BEZERRA, D. P. Modifying state-of-art adsorbents for CO2 capture by amine incorporation and ion-exchange. 2014. 109 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-02-25T13:28:37Z No. of bitstreams: 1 2014_tese_dpbezerra.pdf: 1987921 bytes, checksum: 789a879eb43b19b70f1c2ad184e6ed4b (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-03-03T13:24:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_tese_dpbezerra.pdf: 1987921 bytes, checksum: 789a879eb43b19b70f1c2ad184e6ed4b (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-03T13:24:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_tese_dpbezerra.pdf: 1987921 bytes, checksum: 789a879eb43b19b70f1c2ad184e6ed4b (MD5) Previous issue date: 2014-05-08 / CO2 is the major Greenhouse Gas (GHG), which may cause undesired consequences to the environment, such as global warming. There are many options for CO 2 separation, among which adsorption on porous materials is highlighted in this work. Activated c arbons and zeolites have been proposed as potential adsorbents due to their natural affinity for CO 2 and to the possibility of tailoring textural properties and surface chemistry to enhance capacity and selectivity under specific capture scenarios. This th esis focuses on changing the surface chemistry of conventional adsorbents, by means of amine impregnation and ion - exchange, so as to examine the effect of such modifications on their performance for CO 2 capture. The experimental section was divided into th ree distinct studies. Initially, CO 2 adsorpti on isotherms were obtained on X zeolite functionalized with increasing concentrations of 2 - aminoethanol ( monoethanolamine , abbreviated as MEA ) . Subsequently, activated carbon was investigated as a support for a min e impregnation for CO 2 capture. Lastl y, a study of ion exchange in X z eolite was conducted in order to investigate the influence of different compensation cations in CO 2 capture. In general, MEA impregnation led to a deterioration in the textural proper ties of the examined adsorbents, which are essentially microporous. It seems the amine s fill completely the micropores , as the concentration of impregnating solution increases. There is experimental evidence that part of the loaded amine covalently bonds t o the zeolitic framework. CO 2 adsorption capacity is always lower for MEA impregnated solids than for the pristine support at 298 K, but the same is not true at 348 K. X zeolite keeps texture and crystalline structure intact upon ion - exchange. CO 2 adsorpti on is enhanced for smaller and lighter compensating cations, such as Li , reaching 4.82 mmol/g at 348 K and 1 bar . In terms of working capacity (between 0. 1 and 1 bar) at 298 K, Ba exchanged X zeolite performs better than the other solids . It remains to be studied in future work the CO 2 /N 2 and CO 2 /CH 4 selectivity of such materials in dry and humid conditions / CO2 é o principal Gás de Efeito Estufa (GEE), que pode causar consequências indesejáveis ao meio ambiente, como o aquecimento global. Há muitas opções para a separação de CO2, entre as quais a adsorção em materiais porosos é destaque neste trabalho. Carbonos ativados e zeólitos têm sido propostas como potenciais materiais adsorventes, devido à sua afinidade natural com o CO2 e para a possibilidade de adaptar as propriedades texturais e química de superfície para aumentar a capacidade e seletividade em cenários de captura específicos. Esta tese se concentra em modificar a química da superfície de adsorventes convencionais, por meio de impregnação de amina e troca-iônica, de modo a avaliar o efeito de tais modificações sobre o seu desempenho de captura de CO2. A secção experimental foi dividida em três estudos distintos. Inicialmente, isotermas de adsorção de CO2 foram obtidos em zeólito X funcionalizado com concentrações crescentes de 2-aminoetanol (Monoetanolamina, MEA). Subsequentemente, o carbono ativado, foi investigado como um suporte para a impregnação de amina para a captura de CO2. Por último, um estudo de troca iônica em zeólito X foi realizada a fim de investigar a influência de diferentes cátions de compensação na captura de CO2. Em geral, MEA impregnação conduziu a uma deterioração nas propriedades texturais dos adsorventes estudados, que são essencialmente microporosos. Quanto maior a concentração da solução de impregnação aumenta, maior é o preenchimento dos microporos por aminas. Há evidências experimentais de que parte da amina carregada liga covalentemente à estrutura zeolítica. A capacidade de adsorção de CO2 é sempre menor para amostras impregnadas do que para o suporte puro a 298 K, contudo em temperatura maiores, 348 K, é possível observar melhorias. Zeólito X mantém textura e estrutura cristalina intacta nas amostras de troca-iônica. Adsorção de CO2 é reforçada por cátions de compensação menores e mais leves, como Lítio, atingindo 4,82 mmol/g a 348 K e 1 bar. Em termos de capacidade de trabalho (entre 0,1 e 1 bar) a 298 K, o Ba em zeólito X tem um desempenho melhor do que os outros sólidos. Ele continua a ser estudado em trabalhos futuros a CO2/N2 e CO2/CH4 seletividade de tais materiais em condições secas e úmidas.

