Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Em meio ao declínio do consumo de cigarros devido ao aumento das campanhas restritivas e a crescente consciência pública dos riscos associados à saúde dos fumantes, as indústrias de cigarros se deparam com o constante desafio de desenvolver novas tecnologias de fabricação e materiais que minimizem os efeitos da fumaça de cigarros sobre a saúde dos consumidores. O sabor e a composição da fumaça ingerida pelo fumante durante o ato de fumar dependem fundamentalmente da combinação do design do cigarro e do blend de fumo utilizado. O interesse na realização desta pesquisa foi avaliar a influência da densidade do filtro de cigarros na redução dos teores dos principais constituintes da fumaça. Para a realização do estudo, protótipos de cigarro foram fabricados em escala industrial, utilizando o mesmo blend de fumo e demais parâmetros de design do cigarro, apenas variando a especificação do denier do acetato de celulose utilizado na fabricação do filtro. O desempenho dos filtros como material filtrante da fumaça foi avaliado em termos da queda de pressão e das propriedades da fibra do cabo de acetato. E, utilizando métodos padronizados, os protótipos de cigarro foram fumados em máquina de fumar e a composição dos teores de alcatrão, nicotina e monóxido de carbono foi determinada para a avaliação da capacidade de retenção dos filtros de cigarro fabricados com diferentes densidades. Os resultados mostram que a utilização de cabos de acetato com menor denier por filamento nos filtros de cigarro apresenta grande desempenho na redução dos constituintes da fase particulada da fumaça, como o alcatrão e a nicotina, porém não apresenta efeito na redução do monóxido de carbono, substância volátil presente na fase vapor da fumaça. No entanto, cabos de acetato com menor espessura dos filamentos somente podem ser utilizados em filtros de cigarro se combinados com outros parâmetros de design de cigarro a fim de não apresentar prejuízo na aceitação do produto junto aos consumidores, devido ao aumento no esforço para a realização da tragada. / In the middle of the cigarette consumption decline caused by the increase of restrictive advertising campaigns and smokers’ health risk public awareness, tobacco industries now encounter the permanent challenge of developing materials and new manufacturing technologies to minimize cigarette smoke effects in regards to consumers’ health. The taste and formulation of the smoke absorbed in the smoking activity crucially depend on the combination between cigarette design and tobacco blend. The aim in this research was to evaluate the influence of cigarette filter density to reduce the level of smoke main constituents. In order to conduct the study, cigarette prototypes were manufactured at industrial proportion, using the same tobacco blend and respective cigarette design parameters, but only varying the denier specification of the cellulose acetate filter tow used to produce the filter. The performance of filters as smoke-filtering materials were evaluated in terms of pressure drop and filter tow fiber properties. And, according standardized methods, cigarette prototypes were smoked in smoking machines, and the composition of tar, nicotine and carbon monoxide levels was determined to evaluate the retention capacity of the cigarette filters manufactured with different densities. Results show that the use of filter tows with low denier per filament in cigarette filters increases smoke particulate phase components removal efficiency, such as tar and nicotine, but it does not present effects to reduce carbon monoxide, volatile substance that exists in the smoke vapor phase. However, filter tows with of filaments can only be used in cigarette filters if combined with other design parameters in order to avoid damage in the product acceptance by consumers due to the increase of effort in the cigarette puff.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, 2015. / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2015-10-08T20:24:01Z No. of bitstreams: 1 2015_EltonCarlosGrossi_Parcial.pdf: 1033402 bytes, checksum: 240561874d013cfd008b8dfc120969ae (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2015-10-08T20:24:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_EltonCarlosGrossi_Parcial.pdf: 1033402 bytes, checksum: 240561874d013cfd008b8dfc120969ae (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-08T20:24:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_EltonCarlosGrossi_Parcial.pdf: 1033402 bytes, checksum: 240561874d013cfd008b8dfc120969ae (MD5) / O mundo se depara atualmente com a perspectiva de um significativo aumento na demanda por etanol. Para evitar que haja o limite da oferta ou a competição pelo uso da terra para a geração de energia e produção de alimentos, especialmente em locais que não dispõem de clima favorável ou extensão territorial para cultivo, torna-se necessário investir no desenvolvimento de tecnologias de segunda geração de produção de etanol. A produção de etanol a partir da biomassa lignocelulósica envolve quatro etapas: pré-tratamento para a remoção da lignina e hemiceluloses, hidrólise da celulose, fermentação da glicose e destilação. Devido ineficiência dos pré-tratamentos e alto grau de cristalinidade da celulose, o rendimento líquido da conversão desse polímero em glicose tem sido um dos grandes desafios na busca por uma tecnologia que viabilize o processo de hidrólise para torná-lo mais competitivo. Dessa forma, o objetivo desse trabalho foi desenvolver tecnologia para a produção de etanol de segunda geração, utilizando como matéria-prima