Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseCERP.pdf: 7686183 bytes, checksum: 7089a44583b91163644fe84b338f17b7 (MD5) Previous issue date: 2006-10-04 / In this work classical molecular dynamics was used to study the pure ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, [BMIM]+[BF4]-, and some solutions based in it. The OPLS-AA force field and CHelpG derived charges were used to represent the interactions. The results obtained for the pure liquid agreed well with theoretical and experimental data available. The diffusion of ions in this liquid was investigated through the solvation of KCl salt. The result showed that the diffusion of K+ and Cl- are small when compared with the diffusion observed in aqueous solution. The results obtained for K+ and Cl- ions are also small compared to the diffusion regime observed for the ionic pair [BMIM]+[BF4]- in water. The solvation of an oligopeptídeo, formed by six alanines, aminoacids in this liquid was investigated at two temperatures, 300K and 400K. The effect of water molecules in the oligopeptide neighborhood was also investigated. The spc-model (Simple Point Charge) was used to represent the water molecules. Compared to the peptide behavior in water the results obtained in the ionic liquid showed that the peptide structure was constrained. It was also observed that the presence of water molecules near the oligopeptide increased its conformational mobility. The effect media polarization on the electronic structure of ionic liquid components was analyzed investigating the dipole momentum distribution for 1,4-dimethylimidazolio cation in both isolated and in condensed phase. The dipole distribution for chloride in condensed phase was also performed. / Neste trabalho foi utilizada dinâmica molecular clássica para estudar tanto o líquido iônico tetrafluoroborato de 1-butil-3-metilimidazólio puro quanto algumas soluções baseadas nele. Para representar as interações foi empregado o campo de forças OPLS-AA com cargas parciais derivadas da metologia CHelpG. Os resultados obtidos para o líquido puro concordam com os dados teóricos e experimentais disponíveis na literatura. A difusão de íons neste líquido iônico foi investigada por meio da dissolução de um par iônico sal KCl. Os resultados obtidos mostram que a difusão dos íons K+ e Cl- é muito pequena se comparada à difusão destas espécies em solução aquosa. A difusão dos íons do cloreto de potássio no líquido iônico também foi muito pequena se contrastada com o regime difusicional observado para as espécies [BMIM]+ e [BF4]- diluídas em água. A solvatação de um oligopeptídeo, formado por seis alaninas, neste líquido foi investigada em duas temperaturas, 300K e 400K. O efeito causado pela presença de moléculas de água na vizinhança do oligopeptídeo também foi analisado. As moléculas de água forma representadas como modelo spc ( Simple Point Charge). Comparado com o comportamento do oligopeptídeo em água, observou em líquido iônico uma maior rigidez estrutural do oligopeptídeo. Foi também observado que a presença de moléculas de água próximas à molécula biológica aumenta a mobilidade conformacional desta. O efeito de polarização sobre a estrutura eletrônica do líquido iônico foi analisado por meio do estudo da distribuição do momento de dipolo do cátion 1,4-dimetilimidazólio isolado e em fase condensada. A distribuição do momento de dipolo para o ânion cloreto em fase condensada também foi investigada.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TesePRP.pdf: 1300259 bytes, checksum: e94aa8c5267c496db201fdd113d5c90e (MD5) Previous issue date: 2005-08-30 / Total Cross Sections (TCS) for various processes resulting from the interaction of electrons with poliatomic molecules are clearly needed due to their relevance in many applications. The present study is part of a complete program for the experimental and theoretical determination of various Cross Sections for electron-polyatomic molecule interaction in progress at DQ - UFSCar. An apparatus based on the linear transmission technique with a retarding field after the collision chamber was built. It was need to undertake experimental determinations of TCS for electrons scattering by several targets in the energy range of 300-1000 eV. The experimental results are shown in comparison with calculations using the complex optical potential and the additivity rule. / É bastante nítida a crescente demanda por valores de Seções de Choque Total (SCT) de processos resultantes da interação elétron-molécula poliatômica, graças à importância destas em diferentes aplicações. O presente trabalho faz parte de um programa mais amplo de determinação experimental e teórica de Seções de Choque no DQ-UFSCar visando suprir as deficiências mencionadas. Um aparelho operando com a técnica de transmissão linearizada de feixes acoplado a um analisador de energias de campo retardador foi construído. Ele foi usado para executar medidas de SCT para o espalhamento de elétrons por alvos gasosos. As primeiras medidas foram feitas a energias do elétron incidente de 300 a 1000 eV para a molécula de nitrogênio e os valores obtidos reproduziram resultados já existentes mostrando o bom funcionamento do aparelho construído. Em seguida medidas de SCT foram obtidas para o espalhamento de elétrons de 300 a 1000 eV por etano, de 400 a 1000eV por propano e butano, e para seis energias no intervalo de 300 a 1000eV para 1-buteno. Um modelo de potencial óptico complexo e a chamada regra da aditividade foram empregados para calcular as SCT, cujos resultados foram comparados com os valores experimentais.