Orientador: Ines Joekes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-08T20:35:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bergamaschi_JonathanMelo_M.pdf: 1286873 bytes, checksum: d69d1c5af13c8dd142484b9abdf4423f (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho descreve o comportamento degradativo de ataque ácido em argamassas preparadas com dois tipos de cimento com escória (compostos) e um sem escória (comum) analisado via gravimetria e pela velocidade de ataque. Os fatores como período de cura, concentração do ácido e tipo (ácido clorídrico, HCl, sulfúrico, H2SO4, e ácido acético, HAc) foram controlados. Nos ensaios de ataque ácido analisados por gravimetria, o ácido sulfúrico se comportou o mais agressivo em todos os tipos de cimento estudados. Porém em ensaios com corpos de prova de CP-III, nas primeiras semanas de imersão neste ácido, houve um aumento de massa. Após esse período a perda de massa foi intensa, devido o agravante do ataque por íons sulfatos. A velocidade de degradação da argamassa é influenciada fortemente pela natureza do ácido. O ácido orgânico é o consumido mais rapidamente. Contudo, para argamassa de cimento composto, a velocidade de consumo de ácido é menor em baixa concentração. HCl ataca mais rapidamente argamassa curada por 28 dias do que H2SO4 em concentração 0,010 mol L. O efeito do tempo de cura mostra diferença de velocidade ao ataque ácido entre HCl e H2SO4; com corpos de prova curados por 7 dias, HCl é mais rapidamente consumido, mas em corpos de prova curados por 91 dias, H2SO4 é consumido mais rápido. A análise de imagens superficiais dos corpos de prova em ensaios utilizando soluções de mesmo pH confirma a proporcionalidade direta entre a força do ácido e a agressividade. Diferente comportamento é também observado para argamassa preparada com diferentes cimentos. Para períodos curtos de cura, cimento composto apresenta baixa velocidade de ataque. No entanto, quando imersos em ácido acético, argamassa de cimento tipo CP-V apresenta baixa velocidade de ataque em períodos longos de cura, quando comparado com cimento com escória. Estes resultados mostram que muitos fatores estudados influenciam na velocidade do ataque ácido e estes restringem as generalizações sobre a resistência dos cimentos. / Abstract: This work describes the degradative behaves of acid attack in mortars prepared with two slag containing cements and one without slag analyzed by gravimetria and kinetic. Conditioning factors as curing period, acid concentration and type (hydrochloric acid, HCl, sulfuric acid, H2SO4, and acetic acid, HAc) were controlled. In experiments of acid attack analyzed by gravimetria, sulfuric acid behaved the most aggressive in all studied types of cement. However in experiments with CP-III specimens, in the first weeks of immersion in sulfuric acid, it had a mass increase. After this period, the loss of mass was intense, due the aggravating of the attack for sulfate. The nature of the acid influences strongly mortar degradation rates. The organic acid is the quickest consumed. However, for slag-mortars, the rate of acid consumption is lower in less concentrated solutions. HCl attacks faster all 28-days cured mortars than H2SO4 in 0.10 mol L solutions. The effect of curing time shows differences among HCl and H2SO4 attack rate; with 7-day cured specimens, HCl is more rapidly consumed, but with 91-day cured specimens, H2SO4 is the fastest consumed. The analysis of superficial images of specimens in experiments using same pH solutions confirms the direct proportionality between the force of acid and its aggressiveness. Different behavior is also observed for mortars prepared with different cements. For short curing times, slag-cement mortars show lower rate of attack. However, when immersed in acetic acid (HAc), type III cement mortars show lower rates of attack at longer curing times, when compared to slag-cement mortars. These results show that every factor studied influenced the rate of acid attack and this restrains cement resistance generalizations. / Mestrado / Físico-Química / Mestre em Química

Orientadores: Cecilia Amelia de Carvalho Zavaglia, Raul Garcia Carrodeguas / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-15T14:41:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Motisuke_Mariana_D.pdf: 16445878 bytes, checksum: 24051dcb16ae3df67a3a90e36fb1c391 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A necessidade de novos biomateriais que permitem considerável melhora na qualidade de vida de pessoas que sofrem de doenças relacionadas à velhice ou que apresentam algum tipo de lesão no tecido ósseo advindas de acidentes ou doenças como a obesidade e o câncer tem despertado o interesse dos pesquisadores. Neste contexto, o desenvolvimento de novos biomateriais para a ortopedia baseados nos fosfatos de cálcio é relevante uma vez que estes apresentam excelente biocompatibilidae e bioatividade devido à sua composição química semelhante à fase mineral de ossos e dentes. A substituição por silicato de