Este trabalho compreendeu os estudos de síntese química de pós por via úmida, de processamento cerâmico e de redução do óxido de níquel contido nos compósitos de céria dopada com samária e gadolínia, aplicados, principalmente, como anodos de Células a Combustível de Óxido Sólido. A rota adotada para a preparação dos pós com composição Ce0,8(SmGd)0,2O1,9/NiO e proporção em massa de 40 : 60% foi a coprecipitação de hidróxidos associada ao tratamento solvotérmico, utilizando-se como matérias-primas cloretos de cério, níquel, samário e gadolínio. O surfactante aniônico brometo de cetil trimetil amônio (CTAB) também foi utilizado na etapa de precipitação na relação molar Metal / CTAB entre 1 e 3. A influência do solvente orgânico utilizado no tratamento solvotérmico dos pós foi analisada utilizando o etanol, propanol e o butanol, nas condições de temperatura de 150ºC por 16 h, com e sem calcinação a 600ºC por 1h, e moagem em moinho de bolas. As amostras compactadas foram sinterizadas em temperaturas entre 1200 e 1400ºC por 1h. A redução in situ do NiO-SGDC foi estudada na amostra cerâmica preparada nas seguintes condições: síntese por coprecipitação usando ou não o CTAB, tratamento solvotérmico em butanol, calcinação a 600ºC, prensagem e sinterização a 1350ºC por 1h. O processo de redução das amostras sintetizadas em butanol foi avaliado em forno tubular em atmosfera dinâmica de 4%H2/Ar, fixando-se a temperatura a 900°C e variando-se o tempo entre 10 e 120 minutos. A redução também foi relizada nos compósitos sintetizados utilizando o CTAB na proporção Metal/CTAB = 2, tratados termicamente em etanol e butanol, após calcinação, prensagem e sinterização em forno tubular sob atmosfera de H2/Ar em isotermas de 700, 800 e 900°C por períodos entre 2 e 240 minutos. Os pós, as cerâmicas e os compósitos sintetizados em laboratório foram comparados com os materiais compósitos produzidos com pós de origem comercial. A caracterização dos pós foi realizada por difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), área de superfície específica por adsorção gasosa de nitrogênio (BET), análise térmica (TG/DTA) e distribuição granulométrica por espalhamento de feixe laser (Cilas). As cerâmicas foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura, DRX e medidas de densidade pela técnica de imersão em água (método de Arquimedes). As cerâmicas e os compósitos foram caracterizados eletricamente por medidas de resistência elétrica pelo método de quatro pontas DC. Os resultados mostraram que os pós sem calcinação apresentaram as estruturas cristalinas características da céria e do hidróxido de níquel, e elevada área de superfície específica (80 m2/g). As cerâmicas provenientes dos pós tratados com etanol e propanol apresentaram boa homogeneidade química, estrutural e valores de densidade de 99% em relação a densidade teórica. Verificou-se que 80 a 90% do NiO é reduzido e as porosidades atingidas pelos compósitos são da ordem de 30%. A caracterização elétrica mostrou que a condutividade iônica da fase cerâmica do anodo, sintetizado solvotermicamente em butanol, possui valor de 0,03S.cm-1 na temperatura de 600°C, valor superior aos encontrados na literatura. A caracterização elétrica dos compósitos reduzidos revelou alta condutividade elétrica característica do níquel metálico, indicando percolação adequada da fase de níquel e distribuição homogênea de ambas fases cerâmica e metálica. As rotas de síntese e os materiais estudados são, portanto, adequados para a aplicação como anodo das IT-SOFCs. / This work comprises studies of powder chemical synthesis by wet route, ceramic processing and reduction of nickel oxide added to samaria and gadolinia doped ceria ceramic composite, mainly applied as Solid Oxide Fuel Cells anode. The route adopted for the powders preparation with composition Ce0.8(SmGd)0.2O1.9/NiO and mass ratio of 40:60% was hydroxides coprecipitation and solvothermal treatment, using as start materials the cerium, nickel, samarium and gadolinium chlorides. The anionic surfactant cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) was also used in the precipitation stage with the molar ratio Metal/CTAB ranging between 1 and 3. The influence of organic solvent used in the powders solvothermal treatment was analyzed by using ethanol, propanol and butanol at temperature of 150°C for 16h, with and without calcination at 600°C for 1h, and grinding in a ball mill. The compacted samples were sintered at temperatures between 1200 and 1400°C for 1h. The in situ reduction of NiO-SGDC was studied in the samples synthesized by coprecipitation using CTAB and without it, followed by solvothermal treatment in butanol, calcined at 600°C, pressed and sintered at 1350°C for 1h. The reduction procedure was evaluated in a tubular oven and atmosphere of 4% H2/Ar, setting the temperature at 900°C and time range between 10 and 120 minutes. The composites