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseEK.pdf: 2988507 bytes, checksum: b30446bf161b0138c6c48dfead6dd99d (MD5) Previous issue date: 2006-06-22 / In the present work, it was studied the chemical composition, morphology, structure and semiconductor properties of oxide films coloured by the chemical - CHE and electrochemical processes (triangular current scan - TCS, alternating potential pulse - APP and superposition of ac and dc signals - SPS) before and after a hardening treatment. Oxide films with two distinct values of thickness (~130 nm e ~200 nm) were obtained using the CHE, TCS and APP colouration processes. The SPS process produced oxide films with only one value of thickness (~150 nm). The hardening treatment led to an increase in the thickness values of the oxide films produced by all the investigated processes (CHE, TCS, APP and SPS). Polarization curves showed that the hardening treatment also promotes enrichment in chromium oxide in the oxide films. This was supported by analyses of chemical composition obtained by Auger spectroscopy (AES) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Moreover, these analyses also showed that iron and chromium oxides mainly constitute all oxide films, before and after the hardening treatment. By other hand, images obtained by electron transmission microscopy (TEM) revealed that more compact oxide films are produced after the hardening treatment. Patterns of electron diffraction revealed that the oxide films are constituted of nanocrystalline FeCr2O4 spinel oxide, before and after the hardening treatment. The Mott-Schottky plots presented a quite complex behavior with three straight regions for all the oxide films studied. From these plots two distinct flat band potentials were obtained, being one in the passive region (-0,50 V vs. ECS) and other in the transpassive region (0.50 V vs. SCE) of the stainless steel. These flat band potentials are characteristics of iron and chromium oxides, respectively. Besides, two semiconductivity transitions were observed: transition from p-type to n-type (p-n heterojunction) at -0.50 V vs. ECS and transition from n-type to ptype at 0.0 V vs. SCE. Values of band gap energy in the range 2.94 eV - 3.49 eV were calculated assuming direct transitions only for the hardened oxide films produced by the distinct processes. / No presente trabalho, estudou-se a composição química, morfologia, estrutura e propriedades semicondutoras de filmes de óxidos coloridos pelos processos químico e eletroquímicos (varredura triangular de correntes - VTC, pulsos alternados de potenciais - PAP e superposição de sinais ac e dc - SPS) antes e após um tratamento de endurecimento. Filmes de óxidos com dois valores distintos de espessuras (~130 nm e ~200 nm) foram obtidos utilizando os processos de coloração QUI, VTC e PAP. O processo SPS produziu filmes de óxidos com apenas um valor de espessura (~150 nm). O tratamento de endurecimento levou a um aumento nos valores de espessura dos filmes de óxidos produzidos por todos os processos estudados (QUI, VTC, PAP e SPS). Curvas de polarização mostraram que o endurecimento também promove enriquecimento em óxido de cromo nos filmes de óxidos. Isto foi comprovado pelas análises de composição química obtidas pelas espectroscopias eletrônica de Auger (AES) e fotoeletrônica de raios X (XPS). Além disso, estas análises também mostraram que todos os filmes de óxidos antes e após o tratamento de endurecimento são constituídos essencialmente de óxidos de ferro e cromo. Por outro lado, imagens obtidas por microscopia eletrônica de transmissão (TEM) revelaram que filmes de óxidos mais compactos são produzidos após o tratamento de endurecimento. Padrões de difração de elétrons revelaram que os filmes de óxidos antes e após o tratamento de endurecimento são constituídos de óxidos do tipo espinélio de ferro e cromo (FeCr2O4) nanocristalinos. Os gráficos de Mott-Schottky apresentaram um comportamento bastante complexo com três regiões lineares para todos os filmes de óxidos estudados. Destes gráficos foram obtidos dois distintos potenciais de banda plana, sendo um na região passiva (-0,50 V vs. ECS) e outro na região transpassiva (0,50 V vs. ECS) do aço inoxidável. Estes potenciais de banda plana são característicos dos óxidos de ferro e cromo, respectivamente. Além disso, duas transições de semicondutividade foram observadas: transição de comportamento do tipo p para tipo n (heterojunção p-n) em -0,50 V vs. ECS e transição do comportamento do tipo n para tipo p em 0,0 V vs. ECS. Valores de energia do band gap no intervalo 2,94 eV - 3,49 eV foram calculados supondose transições diretas somente para os filmes de óxidos endurecidos produzidos pelos distintos processos.