Orientador: Douglas Roberto Monteiro / Coorientador: Alberto Carlos Botazzo Delbem / Coorientadora: Débora de Barros Barbosa / Banca: Juliano Pelim Pessan / Banca: Francisco Nunes de Souza Neto / Resumo: Objetivo: Este estudo sintetizou um novo nanosistema carreador de clorexidina (CLX) baseado em nanopartículas magnéticas de óxido de ferro (NMOFs) e quitosana (QS), e avaliou seu efeito antimicrobiano sobre biofilmes de Candida albicans e Streptococcus mutans: Metodologia: O nanosistema NMOFs-QS-CLX foi preparado pela interação de CLX sobre NMOFs revestidas com QS, e caracterizado por difração de raios X, espectroscopia de absorção na região do infravermelho médio com transformada de Fourier, microscopia eletrônica de transmissão e dispersão dinâmica de luz. A concentração inibitória mínima (CIM) do nanosistema NMOFs-QS-CLX capaz de inibir as cepas no estado planctônico foi determinada de acordo com o método de microdiluição em caldo. Na sequência, biofilmes simples e mistos de C. albicans e S. mutans foram formados durante 24 horas em poços de placas de 96 poços na presença do nanosistema contendo CLX a 39 (NMOFs-QS-CLX39) ou 78 μg/mL (NMOFs-QS-CLX78). Ainda, biofilmes pré-formados (24 horas) foram tratados durante 24 horas com o nanosistema nas mesmas concentrações. O efeito antibiofilme foi avaliado através da contagem do número de células cultiváveis, quantificação da biomassa total e avaliação da atividade metabólica. Controles apropriados foram incluídos em todas as análises. Os dados foram analisados pelo teste de Kruskal-Wallis e por ANOVA a um critério, seguidos dos testes Student-Newman-Keuls e Holm-Sidak, respectivamente (α = 0,05). Resultados: Os resultados de car... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Aim: This study synthesized a new chlorhexidine(CHX)-carrier nanosystem based on iron oxide magnetic nanoparticles (IONPs) and chitosan (CS), as well as evaluated its antimicrobial effect on biofilms of Candida albicans and Streptococcus mutans. Method: The IONPs-CS-CHX nanosystem was prepared by CHX interaction to CS-coated IONPs and characterized by X-ray powder diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, transmission electron microscopy and dynamic light scattering. Minimum inhibitory concentration (MIC) of the IONPs-CS-CHX nanosystem was determined according to the broth microdilution assay. After, mono- and dual-species biofilms of C. albicans and S. mutans were formed for 24 hours into wells of 96-well plates in the presence of the nanosystem containing CHX at 39 (IONPs-CS-CHX39) or 78 μg/mL (IONPs-CS-CHX78). Moreover, pre-formed biofilms (24 h) were treated for 24 h with the nanosystem at the same concentrations. The antibiofilm effect was determined by quantification of cultivable cells, total biomass and metabolic activity. Appropriate controls were included in all analyzes. Data were analyzed by Kruskal-Wallis' test and one-way ANOVA, followed by Student-Newman-Keuls and Holm-Sidak tests (α = 0.05). Results: Characterization results confirmed the nanosystem formation without altering the crystalline properties of the IONPs. In addition, the characteristic absorption bands of each compound were identified in the infrared spectrum, and the mean diameter of t... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T02:59:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 287043.pdf: 2270352 bytes, checksum: 710d4e55b392371618f12b8d4306e9b6 (MD5) / Filmes finos de magnetita (Fe3O4) foram eletrodepositados pelos métodos potenciostático, galvanostático e pulsado sobre substratos de cobre e de ouro, utilizando uma célula eletroquímica convencional de três eletrodos. Dois eletrólitos de deposição foram preparados a partir de uma solução alcalina de Fe2(SO4)3, com concentrações diferentes, complexada com trietanolamina (TEA). As principais diferenças entre os depósitos crescidos a partir destas soluções são a aderência do filme fino ao substrato, a compactação do depósito e a intensidade do efeito magnetorresistivo. O primeiro eletrólito usado, com menor concentração de TEA, favoreceu o crescimento de filmes finos em forma de pó e apresentou pouca aderência ao substrato. Na tentativa de melhorar as características do depósito, um novo eletrólito com uma concentração 2,5 vezes maior de TEA foi preparado, o qual possibilitou a fabricação de filmes finos mais compactos e aderentes. Para ambos os eletrólitos, foram testados diferentes valores para os parâmetros de eletrodeposição dos filmes, como potencial, corrente e temperatura. A morfologia superficial, a estrutura e composição dos filmes eletrodepositados foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (DRX) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS), respectivamente. As propriedades magnéticas e elétricas foram obtidas por magnetometria de amostra vibrante e medidas de I x V, respectivamente. Além disso, as variações da resistência elétrica em função do campo magnético aplicado (magnetorresistência) foram investigadas. A técnica de DRX confirmou a existência de picos em posições angulares características da magnetita e a análise química por EDS revelou composições percentuais atômicas de 33 a 48 % de ferro e de 52 a 67 % de oxigênio. A maioria das análises apresentou valores muito próximos aos valores esperados para o composto Fe3O4, no entanto os depósitos não são homogêneos e são formados com desvios da estequiometria. Diferentes morfologias dos filmes, tais como granular, do tipo fibra e piramidal, foram observadas com a variação das condições experimentais. Os eletrólitos 1 e 2 foram capazes de formar amostras que apresentaram o efeito magnetorresistivo (MR), porém os maiores resultados de MR foram conseguidos com o eletrólito com menos TEA, alcançando valores de até -9,5 % em campos de 6 KOe. As curvas de histerese obtidas de medidas J vs. H de amostras produzidas pelos eletrólitos 1 e 2 usando o método galvanostático, são estreitas indicando baixo valor de Hc. Além disso, as curvas apresentam maior valor de Js e Jr para medidas feitas com campo magnético paralelo ao plano das amostras. A forma da curva das medidas IxV obtida das amostras de magnetita eletrodepositadas pelos métodos e eletrólitos em questão, indica resistência elétrica não-ôhmica.

