Orientador: Konstantin Georgiev Kostov / Banca: Maurício Antonio Algatti / Banca: Cristiane Yumi Koga Ito / Resumo: Este trabalho teve por objetivo estudar a propriedade do plasma em pressão atmosférica para esterilização de materiais termossensíveis. Para testar a propriedade do plasma frio de esterilizar materiais termossensíveis, concentramos nossos experimentos no plasma gerado por descarga com barreira dielétrica (DBD). Para realizar nossos experimentos usamos os microrganismos Cândida albicans ATCC18804, Escherichia coli ATCC23922, Bacillus subtilis ATCC19659, e Staphylococcus aureus ATCC 6538. Primeiramente, realizamos descarga DBD sobre uma placa de microtitulação contendo suspensões de microrganismos, mas observamos que, neste caso, a descarga DBD não teve eficácia na esterilização, devido a não penetração das entidades reativas (ozônio, UV), dentro desse volume de microrganismos. Modificamos nosso sistema, colocando um eletrodo adaptado a uma placa de Petri, e aplicamos a descarga DBD sobre os microrganismos em suspensão semeados em Agar. Realizamos exposição de 2, 5, 10, 15 e 20 minutos, com 1,1W de potência, tensão de 40kV pico-a-pico e aproximadamente 1 cm de distância entre o eletrodo superior e o meio de cultura. Observamos o crescimento dos meios de cultura tratados (contagem de UFC) e analisamos a morfologia dos microrganismos tratados em comparação com as amostras sem tratamento, através de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Através desses experimentos, pudemos observar que, no caso de superfícies, o plasma é um método de esterilização eficiente e rápido. Isso porque, durante a descarga são formados ozônio, fótons UV, e partículas livres carregadas, que podem contribuir para o efeito esterilizante / Abstract: The objective of this work was to investigate the application of plasma at atmospheric pressure for sterilization of termosensitive materials. To test the capability of cold plasma to sterilize termosensitive materials, we concentrated our study on the plasma generated by a dielectric barrier discharge (DBD). In our experiments we used the microorganisms Candida albicans ATCC18804, Escherichia coli ATCC23922, Bacillus subtilis ATCC19659, and Staphylococcus aureus ATCC 6538. Firstly, we produce a DBD discharge in a microtitulation plate containing suspensions of the microorganism and no sterilization effect was observed. This is due to the fact that no penetration of the reactivates species (ozone, UV) inside of the volume of microorganisms. We modified our system, putting an adapted electrode on the cover of a Petri plate, and we applied the DBD discharge on microorganisms in suspension sowed in Agar. We used different times of treatment (2, 5, 10, 15 and 20 minutes), with mean power of 1,1W, 40kV pick-to-pick voltage and approximately 1 cm of distance between the superior electrode and the culture media. We evaluate the growth on the treated culture media (counting the colony-forming unit - CFU) and also analyzed the morphology of the treated microorganisms in comparison with the samples without treatment, through scanning electronic microscopy (SEM). Through these experiments, we could observe that, applied on a surfaces, the plasma is an efficient and fast sterilization method. This is because during the discharge are formed ozone, UV photons, and free particles, that can contribute to the effect of sterilization / Mestre

Orientadores : Edison Bittencourt, Choyu Otani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-03T02:43:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dutra_JorgeCarlosNarciso_D.pdf: 6742429 bytes, checksum: c25c1a375742550ef71e97c474aea7e0 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: A utilização de borracha na indústria aeroespacial é citada principalmente, como proteções ténnicas de mísseis e foguetes, porém, o desafio tecnológico, que ainda persiste, é obter um nível de adesão satisfatório, aos materiais poliméricos usados como adesivos ou combustíveis sólidos. No presente trabalho, foi estudado o efeito do tratamento da superficie da borracha vulcanizada à base de etileno-propileno-dieno monômero (EPDM) por meio da utilização da tecnologia de plasma frio, que tem sido assunto de estudo por vários pesquisadores nestes últimos anos. A escolha da borracha EPDM se deve à sua excelente propriedade ténnica e boas propriedades mecânicas, porém, apresenta baixo nível de adesividade. O tratamento a plasma frio foi escolhido por ser um processo de ativação de superficie rápido, eficiente e bastante promissor, requerendo elevado conhecimento tecnológico tanto na escolha do tipo de processo a plasma quanto na preparação da composição elastomérica utilizada. Inicialmente, foi estudada uma composição de borracha denominada EPDMI A por meio de análises FT -IR, mas fatores tais como, a presença de sílica como carga e, a ligação Si-O absorver na mesma região do espectro que a ligação CO, impediram o acompanhamento das mudanças na superficie da borracha provocada pelo plasma. Baseado nestas infonnações, decidiu-se eliminar a sílica e preparar uma outra composição elastomérica denominada EPDMIB. Foram avaliadas suas propriedades mecânicas e ténnicas por meio de análises de reométricas, dinanométricas, TG, DSC e DMA com o intuito de qualificação aeroespacial. As amostras de borracha EPDM foram tratadas com plasma fonnado a partir de gás O2, Ar e de mistura de O2/ Ar em reator tipo RIE operando a 13,54 