Orientador: Ederio Dino Bidoia / Resumo: Os efluentes têxteis têm capacidade de proporcionar cor à água de rios e lagos devido aos corantes presentes em sua composição. Além dos problemas estéticos, outros compostos presentes nestes tipos de efluentes podem ser tóxicos à vida aquática. Os processos oxidativos avançados (POA) vem sendo estudados devido a vantagem de serem mais rápidos, produzirem menos resíduos e não demandarem de grandes áreas de instalação quando se comparado a tratamentos convencionais. Este trabalho teve como objetivo a degradação de efluentes simulados contendo o corante Acid blue 40, o corante Acid red 151 e efluente misto contendo ambos os corantes por tratamento eletrolítico utilizando eletrodo de titânio recoberto por titânio/rutênio (70%TiO2/30%RuO2) com área de 40 cm² em um sistema de recirculação. Foi realizado planejamento experimental e por meio de análise de superfície de resposta, configurações de tratamentos otimizados foram realizadas. Foram realizadas análises de espectrofotometria, DQO, DBO, Cor, pH, cloro residual livre e condutividade durante os processos de tratamento. Análise de espectro de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) foi realizada de todos os tratamentos. Foi também verificada a geração de clorofórmio por meio de análise de cromatografia gasosa e espectrometria de massa (GC-MS). Testes de ecotoxicidade com sementes de alface (Lactuca sativa) e rúcula (Eruca sativa) e com o microcrustáceo Artemia salina foram realizados durante os tratamentos. Teste de mut... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The textile effluents have the capacity to provide color to water from rivers and lakes due to the dyes present in their composition. In addition to aesthetic problems, other compounds present in these types of effluents can be toxic to the aquatic life. The advanced oxidative processes (AOP) have been studied due to the advantage of being faster, producing less waste and not having to spend large areas of installation when compared to conventional treatments. This work aimed at the degradation of simulated textile effluents containing the Acid blue 40 dye, Acid red 151 dye and a mixed effluent containing both dyes by electrolytic treatment using a titanium electrode covered by titanium/ruthenium (70%TiO2/30%RuO2) with an area of 40 cm² in a recirculating system. Experimental design was realized by the response surface the optimized configurations of the treatments were performed. Analysis of spectrophotometry, COD, BOD, color, pH, free residual chlorine and conductivity were performed during the treatment processes. Fourier transformed infrared spectrum analysis (FTIR) were performed in all treatments. The generation of chloroform was investigated by analysis of gas chromatography and mass spectrometry (GC-MS). Ecotoxicity tests with seeds of lettuce (Lactuca sativa) and arugula (Eruca sativa) and with the microcrustacean Artemia salina were performed for during treatments. Mutagenicity test was performed using the D7 strain of the yeast Saccharomyces cerevisiae. The optimiz... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Este trabalho teve como objetivo investigar a adsorção de corantes têxteis (Vermelho Reativo 194 e Azul de Prociona MX-R) em nanotubos de carbono (NTC) em meio aquoso. Para tanto, empregou-se nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTCPM) e carvão ativo (CA) em pó, ambos comerciais, na remoção do corante têxtil Vermelho Reativo 194 e nanotubos de carbono de parede simples (NTCPS) e NTCPM na remoção do corante têxtil Azul de Prociona MX-R. Os NTCPS foram sintetizados utilizando a técnica de deposição química de vapor catalisada. Os adsorventes foram caracterizados por espectroscopia no infravermelho e Raman, isotermas de adsorção/dessorção de N2 e microscopia eletrônica de varredura e de transmissão. Os efeitos do pH, tempo de agitação e da temperatura na capacidade de adsorção foram investigados. O tempo de contato para obter equilíbrio a 298 K foi fixado em uma hora para o caso onde foi empregado o corante Vermelho Reativo 194 e três horas para o caso onde foi empregado o Azul de Prociona MX-R. A região de pH ácido (pH 2,0) foi favorável para as adsorções de ambos corantes. A energia de ativação do processo de adsorção foi avaliada nas temperaturas entre 298-323 K para os NTCPM e CA, na adsorção do corante Vermelho Reativo 194. O modelo cinético de ordem fracionária de Avrami foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais do corante Vermelho Reativo 194 em comparação com os modelos cinéticos de adsorção de pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem. Por outro lado, o modelo cinético de ordem geral foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais do corante Azul de Prociano MX-R, em comparação aos modelos de pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem. Tanto para o corante Vermelho Reativo 194, quanto para o corante Azul de Prociona MX-R, os dados de equilíbrio obedeceram ao modelo de isoterma de Liu. O cálculo dos parâmetros termodinâmicos de adsorção indicou que a adsorção de ambos ocorre de forma endotérmica, espontânea e favorável para todas as temperaturas investigadas. Adicionalmente, a magnitude da entalpia indica que a adsorção para os dois corantes se dá através de interação eletrostática. Isso pode ser confirmado por cálculos ab initio, baseados na teoria do funcional da densidade, implementados no código SIESTA, para a adsorção do Azul de Prociona MX-R e um NTCPS (8,0). / This work aimed to investigate the adsorption of textile dyes (Reactive Red M-2BE and Reactive Blue 4) on carbon nanotubes (CNT). To this purpose, multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) and powdered activated carbon (AC), both commercial, were used in removal of textile dye Reactive Red M-2BE and single-wall carbon nanotubes (SWCNT) and MWCNT in the removal of textile dye Reactive Blue 4. The SWCNT were synthesized by catalytical chemical vapour deposition. The adsorbents were characterised by infrared and Raman spectroscopy, N2 adsorption/desorption isotherms and scanning and transmission electron microscopy. The effects of pH, shaking time and temperature on adsorption capacity were studied. The contact time to obtain equilibrium at 298 K was fixed at 1 hour for the case where the Reactive Red M-2BE dye was used and 3 hours for the case where the dye was used Reactive Blue 4. In the acidic pH region (pH 2.0), the adsorption of the both dyes were favourable. The activation energy of the adsorption process was evaluated from 298 to 323 K for MWCNT and AC, in the adsorption of the Reactive Red M-2BE dye. The Avrami fractional-order kinetic model provided the best fit to the experimental data of the Reactive Red M-2BE dye compared with pseudo-first-order or pseudo-second-order kinetic adsorption models. On the other hand, the general order kinetic model provided the best fit to the experimental data of the Reactive Blue 4 dye, compared with pseudo-first order and pseudo-second order kinetic adsorption models. For both the Reactive Red M-2BE and the Reactive Blue 4 dyes, the equilibrium data were best fitted to the Liu isotherm model. The calculation of the thermodynamic parameters of adsorption indicated that adsorption of both dyes by adsorbents occurs so endothermic, spontaneous and favorable for all temperatures studied. Additionally, the magnitude of enthalpy indicates that the adsorption process for both dyes occurs through electrostatic interaction. This can be confirmed by ab initio calculations based on density functional theory, implemented in the SIESTA code, for the adsorption of Reactive Blue 4 textile dye and a SWCNT (8.0).