Submitted by Edileide Reis (leyde-landy@hotmail.com) on 2013-04-22T14:27:39Z No. of bitstreams: 1 Ana Paula Monteiro.pdf: 956595 bytes, checksum: 5e950a1fe60917822320be861db1043f (MD5) / Made available in DSpace on 2013-04-22T14:27:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ana Paula Monteiro.pdf: 956595 bytes, checksum: 5e950a1fe60917822320be861db1043f (MD5) Previous issue date: 2005 / O estireno é uma das substâncias químicas básicas mais importantes para produção de valiosos artigos como poliestireno, acrilonitrila-butadieno-estireno e estireno-butadieno-estireno. É produzido comercialmente pela desidrogenação do etilbenzeno com excesso de vapor d’água a temperaturas altas de 600-700ºC. Este processo é termodinamicamente limitado e consome energia. O uso de um oxidante, tal como oxigênio, permite superar as limitações termodinâmicas e por conseguinte operar a temperaturas mais baixas com reação exotérmica. Porém, há uma perda significantiva de seletividade a estireno, assim se buscou outro oxidante por muito tempo. O uso de gás carbônico surge como um potencial oxidante, além da conveniência do uso do gás causador do efeito estufa. Na busca de um catalisador alternativo para esta reação, neste trabalho estudou-se o efeito do método de preparação nas propriedades de óxido de ferro. As amostras foram preparadas incorporando óxido de ferro em lantânia, nióbia, titânia, magnésia e zircônia através de dois métodos: a impregnação de nitrato férrico e a deposição de nanoparticulas de óxido de ferro previamente preparadas. Os sólidos foram calcinados a 600ºC por 4 h e caracterizados por análise química, termogravimetria, análise térmica diferencial, difração de raios X, área de superfície específica e medidas de porosidade e redução a temperatura-programada. Os catalisadores foram avaliados na desidrogenação do etilbenzeno na presença de dióxido de carbono, usando um microreator que opera a 1 atm e a 600ºC e uma relação molar gás carbônico/etilbenzeno de 10. Depois dos testes, as amostras foram caracterizadas por difração de raios X e área de superfície específica. Observou-se que a concentração do óxido de ferro incorporado depende do tipo do suporte e do método de preparação. A hematita foi observada nos catalisadores novos. Durante a desidrogenação do etilbenzeno, os suportes não se alteraram, mas a hematita se transformou em magnetita. Os suportes e os catalisadores são sólidos macroporosos com pequena contribuição de mesoporos. A área específica mudou devido à adição de óxido de ferro e foi influenciada pelo método de preparação. A incorporação das nanoparticulas conduziu a um aumento da área superficial específica, indiferentemente do tipo do suporte, fato que foi atribuído ao tamanho pequeno das partículas. As áreas específicas não se alteraram durante a reação. Os sólidos mostraram diferentes resistência contra redução que se deve ao suporte e ao método de incorporação do óxido de ferro. A impregnação de nitrato férrico produziu sólidos menos redutíveis. Os suportes foram cataliticamente ativos na desidrogenação do etilbenzeno na presença de gás carbônico e também eram seletivos a estireno. A adição de compostos de ferro melhorou estas propriedades e a deposição de nanoparticulas melhoraram ainda mais. O óxido ferro suportado em magnésia, preparado pela deposição de nanoparticulas, foi o mais ativo (2,8 x 10-3 mol.g-1.h-1) e catalisador seletivo a estireno (96%) na desidrogenação do etilbenzeno na presença de gás carbônico. A atividade e a seletividade foram mais altos do que um catalisador comercial à base de óxido de ferro, cromo e potássio (a=1,2 x 10-3 mol. g-1. h-1 e S=90%) , sendo o catalisador promissor na reação. / Salvador

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Química, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T08:34:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 294388.pdf: 1688734 bytes, checksum: ae2db8c7732ef0aaba7286b268addeb9 (MD5) / Neste estudo foram preparadas nanopartículas magnéticas de óxido de ferro por vários métodos. Com estes óxidos de ferro foram obtidos dois ferrofluidos, onde o primeiro foi preparado por revestimento de nanopartículas magnéticas usando Tween 80 como surfactante e a solução de quitosana como dispersante. O segundo ferrofluido foi preparado com nanopartículas magnéticas revestidas com poli(?