o filtro de cigarro, que é constituído essencialmente por um derivado de celulose obtido do descarte da indústria de cigarro, o acetato de celulose, e dessa forma verificar a influência da substituição dos grupos OH na melhoria do acesso e reatividade da celulose. Os materiais foram analisados pelas técnicas: CHN, DRX, TGA, DSC, FTIR. Os difratogramas de raios X dos materiais mostraram uma grande diferença entre as cristalinidades da celulose e acetato de celulose. As reações de hidrólise foram realizadas em autoclave, à temperatura de 120 °C, variando-se a concentração de H2SO4 e o tempo de reação. A quantificação da glicose foi feita a 505 nm no espectrofotômetro UV-vis, através de teste enzimático colorimétrico utilizando um reagente específico. A composição dos hidrolisados foi analisada por HPLC (high performance liquid chromatography). O rendimento máximo em glicose, 92,3%, foi alcançado para a hidrólise do acetato de celulose em solução de H2SO4, 5%, por 180 minutos. Os testes de fermentação do hidrolisado com o maior teor de glicose foram realizados em biorreator tipo INFORS HT Multifors 2 Cell utilizando YNB e hidrolisado na proporção de 1/1, os quais foram mantidos sob agitação de 200 rpm, temperatura de 30 °C e sem aeração por 25 horas. Como agente fermentador foi utilizada a levedura Saccharomyces cerevisiae. O consumo de glicose e a produção de etanol foram quantificados durante a fermentação a partir de coletas de amostras do meio em intervalos de 2 horas e posterior análise por HPLC. A taxa de conversão da glicose em etanol foi 0,50 g/g e a eficiência da fermentação atingiu valores próximos de 100%. Os resultados encontrados foram extremamente importantes e esse estudo apontou novos caminhos para a hidrólise ácida com base na modificação química da celulose. / The world is currently faced with the prospect of a significant increase in demand for ethanol. To avoid having the limit of the offer or competition for land use for energy generation and food production, especially in locations that lack the favorable climate or land area for cultivation, it is necessary to invest in the development of technologies second generation production of ethanol. The production of ethanol from lignocellulosic biomass involves four stages: pre-treatment for the removal of lignin and hemicellulose, hydrolysis of cellulose, glucose fermentation and distillation. Due inefficiency of pre-treatment and high degree of crystallinity of cellulose, the net income from the conversion of glucose polymer has been a major challenge in the search for a technology that enables the hydrolysis process to make it more competitive. Thus, the objective of this work was to develop technologie for second generation ethanol production, using as raw material the cigarette filter, which consists essentially of a derivative of cellulose obtained by discarding the cigarette industry, cellulose acetate, and thereby determine the influence of replacement of OH groups in improving access and reactivity of cellulose. The materials were analyzed by techniques: CHN, XRD, TGA, DSC, FTIR. The diffractograms ray-X of the materials showed a large difference between the crystallinities of cellulose and cellulose acetate. The hydrolysis reactions were performed in an autoclave at a temperature of 120 °C by varying the concentration of H2SO4 and the reaction time. Quantification of glucose was carried out at 505 nm UVvis spectrophotometer, using enzymatic colorimetric test using a specific reagent. The composition of the hydrolysates were analyzed by HPLC (high performance liquid chromatography). The maximum yield of glucose, 92.3% was achieved for the hydrolysis of the cellulose acetate solution of H2SO4, 5%, for 180 minutes. The hydrolyzate fermentation tests with the highest glucose content were performed in a bioreactor type INFORS HT Multifors 2 Cell using YNB and hydrolyzed in the ratio of 1/1, were kept under stirring at 200 rpm, temperature of 30 °C and without aeration for 25 hours. As fermenting agent used was Saccharomyces cerevisiae. The glucose consumption and ethanol production were quantified during fermentation from the sample collection means at intervals of 2 hours and subsequent HPLC analysis. The rate of conversion of glucose into ethanol was 0.50 g / g and the efficiency fermentation eached values close to 100%. The results were extremely important and this study found new ways to acid hydrolysis based on the chemical modification of cellulose.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:19:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CESAR_Natalia_2013.pdf: 4350279 bytes, checksum: 6bb996ac8fb178b63b5845f8f96653d3 (MD5) Previous issue date: 2013-02-19 / Financiadora de Estudos e Projetos / Composite is a material composed mainly of two phases, the matrix which is continuous and surrounds the other phase, which is called the dispersed phase or stage reinforcement. Nanocomposites are obtained by incorporating reinforcing agent in nanosize in matrices of various origins. The properties of these materials depend on the whiskers, the polymer matrix and the interaction at the interface. Interest in cellulose nanocrystals has grown due to exceptional mechanical characteristics of these materials, the environmental benefits and the low cost. The greatest difficulty in producing them is due to the lack of compatibility with polymer matrices, because the matrices typically exhibit hydrophobic character as opposed to the hydrophilic character of the whiskers, with low interaction in the region of the interface material properties are negatively affected . Among the