Un procédé innovant de production de fer par électrolyse d’une suspension d’oxydes de fer en milieu alcalin concentré est développé au centre de recherche d’ArcelorMittal de Maizières-lès-Metz. Ce procédé s’il atteignait la maturité industrielle permettrait de réduire significativement les émissions de dioxyde de carbone associées à l’industrie sidérurgique, en remplaçant le carbone utilisé comme agent réducteur dans les hauts-fourneaux par de l’électricité. Bien que ce procédé permette la production de fer à partir d’hématite commerciale (Fe2O3) à une densité de courant de l’ordre de 1000 A.m-2 avec une efficacité faradique supérieure à 80%, une dégradation des performances est systématiquement constatée lors de l’électrolyse de minerais de fer. Les impuretés majoritaires de ces minerais sont les oxydes et hydroxydes d’aluminium et de silicium, des composés solubles dans la soude concentrée. Ces composés pourraient donc être à l’origine de la baisse de réactivité observée lors de l’alimentation du procédé par des minerais de fer. Ainsi afin de tenter d’améliorer les performances de l’électrolyse alcaline à partir de minerais, des traitements de lixiviation alcaline sur un minerai défini ont été effectués dans cette thèse. La réactivité des minerais avant et après traitement a été comparée par chronoampérométrie. Bien que suite à l’élimination de ses composés alumineux, le minerai traité ait vu son rendement faradique réhaussé à environ 80% pour une valeur avant pré-traitement de 65%, sa densité de courant est restée deux fois moins élevée que celle de l’hématite pour une même tension électrique appliquée. Des expériences d’ajout d’ions aluminates et d’ions silicates lors de l’électrolyse d’hématite pure n’ont de plus eu pratiquement aucun effet indésirable sur son électrolyse. Les diverses expériences conduites dans cette thèse laissent supposer que les impuretés traitées n’ont que peu d’influence sur la réactivité des minerais. Le procédé est en revanche très sensible à la granulométrie des particules de minerais. Par ailleurs de forts phénomènes d’agglomération, qui n’ont pas lieu avec les oxydes de fer purs, ont été constatés lors de mesure de granulométrie du minerai étudié. Ainsi les expériences réalisées laissent supposer qu’un autre phénomène, probablement lié à la granulométrie secondaire des minerais en milieu alcalin concentré, soit à l’origine de la baisse de réactivité observée lors de leur électrolyse. Parallèlement une analyse thermodynamique avancée a été menée afin de déterminer les meilleures conditions théoriques de pression, de température et de concentration en NaOH pour effectuer l’électrolyse de l’hématite. La solubilité des composés de la gangue a été représentée avec des équations de Pitzer, et de nouveaux paramètres ont été calculés pour les interactions Na-SiO3-Al(OH)4. Cette étude thermodynamique a permis la conception et le pré-dimensionnement d’une étape de traitement des minerais par lixiviation alcaline / An innovative ironmaking process by alkaline electrolysis of suspended iron oxides is being developed at ArcelorMittal Global R&D Maizières-lès-Metz. Were it to achieve industrial maturity, this process would permit a significant reduction of steelmaking CO2 emissions. Indeed, the use of carbon as a reducing agent in blast furnace would be replaced by electricity. Although this process enables iron production from commercial hematite (Fe2O3) at current density of 1000 A.m-2 with faradaic efficiency higher than 80%, these performances are systematically lower when using iron ore instead. The main impurities in these ores are aluminium and silicon oxides and hydroxides, these compounds are soluble in concentrated sodium hydroxide solutions. These compounds could be the source of the decrease in reactivity observed when feeding the process with iron ores. To raise the electrolysis performance with iron ores, alkaline leaching treatments were conducted on a defined iron ore. Reactivity of iron ores before and after treatment was compared by chronoamperometry. Although the elimination of aluminous compounds resulted in the ore gaining a faradaic yield increase to a value of 80%, compared with 65% before treatment, its current density remained twice as low as the one of hematite for a same applied voltage. Furthermore, complementary experiments of aluminate and silicate ions addition during pure hematite electrolysis did not have any deleterious effect on its electrolysis. Based on all the experiments undertaken in this PhD, it seems unlikely that siliceous and aluminous impurities hold an important effect on iron ore reactivity in alkaline electrolysis. The process is nonetheless very sensitive to iron ores granulometry. On this subject, strong agglomeration phenomena were witnessed when measuring iron ores granulometry but did not occur with pure iron oxides. Therefore, it would seem that other phenomena may be the main cause of reactivity loss, these phenomena may well be linked to secondary granulometry of iron ores in concentrated alkaline media. In parallel, an advanced thermodynamic analysis was carried out to describe the best theoretical conditions for pressure, temperature and NaOH concentration to realize hematite electrolysis. Gangue compounds solubility was represented with Pitzer equations, and new parameters were calculated for Na-SiO3-Al(OH)4 interactions. This thermodynamic study enabled the design and pre-sizing of a treatment step for iron ores by alkaline leaching

