Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2010. / Submitted by Washington da Silva Chagas (washington@bce.unb.br) on 2012-02-17T23:34:08Z No. of bitstreams: 1 2010_JaquelineFrancischettiZago.pdf: 3923464 bytes, checksum: 0783049ffcc1ddb8870c3c8e8119cd08 (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2012-02-23T11:23:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_JaquelineFrancischettiZago.pdf: 3923464 bytes, checksum: 0783049ffcc1ddb8870c3c8e8119cd08 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-02-23T11:23:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_JaquelineFrancischettiZago.pdf: 3923464 bytes, checksum: 0783049ffcc1ddb8870c3c8e8119cd08 (MD5) / Este estudo contemplou a execução de técnicas analíticas qualitativas e quantitativas específicas para a caracterização de carvões ativados. Com a identificação das características físico-químicas de nove amostras produzidas no Brasil e uma importada, buscou-se avaliar o comportamento de adsorção para três variantes de saxitoxinas produzidas pela cianobactéria Cylindrospermopsis raciborskii: neo-STX, dc-STX e STX. A identificação das características físicas e químicas dos carvões ativados é de suma importância, uma vez que sua eficiência tende a ser influenciada por essas características, onde a superfície química dos carvões ativados e as condições de operação dos experimentos desempenham papel fundamental na adsorção de microcontaminantes, como por exemplo, as saxitoxinas. As saxitoxinas são substâncias solúveis em água e muitas vezes sua remoção é resistente ao tratamento convencional de abastecimento de água. Por serem substâncias tóxicas que afetam a saúde humana e de animais são alvo de preocupação emergente, uma vez que a incidência de florações de cianobactérias que produzem essa toxina aumentou consideravelmente no Brasil. Ao mesmo tempo em que as variantes das saxitoxinas são pouco estudadas, existe uma carência muito grande de trabalhos científicos que aprofundem os conhecimentos nos diferentes tipos de caracterização dos carvões ativados. A existência da competição pelos sítios ativos dos carvões ativados entre a matéria orgânica naturalmente presente no cultivo da água de estudo e entre as variantes desconhecidas das saxitoxinas foi constatada. A técnica de cromatografia líquida de alta eficiência foi utilizada para a quantificação da concentração das saxitoxinas durante todo o desenvolvimento do trabalho. Por meio do presente estudo, foi possível inferir sobre a aplicação de cada análise, buscando integrar as diferentes técnicas, comparando-as por meio dos resultados obtidos. As técnicas analíticas estudadas compreenderam: teor de cinzas, número de iodo, índice de azul de metileno, análise de Boehm, caracterização textural BET, espectroscopia fotoelétrica de raios-x, difratometria de raios-x, valores de pH e ponto de carga zero, infravermelho com transformada de Fourier, espectroscopia Raman do carbono 13, microscopia eletrônica de varredura e análise química qualitativa. Este trabalho aborda, ainda, discussões sobre o caráter ácido, básico e neutro dos grupos superficiais presentes nos carvões ativados que, de acordo com a literatura, são bastante contraditórios. Para tal, empregou-se a correlação de Pearson (r) e a análise de regressão linear simples (RLS), que são métodos estatísticos de simples interpretações e que surtiram resultados concordantes, embora a quantidade de dados fosse pequena. As isotermas de adsorção para as amostras estudadas não se ajustaram ao modelo de Freundlich. Esse comportamento, nas condições experimentais avaliadas, corroborou com a ocorrência de interações físicas muito fracas entre o adsorvente e o adsorvato, o que poderia ser explicado por um comportamento repulsivo de interações eletrostáticas. Contudo, uma investigação mais detalhada do procedimento analítico utilizado para a obtenção das isotermas se faz necessária. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Specific qualitative and quantitative analytical techniques were applied in this study to characterize activated charcoal. The physicochemical characteristics of nine Brazilian samples and one imported sample were identified in order to evaluate the adsorption behavior of three saxitoxins (neo-STX, dc-STX and STX) produced by the cyanobacteria Cylindrospermopsis raciborskii. The identification of the physicochemical characteristics of activated carbon is of paramount importance because its efficiency is influenced by these characteristics. Therefore, the chemical surface of activated carbon and the operating conditions of experiments play a fundamental role in the adsorption of microcontaminants such as saxitoxins. Saxitoxins are water-soluble compounds that are often resistant to removal by conventional water treatment methods. These toxic substances affect human and animal health and have therefore become an object of increasing concern, especially in Brazil, where there has been a significant increase in the growth of cyanobacterial blooms that produce these toxins. Saxitoxin variants have been studied very little so far, and there is also a paucity of scientific studies that add to the body of knowledge about different methods of characterization of activated charcoal. The present study revealed that the organic matter naturally present in the culture of the study water and the unknown saxitoxin variants compete for the active sites of activated charcoal. High-performance liquid chromatography was used throughout the present study to quantify the concentration of saxitoxins. This study allowed for inferences to be made about the application of each analytical method, seeking to integrate the different techniques and comparing them based on their results. The analytical techniques employed here were: total ash