existing polymer matrix is cellulose acetate polymer which is a cellulose derivative. For the use of whiskers in a matrix of ethyl cellulose, a change in the nanocrystal surface of cellulose using Dianidrido benzofenona tetracarboxílico ou 3,3 ,4,4 (BTDA) was performed. The main objective of this work was to prepare and characterize nanocomposites consisting of cellulose acetate reinforced with whiskers (with and without chemical modification of the surface). It was possible to characterize chemical, thermal and morphologically fibers (young and senescent) of crude and bleached macrophyte Typha domingensis, like whiskers that were extracted from the central parts (young and senescent) of this macrophyte, and it was also possible to characterize acetate films cellulose (mother) and nanocomposites reinforced with whiskers (with and without surface modification). Of all the films prepared, this project allowed select the best property that had mechanics that the nanocomposite was 1.1% - whiskers (senescent) with surface modification and ultrasound, its tensile strength showed an improvement of 66.26% compared to cellulose acetate film. / Compósito é um material constituído basicamente por duas fases; a matriz a que é contínua e envolve a outra fase, que é denominada fase dispersa ou fase reforço. Nanocompósitos são obtidos pela incorporação de agente de reforço de tamanho nanométrico em matrizes de diversas origens. As propriedades destes materiais dependem dos whiskers, da matriz polimérica e da interação na interface. O interesse por nanocristais de celulose tem crescido devido às características mecânicas excepcionais destes materiais, dos benefícios ambientais e do baixo custo. A maior dificuldade em produzi-los é decorrente da falta de compatibilidade com as matrizes poliméricas; pois as matrizes, geralmente, apresentam caráter hidrofóbico em oposição ao caráter hidrofílico dos whiskers; com a baixa interação na região da interface as propriedades do material são afetadas negativamente. Dentre as matrizes poliméricas existentes encontra-se o acetato de celulose que é um polímero derivado da celulose. Para a utilização dos whiskers em matriz de acetato de celulose, uma mudança superficial nos nanocristais de celulose utilizando Dianidrido benzofenona tetracarboxílico ou 3,3 ,4,4 (BTDA) foi realizada.O objetivo principal deste trabalho foi preparar e caracterizar nanocompósitos constituídos de acetato de celulose reforçados com whiskers (com e sem modificação química de superfície). Foi possível caracterizar química, térmica e morfologicamente as fibras (jovem e senescente) brutas e branqueadas da macrófita Typha domingensis, assim como os whiskers que foram extraídos das partes centrais (jovem e senescente) desta macrófita, e também foi possível caracterizar os filmes de acetato de celulose (matriz) e os nanocompósitos reforçados com os whiskers (com e sem modificação química de superfície). Dentre todos os filmes preparados, este projeto permitiu selecionar o que apresentou melhor propriedade mecância que foi o nanocompósito 1,1% - whiskers (senescente) com modificação superficial e ultrasom, sua resistência a tração apresentou uma melhoria de 66,26% se comparado ao filme de acetato de celulose.

This work contributes to the study of the production of biodiesel from sunflower oil, starting with oil analysis and obtaining biodiesel using methyl and ethyl routes from the transesterification reaction. The catalysts used were homogeneous and basic. For the optimization of reaction conditions, the variables examined were: molar ratio, speed, reaction time, catalyst type, catalyst concentration and temperature. For ethyl biodiesel, time, rotation and catalyst concentration are the variables most important operational, while for methyl biodiesel, the catalyst concentration, time and temperature are most relevant. The conditions for maximum yield were determined by factorial design: potassium hydroxide (KOH) as the catalyst, molar ratio of alcohol: oil 6:1; rotation of 260 rpm catalyst concentration of about 0.19% (w / w); temperature of 308 K and reaction time of 35 min, for ethyl biodiesel . For biodiesel methyl were: potassium hydroxide (KOH) as the catalyst, molar ratio of alcohol: oil 6:1; rotation of 189 rpm; temperature of 319 K; catalyst concentration of about 0.42% (w / w) and reaction time of 60 min. The process has a tolerance for the variables of greatest influence on the reaction, which means that small variations quantitative individual conditions do not significantly affect the overall yield, allowing greater control of the process. The biodiesels optimized were characterized (physical-chemical analysis) according to standards of the ANP - National Agency of Petroleum, Natural Gas and Biofuels. Through the thermal expansion coefficients of biodiesels obtained mathematical algorithms for biodiesel methyl and ethyl, respectively, μT = μ measured 0,7330 × (T T measured) e μT = μ measured 0,7340 × (T T measured). These algorithms allow the correction of the specific mass of biodiesel, important business transactions. You can observe significant differences between the mathematical models established compared to the results by standard EN 14214. / Este trabalho contribui para o estudo da produção de biodiesel a partir do óleo de girassol, iniciando pela análise físico-química do óleo e a obtenção do biodiesel utilizando as rotas metílica e etílica, a partir da reação de transesterificação. Os catalisadores utilizados foram homogêneos e básicos. Para a otimização das condições reacionais foram analisadas as variáveis: razão molar, rotação, tempo de