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1519.pdf: 2283027 bytes, checksum: e330d5cff1ebd17319980e5e5cf4ee58 (MD5) Previous issue date: 2003-11-13 / Ethylene glycol and glycerol are molecular liquids with many internal degrees of freedom. Rotations along specific chemical bonds allow the formation of intramolecular hydrogen bonding, leading to several stable conformational possibilities. Due to the capability of these liquids to form one or more hydrogen bonding with appropriate solutes, they have been used to verify the influences of these bonds in the conformational and thermodynamics properties of molecules. The studies were performed using Molecular Dynamics methodology implemented in the TINKER package. A combination of the force fields OPLS-AA (Optimized Potential for Liquid Simulations-All Atoms) and AMBER was used to represent molecular interactions. Structural and thermodynamic properties of liquid ethylene glycol in the ensemble NpT at temperatures of 265 K, 300 K, 350 K and 465 K and 1.0 atm were calculated. The same study was performed for glycerol at temperatures of 300 K, 400 K and 555 K. Internal rotations along all axes defined by bonds C-O and C-C had been considered. The formation and behavior of hydrogen bonds was as a function of time were particularly considered. / As estruturas moleculares do etilenoglicol e do glicerol permitem enorme variedade de conformeros que, associados a propriedade destas moléculas de formarem em fase gasosa uma, duas e até três ligações de hidrogênio intramoleculares, as tornam interessantes candidatas para o estudo de seus líquidos puros, onde ligações de hidrogênio intermoleculares também são possíveis. Neste trabalho verificou-se as influências das ligações de hidrogênio sobre as propriedades conformacionais e termodinâmicas destas moléculas. A simulação computacional destes líquidos foi efetuada com a metodologia de Dinâmica Molecular para se obter informações estruturais e sobre a dinâmica de formação de ligações de hidrogênio. Ao líquido etilenoglicol também foi aplicado o método de Monte Carlo, que apresentou resultados termodinâmicos satisfatórios. O programa de simulação TINKER foi utilizado para se obter dinâmicas estendidas até o tempo de 1,3 ns, no ensemble NpT, ajustado na pressão de 1,0 atm e nas temperaturas de 265 K, 300 K, 350 K, 465 K para o etilenoglicol e 300 K, 400 K, e 555 K para o glicerol. Neste programa as interações são descritas utilizando um campo força clássico com parâmetros OPLS-AA e AMBER. Rotações internas ao longo dos eixos definidos pelas ligações C-O e C-C foram consideradas, obtendo-se a evolução temporal de conformações e de formação de ligações de hidrogênio para ambos os líquidos. Os resultados termodinâmicos e estruturais obtidos estão em bom acordo com os dados experimentais. Estatísticas de populações de conformeros e de formação de ligações de hidrogênio em função da temperatura foram obtidas; dados estruturais obtidos apresentam relação com cálculos ab initio para a fase gasosa encontrados na literatura. Foram investigadas grandezas como calor de vaporização, entalpia, distribuição radial de pares, calor específico, etc. O método e campo de força utilizados mostraram-se plenamente satisfatório para reproduzir os dados experimentais disponíveis. Informações estruturais sobre a dinâmica da formação de ligações de hidrogênio na fase líquida permitem a idealização do comportamento das moléculas nesta fase condensada. Em geral, os resultados obtidos são coerentes entre si e permitem avançar na compreensão do comportamento molecular na fase líquida.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseNTCO.pdf: 8314427 bytes, checksum: c8b74bff00a3c497246eb541860d4035 (MD5) Previous issue date: 2004-08-23 / Universidade Federal de Minas Gerais / Studies on the anodic growth of the oxides that passivate the biocompatible alloys Ti-50Zr (at.%) and Ti-13Nb-13Zr (m/m), on the electrochemical/electrical parameters and the morphology, composition and structure of these oxides were carried out in this work. The oxides were grown by both the potentiodynamic and the galvanostatic routes, in different electrolytes at room temperature; their electrochemical stability was investigated in electrolytes that simulate the physiological medium. Based on the analyses carried out, it was concluded that the Ti-13Nb-13Zr alloy presented better protection against corrosion than the Ti-50Zr alloy and that the heat treatment of the alloy did not significantly influence the analysed electrochemical parameters. It was also shown that the pre-passivation of these metals in an inert electrolyte confers the oxides greater stability when exposed to chloride-containing media. The studies by electrochemical impedance spectroscopy indicated that the oxide films of both alloys present an electrical response of the R(RQ) type and that the resistance of the anodic oxide films increases with their thickness. Finally, based on results obtained by photocurrent spectroscopy (PCS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and X-ray diffractometry (XRD), it was verified that the anodic oxides grown on the alloys are formed by oxides of all the alloying elements, but with an enrichment in Ti in the oxide external layers. / Neste trabalho foram realizados estudos de crescimento anódico de óxidos que passivam as ligas biocompatíveis Ti-50Zr (at.