MHz e em diferentes condições de pressão, fluxo, potência de rf, composição e tempo exposição. As características químicas, fisico-químicas e morfológicas da superficie da amostra de borracha foram estudadas por meio de FT - IR, ESCA, AFM, MEV, goniômetro e teste de adesão. Com base nos resultados, é possível afinnar que o tratamento com plasma de mistura de O2 e Ar de borracha sintética vulcanizada EPDM é um processo alternativo promissor de tratamento de superfície que amplia a adesividade deste material. Este efeito é produzido como resultado de múltiplas ações superficiais que o plasma produz, das quais as principais são: homogeneização e aumento da rugosidade (ablação), ativação superficial (incorporação de grupos químicos ativos) e limpeza de superficie (remoção de agentes contaminantes e camadas ligantes de baixa resistência) / Abstract: The surface of vulcanized ethylene-propylene diene monomer (EPDM) rubber is highiy hydrophobic and so it is not suited for a number of potential applications, in particular, for to the polyurethane liner of solid propellants used in missiles and rocket. In this case, plasma treatment is a very attractive process to improve their adhesive properties. The EPDM rubber is an important material for rocket engine technology due to its thermal and mechanical characteristics. The improvement of the adhesion characteristics of EPDM on other kinds of polymers, using plasma technology, has been the major subject of many research works. carried out during the last years. In this work, the EPDM surface activation process was carried out in a reactive ion etching reactor (RIE) operated at 13,56 MHz using pure oxygen and a gas mixture of argon and oxygen in different proportions (6:0, 5:1,4:2, 3:3, 2:4, 1:5,0:6), with a total flow of 60 sccm. These essays were performed varying the process pressure from 70 mTorr to 1000 mTorr, process time from 1min to 20min and RF power input from 50W to 300W. In the order to investigate the influence ofthe parameters on the modifications of rubber surface, the samples were analyzed by goniometer, AFM, ESCA and FT - IR. The results shown that plasma assisted processes efficiently created new polar functional groups (-OR, -C=O, COOR) which increase the energy and roughness of surface rubber, thus enhancing its adhesion characteristics. The treatment of vulcanized EPDM rubber with 02/ Ar plasma proves to be a promising and alterna tive process of surface treatment able to result in the increase in the adhesive bond strength of this material. This effect is produced as a result of multiple surface phenomena induced by the plasma / Doutorado / Doutor em Engenharia Química

A corrosão localizada em aços inoxidáveis pode se manifestar de várias formas, tais como, a corrosão por pite, em fresta e corrosão sob tensão. Estes tipos de corrosão ocorrem quando o metal é exposto em meios agressivos como o cloreto, entre outros. O objetivo deste trabalho é estudar o comportamento dos aços inoxidáveis austeníticos e ferríticos em meios agressivos de cloreto, brometo e suas misturas. Para testar a resistência à corrosão por pite foi usado o método de polarização potenciodinâmica em eletrólitos de concentração iônica total de 0,6M. Os materiais estudados foram os aços inoxidáveis: 298 (aço inoxidável Cr-Mn, especificação da ArcelorMittal Inox Brasil) e os aços padronizados segundo a UNS: S30400, S31603, S43000 e S44400; todos, na condição tal como recebida da usina. Os resultados mostraram que, em meio de 0,6M(NaCl+NaBr), para concentrações de 0M a 0,45M NaCl, o desempenho quanto a resistência à corrosão por pite obedece a seguinte ordem decrescente: 444, 316L, 304, 298 e 430. Por sua vez, para a concentração de 0,6M NaCl, ou seja, ausência total de brometo, ocorre a alteração do desempenho dos aços inoxidáveis, colocando a seqüência da seguinte ordem: 316L, 444, 304, 298 e 430. Nota-se, portanto, que o melhor aço para ambientes contendo íon brometo seria o aço 444, já para aplicações em meio de cloreto puro, a melhor seleção é o aço 316L. Foram encontrados sítios de nucleação nos diferentes aços testados nos eletrólitos de 0,6M NaCl e 0,6M NaBr,sempre relacionados a inclusões: em alguns casos a nucleação ocorreu na interface matriz/inclusões insolúveis e, em outros, foram encontrados sinais de dissolução de inclusões, provavelmente de sulfeto. As diferenças de resistência à corrosão por pite entre os diferentes aços, nos diferentes eletrólitos, foram discutidas em função das diferenças de composição química. / Localized corrosion of stainless steels can be manifested in various forms, such as: pitting, crevice and stress corrosion. These types of corrosion occur due to exposition of metal in aggressive environments such as: chloride and bromide. The mean goal of this work is to study the pitting corrosion resistance of both austenitic and ferritic stainless steels in aggressive environments containing chloride, bromide or their mixtures. The potentiodynamic polarization method was used to test the pitting corrosion resistance in media containing a total of ion concentration of 0,6M. The studied materials in this work were stainless steel: 298 (Cr-Mn steel, specification of ArcelorMittal Inox Brazil) and standardized steels according to the UNS: S30400, S31603, S43000 and S44400. The results have shown that maintaining a constant concentration of 0.6M (NaCl+NaBr) into the electrolyte by varying the NaCl concentration between 0M and 0.45M, the performance in terms of pitting corrosion obeys to the following decreasing order: 444, 316L, 304, 298 and finally 430. In turn, for a concentration of 0.6M NaCl, so without any bromide, there is a variation from the performance of stainless steels, putting the sequence as following: 316L, 444, 304, 298 and 430. Nucleation sites were always found related to non-metallic inclusions in all tested stainless steels for the electrolytes of 0,6M NaCl or 0,6M NaBr. Sometimes, pits nucleation occurred at the matrix/inclusion interface, but others times, pits nucleated in water soluble inclusions. Difference of the pitting corrosion resistance between tested steel in the different electrolytes have been discussed as a function of the chemical composition.