synthesized using the CTAB in the proportion of Metal/CTAB = 2, followed by solvothermal treatment in ethanol and butanol, after calcining, compaction and sintering, was also reduced in a tubular oven and atmosphere of 4% H2/Ar, setting the temperature at 700, 800 and 900°C and time range between 2 and 240 minutes. The powders, ceramics and the sinterized cermets syntesized in laboratory were compared to the materials produced with comercial powders. The powders characterization was performed by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), specific surface area by nitrogen gas adsorption (BET), thermal analysis (TG / DTA) and particle size distribution by scattering beam laser (Cilas). Ceramics were analyzed by scanning electron microscopy (SEM), XRD and density measurements by the technique of immersion in water (Archimedes method). The ceramics and cermets condutivity was characterized by the four probe DC method. The results obtained showed that the powders without calcination presented the crystal structures characteristics of ceria and nickel hydroxide, and high specific surface area (80m2/g) . The ceramic prepared from powders treated with ethanol and propanol had a high chemical and structural homogeneity and density values corresponding to 99% of the theoretical density. It was found that 80 to 90 % of NiO is reduced and the porosity of the composite reached about of 30 %. The anode ceramic phase synthesized solvothermically in butanol presented electrical conductivity of 0.03S.cm-1 at 600°C, higher than found at literature. The reduced cermets electrical characterization showed high electrical conductivity feature of metallic nickel, indicating the nickel phase good percolation and homogeneous distribution of both ceramic and metallic phases. Considering all these results, the synthesis routes and studied materials are suitable for use as the anode IT- SOFCs.

Submitted by isabela.moljf@hotmail.com (isabela.moljf@hotmail.com) on 2017-05-03T11:03:05Z No. of bitstreams: 1 lucianohonoratochagas.pdf: 8622580 bytes, checksum: 20a6210f264ae2b6015f16d383e48fb8 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-05-13T13:13:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 lucianohonoratochagas.pdf: 8622580 bytes, checksum: 20a6210f264ae2b6015f16d383e48fb8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-13T13:13:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lucianohonoratochagas.pdf: 8622580 bytes, checksum: 20a6210f264ae2b6015f16d383e48fb8 (MD5) Previous issue date: 2013-11-22 / O grande interesse na hidrodessulfurização (HDS) de gasolina é realizar remoção profunda de enxofre e, ao mesmo tempo, reduzir a perda do numero de octanos que ocorre no processo de HDS minimizando a hidrogenação (HID) de olefinas, as quais são benéficas para a octanagem. Além do componente ativo e do promotor, o suporte deve ser considerado uma parte integral do catalisador. Nesse sentido, diversos suportes (incluindo aluminas e óxidos mistos) foram preparados a partir da calcinação de diferentes precursores. Uma amostra de Boehmita comercial foi usada como precursora de polimorfos de alumina. Para comparação, três outros precursores foram sintetizados a partir de diferentes métodos. Particularmente, o uso de excesso de ureia promoveu uma forma muito cristalina de carbonato básico de alumínio. Cada precursor foi calcinado em várias temperaturas gerando polimorfos de alumina, os quais foram analisados estruturalmente por DRX e RMN de 27Al. Devido ao interesse em suportes para catalisador, atenção especial foi dada à fase γ-Al2O3, a qual em adição a investigação estrutural foi submetida à análise textural. Essas quatro amostras de γ-Al2O3 foram utilizadas como suportes para catalisadores do tipo CoMo, que foram testados em reações de HDS de tiofeno e HID de cicloexeno. Os testes catalíticos mostraram que as atividades catalíticas crescem com o aumento do diâmetro médio de poros das fases CoMo/γ-Al2O3, e estão diretamente relacionados à dispersão do molibdênio sobre o suporte. Os resultados mostraram que a partir de diferentes rotas de síntese, e usando uma rota comum de calcinação, podem-se obter materiais com a mesma composição, mas com diferentes propriedades estruturais e texturais. Além disso, catalisadores do tipo CoMo suportados, contendo 20 % de MoO3 e 3 % de CoO, foram preparados por impregnação ao ponto úmido com soluções aquosas de molibdênio e cobalto sobre óxidos mistos obtidos a partir de hidrotalcitas. Os precursores contendo variadas quantidades de Mg, Co e Al ou Ni, Co e Al foram sintetizados pelo método de hidrólise de ureia. A calcinação leva a óxidos mistos cujas características estruturais dependem da composição. A caracterização dos suportes foi feita pelas técnicas de BET, DRX, RMN, IV, UV-vis/DRS e TPR. As amostras sulfetadas foram usadas como catalisadores em reações simultâneas de HDS de tiofeno e HID de