Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-04-19T04:05:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337581.pdf: 1757796 bytes, checksum: 4534cf78b949384c406e3ce8dee3ccae (MD5) Previous issue date: 2015 / Nanocompósitos são materiais onde ao menos um dos seus compostos apresenta dimensão em escala nanométrica; tanto podem ser formados pela combinação de componentes orgânicos e/ou inorgânicos com o intuito de melhorar as propriedades do material ou mesmo conceder novas características. O objetivo deste trabalho foi desenvolver uma nova rota de síntese de nanopartículas de prata para posterior obtenção de nanocompósitos de poliestireno para aplicação como embalagem de alimentos. Como primeira etapa foi aplicada uma estratégia de planejamento experimental para definir a melhor rota de síntese das nanopartículas de prata, onde foram avaliadas diferentes temperaturas e concentração do agente redutor. A nucleação das nanopartículas de prata foi monitorada empregando-se análises de UV-Visível. Dois estabilizantes hidrofóbicos, o ácido oleico e o poli(etileno glicol) PEG 400, foram empregados visando o controle da estabilidade do meio reacional. Na segunda etapa do trabalho, filmes poliméricos foram obtidos por polimerização em massa e dissolução em tolueno com posterior evaporação lenta do solvente. A determinação da Concentração Mínima Inibitória (CMI) foi realizada com diferentes concentrações de nanopartículas de prata na polimerização em massa do estireno com o objetivo de produzir filmes poliméricos com vários teores de prata. Os resultados permitiram concluir que a síntese das nanopartículas de prata, utilizando oleilamina como agente redutor, é influenciada pela concentração do agente redutor e pela temperatura do processo, sendo que o mecanismo de redução para a formação das nanopartículas ocorre através da redução do radical amino para iminas, e de iminas para nitrila. Poli (etileno glicol) PEG 400 na concentração de 5 mmol/L possibilitou a definição de rota de síntese mais estável. Também observou-se que a presença de nanopartículas de prata na matriz polimérica possibilita um incremento na estabilidade térmica do poliestireno. A concentração mínima inibitória foi de 7,33 mg/Kg para S. aureus e de 12,83 mg/Kg para E. coli e S. typhimurium.<br> / Abstract : Nanocomposites are materials where at least one of the compounds present is in nanoscale dimension; they can be formed by organic and inorganic components combination in order to improve material properties or even grant new characteristics. The aim of this study was to develop a new synthesis route of silver nanoparticles, with subsequent polymerization, obtaining polystyrene nanocomposites for application as food packaging. As the first step has been applied an experimental design strategy to define the best synthesis of silver nanoparticles, which were evaluated different temperatures and concentrations of the reducing agent. Silver nanoparticles nucleation was monitored employing UV-Visible analysis. Two hydrophobic stabilizers, oleic acid and Polyethylene glycol PEG 400, were employed for stability control of reaction medium. In the second step, polymeric films were obtained by bulk polymerization and dissolution in toluene with subsequent slow evaporation of solvent. Minimum Inhibitory Concentration (MIC) determination was conducted through testing different concentrations of silver nanoparticles in the bulk polymerization of styrene in order to produce polymeric films with various silver content. The results showed that the synthesis of silver nanoparticles, using oleylamine as reducing agent, is influenced by concentration of reducing agent and process temperature, and the reduction mechanism for nanoparticles formation occours through the reduction from amino group to imines and from imines to nitriles. Polyethylene glycol PEG 400 at a concentration of 5 mmol/L allowed more stable definition of synthesis route. Also observed that the presence of silver nanoparticles in polymeric matrix allows an increase in thermal stability of polystyrene. Minimum inhibitory concentration was 7.33 mg/Kg for S. aureus and 12.83 mg/Kg for E. coli and S. typhimurium.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015 / Made available in DSpace on 2016-04-19T04:08:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337981.pdf: 4011712 bytes, checksum: b8dded84cbb4d34595a9859a88a137a9 (MD5) Previous issue date: 2015 / O fenômeno da fricção influencia de várias formas o uso do papel, desdea manipulação e controle do deslizamento das folhas de papel emgrandes máquinas industriais até o processo de transferência de tinta emcanetas esferográficas. O papel é constituído principalmente deestruturas celulósicas, onde suas contribuições no atrito ainda sãodesconhecidas. Neste trabalho foi realizado um estudo em nívelmacroscópico e nanoscópico do atrito em papéis kraft utilizados emembalagens. Nos experimentos realizados em macroescala do atrito paraamostras de papel kraft monolúcido e apergaminhado, através dométodo do plano inclinado, foi observado um maior coeficiente de atritoentre superfícies lisas em relação às rugosas. A partir do microscópio