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Química / Made available in DSpace on 2012-10-25T19:56:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2013-07-16T20:41:33Z : No. of bitstreams: 1 299819.pdf: 2224217 bytes, checksum: 13e75ebd6a6afc7c051ed05fb9518b61 (MD5) / Na presente tese, um reator de plasma frio de descargas elétricas tipo ponta-plano foi construído. A emissão de radiação UV pela descarga de plasma foi dependente da tensão aplicada ao reator. Radicais (H, O, OH, etc.), assim como espécies atômicas (Ar*, Ar+, etc.) e moleculares (N2*, N2+, etc.) são formados no plasma quando Ar e ar atmosférico são utilizados. A degradação do AM em fase aquosa aumenta quando a potência elétrica aplicada ao reator aumenta, o pH inicial é próximo da neutralidade, a condutividade iônica é baixa, o gap de descarga é ajustado em 10 mm e é independente do fluxo de gás N2. A porcentagem inicial de degradação do corante aumenta com o aumento da temperatura da solução. A formação de peróxido de hidrogênio em água durante o tratamento por plasma diminuiu com o aumento da temperatura. A energia de ativação foi de 13,09 kJ mol-1 e para a destruição do H2O2 no reator foi de 9,30 kJ mol-1. Usando O2 como gás de alimentação, a pirita foi adicionada ao reator em meio ácido e resultou em um acentuado aumento da degradação do corante. O conteúdo de carbono orgânico total da solução de AM diminuiu acentuadamente com o tempo de tratamento por plasma na presença de pirita. Os bioensaios de toxicidade aguda usando o microcrustáceo Artemia sp. mostraram que a solução tratada por plasma frio não é tóxica quando Ar, O2 e O2-pirita são empregados. Por fim, as análises de espectrometria de massas com ionização por eletronspray indicaram que a degradação do corante ocorre via impacto de elétrons de alta energia gerados pelo plasma assim como por hidroxilação sucessiva nos anéis benzênicos das moléculas de corante.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Química, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-12-12T03:23:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 350480.pdf: 1934281 bytes, checksum: 59bc6c409f9c083ad63b07398db4f077 (MD5) Previous issue date: 2017 / O plasma frio tem sido aplicado no tratamento de águas residuais de maneira eficiente e promissora, objetivando a degradação de compostos orgânicos até sua total mineralização, através de sucessivas reações radicalares. Embora se tenha dados cinéticos consolidados para as reações de compostos orgânicos com radicais gerados por técnicas de ?-radiólise, fotólise, a literatura ainda carece dessas informações quando se trata de plasma. Este estudo determinou a constante de velocidade de formação do radical hidroxila em um reator de plasma frio de descarga tipo corona e avaliou a influência da concentração inicial, pH e concentração do tampão na constante de velocidade da reação de oxidação do fenol, sob atmosfera de argônio. Os experimentos com fenol foram monitorados por meio da espectrofotometria de absorção na região do UV-vis e os fatores que influenciam a sua oxidação foram investigados em três níveis para a concentração inicial (1,2 x 10-3 mol L-1, 6,7 x 10-3 mol L-1, 1,2 x 10-2 mol L-1) e pH (2, 6 e 11) ; e quatro níveis para concentração do tampão (0,01 mol L-1, 0,05 mol L-1, 0,1 mol L-1, 1,0 mol L-1). A reação de oxidação do fenol segue o modelo cinético de primeira ordem, sendo favorecida em meio ácido e não está sujeita à força do tampão e concentração inicial do fenol. A constante de velocidade de formação do radical hidroxila no sistema foi determinada em 8,31 x 10-8 L mol-1 s-1. É plausível que em condições brandas seja possível direcionar a reação para formação de produtos de interesses estratégicos, evitando a degradação não-seletiva provocada pelo plasma. / Abstract : Plasma has been applied to residual wastewater in a efficient and promising way, aiming the degradation of organic compounds to its total mineralization by successive radical reactions. Although kinetics? data for the reactions of organic compounds with radicals generated by radiolysis and ?