-hidroxibutirato), Tween 80 e solução de quitosana. O surfactante Tween 80 serviu para evitar a agregação das nanopartículas magnéticas, o PHB para revestir os óxidos de ferro e a quitosana para exercer duas funções importantes na prepararação de ferrofluidos: revestir os óxidos de ferro, a fim de evitar danos às células normais, e como um dispersante. Também foram preparados filmes com QTS/PVA (Poli(álcool vinílico))/PHB contendo nanopartículas magnéticas de óxido de ferro e Tween 80, estes foram desenvolvidos utilizando a técnica de "casting", monitorando a influência de diferentes massas de óxido de ferro nas propriedades dos filmes. Os materiais foram caracterizados através da espectroscopia no infravermelho (IV), difração de raios X (DRX), espectrometria de absorção atômica com atomização em chama (FAAS), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria de varredura diferencial (DSC), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e magnetômetro de amostra vibrante (VSM) para aplicação na hipertermia. A análise dos espectros de IV confirmou a presença de todos os grupos funcionais dos óxidos de ferro e suas modificações. Os resultados do DRX dos óxidos puros e dos ferrofluidos foram coincidentes, apresentando uma estrutura tipo espinélio. Foi observado através da FAAS que as porcentagens de ferro nas amostras dos ferrofluidos foram significativamente menores quando comparadas com a amostra do óxido puro. A análise de TGA revelou uma diferença estrutural entre os materiais. Medidas magnéticas revelaram que a magnetização de saturação das nanopartículas não revestidas foi maior do que as nanopartículas revestidas. As amostras foram colocadas dentro de um campo magnético alternado e observou-se que as temperaturas máximas obtidas pelos ferrofluidos com quitosana foram de 42,5 e 43,3°C. O estudo da toxicidade aguda das amostras de magnetita, maghemita e ferrofluidos com quitosana demonstrou que estes óxidos de ferro e ferrofluidos, administrado por via intraperitoneal, não foram capazes de induzir morte nos animais de experimentação com as doses utilizadas neste estudo. Estas análises confirmaram o revestimento dos óxidos puros pelo surfactante e polímeros. Os filmes apresentaram-se flexíveis, magnéticos e sem segregação de fases. Através de MEV foi observado morfologias semelhantes, compactas e com poucas irregularidades. O teste de intumescimento mostrou que os filmes com maior concentração de óxido de ferro absorvem menos água e o teste de degradação mostrou que filmes com maior quantidade de óxido de ferro conferem maior estabilidade à degradação.

O caulim do Rio Capim na Amazônia Oriental se constitui num depósito importante para o Brasil, ocupando lugar de destaque na produção mundial desta matéria prima mineral. Os modelos estabelecem uma origem para a caulinita vinculada ao intemperismo em condições lateríticas (Paleogeno Inferior) a partir de um substrato formado por rochas sedimentares da Formação Ipixuna (Cretáceo Superior). No perfil, destacam-se em ordem de importância entre os compostos de ferro, a hematita e a goethita, minerais pouco estudados no caulim do Rio Capim. A partir dos fácies principais do caulim (fácies caulim macio na base e caulim duro no topo), foram separados e concentrados os minerais de interesse para estudos de detalhe, utilizando a difratometria de raios X (DRX) e a espectrometria de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Entre os parâmetros determinados, obtiveram-se estimativas da dimensão, forma, área superficial e substituição isomórfica. A interpretação dos resultados evidencia o potencial de aplicação das informações na estimativa do comportamento destes minerais durante o processo de beneficiamento e para a discussão do modelo genético dos perfis de caulim. As goethitas e hematitas de ambos os fácies possuem propriedades muito semelhantes, reforçando o modelo que especula sobre uma origem comum para a fácies caulim macio e caulim duro do perfil. Entre as propriedades, destacam-se a elevada cristalinidade e a baixa participação do alumínio em sua composição, proporcionando a estes minerais um comportamento com resistência moderada a elevada nos processos de lixiviação ácida e a tendência de dissolução preferencial da hematita. O conjunto de características dos óxidos e oxihidróxidos de ferro são compatíveis com uma formação em ambientes hidromórficos, com baixa influência da matéria orgânica a partir de soluções com baixa atividade do ferro, moderadamente redutoras a fracamente ácidas. Dentro do modelo genético da formação do caulim, sua origem não está associada à zona de laterização do perfil, sendo compatível com um ambiente saprolítico e hidromórfico. As propriedades observadas permitem afirmar que os processos naturais que favoreceram a formação da caulinita na base do manto de alteração foram suficientemente longos e intensos para promover a retirada do ferro destas fácies num processo não dissociado no tempo. No modelo, o caulim é uma fácies da base do perfil formado abaixo do nível freático de um espesso perfil laterítico em condições moderadamente redutoras e ácidas com elevada atividade do Si e do Al, porém, com carência de Al disponível