RAMOS, J. E. T. Carbono ativado com metais suportados como adsorventes para dessulfuração profunda da gasolina comercial. 2013. 161 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-02-25T16:15:19Z No. of bitstreams: 1 2013_tese_jetramos.pdf: 2760258 bytes, checksum: 8c6a0e753f072613dbe060ad43c95fdd (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-02-26T13:27:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_tese_jetramos.pdf: 2760258 bytes, checksum: 8c6a0e753f072613dbe060ad43c95fdd (MD5) / Made available in DSpace on 2015-02-26T13:27:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_tese_jetramos.pdf: 2760258 bytes, checksum: 8c6a0e753f072613dbe060ad43c95fdd (MD5) Previous issue date: 2013-02-25 / In this study, modified carbonaceous materials were prepared by metals impregnation (copper, silver and palladium) for removing sulfur from synthetic solutions of benzothiophene in iso-octane solutions and also in commercial gasoline. Benzothiophene adsorption of iso-octane solutions (mixture model) was measured by fixed bed experiments filled with activated carbons with and without metal impregnation in three different temperatures: 30, 45 and 60°C. Breakthrough curves were simulated according to a mathematical model that considers operation nonlinear isothermal adsorption equilibrium, axial dispersion flow and mass transfer described by Linear Driving Force model (LDF). The LDF model for gas adsorption kinetics is frequently and successfully used for analysis of adsorption column dynamic data and for adsorptive process designs because it is simple, analytic, and physically consistent. The results confirmed the efficiency of activated carbons used in sulfur compounds adsorption, especially when its surface is modified with metals. Adsorption capacities, qm, were significant obtained for materials used, values in order of 1.08 mmol S/gads for GF45 activated carbon, 2.00 mmol S/gads for GF45/CuCl2 activated carbon, 2.38 mmol S/gads for GF45/AgCl activated carbon and 2.71 mmol S/gads to GF45/PdCl2 activated carbon to the mixture model and 0.14 mmol S/gads for GF45/AgCl activated carbon, 0.23 mmol S/gads to GF45 activated carbon, 0.30 mmol S/gads for GF45/CuCl2 activated carbon and 1.00 mmol S/gads for GF45/PdCl2 activated carbon, showing an improvement when working with materials impregnated with metals. In terms of selectivity, there was a better value for this parameter studies in material impregnated with palladium. With respect to process reversibility, it was observed that adsorption area was twice value of desorption area for all materials. This demonstrates that activated carbon has no good reversibility, ie, activated carbon retains part of adsorbate even after purging, which will ultimately decreasing the amount of same active sites over successive cycles of adsorption/desorption. Adsorptive processes for removing sulfur components can be a viable alternative to complement the HDS process. / No presente estudo foram preparados materiais carbonosos modificados mediante a impregnação de metais (cobre, prata e paládio) para a remoção de enxofre a partir de soluções sintéticas de benzotiofeno numa concentração de 50 a 400ppm em iso-octano e em amostras de gasolina comercial. A adsorção do benzotiofeno em solução de iso-octano (mistura modelo) foi avaliada através de experimentos em coluna de leito fixo recheada com carbonos ativados com e sem impregnação de metais em três temperaturas distintas: 30, 45 e 60°C. Curvas de breakthrough foram simuladas de acordo com um modelo matemático que considera operação isotérmica, equilíbrio de adsorção não linear, fluxo com dispersão axial e transferência de massa descrita por uma aproximação de força motriz linear (LDF). Os resultados confirmaram a eficiência da utilização dos carbonos ativados em processos de adsorção de compostos sulfurados, principalmente quando se modifica sua superfície com metais. Foram obtidas capacidades máximas de adsorção significativas para os materiais utilizados de 1,08 mmol S/gads para o carbono ativado GF45; 2,00 mmolS/gads para o carbono ativado GF45/CuCl2; 2,38 mmolS/gads para o carbono ativado GF45/AgCl e 2,71 mmolS/gads para o carbono ativado GF45/PdCl2, quando se utilizou a mistura modelo. Para a gasolina real, obtiveram-se 0,14 mmolS/gads para o carbono ativado GF45/AgCl, 0,23 mmolS/gads para o carbono ativado GF45, 0,30 mmolS/gads para o carbono ativado GF45/CuCl2 e 1,00 mmolS/gads para o carbono ativado GF45/PdCl2, evidenciando uma melhoria ao se trabalhar na adsorção com materiais impregnados com metais. Em termos de seletividade foi observado um maior valor para este parâmetro nos estudos realizados com o carbono impregnado com paládio. Com relação à reversibilidade do processo foi observado que a quantidade adsorvida foi, em geral, o dobro da quantidade dessorvida quando da passagem de solvente puro sem mudança da temperatura para todos os materiais estudados. Este fato demonstra que o carbono ativado não possui uma boa regenerabilidade, ou seja, o carbono ativado retém parte do adsorbato mesmo após a purga, o que acaba diminuindo a quantidade de sítios ativos do mesmo ao longo de ciclos sucessivos de adsorção/dessorção, embora se espere uma melhor recuperação a temperaturas mais elevadas. O modelo de transporte dispersivo foi empregado para reproduzir o comportamento das curvas breakthrough e estimar parâmetros de transferência de massa, utilizando o solver comercial gPROMS. Assim, processos adsortivos para a remoção de componentes sulfurados a baixas concentrações podem ser uma alternativa viável como complemento à unidades de hidrodessulfuração (HDS).