-photolysis techniques has been consolidated, the literature lacks information about plasma. This study determined the rate constant of the hydroxyl radical formation in a non-thermal plasma corona type reactor and evaluated the influence of the initial concentration, pH and concentration of buffer in the rate constant of phenol oxidation reaction under argon atmosphere. The experiments with phenol were monitored by UV-vis spectrophotometry and the influence factors on the oxidation were investigated on three levels for initial concentration (1.2 x 10-3 mol L-1, 6.7 x 10-3 mol L-1, 1.2 x 10-2 mol L-1) and pH (2, 6 and 11); and four levels for buffer concentration (0.01 mol L-1, 0.05 mol L-1, 0.1 mol L-1, 1.0 mol L-1). The phenol oxidation reaction follows a first order kinetic model favored in acid medium and is not subject to the strength of the buffer and initial concentration of phenol. The rate constant of the hydroxyl radical formation was determined in the system at 8.31 x 10-8 L mol-1 s-1. It is plausible that in mild conditions is possible to drive the reaction to product formation of strategic interests, avoiding the uncontrolled degradation caused by plasma.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Química. / Made available in DSpace on 2012-10-26T09:26:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 303917.pdf: 2000217 bytes, checksum: 0474276782ae1fe191eba9a31bb9e2ae (MD5) / O presente trabalho enfoca o processo de degradação de três corantes azo em meio aquoso por plasma frio de descarga corona. A influência de parâmetros operacionais do sistema de trabalho, perfil cinético da degradação, efeito pós descarga, identificação de subprodutos de degradação e resultados da mineralização dos compostos foram estudadas. Neste estudo, foram escolhidos como modelo, três corantes monoazóicos com estrutura química semelhante: alaranjado de metila, vermelho de metila e amarelo de metila. Parâmetros operacionais como gap de descarga, potência aplicada, pH e temperatura do meio foram estudados na degradação dos corantes alaranjado de metila e vermelho de metila a fim de compreender a influência de cada parâmetro nas reações de degradação. Com base nesse estudo constatou-se, que a reação de degradação para ambos os corantes é favorecida quando a potência elétrica aplicada e a temperatura são aumentadas, mantendo constante o gap de descarga em 10 mm e em pH do meio ácido (2). Juntamente com o estudo da influência dos parâmetros operacionais foi realizado o estudo cinético das reações de degradação para os mesmos corantes. Para ambos, foi constatado que o perfil cinético da reação de degradação se ajusta ao modelo de ordem zero em relação aos corantes. Espécies químicas produzidas durante a reação de degradação como NO2-, NO3- e H2O2 foram identificadas no meio reacional. Através da cromatografia iônica, NO2- e NO3- foram quantificados em meio aquoso quando o plasma frio foi gerado em atmosfera de nitrogênio. Com base nisso, estima-se que o NO3- é possivelmente proveniente da oxidação do NO2- por H2O2. Estas espécies foram quantificadas e suas concentrações em fase aquosa são fortemente dependentes do tipo de gás de trabalho utilizado. Foi evidenciado que o chamado efeito pós descarga temporal, caracterizado pela degradação do corante em fase aquosa após aplicação do plasma, ocorre de acordo com um perfil cinético de pseudo primeira ordem; diferentemente da degradação direta pelo plasma. As espécies produzidas na degradação direta pelo plasma foram identificadas por espectrometria com ionização por eletronspray. Um possível esquema da reação de degradação foi proposto em função dos diferentes gases de trabalho utilizados na formação do plasma. Fica evidente a formação de espécies com peso molecular menor com o tempo de exposição ao plasma. A análise de carbono orgânico total indicou que quando o plasma é formado em atmosfera de argônio o percentual de remoção é maior. Em suma, o perfil cinético da reação de degradação para os corantes azo alaranjado de metila, vermelho de metila e amarelo de metila foi o mesmo e o processo caracterizado como ordem zero. / The present study describes the degradation process of three azo dyes in aqueous medium by corona discharge non thermal plasma. The influence of operating parameters on the working system, the degradation kinetic profile, the post-discharge effect, the identification of degradation byproducts, and the compounds mineralization results were studied. In this study, three monoazo dyes with similar chemical structure were chosen as a model: methyl orange, methyl red and methyl yellow. Operational parameters such as discharge gap, applied power, pH and temperature of the medium were studied on the degradation of the dyes methyl orange and methyl red in order to understand the influence of each parameter on the degradation reactions. Based on this study, it was found that the degradation reaction for both dyes is favored when the applied electric power and the temperature are increased, keeping a constant discharge gap of 10 mm and maintaining the acidic pH (2). Along with the study of the influence of operating parameters, a kinetic study of degradation reactions was performed for the same dyes. For both, it was found that the kinetic profile of the degradation reaction fits the model of zero order on the dye. Chemical species produced during the degradation reaction such as NO2-, NO3-and H2O2 were identified in the reaction medium. Through ion chromatography, NO2- and NO3- were measured in aqueous media when the non thermal plasma was generated in a nitrogen atmosphere. Based on that, it is estimated that the NO 3-is possibly coming from the oxidation of NO2- by H2O2. These species were quantified and their concentration in the aqueous phase are strongly dependent on the type of working gas used. It was evidenced that the called post-discharge temporal effect, characterized by the dye degradation in the aqueous phase after application of the plasma, takes place according to a pseudo first order kinetic profile, differently from direct degradation by plasma. The species produced by the plasma direct degradation were identified by ionization eletronspray spectrometry. A possible scheme of the degradation reaction was proposed according to the different working gases used to form the plasma. The formation of species with less molecular weight with the time of exposure to plasma became evident. The total organic carbon analysis indicated that when the plasma is formed in the argon atmosphere, the removal percentage is higher. In sum, the kinetic profile of the degradation reaction to the azo dyes methyl orange, methyl red and yellow methyl was the same and the process characterized as zero order.