Submitted by Edileide Reis (leyde-landy@hotmail.com) on 2013-04-23T12:23:58Z No. of bitstreams: 2 Josue Santos Parte 2.pdf: 931346 bytes, checksum: b1e5922db0717587a7942e5c09cc5b01 (MD5) Josue Santos Parte 1.pdf: 1888156 bytes, checksum: 5a369c2be9a8867bc37dbf7937760f92 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-04-23T12:23:58Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Josue Santos Parte 2.pdf: 931346 bytes, checksum: b1e5922db0717587a7942e5c09cc5b01 (MD5) Josue Santos Parte 1.pdf: 1888156 bytes, checksum: 5a369c2be9a8867bc37dbf7937760f92 (MD5) Previous issue date: 2004 / Neste trabalho foram avaliadas sete aminas aromáticas O e N-substituídas em condições reacionais otimizadas para a síntese de corantes fenotiazínicos (CFs) simétricos. Entre estas, o N,N-dimetil -p- fenilenodiamino (DMPD), N,N- dietil -p- fenilenodiamino (DEPD), p-fenilenodiamino (PPD), p-aminofenol (PAP) e o p-aminoanisol (PAA) , levando a rendimentos entre 10 e 43%, para diferentes oxidantes (Fe3+ ou ClO-), ácidos (H2SO4 ou HBF4) e contra-íons (ClO4 - ou BF4 -). O DMPD apresentou as menores variaçõesnos rendimentos calculados para as diferentes condições reacionais investigadas. A partir dos resultados obtidos com a síntese dos CFs foi avaliada de forma comparativa a potencialidade do DMPD, DEPD, PPD, PAP e do PAA para determinação espectrofotométrica de sulfeto em sistema de análise em fluxo. Preliminarmente, foram comparados os sinais analíticos gerados pelo espectrofotômetro, em sistema em fluxo, para os corantes fenotiazínicos produzidos a partir das cinco aminas, avaliadas nas mesmas condições. Por apresentarem uma melhor cinética de formação dos respectivos CFs, as aminas DMPD, DEPD e PPD foram selecionadas para investigações mais detalhadas. Os estudos foram realizados empregando planejamento fatorial composto central, visando à otimização das condições em sistema de análise em fluxo. Os parâmetros avaliados foram as concentrações da amina aromática, do oxidante (Fe3+) e do H2SO4 na solução da amina. Nas faixas de concentração avaliadas para as 3 variáveis, somente o DMPD pôde ser otimizado, apresentando, também, robustez para pequenas variações nas concentrações dos parâmetros investigados. Mesmo em condições não otimizadas, o DEPD (LD, 18,34 mg L-1) produziu o corante fenotiazínico com maior absortividade molar. Nas melhores condições para a determinação de sulfeto o PPD e o DMPD apresentaram limite de detecção de 60,1 mg L-1 e 71,46 mg L-1, respectivamente. Adicionalmente, foi investigado um procedimento de análise em fluxo para determinação indireta de sulfito. Este era levado a SO2 e reduzido em linha a H2S na presença de ácido e Znº com uma taxa de conversão estimada em 10,31%. Desta forma, foi desenvolvida uma unidade integradora de operações (UIO), na qual a amostra era preparada (HSO3 - Æ SO2), convertida a H2S, o qual permeava através de membrana de PTFE e reagia com a mistura DMPD e Fe3+ para formar azul de metileno. A membrana de PTFE foi seletiva a H2S frente ao SO2, em diferentes condições. Visando pré-concentrar o H2S produzido na conversão de sulfito, foi desenvolvido um circuito eletrônico para controlar as válvulas solenóides, visando a interrupção do fluxo da solução receptora. As variáveis do sistema foram otimizadas e a recepção em solução de NaOH mostrou-se mais sensível que em DMPD e Fe3+. A utilização de solução transportadora com álcool etílico 15% (v/v) nivelou o efeito do álcool presente nas soluções da amostras de vinho. Para o procedimento em fluxo proposto, o H2S foi interferente para concentrações > 0,5 mg L-1 em condições normais e > 10 mg L-1 se a amostra for tratada previamente com solução de acetato de zinco. O procedimento analítico em fluxo apresentou faixas de trabalho distintas para sulfito livre e total, apresentando limites de detecção (3s) inferiores a 0,35 e 1,2 mg L-1, respectivamente.A potencialidade do processo foi avaliada para a determinação dos teores de sulfito em amostras de sucos e vinhos. Os resultados obtidos foram comparados com aqueles obtidos empregando procedimento de referência e apresentaram boa concordância com 95% de confiança. / Salvador

Orientador: Prof. Dr. André Sarto Polo / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2017. / Compostos polipiridínicos de rutênio(II) apresentam características favoráveis para serem utilizados em processos de conversão de energia solar, como a ampla e intensa absorção de luz na região visível. A engenharia molecular permite a sintonização dos níveis de energia destes complexos para que possam executar funções úteis com mais eficiência. Os compostos tris-heterolépticos de rutênio(II) são muito interessantes neste sentido, pois permitem avaliar como a utilização de diferentes ligantes altera as suas propriedades globais e permite modular seus níveis de energia. O presente trabalho insere-se nesse contexto, avaliando como grupos doadores ou retiradores de elétrons influenciam a cinética de formação, as propriedades químicas e o desempenho fotoeletroquímico em células solares sensibilizadas por corante (DSSCs - Dye-Sensitized Solar Cells) desse tipo de composto. É descrita a investigação da cinética de formação dos compostos cis- [Ru(R-phen)(dcbH2)(NCS)2], dcbH2 = ácido- -dicarboxílico- -bipiridina, avaliada de maneira a racionalizar o efeito do substituinte R nas posições 4 e 7 da 1,10- fenantrolina nas velocidades das reações e na distribuição dos isômeros de ligação. Também são descritas a síntese, purificação e caracterização dos compostos cis- [Ru(R-phen)(dcbH2)Cl2] e cis-[Ru(R-phen)(dcbH2)(NCS)2] e as mudanças observadas em suas propriedades espectroscópicas e eletroquímicas são discutidas em função dos diferentes substituintes da 1,10-fenantrolina. Os compostos cis- [Ru(R-phen)(dcbH2)(NCS)2] também foram usados como corantes sensibilizadores em DSSCs e a partir de experimentos fotoeletroquímicos os resultados foram interpretados relacionando-se a natureza do ligante R-phen e os processos que ocorrem nas células solares. Observou-se que mesmo pequenas mudanças estruturais nos ligantes R-phen podem acarretar em grandes mudanças nas propriedades e na formação dos compostos que funcionalizam nanomateriais como o TiO2. / Ruthenium(II) polypyridyl compounds have favorable characteristics for their use in solar energy conversion processes, such as their wide and intense light absorption in the visible region of the spectrum. Molecular engineering allows the tuning of