cicloexeno. Os resultados foram comparados com catalisadores convencionais CoMo/γ-Al2O3, indicando que as atividades catalíticas dependem dos métodos de preparação dos precursores e suportes. Na série Mg-Co-Al o catalisador com maior quantidade de magnésio mostrou as maiores atividades de HDS e HID, sugerindo que a basicidade está associada com a performance catalítica. Adicionalmente, a amostra sem magnésio e contendo alta quantidade de cobalto exibiu as menores atividades e a maior seletividade (HDS/HID = 3,86). Os resultados indicam que o excesso de cobalto diminui a atividade enquanto a presença de magnésio contribui para aumentá-la. Por outro lado, a série Ni-Co-Al exibiu as menores razões HDS/HID. Nesse caso, as altas atividades para hidrogenação são atribuídas às altas quantidades de níquel. Adicionalmente, uma comparação entre catalisadores contendo 10 % de MoO3 e 3 % de CoO, suportados em óxidos mistos derivados de HDL e um catalisador suportado em alumina, revela que o suporte mais ácido tem maior influência sobre a capacidade de hidrogenação do catalisador. Entretanto, apesar da composição e das características estruturais dos suportes, o método de preparação pode influenciar significativamente no desempenho de um catalisador suportado. / The great interest in hydrodesulfurization (HDS) of gasoline is to perform a deep sulfur removal and, at the same time, to reduce the loss of the octane number occurring in the HDS process, by minimizing the hydrogenation of olefins which are beneficial to this property. Besides the active component and the promoter, the support has to be considered an integral part of the catalyst. In this sense, several supports (enclosing aluminas and mixed oxides) were prepared from calcination of different precursors. A commercial sample of Boehmite was used as precursor of alumina polymorphs. For comparison, three other precursors were synthesized from different methods. Particularly, the use of excess of urea promoted a very crystalline form of basic aluminum carbonate. Each precursor of alumina was calcined at various temperatures generating alumina polymorphs, which were structurally analyzed by XRD and 27Al MAS NMR. Due to interest in catalysis supports, special attention was given to the γ-Al2O3 phase, which in addition to structural investigation was subjected to textural analysis. These four γ-Al2O3 samples were used as catalyst supports like CoMo, which were tested in reactions of HDS of thiophene and HID of cyclohexene. The catalytic tests show that catalytic activities increase with pore diameters of CoMo/γ-Al2O3 phases and are directly related to dispersion of molybdenum on the support. The results showed that, from different synthesis procedures and common route of calcination, one can obtain materials with the same composition but with different structural and textural properties. Furthermore, supported CoMo catalysts containing 20 % of MoO3 and 3 % of CoO were prepared by incipient wetness impregnation of molybdenum and cobalt aqueous solutions over mixed oxides obtained from hydrotalcite precursors. The precursors, containing varying amounts of Mg, Co and Al or Ni, Co and Al cátions, were synthesized by urea hydrolysis method. The calcination led to mixed oxides whose structural characteristics depend on the composition. Characterization of the supports by BET, XRD, NMR, FTIR, UV-vis/DRS and TPR techniques was carried out. The sulfided samples were used as catalysts in simultaneous hydrodesulfurization of thiophene and hydrogenation of cyclohexene. The results were compared with conventional CoMo/γ-Al2O3 catalysts, which indicate that the catalytic activities depend on the preparation method of the precursors and supports. In the Mg-Co-Al series, the high magnesium content catalyst show higher HDS and HYD activities, suggesting that the support basicity is associated with catalytic performance. Furthermore, the free magnesium and high cobalt content catalyst show lower activities and higher selectivity (HDS/HYD = 3.86). The results indicate that the excess of cobalt decreases the activities while the presence of magnesium contributes to improve them. Otherwise, the Ni-Co-Al series show the smaller HDS/HYD ratios. In this case, the higher hydrogenation activities are assigned to high nickel content. Additionally, a comparison between catalysts containing 10 % of MoO3 and 3 % of CoO, supported on mixed oxides derived of LDH and a catalyst supported on alumina reveals that the most acidic support (alumina) has great influence over hydrogenation capacity of the catalyst. However, besides the composition and structural characteristics of the supports, the preparation method can to influence significantly the performance of a supported catalyst.