reação, tipo de catalisador, concentração de catalisador e temperatura. Para o biodiesel etílico, o tempo, a rotação e concentração de catalisador são as que revelaram maior importância operacional, enquanto que para o biodiesel metílico a concentração de catalisador, o tempo e a temperatura são mais relevantes. As condições de rendimento máximo determinado pelo planejamento fatorial foram: hidróxido de potássio como catalisador; razão molar de álcool:óleo 6:1; rotação de 260 rpm; concentração do catalisador de aproximadamente 0,19% (m/m); temperatura de 35ºC e tempo de reação de 35 min, para o biodiesel etílico. Para biodiesel metílico foram: hidróxido de potássio como catalisador; razão molar de álcool:óleo 6:1; rotação de 189 rpm; temperatura de 46ºC; concentração do catalisador de aproximadamente 0,42% (m/m) e tempo de reação de 60 min. O processo apresenta uma tolerância para as variáveis de maior influência sobre a reação, o que significa que pequenas variações quantitativas individuais das condições não afetam significativamente o rendimento global permitindo um maior controle do processo. Os biodieseis otimizados foram caracterizados (análise físico-química) segundo normas da ANP Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. Através dos coeficientes de dilatação térmica dos biodieseis obteve-se os algoritmos matemáticos para o biodiesel metílico e etílico, respectivamente: μT = μ medida 0,7330 × (T T medida) e μT = μ medida 0,7340 × (T T medida). Estes algoritmos permitem a correção das massas específicas dos biodieseis, importante para transações comerciais. Pode-se observar diferenças significativas entre os modelos matemáticos estabelecidos confrontados com os resultados pressupostos pela norma EN 14214. / Mestre em Química

Em meio ao declínio do consumo de cigarros devido ao aumento das campanhas restritivas e a crescente consciência pública dos riscos associados à saúde dos fumantes, as indústrias de cigarros se deparam com o constante desafio de desenvolver novas tecnologias de fabricação e materiais que minimizem os efeitos da fumaça de cigarros sobre a saúde dos consumidores. O sabor e a composição da fumaça ingerida pelo fumante durante o ato de fumar dependem fundamentalmente da combinação do design do cigarro e do blend de fumo utilizado. O interesse na realização desta pesquisa foi avaliar a influência da densidade do filtro de cigarros na redução dos teores dos principais constituintes da fumaça. Para a realização do estudo, protótipos de cigarro foram fabricados em escala industrial, utilizando o mesmo blend de fumo e demais parâmetros de design do cigarro, apenas variando a especificação do denier do acetato de celulose utilizado na fabricação do filtro. O desempenho dos filtros como material filtrante da fumaça foi avaliado em termos da queda de pressão e das propriedades da fibra do cabo de acetato. E, utilizando métodos padronizados, os protótipos de cigarro foram fumados em máquina de fumar e a composição dos teores de alcatrão, nicotina e monóxido de carbono foi determinada para a avaliação da capacidade de retenção dos filtros de cigarro fabricados com diferentes densidades. Os resultados mostram que a utilização de cabos de acetato com menor denier por filamento nos filtros de cigarro apresenta grande desempenho na redução dos constituintes da fase particulada da fumaça, como o alcatrão e a nicotina, porém não apresenta efeito na redução do monóxido de carbono, substância volátil presente na fase vapor da fumaça. No entanto, cabos de acetato com menor espessura dos filamentos somente podem ser utilizados em filtros de cigarro se combinados com outros parâmetros de design de cigarro a fim de não apresentar prejuízo na aceitação do produto junto aos consumidores, devido ao aumento no esforço para a realização da tragada. / In the middle of the cigarette consumption decline caused by the increase of restrictive advertising campaigns and smokers’ health risk public awareness, tobacco industries now encounter the permanent challenge of developing materials and new manufacturing technologies to minimize cigarette smoke effects in regards to consumers’ health. The taste and formulation of the smoke absorbed in the smoking activity crucially depend on the combination between cigarette design and tobacco blend. The aim in this research was to evaluate the influence of cigarette filter density to reduce the level of smoke main constituents. In order to conduct the study, cigarette prototypes were manufactured at industrial proportion, using the same tobacco blend and respective cigarette design parameters, but only varying the denier specification of the cellulose acetate filter tow used to produce the filter. The performance of filters as smoke-filtering materials were evaluated in terms of pressure drop and filter tow fiber properties. And, according standardized methods, cigarette prototypes were smoked in smoking machines, and the composition of tar, nicotine and carbon monoxide levels was determined to evaluate the retention capacity of the cigarette filters manufactured with different densities. Results show that the use of filter tows with low denier per filament in cigarette filters increases smoke particulate phase components removal efficiency, such as tar and nicotine, but it does not present effects to reduce carbon monoxide, volatile substance that exists in the smoke vapor phase. However, filter tows with of filaments can only be used in cigarette filters if combined with other design parameters in order to avoid damage in the product acceptance by consumers due to the increase of effort in the cigarette puff.