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:02:09Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A ampla utilização de medicamentos, a falta de gerenciamento na produção e no descarte desses produtos, bem como a dificuldade na remoção de resíduos de fármacos das águas residuais durante as fases do tratamento de efluentes tem causado a liberação destes micropoluentes nos recursos hídricos. O cloridrato de fluoxetina, conhecido comercialmente como Prozac®, tem sido muito utilizado em diversos países. Estudos demonstram sua presença no meio ambiente e o potencial de danos que este fármaco pode causar à biota. Desta forma, este trabalho estudou uma tecnologia de tratamento (POA - Processo Oxidativo Avançado) utilizando-se radiação ionizante, proveniente de um acelerador de elétrons, para a degradação do fármaco cloridrato de fluoxetina em solução aquosa e na mistura com esgoto doméstico. Após a irradiação foram feitas análises químicas na solução aquosa do fármaco com Espectrofotometria UV/VIS, Cromatografia Líquida Ultra Rápida (detectores UV/VIS e fluorescência) e quantificação do Carbono Orgânico Total (COT). Também foram empregados ensaios de toxicidade aguda (Daphnia similis e Vibrio fischeri) e crônica (Ceriodaphnia dubia). A eficiência na degradação do fármaco foi superior a 98,00% na menor dose de radiação (0,5 kGy), porém houve baixa taxa de mineralização para as doses aplicadas neste estudo. Para a Daphnia similis na dose de 0,5 kGy houve eficiência de 83,75% na redução da toxicidade do cloridrato de fluoxetina e 87,24% para 5,0 kGy, houve eficiência de 100,00% na redução da toxicidade para o esgoto doméstico e para a mistura (CF + esgoto) 79,32% na dose de 5,0 kGy. A eficiência para a Vibrio fischeri foi de 17,26% (melhor eficiência na dose de 5,0 kGy) e após a correção do pH das amostras a melhor eficiência foi para 20,0 kGy (26,78%), para o esgoto e para a mistura as eficiências ficaram em torno dos 20,00% para todas as doses de radiação aplicadas. Em relação a toxicidade crônica para Ceriodaphnia dubia a eficiência foi de 97,50% para 5,0 kGy. Verificou-se que a Ceriodaphnia dubia possui maior sensibilidade ao fármaco, seguido da bactéria Vibrio fischeri e por fim a Daphnia similis. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Cinza leve de carvão, resíduo gerado em usina termelétrica, foi usada para sintetizar zeólita por meio de tratamento hidrotérmico com solução de NaOH. A cinza leve (CL-2) e a zeólita sintética (ZM-2) que foi predominantemente identificada como hidroxi-sodalita foram utilizadas como adsorventes dos corantes aniônicos índigo carmina (IC) e reativo laranja 16 (RL16) de soluções aquosas. Nos processos de adsorção, os efeitos de tempo de contato, concentração inicial de corantes, pH, massa de adsorventes e temperatura foram avaliados. O estudo cinético de adsorção demonstrou que os resultados apresentaram melhor ajuste ao modelo de pseudo-segunda ordem e que adsorção de superfície e difusão intrapartícula participaram no mecanismo de adsorção. Os parâmetros termodinâmicos demonstraram que a adsorção foi espontânea em todos os processos de adsorção. Os processos de adsorção foram de natureza endotérmica para todos os sistemas, com exceção do sistema IC/ZM-2, em que foi exotérmico. Os dados de entropia mostraram a ocorrência do aumento da desordem na interface sólido/solução durante a adsorção em todos os sistemas, exceto novamente no IC/ZM-2, no qual se verificou a diminuição da desordem na interface. As isotermas de adsorção ajustaram-se à equação linear de Langmuir. As capacidades máximas de adsorção foram 1,48 mg/g para o sistema IC/CL-2; 1,13 mg/g para IC/ZM-2; 0,96 mg/g para RL16/CL-2 e 1,14 mg/g para RL16/ZM-2 à temperatura ambiente. O estudo de dessorção realizado com água, com soluções aquosas ácidas e com solução aquosa básica demonstrou ser ineficiente tanto para a recuperação dos corantes quanto para a regeneração dos adsorventes. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Le mémoire rapporte les travaux effectués pour l’élaboration de membranes asymétriques de type co-polyalcoxyéther-imide (PEI) afin d'obtenir des membranes polymères à haut flux, sélectives pour la séparation de molécules organiques à partir de mélanges aqueux par procédés membranaires. La séparation des mélanges liquides (i.e. toluène - heptane, eau - éthanol, soluté organique dilué en solution aqueuse) a été étudiée par pervaporation (PV) et par nanofiltration (NF) à l'aide de membranes PEI originales asymétriques comportant une peau dense autosupportée. Ces membranes ont été préparées dans des conditions expérimentales contrôlées à partir de solutions DMF-H2O de l'acide polyamique correspondant (APA) en relation avec le diagramme de phase ternaire ; après l’inversion de phase dans un bain d'eau, les membranes d’APA ont été cyclisées en imides par traitement thermique. Les propriétés physiques des membranes (IR, TGA) ont été caractérisées, et les morphologies correspondantes, enregistrées par SEM, ont été utilisées pour optimiser la préparation des membranes asymétriques pour améliorer les propriétés de séparation en ajustant l'épaisseur de la couche dense. Les performances obtenues en pervaporation et en nanofiltration ont été examinées à la lumière de l'influence de trois séries de paramètres, à savoir les paramètres d’élaboration des membranes (composition du collodion, température du bain d'inversion de phase), les conditions expérimentales de perméation (température, pression) et des propriétés moléculaires du soluté (masse molaire, rayon, polarité). Les résultats de pervaporation ont montré que des membranes asymétriques PEI à peau denses pouvaient bien être obtenues, donnant lieu à une sélectivité moléculaire en accord avec le modèle de solution-diffusion. Les résultats obtenus en NF pour des solutés organiques dilués dans l'eau (≈ 500 ppm) ont montré que le degré de rejet des solutés étaient fortement liés aux conditions d’élaboration des membranes PEI et des propriétés des solutés. Les valeurs de seuil de coupure moléculaire des membranes (MWCO) ont été déterminées avec une série de polyéthylène glycol (400 <MW (g/mole) < 6000) pour une pression appliquée allant jusqu'à 10 bar. Il a été montré que le seuil de coupure des membranes était compris entre 400 et 1000g/mol à 30°C. Il a également été constaté pour certaines membranes PEI que de grandes valeurs de flux de perméation associées à de bonnes sélectivités pouvaient être obtenues, conduisant à des performances intéressantes par rapport aux données de la littérature. Ainsi le développement de ces nouvelles membranes asymétriques copolyimides comprenant un bloc élastomère devrait permettre d’obtenir des membranes de hautes performances pour des applications dans les séparations liquide-liquide, en particulier pour les séparations de nanofiltration en milieu aqueux / The work aimed to prepare co-polyalkylether-imide (PEI) asymmetric membranes in order to get high flux water selective polymeric membranes suitable for the separation of organic molecules from aqueous mixtures by membrane processes. The separation of liquid mixtures (i.e. toluene – heptane, water – ethanol and low concentrated organic solute in aqueous solutions) was studied by pervaporation (PV) and by nanofiltration (NF) using homemade integrally skinned asymmetric PEI membranes. These membranes were prepared under controlled experimental conditions from DMF-H2O solutions of the corresponding polyamic acid (PAA) with respect to the ternary phase diagram; after the wet phase inversion in a water bath, the PAA membranes were imidized by thermal treatment. The membrane physical properties (IR, TGA) were characterized and the related morphologies, recorded by SEM, were used to optimize the asymmetric membrane preparation to improve the separation properties by tuning the thickness of the dense top layer. The performances of the pervaporation and nanofiltration separations were examined in the light of the influence of three sets of parameters, i.e. membrane elaboration parameters (dope composition, inversion bath temperature), experimental permeation conditions (temperature, applied pressure) and solute molecular properties (molecular weight, radius, polarity). The PV results showed that tight asymmetric PEI membranes could well be obtained, giving rise to a molecular selectivity in agreement with the solution-diffusion model. The NF results obtained with diluted organics in water (≈500ppm) have shown that the degree of rejection of the organic solutes was strongly linked to the PEI elaboration conditions and to the solute properties. The molecular cutoff values (MWCO) of the membranes were determined with a series of polyethyleneglycol (400 < Mw (g/mole) <6000) for an applied NF pressure up to 10 Bar; it was shown that the PEI membrane MWCO could be ranged between 400 and 1000g/mol at 30°C. It was also found with some PEI membranes that high permeation fluxes together with good separation selectivity could be obtained leading to interesting performances compared to literature data. Thus, it is expected that the development of these new asymmetric block copolyimide rubbery membranes might give rise to high performance membrane systems for applications in liquid-liquid separations, in particular in nanofiltration separations