%) e Ti-13Nb-13Zr (m/m), de seus parâmetros eletroquímicos e elétricos e de suas morfologias, composições e estruturas. Os óxidos foram crescidos tanto por via potenciodinâmica quanto galvanostática, em diferentes eletrólitos a temperatura ambiente e com eles foram feitos testes de estabilidade eletroquímica em eletrólitos que simulam o meio fisiológico. Com base em todas as análises realizadas, pôde-se concluir que a liga Ti-13Nb-13Zr apresentou melhor proteção contra a corrosão do que a liga Ti-50Zr e que o tratamento térmico da liga não influenciou significativamente os parâmetros eletroquímicos analisados. Mostrou-se também que a pré-passivação desses metais em um eletrólito inerte confere a seus óxidos maior estabilidade quando utilizados em meios contendo cloreto. Os estudos por espectroscopia de impedância eletroquímica indicaram que os filmes de óxido analisados para ambas as ligas apresentam resposta elétrica do tipo R(RQ) e que com o aumento da espessura do filme de óxido anódico há um aumento na resistência do filme. Finalmente, com as técnicas de espectroscopia de fotocorrente (PCS), espectroscopia fotoeletrônica de raios X (XPS) e difratometria de raios X (DRX), foi verificado que os óxidos anódicos crescidos sobre as ligas são formados por óxidos de todos os elementos constituintes das ligas, mas com enriquecimento em Ti nas camadas mais externas do óxido.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3349.pdf: 3807452 bytes, checksum: 1934617fad2a70d3d5657c531bf72a94 (MD5) Previous issue date: 2008-10-10 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this work CNTs composite for use as Li-ion anode materials had been investigated. The electrochemical properties of the electrodes were measured by galvanostatic charge-discharge testes, cyclic voltammetric analysis and electrochemical impedance spectroscopy. The first materials was discussed were the NiO:MWNTs composite. Previously, NiO powders were prepared via the spray pyrolysis technique and, the NiO:MWNTs composite was prepared by dispersion simultaneously of MWNTs and NiO powders using ultrasonicator. The electrochemical properties of NiO:MWNTs composite were investigated to determine their suitability as anode materials for lithium-ion batteries. The NiO:MWNTs composite electrodes exhibited better reversibility and higher capacities than NiO and MWNTs electrodes. The reasons for improved electrochemical performance of the composite electrodes are discussed. Another composite had been investigated was C-SnO2-SWNTs. The C-SnO2-SWNTs composite powder was prepared by mechanical ball milling and [C-SnO2]- dSWNTs was synthesized by dispersion SWNTs via ultrasonication into a premilled C-SnO2 composite mixture. It was found that the cyclic performance of the both composite materials was improved when they was compared to CSnO2. Free-standing SWNT paper electrodes have been synthesized by a simple filtration. With addition of C-SnO2 composite powder was prepared by mechanical milling, the specific capacity of the free-standing ([CSnO2] 0.5SWNTs0.5) paper electrode were greatly enhanced, so that they retained a capacity of 310 mAh g-1 beyond 30 cycles. On the other hand, the procedures for SWNTs electrode preparation were simplified, so the cost of the manufacturing could be reduced. The specific capacities at 20th cycle decrease in the order: [C-SnO2]-dSWNTs > [C-SnO2]0.5SWNTs0.5 > C-SnO2-SWNTs > NiO:MWNTs (70:30) > C-SnO2 > NiO > MWNTs. / Neste trabalho compósitos de CNTs foram investigados para a aplicação como material anódico em baterias de íon-lítio. As propriedades eletroquímicas dos eletrodos foram investigadas utilizando-se testes galvanostáticos de carregamento/descarregamento, voltametria cíclica e espectroscopia de impedância eletroquímica. Inicialmente, pós de NiO foi preparado pela técnica de spray pyrolysis e compósitos de NiO:MWNTs foram preparados pela dispersão simultânea de MWNTs e NiO utilizando ultra-som. As propriedades eletroquímicas de NiO:MWNTs foram investigadas para determinar a adequabilidade como material anódico para baterias de íon-lítio. Os eletrodos do compósito de NiO:MWNTs exibiram uma melhor reversibilidade e maior capacidade em comparação aos eletrodos de NiO e MWNTs. As razões para um aumento no desempenho dos eletrodos de compósitos são discutidas. Outro compósito investigado foi de C-SnO2-SWNTs. O material ativo C-SnO2-SWNTs foi preparado mecanicamente por moinho de bolas e [C-SnO2]-dSWNTs foi obtido pela dispersão ultra-sônica de SWNTs com C-SnO2 previamente preparado por moagem de bolas. Foi observado um melhor desempenho perante ciclos de carregamento/descarregamento de ambos os materiais quando comparado com C-SnO2. Eletrodos livres de substrato , denominados papéis de SWNTs, foram sintetizados por uma metodologia simples. Com a adição de compósito de C-SnO2 preparado por moinho de bolas, a capacidade do eletrodo de papel ([C-SnO2]0,5SWNTs0,5] foi de 310 mAh g-1 após 30 ciclos. Por outro lado, o procedimento de preparação de SWNTs foi simplificado reduzindo o custo de preparação. A capacidade específica no 20º ciclo decresce na ordem: [C-SnO2]-dSWNTs > [C-SnO2]0.5SWNTs0.5 > C-SnO2-SWNTs > NiO:MWNTs (70:30) > C-SnO2 > NiO > MWNTs.