para a formação da hematita e da goethita. Neste ambiente, haveria uma lenta mobilização do Fe dentro do perfil sem a necessidade do estabelecimento de um evento excepcional com uma elevada atividade da matéria orgânica, como previsto em alguns modelos. / The Rio Capim Kaolin from the eastern Amazon is recognized as one of the largest deposits of Brazil with a quality and volume that place this area amongst the most important deposits in the world. Despite the importance and the significant amount of studies about kaolin, many questions remain unanswered and the genesis of this occurrence is not well understood. Perhaps, the consensus today is the acceptance of the Rio Capim kaolin origin to be related to a lateritic weathering process during the Early Paleogene, period with favorable geotectonic, duration and climatic conditions to originate a thick cover with the development of a complete weathering profile above a substrate composed by sedimentary rocks of the Ipixuna Formation (Cretaceous). The models consider kaolin to be a bottom facies of a thick lateritic profile, but nowadays the upper lateritic facies was destroyed (probably by erosion periods along the middle to upper Paleogene). The kaolin profile has two facies: the bottom one, which is called soft kaolin, and the upper, differentiated one forming the flint kaolin. Most controversial points are related to the way that the flint kaolin was formed and the mechanism in which the iron was mobilized from the kaolin profile as a whole. This study aims to get some insight about the Rio Capim kaolin development using some properties measured from the iron oxides and oxyhydroxides. The iron and titanium minerals from the kaolin represent the most important contaminants, and a large effort is made by the industry to eliminate their influence but, despite this negative reputation, those minerals also represent a source of valuable information about the environmental conditions of the profile. Among them, hematite is the most widespread in the entire kaolin profile, followed by goethite, whose importance increases in the direction of the flint kaolin facies. Representative samples of kaolin facies were selected from the kaolin profile and submitted to an approach that allowed concentrating the iron minerals and eliminating the influence of kaolinite. Using X-ray diffraction (XRD) and Fourier Transform Infrared (FTIR), a set of properties of the hematite and goethite were determined, including median crystal dimensions, shapes, specific surface area and mineral composition by estimating the isomorphous replacement of iron (Fe) by aluminum (Al). The results show that hematites and goethites do not have enough differences in their properties to support a genesis model with radical changes in their conditions . In terms of behavior to acid leaching, the observed variations were important to predict differences in the rate of mineral dissolution and possibilities of preferential dissolution of hematite in relation to goethite, promoting the increase of the yellow component with the leaching. Both hematite and goethite have high crystallinity and the isomorphous replacement of Fe by Al is low. Comparing the properties observed in synthetic and natural environments, the hematite and goethite from the Rio Capim kaolin profile have characteristics that relate these minerals to a formation environment in hydromorphic conditions where the influence of organic matter was low, with low iron activity, weakly reduced and acidic conditions. These conditions are found in a saprolitic domain in accordance with the bottom facies of a thick laterite profile. Despite agreeing with a laterite model, differences make it difficult to explain iron depletion by organic matter only (Pirabas Event) and the origin of flint kaolin facies by a subsequent and superimposed laterite period. With the hematite and goethite properties found in this study, it is possible to propose that the Rio Capim kaolin is the bottom facies of a laterite profile formed in the zone permanently below the water table. Contrasting with the upper laterite portion of the profile, the bottom zone is in hydromorphic conditions and allowed the fixation of Al and Si to form kaolinite by primary feldspar and mica minerals of the Ipixuna Formation. This environment promotes the slow depletion of iron without the need of an exceptional accumulation of organic matter. The flint kaolin facies was formed in the same period of the soft kaolin facies and the observed differences in the kaolinite morphology are only related to changes caused by the location of this facies in the intermediate zone characterized by the water table fluctuation, but again without the need of subsequent superimposed lateritic processes.