Um dos temas modernos em fotoquímica em soluções aquosas é a observação de prototropismo de estados eletrônicos excitados. Resumidamente, moléculas orgânicas contendo grupamentos ácido-base quando excitadas, e cujo tempo de vida do estado excitado seja longo o suficiente, reações competitivas de transferência de prótons com as do processo de relaxação poderão ocorrer. No caso de aumento de acidez os compostos são denominados fotoácidos e no contrário fotobases. Este fenômeno é atribuído a um estado isoeletrônico da molécula no estado fundamental tendo sido descritos variações de até sete unidades de pKa. Do ponto de vista da investigação Físico-Química o estudo da circunvizinhança, na qual as espécies excitadas percorrem uma superfície de potencial seja na direção da reassociação seja na da ionização com posterior solvatação das mesmas, fornece uma importante ferramenta de análise de propriedades de micro ambiente. Esta possibilidade advém das excelentes propriedades espectrais dos grupos cromofóricos desta classe de compostos o que facilita o monitoramento das espécies transientes adicionado ao estágio técnico atual de medidas ultra-rápidas. Neste estudo enfocamos o estudo de derivados de quinolina (fotobase), contendo grupos passíveis de reação de polimerização. Os derivados 3-alil-2-metilquinolin-4-ol (HIQ) e 3-alil-4-cloro-2-metilquinolina (CLQ) foram preparados e as propriedades fotoprototrópicas determinadas. O primeiro monômero comporta-se como fotobase ou fotoácido dependendo do pH do meio que este se encontra e o CLQ como fotobase. Na seqüência tentamos obter polímeros do HIQ e CLQ, porém não se obteve um resultado positivo devido a dificuldade da polimerização de grupos alil inclusive por via eletroquímica. Em seqüência prosseguimos à determinação das propriedades fotoquímicas e fotofísicas de derivados de di-naftalimidas, devido às inúmeras aplicações destes compostos em novos materiais. Propriedades destas ftalimidas são em geral devidas à conjugação dos elétrons do grupo imida aos do anel naftalênico. Esta conjugação confere uma alto grau de planaridade aos derivados, de forma que a solvatação é dificultada. Observa-se via de regra espectros tanto de absorção como de emissão de fluorescência com alta resolução vibrônica seja nas transições S0-S1 ou S0-S2. Os efeitos espectroscópicos esperados de solventes devem ser função das cadeias laterais nos grupos imidas. Neste contexto foram preparados vários derivados para uso como sondas. Foram estudados sete compostos: N,N\'-n-butil-1,4,5,8-di-naftalimida (BUNDI); N,N\'-(2-cloro-etileno)-1,4,5,8-di-naftalimida (CLNDI); N,N\'-(2-bromo-etileno)-1,4,5,8-di-naftalimida (BRNDI); N,N\'-2-hidroxietileno-1,4,5,8-di-naftalimida (OHNDI); N,N\'-(N,N\'-dimetiletilenodiamina)-1,4,5,8-di-naftalimida (DMNDI); N,N\'-amino-1,4,5,8-di-naftalimida(DANDI) e N,N\'-1,4,5,8-di-naftalimida (NDI). Os derivados aqui estudados responderam de forma excelente às expectativas levando seja à formação de dímeros e agregados seja a alterações nas intensidades e relações das bandas vibrônicas (excitação e emissão) das transições S0-S1. Demonstra-se aqui a excelente qualidade destes compostos como repórteres do próprio estado de suas moléculas como do meio circunvizinho. / Excited state proto transfer reactions in aqueous media is among current themes in photochemistry research. Shortly, organic molecules having acid or basic groups and presenting excited state lifetimes long enough, competitive prototropic reactions can occur. This phenomenon is attributed to an isoelectronic state of the ground state molecule and up to seven units of pKa changes have been described. From the Physical Chemistry investigation viewpoint the study of the neighborhood where the excited species have a potential surface to describe either for the re association reaction or for the ionization followed by solvation, presents an important tool for the analysis of the microenvironment. This feature arises from the optimal spectral properties of the chromophoric groups of this class of compounds, which facilitates monitoring transient species as well by the current technology standards. In this work focused a photobase derivative from quinoline having a suitable polymerizable group. The 3-allyl-2-methylquinolin-4-ol (HIQ) and the 3-allyl-4-chloro-2-methylquinoline (CLQ) were synthesized and their photoprotrtopic behavior determined. The first compound shows both photoacid and photobase character as a function of the solution pH whereas CLQ is a photobase. Following attempts to obtain polymers were unsuccessful either using electrochemical