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3937.pdf: 2583113 bytes, checksum: 5269a35c8329b62a6b25e21dc4c2cdf6 (MD5) Previous issue date: 2011-09-30 / Financiadora de Estudos e Projetos / OPTIMIZATION OF THE MINERALIZATION PROCESS OF ORGANIC COMPOUNDS USING ELECTRO-FENTON AND PHOTO-FENTON SYSTEMS BY ARTIFICIAL AND SOLAR UV IRRADIATION Electrochemical advanced oxidation processes based on the Fenton s reaction, such as electro-Fenton (EF) and photoelectro-Fenton (PEF) using artificial and solar UV irradiation were employed in the treatment of effluents containing organic compounds (the textile dye AR 29 acid red 29, the drug paracetamol and the herbicide MCPA 2-methyl-4- chlorophenoxyacetic acid). Furthermore, kinetic studies of degradation of these compounds were performed, using factorial design in order to analyze simultaneously the influence of the parameters current, initial concentration of the catalyst Fe2+ and pH as well as the response surface methodology in order to optimize the experimental conditions. Finally, chromatographic techniques were also used for identification and quantification of the intermediates of the degradation process, among which aromatic compounds, carboxylic acids and inorganic ions. For the three investigated compounds, it was found that the main oxidant was the hydroxyl radical, OH produced by the Fenton s reaction between the catalyst Fe2+ added and the H2O2 electrogenerated by the O2 reduction at the surface of the diffusion air cathode as well as by the photolysis of hydroxylated Fe3+ species. Additionally, the use of the UV radiation, either by artificial or solar source, promoted the fast removal of Fe3+ complexes formed with carboxylic acids which were not actually removed by the OH radical. In the case of AR 29 dye, the highest efficiency was obtained for the PEF process (TOC total organic carbon removal of 95%), followed by EF process; the anodic oxidation presented the lowest performance. For paracetamol and MCPA, investigated only by the PEF process, values of TOC removal of 75 % and 74 % for the optimal conditions at 120 min electrolysis were obtained, respectively. Moreover, MCE mineralization current efficiency values of 71% for paracetamol and 72% for MCPA with EC energy consumption values of 93 kW h kg-1 TOC (7.0 kW h m-3) and 87.7 kW h kg-1 TOC (6.6 kW h m-3) were obtained, respectively. Finally, using distinct liquid chromatography techniques in order to identify and quantify the generated intermediates, plausible mechanisms for degradation of the three investigated compounds up to their complete conversion to CO2 and water were proposed. / OTIMIZAÇÃO DO PROCESSO DE MINERALIZAÇÃO DE COMPOSTOS ORGÂNICOS UTILIZANDO SISTEMAS ELETRO-FENTON E FOTOELETROFENTON POR IRRADIAÇÃO UV ARTIFICIAL E SOLAR Processos eletroquímicos oxidativos avançados baseados na reação de Fenton, tais como eletro-Fenton (EF) e fotoeletro-Fenton por irradiação UV artificial (FEF) e solar (FEFS) foram empregados no tratamento de efluentes contendo compostos orgânicos (o corante têxtil AR 29 vermelho ácido 29, o fármaco paracetamol e o herbicida MCPA ácido 2-metil-4- clorofenoxiacético). Além disso, foram realizados estudos cinéticos da degradação destes compostos, empregando-se planejamentos fatoriais para analisar, simultaneamente, a influência das variáveis corrente, concentração inicial do catalisador Fe2+ e pH, bem como a metodologia de superfície de resposta para otimizar as condições experimentais. Finalmente, também foram utilizadas técnicas cromatográficas para identificação e quantificação dos intermediários do processo de degradação, dentre os quais compostos aromáticos, ácidos carboxílicos e íons inorgânicos. Para os três compostos investigados, constatou-se que o principal oxidante foi o radical hidroxila, OH produzido pela reação de Fenton entre o catalisador Fe2+ adicionado e o H2O2 eletrogerado pela redução de O2 na superfície do catodo de difusão de ar, bem como pela fotólise de espécies de Fe3+ hidroxiladas. Ademais, o emprego da radiação UV, seja por meio de fonte artificial ou solar, favoreceu a rápida remoção de complexos de Fe3+ formados com ácidos carboxílicos, os quais não eram efetivamente removidos pelo radical ●OH. No caso do corante AR 29, a maior eficiência foi obtida para o processo FEF (95% de remoção do COT carbono orgânico total), seguido pelo processo EF; o processo de oxidação anódica apresentou o menor desempenho. Para os compostos paracetamol e MCPA, investigados somente pelo processo FEFS, foram obtidos valores de remoção de COT de 75% e 74% para as condições ótimas em 120 min de eletrólise, respectivamente. Além disso, foram obtidos valores de ECM eficiência de corrente de mineralização de 71% para o paracetamol e 72% para o MCPA com valores de CE consumo energético de 93 kW h kg-1 COT (7,0 kW h m-3) e 87,7 kW h kg-1 COT (6,6 kW h m-3), respectivamente. Por fim, empregando-se distintas técnicas de cromatografia líquida para identificação e quantificação dos intermediários gerados, foram propostos mecanismos plausíveis para os processos de degradação dos três compostos investigados, até completa conversão a CO2 e água.