processo de separação/captura de CO2 em processos industriais. Entretanto, o uso destas substâncias apresenta alguns inconvenientes devido à alta volatilidade, dificuldade de se trabalhar com material líquido, também ao alto gasto energético envolvido das etapas de regeneração e à baixa estabilidade térmica e química. Com base nessa problemática, esse trabalho teve por objetivo a síntese de um tipo de sílica mesoporosa altamente ordenada (SBA-15) de modo a utilizá-la no processo de captura de CO2. O trabalho foi dividido em quatro etapas experimentais que envolveram a síntese da SBA-15, o estudo do comportamento térmico de algumas etanolaminas livres, síntese e caracterização de materiais adsorventes preparados a partir de incorporação de etanolaminas à SBA-15 e estudo da eficiência de captura de CO2 por esses materiais. Novas alternativas de síntese da SBA-15 foram estudadas neste trabalho, visando aperfeiçoar as propriedades texturais do material produzido. Tais alternativas são baseadas na remoção do surfatante, utilizado como molde na síntese da sílica mesoporosa, por meio da extração por Soxhlet, utilizando diferentes solventes. O processo contribuiu para melhorar as propriedades do material obtido, evitando o encolhimento da estrutura que pode ser ocasionado durante a etapa de calcinação. Por meio de técnicas como TG/DTG, DSC, FTIR e Análise Elementar de C, H e N foi realizada a caracterização físico-química e termoanalítica da MEA, DEA, MDEA e TEA, visando melhor conhecer as características destas substâncias. Estudos cinéticos baseados nos métodos termogravimétricos isotérmicos e não isotérmicos (Método de Ozawa) foram realizados, permitindo a determinação de parâmetros cinéticos envolvidos nas etapas de volatilização/decomposição térmica das etanolaminas. Além das técnicas acima mencionadas, MEV, MET, SAXS e Medidas de Adsorção de N2 foram utilizadas na caraterização da SBA-15 antes e após a incorporação das etanolaminas. Dentre as etanolaminas estudadas, a TEA apresentou maior estabilidade térmica, entretanto, devido ao seu maior impedimento estérico, é a etanolamina que apresenta menor afinidade com o CO2. Diferentemente das demais etanolaminas estudadas, a decomposição térmica da DEA envolve uma reação intramolecular, levando a formação de MEA e óxido de etileno. A incorporação destes materiais à SBA-15 aumentou a estabilidade térmica das etanolaminas, uma vez que parte do material permanece dentro dos poros da sílica. Os ensaios de adsorção de CO2 mostraram que a incorporação da MEA à SBA-15 catalisou o processo de decomposição térmica da mesma. A MDEA foi a etanolamina que apresentou maior poder de captura de CO2 e sua estabilidade térmica foi consideravelmente aumentada quando a mesma foi incorporada à SBA-15, aumentando também seu potencial de captura de CO2. / Processes as methane (CH4) purification from natural gas and gas hydrogenous (H2) production have stages involving CO2 separation. Nowadays, ethanolamine as monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), methyldiethanolamine (MDEA) and triethanolamine (TEA) are the substances more used in industrial processes involving CO2 separation/purification. However, the use of these substances has some inconvenient due to high volatility of these species, the inconvenient working with liquid, the use of high energy during the regeneration processes and low chemical and thermal stability. The object of this work was the synthesis of mesoporous ordinated silica (SBA-15) and its use in the CO2 capture process. This work was divided in four experimental stages: SBA-15 synthesis, the study of ethanolamine thermal behavior, the synthesis and characterization of adsorbent materials prepared using SBA-15 and ethanolamine and the study about the efficiency of CO2 capture using these materials. New alternatives for SBA-15 synthesis were studied in this work, due to increase the material proprieties. This study had the objective removing part of the surfactant used as template in mesoporous materials synthesis, using Soxhlet extractor and different solvents. This work contributed to increase the silica proprieties, eviting the shrinkage of silica structure caused by calcination stage. By means of TG/DTG, DSC, FTIR and Elemental Analysis techniques was realized physical-chemical and thermal characterization of MEA, DEA, MDEA and TEA. Kinetics studies using thermalgravimetric isothermal and no isothermal (Ozawa Method) method were used. This study permitted the determination of kinetics parameters involved in the thermal decomposition of the ethanolamines. Additionally, techniques as SEM, TEM, SAXS and Isotherm Adsorption of N2 were used for the characterization of SBA-15 incorporated with ethanolamine.TEA was the ethanolamine the biggest thermal stability, however, the CO2 absorption is not favorable because the steric impediment. The thermal decomposition of DEA involves the intramolecular reaction, producing MEA and ethylene oxide. The ethanolamines incorporation in SBA-15 increased the thermal stability of the ethanolamines, because part of these substances was in the SBA-15 porous. The experiments of CO2 capture showed that the MEA incorporation in the SBA-15 catalyzed the MEA decomposition process. The MDEA was the ethanolamine that had the major efficiency in the CO2 capture and its thermal stability was considerably increased when this space was incorporated in SBA-15, increasing its CO2 capture potential.