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-09-21T18:06:41Z No. of bitstreams: 1 sergiorodriguestavaresfilho.pdf: 12924949 bytes, checksum: e801383f9a72858db012935c840d4d15 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-09-22T15:21:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 sergiorodriguestavaresfilho.pdf: 12924949 bytes, checksum: e801383f9a72858db012935c840d4d15 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-22T15:21:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 sergiorodriguestavaresfilho.pdf: 12924949 bytes, checksum: e801383f9a72858db012935c840d4d15 (MD5) Previous issue date: 2017 / O elemento zinco apresenta inúmeras aplicações e vantagens, devido à sua baixa toxicidade e sua biocompatibilidade. Alguns compostos, como os hidroxissais (HSL) e os hidróxidos duplos lamelares (HDL), os carboxilatos lamelares e as MOF, demonstram ser excelentes materiais com diversos potenciais de aplicabilidades. Algumas dessas aplicações são os processos de intercalação, adsorção e catálise. Nesse trabalho, foram investigados os processos de catálise da produção de biodiesel pelo acetato de zinco (um carboxilato lamelar), os processos de intercalação de moléculas tensoativas e das porfirinas aniônicas de ferro(III) pelos hidroxissais e os hidróxidos duplos lamelares, as propriedades adsortivas do ZIF-9 e os processos de esfoliação de uma série de carboxilatos de zinco lamelares e das moléculas tensoativas intercaladas em HDL e HSL. A fim de conduzir todo o estudo e essas investigações, foram feitos cálculos de estrutura eletrônica baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT) a partir do pacote Quantum Espresso. No caso dos processos de esfoliação dos carboxilatos de zinco e de intercalação/esfoliação das moléculas tensoativas, uma comparação de funcionais de troca e correlação (PBE e vdW-DF) e do método semiempírico DFT-D2 foi feita para a contabilização das forças de van der Waals desses sistemas. Esse mesmo estudo metodológico foi feito para as propriedades do ZIF-9. Para o estudo de intercalação dos porfirinatos de ferro(III), um estudo do efeito de polarização de spin e da correção de Hubbard foi empregado para as propriedades estruturais e eletrônicas. Foi possível prever algumas propriedades de relevância como as energias de esfoliação para a família estudada de carboxilatos de zinco, assim como para os surfactantes intercalados em HDL e em HSL. As energias de adsorção das moléculas envolvidas nas reações de esterificação/transesterificação e a barreira de energia da formação de alcóxido permitiram a compreensão desses processos a nível atomístico. Uma elucidação estrutural foi também alcançada para as intercalações das moléculas tensoativas desidratadas e hidratadas, e dos porfirinatos de ferro(III). As propriedades adsortivas do ZIF-9 também foram estudadas, a fim de predizer a seletividade das moléculas estudadas (CO2, H2S, metanol e etanol). / The zinc element presents various applications and advantages due to its low toxicity and its biocompatibility. Some compounds, such as the hydroxide salts (LSH) and the double hydroxide salts (LDH), the layered carboxylates and the MOFs, are excelent materials with many potentials. Some of these applications are the intercalation processes, adsorption and catalysis. In this work, the catalysis of the biodiesel production with zinc acetate (a layered carboxylate) as the catalyst, the intercalation of surfactants and anionic iron(III) porphyrins in LDH and LHS, the adsorption properties of ZIF-9 and the exfoliation of a series of layered zinc carboxylates and the surfactants intercalated in LDH and LHS were investigated. In order to conduct all this study and these investigations, electronic structure calculations based on DFT by the Quantum Espresso package were performed. In the case of the exfoliation of the zinc carboxylates and the intercalation/exfoliation of the surfactants, a comparison of the exchange-correlation functionals (PBE and vdW-DF) and the semiempiric method DFT-D2 was made to capture the van der Waals forces of these systems. This same methodological study was made for the properties of ZIF-9. For the study of the intercalation of the anionic iron(III) porphyrins, the effect of the spin polarization and the Hubbard correction were investigated for the structural and electronic properties. Certain aspects could be predicted such as the exfoliation energies of the studied family of layered zinc carboxylates and also for the surfactants intercalated in LDH and LHS. The adsorption energies of the molecules involved in the esterification/transesterification reactions and the energy barrier of the alkoxide formation favored the comprehension of these processes at an atomistic scale. A structural elucidation was also achieved for the intercalation of the dehydrated and hydrated surfactants, and the anionic iron(III) porphyrins. The adsorption properties of ZIF-9 were also studied, in order to predict the selectivity of the studied molecules (CO2, H2S, methanol e ethanol).