content, iodine index, methylene blue index, Boehm’s analysis, textural characterization (BET), X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray diffractometry, pH values and point of zero charge, Fourier transform infrared spectroscopy, Raman spectroscopy of Carbon-13, scanning electron microscopy, and qualitative chemical analysis. This paper also discusses the acid, basic and neutral nature of the surface groups of activated charcoal, which, according to the literature, are highly contradictory. To this end, we used the statistical methods of Pearson’s correlation (r) and simple linear regression (SLR), which are simple to interpret and produced compatible results despite the small number of data. The adsorption isotherms for the samples under study did not fit the Freundlich model. Under the experimental conditions employed here, this behavior was corroborated by the occurrence of very weak physical interactions between the adsorbent and adsorbate, possibly due to repulsive electrostatic interactions. However, a more in-depth investigation of the analytical procedure to obtain the isotherms is necessary.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Geociências, 2013. / Submitted by Elna Araújo (elna@bce.unb.br) on 2013-11-22T21:58:20Z No. of bitstreams: 1 2013_ElizabethCristinaArantesOliveiraMiranda.pdf: 19895273 bytes, checksum: eb5f63e98f45d8b62e351bc24b73ccf3 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-11-25T12:56:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_ElizabethCristinaArantesOliveiraMiranda.pdf: 19895273 bytes, checksum: eb5f63e98f45d8b62e351bc24b73ccf3 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-11-25T12:56:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_ElizabethCristinaArantesOliveiraMiranda.pdf: 19895273 bytes, checksum: eb5f63e98f45d8b62e351bc24b73ccf3 (MD5) / Uma planície de inundação define-se como um sistema físico aberto onde existe um trânsito de importação e exportação de matéria e energia, sendo as flutuações no nível da água uma importante função de força que dirige o funcionamento ecológico, hidrológico, físico, químico e biológico do sistema. As intensas mudanças na dinâmica dos ambientes de planície de inundação ocasionadas pela variação hidrométrica afetam diretamente as comunidades dos lagos marginais, em especial, o fitoplâncton, cuja variação sazonal tem sido fortemente relacionada ao pulso de inundação. Assim, o documento esta dividido em artigos e se propõe a caracterizar a estrutura da comunidade fitoplanctônica do Lago Janauacá ao longo de um ciclo hidrológico, avaliando as diferentes fontes de contribuição de água no lago Janauacá por meio da diversidade beta (artigo 1); Avaliar a dinâmica do fitoplâncton em ciclo nictemeral na potamofase (maio de 2010) agregando-os em grupos funcionais, além de verificar a influência ascendente e descendente sobre essa comunidade (artigo 2); Verificar a influência do fitoplâncton como colaborador do balanço de elementos traço no Lago Janauacá – interferindo nos ciclos químicos e na composição química das águas. No artigo 1, o fitoplâncton foi fortemente influenciado pela variação hidrométrica, apresentando estruturação distinta entre os períodos analisados. A análise de regressão múltipla, obtida com os escores da PCA, permitiu observar que tanto o biovolume quanto a densidade do fitoplâncton foram influenciadas principalmente pelo Rio Solimões e pelo igarapé (Bacia). Já a riqueza e a diversidade não foram influenciadas por essas fontes de contribuição de água. Com relação ao ciclo nictemeral (artigo 2), 40% da variação do biovolume do fitoplâncton foi explicado pelo controle ascendente (variáveis ambientais). A riqueza e a densidade do zooplâncton foi inversamente proporcional a riqueza e densidade do fitoplâncton, embora não significativo estatisticamente. No artigo 3, evidencia-se que os elementos químicos e traço encontrados no Lago Janauacá estão relacionados com a formação geológica da bacia e foram regulados por processos ambientais ao longo do ciclo hidrológico. A comunidade fitoplanctônica não foi diretamente determinante no balanço/controle desses elementos no Lago, sendo que certos elementos são essenciais para determinadas espécies ou grupos taxonômicos e não o são para outros – em geral, a preferência é pelos elementos químicos cuja absorção é energeticamente mais viável.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2013. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2014-01-29T10:07:08Z No. of bitstreams: 1 2013_JoelmaFerreiraPortela.pdf: 3591687 bytes, checksum: 5a34d40d17b05bd09e45c455a84f16be (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-02-07T12:05:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_JoelmaFerreiraPortela.pdf: 3591687 bytes, checksum: 5a34d40d17b05bd09e45c455a84f16be (MD5) / Made available in DSpace on 2014-02-07T12:05:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_JoelmaFerreiraPortela.pdf: 3591687 bytes, checksum: 5a34d40d17b05bd09e45c455a84f16be (MD5) / Este trabalho teve como objetivo o estudo geoquímico das águas da Área de Influência Direta (AID) da Estação Ecológica de Águas Emendadas (ESEC-AE). Essas águas são drenadas para duas importantes bacias hidrográficas: Rio Maranhão e São Bartolomeu. A área de estudo está localizada na cidade de Planaltina – DF. Foram realizadas duas coletas compreendendo os períodos de seca e chuva. Foram determinados parâmetros físico-químicos (temperatura, pH, condutividade, turbidez, sólidos totais dissolvidos, cor verdadeira, cor aparente), ânions (Cl-, NO3-,PO43- ,SO42-, NH4+ e HCO3-) e os elementos (K, Na, Ca, Mg, Si, Al, Fe, Sr, La, Ti, V, Ni, Zr, Cu, Cr, Mn, Ba, Co, Zn, Cd, Mo). A partir dos resultados, que foram submetidos aos métodos de Análise de Variância (ANOVA) e Análise por Componentes Principais (ACP), foi possível identificar diferenças entre os períodos hidrológicos, identificar os impactos relacionados às atividades antrópicas e correlacionar a composição da água à geologia local. A ACP identificou três grupos que apresentaram características similares em relação aos parâmetros estudados. Esse agrupamento possibilitou a identificação das fontes das substâncias causadoras do impacto ambiental na ESEC-AE. Além disso, foi possível identificar a contribuição geológica, devido a correlação com as variáveis HCO3-, STD, K, C.E., Ca, Mg e Si (rochas calcarias) e antrópica devido correlação com as variáveis turbidez, cor verdadeira, cor aparente, Cl-, NO3- e NH4+ indicando o impacto na composição química dessas águas. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work aimed to study the geochemistry of waters of the Direct Influence Area (DIA) of the Water Emendadas (ESEC - AE) Ecological Station. These waters are drained for two major river basins: Rio Maranhão and São Bartolomeu. The study area is located in Planaltina - DF. Two samplings were performed comprising periods of drought and rain. Certain physico - chemical parameters (temperature, pH, conductivity, turbidity, total dissolved solids, true color, apparent color), anions ( Cl-, NO3-, PO43-, SO42-, NH4 + and HCO3 - ) and the elements (K, Na, Ca, Mg, Si, Al, Fe, Sr, La, Ti, V, Ni, Zr, Cu, Cr, Mn, Ba, Co, Zn, Cd, Mo). From the results, which were subjected to the methods of analysis of variance (ANOVA) and Principal Component Analysis (PCA), it was possible to identify differences between the hydrological periods, identify impacts related to human activities and to correlate the composition of water to geology location. The PCA identified three groups with similar characteristics make regarding the studied parameters. This grouping enabled the identification of the sources of the substances causing environmental impact in ESEC - AE. Furthermore, it was possible to identify the geological contribution due to correlation with HCO3-, STD, K, E.C., Ca, Mg and Si (calcareous rocks) and anthropogenic variables because the variables correlated with turbidity, true color, apparent color, Cl -, NO3 - and NH4+ indicating the impact on the chemical composition of these waters.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia, 2013. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2014-04-30T12:19:00Z No. of bitstreams: 1 2013_PedrodePodestaUchoaAquino.pdf: 2617594 bytes, checksum: 70c22cc82e5e041b0f6bb6d08a1812d8 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-04-30T14:57:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_PedrodePodestaUchoaAquino.pdf: 2617594 bytes, checksum: 70c22cc82e5e041b0f6bb6d08a1812d8 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-04-30T14:57:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_PedrodePodestaUchoaAquino.pdf: 2617594 bytes, checksum: 70c22cc82e5e041b0f6bb6d08a1812d8 (MD5) / A diversidade de peixes na região Neotropical é fruto de processos históricos e ecológicos intrinsicamente relacionados à evolução geomorfológica dessa região. Eventos de captura de cabeceira apresentam-­se como importantes processos biogeográficos transpondo e isolando populações de peixes entre bacias hidrográficas. O presente trabalho investiga o efeito dessas capturas sobre a diversidade filogenética de peixes de riacho entre o divisor de águas de bacias nas terras altas do Escudo Brasileiro. Foi quantificada a diversidade filogenética de cada bacia, bem como, a diversidade beta filogenética entre as bacias a partir das relações filogenéticas de 69 espécies nativas de peixes. A bacia do Alto Paraná apresentou diversidade filogenética maior do que o esperado ao acaso, evidenciando uma composição de espécies distantes filogeneticamente na composição da ictiofauna. O compartilhamento de espécies e os valores de diversidade beta filogenética não diferiram do esperado ao acaso, evidenciando eventos recentes de trocas de espécies entre as bacias. Ao se combinar os valores de diversidade filogenética com a diversidade beta filogenética, sugere-­se que as bacias do Alto Tocantins e São Francisco possuem comunidades com espécies/linhagens oriundas do Alto Paraná. O trecho estudado da bacia do Alto Paraná mostra-­se mais antigo, com evidencias de ser capturado pelas bacias vizinhas. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Title Headwater captures and the phylogenetic structure of freshwater fish assemblages Aim The astonishing diversity of Neotropical fishes results from historical and ecological processes intrinsically related to the geomorphological evolution of this region. Headwater captures are important biogeographic processes that promote dispersal or isolation of fish populations between watersheds. We investigate the effects of headwater captures on the phylogenetic structure of stream fish assemblages among watersheds in the Brazilian Shield highlands. Location Headwaters of Tocantins, Paraná and São Francisco watersheds, Brazilian Shield, Neotropical region. Methods From the phylogenetic relationships of 69 native fish species, we quantified the phylogenetic diversity of each basin, as well as species richness and the phylogenetic beta diversity between basins. Results The Upper Paraná basin showed higher richness and greater phylogenetic diversity than expected by chance, indicating phylogenetically distant species composition. The number of shared species and phylogenetic beta diversity values not differing from expected by chance indicate recent exchange of species between the basins. Main conclusions Our results suggest that the fish assemblage of the Upper Paraná basin is older and many species colonized recently the neighbouring Upper Tocantins and São Francisco basins via headwater captures.