alguns grupos fosfatos é, hoje em dia, uma área muito promissora no desenvolvimento de fosfatos de cálcio uma vez que a presença deste elemento pode aumentar a bioatividade e estimular a diferenciação das células aderidas à superfície dos substitutos ósseos. Dentre estes materiais, o que recebe grande destaque é o Si-a-TCP, que se utilizado como cimento ósseo promete resultados interessantes. Além disso, o silício atua como um elemento estabilizante da fase a, tornando possível a sua formação em temperaturas mais baixas que as normalmente empregadas e, por isso, reduzindo os custos de sua síntese. Assim, o principal objetivo deste trabalho é investigar a influência do Si nas propriedades químicas, físicas, mecânicas, de biocompatibilidade e de bioatividade do cimento de a-TCP. No entanto, a síntese do a-TCP puro não é uma tarefa simples, uma vez que muitas condições de processo podem alterar suas propriedades finais ou, ainda, inibir a sua formação. O fator de maior influência é a qualidade dos reagentes de partida, que pode impossibilitar a formação de a-TCP em temperaturas tão altas como 1600°C, comprometendo a reprodutibilidade de seu processamento. Portanto, em conjunto com o desenvolvimento do Si-a-TCP, foram sintetizados reagentes com elevado teor de pureza, ou seja, livres da principal impureza que interfere na síntese do a-TCP, o magnésio. Este elemento é um famoso estabilizante da fase ß e eleva a temperatura de transição de fase ß??a para até 1500ºC. Verificou-se que a padronização das propriedades dos reagentes de partida garantiu a reprodutibilidade do processo de fabricação do a-TCP. Porém, observou-se que o Si reduz em quase quatro vezes a reatividade do a-TCP uma vez que por estabilizar a fase a, torna o material menos solúvel. Além disso, devido a esta baixa reatividade do pó com silício a resistência mecânica do cimento ósseo nos primeiros instantes de cura foi extremamente baixa (0,81 ± 0,25 MPa). Mesmo assim, alcançou valores similares ao cimento sem silício (18 MPa para o a-TCP e 15 MPa para o Si-a-TCP) após 168 horas de cura. Por outro lado, a biocompatibilidade e a formação de uma camada de apatita na superfície dos cimentos após ensaio em Fluido Corpóreo Simulado demonstram que o silício interfere positivamente nos processos de regeneração óssea. Foi possível desenvolver um novo cimento ósseo baseado no Si-a-TCP obtido a partir de reagentes sintetizados em laboratório que garantiram uma considerável redução de custos de síntese e um elevado teor de pureza. A produção dos precursores CaCO3, CaHPO4 e CaSiO3 em laboratório foi a etapa mais significante para a redução de custos uma vez que a baixa quantidade de impurezas presentes é responsável pela menor temperatura de síntese necessária (1200°C para o Si-a-TCP e 1300°C para o a-TCP) e o consequente aumento na facilidade de processamento (moagem) e na bioatividade em FCS do cimento ósseo. Os resultados obtidos neste trabalho demonstram que foi desenvolvida tecnologia nacional para a produção de um cimento ósseo com potencial de aplicação clínica e que será mais acessível à população brasileira. / Abstract: The need for new biomaterials which could improve life quality of people who suffer from oldness diseases or who have any bone tissue injury due to accidents and diseases like obesity and cancer are resulting in a growing number of researches. In this context, the development of new orthopedics biomaterials based on calcium phosphates compounds is relevant once they present excellent bioactivity and biocompatibility due to its chemical composition similar to the mineral part of bone and teeth. Silicon substitution into some phosphorous sites of calcium phosphate bioceramics is a promising field on the development of new biomaterials for orthopedics applications due to the increased bioactivity and cell differentiation on the material's surface which could be promoted by the presence of this element. In this manner, Si-a-TCP is receiving huge efforts since its employment as bone cement could be of great interest. Moreover, silicon is known to stabilize the a-TCP structure and to promote its formation at lower temperatures leading to a cost reduction of its processing. Thus, the major objective of this study is to investigate the influence of Si on the chemical, physical, mechanical, biocompatible and bioactive properties of the calcium phosphate cement once there is a lack of publication regarding this material. On the other hand, the synthesis of a pure a-tricalcium phosphate is not an easy task since all process conditions can change its final properties, or even inhibit its formation. The most limiting factor is the quality of the starting reagents which may preclude the formation of a-TCP at temperatures as high as 1600° C. Therefore, the reproducibility of a-TCP synthesis becomes very difficult and, in some cases, impossible. In this context, and together with the development of Si-a-TCP, high purity reagents were synthesized to eliminate the most important impurity which is an established