deforça atômica (AFM) e de força de atrito (FFM), foi determinada acontribuição das fibras, macrofibrilas e microfibrilas de celulose nasforças em nanoescala exercidas sobre uma ponteira de silício, a qualmove-se através da superfície de amostras de papel kraft monolúcido.Através das imagens de topografia e erro de sinal, obtidas com o AFM,foram identificadas a morfologia e as dimensões das fibras de eucalipto,macrofibrilas e microfibrilas de celulose. As forças opostas aomovimento da ponteira de silício foram atribuídas ao travamento,medido principalmente em contatos extensos na lateral das fibras, e àfricção intermolecular, sendo esta observada no topo das macrofibrilas emicrofibrilas de celulose. A relação entre a força lateral e normal emescala nanoscópica foi obtida através da Lei de Amonton modificada,caracterizando a ocorrência de múltiplos contatos entre as superfíciesdas amostras de papel monolúcido e a ponteira do AFM. Neste caso, ocoeficiente de atrito nanométrico para a face brilho apresentou-sesuperior ao da face fosco das amostras de papel kraft monolúcido, sendoeste mesmo resultado observado em escala macroscópica no atrito entrepapéis. A partir das medidas de nanoindentação com o AFM, foiobservado que a face brilho das amostras de papel monolúcido apresentaum menor módulo de elasticidade comparada à face fosca, podendo-seatribuir a esta propriedade mecânica como causa do coeficiente de atrito,em níveis macroscópico e nanoscópico, ser maior para a face brilho dasamostras de papel monolúcido analisadas neste trabalho. Ao analisar ocomportamento da força lateral e a rugosidade superficial, foi observadoum aumento na intensidade da força lateral para maiores valores derugosidade superficial. No estudo da relação entre o coeficiente de atritonanoscópico e a rugosidade superficial, foi observado que o coeficientede atrito em escala nanométrica diminui com o aumento da rugosidadesuperficial média. Esta correlação está relacionada ao regime de contatoelástico da interação entre a ponteira do AFM e as superfícies dasamostras de papel kraft monolúcido. Neste caso, para pequenos valoresde rugosidade, possivelmente o mecanismo de atrito encontra-serelacionado ao aumento da área de contato entre a ponteira do AFM e asuperfície das amostras de papel kraft monolúcido, predominando asforças de interação intermolecular.<br> / Abstract : Friction affects the use of paper in many ways, from manipulation andslippage control of paper sheets in large industrial machines to rollingand inking transfer in ballpoint pens. Paper is mainly constituted ofcellulosic structures, whose contribution to friction is still obscure. Inthis work, a study of macroscopic and nanoscopic level of friction at thekraft paper used in packaging is addressed. In the macroscale frictionexperiments by the inclined plane method, for monolucid kraft paperand parchment samples, a greater coefficient of friction between smoothsurfaces compared to rough ones was obtained. The contribution offibers, macrofibrils and cellulose microfibrils in the nanoscale forcesexerted on a silicon tip, which moves across the surface of monolucidkraft paper samples was measured by atomic-force (AFM) and frictionforce(FFM) microscopies. The surface topography of monolucid kraftpaper was measured by atomic-force (AFM) and friction-force (FFM)microscopies. Eucalyptus fibers, and entangled macrofibrils andmicrofibrils were observed. Their aspect ratios were measured and theircontribution to friction with a nanoscale silicon tip was determined. Theforces opposing the motion of the tip were attributed to tripping andintermolecular friction. The former was measured mainly at extendedcontacts at the lateral of eucalyptus fibers, while the latter was mainlyobserved at point contacts on-top of macrofibrils and microfibrils. Themodified Amonton?s Law was applied in the relationship between thelateral and normal force in nanoscale, characterizing the occurrence ofmultiple contacts between the surfaces of monolucid paper samples andthe tip of the AFM. The nano-friction coefficient was greater in thegloss face of monolucid kraft paper samples. Interestingly, the sameresult was observed in the friction between papers. Nanoindentationsmeasurements, made with the AFM, show that the gloss face has a lowermodulus of elasticity than the matte side. This mechanical property canbe the cause the friction coefficient in macroscopic and nanoscopiclevels is greater in the gloss face of monolucid paper samples analyzedin this work. An increase of the intensity of lateral force for largervalues of surface roughness was observed, while the nano-frictioncoefficient decreases with increasing roughness surface. These resultscome from the elastic contact regimes of interaction between the tip ofthe AFM and samples of monolucid kraft paper surfaces. In this case,for lower roughness values, it is possible that the friction mechanism isrelated to increase of the contact area between the AFM tip and thesurface of kraft paper monolucid samples, where the intermolecularinteractions are dominant.