Este trabalho teve como objetivo a síntese e caracterização de catalisadores de Co-Mo e Ni-Mo para hidrodessulfurização suportados em sílica mesoporosa ordenada (SBA-15 e FDU-1). As amostras de SBA-15 and FDU-1 foram sintetizadas a partir de TEOS como fonte de sílica e copolímeros triblocos como agentes direcionadores de estrutura em meio ácido. Ni(NO3)2.6H2O, Co(NO3)2.6H2O, (NH4)6Mo7O24.4H2O foram utilizados como fontes de metais. A suspensão aquosa de sílica foi misturada com a solução do cátion metálico conforme a concentração desejada. Após evaporação da água o molde polimérico foi eliminado por calcinação sob atmosferas dinâmicas de N2/ar, produzindo os precursores na forma de óxidos. As técnicas de TG/DTG, DRX, MEV-EDS, ICP OES, isotermas de adsorção/dessorção de N2 e SAXRD foram empregadas para a caracterização destes materiais. A TG foi utilizada para verificar a composição dos sais de partida, para definir as melhores condições de calcinação e definir a estequiometria do produto final. Os resultados de DRX confirmaram as fases óxidos após a calcinação dos sais e dos catalisadores. Os resultados de SAXRD indicaram picos bem resolvidos e ótima estruturação para os catalisadores suportados em SBA-15. Entretanto, os catalisadores suportados em FDU-1 não apresentaram picos de difração bem definidos, mas apenas bandas de correlação que indicaram a formação de domínios de poros desordenados e domínios pouco ordenados. As isotermas de adsorção de N2 foram concordantes com a literatura para as amostras de SBA-15 puras e modificadas. Porém, as amostras de FDU-1 pura e modificadas apresentaram deformidades nos ramos das isotermas de dessorção. Os teores metálicos foram determinados por espectrometria de emissão atômica com fonte de plasma. Os valores de áreas superficiais foram superiores a 450 m2/g para os catalisadores suportados em SBA-15 e superiores a 290 m2/g para os catalisadores suportados em FDU-1, sugerindo que esses materiais são promissores para prosseguir com os estudos e efetivamente testá-los para hidrodessulfurização. / This work aimed at the synthesis and characterization of Co-Mo and Ni-Mo catalysts supported on ordered mesoporous silica (SBA-15 and FDU-1) for hydrodesulfurization. SBA-15 and FDU-1 samples were synthesized from TEOS as silica source and triblock copolymers as structure templating agents in acidic medium. Ni(NO3)2.6H2O, Co(NO3)2.6H2O, (NH4)6Mo7O24.4H2O were used as metal sources. The aqueous suspension of silica was mixed with the metallic cation solution according to desired concentration. After evaporation of water the polymeric template was removed by calcination under dynamic atmospheres of N2/air producing precursors in the oxide form. The TG/DTG, XRD, SEM-EDS, ICP OES, isotherm adsorption/desorption of N2 and SAXRD techniques were employed to characterize these materials. The TG was used to verify the composition of the starting salts, to define the best conditions of calcination and define the final product stoichiometry. The XRD results confirmed the oxide phase after calcination of salts and catalysts. The SAXRD results indicated well resolved peaks and great structure for catalysts supported on SBA-15. However, the catalysts supported on FDU-1 showed no well-defined diffraction peaks but only correlation bands which indicated the formation of areas of somewhat ordered pores and disordered domains. The nitrogen adsorption isotherms were according to literature for SBA-15 pure and modified samples but FDU-1 pure and modified samples presented deformed branches of desorption isotherms. The metallic contents were determined by emission spectrometry atomic plasma source. The values for surface areas were greater than 450m2/g for the catalysts supported on SBA-15 and larger than 290 m2/g for the catalysts supported on FDU-1, suggesting that these materials are promising for further studies and test them in the hydrodesulfurization reactions.