Esta Tese apresenta uma análise do comportamento térmico de um sistema de aquecimento de água combinando energia solar e gás como fontes energéticas. A ênfase desta análise está na influência que a forma de conexão dos coletores solares e do circuito da fonte auxiliar de energia ao reservatório exercem sobre a eficiência e o custo de operação do sistema. O trabalho engloba uma montagem experimental, caracterização de componentes, validação experimental de um programa de simulação, análises de eficiência utilizando o programa e análises econômicas com dados simulados. Na fase experimental desta Tese, foram montados três sistemas de aquecimento de água. Dois sistemas utilizando reservatórios verticais e um sistema utilizando reservatório horizontal. Os sistemas foram montados com componentes similares: reservatórios metálicos isolados termicamente com capacidade de 600 litros (verticais), reservatório de polietileno isolado termicamente com capacidade de 600 litros (horizontal), 2 coletores solares de placas planas, tubulação de cobre e aquecedores a gás de passagem de 7,5 l /min. Os componentes foram caracterizados mediante a curva de eficiência dos coletores solares, eficiência dos aquecedores a gás de passagem e o coeficiente de perdas térmicas dos reservatórios Sensores foram instalados para monitorar os sistemas em operação. Os sinais dos sensores foram medidos através de uma central de aquisição de dados conectado a um computador. Temperaturas, irradiância solar, consumo de gás e consumo de água foram registrados ao longo do tempo. Os resultados experimentais foram comparados com resultados calculados por meio de um programa desenvolvido no Laboratório de Energia Solar apresentando boa concordância. Utilizando o mesmo programa determinou-se a configuração do sistema de aquecimento de água com energia solar e gás mais eficiente para a cidade de Porto Alegre com um determinado perfil de consumo. Outros tipos de sistemas de aquecimento de água foram simulados para atender o mesmo perfil de demanda. Análises econômicas comparando estes sistemas entre si foram realizadas considerando diversos cenários econômicos.

A energia solar esta sendo cada vez mais utilizada para o aquecimento de água, tanto para o uso industrial, comercial e residencial, apresentando, esta última, um crescimento muito expressivo nos últimos anos, devido às ações de marketing de algumas empresas do setor. Para manter a temperatura da água do reservatório nas condições estabelecidas para o uso é necessário à utilização de uma fonte de energia auxiliar. As duas fontes de energia auxiliar mais empregadas nos sistemas de aquecimento de água por energia solar são a eletricidade e o gás. A escolha do gás como fonte auxiliar de energia, apesar de apresentar um investimento inicial superior ao da energia elétrica, representa um menor custo operacional em longo prazo. Na presente dissertação foram realizadas simulações computacionais para a cidade de Porto Alegre - RS, através do aplicativo TERMOSIM, com a finalidade de analisar o comportamento energético de um sistema de aquecimento de água por energia solar, por circulação natural (termossifão), utilizando como fonte de energia auxiliar o gás. Esta análise foi desenvolvida com a variação de parâmetros construtivos, de parâmetros de utilização e dos parâmetros de qualidade dos materiais e, ainda, com a caracterização dos componentes da instalação. Para a execução do trabalho foram realizadas 3456 simulações. Considerando os resultados obtidos foram elaboradas tabelas e gráficos, por meio dos quais verificou-se a influência do número de coletores, do volume do reservatório, da altura do termostato, da razão de aspecto do reservatório, do consumo de água quente e da qualidade dos coletores sobre a eficiência do sistema. O aplicativo demonstrou coerência nos resultados gerados, motivo pelo qual foi possível identificar, por meio da análise dos mesmos, quais os parâmetros que exercem maior influência no desempenho do sistema de aquecimento de água. Combinando os resultados, foi desenvolvida uma equação para estimar a eficiência média mensal do sistema.