SANTOS, Elton José Gomes dos. Nanotubos de carbono substitucionados com monômeros e dímeros de titânio: uma aproximação de primeiros princípios. 2006. 87 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2006. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-05T20:41:40Z No. of bitstreams: 1 2006_tese_ejgsantos.pdf: 4911814 bytes, checksum: 241fc3aec5b26ee286685082439a5818 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-07T14:57:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2006_tese_ejgsantos.pdf: 4911814 bytes, checksum: 241fc3aec5b26ee286685082439a5818 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-07T14:57:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006_tese_ejgsantos.pdf: 4911814 bytes, checksum: 241fc3aec5b26ee286685082439a5818 (MD5) Previous issue date: 2006 / Neste trabalho estudamos através de abordagem de primeiros princípios, algumas formas de obtermos monômeros e dímeros de Ti substitucionados em nanotubos de carbono metálicos ou semicondutores. Apresentamos possíveis rotas substitucionais para as impurezas se agregarem à superfície dos nanotubos, observando a relação entre o número de vacâncias sobre as paredes e a quantidade de impurezas metálicas colocadas em cada sítio. Encontramos que essa forma sistemática de realizarmos a dopagem gera mudanças pronunciáveis sobre as principais propriedades eletrônicas e estruturais dos tubos. Desde modo, é possível a confecção de complexos metais-ligantes, dependendo como os defeitos nos tubos são produzidos e de que forma os metais estabelecem a sua configuração mais estável sobre a lamela. Podendo servir de centro reativo para agregação de novas estruturas sobre os titânios e a formação de estruturas híbridas, tão em evidência nos mais amplos cenários da funcionalização. Os cálculos de energia total com polarização de spin foram realizados com o programa SIESTA - Spanish Initiative for Eletronic Simulations with Thousands of Atoms, que consiste hoje no estado da arte em termos de cálculos computacionais ab initio para orbitais em base numérica que escalonam linearmente com o tamanho do sistema, o que possibilita a obtenção de resultados tão bons quanto aos melhores cálculos em ondas planas, só que de forma mais rápida e barata computacionalmente. Um detalhado estudo da estrutura eletrônica de bandas, da densidade de estados, do contour plot da densidade de carga localizada sobre cada nível do sistema, da população de Mulliken e da configuração geométrica mais estável que o sistema alcançou é realizado.