Este trabalho investiga a obtenção de nanopartículas (NP) de óxido de ferro por coprecipitação, sua estabilização com surfactantes e caracterização quanto à morfologia e comportamento magnético. Atualmente, as NP estão sendo amplamente utilizadas para aplicações biomédicas, tais como contraste em imagens médicas e sistema de distribuição de drogas. Na síntese das NP foram investigados, parâmetros como a temperatura da reação, o pH da solução e a velocidade de agitação. O estudo da estabilidade comparou dois diferentes surfactantes: o ácido oleico (AO) e o polietileno glicol (PEG). As NP obtidas foram caracterizadas por difração de raios X (DRX), e quanto à sua morfologia por microscopia eletrônica por varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET), a qual também proporcionou uma distribuição de tamanho de partículas, com variação entre 5 nm e 10,23 nm. A interação entre o óxido de ferro e seus revestimentos foi caracterizada por espectrocopia no infravermelho (FTIR) e espectrocopia Raman. O comportamento magnético das NP foi caracterizado por magnetometria de gradiente de força alternada (AGFM) e espectroscopia Mössbauer. Os resultados revelaram que as NP de óxido de ferro são tipicamente constituídas por magnetita ( ) revestida com AO e PEG e com um tamanho médio de cristalito entre 4,6 e 19,2 nm, calculado através da equação de Scherrer. O AGFM mostrou que as propriedades magnéticas das partículas foram mais eficientes para as NP com revestimento, do que com as NP sem revestimento, e o valor de magnetização de saturação (M) para a revestida com PEG foi maior quando comparado com a revestida com AO. A espectroscopia Mössbauer foi utilizada para confirmação do óxido de ferro como , para estimar tamanho de partícula quando os espectros são medidos a baixa temperatura e para análise do comportamento superparamagnético das partículas. / This work investigates the obtained nanoparticles (NP) iron oxide by coprecipitation stabilization with surfactants and characterize the morphology and magnetic behavior. Currently, the NP are being widely used for biomedical applications such as contrast in medical imaging and drug delivery system. In the synthesis of NP were investigated parameters such as the reaction temperature, the pH and stirring speed. The stability study compared two different surfactants: oleic acid (OA) and polyethylene glycol (PEG). The NP were characterized by X-ray diffraction (XRD), and morphologically by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM), which also provided a distribution of particle size, ranging from 5 nm and 10.23 nm. The interaction between the iron oxide and their coatings was characterized by infrared spectroscopy (FTIR) and Raman spectroscopy. The magnetic behavior of NP was characterized by magnetometry alternating gradient force (AGFM) and Mössbauer spectroscopy. The results show that the NP iron oxide are typically comprised of magnetite ( ) coated with PEG and AO and a crystallite size between 4.6 and 19.2 nm calculated by the Scherrer equation. The AGFM showed that the magnetic properties of the particles were more efficient for the NP uncoated than to NP coated, and the value of saturation magnetization (M) to coated with PEG was higher when compared to coated AO. Mössbauer spectroscopy was used to confirm the iron oxide as , to estimate the size of particle where the spectra are measured at low temperature and to analyze the behavior of superparamagnetic particles.

Há poucos estudos sobre a influência da mineralogia no comportamento do solo em relação aos atributos de resistência física. Neste sentido, o estudo tem como hipótese que independentemente do potencial matricial de água no solo a composição mineralógica da fração argila interfere na pressão de préconsolidação, modificando a capacidade de suporte de carga dos solos. Assim, objetivou-se caracterizar a composição mineralógica de classes de solos representativas no Rio Grande do Sul; Determinar parâmetros físico-mecânicos dos solos; E estabelecer correlações entre parâmetros físico-mecânicos com mineralógicos melhorando o entendimento da capacidade de suporte de carga. Para tal, foram selecionados sete solos de duas classes de solos; três Argissolos e quatro Latossolos. As amostras deformadas e indeformadas foram coletadas sob vegetação natural na camada de 10 a 15 cm de profundidade. Na fração TFSA, foram realizadas análises físicas (granulometria e área superficial específica), químicas (carbono orgânico total, teor de óxidos de ferro pedogênicos e óxidos de baixa cristalinidade) e mineralógicas (difratometria de raio x e refletância difusa). Nas amostras indeformadas foram realizadas as análises de permeabilidade ao ar e o ensaio de compressão uniaxial. Os dados foram analisados por correlações de Pearson. Os solos avaliados possuem a caulinita como principal mineral da fração argila, no entanto diferenças com relação aos óxidos de ferro foram encontradas, os quais correlacionaram com a pressão de pré-consolidação. A hematita influenciou positivamente sobre a pressão de pré-consolidação à 100 kPa, assim, dependendo do potencial matricial de água no solo. / There are few studies on the influence of mineralogy on the ground behavior in relation to physical resilience attributes. The is study has hypothesized that regardless of the matric potential of soil water the mineralogical composition of the clay fraction interferes with the pre-consolidation pressure by modifying the soil bearing capacity. Therefore, this study aimed to characterize the mineralogical composition of representative soil classes in Rio Grande do Sul; determine physical-mechanical parameters of the soil; and establish correlations between physico-mechanical parameters mineralogical improving the understanding of the load-bearing capacity. To this end, it was selected seven soils of two soil classes; three Ultisols and four Oxisols. The disturbed and undisturbed samples were collected under natural vegetation in the layer from 10 to 15 cm deep. In TFSA fraction, physical analyzes were performed (particle size and specific surface area), chemical (total organic carbon content of pedogenic iron oxides and low crystallinity oxides) and mineralogical (x ray diffraction and diffuse reflectance). In undisturbed soil samples were carried out air permeability tests and uniaxial compression test. Data were analyzed by Pearson correlations. The evaluated soils have kaolinite as the main mineral of the clay fraction, however differences with respect to iron oxides were found, which correlated with the pressure of pre-consolidation. The hematite had a positive effect on the pre-consolidation pressure of 100 kPa, thus depending on the matric potential of soil water.

