The fate and transformation of laboratory-prepared nano-ZnO, nano-Ag and nano-CeO2 in three aqueous solutions under different environmental conditions were investigated in this work. Over the past decades nanomaterials have been widely used in different technical fields and consumer goods. As a result, nanomaterials might enter the environmental media via different routes and then posed potential hazards to the environment and human health. Researches in this regard have received much attention worldwide. In this work it was found that the solubility of each nanomaterial was highly influenced by the solution pH, but not by the solution temperature. The maximal solubility for the tested nanomaterials was obtained at pH 3, namely about 100% for nano-ZnO and lower than 2% for both nano-Ag and nano-CeO2. The solution pH and ionic strength were found to affect the stability of nanoparticles in different aquatic environments. For the solution pH of higher than the isoelectric point of the concerned nanomaterial, the higher the solution pH is, the greater the degree of stabilization of nanoparticles would be. On the contrary, nanoparticles aggregated as the ionic strength of the solution exceeded its critical aggregation concentration (CAC). CAC for each concerned nanomaterial could also be graphically determined as the attachment efficiency (£\) of nanoparticles increased with increasing ionic strength of the solution and then leveled off after reaching CAC. Experimental results also showed that Zn(OH)2(s) would form when nano-ZnO was in the solution of pH 10. The crystalline structure of the said precipitates was confirmed by X-ray diffraction. Likewise, Ce4+ dissolved from nano-CeO2 reacted with SO42- in aqueous solution yielding Ce(SO4)2(s). Clearly, transformation of nanomaterials might take place when they are in contact with various species in different aquatic environments. Humic acid in aqueous solution was found to be beneficial to the stability of nanomaterial of concern. Efforts have also been made to study the reaction behaviors among di(2-ethylhexyl)phthalate, erythromycin, and selected nanomaterials when they co-existed in the same solution. Their interactions, however, seemed to be unobvious. In this work it was found that under sunlight irradiation nano-ZnO did show its antibiotic effect due to photocatalysis. Nano-Ag was proven to have a strong antibacterial ability even in natural aquatic environments. It yielded the total bacteria survival ratio of less than 2% within one hour of reaction. In summary, the findings of this study showed that the behaviors of nano-ZnO, nano-Ag, and nano-CeO2 in aqueous solutions could be greatly influenced by different factors in different reaction systems.

O fluxo de injeção e o solvente orgânico, utilizado no preparo de nanoesferas poliméricas, são parâmetros experimentais que controlam o diâmetro e a distribuição de diâmetro das nanopartículas, formadas pelo processo conhecido como nucleação. Considerando as nanocápsulas de núcleo lipídico, formadas pelo processo de auto-organização, estes parâmetros experimentais ainda não foram explorados. Assim, esse trabalho propõe avaliar o fluxo de injeção e o solvente orgânico na preparação destas suspensões aquosas, caracterizando físicoquimicamente estes sistemas. Para variação de fluxo de injeção, utilizou-se uma bomba peristáltica, sendo possível a avaliação dos seguintes fluxos: 5, 8, 12, 15, 21 e 38 mL min¯¹. O diâmetro das nanocápsulas diminuiu de 256±9 nm a 127 ±8 nm pela técnica de difração de laser e 220±9 nm a 124±13 nm, segundo a técnica de espectroscopia de correlação de fótons. Os solventes orgânicos avaliados foram a acetona, acetonitrila e 1,4-Dioxano. Observou-se que a acetonitrila se mostrou adequada para a condição previamente otimizada com acetona, ao passo que o 1,4-Dioxano apresentou um pico micrométrico em sua distribuição. Assim, foi possível modelar este estudo através de um fatorial de design 2², onde têm-se dois fatores, fluxo de injeção e solvente orgânico, em dois níveis, nos fluxos de 5 e 38 mL min¯¹ e considerando os