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-04-19T04:19:19Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015 / Made available in DSpace on 2016-04-19T04:19:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337980.pdf: 6364778 bytes, checksum: bb2e7568804a0193473228cfe8b5b7c7 (MD5) Previous issue date: 2015 / Carvões ativados (AC) são utilizados como substratos na adsorção de biomateriais, pois permitem o carregamento de grandes quantidades de proteínas. Além disso, estes materiais podem ser incorporados para uma rápida transferência de elétrons. O tratamento de AC com ozônio tem demonstrado ser uma ótima técnica para inserção de grupos oxigenados na superfície do carvão, melhorando suas características e aplicações. O carvão ativado pode ser utilizado como suporte para a imobilização de proteínas, possibilitando o reuso e estabilidade das mesmas. A albumina (BSA), principal componente do sangue, é uma proteína capaz de ser excitada por luz UV, desencadeando reações fotoquímicas, tornando a fotoinserção uma alternativa para a ligação entre carvão ativado e BSA. O objetivo deste trabalho é a oxidação do carvão ativado com ozônio em diferentes condições e utilizar a luz UV (254nm)para inserir a albumina nos diferentes produtos de oxidação do carvão. Foram preparados três carvões por meio da oxidação com ozônio: AC.O3, AC.O3-H2O e AC.O3-NaOH. Os carvões preparados e o carvão comercial foram caracterizados por TGA/FTIR, FTIR, análise elementar e análise superficial pelo método BET. Os carvões foram fotolisados em um reator isotérmico com luz UV 254 nm durante 10 min, a reação foi acompanhada por quantificação do carbono orgânico total presente em solução e o sólido resultante caracterizado por FTIR, TGA/FTIR e análise elementar. As reações de fotoinserção ocorreram no mesmo reator UV com 1 g L-1 de albumina e 2 g L-1 de carvão. As caracterizações dos carvões demonstraram que os diferentes tratamentos produzem carvões com distintos graus de oxidação, sendo o AC.O3 o carvão que apresentou maior porcentagem de grupos carboxílicos em sua superfície e menor área superficial. As caracterizações das fotólises dos carvões apontaram para a liberação de grupos orgânicos dos carvões durante a reação, gerando assim grupos ativos a inserção. As análises de FTIR dos produtos das reações de fotoinserções com albumina indicaram o aparecimento de novas bandas, os termogramas a maior perda de massa, a análise elementar para a maior porcentagem de oxigênio em comparação aos respectivos carvões originais e a análise de XPS para o surgimento de ligações de nitrogênio (400,3 eV) características de amina de albumina.<br> / Abstract : Activated carbon (AC) is used as subtract in the adsorption of biomaterials, since it allows the charging of large amounts ofproteins. Moreover, these materials can be incorporated for quick electron transference. The treatment of AC with ozone has shown to be a great technic for insertion of oxygenated groups onto carbon surface, improving its characteristics and application. The AC can be used as support to immobilize proteins, making possible the reutilization and stability of this proteins. Albumin (BSA), main blood component, is a protein capable of being excited by UV light, starting photochemical reactions, making photoinsertionan an alternative to connect AC and BSA. The goal of this study is the oxidation of AC with ozone, in diverse conditions, and to use UV light (254nm) to insert albumin in different products of carbon oxidation. Three carbons were prepared by ozone oxidation: AC.O3, AC.O3-H2O and AC.O3-NaOH. The manufactured carbon and the commercial carbon were characterized by TGA/FTIR, FTIR, elemental analysis and surface analysis by BET method. The carbons were photolysed in an isothermal reactor by UV light 254 nm for 10 minutes, there action was followed by measuring the total organic carbon present in the solution and the resulting solid was characterized by TGA/FTIR, FTIR and elemental analysis. The photoinsertion occurred in the same UV reactor with 1 gL-1 of albumin and 2 gL-1of carbon. The carbon characterization showed that the different treatment resulted in carbons with diverse degrees of oxidation, being the AC.O3 the carbon that exhibited the largest percentage of carboxylic groups in its surface and the smallest superficial area. The carbon photolysis characterization pointed to the release of organic groups during the reaction, resulting in groups active to insertion. The FTIR analyses of albumin photoinsertion products indicated the appearance of new bands, the thermograms indicated bigger mass loss, elemental analysis showed more percentage of oxygen in those samples when compared with the original carbons, the XPS analysis indicated the presence of new nitrogen bonds (400.3 eV) typical of the amide from albumin.