PEIXOTO, H. R. Modelagem da separação de CO2 em processos de pós-combustão por PSA. 2015. 110 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-05-08T16:09:06Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_hrpeixoto.pdf: 2121496 bytes, checksum: 27c995324aa1dacc2f430a7cae742fe0 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-05-22T18:57:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_hrpeixoto.pdf: 2121496 bytes, checksum: 27c995324aa1dacc2f430a7cae742fe0 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-22T18:57:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_hrpeixoto.pdf: 2121496 bytes, checksum: 27c995324aa1dacc2f430a7cae742fe0 (MD5) Previous issue date: 2015-02-25 / Adsorption processes involving carbon dioxide (CO2) capture and sequestration have been objects of different studies. A typical problem is the separation of CO2 from fuel gases emitted in power plants in order to mitigate the global warming effects. Recently, Pressure Swing Adsorption (PSA) technology is being applied to this separation. However, design and analysis of adsorption processes are a difficult task due to the large number of parameters involved. This work studies the dynamics of this separation in activated carbons C141 and WV 1050 through commercial software Aspen Adsorption (AspenTech®). First, we evaluated the ability of the software reproducing experimental fixed bed data in C141 reported on literature, considering the mixture 10% of helium (carrier gas), 15% dioxide carbon and 75% nitrogen, molar basis. The results showed satisfactory resemblance to the literature. From a scale-up of the analyzed system, it was sized a PSA apparatus at 298 K operating with two columns and four steps: adsorption, depressurization, purge and repressurization (Skarstrom cycle). High-pressure step was at 3.0 bar and regeneration at 1.1 bar. Fuel gas mixture simulated was composed only of CO2 and N2; the molar fraction of the first component at the feed stream was 15%. The product stream in C141 showed purity and recovery of carbon dioxide from approximately 23% and 60% on a molar basis, respectively. The productivity was 0.72 t CO2 kg-1 year-1. Through the study of design variables such as column diameter and length, feed and purge flow rate, feed composition and step times, the product purity exceeded 30 % and the recovery bordered 75%, with maximum productivity of 1.02 t CO2 kg-1 year-1 for some process settings. The process yields in WV 1050 were 26.5 % purity, 47 % recovery and 0.53 t CO2 kg-1 year-1 / Processos de adsorção envolvendo a captura e o sequestro de dióxido de carbono (CO2) vêm sendo objetos de diferentes estudos. Um dos problemas típicos analisados é a separação do CO2 a partir dos gases de queima emitidos em plantas energéticas com o intuito de mitigar os efeitos do aquecimento global. Recentemente, a tecnologia Pressure Swing Adsorption (PSA) está sendo aplicada para este tipo de separação. Entretanto, o projeto e a análise de processos de adsorção são uma tarefa difícil devido à grande quantidade de parâmetros envolvidos. Este trabalho estuda a dinâmica dessa separação nos carbonos ativados C141 e WV 1050 através do software comercial Aspen Adsorption da AspenTech®. Inicialmente, foi avaliada a capacidade do software no que diz respeito à reprodução de dados experimentais de leito fixo reportados na literatura, que consideram a mistura como sendo, em base molar, 10 % de hélio (gás de inerte), 15 % de dióxido de carbono e 75 % de nitrogênio. Os resultados obtidos apresentaram semelhança satisfatória aos da literatura para o sólido C141. A partir de um scale-up desse sistema analisado, foi dimensionada uma PSA a 298 K de duas colunas e quatro passos: adsorção, despressurização, purga e repressurização (ciclo Skarstrom). A etapa de maior pressão ocorre a 3,0 bar e a regeneração a 1,1 bar. Considerou-se que o gás de queima é composto apenas por CO2 e N2, sendo a fração molar de alimentação do componente de interesse de 15%. Para C141, a corrente de produto apresentou pureza e recuperação de dióxido de carbono de aproximadamente 23 % e 60 % em base molar, respectivamente, com produtividade de 0,72 t CO2 kg-1 ano-1. Através do estudo de variáveis de projeto como diâmetro e comprimento da coluna, vazão de alimentação e de purga, composição de alimentação e tempos das etapas do ciclo, a pureza do produto ultrapassou os 30 %, a recuperação se aproximou de 75 % e a produtividade máxima foi de 1,02 t CO2 kg-1 ano-1 para algumas configurações do processo. Os rendimentos para o adsorvente WV 1050 foram: pureza de 26,5 %, recuperação de 47 % e produtividade de 0,53 t CO2 kg-1 ano-1