solventes acetona e acetonitrila. Como resultado, viu-se que o fluxo de injeção é o parâmetro de maior influência na preparação destas suspensões aquosas, se comparado ao solvente orgânico selecionado. Para elucidar o papel do solvente orgânico na preparação destes sistemas, calculouse os parâmetros de solubilidade e os coeficientes de difusão solvente orgânico\água e água\solvente orgânico para os três pares avaliados neste trabalho. Viu-se que os parâmetros de solubilidade e os coeficientes de difusão solvente orgânico\água explicam a não variação do diâmetro de partícula em função do solvente orgânico. Ainda, realizou-se um estudo de viscosidade, em função do log [PCL], para fases orgânicas preparadas com acetonitrila e 1,4- dioxano. Obteve-se o valor de 2,30 mg mL¯¹ para a concentração de agregação crítica quando utilizado o 1,4-Dioxano e 10,47 mg mL¯¹ para a fase orgânica preparada com acetonitrila. Então, pode-se dizer que este valor elevado encontrado para a acetonitrila é uma vantagem de sua utilização, uma vez que as características nanoscópicas são mantidas e um maior número de partículas pode ser formado. / Flow rate and organic solvent, used to prepare polimeric nanospheres, are experimental parameters that control the size and the size distribution curves of these nanoparticles, formed by particle nucleation. Considering the lipid core nanocapsules, formed by self-assembled process, these experimental parameters are not evaluated yet. Considering those, this work proposes to evaluate the flow rate and the organic solvent in the preparation of these aqueous suspensions, characterizing them physicochemically. To change the flow rate, it was used a peristaltic pump, it being possible to evaluate the following flows: 5, 12, 15, 21 and 38 mL min‾¹. The nanocapsules diameters decreased from 256±9 nm to 127 ±8 nm, by laser difratometry and 220±9 nm to 124±13 nm, by the photon correlation spectroscopy technique. The organic solvents evaluated were acetone, acetonitrle and 1,4-dioxane. It was observed that the acetonitrile was adequate for the condition previously optimized with acetone, whereas in the 1,4-dioxane distribution apears a micrometric peak. So, it was possible to modelate this study by a 2² factorial design, two factors, flow rate and organic solvent, in two levels, 5 and 38 mL min‾¹, considering acetone and acetonitrile. As a result, it was seen that the flow rate is the most influential parameter in the preparation of aqueous suspensions, compared to organic solvent selected. To elucidate the role of organic solvent in these systems, it was calculated the solubility parameter and the diffusion coefficients organic solvent/water and water/organic solvent to the three pairs evaluated in this work. It was seen that the solubility parameter and diffusion coefficient organic solvent/water explain the same diameter of the nanocapsules, even the change on the organic solvent. Even so, it was done a viscosity study, as a function of log [PCL], to organic phases prepared with acetonitrile and 1,4-dioxane. It was obtained a value of 2,30 mg mL‾¹ to the critical aggregation concentration to the 1,4-dioxane solvent, and the value of 10,47 mg mL‾¹ to the acetonitrile solvent. So, it can be said that this high value found for acetonitrile is an advantage in its use, since the nanoscopic characteristics are maintained and a larger number of nanoparticles can be formed.

O fluxo de injeção e o solvente orgânico, utilizado no preparo de nanoesferas poliméricas, são parâmetros experimentais que controlam o diâmetro e a distribuição de diâmetro das nanopartículas, formadas pelo processo conhecido como nucleação. Considerando as nanocápsulas de núcleo lipídico, formadas pelo processo de auto-organização, estes parâmetros experimentais ainda não foram explorados. Assim, esse trabalho propõe avaliar o fluxo de injeção e o solvente orgânico na preparação destas suspensões aquosas, caracterizando físicoquimicamente estes sistemas. Para variação de fluxo de injeção, utilizou-se uma bomba peristáltica, sendo possível a avaliação dos seguintes fluxos: 