Técnicas eletroquímicas como a eletrodiálise tem sido largamente usadas no tratamento de diversos tipos de efluentes, principalmente nos que contém metais pesados. Esta técnica apresenta, como principal vantagem, a possibilidade do reúso do efluente tratado no processo. Entretanto, altas concentrações de matéria orgânica no efluente interferem no tratamento, prejudicando o uso de membranas. Efluentes com esta característica precisam ser previamente tratados. Entre os diferentes processos de oxidação da matéria orgânica, o processo de fotoeletrooxidação pode ser utilizado. Neste processo a matéria orgânica é degradada com uso de radiação ultravioleta sobre o ânodo de uma célula eletroquímica. Este trabalho de pesquisa tem por objetivo desenvolver a metodologia necessária para aplicação, como uma fase de polimento do efluente, da técnica de fotoeletrooxidação (FEO) no tratamento de efluentes do setor couro-calçadista, atualmente tratados por métodos convencionais, permitindo assim a reciclagem e reaproveitamento da água no processo produtivo. O efluente, após ter sido tratado pelo método convencional, passa primeiramente pelo tratamento por fotoeletrooxidação e após é conduzido para o processo de eletrodiálise. A fotoeletrooxidação foi utilizada como pré-tratamento para o processo de eletrodiálise para reduzir o DQO do efluente. Com os resultados obtidos neste trabalho foi possível verificar que o processo é eficiente para efluentes de curtume. / Electrochemistry techniques as electrodialysis have been largely used in the treatment of many kinds of effluents, mainly wastewater containing heavy metals. This technique has, as main advantage, the possibility of wastewater treatment with the reuse of water in the process. However, high amount of organic matter interferes in the treatment, damaging the used membranes. Effluents with this characteristic should be previously treated. Among different processes for organic matter oxidation, the photoelectrooxidation could be mentioned. In this process the organic matter is degraded by ultraviolet radiation on the anode of an electrochemistry cell. The goal of this research is to develop the use of the photoelectrooxidaction technique in the effluent treatment process of the leather industry, what can make possible the water reuse in the process. The effluent, that had been already treated by a conventional process, was firstly treated by photoelectrooxidation and conducted to the electrodialysis process. Photoelectrooxidation was then used as a pre-treatment to the electrodialysis process in order to reduce COD (chemical oxygen demand) of a tanning effluent. With the results obtained here it was possible to say that the treatment is efficient to tannery effluents.

A presente tese de doutorado apresenta estudos básicos de concepção, avaliação de parâmetros hidrodinâmicos e de transporte e desenvolvimento do Reator Gerador de Flocos (RGF) como etapa auxiliar ao tratamento primário de águas e efluentes (incluído o reúso/reaproveitamento de águas). Foram desenvolvidos estudos básicos avaliando-se as condições hidrodinâmicas de formação de flocos de Fe(OH)3 no RGF e comparados com um sistema de mistura completa, através da determinação dos seguintes parâmetros: gradiente de velocidade (G), número de Camp (G.t), número de Reynolds (Re), número de Dean (De), número de Germano (Gn) e do número de microescala de comprimento de Kolmogoroff (ηK). Foram feitas aplicações do RGF na desestabilização de emulsões oleosas, tratamento de águas para o abastecimento público, tratamento de águas oriundas do processo de lavagem de veículos e da indústria da mineração. Para o mesmo número de Camp (G.t) aplicado no RGF (fluxo pistão) e no sistema de agitação mecânica foi verificado que os flocos de Fe(OH)3 formados no reator de agregação apresentaram maiores taxas de sedimentação (20 mh-¹), enquanto que para o sistema mecânico, a velocidade de sedimentação foi da ordem de 5 mh-¹. Ainda, foi investigado o desempenho de floculação de acordo com o tipo e concentração de partículas (Fe(OH)3 e partículas de carvão como modelos de suspensão), tipo e concentração de polímero floculante. Os resultados mostraram que a eficiência de floculação é largamente dependente das características das partículas (porosidade, conteúdo de água, por exemplo) e do sistema de floculação hidráulica. Foram estudadas alternativas de aplicação do RGF como floculador de sólidos particulados (RGF-S, Reator Gerador de Flocos-Serpentinado), com um regime turbulento; floculador de sistemas coloidais (RGF, sem S) e como flotador (RGF-F, na geração de flocos aerados), com a injeção de microbolhas no reator. Análises de microtomografia computadorizada por Raios-X mostraram que os flocos não aerados de Fe(OH)3 apresentam maior porosidade e uma estrutura “esponjosa” (81% de água), densidade de 1,109 gcm-³ e um tamanho maior em relação aos flocos de carvão (mais compactos e com um conteúdo de água de 63%), densidade de 2,899 gcm-³, sendo mais resistentes que os flocos de Fe(OH)3. No caso dos flocos aerados, o ar aprisionado reduz a quantidade de água dos flocos e diminui a densidade dos mesmos para 0,7-0,9 gcm-3 (em função do tamanho dos flocos e do tamanho das bolhas). Ainda, quanto à configuração do reator, foi avaliado o efeito da curvatura e da torção no fluxo hidráulico do RGF através da eficiência de formação dos flocos e do tamanho dos mesmos. Os resultados mostraram que o passo entre os anéis do reator e as condições hidrodinâmicas apresentam grande influência na formação dos flocos, e quando o passo é nulo, há uma melhor