Nos últimos 30 anos, a incidência da dermatite atópica aumentou de 4 para 12% em toda população mundial, acarretando um aumento significativo nos custos envolvidos no seu tratamento, tanto para as famílias, quanto para os sistemas de saúde. Para a dermatite atópica que ocorre de maneira suave à moderada, os corticosteróides de uso tópico são usualmente utilizados. Dentre eles, o prednicarbato se destaca por ser um potente agente antiinflamatório e por ter um baixo potencial em causar atrofia de pele. Neste trabalho, inúmeras técnicas de análise e de caracterização, em especial as técnicas de DSC e TG, foram utilizadas para auxiliar no desenvolvimento racional de uma formulação farmacêutica semi-sólida de uso tópico contendo o prednicarbato como ingrediente ativo. Diversas aplicações da análise térmica voltada à tecnologia farmacêutica foram apresentadas. A estrutura química do produto sólido intermediário originado na primeira etapa do processo de decomposição térmica do prednicarbato foi determinada a partir da associação dos resultados termoanalíticos àqueles obtidos pelas técnicas de RMN, CLAE-EM/EM e espectroscopia de absorção na região do infravermelho. Avaliando-se os resultados, foi possível correlacionar à etapa de decomposição térmica do fármaco com a eliminação do grupo químico carbonato ligado ao seu C17. As curvas TG/DTG das misturas físicas 1:1 entre o prednicarbato e os excipientes álcool estearílico e estearato de glicerila mostraram uma redução da temperatura em que o processo de decomposição térmica do fármaco se inicia (Tonset TG), enquanto que para a mistura prednicarbato/pirrolidona carboxilato sódio, a presença do excipiente pouco interferiu no início do processo ( ΔTMáx dm / dt=0 DTG = 3 ºC), mas originou um aumento da taxa de decomposição (ΔTpico DTG = 35 ºC). A alteração da estabilidade térmica do prednicarbato evidenciada no estudo de compatibilidade com o excipiente estearato de glicerila foi também observada na avaliação da Ea desta reação de decomposição. A redução do valor da Ea da reação de decomposição do fármaco na mistura binária em relação à amostra do fármaco isolado confirmou a alteração. Os resultados obtidos no estudo cinético a partir do método não-isotérmico (OZAWA, 1965) e isotérmico (equação de Arrhenius) apresentaram semelhante redução percentual do valor de Ea, aproximadamente igual a 45%. A análise térmica também foi utilizada na avaliação da amostra proveniente do processo de encapsulação do prednicarbato em sílica mesoporosa altamente ordenada do tipo SBA-15. Com a redução da taxa de decomposição térmica do fármaco encapsulado (Δm600-850ºC TG = 20%) foi possível atribuir à encapsulação, uma função protetora. Os resultados obtidos pela técnica de adsorção de N2 confirmaram a presença do prednicarbato no interior dos poros da sílica. Assim como a função protetora fornecida pela sílica ao prednicarbato, a avaliação comparativa entre os perfis de liberação do fármaco livre e encapsulado permitiu atribuir à encapsulação o diferente perfil de liberação observado. Deste modo, a partir dos resultados obtidos no decorrer deste trabalho, foi possível observar que a análise térmica atuou como parte integrante de diversas etapas do extenso processo que envolve o desenvolvimento de um medicamento. / In the last 30 years the incidence of atopic dermatitis increased from 4 to 12% around the world, resulting in a significant increase in costs involved to its treatment, both for families and for health systems. For atopic dermatitis that occurs on a weak to moderate way, the topical corticosteroids are frequently used. Among them, the prednicarbate has special attention due to its potent anti-inflammatory activity and due to its low potential in causing skin atrophy. In this work, several analytical and characterization techniques, especially the DSC and TG, were used to assist in the rational development of a semi-solid pharmaceutical formulation for topical use containing prednicarbate as active ingredient. A lot of applications of thermal analysis focused on pharmaceutical technology were presented. The elucidation of chemical structure of the solid product formed at the first thermal decomposition step of the prednicarbate was performed using the thermoanalytical results and results obtained by NMR, HPLC-MS/MS and infrared spectroscopy. Assessing the results, it was possible to correlate the thermal decomposition step of prednicarbate with to elimination of carbonate group bonding to its C17, and subsequent formation of double-bond between C17 and C16. The TG/DTG curves of the binaries mixtures