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3942.pdf: 7841355 bytes, checksum: 935d60fa2d40ae2cbbf73b88ce68f579 (MD5) Previous issue date: 2011-10-20 / Universidade Federal de Minas Gerais / In this work the experimental and theoretical aspects of the growth of titanium dioxide obtained by galvanostatic anodization were studied. The _lms were prepared by galvanostatic anodization of titanium, where the curve of voltage versus charge was investigated. In the initial growth there is an abrupt increase of the voltage, followed by a change in slope of the curve. In this region the voltage reaches a steady state characterized by oscillations around a mean value that are often associated with the phenomenon of _lm's breakdown, microdischarges (sparks) are also observed on the electrode surface. The experimental study began with the "system scanning" in which we used the factorial design in order to associate the experimental variables with the responses (electrochemical, morphological and microstructural). After this _rst study, we investigated the in_uence of applied charge on the system, keeping constant the other experimental conditions. In this investigation, we analyzed the in_uence of charge on the microstructure, morphology and also in the photoactivity of the _lms. The results revealed that the photoactivity in in- _uenced by both the microstructure and morphology. However, the microstructure seems more important for _lms obtained after the breakdown region, where the morphology remains constant. One possible explanation for these results is that the region of grain boundary acts as a recombination center of e��=h+ pairs. In addition to these studies, the TiO2 doping was carried out with niobium. The physicochemical properties of the doped _lms were compared with pure _lms and it was observed that doping promotes an increase in the rate of crystallization of the _lms even when small amounts of dopants are introduced into the oxide. An applied study was conducted in order to apply the titanium anodization as a water heater system. The results of this investigation have shown that the titanium anodization provides greater e_ciency and heating rate when it is compared with comercial resistances. Finally, based on experimental results, we developed a model xxii for the growth of titanium oxide _lms prepared electrochemically. This semi-empirical model was developed from the "current burst model". The _rst stage consisted in the numerical simulation of the dissipation of the heat generated by a spark event in three ways (electrolyte, metal and oxide) using the _nite elements method. The simulation result have shown that the thermal dissipation extends over an area of up to 400 nm and the spark is able to fuse locally all the solid phases. Thus, the description of the oscillating system was made through its three main elements: the local oscillation mechanism (breakdown), desynchronization mechanism (dissolution) and lateral synchronization or interaction (promoted by the _ow of material). / Neste trabalho foram estudados os aspectos experimentais e teóricos do crescimento de dióxido de titânio obtido por anodização galvanostática. Os _lmes foram preparados por anodização galvanostática de titânio, onde a curva da diferença de potencial versus carga foi investigada. Nos instantes iniciais há o aumento abrupto do potencial, seguido por uma mudança no coe_ciente angular da curva. Nesta região o potencial atinge um estado estacionário caracterizado por oscilações em torno de um valor médio que são freqüentemente associadas ao fenômeno de ruptura do _lme anódico, no qual observa-se também a emissão de microdescargas (sparks) na superfície do eletrodo. O estudo experimental iniciou-se com o _mapeamento do sistema_, no qual utilizou-se o planejamento fatorial com o objetivo de associar as variáveis experimentais às respostas consideradas (eletroquímicas, morfológicas e microestruturais). Após este primeiro estudo, investigouse a in_uência da carga aplicada no sistema mantendo-se as demais condições constantes. Nesta investigação, analisou-se a in_uência da carga na microestrutura, morfologia e tamb ém na fotoatividade dos _lmes. Os resultados revelaram que a fotoatividade sofre uma in_uência tanto da microestrutura como da morfologia. Entretanto, a microestrutura mostra-se mais importante para _lmes obtidos após a região de ruptura, onde a morfologia permanece constante. Uma possível explicação para estes dados é que a região de contorno de grão atua como centro de recombinação de pares e��=h+. Além destes