eficiência de formação dos flocos. Os resultados mostraram ainda, que a energia cinética turbulenta aumenta devido à curvatura quando o parâmetro de torção é mantido constante (passo nulo), melhorando a eficiência de formação de flocos. Nos estudos de aplicação do Reator Gerador de Flocos (RGF), visando a desestabilização de uma emulsão oleosa, foi verificado que o RGF apresentou elevada eficiência de remoção de óleo (> 90% de remoção de óleo em todos os casos). A aplicação do RGF associado ao FADAT (Flotador por ar dissolvido de alta taxa) no tratamento de águas (ETA convencional) permitiu alcançar resultados de qualidade da água tratada, em termos de redução de turbidez e cor, semelhante ao processo por agregação-sedimentação da mesma ETA. Entretanto, os resultados apresentados mostraram que é possível aumentar a taxa de aplicação de 3,5 (processo convencional) para 10 m3m-2h-¹ com o uso do RGF-FADAT. Os estudos de tratamento da água de lavagem de veículos mostraram que em todas as taxas de aplicações estudadas ocorreu significativa redução de turbidez (> 95%), cor (> 80%) e sólidos suspensos (> 95%), nas melhores condições estudadas, inclusive um aumento da tensão superficial, possibilitando o reaproveitamento ou reúso dessa água. Os resultados da aplicação do RGF no tratamento de águas ácidas oriundas de uma mina extinta de carvão mostraram que, nas distintas condições operacionais, houve remoção de íons sulfato e íons Fe, Al e Mn. A aplicação do RGF-FADAT no tratamento de águas ácidas da mina extinta apresentou grande potencial de reúso/reaproveitamento dessas águas. Os estudos básicos e aplicados desenvolvidos neste trabalho permitiram prever um elevado potencial de aplicação do RGF como um sistema contator-floculador-flotador na remoção de sistemas particulados, principalmente por apresentar as seguintes vantagens: i) um baixo tempo de residência, ii) ausência de partes móveis (agitadores), iii) pequena área ocupada, iv) mistura do tipo pistão (ideal para a agregação de suspensões ou dispersões), v) ausência de curto-circuitos ou zonas mortas, vi) crescimento uniforme dos agregados, vii) elevada cinética na geração dos flocos e viii) possibilidade de geração de flocos aerados (flotador). Os distintos resultados obtidos caracterizam esse reator como uma alternativa tecnicamente viável para o tratamento e reúso/reciclo de águas e efluentes, por apresentar elevada eficiência na agregação e separação sólido-líquido da matéria em suspensão. / The present work deals with basic studies of design, evaluation of hydrodynamic and transport parameters and set up of the Flocs Generator Reactor (FGR) as an ancillary step in the primary treatment of waters and effluents (including the reuse/recycle of these waters). Basic studies were evaluated including the main hydrodynamic parameters for the Fe(OH)3 flocs formation in the FGR and compared with a complete mixture system, using the following parameters: velocity gradient (G), Camp number (G.t), Reynolds number (Re), Dean number (De), Germano number (Ge), and the Kolmogoroff microscale number of turbulence (ηK). Applications of the FGR were carried out for the destabilization of oily emulsions, potable water treatment, treatment of waters from the vehicle washing and in the mining industry. For the same Camp number (G.t) applied in the FGR (plug flow) and in a mechanical agitation system it was verified that the Fe(OH)3 flocs generated in the reactor presented higher settling rates (20 mh-¹), meanwhile for the mechanical system, the settling rates were about 5 mh-1. Yet, it was investigated the flocculation performance according to the type and concentration of particles (Fe(OH)3 and coal particles as suspension models), type and flocculant polymer dosage. Results showed that the flocculation efficiency is largely dependent on the particle characteristics (porosity, water contents, i. e.) and on the hydraulic flocculation system. Alternative applications of the FGR as a flocculator of particulate solids (FGR-S, Flocs Generator Reactor-Serpentine), with a turbulent flow; flocculator of colloidal systems (FGR, without S) and as a flotator (FGR-F, for the aerated flocs generation), with microbubbles injection in the reactor. Computer microtomographic by X-Ray analyses showed that the non aerated Fe(OH)3 flocs presented a high porosity, a “spongy” structure (81% of water), 1.109 gcm-³ density and a bigger size in relation to the coal flocs (more compact and with 63% of water content), 2.899 gcm-3 density, yelding to more resistant flocs than the Fe(OH)3 flocs. In the case of the aerated flocs, the entrapped air reduces the water content and the density of the flocs to 0.7-0.9 gcm-³ (as a function of the flocs size and bubbles size). The reactor configuration was evaluated by means of curvature and torsion of the hydraulic flow in the FGR through the flocs formation efficiency and size. Results showed the the pitch among the rings or the reactor and the hydrodynamic conditions present a great influence on the flocs formation, and when the pitch is absent, there is a better flocs formation efficiency. Results showed yet, that the turbulent kinetic energy increases due the curvature when the parameter torsion is kept constant (no pitch), improving the flocs generation efficiency. In the studies of application of the Flocs Generator Reactor (FGR) for the oily emulsion destabilization, it was verified that the FGR presented a high efficiency of oil removal (> 90% of oil removal in all the cases). The FGR applicacation associated to a DAFHR (Dissolved air flotator of high rate) for