Para investigar o efeito de diferentes sistemas de manejo do solo no estoque de carbono e na composição química da matéria orgânica ao longo do perfil do solo e sobre sua capacidade de retenção de carbono, foram desenvolvidos dois estudos em Latossolos subtropicais. No primeiro estudo, foi investigada a influência do sistema de plantio direto (PD) e do sistema de preparo convencional (PC) do solo sobre o estoque de carbono e qualidade da matéria no perfil do solo e nas frações leve livre (FLL), leve oclusa (FLO) e pesada (FP) até 20 cm de profundidade de um Latossolo Bruno (LB) e de um Latossolo Vermelho (LV). No segundo, foi estudado o efeito de sistema de manejo do solo (PD e PC) sobre a capacidade de retenção de carbono nas frações silte e argila dos mesmos Latossolos do estudo I. Para tais finalidades, foram coletadas amostras deformadas de solo nas camadas de 0-2,5; 2,5-5; 5-10; 10-20; 20-30; 30-40; 40-60; 60-80 e 80-100 cm e indeformadas nas profundidades 0-5; 5-10 e 10-20 cm. O teor de carbono do solo e das frações foi determinado por combustão seca e a composição química da matéria orgânica foi analisada por técnicas espectroscópicas. Sob PD, o estoque de C foi superior (9,7 e 12,2 Mg ha-1 nas camadas de 0-2,5 cm e de 2,5-5 cm respectivamente) ao observado sob PC até 5 cm de profundidade (6,4 e 8,5 Mg ha-1 nas camadas de 0-2,5 cm e de 2,5-5 respectivamente) no LB e até 2,5 cm no LV (5,6 Mg ha-1 sob PD e 4,7 Mg ha-1 sob PC). A subsuperfície do solo armazenou 69% (no LB) e 75% (no LV) do carbono aportado anualmente ao perfil do solo em virtude do manejo do solo sob PD. Tanto no solo inteiro quanto nas frações (FLL, FLO e FP), o PD favoreceu a preservação de estruturas orgânicas lábeis e tal efeito foi mais pronunciado no LB em comparação ao LV. O LB apresentou maior retenção de C nas frações silte (52 g kg-1 sob PD e 41 g kg-1 sob PC) e argila (61 g kg-1 sob PD e 54 g kg-1 sob PC) do que o LV (Csilte = 32 g kg-1 sob PD e 31 g kg-1 sob PC e Cargila = 25 g kg-1 sob PD e sob PC), independente do manejo de solo. No LB, o sistema PD promoveu maior retenção de C nas frações comparativamente ao PC, enquanto no LV, a capacidade de retenção de C das frações não diferiu em função do manejo. Em ambos os Latossolos, a retenção de C pode ser explicada por dois processos principais de sorção; interação organo-mineral e auto-associação da matéria orgânica em estruturas tipo micelares. No LV, este último processo parece ser predominante, ao passo que no LB, ambos os mecanismos contribuem igualmente para o sequestro de carbono. / Two studies were developed in Oxisols for investigating the effect of different management systems on soil C stocks and on chemical composition of organic matter along the profile, and on the carbon retention capacity. In the first study, we investigated the the effect of no-tillage (NT) and conventional tillage (PC) on C stocks and composition of organic matter of the soil profile and of the free light fraction (FLF), occluded light fraction (OLF) and heavy fraction (HF) to 20 cm depth of a Brown Oxisol (BO) and a Red Oxisol (RO). In the second study, we investigated the C retention capacity in the silt and clay fractions of the Oxisols used in the first study. For these purposes, soil samples were collected in soil layers of 0-2.5, 2.5 to 5, 5-10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-60, 60-80 and 80 -100 cm and undisturbed soil samples in the depth of 0-5, 5-10, 10-20 cm. The C content in soil and fractions was determined by dry combustion and chemical composition of organic matter was analyzed by spectroscopic techniques. Under NT, C stock was greater (9.7 e 12.2 Mg ha-1 in surface layers 0-2.5 cm and 2.5-5 cm respectively) than that found under CT (6.4 e 8.5 Mg ha-1 in surface layers 0-2.5 cm and 2.5-5 cm respectively) in the BO and up to 2.5 cm in the RO (5.6 Mg ha-1 under NT and 4.7 Mg ha-1 under CT). The subsoil stored 69% (in BO) and 75% (in RO) of carbon added annually to the soil profile due to soil management under NT system. In bulk soil and in the fractions (FLF, OLF and HF) as well, the NT promoted the preservation of labile organic structures. Such effect was more pronounced in BO in comparison to RO. The BO showed a greater C retention in silt (52 g kg-1 under NT and 41 g kg-1 under CT) and clay fractions (61 g kg-1 under NT and 54 g kg-1 under CT) than RO (Csilt = 32 g kg-1 under NT and 31 g kg-1 under CT and Cclay = 25 g kg-1 under NT and CT), regardless the soil management. Furthermore, in BO, the NT system promoted a greater C retention in the two fractions compared to CT, while in RO, the C retention capacity of the silt and clay fraction was not affected by the management system. In both Oxisols, C sequestration can be explained by two main sorption processes: organo-mineral interaction and self-assemblage of organic matter in micelle-like structures. In the RO, the latter process seems to be predominant, whereas in BO both mechanisms contribute equally to the C sequestration.