routes. Given the several applications of di-naphthalimides as new materials, photochemical and photophysical of some derivatives were determined. The properties of these phthalimides arise from the conjugation of the imide electrons with vicinal naphthalic ring. This conjugation confers a high planarity degree and hindering the chromophore solvation. Accordingly high vibronic resolution is observed in both excitation and emission spectra either in the S0-S1 or S0-S2 transitions. Expected solvent spectroscopic effects are thus due to the radical N-imide groups. In this subject several di-imides derivatives were prepared for the use as medium probes. Seven compounds were investigated: N,N\'-n-butyl-1,4,5,8-di-naphthalimide (BUNDI; N,N\'-(2-chloroethylene)-1,4,5,8-di-naphthalimide (CLNDI); N,N\'-(2-bromoethylene) )-1,4,5,8-di-naphthalimide (BRNDI), N,N\'-2-hydroxiethylene-1,4,5,8-di-naphthalimide (OHNDI); N,N\'-(N,N\'-dimethylethylenodiamine)-1,4,5,8-di-naphthtalimide (DMNDI); N,N\'-amine-1,4,5,8-di-naphthalimide (DANDI) and N,N\'-1,4,5,8-di-naphthalimide (NDI). The derivatives studied fully satisfied the expectations leading to either a dimer and aggregate formation or to changes in the intensities or in the vibronic bands intensities relationships (excitation and emission) of the S0-S1 transitions. Here it is shown the excellent quality of these molecules as self and microenvironment probes.

Nesta dissertaçao foram estudadas as reações de aminólise de benzoatos por dodecilamina (DA), propionato de dodecilamôrtio (DAP) e suas misturas em ciclohexano. Foram usados os ésteres do tipo X-&#216;-CO2-&#216;-NO2 (X=NO2,CH3O,CH3,H e Cl) e NO2-&#216;-CO2-&#216;-Y (Y=CH3 , H, Cl e CN). A aminólise de ésteres por DA é de segunda ordem em amina e está associada com entropias de ativação altamente negativas e pequenas eutalpias de ativação. A reação é muito mais sensível à natureza do grupo abandonador que da acila. Na reaçao com DAP micelar mostrou-se claramente que o grupo carboxilato de detergente atua com base geral e não como nucleófilo. A reação é de segunda ordem em DAP e apresentou as mais altas entropias de ativação. O valor de &#961; de Hammett era maior quando se variou o grupo Y, mostrando que a reação, como com DA, é mais sensível à natureza do grupo fugitivo. O valor da razão &#961;Y/&#961;X mostrou que o grupo abandonador é o íon fenóxido p-substituido. Uma prova adicional deste fato, foi obtida dos resultados de aminólise em presença de água solubilizada. O DAP micelar aumentou a velocidade de aminólise por DA, por fatôres desde 132 vêzes (Cl/NO2) até 311 vêzes (NO2/NO2 ). A aminólise de ésteres por DA+DAP apresentou parâmetros de ativação, cujos valores são intermediários àqueles para as reações com DA e com DAP respectivamente. Os valores de &#961; de Hammett foram similares aqueles obtidos para a reação com DAP somente. Baseados nos resultados previamente reportados, foram sugeridos esquemas para as reações. Eles envolvem a formação de intermediários tetraédricos (aniônicos para as reações com DA e com DAP e zwitteriônicos para a aminólise por DAP), cujo colapso é determinante da velocidade. / In this thesis the aminolysis of benzoate esters by dodecylamine (DA), dodecylammonium propionate (DAP) and their mixtures in cyclohexane was studied. The esters used were X-&#216;CO2&#216;NO2 (X=NO2CH3O,CH3,H e Cl) and NO2&#216;CO2&#216;Y (Y=CH3,H,Cl e CN). Ester aminolysis by DA is second order in the amine and is associated with a highly negative entropies and small euthalpies of activation. The reaction is much more sensitive to the nature of the leaving group than that of the acyl one. In the reaction with micellar DAP it was clearly showed that the carboxylate group of the surfact and is acting as a general base, not as a nucleophile. The reaction was found to be second order in the surfactant and showed the highest entropies of activation. The Hammett &#961; value was larger when was varied, showing that the reaction, like that with DA, is more sensitive to the nature of the leaving group. From the ratio &#961;Y/&#961;X it was shown that the leaving group is the P-substituted phenoxide ion. Additional proof for this was reached from the results of aminolysis in the presence of solubilized water. Micellar DAP enhance the rate of aminolysis by DA by factors ranging from 132 times (Cl/NO2) to 311 times (NO2/ NO2). Ester aminolysis by DA+DAP has activation parameters which are intermediate between those for the reactions with DA, and with DAP, respectively. The Hammett &#961; values were similar to those obtained for the reaction with DAP alone. Based on the previous data schemes for the reactions were suggested. They involve the formation of tetrahedral intermediates (anions for the reaction with DA and with DA+DAP, and zwitterion for the aminolysis by DAP) whose collapse are rate limiting.