stabilizer element of ß-TCP, magnesium. It has been discovered that the standardization of the reagents properties guaranteed the reproducibility of a-TCP manufacturing process. Nevertheless, it was also observed that Si has a strong influence on the setting reaction of the cement by reducing by almost four times the TCP reactivity once this element stabilizes the a-TCP structure and the final material is less soluble. As a result, the mechanical strength of the cement at initial times was extremely low (0,81 ± 0,25 MPa) even though it has achieved similar values to the cement without silicon after 168 hours of setting (18 MPa for a-TCP e 15 MPa for Si-a-TCP). Nonetheless, the biocompatibility after in vivo study and the precipitation of an apatite layer after SBF immersion lead to the conclusion that Si has a positive interference on the bone regeneration process. It was possible to develop a new calcium phosphate cement based on Si-a-TCP obtained from laboratory synthesized reagents which lead to a considerable reduction on the production costs and in a high purity level of the final material. The synthesis of CaCO3, CaHPO4 and CaSiO3 with low contents of impurities was the most significant step to cost reduction due to the lower temperatures needed to synthesize Si-a-TCP (1200°C) and a-TCP (1300°C), the enhanced facility on milling and the improved bone cement bioactivity in Simulated Body Fluid. National technology was developed in order to guarantee the production of a bone cement which has a huge potential to clinical application and, certainly, it will be more accessible to Brazilian people. / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-11T20:12:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lima_DaniloRibeirode_M.pdf: 2097787 bytes, checksum: 174055436552208f0eeb28c29f157213 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Biodiesel (ésteres alquílicos) é um combustível limpo derivado de fontes renováveis como óleo vegetal e gordura animal. O biodiesel é biodegradável, possui elevado ponto de fulgor, não-tóxico e produz menos COx e resíduos aromáticos do que o diesel de petróleo. Atualmente, devido ao elevado preço do óleo de soja e de canola, a produção de biodiesel a partir de matérias-primas de baixo custo como óleo residual pode aumentar a competitividade econômica do biodiesel frente ao diesel de petróleo, além de ser uma maneira de reciclar resíduos. A etanólise do óleo residual coletado em restaurante comercial foi estudada utilizando os catalisadores hidróxido de sódio e de potássio. Com teor de acidez superior a 3,8%, a transesterificação do óleo residual apresentou problemas comuns a esse tipo de matéria-prima, como formação de sabão e dificuldade de separação de fases. Assim, os planejamentos experimentais foram realizados em condições específicas de modo a resolver estes problemas. O óleo residual foi caracterizado pelo teor de acidez, umidade, composição de ácidos graxos, índice de iodo, viscosidade cinemática e massa específica. Primeiramente, foi realizado um planejamento fatorial fracionário para determinação das variáveis (temperatura, razão molar etanol:óleo, tipo e quantidade de catalisador e tempo de reação) de maior influência na conversão. O hidróxido de sódio formou uma mistura pastosa e homogênea após a destilação do etanol e, por isso, foi escolhido o catalisador hidróxido de potássio para os próximos planejamentos. A temperatura de reação de 30ºC também se mostrou a mais adequada. Além disso, os modelos estatísticos apresentaram curvatura, sendo necessária a adição de pontos axiais nos próximos planejamentos. Posteriormente, foram realizados planejamentos do tipo composto central com as variáveis mais significativas obtidas em planejamentos anteriores, visando não somente a obtenção da maior conversão, mas também bons índices de rendimento de ésteres. Os resultados mostraram que uma quantidade de KOH de 1,3%, temperatura de 30°C, razão molar etanol:óleo residual de 8:1, tempo de 50 minutos foram adequados para uma maior conversão e rendimento de ésteres obtidos. As curvas de contorno e superfícies de resposta mostraram as melhores condições de reação de cada planejamento de experimentos. Por fim, as melhores condições de operação foram tomadas para a obtenção dos dados cinéticos (energia de ativação e constantes da taxa) / Abstract: Biodiesel (alkyl esters) is a clean burning fuel derived from a renewable lipid feedstock such as vegetable oil or animal fat. It is biodegradable, non-inflammable, nontoxic and produce much lesser COx, sulfur dioxide and unburned hydrocarbons than petroleum-based diesel. Nowadays, due to the price of virgin oil such as soybean and canola oils, the use of low-cost feedstock such as waste frying oils in a base-catalyzed process should help make biodiesel competitive in price with petroleum diesel, beyond being a suitable way to reuse waste materials. Waste frying oil ethanolysis was studied using sodium hydroxide and potassium hydroxide as catalysts. The waste oil was collected in