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Química. / Made available in DSpace on 2013-03-04T19:24:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 304765.pdf: 17583897 bytes, checksum: e816cecab247b1b9b6a1c01841f99e6d (MD5) / Este trabalho descreve a síntese de filmes poliméricos, sua modificação e a avaliação quanto à adesão de espécies celulares. Filmes de poliestireno (PS) e poli (metacrilato de metila) (PMMA) e mistura com 1:1 de composição preparados por casting foram avaliados quanto ao crescimento e proliferação de fibroblastos L-929. Estudos envolvendo modificação da superfície destes polímeros foram desenvolvidos, com resultados promissores decorrentes da utilização de plasma frio através de descarga de barreira dielétrica (DBD) para induzir a modificação da superfície, após planejamento fatorial das condições experimentais. Alterações nas propriedades da superfície com relação às amostras não tratadas foram acompanhadas por medidas de ângulo de contato, energia de superfície, histerese, microscopia eletrônica de varredura (SEM) e SEM com espectrometria de energia dispersiva, microscopia de força atômica (AFM) e espectrometria fotoeletrônica de raios-X. Após o tratamento, excelente aderência e proliferação de células foram observadas em todos os filmes com maior proliferação celular no filme PS/PMMA 1:1. Filmes finos de zeína obtidos por spin coating foram também tratados por plasma frio com DBD. Após o tratamento, uma pequena variação de molhabilidade foi detectada, além de aumento de rugosidade. A adsorção de albumina de soro bovino na superfície dos filmes foi também avaliada. Todos os filmes apresentaram excelente adesão das células L-929 após os dois tratamentos. Resultados preliminares para filmes finos nanoestruturados formados a partir de dois copolímeros em bloco de poliestireno e poli(ácido acrílico) são também descritos. Ambos os filmes, após análise por AFM, apresentaram superfícies mais rugosas e uma significativa melhora na adesão e proliferação das células L-929, o que os torna potenciais biomateriais para aplicação biomédica. / This work describes the synthesis of polymeric films, their surface modification and an evaluation of their ability to promote adhesion of cell species. Films formed with the casting technique from poly(styrene) (PS), poly (methyl methacrylate) (PMMA) and a 1:1 mixture of both were evaluated towards the growth and proliferation of L-929 fibroblasts. Studies involving the surface modification of the polymeric films were carried out, with promising results obtained from the use of cold plasma generated by a dielectric barrier discharge (DBD), following a factorial design for optimization of the operating parameters. Changes in the surface properties of the plasma-treated films were evaluated by means of contact angle, surface energy and hysteresis measurements, scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive SEM, atomic force microscopy (AFM) and X-ray photoelectronic spectrometry. Substantial proliferation of cells was observed on the surface of all plasma-treated films, with a superior performance of the PS/PMMA 1:1 film. Thin films produced from zein using the spin coating technique were also submitted to DBD-cold plasma treatment. A minor variation in the wetability of the plasma-treated films was observed, in addition to increased rugosity. The effect of adsorption of bovine serum albumin on the polymeric film surface was also evaluated. Both surface-based treatments resulted in enhanced adhesion of L-929 cells on the polymeric films. Preliminary results for nanostructured thin films formed from two block copolymers of poly(styrene) and poly(acrylic acid) are also presented. AFM analysis of the surface of both plasma-treated films evidenced increased rugosity, which was accompanied by a substantial improvement in the adhesion and proliferation of L-929 cells, turning these polymeric films into promising biomaterials.