Orientador: Prof. Dr. Flavio Leandro de Souza / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2015. / Iron oxide is one of the most promising semiconductors for applications as photoanodes in photoelectrochemical cells. A simple and cheap route to prepare hematite photoelectrodes is the sol-gel method. Hematite thin films can be also prepared by using the polymerized complex (PC) method that is a sol-gel method derived technique. This methodology involves the formation of complexes of metal ions that then undergo polymerization. In addition, the PC method allows an optimal control of stoichiometry and of the incorporation of impurities during the process. In this work, pure and doped hematite thin films were prepared by using the PC method at two different heat treatments (500°C and 800°C). The á-Fe2O3 thin films were modified with two differently charged dopants (Zn2+ and Sn4+), and their photoelectrochemical properties were studied in comparison with the pure hematite films. Hematite electrodes prepared at 800°C exhibited the best photocatalytic response in comparison with 500°C-treated hematite films. This effect was attributed to the higher roughness and surface area of films synthesized at higher temperatures. Furthermore, the modification of á-Fe2O3 with Zn2+ and Sn4+ ions resulted in a better photoresponse and stability as showed by the linear sweep voltammetry and chronoamperometry results. Dopants influenced differently on the photocurrent onset potential and the potential for the electrocatalytic oxygen evolution. In addition, results suggested that impurities were incorporated more efficiently into the hematite films prepared at 800°C. Nevertheless, the photocatalytic properties of the undoped and modified hematite films was poor, and two plausible hypothesis are proposed to explain the poor performance of hematite electrodes. First, most of dopants may have segregated, and, according to the previous reports in the literature, they may have acted as recombination sites that reduced the efficiency of the charge separation (photogenerated electron-hole pair). Second, poor contact between the hematite and F-SnO2 layer (from substrate) may have formed that severely hindered the harvesting of the photogenerated charges. The overall consequence of these two effects is the reduction in the activity of hematite films under illumination conditions. / O oxido de ferro e um dos semicondutores mais promissores para aplicacoes como fotoanodos em celulas fotoeletroquimicas. Uma rota simples e barata para preparar fotoeletrodos de hematita e o metodo sol-gel. Filmes finos de hematita podem tambem ser preparados utilizando o metodo do complexo polimerizado (CP) que e um metodo derivado da tecnica sol-gel. Esta metodologia envolve a formacao de complexos de ions metalicos que em seguida se polimerizam. Alem disso, o metodo do CP permite um controle optimo da estequiometria e da incorporacao de impurezas durante o processo. Neste trabalho, filmes finos de hematita pura e dopada foram preparados utilizando o metodo do CP em dois tratamentos termicos diferentes (500¿C e 800¿C). Os filmes finos de ¿¿-Fe2O3 foram modificados com dois dopantes de cargas diferentes (Zn2+ e Sn4+) e as suas propriedades fotoeletroquimicas foram estudadas em comparacao com os filmes de hematita pura. Os eletrodos de hematita preparados a 800¿C apresentaram a melhor resposta fotocatalitica em comparacao com os filmes de hematita preparados a 500¿C. Este efeito foi atribuido a maior rugosidade e area superficial dos filmes sintetizados a temperaturas mais elevadas. Alem disso, a modificacao de ¿¿-Fe2O3 com os ions Zn2+ e Sn4+ resultou em uma melhor fotoresposta e estabilidade como demonstrado pelos resultados da voltametria linear e cronoamperometria. Os dopantes influenciaram de forma diferente no potencial do comeco da fotocorrente e no potencial da evolucao de oxigenio eletrocatalitica. Alem disso, os resultados sugeriram que as impurezas foram incorporadas de forma mais eficiente nos filmes de hematita preparados a 800¿C. Porem, as propriedades fotocataliticas dos filmes de hematita nao dopada e modificada nao foram significativas, e duas hipoteses plausiveis sao propostas para explicar o baixo desempenho dos eletrodos de hematita. Em primeiro lugar, a maioria dos dopantes podem ter segregado, e, de acordo com o reportado na literatura, eles podem estar atuando como sitios de recombinacao que reduziram a eficiencia da separacao das cargas (par eletron-buraco fotogerado). Em segundo lugar, mau contato entre a camada de hematita e F-SnO2 (do substrato) pode ter sido formado que impediu severamente a colheita das cargas fotogeradas. A consequencia global destes dois efeitos e a reducao da atividade fotocatalitica dos filmes de hematita.