restaurant boxes. The waste oil showed free fatty acids content up to 3.8% and typical problems related to this condition as soap formation and phase separation interference were observed. Then, experimental designs were carried out in specific conditions to solve such problems. The properties of waste oil studied were acid value, water content, fatty acids composition, iodine value, kinematic viscosity and density. At first, a fractional factorial experimental design was chosen to analyze the most significant factors (temperature, ethanol to oil molar ratio, type and amount of catalyst and time) on the conversion oil to biodiesel. The use of sodium hydroxide as catalyst resulted in a dense and homogeneous phase after ethanol distillation, then potassium hydroxide was chosen to the subsequent experimental designs. The temperature of 30ºC was found more suitable as well. Moreover, curvature was detected in the fractional factorial experimental designs studied and star points were included in the following ones. Afterwards, central composite designs were carried out with the most significant factors obtained in previous designs not only looking for the higher conversion rate but also good ester yield. The reaction was optimized using 1.3% KOH, 30°C, ethanol to oil molar ratio of 8:1 and 50 minutes of stirring. The surface response methodology was used to study the best conditions related to each design. At last, a computer-aided tool of this system was used to model the kinetic of biodiesel production in order to calculate kinetic parameters such as reaction rate constants and the activation energy / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Actualmente los materiales cementicios suplementarios como el metacaolín, son comúnmente empleados en la industria cementera y de la construcción, debido a factores ambientales, económicos y técnicos. La mayoría de estudios que evalúan la influencia del metacaolín en sistemas cementicios, se enfocan en aspectos de desempeño y de resistencia mecánica, en edades avanzadas. Existen pocos estudios que evalúan la etapa inicial de hidratación. Por tanto, este trabajo tiene como propósito entender mejor la influencia que tiene la sustitución parcial de metacaolín en pastas de cemento Portland, durante las primeras 72 horas de hidratación. Normalmente para evaluar la cinética de hidratación se analiza el calor liberado, usando un calorímetro de conducción isotérmico. Sin embargo, otra técnica relativamente nueva usada en este estudio, es medir la retracción química en forma continua; en Brasil son raros los estudios que usen retracción química para obtener la cinética de hidratación. Para tal fin se elaboraron pastas utilizando reemplazos de metacaolín de 5, 10 y 20% en masa, además de una pasta de referencia, usando una relación constante agua/sólido de 0.5. La retracción química fue medida en forma continua automatizando el método de la dilatometría, también se evaluó la cinética de hidratación usando un calorímetro isotérmico. Adicionalmente, el desarrollo de los productos hidratados fue estudiado por análisis termogravimétrico y difracción de rayos X. Los resultados obtenidos muestran que existe una excelente relación entre la retracción química y la calorimetría y que la adición de metacaolín produce cambios en la cinética de hidratación, que también afectan a la retracción química. / Currently the supplementary cementitious materials such as metakaolin are commonly used in the cement and construction industry, due to environmental, economic and technical factors. Most studies evaluating the influence of metakaolin in cementitious systems focus on aspects of performance and mechanical strength at older ages. There are few studies evaluating the initial stage of hydration. Therefore, this paper aims to better understand the influence of the partial replacement of metakaolin in Portland cement pastes during the first 72 hours of hydration. Normally to evaluate the kinetics of hydration heat released is analyzed using an isothermal calorimeter. Nevertheless, another relatively new technique used in this study is to measure the chemical shrinkage continuously; in Brazil are rare studies using chemical shrinkage to obtain hydration kinetics. This study shows the influence of partial replacement of Portland cement by metakaolin in the hydration reactions and chemical shrinkage of cementitious pastes. For this, pastes were prepared using metakaolin replacements of 5, 10 and 20% by mass, and a reference paste, using a constant water/solid ratio of 0.5. Chemical shrinkage was measured continuously automating the method of dilatometry, hydration kinetics was evaluated using an isothermal conduction calorimetry. Additionally, the development of hydrated products was studied by thermogravimetric analysis and X-ray diffraction. The results show that there is an excellent relationship between chemical shrinkage and calorimetry and the addition of metakaolin leads to changes of the hydration kinetics, which also affect the chemical shrinkage.