A presente Tese tem por objetivo estudar alguns aspectos das interações água-detergente que são importantes para o entendimento das propriedades fisico-químicas da própria micela. além das interações que ocorrem na pseudo-fase micelar. Estas interações foram estudadas utilizando-se duas técnicas: RMN de 1H, para avaliar o efeito de micelas aquosas iônicas, zwitteriônicas e não-iônicas sobre a estrutura da água; e o estudo cinético da hidrólise espontânea de um éster do ácido carbônico, para determinar a reatividade cinética desta água além de, possivelmente, esclarecer alguns aspectos da questão da penetração da água na micela. Foi determinado o efeito da concentração do detergente e a presença de deutério no solvente sobre os deslocamentos químicos dos prótons da água. Foi usada a seguinte série de detergentes: dodecilsulfato de sódio (SOS, aniônico), dodecilbenzenossulfonato de sódio (SDBS, aniônico), perfluoroctanoato de sódio (SPFO, aniônico), cloreto de cetiltrimetilamônio (CTACl, catiônico), éter octilfenil(9,5)polioxietilênico (TX-100) e dodecildimetilamônio-3-propanossulfonato (DDAPS, zwitteriônico). O deslocamento químico dos prótons da água. depende linearmente da concentração de detergente e os coeficientes angulares das retas são sinsíveis à concentração de deutério no solvente. A partir destas correlações foram calculados os fatores de fracionamneto deutério/prótio,&#966; cujas magnitudes dão uma idéia quantitativa do efeito do detergente sobre a estrutura da água. Para averiguar a origem micelar do fracionamento observado, foram determinados também os fatores de fracionamento para compostos modelos. Estes são constituídos de cadeias carbônicas curtas que não formam agregados mas que possuem os mesmos grupos hidrofílicos dos detergentes. Foram usados os seguintes compostos como modelos: butilsulfato de sódio (modelo para SDS), p-tolouenossulfonato de sódio (modelo para SDBS), perfluorobutirato de sódio (modelo para SPFO) e brometo de butiltrimetilamônio (modelo para CTACl). Os resultados obtidos mostram que estes compostos perturbam pouco a estrutura água e são diminuidores da sua estrutura. Os detergentes, com a excessão de DDAPS e TX-100, claramente aumentam a estrutura da água devido a efeitos eletrorrestritivos. Interações inter e intramoleculares entre os íons do DDAPS resultam numa neutralização interna das cargas e explicam o seu pequeno efeito (aumento) sobre a estrutura do solvente. Nao é fácil oferecer uma explicação simples para a diminuição da estrutura da água na presença de TX-100, pois existe a interferência de fatores cujos efeitos sobre o fracionamento não podem ainda ser avaliados. Entre estes destacamos o enrolamento das cadeias oxietilênicas do detergente. a presença de água fisicamente presa entre estas cadeias e o fato de que a distruibição das moléculas de água entre as unidades de oxietileno não é homogênea. Foram determinadas as constantes de velocidade, os parâmetros de ativação e o efeito isotópico cinético do solvente para a hidrólise independente do pH de carbonato de bis(2,4-dinitrofenila) , na presença de SDS, CTABr, CTACl, TX-100 de cetildimetilamônio-3-propanossulfonato (HDAPS) . O efeito micelar foi analisado em termos da transferência do éster do seio aquoso para água micelar, e do efeito salino acoplado a fatores eletrostáticos das micelas iônicas. Como modelo para o efeito da transferência do meio, a reação foi estudada em misturas de água e acetonitrila. O efeito salino foi avaliado estudando a reação em presença de alguns dos compostos-modelo acima mencionados. Houve mudanças marcantes na entropia e na entalpia de ativação da reação somente em presença de grandes quantidades de acetonitrila no solvente (fração molar de 0,55 a 0,90). O efeito salino foi pequeno. Todos os detergentes, especialmente o SDS, diminuiram velocidade da reação devido a fatores entálpicos desfavoráveis. Para ter uma idéia do sítio da solubilização do éster nas micelas usadas, estudamos o efeito de acetato e decanoato de p-nitrofenila (compostos usados como modelo para CDNF), sobre os deslocamentos químicos dos grupos de cada detergente. Os resultados mostram que o sítio de solubilização destes ésteres não está predominantemente na região da superfície da micela. Os ésteres movimentam-se rapidamente (em relação à escala do tempo da RMN), em todo volume da micela. Efetuamos um cálculo simples mostrando que a penetração da água até os primeiros dois grupos metilênicos pode dar origem a