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Com o intuito de aumentar a eficiência do fotocatalisador, estudos científicos têm reportado a heterojunção deste óxido com estruturas do tipo hematita do óxido de ferro, α-Fe2O3. Neste estudo, foi investigada a síntese de nanoestruturas de TiO2 puro, α-Fe2O3 pura e heteroestruturas de TiO2/α-Fe2O3 em diferentes proporções dos óxidos a fim de testá-los como fotocatalisadores na degradação de um corante com elevada toxicidade, a Rodamina B. Os materiais foram sintetizados por rotas híbridas, utilizando o Metódo do Peróxido Oxidante com posterior tratamento hidrotérmico, totalizando a produção de 8 amostras. Foram empregadas três rotas de síntese: a rota (a) foi responsável pela síntese de TiO2 puro variando-se o pH do meio reacional na etapa de tratamento hidrotérmico, a rota (b) foi utilizada para a preparação de α-Fe2O3 pura e a rota (c) foi empregada na produção das heteroestruturas de TiO2/α-Fe2O3 nas concentrações de 0,1, 0,5, 1,0 e 5,0% p/p de hematita. As amostras foram caracterizadas quanto a sua estrutura, microestrutura e propriedades superficiais com o auxílio das técnicas de DRX, FT-Raman, método de BET, MEV/FEG, MET, TG e FT-IR. A análise dos resultados de caracterização estrutural mostrou que a rota (a) é eficiente para a síntese de TiO2 anatase quando realizada em meio básico, produzindo uma mistura de fases anatase/rutilo quando procedida em meio ácido. Sendo assim, na rota (c) foi utilizado o meio sintético básico para a síntese de TiO2 anatase e hematita. Em resumo, foi produzida pela rota (a) em meio básico a amostra HTTI1, que degradou a molécula de RhB em 95,0% e os materiais HTTI2 e HTTI3, produzidos em meio ácido, os quais degradaram a solução do corante em 70,9 e 24,4%, respectivamente, em 90 minutos de ensaio fotocatalítico, o que evidencia a importância em se obter nanomateriais com estrutura anatase do TiO2. Com o estudo da atividade fotocatalítica dos materiais produzidos, notou-se que alguns dos semicondutores apresentavam elevada taxa de adsorção no decorrer do processo. Devido a isso, a cinética de adsorção de RhB pelos materiais produzidos foi também estudada no período de 14 horas, cujos resultados mostraram que o óxido de ferro com estrutura hematita é um excelente adsorvente para o corante. Os resultados dos ensaios fotocatalíticos e de adsorção de RhB evidenciaram, principalmente, a elevada eficiência do TiO2 anatase como fotocatalisador e, em contrapartida, a elevada capacidade da hematita em adsorver as moléculas do corante. As heteroestruturas produzidas apresentaram o efeito de reduzir a eficiência na fotodegradação da RhB em relação a amostra HTTI1 com o aumento da concentração do óxido de ferro, porém as mesmas heterojunções se mostraram favoráveis para as propriedades adsortivas dos compostos quanto maior a concentração de α-Fe2O3. / The heterogeneous photocatalysis using titanium dioxide with anatase type structure, has proved to be a promising alternative for the remediation of contaminated aquatic systems. In order to increase the efficiency of this photocatalyst, scientific studies have reported the heterojunction of this oxide with hematite structures of iron oxide, α-Fe2O3. In this study, it was investigated the synthesis of pure TiO2 nanostructures, pure α-Fe2O3 and TiO2/α-Fe2O3 heterostructures in different proportions in order to test them as photocatalysts in the degradation of a dye having high toxicity, the Rhodamine B. The materials were synthesized by hybrid routes, using the Oxidant Peroxo Method with subsequent hydrothermal treatment, producing a total of 8 samples. Three synthesis routes were employed: the route (a) was responsible for the pure TiO2 synthesis by varying the pH of the reaction medium in the hydrothermal treatment step, route (b) was used for the preparation of pure α-Fe2O3 and route (c) was employed in the production of TiO2/α-Fe2O3 heterostructures in concentrations of 0.1, 0.5, 1.0 and 5.0% w/w of hematite. The samples were characterized as their structure, microstructure and surface properties with XRD, FT-Raman, BET method, SEM/FEG, TEM, TG and FT-IR techniques. The results of the structural characterization showed that route (a) is effective for the synthesis of anatase TiO2 when carried out in basic medium, producing a mixture of phases anatase/rutile when performed in an acid medium. Thus, in route (c) it was used the basic synthetic medium for the synthesis of anatase TiO2 and hematite. In summary, it was produced by route (a) in a basic medium the HTTI1 sample, that degraded RhB molecule in 95.0%, HTTI2 and HTTI3 materials, produced in acid medium, which degraded dye solution in 70.9 and 24.4%, respectively, in 90 minutes of the photocatalytic test, which highlights the importance of obtaining nanomaterials with anatase TiO2 structure. With the study of the photocatalytic activity of the materials, it was noted that some of the semiconductor had high adsorption rate during the process. Because of this, the RhB adsorption kinetics by the materials produced was also studied within 14 hours. The results showed that the iron oxide with hematite structure is an excellent adsorbent for the dye. Especially, the results of the photocatalytic tests and RhB adsorption showed high efficiency of anatase TiO2 as a photocatalyst and, conversely, high capacity of hematite to adsorb dye molecules. The heterostructures produced had the effect of reducing the efficiency in photodegradation of RhB comparing with HTTI1 sample with increasing concentration of iron oxide, however the same heterojunctions demonstrated favorable for adsorptive properties of the compounds the greater the concentration of α-Fe2O3.