the treatment of potable waters (conventional process) allowed to reach good results of the water quality, in terms of turbidity and colour reduction, similarly to the aggregation-sedimentation process used in the plant treatment. However, results showed that it is possible to increase the application rate of 3.5 (conventional process) to 10 m3m-2h-1 with the FGR-DAFHR system. The studies of the vehicle washing water treatment showed that in all the conditions applied it was possible to reduce the turbidity (> 95%), colour (> 80%) and suspended solids (> 95 %), in the best conditions evaluated, including an increase in the surface tension, allowing the recycle or the reuse of this water. Results of the application of the FGR in the acid waters of an extinct coal mine showed that, in the distinct operational conditions, there were removal of sulphate, Fe, Al and Mn ions. The FGR-DAFHR application for the treatment of acid waters of an old mine showed a great potential for the reuse/recycle of these waters. Basic and applied studies carried out in this work allowed to predict the high potential of the FGR application as a contactor-flocculator-flotator system for the removal of particulate systems, mainly for the following advantages: i) low residence time, ii) absence of mobile parts (agitators), iii) low foot print área, iv) plug flow mixture (ideal to promote the aggregation of suspensions or dispersions), v) absence of short-circuits or dead zones, vi) uniform growth of the flocs, vii) high kinetic of flocs generation and viii) possibility of aerated flocs generation (flotator). The distinct results obtained characterize this reactor as a technical alternative for the treatment and reuse/recycle of waters and effluents, due the high efficiency in the aggregation ans solid-liquid separation of the suspended matter.

A utilização do hidrogênio como vetor energético produzido a partir de fontes renováveis, transformando eletricidade em energia transportável e armazenável, vem sendo avaliada como uma das formas mais eficientes e ambientalmente interessantes, principalmente quando associada à utilização de células a combustível. Os líquidos iônicos (LIs) demonstraram elevado desempenho em reações de geração de energia limpa, mais especificamente como eletrólitos para a produção de hidrogênio via eletrólise da água. Neste contexto, o líquido iônico tetrafluoroborato de ácido 3-tripentilamônio-propanossulfônico (TEA-PS.BF4) se destacou como eletrólito na eletrólise da água por apresentar altas densidades de corrente (i) de 0,185 a 1,77 Acm-2 e elevadas eficiências (), entre 93 e 99%, em temperaturas de 25 C à 80 C, respectivamente. A alta eficiência deste sistema foi associada as elevadas condutividades, correspondentes as características ácidas de Brönsted e Lewis destes LIs. A energia de ativação (Ea) observada no sistema com o LI TEA-PS.BF4 quando utilizada a platina (Pt) como cátodo, apresentou um baixou valor de 9,3 kJmol-1, explicado pela facilidade do transporte de prótons no meio organizado do líquido iônico. A reação de evolução de hidrogênio (HER) em soluções aquosas de LI TEA-PS.BF4 (0,1 M) utilizando diferentes cátodos (platina (Pt), níquel (Ni), aço inoxidável 304 (SS) ou carbono vítreo (CV)), possibilitou comparar o efeito de catalisador do LI sobre os diferentes materias catódicos. Além disso, o efeito catalítico superior deste líquido iônico (LI) em comparação com uma solução de ácido clorídrico (HCl) com mesmo pH (0,8) também foi relatado. Entre todos os materiais catódicos estudados, foi observada uma menor energia de ativação (8,7 kJmol-1) quando utilizado o carbono vítreo como cátodo. Além disso, a determinação dos parâmetros / The use of hydrogen as energy carrier produced from renewable sources, transforming electricity in transportable and storable energy, has been rated as one of the most efficient and environmentally interesting ways, especially when associated with the use of fuel cells. Ionic liquids (ILs) have demonstrated high performance in clean energy generation reactions, specifically as electrolytes for the production of hydrogen by water electrolysis. In this context, 3-triethylammonium-propanesulfonic acid tetrafluoroborate ionic liquid (TEA- PS.BF4) stood out as the electrolyte for the water electrolysis present high current densities (i) 0.185 to 1.77 Acm-2 and high efficiency () between 93 and 99% at temperatures of 25 C and 80 C, respectively. The high efficiency of this system has been associated with high conductivity, corresponding to the acid characteristics of Brönsted and Lewis of these ILs. The activation energy (Ea) found in the system with the TEA-PS.BF4 LI when used platinum (Pt) as cathode, showed a low value of 9.3 kJmol-1, explained by the facility of transport of protons in organized middle the ionic liquid. The hydrogen evolution reaction (HER) in aqueous solutions of TEA-PS.BF4 IL (0.1 M) using different cathodes (platinum (Pt), nickel (Ni), 304 stainless steel (SS) or glassy carbon (GC)), made it possible to compare the catalytic effect of IL on different cathode materials. Moreover, the effect catalytic of ionic liquid (IL) compared to a solution of hydrochloric acid (HCl) at the same pH (0.8) was also reported. Among all cathode materials studied, a lower activation energy was observed (8.7 kJmol-1) when using glassy carbon as cathode. The determination of Tafel parameters for different cathodes in the middle of TEA-PS.BF4 LI showed the influence of electrode material in the reaction mechanism, both the charge transfer process as in the H2 desorption process.