O presente trabalho trata da preparação e da caracterização de sistemas contendo tetrassulfoftalocianinas de Co(II) (CoPcTs) e Fe(III) (FePcTs) intercaladas ou somente adsorvidas externamente em matrizes de hidróxidos duplos lamelares (HDLs). Foram sintetizados materiais com composições variadas e empregando-se diferentes métodos de síntese visando, principalmente, o isolamento de materiais com microporosidade intracristalina e/ou com um baixo grau de agregação da ftalocianina. Técnicas de caracterização textural (difração de raios-X e medidas de área superficial) e espectroscópicas (vibracional na região do infravermelho, eletrônica no UV/visível, ressonância paramagnética eletrônica e absorção de raios-X), além das análises elementar (C, H, N e metais) e termogravimétrica foram utilizadas para a caracterização dos sólidos sintetizados. Avaliaram-se os materiais como catalisadores na reação de oxidação do 2,6-di-terc-butilfenol e do catecol, utilizando O2ou H2O2 como oxidantes. Nos materiais isolados contendo a CoPcTs intercalada em HDLs com composição MgxAl (x = 2, 3 e 4) e ZnxAl (x = 4 e 5), a ftalocianina está orientada perpendicularmente às lamelas do HDL, independentemente do método de síntese e da composição dos HDLs utilizados. Adicionalmente, constatou-se que a CoPcTs intercalada está altamente agregada e que os materiais não possuem microporosidade. Porém, a diminuição da densidade de carga do HDL provoca uma pequena diminuição na agregação da CoPcTs. Sob determinada condição sintética, a CoPcTs intercalada nos HDLs ZnxAl sofre o processo de enxertia através dos grupos sulfônicos. Quando testados como catalisadores na oxidação do 2,6-di-terc-butilfenol, os materiais contendo a CoPcTs intercalada e enxertada apresentaram reatividade inexpressiva, que pode ser devida ao acesso restrito do substrato ao sítio ativo na região interlamelar. Estudos de adsorção da FePcTs em HDLs MgxAl na forma carbonato, investigados por espectroscopia eletrônica UV/Visível in situ, mostraram uma elevada tendência de agregação da ftalocianina na superfície dos HDLs. Os espectros eletrônicos indicaram também que diferentes espécies derivadas da FePcTs são formadas durante o processo de adsorção nos HDLs e que a densidade de carga influencia o tipo de espécie adsorvida: há predominância de um dímero do tipo µ-oxo nos HDLs Mg2Al e Mg3Al e do dímero (FePcTs)2 no HDL Mg4Al. Os espectros de absorção de raios-X (XANES) da FePcTs adsorvida nos HDLs MgxAl mostraram que as espécies adsorvidas apresentam geometria piramidal de base quadrada (C4v) e/ou octaédrica (Oh), corroborando com os dados de espectroscopia no UV/Visível. Já os espectros de ressonância paramagnética eletrônica mostraram que a ftalocianina de Fe(III) quando adsorvida nos HDLs gera uma mistura de espécies com configuração de baixo spin e alto spin e, também, elevada distorção rômbica. A FePcTs adsorvida nos HDLs MgxAl apresentou estabilidade e reatividade catalítica superior quando comparada com a ftalocianina livre na oxidação dos fenóis. A ftalocianina adsorvida na superfície externa do HDL deve favorecer o acesso do substrato ao sítio ativo. Uma correlação entre os estudos de adsorção e os resultados dos testes catalíticos mostrou que a espécie dimérica do tipo µ-oxo pode ser a espécie mais ativa na oxidação dos fenóis. Nestes sistemas, as camadas positivas do HDL devem provocar um enfraquecimento da ligação O-H do fenol, facilitando a sua desprotonação (uma das etapas do mecanismo de oxidação). Este último efeito pareceu atuante, pois foram observadas reatividades crescentes dos catalisadores à medida que se aumentava a densidade de carga do HDL. Estes resultados indicaram que existe um efeito cooperativo nos HDLs MgxAl contendo a FePcTs adsorvida, mostrando que o HDL não atua como um suporte inerte nos processos estudados. / The present work describes the preparation and characterization of materials containing Co(II) and Fe(III) tetrasulfonated phthalocyanines (CoPcTs and FePcTs, respectively) intercalated or adsorbed on layered double hydroxides (LDHs). Different compositions and synthetic methods were used to isolate materials with microporosity and/or the phthalocyanine in a low aggregation degree. X-ray diffraction analysis, surface area measurements, spectroscopic techniques (infrared, UV/visible and X-ray absorption), elemental analysis and thermogravimetry were used to characterize the solids. The materials were tested as catalysts