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Química, Florianópolis, 2016 / Made available in DSpace on 2016-09-20T05:06:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 340441.pdf: 2618341 bytes, checksum: d6c59c9cd18aa18afee0e5b9c44de7ad (MD5) Previous issue date: 2016 / O presente trabalho trata da utilização de um reator de plasma frio de descarga elétrica de alta tensão estabilizada por fluxo de gás sobre a degradação do corante azo Alaranjado de metila (AM) em solução aquosa.Enfoque é dado nas espécies químicas ativas formadas e nos subprodutos de degradação em função dos diferentes gases plasmogênicos. O estudo da influência dos parâmetros experimentais do sistema de plasma mostrou que a taxa de descoloração do AM é maior em função do aumento da temperatura da solução e da potência elétrica aplicada, enquanto é menor em função do aumento da concentração do AM. Demais parâmetros de funcionamento apresentaram valores ótimos de 10 mm para o gap de descarga, 1,0 L min-¹ para o fluxo de gás, 500 rpm para a agitação da solução e valor de pH igual a 2. Nessas condições, todos os experimentos de descoloração do AM ocorreram segundo um perfil cinético de ordem zero para os três gases plasmogênicos. H2O2 foi produzido em fase aquosa com três diferentes perfis de produção utilizando N2, O2 e Ar na formação do plasma. NO2- e NO3- foram identificados apenas quando se utilizou plasma de N2. Na aplicação do plasma de N2, estima-se que H2O2, NO2- e NO3- participem de um equilíbrio em que H2O2 e NO2- são consumidos na reação de formação do ácido peroxinitroso, o qual, se não consumido, sofre isomerização para ácido nítrico. Experimentos de espectroscopia de emissão ótica revelaram espécies radicalares (H, OH, O), excitadas (Ar*, N2*) e outras mais no espectro de emissão do plasma de Ar. A influência do gás plasmogênico mostrou que a produção de radicais OH e H é maior segundo a ordem: Ar > O2 > N2. A região de maior produção para ambos os radicais se identificou na interface líquido/plasma. A água ativada por plasma foi constatada para os três gases plasmogênicos, sendo que a total descoloração do AM ocorreu apenas na ativação por plasma de N2. Experimentos de cromatografia líquida de alta eficiência revelaram a formação de distintos subprodutos em fase líquida para a degradação do AM em função dos diferentes gases plasmogênicos e em função dos diversos sistemas tamponantes utilizados. Já na fase gasosa foram identificados os subprodutos CO2, N2O, NO, HNO3, NO2 e N2O5 durante a aplicação de plasma de N2; CO2 e NO2 para plasma de O2; e CO2, NO,HNO3, NO2 e N2O5 para plasma de Ar. A quantificação do CO2 produzidoevidenciou que a mineralização do AM seguiu a ordem Ar > O2 > N2,enquanto que a descoloração seguiu a ordem O2 > N2 > Ar, mostrando que descoloração e mineralização são diferentes processos.<br> / Abstract: The present work deals about the use of a high voltage discharge nonthermal plasma reactor stabilized by gas flow on the degradation of the azodye Methyl Orange (MO) in aqueous solution. Focus is given on the active species formation and degradation byproducts according to different plasma feed gases. Study on the influence of experimental parameters ofplasma system shown that the rate of MO decay is higher as the increase of solution temperature and electric power applied, while is lower as the MO concentration is higher. Other experimental parameters presented optimal values such as 10 mm for the discharge gap, 1.0 L min?1 for gasflow, 500 rpm for solution mixing and pH value of 2. Under these experimental parameters, all MO color decay experiments followed a kinetic profile of zero order for the three feed gases used. H2O2 wasidentified in the aqueous phase with three different profiles production using N2, O2 and Ar as feed gases, while NO2- and NO3- were identifiedonly when N2 gas was used. Concerning N2 plasma application, it is estimated that H2O2, NO2- and NO3- participate in an chemical equilibriumin which H2O2 and NO2- are consumed in the peroxynitrous acid formation, which if not consumed, under goes isomerization to nitric acid. Opticalemission spectroscopy experiments revealed radicals (H, OH O),excited atoms and molecules (Ar *, N2 *) and other active species in the Arplasma emission spectrum. Different feed gases showed that the productionof OH and H radicals production is higher in the order: Air> O2 > N2. The region of highest production for both radicals were identified in the interface liquid/plasma. The Plasma Activated Water was observed for thethree feed gases, and the total MO decay occurred only in the N2 plasma activation. Chromatography analysis of the MO degradation in aqueousphase show various and different byproducts according different feed gasesand buffer systems used. In the gas phase CO2, N2O, NO, HNO3, NO2, andN2O5 were identified during the N2 plasma application; CO2 and NO2 forO2 plasma application ; and CO2, NO, HNO3, NO2, and N2O5 for Ar plasma application. Measurements of CO2 in the gas phase showed that the mineralization of MO followed the order Ar> O2 > N2, while the color decay followed the order O2 > N2 > Ar, showing that the color attenuation and mineralization are different processes.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-04-11T04:12:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344466.pdf: 3087690 bytes, checksum: 8b9bb2ad139fc46232c76e5aaa02becf (MD5) Previous issue date: 2016 / Este trabalho estudou o processamento do purê de abóbora por três tecnologias não térmicas, como alternativas ao tratamento térmico no qual o purê de abóbora foi submetido à esterilização em autoclave a 121 oC, em três intervalos de tempo para verificar suas características físico-químicas, bem como identificar os compostos voláteis do headspace, em embalagens pouch stand up. No processamento em campo elétrico pulsado (CEP), os experimentos foram realizados usando um sistema em batelada com diferentes campos de força de até 35 kV, largura de pulso entre 0,8 e 1,0 µs, frequência de 3 Hz, a 20 °C e 40 °C, para avaliar a inativação de E. coli em suco e néctar de abóbora e suas alterações físico-químicas. No processamento em alta pressão com dióxido de carbono supercrítico (APDC), os experimentos foram realizados em escala laboratorial inicialmente de acordo com um planejamento 2² para avaliar a condição de pressão e a proporção entre volume de amostra e de CO2 isotermicamente (a 32 °C) ideais para inativar E. coli em níveis máximos. A condição a qual houve maior influência na redução da contagem microbiana foi selecionada para a realização de uma cinética de até 8 h, observando em intervalos de 1 h o número de bactérias sobreviventes após o processo. Nas amostras nas quais houve maior inativação de E. coli (log N/N0), análises físico-químicas e de microscopia ótica foram realizadas para avaliar o impacto da tecnologia APDC no purê de abóbora em comparação à abóbora in natura e ao purê não esterilizado. O terceiro tratamento não térmico ocorreu em plasma frio por descarga corona com argônio (Ar) como gás do processo no qual foi avaliado o efeito desta tecnologia sobre a inativação microbiana (E. coli), as características físico-químicas e parâmetros de cor em decorrência do tempo de tratamento. O tratamento térmico em autoclave a 121 °C nos tempos de 10, 20 e 30 minutos foi eficiente na eliminação da carga microbiana das amostras (< 1,0×10¹ UFC/g) e também induziu a redução de pH e a elevação de acidez titulável (AT), sólidos solúveis totais (SST) e carotenoides totais. Os compostos identificados no headspace após esterilização em autoclave foram álcoois, aldeídos, alcenos, cetonas, ésteres, terpenos e éteres, muitos deles, compostos aromáticos que caracterizam a abóbora e produtos da degradação de carotenoides e ácidos que justificam mudanças físico-químicas após o processamento. Os resultados do tratamento por CEP mostram que a carga microbiana foi reduzida moderadamente em todos os experimentos, com um máximo de aproximadamente 3 ciclos log. A contagem microbiana no tratamento APDC apresentou redução moderada em todos os experimentos com um máximo de redução de aproximadamente 3,17 ciclos log em 8 h de processo a 275 bar (2750 MPa). A microscopia ótica mostrou que o processo APDC preservou a estrutura celular e a integridade da parede celular do purê de abóbora, sendo apenas o amido danificado em função da etapa anterior de cozimento. A tecnologia de plasma frio com descarga corona para inativação de E. coli se mostrou promissora, apresentando a maior média de redução em comparação com CEP e APDC, sendo de cerca de 3,62 ciclos log para 20 min de tratamento. A cinética de inativação apresentou uma tendência de maior redução com o tempo. As características físico-químicas, indicam que o plasma induz à redução do pH do meio, porém há indicativas de que os gases do processo desempenham um papel importante ao reagirem com o meio e produzem espécies reativas. O plasma frio reduziu o teor de carotenoides totais dos purês de abóbora e quanto à cor, o parâmetro a* foi o que apresentou maior redução. As tecnologias não térmicas estudadas para o processamento do purê de abóbora se apresentaram promissoras para garantir segurança microbiológica e qualitativa. Porém, em função da diversidade de parâmetros envolvidos nestas tecnologias emergentes, muitos estudos avaliando o impacto das variáveis dos processos ou a combinação delas se fazem necessários para poder ampliar estes processos de uma escala laboratorial para uma planta piloto industrial.<br> / Abstract : This work aimed to study the pumpkin puree processing by three non-thermal technologies as alternatives to heat treatment wherein the pumpkin puree was subjected to sterilization by autoclaving at 122 °C in three intervals to check their physicochemical characteristics and identify the volatile compounds of headspace in stand up pouch packaging. In pulsed electric field process (CEP), experiments were performed using a batch system with different strength fields up to 35 kV, pulse width between 0.8 and 1.0 µs, frequency of 3 Hz, 20 °C and 40 °C, to evaluate the E. coli inactivation in pumpkin juice and nectar and their physicochemical changes. In the high-pressure processing with supercritical carbon dioxide (APDC) the experiments were performed on lab scale initially according to 2² planning to evaluate the pressure condition and the ratio between volume sample and CO2 isothermally (32 ° C) ideals to inactivate E. coli up to maximum levels. The condition in which there was a higher effect in reducing microbial counts were selected for performing a kinetics up to 8 h, with observation on 1 h intervals the number of surviving bacteria after process. Samples in which there was a higher inactivation of E. coli (log N/N0), physicochemical analysis and optical microscopy were performed to evaluate the impact of APDC technology in pumpkin puree compared to the pumpkin in nature and non-sterile pumpkin puree. The third non-thermal treatment occurred in cold plasma corona discharge with argon (Ar) as the process gas wherein the pumpkin puree was evaluated for this technology effect on microbial inactivation (E. coli), physicochemical characteristics and color parameters as a result of treatment time which was 5, 10, 15 and 20 minutes. The heat treatment in autoclave at 121 °C in 10, 20 and 30 minutes was effective in eliminating microbial load of the sample (< 1.0×10¹ CFU/g) and also induced the decrease of pH and increase of titratable acidity (TA), total soluble solids (TSS) and total carotenoids. The compounds identified in the headspace after autoclaving were alcohols, aldehydes, alkenes, ketones, esters, ethers