estudos, realizou-se a dopagem do TiO2 com nióbio. As propriedades _sicoquímicas dos _lmes dopados foram comparadas com os _lmes puros e observou-se que a dopagem promove um aumento da taxa de cristalização dos _lmes mesmo quando pequenas quantidades do dopante são introduzidas na rede. Um estudo aplicado foi realizado com o sistema de anodiza ção, onde buscou-se aplicá-lo como sistema aquecedor de água. Os resultados desta investigação mostraram que este apresenta maior e_ciência e velocidade de aquecimento xx frente às resistências comerciais com as quais fo comparado. Finalmente, baseando-se nos resultados experimentais, buscou-se desenvolver um modelo para o crescimento de _lmes de dióxido de titânio obtidos eletroquimicamente. Este modelo semi-empírico foi desenvolvido a partir do modelo _ current burst model ". A primeira fase do modelo consistiu na simulação numérica da dissipação de calor gerada por evento de spark nos 3 meios (eletrólito, óxido e metal) usando o método dos elementos _nitos. O resultado da simula ção mostrou que a dissipação térmica se estende por uma região de até 400 nm e que o spark é capaz de fundir localmente as fases sólidas. Sendo assim, a descrição deste sistema oscilatório foi feita por meio de seus três elementos principais: o mecanismo de oscilação local (ruptura), mecanismo de dessincronização (dissolução) e sincronização ou interação lateral (promovida pelo _uxo de material).

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4430.pdf: 7319951 bytes, checksum: b21bea92cf852895996f96fd4057b891 (MD5) Previous issue date: 2012-05-09 / Universidade Federal de Minas Gerais / In this work the fundamental aspects of electrolytic breakdown in ZrO2 films were investigated. The electrolytic breakdown is a type of dielectric breakdown that occurs during galvanostatic growth of anodic oxides. To perform this investigation, the study was divided in two parts: (i) the modification of ZrO2 films by anodic doping and (ii) characterization of the electrical discharges (sparks) that appears on the electrode surface during zirconium anodization. The anodic doping study aimed to monitor the system and analyze the influence of current density, temperature and dopant concentration on the electrochemical, morphological and microstructural properties of ZrO2 films doped with calcium and niobium ions. The factorial design technique was used to optimize the number of experiments and quantify the effects of experimental variables on the responses. The results showed that all variables influenced the electrochemical response, leading to changes in morphology and microstructural properties of the ZrO2 doped films. This result was observed because these variables can affect the mobility of ionic species, ionic transport inside the oxide, the electrolyte resistivity and the dissolution process of the oxide. The spark characterization study aimed to investigate the evolution of electrical discharges during the experiment and correlate them with the processes observed in the anodization curve of zirconium. Hence, the electrode surface was recorded during the experiments using a high definition and high speed video camera. The image analysis allowed the calculation of the size, quantity and lifetime of the sparks discharges. Due to the enormous amount of data, it was necessary to develop a new methodology to analyzing the results. The methods used were based on techniques of imaging processing and multivariate data analysis. The use of these techniques coupled to electrochemical ones provided new insights that elucidated some aspects of the breakdown phenomenon. Furthermore, it provided guidelines for the implementation of future work. / Neste trabalho foram investigados aspectos fundamentais do fenômeno de ruptura eletrolítica do ZrO2, que é um tipo de ruptura dielétrica observada durante o crescimento galvanostático de óxidos anódicos. Para isso foram feitos dois estudos dirigidos, um sobre a modificação do ZrO2 por dopagem anódica e outro de caracterização das descargas elétricas (sparks) visualizadas na superfície do eletrodo durante a anodização do Zr. O objetivo desse primeiro estudo foi mapear o sistema, analisando a influência da densidade de corrente, temperatura e concentração do dopante sobre o comportamento eletroquímico e sobre as propriedades morfológicas e microestruturais dos filmes de ZrO2 dopados com íons cálcio e nióbio. A técnica de planejamento fatorial foi utilizada com o intuito de otimizar o número de experimentos e quantificar os efeitos das variáveis de preparação sobre as respostas investigadas. Os resultados mostraram que todas as variáveis de preparação investigadas afetaram as respostas eletroquímicas, visto que influenciaram a mobilidade das espécies iônicas, o transporte de íons dentro do óxido, a resistividade do meio e a dissolução do óxido, levado a modificações nas propriedades morfológicas e microestruturais dos filmes formados. Já o estudo de caracterização dos sparks teve como objetivo estudar a evolução das descargas elétricas ao longo do experimento e correlacioná-las com os processos observados na curva de anodização do zircônio. Desta forma, a superfície do eletrodo foi filmada durante os experimentos, em definição e alta velocidade de captura de imagens, o que permitiu o cálculo do tamanho, quantidade e tempo de duração dos sparks. Devido à enorme quantidade de dados gerados, foi necessário o desenvolvendo de novas metodologias para a análise dos resultados, que foram baseadas em técnicas de tratamento de imagens e análise multivariada de dados. A utilização dessas técnicas acopladas às técnicas eletroquímicas, forneceram novos insights que auxiliaram na elucidação de alguns aspectos do fenômeno de ruptura eletrolítica no ZrO2. Além disso, forneceram diretrizes para a execução de trabalhos futuros.