in the 2,6-di-terc-butilfenol and catechol oxidation, using O2 or H2O2 as oxidants. In the materials prepared by intercalation of the CoPcTs in MgxAl (x = 2, 3 and 4) and ZnxAl (x = 4 and 5) LDHs, the phthalocyanine is perpendicularly orientated related to the LDH layers, regardless of synthetic method or LDH composition used. In addition, it was observed that the intercalated phthalocyanine is aggregated and the solids do not have microporous. However, the aggregation degree of the phthalocyanine is slightly lower when the LDH charge density decreases. Under a particular synthetic conditions the CoPcTs intercalated in the LDH ZnxAl is grafted through the sulfonic groups. Catalytic tests uisng this material in the 2,6-di-terc-butilfenol oxidation showed a neglectful reactivity, which confirms the aggregation of the intercalated CoPcTs, thus avoiding that the substrate accesses the reactive center. In an adsorption study carried by monitoring in situ the FePcTs UV/Vis electronic spectra during its addition to LDH suspensions, a strong tendency of aggregation was observed for the FePcTs. In addition, different FePcTs species are formed during the adsorption process on the LDHs, which is influenced by the LDH charge density: the µ-oxo complex is the main species adsorbed on the Mg2Al and Mg3Al LDHs, whereas for Mg4Al the non oxo-bridged dimeric complex prevailed. X-ray absorption spectra (XANES) of the adsorbed FePcTs on the MgxAl LDHs showed that the species present a square-pyramidal (C4v) and/or an octahedral (Oh) symmetry, in agreement with the UV/visible spectroscopic data. EPR spectra of these samples showed that the FePcTs adsorbed on the LDHs leads to a mixture of Fe(III) high and low spin species along with a strong rhombic distortion. The FePcTs adsorbed on the MgxAl LDHs showed an enhanced catalytic activity and longevity in the phenols oxidation compared to the homogeneous counterpart. The phthalocyanine on the LDH external surfaces allows the access of the substrate to the reactive metal center. A correlation between the adsorption study and the catalytic tests pointed that the FePcTs µ-oxo complex may be the active species in the oxidation of phenols. Furthermore, the positive charge of LDH layers may weaken the O-H bonding in the phenol molecules making them more easily ionized (one step of the phenol oxidation mechanism). This feature seems to be effective because higher activities of the catalysts were observed along with increasing charge density of the LDHs. These results indicated that a cooperative effect takes place in the materials containing the FePcTs adsorbed on the MgxAl LDHs, showing that LDH do not act as an inert support in the studied catalytic reactions.

Este estudo teve como objetivo principal desenvolver uma técnica para síntese de um nanocompósito de Y-TZP/MWCNT-COOH (Zircônia estabilizada por 3 mol% de ítria reforçada por nanotubos de carbono funcionalizado em -COOH) com propriedades mecânicas e ópticas que permitam a sua futura utilização como infraestrutura de próteses fixas dentárias e pilares protéticos para implantes. Assim, foram avaliados a microestrutura, resistência à flexão, tenacidade à fratura, limite de fadiga e propriedades ópticas do nanocompósito e comparada àquelas medidas para Y-TZP convencional (controle). O material Y-TZP/MWCNT-COOH foi desenvolvido pelo processo de co-precipitação de hidróxidos mistos associado ao tratamento hidrotérmico/solvotérmico e prensagem uniaxial em formato de blocos para sistemas CAD/CAM. O pó de MWCNT-COOH foi caracterizado por meio de MEV-FEG, TEM, TGA, DRX e FRX previamente a sua utilização para desenvolvimento do nanocompósito. Espécimes foram obtidos a partir do material Y-TZP/MWCNT-COOH para caracterização por meio de DRX, MEV-FEG e TEM, e comparação de suas propriedades estruturais (densidade e contração), ópticas, resistência à flexão, tenacidade à fratura e limite de fadiga com a Y-TZP convencional. O MWCNT-COOH apresentou-se em feixes de nanotubos de carbono recobertos por sílica tendo comprimento médio de 5,10 ± 1,34 ?m, com 90% dos comprimentos medidos (D90) estando abaixo de 6,9 ?m. Foi verificado a não possibilidade da utilização de líquidos orgânicos em nenhum passo da fabricação dos compósito Y-TZP/MWCNT-COOH por levar ao escurecimento do compósito, inviabilizando sua futura aplicação clínica. O tratamento hidrotérmico sem uso de líquidos orgânicos mostrou-se eficaz em proporcionar o revestimento