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T04:34:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 340680.pdf: 2547462 bytes, checksum: 4b518d80ad6cd59a59c91662e04721ab (MD5) Previous issue date: 2016 / Os nanomateriais estão sendo amplamente utilizados em nosso cotidiano, com diferentes finalidades. A nanopartículas de prata (NPAg) é conhecida por suas propriedades antimicrobianas e é uma das mais comuns em produtos de consumo, tais como tecidos utilizados em roupas para prática de esportes, produtos médicos, produtos para bebês e muitos outros. O uso generalizado de NPAg pode aumentar sua liberação para ambientes naturais e às estações de tratamento de águas residuárias, onde podemos encontrar bactérias do ciclo do nitrogênio. Entre elas são bactérias oxidadoras de amônio (BOA), que são consideradas extremamente sensíveis às mudanças no ambiente. Como as NPAgs afetam a atividade dessas bactérias, importantes agentes reguladores do nitrogênio na natureza, este trabalho visa avaliar sua inibição em processo em batelada e em processo contínuo perante uma cultura pura de Nitrosomonas europaea e também uma cultura enriquecida em BOA, utilizando nanopartícula comercial. Para isso foram feitos testes inibição em batelada e em contínuo, de tempo de exposição, testes cinéticos, de microscopia e expressão gênica, expondo a bactéria à NPAg e Ag+. Os ensaios com cultura pura, nas concentrações de 0,075 mgAgNO3. L-1 (íon de prata), 0,075, 0,25, 0,50 e 0,75 mgAg_NPAg.L-1. Os resultados indicaram que as NPAg apresentam toxicidade elevada sobre a N. europaea, reduzido a velocidade de oxidação de amônia de 80,95 mgNO2-.L-1.d-1 para 46,43 mgNO2-.L-1.d-1 quando exposto à 0,75 mgAg_NPAg.L-1 (inibição foi de 42%). A concentração necessária para inibir a atividade em 50% (KI50) foi de 0,85 mgAg_NPAg.L-1. Íons de prata geraram 100% de inibição da cultura. A expressão gênica corroborou com esses resultados, indicando que existem outros caminhos metabólicos sendo utilizados pela bactéria na presença desse tóxico, podendo haver formação de N2O, gás do efeito estufa. A cultura mista também apresentou maior suscetibilidade ao Ag+ do que à NPAg, sendo que a concentração necessária para inibir 50% da atividade foi de 0,36 mgAgNO3.L-1 e 10,75 mgAg_NPAg.L-1, quase 30 vezes maior. Através de imagens produzidas MEV foi possível observar que a NPAg age sobre a membrana celular, causando ruptura da mesma em elevadas concentrações. Já o íon não apresentou danos relevantes à superfície da bactéria, agindo internamente. A comunidade nitritante perdeu atividade após a exposição contínua à 4,35 mgAg_NPAg.L-1, indicando que o acúmulo de amônia, devido a redução da atividade bacteriana com consequente esgotamento do sistema estudado. Por fim, um teste de tempo de exposição indicou que a toxicidade da NPAg é exclusivamente dependente da dose aplicada, sendo independente do tempo de exposição.<br> / Abstract: Nanomaterials are being widely used in our daily lives, with different purposes. Silver nanoparticle (NPAg) is known by its antimicrobial properties and is one of the most common in consumer products, such as sports cloths, medical products, baby products and many others. The widespread use of NPAg can increase its release to natural environments and to wastewater treatment plants (WWTP), where we can find bacteria from the Nitrogen cycle. Among them are ammonia oxidizing bacteria (AOB), that are considered extremely sensitive to environment changes. NPAg can affect the activity from this group of bacteria, and disrupt the nitrogen cycle. Therefore, this works objective was to evaluate the inhibition caused by NPAg during batch and continuous experiments towards a pure culture of Nitrosomonas europaea and also to a enriched culture AOB, using a commercial silver nanoparticles. Several tests were performed, such as: batch assays and continuous tests, dose and contact time batches, among other tests in order to try to understand the mechanism behind this inhibition. Pure culture batches were exposed to 0.075 AgNO3.L-1 (silver ion), 0.075, 0.25, 0.50 e 0.75 mgAg_NPAg.L-1. Nitrite production rate, fluorescence microscopy analysis and molecular biological methods were used to verify the toxic effect of those concentrations of silver. Results pointed out that NPAg cause inhibition of N. europaea, reducing ammonia oxidation rate from 80.95 mgNO2-L-1.d-1 ,in control, to 46.43 mgNO2-.L-1.d-1 when exposed to 0.75 mgAg_NPAg.L-1 (42% of inhibition). NPAg concentration needed to reduce bacterial activity in 50% (KI50) was 0.85 mgAg_NPAg.L-1. Silver ions caused 100% of inhibition. Gene expression corroborates with these results, indicating that there are other metabolic pathways being used by the bacteria in the presence of this toxic compound, with possible formation of N2O, a greenhouse gas. The mixed culture also showed higher susceptibility to silver ion than NPAg. Wherein the KI50 was 0.36 mgAgNO3.L-1 and 10.75 mgAg_NPAg.L-1, almost 30 times higher. SEM images showed how NPAg generates pints and breakage of cell membrane in when exposed to high concentrations of NPAg. However, Ag+ did not cause damage the surface of the bacteria, acting internally. The nitrifying community lost activity after continuous exposure to 4.35 mgAg_NPAg.L-1, ammonia accumulated, generating being toxic to the culture. Finally, a contact time test shown that the inhibition caused by NPAg is exclusively dependent of the dose and independent of the exposure time.