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2018-06-19T14:36:26Z No. of bitstreams: 1 PDF - Alana Rafaela Albuquerque Barros.pdf: 25376973 bytes, checksum: 1f98c715b47e614e328336a9d1710370 (MD5) / Approved for entry into archive by Secta BC (secta.csu.bc@uepb.edu.br) on 2018-07-03T17:48:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PDF - Alana Rafaela Albuquerque Barros.pdf: 25376973 bytes, checksum: 1f98c715b47e614e328336a9d1710370 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-03T17:48:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Alana Rafaela Albuquerque Barros.pdf: 25376973 bytes, checksum: 1f98c715b47e614e328336a9d1710370 (MD5) Previous issue date: 2016-08-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The use of new carrier systems of drugs is already a reality in the pharmaceutical field. The use of polymeric microparticles shows an interesting option for the development of a controlled release formulation. The polymers used in the production of these systems can be extracted from naturally occurring materials such as plants or synthesized chemically. The cellulose acetate is one of cellulose derivatives with greater commercial importance, mainly due to the following properties: be neutral polymer, having the ability to form transparent films, low cost and is nontoxic. Among the plants that can be used to obtain polymers is the cactus pear Opuntia ficus-indica (L.) Miller cellulose to present its constitution, may be a promising source for obtaining this polymer. This study aimed to obtain and characterize the cellulose acetate from cellulose extracted from this plant and use it in the production of microparticle system for incorporation and control the release of captopril. For the characterization of cellulose acetate microparticles were used techniques such as Infrared Spectroscopy Fourier Transform (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM) and X-Ray Diffraction (XRD). The microparticles were produced by spray drying in a spray-dryer. The botanical collection and identification of Opuntia ficus-indica (L.) Miller was held at the National Institute of semiarid (INSA). The plant was dried, pulverized and subjected to successive chemical treatments for obtaining / producing pulp and purification of the acetylated derivative. The yield of extraction of cellulose by the method adopted was 8.41%, the analyzes of the microparticles confirmed their identity and quality presenting as spherical structures, predominantly tri (triacetate), with amorphous profile and little cohesive with intermediate resistance fluidity. It was concluded therefore that the obtained cellulose acetate of the cactus pear had good technological properties for application in the production of microparticles of captopril. / O uso de novos sistemas carreadores de fármacos já é uma realidade no campo farmacêutico. A utilização de micropartículas poliméricas se mostra uma interessante opção para o desenvolvimento de uma formulação de liberação controlada. Os polímeros utilizados na produção desses sistemas podem ser extraídos de materiais de origem natural, como os vegetais, ou sintetizados quimicamente. O acetato de celulose é um dos derivados da celulose com maior importância comercial, principalmente devido às seguintes propriedades: ser polímero neutro, ter a capacidade de formação de filmes transparentes, baixo custo e é atóxico. Entre as plantas que podem ser utilizadas para a obtenção de polímeros está à palma forrageira Opuntia ficus-indica (L.) Miller que por apresentar celulose em sua constituição, pode ser uma fonte promissora para obtenção deste polímero. O presente trabalho teve como objetivo obter e caracterizar o acetato de celulose a partir da celulose extraída desta planta e utilizá-lo na produção de sistema microparticulado para incorporação e controle da liberação do captopril. Para a caracterização das micropartículas de acetato de celulose foram utilizadas técnicas como Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourrier (FTIR), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Difração de Raios-X (DRX). As micropartículas foram produzidas por meio da secagem por atomização em spray-dryer. A coleta e identificação botânica da Opuntia ficus-indica (L.) Miller foi realizada no Instituto Nacional do semiárido (INSA). A planta foi seca, pulverizada e submetida a tratamentos químicos sucessivos para obtenção/purificação da celulose e produção do derivado acetilado. O rendimento da extração da celulose pelo método adotado foi de 8,41%, as análises realizadas das micropartículas confirmaram sua identidade e qualidade apresentando-se como estruturas esféricas, predominantemente trissubstituído (triacetato), com perfil amorfo, e pouco coesivas com resistência intermediária à fluidez. Concluiu-se, portanto, que o acetato de celulose obtido da palma forrageira apresentou boas propriedades tecnológicas para aplicação na produção de micropartículas do captopril.