um volume hidratado da micela de mais de 50%. Uma consideração dos parâmetros de ativação, dos resultados de RMN de 1H e do significado do cálculo do volume micelar efetuado, nos levou a concluir que nossos dados cinéticos podem ser explicados sem a necessidade de assumir uma micela extensivamente hidratada, como por exemplo aquela proposta pelo modelo de aglomeração poros (porous cluster model). / Study of micelle-water interactions is relevant to the physical chemistry of the micelle itself, and for a better understanding of the interactions occuring therein. In the present thesis two aspects of these interactions were studied: the effect of the organized assembly on the structure of water at the micellar interface, and on the kinetic reactivity of water as probed by examining the pH-independent (spontaneous) hydrolysis of a carbonate ester. The effect of the following surfactants on the structure of water was studied: sodium dodecylsulphate (SDS, anionic) sodium dodecylbenzene sulphonate (SDBS, anionic), sodium perfluorooctanoate (SPFO, anionic), cetyltrimethylammonium chloride (CTACl, cationic), polyoxyethylene (9.5) octylphenyl ether (TX-100, nonionic), dodecyldimethylammonio-3-propane sulphonate (DDAPS, zwitterionic). The dependence of the chemical shift of the water protons on the surfactant concentration, and on the deuterium content of the solvent was used to calculate the deuterium/protium fractionation factor, &#966;. The magnitude of the latter (relative to unity, the fractionation factor for bulk water) gives a quantitative idea of the solvent structure perturbation by the micellar pseudophase. In order to ascertain that the observed D/H fractionation is micelle-induced, the fractionation factors for model compounds were also determined. These were short-chain, i.e., non-aggregating compounds bearing the same head-groups as the surfactants. The following model compounds were used: sodium butylsulphate (model for SDS), sodium p-toluenesulphonate (model for SDBS), sodium perfluorobutyrate (model for SPFO) and butyltrimethylammonium bromide (model for CTACl). The following conclusions were drawn from the determined fractionation factors: whereas the short-chain compounds perturb the structure of water only slightly, and are usually water structure breakers, the presence of the micelles clearly enhances the structure of the solvent. Exceptions are zwitterionic DDAPS (marginal structure enhancement) and nonionic TX-100 (water structure decrease). The behavior of the zwitterionic surfactant was explained based on the negligible electrostrictive effect of the micelle due to inter and intramolecular interactions between the head-ions. A simple rationale for the case of TX-100 is not easy because of can complicate such interpretation: the followino factors that coiling of the oxyethylene chains, physical trapping of water between the chains, noneven distribution of the water molecules along the oxyethylene chains. Rate constants, activation parameters, solvent kinetic isotope effect were determined for the pH-independent hydrolysis of 2,4-dintrophenyl carbonate in the presence of SDS, CTABr, CTACl. TX-100 and cetyldimethylammonio-3-propane sulphonate (HDAPS). The micellar effect was analyzed in terms of a transfer Effect, a salt and an electrostatic effect. The first refers to the transfer of the ester form bulk water to \"micellar\" water, and was mimicked by studying the reaction in water-acetonitrile mixtures. Salt effect was evaluated by conducting the hydrolysis in the presence some of the above mentioned short-chain compounds. For the reaction in aqueous acetonitrile the entropy and enthalpy of activation showed sizable changes only at high mole fraction (0.55 to 0.90) of the organic solvent. Salt effect was negligible. The tested detergents, specially SDS, slow the reaction rate due to unfavorable enthalpy. The solubilization site of the ester in the micelles was assesed by 1H NMR. using p-nitrophenyl acetate and decanoate as models. This study showed that the ester in the micelles is not localized at, or very near, to the micelle/water interface, but is rapidly moving (on the NMR time-scale) all over the micellar volume. Analysis of the obtained activation parameters, coupled with the 1H NMR data, and with the result of simple geometric calculation led us to conclude that deep water penetration in the micelle (e.g ., according to the porous cluster model) is not essential to rationalize our data.