As células a combustível do tipo PEMFC necessitam de alta durabilidade, eficiência e custo baixo de produção para que tenham aplicação prática. Um dos componentes da célula denominado MEA (Membrane Electrode Assembly) é composto por uma membrana trocadora de prótons e por camadas de difusão gasosa (CDG) que devem ser altamente condutores, porosos e hidrofóbicos. CDGs com alta hidrofobicidade são geralmente preparadas com revestimentos à base de Nafion® e PTFE (politetrafluoretileno) sobre a superfície do substrato (polímero reforçado com fibra/papel de carbono). No entanto, alguns estudos têm demonstrado que o desempenho das CDG’s tende a diminuir com o aumento de PTFE na superfície. O presente trabalho apresenta um método de tratamento superficial através de modificação assistida por radiação UV na presença do agente hidrofóbico Trimetóxipropilsilano (TMPSi). Foram realizadas modificações superficiais inserindo grupos hidrofóbicos na superfície da CDG por meio da imersão da mesma em H2O2 10% por 2 minutos, seguida da irradiação (254 nm) na presença de TMPSi por 60 e 120 min. Aplicou-se também um tratamento térmico a 80 °C por 120 minutos após a irradiação. As amostras foram caracterizadas quanto à molhabilidade por monitoramento do ângulo de contato (WCA - water contact angle), que evidenciou um aumento de aproximadamente 30° no WCA para as amostras. Análises de FTIR-ATR evidenciaram a evolução das ligações químicas realizadas na superfície do polímero e medidas de condutividade elétrica mostraram que houve um decréscimo menor com o tratamento superficial por foto-funcionalização hidrofóbica do que com os tratamentos a base de PTFE. Os resultados evidenciaram a eficiência do tratamento proposto para a produção de CDGs hidrofóbicas em alternativa aos tratamentos convencionais com PTFE e a um custo reduzido. / The PEMFC type fuel cell requires high durability, efficiency and low production cost to achieve wide-spread practical application. One of the components of the cell, called MEA (Membrane Electrode Assembly), comprises a proton exchange membrane and gas diffusion electrodes (GDL) that must be highly conductive, porous and hydrophobic. The highly hydrophobic GDL are usually prepared with coatings based on PTFE (polytetrafluoroethylene) on the surface of the substrate (fiber reinforced polymer/carbon paper), even though some studies have shown that the performance of CDG's tends to decrease with increasing PTFE surface. This work focuses on a surface treatment method assisted by UV radiation in the presence of a hydrophobic agent (trimetoxipropylsilane - TMPSi). Surface modifications were carried out by inserting hydrophobic groups on the surface of CDG by its immersion on 10% H2O2 solution for 2 min, followed by irradiation (254 nm) in the presence of TMPSi for 60 and 120 min. A heat treatment, 80 °C for 120 min, was also applied after irradiation. The samples were characterized, among others, by WCA (water contact angle) which showed an increase of nearly 30°, whereas FTIR-ATR showed change in chemical bonds on the polymer surface. Conductivity measurements showed higher values with the hydrophobic photo-functionalization surface treatment than the treatments based on PTFE. The results evidenced the effectiveness of the proposed treatment for the production of hydrophobic CDGs as an alternative to conventional PTFE treatments and at low cost.

Neste trabalho nanocompósitos de Poli(fluoreto de vinilideno)(PVDF)/Polianilina(PAni) e nanotubos de carbono (NTC) foram preparados por processamento no estado fundido utilizando três diferentes metodologias. Na primeira os nanotubos de carbono foram adicionados diretamente durante o processamento no estado fundido. No segundo método os nanotubos de carbono foram adicionados a PAni diretamente durante a etapa de polimerização desta e posteriormente este material foi misturado ao PVDF no estado fundido. No terceiro método metade da quantidade total de nanotubos de carbono do nacompósito foi adicionada diretamente durante o processamento e a outra metade foi adicionada a PAni durante a etapa de polimerização. A processabilidade, a morfologia, as propriedades elétricas, as propriedades viscoelásticas, e as propriedades eletro-reológicas foram avaliadas para as misturas e para os nanocompósitos. A morfologia final de todas as misturas PVDF/PAni apresentaram típica separação de fases com a presença de domínios de polianilina. A condutividade elétrica destas apresentou um decréscimo de valores ao longo do tempo de processamento para todas as composições. Houve um aumento dos módulos, no estado sólido, com a adição de polianilina e nanotubos de carbono ao sistema. As medidas eletro-reológicas mostraram que a presença da polianilina e dos nanotubos de carbono mudou o comportamento reológico do PVDF e também a condutividade elétrica foi afetada pelo cisalhamento oscilatório. Tanto a morfologia quanto a condutividade elétrica sofreram variações em função do método de preparação dos nanocompósitos PVDF/PAni/NTC. Como conseqüência, as propriedades viscoelásticas no estado sólido foram influenciadas pelas diferentes morfologias destes materiais. Os experimentos eletro-reológicos mostraram que o cisalhamento agiu destruindo os caminhos condutores formados e, com isso causando a redução na condutividade elétrica do sistema. / In this work nanocomposites of poly(vinylidene fluoride) (PVDF)/polyaniline (PAni) and carbon nanotubes (CNT) were prepared through melt processing using three different methods. Firstly the nanotubes were incorporated directly into the PVDF/PAni blend during the processing step. In the second methodology the nanotubes were dispersed in the reaction medium during aniline polymerization. After the reaction completion this PAni/CNT composite was blended with PVDF through melt processing. The third method consisted in a combination of both methods In the second stage blends of PVDF/PAni were prepared through melt processing. The morphology, processability, electrical properties, viscoelastic properties, and electro-rheological behavior were evaluated for the blends and the nanocomposites. All PVDF/PAni blends showed typical phase separation with the presence of polyaniline aggregates. The electrical conductivity of PVDF/PAni blends had lower values as a function of processing time for all compositions. There was an increasing of both moduli in solid state with the addition of PAni and CNT. The electro-rheological measurements showed that the presence of PAni and CNT changed the PVDF rheological behavior and also the electrical conductivity was affected by the oscillatory shear. The morphology and electrical conductivity changed as a function of the three methods used to prepare the nanocomposites. As a consequence, the moduli in solid state were also affected by the different morphologies. The shear acted by destroying the conductive paths formed through the PVDF/PAni matrix. This fact caused the decreasing in the electrical conductivity values of the nanocomposites.