Submitted by MARCOS LEANDRO TEIXEIRA DE OLIVEIRA (marcosteixeira@ufv.br) on 2018-10-10T11:36:36Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 5603203 bytes, checksum: f374970d2b0531ad42846e59902d9dc2 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-10T11:36:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 5603203 bytes, checksum: f374970d2b0531ad42846e59902d9dc2 (MD5) Previous issue date: 2018-06-04 / Biocarvões ou biochars, materiais recalcitrantes e ricos em carbono, são obtidos a partir da pirólise de biomassa e têm sido objeto de estudos recentes em diferentes aplicações, dentre elas: melhoria das propriedades dos solos, remoção de contaminantes da água, gestão de resíduos, mitigação das mudanças climáticas e produção de energia. Os principais efeitos da aplicação dos biocarvões ao solo são o aumento do seu pH e a melhoria na produção das culturas. Biocarvões também têm demonstrado elevada capacidade de remoção de contaminantes da água, porém, devido a sua carga superficial predominantemente negativa, alterações químicas em sua superfície por meio de cátions têm sido avaliadas para possibilitar a adsorção de contaminantes aniônicos, como o fosfato. O fósforo (P), além de ser um potencial causador de eutrofização em corpos hídricos, é um nutriente para as plantas, sendo proveniente de uma fonte finita, em suas reservas naturais. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um biocarvão capaz de remover P de solução aquosa e reaproveitar esse material enriquecido com P na agricultura, fechando assim um ciclo sustentável da utilização deste nutriente. No primeiro capítulo desta tese são apresentadas a síntese e caracterização de um biocarvão proveniente de resíduos de cenoura (Daucus carota L.), pré tratada em uma solução contendo magnésio para adsorção de P. As técnicas de caracterização indicaram que após a adsorção de P pelo biocarvão ocorreu a formação do composto Mg(H 2 PO 4 ) 2 no material, que apresentou capacidade máxima de adsorção de P de 138 mg g -1 , conforme o modelo da Isoterma de Langmuir. No segundo capítulo, a reutilização do biocarvão enriquecido com P (B/Mg-P) como um fertilizante fosfatado foi avaliada comparativamente à utilização de superfosfato triplo (ST), fertilizante de uso comercial, na cultura do milho cultivada em casa de vegetação. Os resultados obtidos demonstraram que não houve diferença significativa, pelo teste de Tukey a 5%, no conteúdo de P exportado pelas plantas e na taxa de recuperação do P aplicado entre o B/Mg-P e o ST, indicando que o B/Mg-P pode ser aplicado ao solo com o objetivo de fornecer P para as plantas, sendo ainda capaz de garantir o uso sustentável de P na produção agrícola. Paralelamente, outro objetivo deste trabalho foi desenvolver um filme híbrido de polímero biodegradável e biocarvão capaz de remover P da água eutrofizada, apresentando a vantagem de ser facilmente coletado após a adsorção. Dessa forma, no terceiro capítulo é apresentada a síntese e a caracterização deste novo filme e, ainda, os estudos de adsorção de P. A capacidade de remoção de P conforme o modelo da Isoterma de Langmuir foi de, aproximadamente, 22 mg g -1 . Devido as características de adsorção e sua biodegradabilidade, esse filme apresenta potencial para ser aplicado na agricultura como fonte de P para as plantas. / Biochars, recalcitrant materials and rich in carbon are obtained from the pyrolysis of biomass and have been the subject of recent studies in different applications, among them: improvement of soil properties, removal of contaminants from water, waste management, mitigation of climate change and energy production. The main effects of the application of biochars to the soil are the increase of their pH and the improvement in crop production. Biochars have also shown a high capacity for the removal of contaminants from water, however, due to their predominantly negative surface charge chemical changes in their surface by cations have been evaluated to allow the adsorption of anionic contaminants, such as phosphate. Phosphorus (P), besides being a potential cause of eutrophication in water bodies, is a nutrient for the plants, coming from a finite source. In this sense, the objective of this work was to develop a biochar capable of removing P from aqueous solution and reuse this material enriched with P in agriculture closing a sustainable cycle of the use of this nutrient. In the first chapter of this thesis are presented the synthesis and characterization of a biochar from carrot residue (Daucus carota L.), pretreated in a solution containing magnesium for adsorption of P. Characterization techniques indicated that after adsorption of P by the formation of the compound Mg(H 2 PO 4 ) 2 in the material, which presented a maximum P adsorption capacity of 138 mg g -1 , according to the Langmuir Isotherm model. In the second chapter, the reuse of P-enriched biochar (B/Mg-P) as a phosphate fertilizer was evaluated in comparison to the use of triple superphosphate (TS), commercial fertilizer, in maize grown under greenhouse conditions. The results showed that there was no significant difference in the content of P exported by the plants and in the recovery rate of P applied between B/Mg-P and TS, indicating that B/Mg -P can be applied to the soil with the objective of providing P to the plants, and is still able to guarantee the sustainable use of P in agricultural production. In parallel, another objective of this work was to develop a hybrid film of biodegradable polymer and biochar capable of removing P from eutrophic water, with the advantage of being easily collected after adsorption. Thus, in the third chapter we present the synthesis and characterization of this new film and also the adsorption studies of P. The capacity of removal of P according to the Langmuir Isotherm model was approximately 22 mg g -1 . Due to the adsorption characteristics and its biodegradability, this film has potential to be applied in agriculture as a source of P for plants.