between the drug and stearyl alcohol and glyceryl stearate showed a significant change in the first thermal decomposition step of prednicarbate. For the 1:1 physical mixture between prednicarbate and sodium pirrolidone carboxylate, the TG/DTG curves showed an increase in the thermal decomposition rate of the drug (ΔTpico DTG = 35 ºC), but the presence of pirrolidone almost did not interfere at the beginning of this first thermal decomposition stage (ΔTMáx dm / dt=0 DTG = 3 ºC). The change of thermal stability of prednicarbate observed in the compatibility study with glyceryl stearate excipient was also observed during the evaluation of Ea value of this decomposition reaction. The reduction of Ea value to this reaction in binary mixture, when compared with Ea obtained by the sample of the prednicarbate alone, confirmed this modification. The results obtained in kinetic study using the isothermal method (Arrhenius equation) and non-isothermal method (OZAWA, 1965) showed a similar reduction of Ea value, approximately equal to 45%. Thermal analysis was also used in the assessment of sample from loading process of prednicarbate in mesoporous silica type SBA-15. The reduction observed in the rate of thermal decomposition reaction to the drug-loaded (Δm600-850ºC TG = 20%) allowed attributing the protective function to the loading. The results obtained by N2 absorption technique confirmed the presence of drug absorption into SBA-15 pores. The comparative evaluation of drug release profiles between prednicarbate free and loaded allows assigning to loading the different release profile observed. Therefore, the results obtained in this work showed thermal analysis as an important tool in several stages of the extensive process that involves the development of a pharmaceutical formulation.

Orientador: Claudio Airoldi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-23T02:01:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MeloJunior_MauricioAlvesde_D.pdf: 8850225 bytes, checksum: 8531789c5f9acab757429aa59582c7d6 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Foram sintetizadas sílicas mesoporosas híbridas a partir da funcionalização da SBA-15 e filossilicatos de cobalto e níquel com macrociclos orgânicos contendo sítios básicos para a sorção dos íons metálicos tóxicos Pb, Cd e Cu. A SBA-15 e o filossilicatos de magnésio também foram modificados com cadeias orgânicas contendo diferentes quantidades de átomos de enxofre para serem aplicados na sorção de íons complexos de ouro e de metais do grupo da platina com o intuito de otimizar as condições adotadas para a extração destes metais preciosos de seus minérios. Os materiais contendo macrociclos orgânicos foram formados a partir de sucessivas reações nas superfícies com diferentes moléculas orgânicas para conter os centros básicos nitrogênio, oxigênio e enxofre. As técnicas de caracterização confirmaram as formações das estruturas mesoporosas e lamelares, mostrando a presença de cadeias orgânicas pendentes contendo os grupos funcionais de interesse. Os híbridos funcionalizados com macrociclos apresentaram-se efetivos nas sorções dos metais tóxicos, com alta capacidade para o íon Pb quando estão funcionalizados com macrociclos contendo enxofre. Enquanto que, no geral, as capacidades de sorção de todos os materiais tornaram-se maiores com o aumento das quantidades de centros básicos. Estas capacidades de sorção ainda sofrem um aumento após a formação dos macrociclos. As sorções dos complexos de metais preciosos foram efetivas em todos os casos, com destaque para tetracloroaurato e tetracloropaladato, que apresentaram altos valores de sorção. Ótimos valores também foram obtidos na sorção do complexo aurotiossulfato com o filossilicato de magnésio funcionalizado com grupos tiol. As titulações calorimétricas dos metais tóxicos com as matrizes contendo macrociclos orgânicos indicaram processos favoráveis de interação dos sítios básicos com os cátions em solução aquosa, devido a valores negativos de energia de Gibbs, em um processo espontâneo, e valores positivos de entropia. Os valores de entalpia mostram que todas as interações metais/centros básicos na interface sólido/líquido são exotérmicas / Abstract: This thesis reports the syntheses of hybrid mesoporous sílicas, through the functionalization of SBA-15, and cobalt and nickel phyllosilicates functionalized with organic macrocycles containing basic sites for the sorption of the toxic metallic ions Pb, Cd and Cu. SBA-15 and magnesium phyllosilicates were also modified with organic chains containing different amounts of sulfur atoms to be