and terpenes, many of them, aromatic compounds that characterize pumpkin and carotenoid degradation products and acids that justify physicochemical changes after processing. Results of CEP treatment show that the microbial load was decreased moderately in all experiments, with a maximum of about 3 log cycles. The microbial count in APDC treatment showed moderate reduction in all experiments with maximum reduction of about 3.17 log cycles in 8 h of process at 275 bar (2750 MPa). Optical microscopy showed that APDC process preserved cellular structure and the integrity of the pumpkin puree cell wall with only starch damaged due to baking previous step. Cold plasma corona discharge technology to inactivate E. coli proved to be promising, showing the highest average reduction compared to CEP and APDC process, being about 3.62 log cycles for 20 min of treatment. The inactivation kinetics showed a tendency of higher decrease with time. Physicochemical characteristics indicate that plasma induces decrease of pH, however there is indicative that process gases have an important role to react with the environment and produce reactive species. Cold plasma reduced the total carotenoid content of pumpkin purees and in color, the parameter a* showed the greatest reduction. Non-thermal technologies studied for pumpkin puree processing have proved promising to ensure microbiological and qualitative safety. However, due to the diversity of the parameters involved in these emerging technologies, many studies evaluating the impact of the variables of the processes or combination of then, are necessary in order to expand these processes from a lab scale to an industrial pilot plant system.

Orientador: Roberto Yzumi Honda / Banca: Rogério Pinto Mota / Banca: Munemasa Machida / Resumo: Foi finalizado um reator cilindrico de vidro "pyrex" com 40 cm de altura e 17 cm de diâmetro, contendo dois eletrodos circulares de 7,0 cm de diâmetro cada, separados por uma distência de 3,0 cm, e alimentados por uma tensão continua compreendida entre 0 e 2 KV negativos, entre os quais o plasma foi produzido. A pressão de vapor do benzeno inserido no interior do reator variou de 0,2 a 1,0 mbar, e o tempo de deposição do material polimérico foi de 60 minutos. A temperatura eletrônica dimunuiu nos primeiros minutos de descarga. Na fase polímero, observou-se a formação de filme fino contínuo entre 0,2 e 0,4 mbar, e a formação de um composto filme fino/pó para pressões maiores. Ambos foram evidenciados por microscopia óptica. O primeiro aderiu bem aos substratos, tanto de vidro como de silício, enquanto que o segundo não teve boa aderência a nenhum dos substratos utilizados. Na composição quíica dos materiais poliméricos produzidos, revelada por espectroscopiainfravermelha, há uma predominânci das ligações entre carbono e hidrogênio, evidenciada pela absorção de radição infravermelha com frequências em torno de 2930 cm, o que caracteriza vibrações do tipo esticamento, e com frequências em torno de 1449cm, caracterizando vibrações do tipo deformação. A taxa de deposição do material polimérico, medida por interferometria óptica e perfilometria, também variou conforme a pressão do capor, aumentando de 40 para 160A/min entre 0,2 e 0,4 mbar, e diminuindo para valores maoires de pressão. POr fim, medimos a difusividade térmica dos materiais polimérico através de uma técnica fototérmica que recorre a um efeito conhecido como lente térmica, e seus valores estão nointervalo de 1,0X10-3 cm2/s. / Abstract: This master degree monograph deals with the plasma polymerization processa by DC discharges in Benzene atmospheres. A cylindrical Pyrex TM reactor 40 cm high adn 17 cm in diameter with a parallel plane electrodes configuration was used. The two stainless steel disk-shpaed electrodes are 7 cm in diameter separated by 3cm. The discharges were generated using a DC power supply operating in the voltage range from 0 to- 2 kV, in Benzene atmospheres kept in the pressure rangee from 0,2 to 1,0 mbar. The polymeric films were grown in discharges with a time duration of 60 minutes. Themean electronic temperatur was measured using a movable Langmuir probe whose residence time within thew discharge was kept in the order of 1/10th of second. The pressure dependence of the mean elctronic temperature presented a variation between 1,5 e V and 4,3 e V. For a fixed value of the pressure the value of the mean electronic temperature falls at the beginning of the discharge. It was observed that a thin continuos polymeric film was deposited in the pressure range varying from 0,2 mbar to 0,4mbar, and the formation of a thin fil/powder composite occured for higher pressures. Both structures were analyzed using optical microscopy. The polymeric film presented a goodadhesion to glass and silicon substrates for all discharges investigated. The polymeric fil/powder composite presented a very poor adhesion for all the subtrates in any plasma condition. The chemical composition of the polymeric films were sutidied using infrared sprectroscopy. The spectra obtainde revealed the predominance of C-H bonding through the strong absorption about 2930 cm-1 due to C-H stretching. The results were also corroborated by the strong absorption about 1440 cm-1 due to CH deformation. The film deposition rate was measured using optical interferometer and micro-profiler techniques... (Complete abstract, click electronic address below). / Mestre