5, 8, 12, 15, 21 e 38 mL min¯¹. O diâmetro das nanocápsulas diminuiu de 256±9 nm a 127 ±8 nm pela técnica de difração de laser e 220±9 nm a 124±13 nm, segundo a técnica de espectroscopia de correlação de fótons. Os solventes orgânicos avaliados foram a acetona, acetonitrila e 1,4-Dioxano. Observou-se que a acetonitrila se mostrou adequada para a condição previamente otimizada com acetona, ao passo que o 1,4-Dioxano apresentou um pico micrométrico em sua distribuição. Assim, foi possível modelar este estudo através de um fatorial de design 2², onde têm-se dois fatores, fluxo de injeção e solvente orgânico, em dois níveis, nos fluxos de 5 e 38 mL min¯¹ e considerando os solventes acetona e acetonitrila. Como resultado, viu-se que o fluxo de injeção é o parâmetro de maior influência na preparação destas suspensões aquosas, se comparado ao solvente orgânico selecionado. Para elucidar o papel do solvente orgânico na preparação destes sistemas, calculouse os parâmetros de solubilidade e os coeficientes de difusão solvente orgânico\água e água\solvente orgânico para os três pares avaliados neste trabalho. Viu-se que os parâmetros de solubilidade e os coeficientes de difusão solvente orgânico\água explicam a não variação do diâmetro de partícula em função do solvente orgânico. Ainda, realizou-se um estudo de viscosidade, em função do log [PCL], para fases orgânicas preparadas com acetonitrila e 1,4- dioxano. Obteve-se o valor de 2,30 mg mL¯¹ para a concentração de agregação crítica quando utilizado o 1,4-Dioxano e 10,47 mg mL¯¹ para a fase orgânica preparada com acetonitrila. Então, pode-se dizer que este valor elevado encontrado para a acetonitrila é uma vantagem de sua utilização, uma vez que as características nanoscópicas são mantidas e um maior número de partículas pode ser formado. / Flow rate and organic solvent, used to prepare polimeric nanospheres, are experimental parameters that control the size and the size distribution curves of these nanoparticles, formed by particle nucleation. Considering the lipid core nanocapsules, formed by self-assembled process, these experimental parameters are not evaluated yet. Considering those, this work proposes to evaluate the flow rate and the organic solvent in the preparation of these aqueous suspensions, characterizing them physicochemically. To change the flow rate, it was used a peristaltic pump, it being possible to evaluate the following flows: 5, 12, 15, 21 and 38 mL min‾¹. The nanocapsules diameters decreased from 256±9 nm to 127 ±8 nm, by laser difratometry and 220±9 nm to 124±13 nm, by the photon correlation spectroscopy technique. The organic solvents evaluated were acetone, acetonitrle and 1,4-dioxane. It was observed that the acetonitrile was adequate for the condition previously optimized with acetone, whereas in the 1,4-dioxane distribution apears a micrometric peak. So, it was possible to modelate this study by a 2² factorial design, two factors, flow rate and organic solvent, in two levels, 5 and 38 mL min‾¹, considering acetone and acetonitrile. As a result, it was seen that the flow rate is the most influential parameter in the preparation of aqueous suspensions, compared to organic solvent selected. To elucidate the role of organic solvent in these systems, it was calculated the solubility parameter and the diffusion coefficients organic solvent/water and water/organic solvent to the three pairs evaluated in this work. It was seen that the solubility parameter and diffusion coefficient organic solvent/water explain the same diameter of the nanocapsules, even the change on the organic solvent. Even so, it was done a viscosity study, as a function of log [PCL], to organic phases prepared with acetonitrile and 1,4-dioxane. It was obtained a value of 2,30 mg mL‾¹ to the critical aggregation concentration to the 1,4-dioxane solvent, and the value of 10,47 mg mL‾¹ to the acetonitrile solvent. So, it can be said that this high value found for acetonitrile is an advantage in its use, since the nanoscopic characteristics are maintained and a larger number of nanoparticles can be formed.