Der Sol-Gel Öbergang in durch die Lösungsreaktion von Polybutadien mil 1,6-Hexan-bis-1,2,4-Triazolin-3,5-Dio synthetisierten Netzwerken wurde untersucht. Es wurde festgestellt, dass die Vernetzunqsreaktion durch eine Kinetik Pseudo 1. Ordnung entspricht und durch Aktievierungsenergie Kontrolliert ist. Bei höheren Umsätzen findet eine Abweichung von der Kinetik 1. Ordnung statt sowie eine Abnahme der Reaktionsgeschwindigkeit. Durch Messungen des Staudinger - Indexes von verzweigten Systemen (Sol Zustand) wurde die als Funktion der Vernetzerkonzentration bezeichnete Gelpunkt bestimnt. Es wurde gefunden, dass eine steile Zunahme des Staudinger - Indexes mit steigender Vernetzerkonzentration beobachtet werden muss, damit die berechnete Gelpunkt gut mit den Messergebnissen übereinstimmt. Die Kinetik wurde mit der Viskosimetrie in Beziehung gesetzi, so dass die Gelzeit, d.h. die als Funktion der Zeit bezeichnete Gelpunkt, berechnet werden konnte. Durch die Geschwindigkeitskonstant, die als Funktion der Vernetzerkonzentration bezeichnete Gelpunkt, den Kritischen Umsatz und die Gelzeit wurde der Sol-Gel Öbergang des untersuchten Systems charakterisiert. / A transição de fase sol-gel em reticulados de poli-(butadieno) sintetizados com 1,6-hexano-bis-1,2,4-triazolina-3,5-diona (HMTD) foi caracterizada através de um estudo cinético e de um estudo viscosimétrico. Verificou-se que a reação de reticulação segue um esquema cinético de pseudo-primeira ordem, o qual a baixas conversões é equivalente a um de primeira ordem, sendo a reação neste estágio controlada por processo de ativação. A conversões mais altas ocorre um desvio do comportamento inicial, tornando-se a reção acentuadamente mais lenta. Através de medidas de viscosidade intrínseca de sistemas ramificados (estado de sol), determinou-se o ponto de gelificação em função da concentração inicial HMTD. Verificou-se ser necessário observar-se um aumento acentuado da viscosidade intrínseca com a concentração de HMTD, para que o ponto de gelificação obtido seja coerente aos dados experimentais. Relacionando-se a cinética da reação à viscosimetria, calculou-se o tempo de gelificação, i.e. o ponto de gelificação em função do tempo. Através da constante de velocidade da reação, do ponto de gelificação em função da concentração de HMTD, da conversão crítica e do tempo de gelificação, caracterizou-se a transição de fase sol-gel do sistema estudado.

Atualmente, no ensino médio brasileiro, o tema cinética química tem sido apontado por professores do ensino médio como sendo de difícil abordagem devido ao caráter empírico como também abstrato dos conhecimentos envolvidos. Levando em consideração essas dificuldades, o objetivo desta pesquisa foi o de identificar como uma abordagem com foco na história da ciência pode contribuir para uma transição progressiva de professores de química do ensino médio no que se refere ao modelo de ensino de cinética química, considerando os conteúdos e as estratégias de ensino utilizadas. Para alcançar esse objetivo foi oferecido um curso de formação continuada para 20 professores de química, em que foi apresentado o tema cinética química na perspectiva do desenvolvimento histórico desse tema (reconstrução histórica), permitindo assim uma melhor compreensão do contexto no qual esses conceitos foram desenvolvidos. Baseando-se na perspectiva de Lakatos, foram construídos modelos de ensino de cinética química a partir das ideias dos professores, procurando-se verificar se esses modelos formam sequências de transição progressiva, similares ao que Lakatos, na História da Ciência, se refere a \"problemática\" que aumenta o poder explanatório/heurístico do modelo. A evolução dos modelos, que geralmente consiste em transições progressivas e que variam em grau, está relacionada ao entendimento manifestado pelos professores dos conteúdos específicos de cinética química, do entendimento da natureza da ciência e à compreensão do desenvolvido histórico desse tema. Inicialmente, os modelos de ensino dos professores estavam baseados principalmente nos aspectos macroscópicos da cinética química, como, por exemplo, nos fatores que influem na velocidade de uma reação química, sendo que poucos professores possuíam modelos em que estavam presentes aspectos microscópicos. Percebeu-se, pela análise dos modelos de ensino dos professores, que houve transição progressiva principalmente no que se refere ao entendimento do papel da Historia da Química no ensino como também na construção de imagem de ciência mais coerente com a perspectiva racionalista. / Chemical kinetics in high school is regarded, by teachers, as a complex topic to be taught since it comprehends explanatory theoretical models (including mathematical models) besides descriptive empirical approaches. Considering these difficulties the aim of this study is to investigate how a historical approach can facilitate teaching, taking into account their decisions about the content selection and teaching strategies. An in-service course on chemical kinetics focused on its historical development (historical reconstruction) was offered to 20 chemistry teachers. The course aimed to promote the understanding of the historical context in which the kinetic concepts were developed. Based on Lakatos science program perspective, models for chemical kinetics teaching were built and they were based on the teachers\' conceptions raised during the course activities as an attempt to verify if they represented sequences of progressive transitions similar to what Lakatos has referred as \"progressive problemshifts\" in the history of science. The evolution of the teachers\' models were related to the understanding manifested by them of specific content on chemical kinetics, understanding the nature of science, as well as the comprehension of the historical development of chemical kinetic concepts and models. At the beginning of the course, the teaching models were mainly based on macroscopic aspects of chemical kinetics, for instance, the factors that affect the rate of chemical reactions. Analyzing teaching models of teachers, we noted that there was a progressive transition, especially on the understanding of the role of the History of Science in education, but also in building of the image of science, more consistent with the rationalist perspective.

Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de materiais catalíticos à base de espinélios de cobalto e manganês, para serem empregados como catalisadores na decomposição do peróxido de hidrogênio (H2O2) 90%, em massa, proporcionando múltiplas partidas a frio em um micropropulsor de satélites a monopropelente. Os materiais foram avaliados, preliminarmente, na decomposição espontânea do H2O2 (teste da gota). Este teste permitiu selecionar os materiais que proporcionaram uma decomposição do H2O2 90% mais rápida e vigorosa, com um baixo tempo de indução. Os materiais catalíticos selecionados no teste da gota foram avaliados em um micro reator de leito fixo, que permitiu determinar a composição e a granulometria ideais para o catalisador. Em seguida, os materiais foram submetidos a testes cinéticos, onde foram determinadas a ordem, a constante e a energia de ativação da reação de decomposição do H2O2. Por fim, o catalisador denominado Co0,5Mn2,5-900, por apresentar os melhores resultados nos ensaios cinéticos e no micro reator, foi testado em um micropropulsor de 2 N, onde apresentou um desempenho rápido e repetitivo, sendo capaz de decompor espontaneamente o H2O2 sem sofrer desativação ou fragmentação após os testes. Os catalisadores foram caracterizados pelas técnicas de Espectrometria de Emissão Ótica por Fonte de Plasma (ICP-OES), Adsorção de Nitrogênio, Quimissorção de CO, Picnometria a Hélio, Difratometria de Raios X, Espectroscopia Fotoeletrônica de Raios X e por análises de Resistência Mecânica a Compressão, visando estabelecer uma correlação entre as propriedades físico-químicas e a atividade catalítica de cada material na decomposição H2O2 concentrado. / This work aimed to develop catalytic materials based on cobalt and manganese spinels to be used as catalysts in the decomposition of 90% (mass) hydrogen peroxide, allowing multiple starts in a microthruster of monopropellant satellites. The catalysts were preliminarily evaluated in the spontaneous decomposition of H2O2 (drop test). This test allowed to select the materials that provide spontaneous and vigorous decomposition of H2O2, with a low induction time. Then, the best performing catalysts were evaluated in a fixed bed micro reactor, which allowed to determine the best composition and granulometry for the catalyst. After this, the materials were submitted to kinetic tests, where the order, the constant and the activation energy of the H2O2 decomposition reaction were determined. Finally, the catalyst called Co0,5Mn2,5-900, due its best performance, was tested in a 2 N microthruster, where it presented a fast and repetitive performance, being able to spontaneously decompose the H2O2 without suffer deactivation or fragmentation after the testes. All catalysts were characterized by Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectrometry (ICP-OES), Nitrogen Adsorption, CO Chemimetry, Helium Picnometry, X-ray Diffractometry, X-ray Photoelectron Spectroscopy and Mechanical Compression Resistance analysis aiming to correlate their physicochemical properties with their activity in the catalytic decomposition of concentrated hydrogen peroxide.