applied to the sorption of complex ions of gold and platinum group metals. This is done in the aim of optimizing the conditions adopted in the extraction of these precious metals from their ores. The materials with pendant organic macrocycles were formed through successive reactions on the surfaces with different organic molecules possessing nitrogen, oxygen and sulfur basic centers. The characterization techniques confirmed the formation of mesoporous and layered structures, showing the presence of pendant organic chains with the desired functional groups. The hybrids functionalized with macrocycles were effective in the sorption of toxic metals, with high sorption capacities for Pb when the solids are functionalized with macrocycles containing sulfur atoms. Whereas the sorption capacities of all materials were improved with the increase of basic centers amounts. These sorption capacities were even improved after the macrocycles formation. The sorption of precious metals complexes were effective in all cases, especially for tetrachloroaurate and tetrachloropalladate, which presented high sorption values. Exceptional values were also acquired in the sorption of aurothiosulfate complex by the magnesium phyllosilicate functionalized with thiol groups. The calorimetric titrations of toxic metals with the matrices containing organic macrocycles indicated favorable processes for the interaction between the basic centers and the cations in aqueous solution, due to negative values of Gibbs energy, in a spontaneous process. The results also indicated positive values of entropy. The values of enthalpy showed that all the metal/basic centers interactions at the solid/liquid interface are exothermic / Doutorado / Quimica Inorganica / Doutor em Ciências

Malgré ses avantages économiques et environnementaux, le procédé de reformage à sec du méthane sur des catalyseurs au nickel supporté se heurte encore à des problèmes de frittage de la phase active (un métal de transition) et de dépôt de carbone, ce qui entraîne une diminution de l'activité catalytique. Cette thèse porte sur l'étude de l'effet de confinement du nickel dans des catalyseurs à base de silice mésoporeuse pour la production de gaz de synthèse par reformage du méthane par le CO2. Dans cette étude, les échantillons ont été caractérisés par physisorption de N2, DRX, MET/MEB, RTP, et, en plus, par Raman, SPX, HTP/SM, ATG/SM pour les catalyseurs après test catalytique. Les résultats montrent qu'un support mésoporeux bien structuré ayant une grande surface spécifique et un grand volume poreux est important pour une meilleure dispersion et stabilisation de la phase active à l'intérieur de la porosité. La silice mésoporeuse de SBA-15 (préparée en grande quantité), composée de grains allongés, semble être appropriée pour atteindre cet objectif. Il est de plus démontré que la formation de petites particules bien confinées à l'intérieur des pores favorise la résistance au dépôt de carbone. Ceci peut être obtenu en imposant un traitement hydrothermal au support, en utilisant la méthode deux solvants pour le dépôt de Ni, en passant à une réduction directe des échantillons non calcinés, en ajoutant du Rh en faibles quantités ou en utilisant du Ce comme promoteur, à condition que le Ni et Ce soient en interaction. / Although economically and environmentally advantageous, the methane dry reforming process using supported nickel based catalysts still faces problems of active phase (a transition metal) sintering and of carbon deposition, which result in catalytic activity loss. This thesis is focused on the study of the confinement effect of nickel in mesoporous silica-based catalysts for syngas production by reforming of methane with CO2. In this study, the samples were characterized by N2 sorption, XRD, TEM/SEM, TPR, in addition to Raman, XPS, TPH/MS, TGA/MS for the spent catalysts. The results indicate that a well-structured mesoporous support with high surface area and large pore volume is important for better dispersion and stabilization of the active phase inside the porosity. The mesoporous SBA-15 silica support (prepared in large quantity), composed of elongated grains, appear to be suitable for the purpose. Moreover, it is demonstrated that the formation of small nickel particles well-confined inside the pores favors carbon resistance. This can be achieved by applying hydrothermal treatment to the support, using two solvents method for Ni deposition, using direct reduction of uncalcined samples, adding Rh in small quantities or promoting with Ce, provided that Ni and Ce are in interaction.