Carbon-dots (C-dots, pontos de carbono) ou Carbon Quantum Dots (CQDs, pontos quânticos de carbono) consistem em uma interessante classe de nanopartículas de carbono, que vêm recebendo grande atenção devido à sua combinação de propriedades como luminescência, excelente biocompatibilidade e dispersabilidade em água. C-dots são nanopartículas quase esféricas, formados por fragmentos de grafeno empilhados, com diâmetros entre 1 à 10 nm, contendo grupos funcionais na superfície. Embora exista um significativo número de estudos experimentais na literatura, ainda há uma ampla discussão sobre os detalhes estruturais destas nanopartículas e seus efeitos nas propriedades óticas apresentadas. Neste trabalho, utilizamos simulações de dinâmica molecular para explorar detalhes da estrutura atômica dos C-dots, propondo estruturas que apresentem características estruturais, morfológicas e de composição conforme observados em experimentos. Para tanto, criamos inicialmente modelos dessas nanopartículas baseados no empilhamento de fragmentos de grafeno funcionalizados nas bordas. Observou-se que após a relaxação estrutural, os fragmentos foram reorientados, levando a um alinhamento turbostrático entre camadas, com espaçamento próximo aos característicos do grafite Em seguida, calculamos a energia de adesão das camadas dos C-dots, para avaliar a estabilidade desses aglomerados, e os resultados mostram que a presença de grupos funcionais oxigenados contribui para uma melhor adesão entre as camadas. Ainda, criamos modelos semelhantes para essas nanopartículas, incluindo átomos próximos as bordas dos nanoflakes utilizando um método hibrido de MC/MD e os resultados mostram reconstrução da superfície devido a formação espontânea de ligações covalentes nas bordas com a presença de pentágonos, hexágonos e defeitos. Usamos também simulações de dinâmica molecular reativa para analisar a formação destas partículas, partindo de fragmentos resultantes da quebra de moléculas orgânicas, conforme observado experimentalmente. Estas simulações mostraram que a estrutura dos C-dots pode ser um pouco mais complexa do que as atualmente propostas, contendo outros tipos de interação entre os nanoflakes de grafeno, que podem afetar significativamente as propriedades do material. / Carbon-dots (C-dots) or Carbon Quantum Dots consist of an interesting class of carbon nanoparticles, which have received great attention due to their combination of properties such as luminescence, excellent biocompatibility and dispersibility in water. C-dots are almost spherical nanoparticles, formed by stacked graphene fragments, with diameters between 1 and 10 nm, containing functional groups on the surface. Although there is a significant number of experimental studies in the literature, there is still a wide discussion about the structural details of these nanoparticles and their effects on the presented optical properties. In this work, we use molecular dynamics simulations to explore details of the atomic structure of C-dots, which are proposed on basis of experimental characterization data available from the literature. We initially created models of these nanoparticles based on the stacking of functionalized graphene fragments at the edges. It was observed that after the structural relaxation, the fragments were reoriented, leading to a turbostratic alignment between layers, with spacing close to the characteristics of the graphite Then, we calculate the adhesion energy of the C-dots layers, to evaluate the stability of these clusters, and the results show that the presence of oxygenated functional groups contributes to a better adhesion between the layers. Furthermore, we have created similar models for these nanoparticles, including atoms near the edges of nanoflakes using a hybrid MC / MD method and the results show the spontaneous surface reconstruction due to the formation of covalent bonds at the edge with the presence of pentagons, hexagons and defects. We also used simulations of reactive molecular dynamics to analyze the initial steps for the formation of these particles, starting from fragments resulting from the breakdown of organic molecules, as observed experimentally. These simulations have shown that the structure of the C-dots may be what more complex than those currently proposed, containing other types of interaction between the graphene fragments, which can significantly affect the properties of the material.