Orientador: Gustavo Paim Valença / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-12T09:16:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LovonQuintana_JuanJose_D.pdf: 3240261 bytes, checksum: ad92f4d1100edab50342a486f6808682 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Pd e Sn foram suportados sobre ZrO2 por impregnação incipiente usando Pd(NO3)2.XH2O e SnC4H4O6.XH2O como precursores. Os sólidos foram secados e calcinados a 800, 1100 e 1400 K e caracterizados por ICP-AES, TEM, XRD, TPR, adsorção de H2, O2 e CO e por titulação de oxigênio adsorvido com H2. Nos sólidos contendo Pd ou Pd-Sn calcinados a 800 K as partículas de Pd foram completamente oxidadas formando fases com baixo grau de cristalinidade e os sólidos calcinados a 1400 K a fase ativa foi decomposta a Pd° e sinterizada, formando partículas de Pd com planos cristalinos expostos de baixa densidade Pd(200). A quantidade de O2 adsorvido sobre Pd-Sn ou Sn suportado sobre ZrO2 foi maior que nos sólidos contendo Pd suportado sobre ZrO2. O tamanho das partículas metálicas de Pd determinadas por adsorção de H2 foi maior que nos sólidos contendo Sn. Os testes de reação da oxidação de CH4 sobre catalisadores de Pd e Sn suportados sobre a ZrO2 foram realizados em um reator de fluxo contínuo a pressão atmosférica, na faixa de temperaturas de 450 até 750 K. A atividade catalítica dos sólidos foi dependente das condições de preparação dos catalisadores. Os sólidos Pd-Sn/ZrO2 calcinados a temperaturas = 1100 K mostraram valores de TOR de 2 a 4 vezes maiores do que para Pd/ZrO2 devido à alta capacidade de armazenamento de O2 nos sólidos contendo Pd e Sn. No entanto, com o aumento da temperatura de calcinação a contribuição do Sn diminuiu, sendo praticamente zero a 1400 K. / Abstract: Pd and Sn were supported on ZrO2 by incipient wetness using Pd(NO3)2.XH2O and SnC4H4O6.XH2O as precursors. The solids were dried and calcined at 800, 1100 and 1400K. The solids were characterized by ICP- AES, TEM, XRD, TPR, adsorption of H2, O2, and CO and by titration of adsorbed oxygen with H2. In the solids containing Pd or Pd-Sn calcined at 800 K the Pd particles were made of fully oxidized low crystalline phases and the solids calcined at 1400 K the active phase was decomposed to Pdº and sinterized, with the formation of particles with exposed low density planes such as Pd(200). The amount of adsorbed O2 on Pd-Sn or Sn supported on ZrO2 was higher than that on Pd supported on ZrO2. The size of the Pd particles determined by adsorption of H2 was larger for the Sn-containing samples. The methane catalytic combustion on palladium and tin catalysts supported on ZrO2 was carried out in a flow reactor at atmospheric pressure at the temperatures range of 450 to 750 K. The catalytic activity of the solids was strongly dependent on the preparation conditions. The solids Pd-Sn/ZrO2 calcined at temperatures = 1100K showed values of TOR twice to four times higher than the Pd/ZrO2 due to the high O2 storage capacity of the catalysts containing Pd and Sn. However, with the increase of the calcination temperature the Sn contribution decrease and was null at 1400 K. / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: René Alfonso Nome Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T04:23:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zornio_BrunoFedosse_M.pdf: 1493558 bytes, checksum: 07565e7077eefa5f9f91f03dc9cc90d4 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: No final do século XIX Van¿tHoff empiricamente estabeleceu que a constante de velocidade de uma reação química é função exponencial da razão entre energia de ativação da reação pela energia térmica do ambiente (e portanto função da temperatura). Há uma variada ordem nas escalas de tempos reacionais, em especial, a constante de velocidade de reações lentas (por exemplo, reações bioquímicas não catalisadas) é difícil de determinar. Uma partícula difundindo em um meio viscoso que apresenta movimento aleatório ¿ com posição média (em um intervalo de tempo suficientemente grande) nula, e a variância da posição linearmente dependente em função do tempo ¿ é dita browniana, e quando submetida a um potencial bi quadrático é um bom modelo para descrição de reações químicas. A partir da dinâmica de Langevin (que serve para descrever a dinâmica de uma partícula browniana) é derivada a teoria de Kramers para meio viscosos - que relaciona o formato da curva potencial com a constante de taxa de reações químicas -. Experimentalmente pode-se recriar esse modelo utilizando pinças ópticas. Pinças ópticas são capazes de aprisionar partículas da ordem micrométricas em suspensão, pode-se recriar um potencial bi estávelutilizando uma pinça óptica dupla (com dois pontos de aprisionamento). Este estudo tem como objetivo avaliar a constante de taxa de um processo de transição entre poços de potencial de partículas brownianas teoricamente utilizando uma simulação de dinâmica de Langevin para sistemas em equilíbrio tanto quanto para sistemas antes de atingir o equilíbrio, assim como determinar experimentalmente utilizando microscopia ocoeficiente de difusão a partir da trajetória temporal de uma única partícula. Os resultados teóricos obtidos são bastante condizentes com os resultados experimentais descritos na literatura, assim como as predições da constante de taxa para tempos antes do equilíbrio apresentam correlação com o sistema em equilíbrio. Com relação à estimativa do coeficiente de difusão apresenta um erro sistemático associado ao tamanho da trajetória temporal de uma única partícula / Abstract: By the end of the XIX century, Van¿t¿ Hoff has empirically established that the rate constant of some chemical reaction is exponentially dependent by the ratio between the reaction activation energy and the environment thermal energy (and so on function of