the energy levels of these compounds in order to perform useful functions more efficiently. Ruthenium(II) tris-heteroleptic compounds are very interesting in this field since they can be employed to evaluate how changing the ligands modify their global properties and modulate their energy levels. This work aims to evaluate the influence of electron donating or withdrawing groups on the formation kinetics, chemical properties and photoelectrochemical performance of this type of compound in Dye- Sensitized Solar Cells (DSSCs). The investigation of the formation kinetics of cis- [Ru(R-phen)(dcbH2)(NCS)2] compounds, dcbH2 -dicarboxylic acid- - bipyridine, is described and evaluated in order to rationalize the effect of the R substituent on 4 and 7 positions of 1,10-phenanthroline on reaction rates and linkage isomer distribution. The synthesis, purification and characterization of the compounds cis-[Ru(R-phen)(dcbH2)Cl2] and cis-[Ru(R-phen)(dcbH2)(NCS)2] are also described and changes observed in their spectroscopic and electrochemical properties are discussed in terms of the different substituents of 1,10-phenanthroline. The cis- [Ru(R-phen)(dcbH2)(NCS)2] compounds were also employed as dye-sensitizers in DSSCs and from photoelectrochemical experiments the results were interpreted correlating the R-phen ligand structure and processes which occur in solar cells. It was observed that even small structural changes in R-phen ligands can result in wide changes in properties and formation of the compounds that functionalize nanomaterials such as TiO2.

Submitted by GLÁUCIA TINOCO CORRÊA null (glauciacorrea_15@hotmail.com) on 2017-09-07T02:49:22Z No. of bitstreams: 1 tese versão online.pdf: 5660272 bytes, checksum: c8ac61b6a73153496fecaf76e1315c4d (MD5) / Approved for entry into archive by Monique Sasaki (sayumi_sasaki@hotmail.com) on 2017-09-11T20:12:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 correa_gt_dr_araiq.pdf: 5660272 bytes, checksum: c8ac61b6a73153496fecaf76e1315c4d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-11T20:12:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 correa_gt_dr_araiq.pdf: 5660272 bytes, checksum: c8ac61b6a73153496fecaf76e1315c4d (MD5) Previous issue date: 2017-08-17 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Corantes de cabelo, provenientes principalmente da tintura comercial de cabelo em salões de beleza, quando não convenientemente descartados, podem gerar efluentes de difícil tratamento. Além disso, a análise de corante de cabelo em fios de cabelo tingidos, poderia favorecer informações úteis para análise forense. Em virtude de alto consumo de corantes de cabelo, que podem ser encontrados na forma de tinturas permanente, semipermantes e temporárias, com diferentes estruturas e comportamento físico-químico, a demanda por métodos analíticos sensíveis e robustos para sua quantificação é altamente pertinente. Diante disso, o presente trabalho descreve a construção de sensores eletroquímicos para quantificação de corantes de cabelo do tipo temporário, pois são classe de corantes facilmente removidos do cabelo e, consequentemente, podem ser liberados para o meio ambiente. O sensor eletroquímico consiste no desenvolvimento de um eletrodo compósito com partículas magnéticas modificadas como grupos carboxílicos (CFMP) para determinação dos corantes basic brown 16 (BB16), basic red 51 (BR51) e basic yellow 57 (BY57) em amostras de extratos de fios de cabelos, amostras comercias de tintura temporária, água de lavagem, amostras de água de rio e de torneira. Os três corantes apresentam grupos azos como cromóforos. No presente trabalho, investigou-se a oxidação de aminas e hidroxilas presentes como grupos auxocromos nos corantes. Os resultados mostraram que a oxidação do grupo funcional nos corantes sobre o eletrodo compósito modificados por grupos carboxílicos pode ocorrer em potenciais de 0,44 V, 0,86 V e 0,65, respectivamente para os corantes BB16, BR51 e BY57 e a corrente de pico aumenta significativamente em relação ao eletrodo sem modificação. A interação entre corante + CFMP foi comprovada por espectroscopia de UV/Vis e FTIR. Foram construídas curvas analíticas para os corantes BB16, BR51 e BY57, usando as condições otimizadas na técnica de voltametria de onda quadrada (VOQ): frequência de aplicação dos pulsos (f) = 30 s-1, amplitude de pulsos (a) = 50 mV e incremento de varredura (ΔEs) = 2 mV para os corantes. Relações lineares foram obtidas nos intervalos de 2,0 x 10-7 mol L-1 a 9,0 x 10-7 mol L-1, 1,5 x 10-6 mol L-1 a 5,5 x 10-5 mol L-1, 2,0 x 10-7 mol L-1 a 1,2 x 10-7 mol L-1 para os corantes BB16, BR51 e BY57, respectivamente. Foram obtidos limites de detecção de 1,01 x 10-8 mol L-1, 1,19 x 10-7 mol L-1 e 2,89 x 10-7 mol L-1 para os corantes BB16, BR51 e BY57, respectivamente. O método foi aplicado em amostras de extratos de fios de cabelo, água de lavagem, água de torneira e formulações comerciais. A determinação simultânea dos corantes BB16, BR51 e BY57 foi também proposto usando o método descrito e otimizado. O método foi aplicado em amostras de água de torneira e água de rio com recuperações de aproximadamente 100% e em amostra da tintura de cabelo comercial (COLOR EXPRESS (Vermelho intenso). O método eletroquímico foi comparado com o método de referência usando cromatografia líquida de alta eficiência com detector de arranjo de diodo (HPLC/DAD). / Hair dyes, mainly coming from commercial hair colorants in beauty salons, when not properly discarded, can generate effluents that are difficult to treat. In addition, hair dye analysis in dyed hair strands could be used as useful information for forensic analysis. Due to the high consumption of hair dyes, which can be found in the form of permanent, semipermanent and temporary dye, with different structures and physicochemical behavior, the demand for sensitive and robust analytical methods for their quantification is highly relevant. Therefore, the present work describes the construction of electrochemical sensors for the quantification of hair dyes of the temporary type, because they are class of dyes easily removed from the hair and, consequently, are released in great quantity for the environment. The electrochemical sensor consists of the development of a composite electrode using modified magnetic particles with carboxylic groups (CFMP) to determine the dyes basic brown 16 (BB16), basic red 51 (BR51), and basic yellow 57 (BY57) in samples of yarn extracts Hair