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016 / Made available in DSpace on 2016-09-20T05:00:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 339446.pdf: 1719387 bytes, checksum: 000db64bdb6258fdfaa1953fb8acd98f (MD5) Previous issue date: 2016 / A solução para os problemas relacionados com a falta de disposição segura dos esgotos em Moçambique, passa necessariamente pela implementação de sistemas de tratamento de esgotos adequados à realidade do país. Dentro deste contexto, este estudo tem como propósito identificar potencialidade do sistema de wetland construído de fluxo vertical com fundo saturado (WCV-FS) aplicado no tratamento de esgoto sanitário, a fim de empregá-lo como alternativa tecnológica de tratamento descentralizado de esgoto em pequenas comunidades de Moçambique. Neste trabalho deu-se ênfase à caracterização do processo de remoção de nitrogênio neste sistema. A metodologia empregada consistiu na caracterização da remoção de matéria orgânica e nutrientes de um WCV-FS implantado em escala real na região de Florianópolis/SC. A caracterização consistiu no monitoramento hidráulico, determinação da composição físico-química do afluente e efluente, e avaliação microbiológica da biomassa aderida no leito filtrante do wetland construído. A estação de tratamento de esgoto opera desde 2009, sendo o estudo concentrado no período de janeiro a dezembro de 2015. Neste período a vazão média foi de 30,14 m3.dia-1 aplicados numa área de 1580 m2, com carregamento médio afluente ao WCV-FS de 3,34 gDQO.m-2.dia-1, 0,40 g SS.m-2.dia-1, 0,88 g NT m-2.dia-1, 0,27 gP-PO43-.m-2.dia-1. Nestas condições operacionais, o WCFV-FS apresentou eficiências médias de remoção em termos de concentrações de 89% de DQO, 86% de SS, 57% de NT e 83% de P-PO43-. Com base nos ensaios de atividades realizados em batelada e inoculados com concentração celular de aproximadamente de 2 gSV.L-1 desenvolvidos com lodo coletado no leito filtrante do wetland, a maior parte da remoção de NT e remoção de DQO estão relacionados à ação das bactérias autotróficas nitrificantes que convertem N-NH4+ a N-NO3- com velocidade específica de formação de 1,86 mg N-NO3.gSV-1h-1 nos primeiros 17 cm do leito filtrante, seguida da ação das bactérias heterotróficas facultativas, que ocorre com maior intensidade a partir da interface da zona insaturada/saturada, onde atinge velocidade específica de consumo de N-NO3- de 4,48 mg N-NO3-.g SV-1h-1. Infere-se que esta seja mais intensa no fundo da zona saturada. Não foi verificada ação das bactérias ANAMMOX no maciço filtrante do WCFV-FS. <br> / Abstract : The solution to problems related to the lack of safe disposal of sewage in Mozambique, passes necessarily through the implementation of sewage treatment systems suited to the country's reality. In this context, this study aims to identify the potential of vertical flow constructed wetlands applied in the treatment of domestic sewage in order to apply them as alternative technology for decentralized wastewater treatment in small communities in Mozambique. In this work was given emphasis to the characterization of nitrogen process removal in vertical flow constructed wetland. The methodology used consisted in characterization of organic matter and nutrient removal of a sewage treatment system implemented in full scale in the region of Florianópolis / SC. The characterization consisted in hydraulic monitoring, determination of physico-chemical composition of the effluent and microbiological evaluation of the biomass adhered in the filter bed of constructed wetland. The sewage treatment plant has been operating since 2009, and the study focused on the period from January to December 2015. In this period the average flow was 30.14 m3.day-1 applied in an area of 1580 m2, with average loading influent of 3.34 g DQO.m-2.day-1, 0.40 g SS g.m-2.day-1, 0.88 g TN m-2.day-1, 0.27 g P-PO43-. m-2.day-1 Under these operating conditions, the SVFCW showed average efficiencies in terms of concentrations of 89% of DQO, 86% of SS, 57% of TN and 83% of P-PO43-. Based in activities tests realized in batch and inoculated with cell concentration of approximately 2 gSV.L-1 developed with sludge collected in the filter bed of constructed wetland, most of the 57% nitrogen removal and most of 89% removal of COD are related to autotrophic nitrifying bacterial action that convert N-NH4+to N-NO3- in the first 17 cm of the filter bed with specific rate formation of 1.86 mg N-NO3.gSV-1h followed by action of facultative heterotrophic bacteria occurring with greater intensity from interface unsaturated zone and saturated where specific rate consumption of N-NO3- is 4,48 mg N-NO3.g SV-1h-1 infers that denitrification activity is more intense in the bottom of saturated zone. There was no action of ANAMMOX bacteria in filter bed of vertical flow constructed wetland with a partially saturated bottom layer