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseMSCC.pdf: 4212325 bytes, checksum: 74cb25c0d2d043500f420546d566cc61 (MD5) Previous issue date: 2004-06-25 / Universidade Federal de Minas Gerais / The present work describes the preparation and characterization of the spinel phases Li2ZnTi3O8, Li2CoTi3O8 and Li2NiTi3O8 synthesized by the polymeric precursor method. Polycrystalline ceramic powders of high quality were synthesized for the Li2ZnTi3O8 and Li2CoTi3O8 phases. The desired spinel phase of the Li2NiTi3O8 compound was not obtained, however the synthesis product consisted of other crystalline phases. The chromatic and luminescent properties of the powders were investigated. The powers were calcined in temperatures between 400oC-1000oC/4h, after the obtention of the puff , in a heat treatment at 400oC/1h. The evolution of the crystalline phases with calcination temperature was investigated by means of X-ray Diffraction and Raman Spectroscopy, where it was verified that the Li2ZnTi3O8 and Li2CoTi3O8 crystalline phases could be obtained at low temperature (500oC). The Rietveld refinement method was used to observe in greater detail the crystalline structures of the spinels, and to study the occupations of the octahedric and tetrahedric lattice sites. The particle characteristics were studied by crystallite size and specific superficial area measurements, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The results show that the synthesized powders present dimensions in the nanometer scale. The pigment of the Li2CoTi3O8 phase presented a green color for calcination temperatures of 400oC (amorphous) and 500oC (phase with structural defects). In temperatures above 600oC, the pigment presented a green-blue color with stability up to 1250oC. The observed pigment color transition from green to blue is due to the cobalt occupation in tetrahedric and octahedric sites. The Li2NiTi3O8 phase resulted in yellow pigments of excellent stability. The non-crystalline Li2ZnTi3O8 phase presented photoluminescent properties. The crystallization of this material provoked the quenching of the photoluminescent emission. A quantummechanical computer simulation confirms that the non-crystallinity of this material induces the formation of electronic levels, reducing the effective band gap energy when compared to the crystalline phase. This might explain the behavior of the photoluminescence in this spinel phase. / No presente trabalho descreve a obtenção e caracterização das fases espinélio Li2ZnTi3O8, Li2CoTi3O8 e Li2NiTi3O8 pelo método dos precursores poliméricos. Foram sintetizados pós cerâmicos policristalinos de alta qualidade para as fases Li2ZnTi3O8 e Li2CoTi3O8. Para a fase Li2NiTi3O8 não foi obtido o espinélio desejado e sim a existência de outras fases. Foram estudadas as propriedades cromáticas e luminescentes dos pós obtidos. Os pós foram calcinados a temperaturas entre 400ºC-1000ºC/4h, após obtenção do puff a temperatura de 400oC/1h. Foi realizado um estudo de evolução das fases cristalinas por meio de Difração de Raios X e Espectroscopia Raman, no qual foi verificada a obtenção das fases Li2ZnTi3O8 e Li2CoTi3O8 a baixa temperatura (500oC). Para a comprovação dessas estruturas e a ocupação dos sítios octaédricos e tetraédricos de cada elemento foi aplicado o método de Rietveld. O estudo da morfologia de partículas por meio de medidas de tamanho de cristalito, área superficial específica, Microscopia Eletrônica de Varredura e de Transmissão, mostrou que os pós apresentam partículas de tamanho nanométrico. O pigmento da fase Li2CoTi3O8 apresentou coloração verde nas temperaturas de 400oC (amorfo) e 500oC (fase ainda com defeitos estruturais) e a partir de 600oC predominou a cor verde-azul com estabilidade até 1250oC. A transição da cor verde para azul do pigmento Li2CoTi3O8 é devida à ocupação do cobalto nos sítios tetraédrico e octaédrico. A fase Li2NiTi3O8 resultou em um pigmento amarelo com alta estabilidade. A fase Li2ZnTi3O8 apresentou propriedade fotoluminescente no seu estado desordenado (amorfo) e a ausência dessa propriedade no seu estado ordenado (cristalino). Uma simulação computacional aplicando métodos da mecânica quântica confirma o surgimento de níveis eletrônicos na fase desordenada diminuindo o gap de energia com relação à fase ordenada, indicando uma melhor compreensão da propriedade apresentada por essa fase espinélio.