do nanotubo de carbono por partículas de óxido de zircônio e ítrio. Entretanto, ocasionou a formação de aglomerados e partículas de Y-TZP com tamanho maiores que 5 ?m. Uma densidade relativa de 97,4% foi alcançada para o compósito experimental de Y-TZP contendo MWCNT-COOH, tendo uma razão de contraste de 0.9929 ± 0.0012 e um valor de diferença de cor da Y-TZP convencional de 6,1 ± 3,1 ( ?E). As propriedades mecânicas da Y-TZP/MWCNT-COOH, dureza Vickers (10,14 ± 1,27 GPa; p=0,25) e tenacidade à fratura (4,98 ± 0,30 MPa.m1/2; p=0,39), não apresentaram diferença significativa da Y-TZP convencional (dureza: 8,87 ± 0,89; tenacidade à fratura: 4,98 ± 0,30 MPa.m1/2). Entretanto, para a resistência à flexão (p=0,003) e limite de fadiga cíclica (LFC) foram obtidos valores inferiores para o material experimental Y-TZP/MWCNT-COOH (resistência à flexão: 299,4 ± 30,5 MPa; LFC: 179,4 ± 22,5 MPa) quando comparado à Y-TZP controle (resistência à flexão: 623,7 ± 108,8 MPa; LFC: 439,0 ± 56,4 MPa). Com base nos resultados apresentados, é possível concluir que a síntese de um nanocompósito de Y-TZP/MWCNT-COOH com propriedades ópticas adequadas para aplicação na odontologia restauradora foi possível por meio dos métodos descritos, entretanto algumas adequações nos métodos de síntese e processamento para criação do nanocompósito devem ser realizadas para se evitar a acentuada diminuição de importantes propriedades mecânicas do material. / This study aim was to develop a technique for synthetize nanocomposite of Y-TZP/MWCNT-COOH (3 mol% Yttria-Stabilized Tetragonal Zirconia reinforced with COOH functionalized carbon nanotubes) with mechanical and optical properties that allow their future use as fixed dental prosthesis infrastructure and implant abutments. Thus, the following properties of the nanocomposite were investigated and compared to those measured for conventional Y-TZP (control): microstructure, flexural strength, fracture toughness, fatigue limit and optical properties. Y-TZP/MWCNT-COOH material was developed by the co-precipitation of mixed hydroxides associated with the hydrothermal/solvothermal treatment and uniaxial pressing to form blocks for CAD/CAM systems. The MWCNT-COOH powder was characterized by SEM-FEG, TEM, TGA, XRD and XRF prior to its use for the development of nanocomposite. Specimens were obtained from the Y-TZP/MWCNT-COOH material and characterized by XRD, SEM-FEG and TEM. After characterization, the material had their structural properties (density and contraction), optical, flexural strength, fracture toughness and fatigue limit compared to a conventional Y-TZP. The MWCNT-COOH material was observed to be a bundle formation of carbon nanotube covered with silica with an average length of 5.10 ± 1.34 ?m, with 90% of the measured lengths (D90) being below 6.9 ?m. It has been found to be not possible to use organic liquids on any step of the Y-TZP/MWCNT-COOH manufacturing process due to darkening of the composite, making it unfeasible to future clinical application. The hydrothermal treatment without the use of organic liquids was effective in providing the carbon nanotube coating by zirconium and yttrium oxide particles. However, this treatment led to the formation of agglomerates and particles of Y-TZP with larger than 5 ?m. A relative density of 97.4% was achieved for the Y-TZP/MWCNT-COOH composite, having a contrast ratio of 0.9929 ± 0.0012, and a color difference value from the conventional Y-TZP of 6.1 ± 3.1 (?E). The mechanical properties of Y-TZP/MWCNT-COOH, Vickers hardness (10.14 ± 1.27 GPa; p = 0.25) and fracture toughness (4.98 ± 0.30 MPa.m1/2; p = 0.39), showed no significant difference from the conventional Y-TZP (hardness: 8.87 ± 0.89; fracture toughness: 4.98 ± 0.30 MPa.m1/2). However, flexural strength (p = 0.003) and cyclic fatigue limit (CFL) showed lower values for the experimental material Y-TZP/MWCNT-COOH (flexural strength: 299.4 ± 30.5 MPa; CFL: 179.4 ± 22.5 MPa) compared to Y-TZP control (flexural strength: 623.7 ± 108.8 MPa; CFL: 439.0 ± 56.4 MPa). Based on the results presented, it could be conclude that the synthesis of a nanocomposite of Y-TZP/MWCNT-COOH with optical properties suitable for application in restorative dentistry was made possible by the described methods, however some adjustments in synthesis and processing methods for the nanocomposite creation should be taken; to avoid the sharp decrease of important mechanical properties of the material.