samples, commercial samples of temporary tincture, wash water, samples of river water and tap water. The three dyes analyzed have azide groups as chromophores. In the present work, the oxidation of amines and hydroxyls present as auxochromic groups in the dyes was investigated. The results showed that the oxidation of the functional group in the dyes on the composite electrode modified by carboxylic groups can occur in Ea = 0.44 V, Ea = 0.86 V and Ea = 0.65, respectively for the dyes BB16, BR51, and BY57 and the peak current increases significantly with respect to the electrode without modification. The interaction between dye + CFMP was confirmed by UV/Vis and FTIR spectroscopy. Analytical curves for the BB16, BR51, and BY57 dyes were constructed using the optimized conditions in the square wave voltammetry (SWV) technique: pulse frequency (f) = 30 s-1, pulse amplitude (a) = 50 mV and scanning increment (ΔEs) = 2 mV for the dyes. Linear relationships were obtained at intervals of 2.0 x 10-7 mol L-1 to 9.0 x 10-7 mol L-1, 1.5 x 10-6 mol L-1 at 5.5 x 10-5 mol L-1, 2.0 x 10-7 mol L-1 to 1.2 x 10-7 mol L-1 for the dyes BB16, BR51, and BY57, in this order, using the SWV technique. Detection limits of 1.01 x 10-8 mol L-1, 1.19 x 10-7 mol L-1, 2.89 x 10-7 mol L-1 were obtained for the dyes BB16, BR51, and BY57, respectively. The method was applied to hair strands, wash water, tap water, and commercial formulation samples. The simultaneous determination of the dyes BB16, BR51, and BY57 was also proposed using the method described and optimized. The simultaneous determination of the dyes BB16, BR51 and, BY57 was also proposed using the method described and optimized. The method was applied to tap water and river water samples with approximately 100% recoveries and commercial hair dye sample (COLOR EXPRESS®). The electrochemical method was compared with the reference method using high performance liquid chromatography with diode arrangement detector (HPLC/DAD). / FAPESP: 2013/21542-6

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná / O setor industrial têxtil gera em seu processo produtivo grande volume de efluentes líquidos, que possuem elevado potencial poluidor devido à presença de corantes. Esses são compostos potencialmente tóxicos e de difícil degradabilidade, dos quais destaca-se o Azul Reativo 5G. O tratamento desses efluentes é geralmente realizado por técnicas convencionais de coagulação e floculação, as quais utilizam grandes quantidades de sais de alumínio e ferro. A substituição de coagulantes químicos por tecnologias alternativas como a eletrofloculação pode trazer grandes vantagens. Este processo consiste na desestabilização de poluentes em meio aquoso por meio da produção in situ de íons coagulantes pela aplicação de corrente elétrica a eletrodos de sacrifício. Embora possua eficiência comprovada, inclusive para efluentes têxteis, a eletrofloculação ainda não é uma técnica consolidada, devido principalmente à ausência de metodologias sistemáticas para o projeto e dimensionamento de reatores, em especial os de fluxo contínuo. Diversas abordagens de modelagem e simulação na literatura buscam resolver esse problema, das quais destaca-se a Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD) como a mais promissora, podendo ser acoplada a várias físicas, embora comumente seja acoplada apenas à eletroquímica. O objetivo deste trabalho foi acoplar a técnica de CFD a um modelo cinético ajustado experimentalmente para a remoção do corante Azul Reativo 5G de solução sintética por meio de eletrofloculação, visando predizer o perfil de concentração em um reator de fluxo contínuo. O reator contínuo estudado possui volume útil de 8,5 L, é do tipo monopolar, e possui quatro pares de eletrodos de ferro para o tratamento, dispostos como chicanas. Para obtenção do modelo para a cinética da reação, foram realizados experimentos com o sistema de eletrofloculação em batelada com eletrodos de ferro, em que as variáveis foram concentração inicial de corante (C0) e densidade de corrente (j) aplicada aos eletrodos. Testou-se o ajuste de três tipos de modelos cinéticos aos dados experimentais: modelo com base no balanço molar, modelos de adsorção e modelos sigmoidais, dos quais o modelo sigmoidal logístico, obteve melhor ajuste, com valores de R² acima de 90%. Como o modelo não inclui a espécie ferro, foram feitos ensaios preliminares no módulo de fluxo contínuo, para determinar a influência do fluxo na distribuição de ferro ao longo do reator, bem como o ponto no reator onde a reação tem início. Testou-se as vazões de 0,5 L.min-1 e de 2 L.min-1, e observou-se que para a vazão baixa, há retorno de ferro e acúmulo antes do primeiro eletrodo, o que não ocorre para a vazão mais alta. No modelo para o escoamento no reator considerou-se um fluido incompressível, fluxo laminar e estado estacionário, e desprezou-se a influência dos fenômenos eletroquímicos no fluxo e transporte de partículas, como a geração de bolhas de gás e migração iônica. A simulação para o reator de fluxo contínuo foi realizada no software COMSOL Multiphysics v.5.2®,que utiliza o Método dos Elementos Finitos para resolver as equações diferenciais parciais de escoamento da continuidade e de Navier-Stokes. As variáveis resposta consideradas foram a velocidade do fluido e a concentração de corante, e utilizou-se os módulos de CFD (interface de Fluxo Laminar) e de Transporte de Soluções Diluídas (TDS), com acoplamento fraco entre as físicas. Uma análise de convergência foi realizada para a escolha da malha. Foram realizadas três simulações do perfil de concentração no reator, com condição de densidade de corrente igual a 8,65 mA.cm-2, concentrações iniciais de corante respectivamente iguais a 45, 25 e 40 mg.L-1 e vazões 0,5 L.min-1 para os dois primeiros ensaios e 2 L.min-1 para o terceiro. Ensaios experimentais foram feitos com as mesmas condições, e comparou-se os resultados obtidos com uma malha de amostragem de 23 pontos. Verificou-se que o modelo proposto permitiu predizer o perfil de concentração do reator com razoável sucesso para uma faixa de trabalho de velocidades baixas de fluxo, levando em conta as limitações inerentes a ele, notadamente a ausência da influência das microbolhas. Assim, a metodologia proposta mostra-se muito promissora para que uma vez aperfeiçoado, o modelo possa vir a auxiliar no projeto de reatores caso a caso, bem como fornecer subsídios para preencher a lacuna acerca de uma metodologia