O fluxo de injeção e o solvente orgânico, utilizado no preparo de nanoesferas poliméricas, são parâmetros experimentais que controlam o diâmetro e a distribuição de diâmetro das nanopartículas, formadas pelo processo conhecido como nucleação. Considerando as nanocápsulas de núcleo lipídico, formadas pelo processo de auto-organização, estes parâmetros experimentais ainda não foram explorados. Assim, esse trabalho propõe avaliar o fluxo de injeção e o solvente orgânico na preparação destas suspensões aquosas, caracterizando físicoquimicamente estes sistemas. Para variação de fluxo de injeção, utilizou-se uma bomba peristáltica, sendo possível a avaliação dos seguintes fluxos: 5, 8, 12, 15, 21 e 38 mL min¯¹. O diâmetro das nanocápsulas diminuiu de 256±9 nm a 127 ±8 nm pela técnica de difração de laser e 220±9 nm a 124±13 nm, segundo a técnica de espectroscopia de correlação de fótons. Os solventes orgânicos avaliados foram a acetona, acetonitrila e 1,4-Dioxano. Observou-se que a acetonitrila se mostrou adequada para a condição previamente otimizada com acetona, ao passo que o 1,4-Dioxano apresentou um pico micrométrico em sua distribuição. Assim, foi possível modelar este estudo através de um fatorial de design 2², onde têm-se dois fatores, fluxo de injeção e solvente orgânico, em dois níveis, nos fluxos de 5 e 38 mL min¯¹ e considerando os solventes acetona e acetonitrila. Como resultado, viu-se que o fluxo de injeção é o parâmetro de maior influência na preparação destas suspensões aquosas, se comparado ao solvente orgânico selecionado. Para elucidar o papel do solvente orgânico na preparação destes sistemas, calculouse os parâmetros de solubilidade e os coeficientes de difusão solvente orgânico\água e água\solvente orgânico para os três pares avaliados neste trabalho. Viu-se que os parâmetros de solubilidade e os coeficientes de difusão solvente orgânico\água explicam a não variação do diâmetro de partícula em função do solvente orgânico. Ainda, realizou-se um estudo de viscosidade, em função do log [PCL], para fases orgânicas preparadas com acetonitrila e 1,4- dioxano. Obteve-se o valor de 2,30 mg mL¯¹ para a concentração de agregação crítica quando utilizado o 1,4-Dioxano e 10,47 mg mL¯¹ para a fase orgânica preparada com acetonitrila. Então, pode-se dizer que este valor elevado encontrado para a acetonitrila é uma vantagem de sua utilização, uma vez que as características nanoscópicas são mantidas e um maior número de partículas pode ser formado. / Flow rate and organic solvent, used to prepare polimeric nanospheres, are experimental parameters that control the size and the size distribution curves of these nanoparticles, formed by particle nucleation. Considering the lipid core nanocapsules, formed by self-assembled process, these experimental parameters are not evaluated yet. Considering those, this work proposes to evaluate the flow rate and the organic solvent in the preparation of these aqueous suspensions, characterizing them physicochemically. To change the flow rate, it was used a peristaltic pump, it being possible to evaluate the following flows: 5, 12, 15, 21 and 38 mL min‾¹. The nanocapsules diameters decreased from 256±9 nm to 127 ±8 nm, by laser difratometry and 220±9 nm to 124±13 nm, by the photon correlation spectroscopy technique. The organic solvents evaluated were acetone, acetonitrle and 1,4-dioxane. It was observed that the acetonitrile was adequate for the condition previously optimized with acetone, whereas in the 1,4-dioxane distribution apears a micrometric peak. So, it was possible to modelate this study by a 2² factorial design, two factors, flow rate and organic solvent, in two levels, 5 and 38 mL min‾¹, considering acetone and acetonitrile. As a result, it was seen that the flow rate is the most influential parameter in the preparation of aqueous suspensions, compared to organic solvent selected. To elucidate the role of organic solvent in these systems, it was calculated the solubility parameter and the diffusion coefficients organic solvent/water and water/organic solvent to the three pairs evaluated in this work. It was seen that the solubility parameter and diffusion coefficient organic solvent/water explain the same diameter of the nanocapsules, even the change on the organic solvent. Even so, it was done a viscosity study, as a function of log [PCL], to organic phases prepared with acetonitrile and 1,4-dioxane. It was obtained a value of 2,30 mg mL‾¹ to the critical aggregation concentration to the 1,4-dioxane solvent, and the value of 10,47 mg mL‾¹ to the acetonitrile solvent. So, it can be said that this high value found for acetonitrile is an advantage in its use, since the nanoscopic characteristics are maintained and a larger number of nanoparticles can be formed.