temperature). There is a wide variety in the reaction time scales, in particular, the rate constant of slow reactions (such as uncatalysed biochemical reactions) is difficult to determine. A diffusing particle in a viscous media which exhibit random motion ¿ with mean position (in a sufficiently large time series) is zero, and the position variance is linearly time dependent ¿ is called Brownian, and when is submitted in a biquadratic potential it¿s a good model to describe chemical reactions. By the Langevin dynamics (which serves to describe the Brownian particle motion) the Kramers theory for viscous media is derived ¿ that theory connects the potential energy shape with the chemical rate constant -. Experimentally it is possible to create this model using optical tweezes. Optical tweezers where capable to trap micrometrical beads in suspension, it can generate a bi-stable using a double optical tweezers (that is with two trapping points). The main objective of this essay is evaluate the rate constant a Brownian particles jumping between potential wells theoretically using Langevin dynamics simulations for the system at equilibrium and before reach the equilibrium, as determinate experimentally the diffusion coefficient of single particle time path using microscopy. The theoretical results is very consistent with experimental results described in literature, as well as the prediction of the rate constant for the system before reaches equilibrium are correlated with the rate constant for the system at equilibrium. For the diffusion coefficient estimative it was observed that there is a systematical source of errors, and its is related with the length of the time series of the single particle path / Mestrado / Físico-Química / Mestre em Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-18T20:06:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hendler_Bernardo_M.pdf: 3413673 bytes, checksum: adc25e09545e580c1ebf374d501f64b9 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho teve como objetivo desenvolver um programa computacional capaz de auxiliar o estudo da cinética de fermentação em reator de batelada alimentada ou simples. O resultado foi o programa nomeado FERMENTA, o qual simula fermentação considerando tanto um único substrato, os açúcares redutores totais (ART), como dois substratos, a glicose e a frutose. A descrição cinética resulta de um procedimento computacional de simulação que utiliza equações modelo para a estimativa da velocidade específica de crescimento da levedura ( ? ), resolvendo numericamente, por Runge-Kutta de quarta ordem, as equações diferenciais dos balanços de massa para os componentes no reator. Os dados inseridos são os parâmetros de operação do reator e os valores dos parâmetros cinéticos da equação escolhida. A resposta é apresentada como gráfico das curvas cinéticas da concentração dos componentes, informando qualquer valor em qualquer instante. Se há dados experimentais, também são calculados os desvios entre estes e os valores simulados. Uma estratégia de regressão a partir da simulação utiliza uma matriz do tipo empregado em desenho fatorial completo e permite o ajuste dos parâmetros da equação para ? ao conjunto de dados experimentais, sem o conhecimento prévio dos valores dos parâmetros cinéticos nesta equação. A resposta, ou "melhor ajuste", é o conjunto dos valores destes parâmetros que minimiza os desvios. O programa disponibiliza 28 diferentes equações para ? , todas coletadas na literatura. Quando simula ou ajusta considerando dois substratos, resolve para ? = ?G + ?F ,ou seja, estratifica a modelagem do metabolismo para cada substrato e, deste modo, tem-se 282 =784 modelos diferentes que podem ser testados. A linguagem de programação empregada foi o Object Pascal e a construção do programa utilizou o software compilador Borland® Delphi 7, o que permitiu obter-se um aplicativo de fácil utilização, orientado por eventos simples e em ambiente Windows / Abstract: This work aimed at developing a computer program able to the study of alcoholic fermentation kinetics in single or fed-batch reactor. The result was a program named FERMENTA, which simulates the fermentation, considering both a single substrate, the Total Reducing Sugars (TRS), and for two substrates, glucose and fructose. The kinetic description results from a computational procedure for simulation that uses equations to estimate the yeast specific growth rate ( ? ), and to solve numerically, by fourth order Runge-Kutta, mass balances differential equations for the components in the reactor. Data are inserted as the parameters of reactor operation and the equation kinetics coefficients values. The result is shown as a graph of the kinetic curves for components concentration, also informing any value at any time. With the experimental data, the deviations between it and simulated values are also calculated. A strategy of recurrence from the simulation using a matrix of the type used in full factorial design allows adjusting the equation to the experimental data set without prior knowledge of the kinetic coefficients values. The response, or "best fit", is the set of values of these coefficients that minimizes the deviations. The program has 28 different equations for calculate ?, all gathered in the literature. When simulating or adjusting considering two substrates, the program solves for ? = ?G + ?F equation, i.e., it stratifies the metabolism by substrate and, thus, there are 282 = 784 different models that can be tested. The computer language used was the Object Pascal and the program construction used Borland® Delphi 7 Studio Architec Edition software, which allowed to obtain an application for Windows environment, simple event-driven and easy to use / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos / Mestre em Engenharia Química