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T05:00:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 341067.pdf: 5204379 bytes, checksum: 680f86beb77d82ddf3b5b60f3f880b02 (MD5) Previous issue date: 2016 / A utilização de resíduos industriais para produção de novos materiais favorece a retirada do passivo industrial do meio ambiente e minimiza a extração de matéria-prima da natureza. A solidificação/imobilização (S/I) de resíduos de metais pesados em matrizes geopoliméricas obtidas a partir de subprodutos industriais ambientalmente sustentável. Os geopolímeros são materiais desenvolvidos a partir de aluminossilicatos, residuais ou naturais de diversas fontes, ativados alcalinamente para formação de polímeros inorgânicos. Neste estudo, geopolímeros foram sintetizados a partir de cinzas pesadas e metacaulim (CP/M), nas proporções de 2:1 em massa, com o objetivo de se testar as propriedades de S/I de metais na matriz. São poucas as pesquisas utilizando cinzas pesadas em matrizes geopoliméricas. No entanto, as cinzas pesadas estão disponíveis em grandes proporções devido a queima do carvão mineral para geração de, aproximadamente, 41% da energia global. Para avaliação do ativador alcalino foram utilizadas as bases hidróxido de sódio (NaOH) e hidróxido de potássio (KOH) nas concentrações de 8 e 12 M, em composição com silicato de sódio (Na2SiO3) nas razões de 1:2 em volume. Para os testes de S/I de metais pesados foram utilizados 1, 10, 15 e 30 ml de uma solução residual provinda da decapagem de placas de circuito impresso contendo vários metais, entre eles Pb, Cr, Cu, Fe, Sn, As e Ni em diferentes proporções. Visando avaliar a eficiência da S/I, foram realizados ensaios para obtenção de extrato lixiviado e solubilizado. As análises da CP/M, dos geopolímeros sem a adição de metais pesados (GSMP) e dos geopolímeros com a adição de metais pesados (GCMP) foram realizadas através das seguintes técnicas: fluorescência de raios X (FRX), difração de raios X (DRX), espectrometria de massa por plasma acoplado indutivamente (ICP-MS), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e ensaios de resistência à compressão. As amostras de geopolímeros apresentaram alto grau de S/I dos metais testados, sendo que, em algumas amostras, os resultados chegaram próximos a 100%. Os melhores resultados testados que atenderam as especificações das Normas Brasileiras para lixívia e solubilidade de resíduos tóxicos foram as amostras sintetizadas com 8 M de KOH e com 10 ml da solução contendo metais pesados (RCMP).<br> / Abstract: The use of industrial residue in the production of new materials promotes the removal of the industrial waste from the environment and minimizes the extraction of raw materials. The solidification/immobilization (S/I) of heavy metal residue in geopolymer matrices obtained from industrial sub-products is environmentally sustainable. The geopolymers are part of a new material technology that can be developed from aluminosilicates, waste or natural coming from different sources, alkali-activated for the formation of inorganic polymers. However, the understanding of the phases of gel formation in different materials is primordial. In this study, geopolymers where synthesized from heavy ash and metakaolin (BA/M), in the proportion of 2:1 of mass, aiming the test of the solidification/immobilization properties of heavy metals in the matrix. The number of researches that use heavy ash in polymeric matrices is very low. However, the heavy ashes are available in huge proportions, due to the burning of mineral coal for the production of roughly 41% of the global energy. For evaluation of the alkali activator, the sodium hydroxide (NaOH) and potassium hydroxide (KOH) bases were used in the concentrations of 8 and 12 M in the composition of sodium silicate (Na2SiO3) in 1:2 volume ratios. For the testing of S/I of metals were used 1, 10, 15 and 30 ml of residual solution coming from the pickling of printed circuit boards containing several metals including Pb, Cr, Cu, Fe, Sn, As and Ni in different proportions. To evaluate the efficiency of the S/I, tests were performed to obtain leached and solubilized extract. Analyses BA/M, of geopolymers without the addition of heavy metals (GWHM) and geopolymers containing heavy metals (GCHM) was carried out through X-Ray Fluorescence (XRF), X-Ray Diffraction (XRD); Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS); Scanning Electron Microscope (SEM) and Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS); Spectroscopy in Fourier Transform Infrared (FTIR), and compressive strength tests. All geopolymer samples showed a high degree of S/I of the tested metals; in some samples, the results reached nearly 100%. The best results tested according to specifications of the Brasilian Standards for bleach and solubility of toxic waste were synthesized samples with 8 M KOH and 10 ml of solution containing heavy metals (HMW).