Orientador: Maria do Carmo Gonçalves / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-05T05:20:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_CristianeAparecidada_M.pdf: 2437144 bytes, checksum: 63196f11ed7768a6c3e232e446d45e21 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O tema central deste trabalho foi a preparação, a caracterização morfológica e a avaliação das propriedades físicas de híbridos de acetato de celulose e polissiloxanos utilizando o processo sol-gel. Inicialmente, foram sintetizadas unidades funcionais a partir da reação dos monômeros orgânicos pentaeritritoltriacrilato (PETA) ou trisisocianurato (TI) com aminopropiltrietoxissilano (APTS). Estas unidades foram utilizadas como agentes modificadores das cadeias de acetato de celulose (AC). Os híbridos foram preparados através de reações de hidrólise e condensação das unidades funcionais na presença do acetato de celulose. A caracterização morfológica dos híbridos foi feita utilizando microscopias eletrônicas de varredura e de transmissão. As propriedades físicas foram avaliadas por termogravimetria, calorimetria diferencial de varredura e análise dinâmico-mecânica. Os principais resultados obtidos são os seguintes: (i) as análises dos espectros de infravermelho permitiram acompanhar as reações de formação das unidades funcionais APTS-PETA e APTS-TI; (ii) os filmes híbridos apresentaram estabilidade térmica comparável ao acetato de celulose, segundo análises efetuadas por termogravimetria; (iii) a análise por espectroscopia de energia dispersiva acoplada à microscopia eletrônica de varredura confirmou a distribuição uniforme de silício em todos os filmes híbridos obtidos; (iv) a morfologia desses híbridos foi caracterizada por nanodomínios formados pela condensação das unidades funcionais, ricos em siloxano, dispersos na matriz de acetato de celulose; (v) a distribuição desses nanodomínios ricos em polissiloxanos na matriz de AC explica a complexidade do comportamento dinâmico-mecânico desses híbridos e (vi) o efeito da reticulação das cadeias de AC promoveu a estabilização no módulo de armazenamento com o aumento de temperatura. Concluindo, a modificação do acetato de celulose com polissiloxanos, a partir da técnica sol-gel, permitiu obter materias híbridos com características interessantes que permitem estender o uso deste polímero em aplicações que requerem menor caráter hidrofílico. / Abstract: The main purpose of this work was to prepare, to morphologically characterize and to evaluate the physical properties of cellulose acetate and polysiloxane hybrids, by using the sol-gel process. Initially, functional units were obtained from the reaction between pentaerytritoltriacrylate (PETA) or tris-isocianurate (TI) and aminopropyltriethoxysilane (APTS). These units were used as an inorganic network precursor for the modification of the cellulose acetate (CA) chains. The CA-modified hybrids were prepared via both hydrolysis and condensation reactions of the functional units in the presence of cellulose acetate. The morphology of the hybrids was investigated by transmission and scanning electron microscopies. The physical properties were evaluated by thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry and dynamic mechanical analysis. The main results were as follows: (i) infrared spectroscopy analysis confirmed the reaction formation of the APTS-PETA or APTS-TI functional units; (ii) the hybrid films showed thermal stability similar to pure CA; (iii) energy dispersive spectroscopic analysis in the scanning electron microscope confirmed the uniform dispersion of Si in the hybrid films; (iv) the morphology of theses hybrids was characterized by inorganic nanodomains dispersed in the CA matrix; (v) the polydispersion of these inorganic nanodomains explained the complex dynamic mechanical behavior of these hybrids and (vi) the crosslinking effect of the CA chains promoted storage module stabilization with the temperature increase. The modification of the cellulose acetate with polysiloxanes, via sol-gel process, resulted in hybrid materials with interesting characteristics that suggested the use of this polymer in applications that require lower hydrophilic properties. / Mestrado / Físico-Química / Mestre em Química

Orientador: Maria do Carmo Gonçalves / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T19:32:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Brandao_LarissaReis_D.pdf: 4901816 bytes, checksum: e2662ff13e1db4f6ba5a090882ebef83 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Neste trabalho foram preparados compósitos de acetato de celulose e polissiloxano, usando 3-isocianatopropiltrietoxissilano como agente de acoplamento em dois solventes distintos: tetrahidrofurano e N,N-dimetilformamida. A estrutura, os comportamentos térmico e dinâmico-mecânico, e a morfologia dos compósitos obtidos foram investigados. Inicialmente, o acetato de celulose foi modificado com o agente de acoplamento, por meio da reação entre os grupos hidroxila presentes na cadeia do acetato de celulose e os grupos isocianato presentes no agente de acoplamento. Os compósitos de acetato de celulose/polissiloxano foram então preparados usando duas etapas: (1) hidrólise