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4758.pdf: 2549168 bytes, checksum: 881b430f40805052a382b8f5f4a04e19 (MD5) Previous issue date: 2012-08-30 / Universidade Federal de Sao Carlos / Due to the development of society, industrial processes and transportation (cars, buses, trucks, etc.) that emit pollutants are used, which affect the environment and consequently human health, flora and fauna. Among these contaminants, air pollution is the most complex, since it is becoming increasingly difficult to control, despite the efforts of more restrictive laws and the growing number of agencies for its regulation. Among the most worrisome issues stand out nitrogen oxides (NOx) generated throughout the combustion process of hydrocarbons. In the abatement of NOx, various catalytic processes are applied today. However, there is a need for them to be improved and upgraded, as to increase the activity and selectivity of the catalysts used for the conversion of NOx to N2. Thus, the air quality is preserved and the impacts of these contaminants in the environment are minimized. In this context, and considering the recent results in the literature and the Group of Catalysis UFSCar, this study aimed the preparation of catalysts based on cations Fen+ exchanged in zeolite ferrierite (|Nax| [SiyAlwOz]) or based on iron oxide supported and evaluated in the same reduction of NO to N2 by using CO as reducing agent. For purposes of comparison, catalysts were prepared based on commercial zeolites USY-type and mordenite under the same conditions of impregnation. Were also verified the effect of activity in the presence of O2, H2O(v) or SO2. The research included: i) preparation of ferrierite zeolite by ion exchange and impregnation of Mordenite and USY zeolite, ii) characterization via energy dispersive spectrometry of X-rays, atomic absorption spectroscopy, X-ray diffraction, scanning electron microscopy , diffuse reflectance spectroscopy in the ultraviolet visible reduction with H2 temperature-programmed and Mössbauer spectroscopy, iii) evaluating the reduction of NO with CO; iv) evaluation of the catalytic performance fronts interfering O2, H2O(v) and SO2. The catalytic tests showed that the samples with iron content close to 9% (FERtroca80 and FERimpr10) were the most active in the reduction of NO by using CO as reducing agent. The reaction was selective to the formation of desired products, even for high temperatures. The tests indicated that the sample interfering FERimpr10, which was more active in reducing the catalytic activity was not affected by the presence of SO2 or O2, being affected by the presence of O2 and H2O, which promoted a competition for active sites of the catalyst. / Devido ao desenvolvimento da sociedade, são utilizados processos industriais e meios de transporte (automóveis, ônibus, caminhões, entre outros) que emitem contaminantes, os quais afetam o meio ambiente e consequentemente à saúde humana, a flora e a fauna. Dentre essas contaminações, a poluição do ar é das mais complexas, visto que vem se tornando cada vez maior e de difícil controle, apesar dos esforços de leis mais restritivas e do crescente número de agências para sua regulação. Dentre as emissões mais preocupantes, destacam-se os óxidos de nitrogênio (NOx) gerados em todo processo de combustão de hidrocarbonetos. No abatimento de NOx, diversos processos catalíticos são aplicados na atualidade. Entretanto, há a necessidade de os mesmos serem melhorados e aperfeiçoados, assim como de elevar a atividade e seletividade dos catalisadores utilizados para a conversão de NOx a N2. Desta forma, a qualidade do ar é preservada e os impactos desses contaminantes no meio ambiente são minimizados. Nesse contexto, e considerando os resultados recentes na literatura e do Grupo de Catálise da UFSCar, a presente pesquisa objetivou preparar catalisadores à base de cátions Fen+ trocados na zeólita Ferrierita (|Nax|[SiyAlwOz]) ou à base de óxido de ferro suportado na mesma e os avaliou na redução de NO a N2 utilizando CO como agente redutor. Para fins de comparação, foram preparados catalisadores a base de zeólitas comerciais do tipo Mordenita e USY nas mesmas condições de impregnação. Verificou-se também o efeito da atividade na presença dos interferentes O2, H2O(v) ou SO2. A pesquisa contemplou: i) preparação da zeólita Ferrierita por troca iônica e impregnação e das zeólitas Mordenita e USY por impregnação; ii) caracterização via espectrometria de energia dispersa de raios x, espectrofotometria de absorção atômica, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia por refletância difusa na região do ultravioleta visível, redução com H2 à temperatura programada e espectroscopia Mössbauer; iii) avaliação na redução de NO com CO; iv) avaliação do desempenho catalítico frentes os interferentes O2, H2O(v) e SO2. Os testes catalíticos mostraram que as amostras que apresentaram teores de ferro próximos a 9% (FERtroca80 e FERimpr10) foram as mais ativas na redução do NO a N2 utilizando o CO como agente redutor, sendo ainda seletivas à formação dos produtos desejados. Os testes com interferentes indicaram que a amostra FERimpr10 teve sua atividade afetada pela presença de O2 e H2O, sendo que ambos promoveram uma competição pelos sítios ativos do catalisador.