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work reports the study of the molecular structure influence of ionic liquid (IL) derived from 1,8-bis(3-methylimidazolium-1-yl)octane in the aggregates formation in a solution ethanol in water (4,75%) and in ethanol (95%). Was varied the anions (Br-, NO3-, BF4-, SCN- e NTf2-) of IL and the aggregation behavior was investigated by various methods, such as differential scanning calorimetry (DSC), conductivity, surface tension, fluorescence and dynamic light scattering (DLS). In the ethanol in water solution (4,75%), the critical aggregation concentration values (cac) (114 to 205 mM), free energy of aggregation (ΔG°a) ( 15 to 18 kJ/mol) and ionization degree (α) (0,37 a 0,44) for the IL with Br-, NO3-, BF4-, SCN- significantly decreased with the increase of anion hydrophobicity. In ethanol, the cac values (165 to 500 mM) and ΔG°a ( 9 to 11 kJ/mol) also decreased with the increase of anion size and hydrophobicity. The free energy adsorption data (ΔG°ads) (-35 to -39 kJ/mol) demonstrated that the ILs, in general, have a good surfactant activity and this property improve with the decrease in the hydrophobic characteristics of anions. In general, in the solvents used in this study, the hydrodynamic radius (Rh) of aggregates ranged between 200 and 500 nm for all the ILs. The critical packing parameter was determined using data from the X-Ray (of IL 4) and surface tension, and showed that aggregates are micelar. The cac data was obtained by the techniques of conductivity, fluorescence and surface tension. Where, was observed that increasing the anion hydrophobicity of dicationic ILs structure favored the formation of aggregates, while less hydrophobic anions improved the surfactant properties of the IL structures. / Este trabalho relata o estudo da influência da estrutura molecular de líquidos iônicos (LI) dicatiônicos, derivados do cátion 1,8-bis(3-metilimidazolil-1-íneo)-octano, na formação de agregados em uma solução etanol em água (4,75%) e em etanol (95%). Variaram-se os ânions (Br-, NO3-, BF4-, SCN- e NTf2-) dos LI e o comportamento de agregação foi investigado através das técnicas de calorimetria exploratória diferencial (DSC), condutividade, tensão superficial, fluorescência e espalhamento de luz dinâmico (DLS). Na solução etanol em água (4,75%), os valores de concentração de agregação crítica (cac) (114 a 205 mM), energia livre de agregação (ΔG°a) ( 15 a 18 kJ/mol) e grau de ionização do contra-íon (α) (0,37 a 0,44) para os LI contendo os ânions Br-, NO3-, BF4-, SCN- diminuíram significativamente com o aumento da hidrofobicidade do ânion. Em etanol, os dados de cac (165 a 500 mM), ΔG°a ( 9 a 11 kJ/mol) para os LI com os ânions Br-, SCN- e NTf2- também diminuíram com o aumento do volume e hidrofobicidade dos ânions. Dados de energia livre de adsorção (ΔG°ads) (-35 a -39 kJ/mol) demonstraram que os LI dicatiônicos, de forma geral, possuem boa atividade tensoativa e esta propriedade aumenta com a diminuição das características hidrofóbicas dos ânions. Em geral, nos solventes utilizados no estudo, o raio hidrodinâmico (Rh) dos agregados variou entre 200 e 500 nm para todos os LI. Valores de parâmetro de empacotamento crítico (Pc) determinados a partir de dados de raios-X e tensão superficial indicaram que os agregados formados são micelares. Os dados de cac obtidos por condutividade, fluorescência e tensão superficial apresentaram-se de forma concordante. Observou-se que o aumento da hidrofobicidade da estrutura do ânion do LI dicatiônico favoreceu a formação dos agregados, enquanto que ânions menos hidrofóbicos melhoraram as propriedades tensoativas das estruturas dos LI.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This paper presents the study of influence of molecular structure of ionic liquid-type Gemini imidazolium ìn the formation of aggregates in aqueous solution. The aggregation behavior was investigated through differential scanning calorimetry, conductivity, surface tension, fluorescence, dynamic light scattering techniques and transmission electron microscopy. Among the obtained data, it is possible to highlight the critical aggregation concentration (cac) determination, that is, a concentration range where a variation in physical and chemical properties of the solution emerging from the formation of aggregates can be observed. Differential scanning calorimetry showed that the aggregation can be detected by means of thermal events, characteristics of pure LI. Through the conductivity, it was possible to determine thermodynamic parameters, as the aggregate free energy (ΔG°a), the binding degree of the counterion