seguida pela reação de condensação do acetato de celulose modificado na presença de água e (2) reação de condensação do acetato de celulose modificado na presença de polidimetilssiloxano com terminações silanol. Os compósitos, preparados em ambos solventes, apresentaram separação de fases que foi confirmada pela presença de micro e nanodomínios de siloxano dispersos na matriz de acetato de celulose, com boa adesão interfacial entre as fases. Os resultados demonstraram, para os compósitos preparados em tetrahidrofurano, que a incorporação da fase polissiloxano na matriz de acetato de celulose causou uma diminuição na temperatura de transição vítrea, módulo de armazenamento e dureza e um aumento do caráter hidrofóbico da superfície do acetato de celulose. Por outro lado, para os compósitos em N,N-dimetilformamida, a incorporação da fase polissiloxano causou um aumento na temperatura de transição vítrea, módulo de armazenamento e caráter hidrofóbico. Os compósitos apresentaram estabilidade térmica similar ao acetato de celulose puro, para os compósitos preparados em ambos os solventes. Foram preparados também nanocompósitos de acetato de celulose/nanocristais de celulose, pelo método casting, usando 3-isocianatopropiltrietoxissilano como agente de acoplamento. Os nanocristais de celulose foram obtidos a partir da hidrólise ácida com ácido clorídrico de fibras de algodão. Os nanocristais apresentaram formato de agulha. Os nanocompósitos preparados foram avaliados quanto às suas características estruturais, térmicas, dinâmico-mecânicas e morfológicas. Os nanocompósitos de acetato de celulose/nanocristais de celulose apresentaram uma diminuição na Tg e um aumento no módulo de armazenamento e no caráter hidrofóbico da superfície do acetato de celulose. Por outro lado, o nanocompósito de acetato de celulose modificado/nanocristais de celulose apresentou diminuição do caráter hidrofóbico quando comparado com o compósito acetato de celulose/polissilsesquioxano. Não foi observada variação na estabilidade térmica. Análises de microscopia eletrônica confirmaram a boa dispersão dos nanocristais de celulose na matriz de acetato de celulose, o que foi também confirmada pela transparência dos filmes obtidos. A metodologia proposta é, portanto, conveniente para a preparação de compósitos de acetato de celulose/polissiloxano, bem como nanocompósitos contendo nanocristais de celulose, o que permite obter materiais com propriedades úteis / Abstract: In this work, cellulose acetate and polisiloxane composites were prepared from 3-isocianatepropiltrietoxisilane as a coupling agent in two different solvents: tetrahidrofurane and N,N-dimethilformamide. The structure, thermal and dynamic-mechanical behavior, and morphology of the obtained composites were investigated. Initially, the cellulose acetate was modified with the coupling agent, by means of a reaction between the hydroxyl groups present in the cellulose acetate chain and the isocianate groups present in the coupling agent. The cellulose acetate/polisiloxane composites were prepared using two steps: (1) hydrolysis followed by condensation reaction of the cellulose acetate modified in the presence of water and (2) condensation reaction of the cellulose acetate modified in the presence of the polidimethilsiloxane with silanol endings. The composites prepared in both solvents presented phase separation which was confirmed by siloxane micro and nanodomains dispersed in the matrix of the cellulose acetate with good interfacial adhesion between the phases. The results demonstrated that for the composites prepared in THF, the incorporation of the polisiloxane phase in the cellulose acetate matrix caused a decreasing in the vitreous transition, storage and hardness moduli and an increasing of the hydrophobic character of the surface of the cellulose acetate. On the other hand, for the composites in DMF, the incorporation of the polisiloxane phase caused an increase in the vitreous transition, storage modulus and hydrophobic character. The composites presented thermal stability similar to the pure cellulose acetate for the composites prepared in both solvents. Nanocomposites of cellulose acetate/cellulose nanocrystals were also prepared of by the casting method using 3-isocianatepropiltrietoxisilane as a coupling agent. The cellulose nanocrystals were obtained from an acidic hydrolysis of cotton fibers. The nanocomposites prepared were investigated according to their structural, thermal, dynamic-mechanical and morphological characteristics. The nanocomposites of cellulose acetate/cellulose nanocrystals presented a decrease in the Tg and an increase in the storage modulus in relation to the CA matrix, but it was not observed a variation in the thermal stability. Microscopic analysis confirmed the good dispersion of the cellulose nanocrystals in the cellulose acetate matrix, which it was also confirmed by the transparency of the obtained films. Therefore, the proposed methodology is convenient for the preparation of the cellulose acetates/polisiloxane as well as nanocomposites containing cellulose nanocrystals, which allows to obtain materials with useful properties / Doutorado / Físico-Química / Doutora em Ciências