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015 / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:51:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 339447.pdf: 1576323 bytes, checksum: e1ec007c51f99a05674f8f5fa5174075 (MD5) Previous issue date: 2015 / Com o aumento da demanda de água para atender principalmente o consumo humano, agrícola e industrial, torna-se necessária a adoção de estratégias para a reutilização de água contaminada. Para tanto, a operação de filtração em leito fixo granular tem sido amplamente utilizada, pois possui vantagens operacionais, baixo custo de implatação e de fácil ampliação de escala laboratorial para industrial. Neste trabalho avaliou-se experimentalmente a perda de carga em filtração descendente em leito granular. Além disso, estudou-se o transporte de soluto (corante azul de metileno) no mesmo leito. Correlações disponíveis na literatura foram avaliadas para a estimativa da perda de carga em leito fixo granular. Simulações numéricas conduzidas no software COMSOL Multiphysics® permitiram avaliar os perfis de distribuição do soluto no leito ao longo do tempo (curvas de breakthrough). <br> / Abstract : Due to the increase in water demand to meet human, agricultural and industrial consumption, there is a necessity to adopt strategies for the reuse of contaminated water. Therefore, the filtering operation in granular fixed bed has been widely used because it has operational advantages, low cost and easy scale up. In this work we used experimentally pressure loss in descending particulate bed filtration. In addition, we studied the transport of solute (methylene blue) in the same bed. Correlations available in literature have been evaluated for the estimation of the pressure loss in granular fixed bed. Numerical simulations conducted in COMSOL software Multiphysics® possible to evaluate the solute distribution profiles in the bed over time (breakthrough curve)

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:56:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338243.pdf: 3445216 bytes, checksum: 3dba5144ba8c87fa30e90387f0ff82a9 (MD5) Previous issue date: 2015 / A indústria têxtil é responsável pela geração de grandes quantidades de efluentes, os quais possuem elevada concentração de corantes. Estes corantes, em geral, são de difícil tratamento e, quando lançados no ambiente, podem provocar sérios efeitos adversos. Os sistemas oxidativos, dentre eles os sistemas que utilizam enzimas, vêm sendo muito estudados como alternativa para o tratamento de efluentes têxteis, dada a capacidade de degradação de compostos cromóforos, e por não demandarem insumos químicos de elevado impacto ambiental, quando comparado aos processos tradicionalmente utilizados na indústria têxtil. Entretanto, estudos têm mostrado que alguns processos oxidativos podem gerar compostos mais tóxicos que a espécie química inicial. Neste trabalho, foi estudada a remoção de cor de soluções de corantes têxteis (Azul Turqueza Remazol G, Preto Remazol B133%, Azul Brilhante Remazol, Vermelho Brilhante Remazol 3BS-A 150% e Vermelho CQ4BL) utilizando a enzima Horseradish peroxidase (HRP). Foi avaliada a toxicidade destas soluções de corante antes e após o processo de degradação enzimática, frente aos organismos testes: o microcrustáceo Daphnia magna, a alga Euglena gracilis e a bactéria Vibrio fischeri. A enzima HRP promoveu remoção de cor em 95% das soluções do corante têxtil Azul Brilhante, 90% do Azul Turqueza Remazol G, 87% corante Preto Remazol B133% e apenas 20% do Vermelho CQ4BL. Para o corante Vermelho Brilhante não foi observada nenhuma remoção de cor. A toxicidade aguda de todos os corantes têxteis estudados, frente aos organismos D. magna e V. fischeri, aumentou após o tratamento enzimático. As soluções de corante Azul Brilhante Remazol e Preto Remazol foram as que apresentaram maior toxicidade aguda frente à D. magna (FT 16) e ao V. fischeri, (FT 32) após o tratamento enzimático, respectivamente. No teste de toxicidade com a alga Euglena gracilis o rendimento fotossintético não foi inibido por nenhum dos corantes. Nos testes crônicos utilizando o organismo D. magna, o corante Vermelho CQ4BL foi o único que não alterou a fecundidade do organismo teste.<br> / Abstract : The textile industry is responsible for the generation of large amounts of effluent, which have high charge dyes. These dyes are usually difficult to treat and when released into the environment may cause serious adverse effects. The oxidative systems, including systems that use enzymes have been widely studied as an alternative for the treatment of textile effluents, in view of the degradation ability of the chromophores compounds and does not demand it chemical inputs high environmental impact when compared to the processes traditionally used in the textile industry. However, studies have shown that some oxidative processes can generate more toxic compounds that initial chemical species. In this work, the color removal of textile dyes solutions using horseradish peroxidase (HRP) (Remazol Turquoise Blue G - Blue 21, Remazol Black B 133% - Reactive Black 5, Remazol Brilliant Blue - Reactive Blue 19, Remazol Brilliant Red 3BS 150% - Reactive Red 239 and Red CQ4BL - Red 195). The toxicity of such dye solutions was evaluated before and after the enzymatic degradation process to compared to the test organisms: micro crustacean Daphnia magna, the algae Euglena gracilis and bacteria Vibrio fischeri. The HRP enzyme promoted color removal in 95% solutions of the textile Brilliant Blue dye, 90% Remazol Turquoise Blue G, Remazol Black B 133% dye 87% and only 20% Red CQ4BL. For Brilliant Red 3BS 150% dye was not observed any color removal. In all textile dyes were evaluated studied the acute toxicity of indicator organisms, D. magna and V. fischeri which were observed in the increased toxicity after enzymatic treatment. The Remazol Brilliant Blue dye solutions and the Remazol Black B 133%, showed the highest toxicity against organism D. magna (16 FT) and V. fischeri, (FT 32) after enzymatic treatment, respectively. In toxicity tests with algaeEuglena gracilis photosynthetic yield was not inhibited by any of the dyes. In chronic tests using the D. magna, the dye Red CQ4BL was the only one that did not affect the fertility of the test organism.