Nenhuma / A corrosão-fadiga é provavelmente um dos mais complexos de todos os fenômenos, sendo influenciada por fatores ambientais, mecânicos, metalúrgicos, somados a uma componente cíclica de tensões. A corrosão-fadiga pode ser definida como a ação combinada de um ambiente agressivo e uma tensão cíclica que conduzem à falha prematura dos metais por trincamento. A maior parte da vida em fadiga está relacionada a uma sucessão de processos durante os quais planos de escorregamento, deformações localizadas, danos e micro trincas se iniciam e desenvolvem até a nucleação de trinca macroscópica. Neste estudo, a influência da solução de NaCl 3,5% nas propriedades de fadiga do aço foi avaliada. Foram analisadas as curvas de S-N-P obtidas sob ambiente corrosivo e comparadas com as curvas de S-N-P obtidas em água destilada. Em geral, a corrosão-fadiga em soluções aquosas é um processo eletroquímico. O mecanismo de iniciação de trincas por corrosão-fadiga proposto para explicar a redução da vida em fadiga de metais em ambientes corrosivos, foi analisado neste trabalho

Secondary working fluids (secondary refrigerants, heat transfer fluids, antifreezes, brines) have long been used in various indirect re-frigeration and heat pump systems. Aqueous solutions (water solu-tions) have long been used as single phase (liquid only) secondary working fluids for cooling in supermarkets, ice rinks, heat recovery systems, heat pumps and other applications. However, aqueous solutions are increasingly used also for freezers in supermarkets and other applications in low temperature refrigeration. Of importance when comparing different secondary working fluids for indirect systems are the following basic thermophysical properties: freezing point, density, viscosity, specific heat, and thermal conductivity. Reliable data of these properties are needed to choose suitable fluid and to make technical calculations of an indirect refrigeration or heat pump system. The main intention of this work has been to select thermophysical property data with good or acceptable technical accuracy of a number of aqueous solutions that can be used by the refrigeration and heat pump industry, rather than focusing on a limited number of property values or scientifically very accurate measuring techniques. A thorough literature search was in view of this made to find the most reliable property values of aqueous solutions. Detailed literature references are given for thermo-physical properties of the following aqueous solutions, without other additives: Ethylene and propylene glycol, ethyl and methyl alcohol, glycerol, ammonia, potassium carbonate, calcium, lithium, magnesium and sodium chlorides as well as potassium acetate and potassium formate. Some laboratory measurements were made of most of the fluid types when literature values were incomplete or deemed unreliable. Methods used are briefly described and results are given. Much of the work was reported on in the Engineering Licentiate Thesis: Thermophysical properties of liquid secondary refrigerants, A Critical Review on Literature References and Laboratory Measure-ments (Melinder 1998a). That material forms the basis for the charts and tables used in the IIR-publication Thermophysical properties of liquid secondary refrigerants (Melinder, 1997). The present thesis reports on an update made since 1998, including re-view work done on two additional fluids not covered in Melinder (1998a). The thesis describes how the selection of property values results in tables and charts intended for the industry. Coefficients for poly-nomial equations are generated from these property values using a Matlab program and this material is intended as a useful tool for computer treatment. Aqueous solution of ethyl alcohol is used as example to see how this process is made. This choice of fluid can also be seen as a test of this method, as the basic thermophysical properties of aqueous solutions of ethyl alcohol present more chal-lenges than the other fluids examined. A comparison is made of a few types of aqueous solutions used as secondary working fluids for two types of applications. The first example is bedrock heat pumps and the second is cooling cabinets in a supermarket. An effort is made to see how the additive con-centration affects the thermal performance. Most aqueous solutions used as single-phase secondary fluids can also be used as ice slurry, a fluid consisting of liquid and ice where small ice crystals are produced, usually with some type of ice generator. The ice crystals are then transported to the cooling object from which heat is removed when ice crystals melt. This results in less temperature change in the cooling object and makes it also possible to reduce the volume flow rate and to use smaller pipe dimensions in the system. In order to choose a secondary fluid for ice slurry use and to make correct technical calculations of the ice slurry system there is a need to examine and evaluate thermo-physical properties and other aspects of ice and of the aqueous solution used. For dimensioning purposes it is of interest to estimate ice mass fraction and enthalpy values and enthalpy-phase diagrams can serve that purpose. This thesis presents enthalpy-phase diagrams made by author that besides isotherms contain lines with ice fraction and lines connecting enthalpies at freezing point and 1, 2, etc. to 10 K below the freezing point curve. / QC 20100609