O Biodiesel é obtido a partir de óleos vegetais, gorduras animais, óleo de fritura, e matérias graxas de alta acidez. A introdução do Biodiesel na matriz energética brasileira contribui para a preservação ambiental e diminui a dependência dos derivados do petróleo. O monitoramento de parâmetros indicativos da qualidade do produto em todos os elos da cadeia, do produtor até a bomba de abastecimento nos postos revendedores, bem como sua utilização em veículos automotivos, tem por meta preservar a confiança do consumidor, visando os mercados nacional e internacional. O objetivo geral deste trabalho é investigar a estabilidade do Biodiesel de soja (B100) e suas blendas com óleo Diesel (B20 e B5), com e sem adição de antioxidante, e sua compatibilidade com aço inoxidável e aço carbono, ao longo de seis meses de imersão. As placas metálicas permaneceram imersas em amostras do combustível nesse período, retirando-se periodicamente alíquotas para análise. Os resultados por Rancimat indicam que o B100 contendo antioxidante pode ser armazenado e transportado em aço carbono até o limite de 45 dias enquanto para o B20 esse prazo é de 180 dias, com ou sem adição de antioxidante. A avaliação dos dados por análise multivariada confirma estes resultados. / Biodiesel is produced from vegetable oils, animal fat, frying oil, grease and even materials of high acidity. Introduction of Biodiesel into the Brazilian energetic matrix contributes to environmental preservation and reduces dependence on petroleum. The aim of this study is to investigate the chemical stability of soybean Biodiesel (B100) and its blends with Diesel (B20 and B5), with and without addition of antioxidant, besides its compatibility with stainless and carbon steel, over a six months immersion period. The metallic plates remain immersed for one hundred and eighty days on fuel samples from which aliquots are periodically removed for analysis. The monitoring parameters indicative of the product quality in all chain links, from the producer to the supply pump at gas stations, as well as its use in vehicles, has the goal of preserving consumer confidence, targeting the domestic and international markets. Results by Rancimat essays indicate that, when added with an antioxidant B100 can be stored and transported in carbon steel up to a limit of 45 days while for B20 this period is 180 days, with or without addition of antioxidant. Multivariate data analyses, including infrared spectra confirms these results.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:36:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_8591_Jadson Jordao Ribeiro.pdf: 2180887 bytes, checksum: 6b4f6dd84142a16f3fcee69ae4f2183a (MD5) Previous issue date: 2015-02-28 / As técnicas de conservação do solo, como cobertura vegetal, objetivam conservar ou aumentar os teores de matéria orgânica para manter em equilíbrio os atributos químicos, físicos e biológicos do solo. Sistema de aporte constante de matéria orgânica como os sistemas agroecológicos, surge como alternativa viável quando comparado aos sistemas convencionais de cultivo. O uso de sistemas que apresentam maior diversificação vegetal e arborização como os sistemas agroecológicos, aumentam o aporte de matéria orgânica, reduzem as perdas de Nitrogênio (N) e Carbono (C), aumentando a capacidade de infiltração de água no solo, a agregação, e reduzindo a lixiviação de nutrientes. Diante disso o objetivo geral deste trabalho foi comparar diferentes sistemas de manejo de cafezais, (agroflorestais e a pleno sol) com mata nativa e pastagem, avaliando os impactos desses sistemas no acumulo de diferentes formas de N e C e sua relação com a agregação do solo. O estudo foi realizado em propriedades de agricultores familiares, no distrito de Feliz Lembrança, Alegre, ES. Foram selecionados sistemas com diferentes tipos de uso: café agroecológico, café a pleno sol, pastagem degradada e uma área de referência (mata). Foram coletadas amostras de solo nas camadas de 0-5, 5-10, 10-20 e 20-40 cm, para a caracterização do solo em cada sistema avaliado. Os solos foram avaliados quanto às formas de carbono orgânico total, N total, nitrogênio potencialmente mineralizável (NPM), carbono e nitrogênio da biomassa microbiana em diferentes classes de agregados (4-2, 2-0,250 e < 0,250 mm). Os resultados foram submetidos à análise de estatística descritiva e multivariada. Maiores índices de estabilidade dos agregados foram encontrados no sistema agroflorestal e na mata nativa. Houve uma queda na quantidade das diferentes formas de C e N com a profundidade. Maiores teores de carbono e nitrogênio total, C e N da biomassa microbiana foram superiores no sistema agroflorestal. Maiores porcentagens de C e N foram encontrados nas classes 4-2 e < 0,250 mm.