sistemática de projeto e ampliação de escala. / The textile industry produces great amounts of wastewater as a byproduct of its productive process, which contain high pollutant potential, due to the presence of dyes. These are potentially toxic and high undegradable compounds, from which the Blue Reactive 5G is one of the most used. The treatment of such wastewaters is generally accomplished through conventional coagulation and flocculation techniques, which make use of great amounts of aluminum and iron salts. As such, the substitution of these chemical coagulants for alternative technologies such as electrocoagulation may bring great advantages. The process consists in the destabilization of pollutants in aqueous medium by means of the in situ production of coagulant ions by applying electrical current to sacrificial electrodes. Although the process' efficiency is proven, even for the treatment of textile wastewaters, electrocoagulation is still not a consolidated technique, due mainly to the lack of systematic methodologies for the project and scale up of reactors, especially continuous flow ones. Several approaches for modeling and simulation in scientific literature aim to solve this problem, the most promising of which being the Computational Fluid Dynamics (CFD), which may be coupled to several physics, although it is usually coupled only to electrochemistry. The goal of this study was to couple the CFD technique to a kinetic model, experimentally adjusted, for the removal of the Blue Reactive 5G dye from synthetic wastewater through the electrocoagulation technique, aiming to predict the concentration profile in a continuous flow reactor. The reactor is a 8,5 L tank with monopolar connections and four pairs of iron electrodes, which also work as baffles. In order to obtain the kinetic model of the reaction, experiments were carried out in a batch electrocoagulation system with iron electrodes, in which the variables were initial dye concentration (C0) and current density (j) applied to the electrodes. Three kinds of kinetic models were test for the adjust: model based on molar balance, adsorption models and sigmoidal models, from which the logistic sigmoidal model obtained the best adjustment, presenting R² above 90%. Since the model does not include the iron species, preliminary tests were made in the continuous flow reactor, in order to determine the flux influence on the iron distribution through the reactor, as well as the local, in the reactor, were the reaction starts. The flow rates of 0,5 L.min-1 and 2 L.min-1 were tested, and it was noted that, for the low flow rate, there is a reflux of iron, which accumulated before the first electrode, which does not happen for the higher flow rate. For the fluid flow model in the reactor, considerations were made for a incompressible laminar flow and stationary state, and the effect of electrochemical phenomena in the flow and transport of substances, such as gas bubbles and ironic migration, were not considered. The simulation for the continuous flow reactor was performed in the software COMSOL Multiphysics v.5.2®, which makes use of the Finite Elements Method to solve the partial differential equations of continuity and Navier-Stokes. The response variables considered were fluid velocity and dye concentration, and the modules CFD (laminar flow interface) and Transport of Diluted Species (TDS) were used, with weak coupling between the physics. A convergence study was carried out in order to choose the appropriate mesh for the simulation. Three simulations of the concentration profile in the reactor were carried out, with a current density of 8,65 mA.cm-2, respective initial dye concentrations of 45, 25 and 40 mg.L-1 and flow rates of 0,5 L.min-1 for the two first studies and 2 L.min-1 for the third. Experiments were performed with the same conditions as the simulations, samples were collected with mesh of 23 points in the reactor and the results of predicted and observed concentration were compared. The results showed that the proposed model allowed to predict the concentration profile in the reactor with reasonable success, within a low velocity flow range, taking into account the limitations inherent to the model. Therefore, the proposed methodology appears very promising for that, once perfected, the model may assist in the reactor design case to case, as well as aid filling the gap regarding a systematic methodology for reactor project and scale-up, which is the main barrier in expanding the technology.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LeocadiaTCB.pdf: 1594369 bytes, checksum: da7a2bc5860922178cae36e104bfbd40 (MD5) Previous issue date: 2006-10-21 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / Effluent color resulting from textile dyeing processes has been one of the biggest environmental problems faced by the textile industry. In particular, reactive dyes are highly resistant to conventional wastewater treatment methods. New technologies have been contemplated, some of which have been applied in industrial treatment plants, but color removal has not been efficiently attained. Since microemulsion systems provide good results in heavy metals and proteins extraction processes, their use in dyes extraction has been suggested and investigated. In this work, a real textile wastewater from an exhaustion dyebath has been treated, which contains the following reactive dyes: Procion Yellow H-E4R (CI Reactive Yellow 84), Procion Blue H-ERD (CI Reactive Blue 160) and Procion Red H-E3B (CI Reactive Red 120), in addition to auxiliary compounds normally found in dyeing processes with reactive dyes. The dyes Remazol Blue RR and Remazol Turquoise Blue G (Reactive Blue 21) have also been examined in view of the presence of heavy metals in these molecules. The microemulsion system comprised dodecyl ammonium chloride (as a cationic surfactant), water or wastewater as aqueous phase, kerosene as oil phase, and one of the following alcohols as cosurfactant: isoamyl alcohol, n-butyl alcohol and n-octyl alcohol. The pseudo-ternary diagrams were constructed in order to define Winsor s equilibrium regions. The influence of parameters such as pH, C/S (cosurfactant/surfactant) ratio, distribution coefficient, initial dye concentration, salinity, temperature, phases relative amounts, loading capacity of the microemulsion phase and dye reextraction rate has also been investigated. An experimental planning (Scheff? Net) was used to optimize the extraction process. The removal of color and metals reached levels as high as 99% / A cor do efluente resultante dos processos de tingimento tem sido um dos principais problemas ambientais enfrentados pela ind?stria t?xtil. De modo especial, efluentes contendo corantes reativos s?o altamente resistentes aos processos de tratamento convencionais. Novas tecnologias t?m sido buscadas, algumas j? em escala industrial, por?m nem sempre ? poss?vel atingir a efici?ncia desejada. Por serem utilizadas de forma eficiente em processos de extra??o de metais e de prote?nas, buscou-se utilizar as microemuls?es na extra??o de corantes. Para este estudo, um efluente real foi examinado, consistindo no banho de exaust?o de um processo de tingimento contendo os seguintes corantes: Procion Amarelo H-E4R (CI Reactive Yellow 84), Procion Azul H-ERD (CI Reactive Blue 160) e Procion Vermelho H-E3B (CI Reactive Red 120), al?m de auxiliares normalmente encontrados em processos de tingimento com corantes reativos. Para estudar a remo??o de metais ligados ?s mol?culas dos corantes, utilizaram-se ainda os corantes Remazol Azul RR e Remazol Azul Turquesa G (Reactive Blue 21). Os sistemas de microemuls?o foram formados pelo cloreto de dodecilam?nio (tensoativo cati?nico), ?gua ou efluente como fase aquosa, querosene como fase oleosa e um dos seguintes ?lcoois como cotensoativos: ?lcool isoam?lico, n-butanol e n-octanol. Os diagramas pseudo-tern?rios, representativos dos sistemas microemulsionados em estudo, foram desenvolvidos a fim de delimitar as regi?es de exist?ncia de equil?brio de fases (sistema de classifica??o Winsor). Verificou-se a influ?ncia de par?metros como: pH, raz?o C/T (cotensoativo/tensoativo), coeficiente de distribui??o, concentra??o inicial de corante, salinidade, temperatura, rela??o das fases, capacidade de carga da fase de microemuls?o e reextra??o do corante. Uma metodologia de planejamento experimental (Rede de Scheff?) foi utilizada para otimizar a extra??o. A remo??o da cor e de metais alcan?ou ?ndices de extra??o superiores a 99%

Este trabalho teve como objetivo investigar a adsorção de corantes têxteis (Vermelho Reativo 194 e Azul de Prociona MX-R) em nanotubos de carbono (NTC) em meio aquoso. Para tanto, empregou-se nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTCPM) e carvão ativo (CA) em pó, ambos comerciais, na remoção do corante têxtil Vermelho Reativo 194 e nanotubos de carbono de parede simples (NTCPS) e NTCPM na remoção do corante têxtil Azul de Prociona MX-R. Os NTCPS foram sintetizados utilizando a técnica de deposição química de vapor catalisada. Os adsorventes foram caracterizados por espectroscopia no infravermelho e Raman, isotermas de adsorção/dessorção de N2 e microscopia eletrônica de varredura e de transmissão. Os efeitos do pH, tempo de agitação e da temperatura na capacidade de adsorção foram investigados. O tempo de contato para obter equilíbrio a 298 K foi fixado em uma hora para o caso onde foi empregado o corante Vermelho Reativo 194 e três horas para o caso onde foi empregado o Azul de Prociona MX-R. A região de pH ácido (pH 2,0) foi favorável para as adsorções de ambos corantes. A energia de ativação do processo de adsorção foi avaliada nas temperaturas entre 298-323 K para os NTCPM e CA, na adsorção do corante Vermelho Reativo 194. O modelo cinético de ordem fracionária de Avrami foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais do corante Vermelho Reativo 194 em comparação com os modelos cinéticos de adsorção de pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem. Por outro lado, o modelo cinético de ordem geral foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais do corante Azul de Prociano MX-R, em comparação aos modelos de pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem. Tanto para o corante Vermelho Reativo 194, quanto para o corante Azul de Prociona MX-R, os dados de equilíbrio obedeceram ao modelo de isoterma de Liu. O cálculo dos parâmetros termodinâmicos de adsorção indicou que a adsorção de ambos ocorre de forma endotérmica, espontânea e favorável para todas as temperaturas investigadas. Adicionalmente, a magnitude da entalpia indica que a adsorção para os dois corantes se dá através de interação eletrostática. Isso pode ser confirmado por cálculos ab initio, baseados na teoria do funcional da densidade, implementados no código SIESTA, para a adsorção do Azul de Prociona MX-R e um NTCPS (8,0). / This work aimed to investigate the adsorption of textile dyes (Reactive Red M-2BE and Reactive Blue 4) on carbon nanotubes (CNT). To this purpose, multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) and powdered activated carbon (AC), both commercial, were used in removal of textile dye Reactive Red M-2BE and single-wall carbon nanotubes (SWCNT) and MWCNT in the removal of textile dye Reactive Blue 4. The SWCNT were synthesized by catalytical chemical vapour deposition. The adsorbents were characterised by infrared and Raman spectroscopy, N2 adsorption/desorption isotherms and scanning and transmission electron microscopy. The effects of pH, shaking time and temperature on adsorption capacity were studied. The contact time to obtain equilibrium at 298 K was fixed at 1 hour for the case where the Reactive Red M-2BE dye was used and 3 hours for the case where the dye was used Reactive Blue 4. In the acidic pH region (pH 2.0), the adsorption of the both dyes were favourable. The activation energy of the adsorption process was evaluated from 298 to 323 K for MWCNT and AC, in the adsorption of the Reactive Red M-2BE dye. The Avrami fractional-order kinetic model provided the best fit to the experimental data of the Reactive Red M-2BE dye compared with pseudo-first-order or pseudo-second-order kinetic adsorption models. On the other hand, the general order kinetic model provided the best fit to the experimental data of the Reactive Blue 4 dye, compared with pseudo-first order and pseudo-second order kinetic adsorption models. For both the Reactive Red M-2BE and the Reactive Blue 4 dyes, the equilibrium data were best fitted to the Liu isotherm model. The calculation of the thermodynamic parameters of adsorption indicated that adsorption of both dyes by adsorbents occurs so endothermic, spontaneous and favorable for all temperatures studied. Additionally, the magnitude of enthalpy indicates that the adsorption process for both dyes occurs through electrostatic interaction. This can be confirmed by ab initio calculations based on density functional theory, implemented in the SIESTA code, for the adsorption of Reactive Blue 4 textile dye and a SWCNT (8.0).