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:58:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338247.pdf: 926191 bytes, checksum: 3384a7c24d39065355b9c67ae64f9680 (MD5) Previous issue date: 2015 / As Centrais de Abastecimento (CEASA) constituem importantes locais geradores de resíduos de frutas e verduras (RFV), passíveis de serem tratados por processos de Digestão Anaeróbia (DA) objetivando a geração de biogás. Atualmente observa-se um aumento de interesse no processo de codigestão anaeróbia (coDA), digestão simultânea de dois ou mais substratos de diferentes origens devido à vantagens em relação à monodigestão anaeróbia como: melhorias na relação nutricional e na relação carbono/nitrogênio, diluição de compostos tóxicos e inibidores e maiores rendimentos na produção de biogás. Paralelamente, também observa-se um crescente interesse em modelagem matemática destes processos, visando a diminuição do número de ensaios necessários para testar as várias possibilidades de misturas de resíduos, sendo o Anaerobic Digestion Model no 1 ? ADM1 um dos modelos mais importantes no que tange a modelagem de digestão anaeróbia. O objetivo deste trabalho é avaliar o potencial para a geração de biogás de RFV codigeridos com lodos de esgoto (LE) mediante ensaios de potencial de produção de biogás (PPB) e a utilização dos dados obtidos num modelo matemático de coDA destes resíduos baseado no ADM1. Os ensaios de PPB foram realizados em tubos eudiômetros que medem a variação volumétrica de gás gerado e o modelo ADM1 foi implantado no programa AQUASIM. O PPB, em função de sólidos voláteis alimentados, da monodigestão anaeróbia dos RFV e LE foram de 689,37 mLN/gSV e 389,97 mLN/gSV respectivamente. O ensaio de coDA na proporção em SV de 12,5:87,5 / RFV:LE, gerou um volume de biogás 7% superior em relação ao proporcional da monodigestão anaeróbia destes resíduos, em outras proporções de mistura avaliadas não foram observados crescimentos absolutos. Os ensaios mostraram que o aumento na geração de biogás é devido ao aumento da fração orgânica biodegradável proporcionada pelos resíduos de frutas e verduras. O modelo ADM1 utilizado para simular a coDA pôde ser calibrado mediante a metodologia proposta e reproduziu satisfatoriamente os resultados experimentais constituindo uma ferramenta que pode ser utilizada para estudos diversos como estudos de efeitos inibitórios e toxinas, controle e operação, estudos em regime dinâmico, comportamento do sistema perante oscilações, entre outros.<br> / Abstract : The Brazilian state-owned companies of distribution centres for vegetables and fruits, Centrais de Abastecimento - CEASA, are important generators of fruits and vegetable wastes (FVW), which can be treated by anaerobic digestion (AD) processes for biogas production. Currently there has been an increased interest in Anaerobic Co-digestion (AcoD) processes, the simultaneous digestion of two or more substrates from different sources because the existence of advantages in relation to anaerobic monodigestion like: improvements in nutritional ratio and the carbon/nitrogen ratio, dilution of toxic compounds and inhibitors and higher yields of biogas production. At the same time also exist a growing interest in mathematical modeling of these processes to reduce the number of tests needed to evaluate the various possibilities of combinations of wastes, and the Anaerobic Digestion Model 1 - ADM1 is one of the most widely used models regarding the modeling of anaerobic digestion. The objective of this study is to evaluate the biochemical biogas potential (BBP) of the co-digestion of FVW with sewage sludge (SS) by biogas potential tests and the use of data in a model of AcoD of these wastes based on ADM1. The BBP tests were performed in eudiometer tubes that measure the volumetric change of generated gas and ADM1 model was implemented in AQUASIM software. The BBP, based on volatile solids feeded, of the anaerobic monodigestion of FVW and SS was 689,37 mLn/gvs and 389,97 mLn/gvs respectively. The AcoD BBP test of the fraction 12.5: 87.5 / FFW:SS in VS basis, generated 7 % more biogas that the proportional obtained in anaerobic monodigestion. In the other trials were not observed absolute growth. The tests showed that the increase in biogas generation is due to the increase of the biodegradable organic fraction provided by FVW. The ADM1 model used to simulate the AcoD could be calibrated by the proposed methodology and satisfactorily reproduced the experimental results. The obtained model can be a tool for many future studies such as studies and inhibitory effects of toxins, control and operation studies dynamic system, system performance under oscillation and others.