Visando o entendimento das estruturas intermediarias formadas durante o processo catalítico de oxidação da água por catalisadores baseados em irídio, foram realizadas diversas analises in-situ, como a obtenção da curva cinética obtida por variação de pressão, UV-Vis, e condutimetria. A produção de O2 quantificada por diferença de pressão apresentaram suas eficiências frente a oxidação da água na presença dos catalisadores IrCl3, IrO2 e o complexo iridaciclo, que contém um ligante Cp*, um ligante iodo e um ligante fenilpiridínio. Tais dados demonstraram que o sistema contendo o complexo de iridaciclo apresenta a maior produção de O2 e as NPs de IrO2 a maior velocidade. Análises de UV-Vis indicaram que espécies de aquairídio nos estados de oxidação III, IV e V são formados, além de nanopartículas amorfas de IrO2 e oligômeros resultantes dos processos redox ocorridos nos complexos de aquairídio. Entretanto, estas espécies não puderam ser diferenciadas, pois suas absorções diferenciavam-se apenas em virtude de seu estado de oxidação. Análises de condutometria explicaram melhor a formação de aquaoligômeros durante o processo, pois sua formação acarreta em uma diminuição na condutância da solução. Tais análises demonstraram que, nos catalisadores de IrCl3 e IrO2, esses oligômeros são formados mais facilmente, interferindo na produção de O2. A principal conclusão deste trabalho foi que a maior eficiência do complexo de iridaciclo ocorre em virtude de uma provável proteção do complexo pelo ligante fenilpiridínio contra uma oligomerização excessiva, formando-se apenas os correspondentes dímeros. Análises de MET (Microscopia Eletrônica de Transmissão) e de DRX (Difração de Raio-X) confirmaram a presença de NPs de morfologia esférica e diâmetros semelhantes de IrO2 no estado amorfo, indicando que processos análogos são responsáveis pela formação das NPs de óxidos irídio a partir dos diferentes WOCs utilizados. / For understanding of intermediate structures formed during the catalytic oxidation of water-based iridium catalysts, various in-situ analysis were performed, such as obtaining the kinetic curve obtained by pressure variation, UV-Vis and conductometry. The O2 production measured by pressure difference across its efficiencies presented water oxidation in the presence of catalysts IrCl3, IrO2 and iridacycle complex (comprising a Cp*, an iodine and a phenylpyridinium ligands) for the water oxidation. These analyzes showed that the system containing the iridacycle complex has the highest production of O2 and the IrO2 NPs has the highest speed. UV-Vis analyzes indicated that aquairidium species in oxidation states III, IV and V are formed. Amorphous nanoparticles of IrO2 and oligomers, that is the resulting from redox processes occurring in aquairidium complexes, are also formed. However, these species could not be differentiated, because their absorptions were distinguished only by its oxidation state. Condutimetric analyzes could better explain the aquaoligomers formation during the process, since its formation leads to a decrease in the solution conductance. These analyzes demonstrated that oligomers are more easily formed in catalysts IrCl3 and IrO2, interfering in the O2 production. The main conclusion of this study was that the higher efficiency of the iridaciclo complex occurs due to a probable protection of the complex by phenylpyridinium against excessive oligomerization, forming only the corresponding dimers. Analysis of TEM (transmission electron microscopy) and XRD (X-ray diffraction) confirmed the presence of spherical NPs morphology and similar diameters of IrO2 in the amorphous state, indicating that similar processes are responsible for the formation of the iridium oxide NPs from different WOCs used.