to the aggregate (α), and the process equilibrium constant (Ka). Surface tension measurements provided data regarding the activity of the surfactant LI studied, while fluorescence, dynamic light scattering and transmission electron microscopy were important to obtain information on the aggregates' size. Critical packing parameter was determined throughout data obtained from X-ray diffraction and surface tension. This parameter allowed the prediction of LI micellar form currently in study. It was observed that the values of cac determined by the methods employed are consistent with each other and it was found that the increase of the carbon chain used as a spacer group promoted the aggregates formation, as well as caused an improvement in the surfactant LI properties. / Este trabalho apresenta o estudo da influência da estrutura molecular dos líquidos iônicos (LI) dicatiônicos derivados do imidazolíneo na formação de agregados em solução aquosa. O comportamento de agregação foi investigado pelas técnicas de calorimetria exploratória diferencial, condutividade, tensão superficial, fluorescência, espalhamento de luz dinâmico e microscopia eletrônica de transmissão. Dentre os dados obtidos, destaca-se a determinação da concentração de agregação crítica, que trata-se de uma faixa de concentração onde pode ser observado a variação nas propriedades físicas e químicas da solução emergente da formação de agregados. Por calorimetria exploratória diferencial observou-se que a agregação pode ser detectada por meio de eventos térmicos característicos dos LI puros. Através da condutividade foi possível determinar parâmetros termodinâmicos como a energia livre de agregação (ΔG°a), grau de ligação do contraíon ao agregado (α) e constante de equilíbrio do processo (Ka). As medidas de tensão superficial forneceram dados a respeito da atividade tensoativa dos LI em estudo enquanto que a fluorescência, espalhamento de luz dinâmico e microscopia eletrônica de transmissão foram importantes para obter informações a sobre o tamanho dos agregado. O parâmetro de empacotamento crítico foi determinado, para isto utilizou-se dados provenientes da difratometria de raios-X e tensão superficial. Este parâmetro possibilitou a previsão da forma micelar para os LI em estudo. Foi observado que os valores de cac determinados pelos métodos empregados são concordantes entre si e verificou-se que o aumento da cadeia carbônica utilizada como grupo espaçador tanto favoreceu a formação dos agregados como também provocou uma melhora nas propriedades tensoativas dos LI.

This master thesis is dealing with the use of light scattering techniques in the study on formation of polyelectrolyte complexes in the system biopolymer-surfactant. Sodium hyaluronate was chosen as biopolymer and cetyltrimethylammonium bromide and karbethopendecinium bromide were selected as surfactants. The first precipitation experiments were performed to determine the optimal concentration range of surfactants for subsequent titration measurements performed on Zetasizer Nano ZS and for SEC-MALS analysis. The key parameters obtained from these measurements were the values of critical aggregation concentrations in hyaluronate-surfactant systems. It was found out that the increasing molecular weight of hyaluronan in these systems is causing reduction of obtained values of critical aggregation concentrations. Changes of Z-average particle size, zeta potential, polydispersity index, conformation plot, radius of gyration and molecular weight in the hyaluronan-surfactant system were monitored during experiments.

Biopolymer surfactant systems have been studied by using different physico chemical methods. As the biopolymer, it was chosen high (1400–1600 kDa), medium (250–450 kDa) and low (8–15 kDa) molecular weight sodium hyaluronate. Two cationic surfactants – cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) and carbethopendecinium bromide (Septonex) were selected to provide polyelectrolyte complexes with oppositely charged hyaluronan. The critical aggregation concentration of the surfactant in the system was monitored by dynamic light scattering (Zetasizer Nano ZS). SEC-MALS method was used for the description of the conformation of sodium hyaluronate of different molecular weights and polyelectrolytes complexes hyaluronan surfactant after reaching the aggregation point. Isothermal titration calorimetry (ITC) was used to determine the critical aggregation concentration of the surfactant by monitoring the thermal changes accompanying the aggregation of the system. It was found out that the increasing molecular weight of hyaluronan in these systems decreases the critical aggregation concentrations and conversely.