Os corantes ciânicos (CC) são compostos orgânicos que possuem uma estrutura facilmente variável, permitindo obter-se as características fotofísicas desejáveis. Devido a sua alta afinidade por estruturas biológicas, baixa citotoxicidade no escuro, alta solubilidade em meio aquoso e fotoatividade os CC são considerados compostos promissores para aplicações no tratamento do câncer por terapia fotodinâmica (TFD). CC possuem uma forte tendência de se agregar em meio aquoso, que modifica suas características fotofísicas, reduzindo os rendimentos quânticos de fluorescência e do estado tripleto, diminuindo assim sua eficiência em suas aplicações como sonda fluorescente e na TFD, todavia, a agregação aumenta a eficiência da conversão da sua energia de excitação em calor, que é importante para sua aplicação na terapia por hipertermia (HT). Sendo introduzido num organismo o CC se encontra no ambiente onde ele vai interagir com sais e estruturas nano-heterogêneas (membrana celular, ácidos nucléicos etc.), interações que podem influenciar na sua agregação. Nesse trabalho investigamos o fenômeno da agregação dos CC em suas interações com sistemas nano-heterogêneos naturais (DNA) e sintéticos (micelas) em função da sua própria estrutura, da estrutura destes sistemas e da composição da solução: as concentrações do corante e do sistema nano-heterogêneo e a força iônica. Entre os CC, escolhemos como modelos a Acridina Laranja (AL) e os corantes com dois cromóforos (BCD) que se diferem pelo ângulo formado entre seus cromóforos. Utilizamos técnicas espectroscópicas estacionárias e com resolução temporal de absorção óptica, fluorescência, espalhamento ressonante e dinâmico da luz e fotólise por pulso relâmpago. Descobrimos que em soluções aquosas homogêneas os sais induzem a agregação dos CC. No caso da AL, os sais suprimem sua fluorescência pelo aumento da agregação da AL e pela formação de um exciplexo entre a AL em seu estado excitado singleto e o ânion do sal. A interação dos CC com estruturas nano-organizadas é complexa. Observamos que na interação do CC com o DNA aparecem várias espécies em equilíbrio, tais como monômeros de CC livres e ligados ao DNA, agregados de CC ligados ao DNA e agregados de DNA ligados com os monômeros de CC. A ligação da AL ao DNA reduz a probabilidade do contato da AL com outras moléculas. Contudo, na presença do DNA os sais reduzem a agregação da AL devido à redução da constante de ligação da AL com o DNA. Na presença do dodecil sulfato de sódio (SDS), observamos que em baixas concentrações este estimula a agregação do CC. O aumento da concentração de SDS induz a desagregação do CC. Identificamos que os agregados dos CC com SDS apresentam uma dinâmica que pode perdurar por diversas horas. Durante esse período os agregados trocam suas formas H e J. Investigamos uma possível aplicação prática da agregação numa terapia de HT, identificando que a agregação protege o CC da fotodecomposição e aumenta a eficiência da geração de calor. Os resultados obtidos são importantes para avaliar o potencial de aplicação do CC como fotossensibilizadores em terapia fotodinâmica, fotohipertermia e sondas fluorescentes em diagnóstico por fluorescência. / Cyanine dyes (CD) are organic compounds that have an easily variable structure, thus allowing obtain desirable photophysical characteristics. Due to their high affinity to biological structures, low cytotoxicity in the dark, high solubility in aqueous medium and photoactivity the CD are promising materials for application as photosensitizers in cancer treatment by photodynamic therapy (PDT) and as fluorescence probes in fluorescence diagnostics (FD). CD have a strong tendency to aggregate in aqueous media, which modify their photophysical characteristics, reducing its fluorescence and triplet state quantum yields, thus decreasing their efficiency in applications in PDT and FD. At the same time, aggregation increases the probability of excitation energy conversion into heat, which is important for application in hyperthermia (HT) therapy. Being introduced into organism, CD will interact with salts and nano-heterogeneous structures (cell membrane, nucleic acids etc.). These interactions can affect its aggregation. In this work we have investigated the CD aggregation phenomenon at its interactions with natural (DNA) and synthetic (micelles) nano-heterogeneous systems in function of their own structure, structure of the nano-heterogeneous system and the solution characteristics like dye and nano-heterogeneous system concentrations and ionic strength. Among CD, we have chosen as models Acridine Orange (AO) and cyanine dyes with two chromophores (BCD) that differ by the angle between chromophores. Stationary and time-resolved optical absorption, fluorescence, resonant and dynamic light scattering spectroscopies and flash photolysis were used. We have found that in homogeneous aqueous solutions salts induce the CD aggregation. In the case of AO, the salts quench the AO fluorescence by increasing its aggregation and by forming an exciplex between the AO molecule in its singlet excited state and the salt anion. Interaction of CD with nano-organized systems is complex. We observed that at CD interaction with DNA there appear several species in equilibrium, such as CD monomers free and bound to DNA, CD aggregates bound to DNA and DNA aggregates bound to CD monomers. The aggregation of DNA molecules around AO monomers reduces the probability for AO contact with other molecules. In the presence of DNA salts reduce AO aggregation due to reduction of the AO binding constant to DNA. Sodium dodecyl sulfate (SDS) in low concentrations induces CD aggregation, while higher SDS concentrations stimulate CD disaggregation. The process of CD aggregation in the presence of SDS can continue for several hours. During this period, the form of aggregates may modify from H to J or from J to H depending on the dye structure. The irradiation of dye solutions with visible light increases the solution temperature. Aggregation protected CD from photodecomposition and increased heat generation. The results obtained may help in evaluation the potential of CD as photosensitizers in photodynamic therapy, photohyperthermia and fluorescent probes in fluorescence diagnostics.

Este trabalho teve como objetivo investigar a adsorção de corantes têxteis (Vermelho Reativo 194 e Azul de Prociona MX-R) em nanotubos de carbono (NTC) em meio aquoso. Para tanto, empregou-se nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTCPM) e carvão ativo (CA) em pó, ambos comerciais, na remoção do corante têxtil Vermelho Reativo 194 e nanotubos de carbono de parede simples (NTCPS) e NTCPM na remoção do corante têxtil Azul de Prociona MX-R. Os NTCPS foram sintetizados utilizando a técnica de deposição química de vapor catalisada. Os adsorventes foram caracterizados por espectroscopia no infravermelho e Raman, isotermas de adsorção/dessorção de N2 e microscopia eletrônica de varredura e de transmissão. Os efeitos do pH, tempo de agitação e da temperatura na capacidade de adsorção foram investigados. O tempo de contato para obter equilíbrio a 298 K foi fixado em uma hora para o caso onde foi empregado o corante Vermelho Reativo 194 e três horas para o caso onde foi empregado o Azul de Prociona MX-R. A região de pH ácido (pH 2,0) foi favorável para as adsorções de ambos corantes. A energia de ativação do processo de adsorção foi avaliada nas temperaturas entre 298-323 K para os NTCPM e CA, na adsorção do corante Vermelho Reativo 194. O modelo cinético de ordem fracionária de Avrami foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais do corante Vermelho Reativo 194 em comparação com os modelos cinéticos de adsorção de pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem. Por outro lado, o modelo cinético de ordem geral foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais do corante Azul de Prociano MX-R, em comparação aos modelos de pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem. Tanto para o corante Vermelho Reativo 194, quanto para o corante Azul de Prociona MX-R, os dados de equilíbrio obedeceram ao modelo de isoterma de Liu. O cálculo dos parâmetros termodinâmicos de adsorção indicou que a adsorção de ambos ocorre de forma endotérmica, espontânea e favorável para todas as temperaturas investigadas. Adicionalmente, a magnitude da entalpia indica que a adsorção para os dois corantes se dá através de interação eletrostática. Isso pode ser confirmado por cálculos ab initio, baseados na teoria do funcional da densidade, implementados no código SIESTA, para a adsorção do Azul de Prociona MX-R e um NTCPS (8,0). / This work aimed to investigate the adsorption of textile dyes (Reactive Red M-2BE and Reactive Blue 4) on carbon nanotubes (CNT). To this purpose, multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) and powdered activated carbon (AC), both commercial, were used in removal of textile dye Reactive Red M-2BE and single-wall carbon nanotubes (SWCNT) and MWCNT in the removal of textile dye Reactive Blue 4. The SWCNT were synthesized by catalytical chemical vapour deposition. The adsorbents were characterised by infrared and Raman spectroscopy, N2 adsorption/desorption isotherms and scanning and transmission electron microscopy. The effects of pH, shaking time and temperature on adsorption capacity were studied. The contact time to obtain equilibrium at 298 K was fixed at 1 hour for the case where the Reactive Red M-2BE dye was used and 3 hours for the case where the dye was used Reactive Blue 4. In the acidic pH region (pH 2.0), the adsorption of the both dyes were favourable. The activation energy of the adsorption process was evaluated from 298 to 323 K for MWCNT and AC, in the adsorption of the Reactive Red M-2BE dye. The Avrami fractional-order kinetic model provided the best fit to the experimental data of the Reactive Red M-2BE dye compared with pseudo-first-order or pseudo-second-order kinetic adsorption models. On the other hand, the general order kinetic model provided the best fit to the experimental data of the Reactive Blue 4 dye, compared with pseudo-first order and pseudo-second order kinetic adsorption models. For both the Reactive Red M-2BE and the Reactive Blue 4 dyes, the equilibrium data were best fitted to the Liu isotherm model. The calculation of the thermodynamic parameters of adsorption indicated that adsorption of both dyes by adsorbents occurs so endothermic, spontaneous and favorable for all temperatures studied. Additionally, the magnitude of enthalpy indicates that the adsorption process for both dyes occurs through electrostatic interaction. This can be confirmed by ab initio calculations based on density functional theory, implemented in the SIESTA code, for the adsorption of Reactive Blue 4 textile dye and a SWCNT (8.0).