A extensa utilização de pesticidas na agricultura moderna tem contribuído para um aumento na contaminação do meio ambiente. Os Hidróxidos Duplos Lamelares (HDLs) ou argilas aniônicas, apresentam uma estrutura lamelar na qual uma variedade de ânions podem ser intercalados entre as lamelas através de interações eletrostáticas. Estes materiais lamelares podem ser utilizados em processos de adsorção/sorção e como suporte para a liberação lenta de compostos químicos. Assim, os principais objetivos deste trabalho foram: o estudo da sorção de ânions orgânicos de herbicidas ácidos 2,4-D, MCPA e Picloram utilizados na agricultura nacional, pela regeneração de HDLs de Mg-Al-CO3 calcinado e por troca aniônica em HDLs de Mg-Al-Cl. Para isso foram investigados a cinética do processo de sorção, além da determinação das isotermas em dois valores diferentes de pH. Assim, estes herbicidas foram intercalados em HDLs de Mg-Al, utilizando dois métodos de síntese indireta: regeneração do material calcinado e troca aniônica em solução, além do método de síntese direta por coprecipitação, sendo os materiais devidamente caracterizados. Todos os materiais obtidos, intercalados com cada um dos herbicidas, foram utilizados para o estudo da cinética de liberação dos mesmos em água. Os materiais obtidos por regeneração contendo cada um dos três herbicidas foram utilizados também no estudo da lixiviação em colunas de solo e no estudo de bio-ensaio com plantas, para testar a eficiência dos HDLs como suportes na liberação lenta dos herbicidas. A partir do estudo da cinética do processo de sorção dos ânions orgânicos presentes em solução utilizando HDLs de Mg-Al contendo cloreto ou carbonato após a calcinação, observou-se que a remoção dos ânions ocorreu através dos processos de troca aniônica no caso do HDL contendo cloreto, ou de regeneração da estrutura lamelar no caso do HDL calcinado. A intercalação dos ânions orgânicos na posição vertical foi verificada no processo de adsorção/sorção, e se mostrou dependente da concentração do herbicida em solução. O HDL calcinado apresentou a maior eficiência na remoção dos ânions da solução. Os herbicidas suportados em HDLs, apresentaram uma liberação em água mais lenta do que os mesmos em sua forma livre, e não se mostrou dependente do método de preparação da matriz utilizada. Os resultados dos estudos de lixiviação utilizando como matriz o HDL obtido por regeneração, demonstraram que os HDLs são bons suportes para os herbicidas pois apresentaram uma liberação lenta do ingrediente ativo, principlamente para o herbicida Picloram. O bio-ensaio mostrou que a forma de liberação dos herbicidas suportados foi eficiente no controle da germinação das sementes de plantas em aplicações pré-emergenciais. / The extensive use of pesticides in modern agriculture has been contributing to an increase in environmental contamination. Layered Double Hydroxides (LDHs), or anionic clays, bear a layered structure, and a variety of anions can be intercalated between these layers through electrostatic interactions. These layered materials can be used in adsorption/sorption processes and in the slow release of chemical compounds. So this work aims at studing the sorption of the acid herbicides bearing organic anions 2,4-D, MCPA and Picloram, used in national agriculture, through regeneration of calcined Mg-Al-CO3 LDH and anion exchange of Mg-Al-Cl ? LDH. For this purpose, the kinetics of the sorption process was investigated, and the determination of isotherms in two different pH values was carried out. The herbicides were intercalated in Mg-Al ? LDH using two indirect synthesis methods: regeneration of the calcined material and anion exchange in solution; besides the direct synthesis method by coprecipitation. The obtained materials were properly characterized. All the obtained materials, intercalated with each of the herbicides, were used in a kinetic release study in water. The materials obtained by regeneration were also used in a leaching and in a bioassay study, to test the efficiency of LDHs as supports for the slow release of herbicides. From the kinetic sorption process of the organic anions in solution using Mg-Al ? LDH containing chloride or carbonate after calcination, it was observed that the removal of anions occurred through an anionic exchange process in the case of the LDH containing chloride, or through regeneration of the layered structure in the case of the calcined LDH. The intercalation of organic anions in a vertical position was observed in the adsorption/sorption process, and it was shown to be dependent on the herbicide concentration in solution. The calcined LDH was the most efficient for removal of anions in solution. The herbicides supported on LDHs, presented a slower release in water than the same compounds in their free form, and the release behavior was not dependent on the methodology used for the preparation of the matrix. Leaching study results using the LDH obtained by regeneration as matrix demonstrated a slow release of the active ingredient, mainly for the Picloram herbicide. The bioassay showed that the release behavior of the supported herbicides was efficient in the control of plant seeds germination at preemergence applications.

O presente trabalho trata da preparação e da caracterização de sistemas contendo tetrassulfoftalocianinas de Co(II) (CoPcTs) e Fe(III) (FePcTs) intercaladas ou somente adsorvidas externamente em matrizes de hidróxidos duplos lamelares (HDLs). Foram sintetizados materiais com composições variadas e empregando-se diferentes métodos de síntese visando, principalmente, o isolamento de materiais com microporosidade intracristalina e/ou com um baixo grau de agregação da ftalocianina. Técnicas de caracterização textural (difração de raios-X e medidas de área superficial) e espectroscópicas (vibracional na região do infravermelho, eletrônica no UV/visível, ressonância paramagnética eletrônica e absorção de raios-X), além das análises elementar (C, H, N e metais) e termogravimétrica foram utilizadas para a caracterização dos sólidos sintetizados. Avaliaram-se os materiais como catalisadores na reação de oxidação do 2,6-di-terc-butilfenol e do catecol, utilizando O2ou H2O2 como oxidantes. Nos materiais isolados contendo a CoPcTs intercalada em HDLs com composição MgxAl (x = 2, 3 e 4) e ZnxAl (x = 4 e 5), a ftalocianina está orientada perpendicularmente às lamelas do HDL, independentemente do método de síntese e da composição dos HDLs utilizados. Adicionalmente, constatou-se que a CoPcTs intercalada está altamente agregada e que os materiais não possuem microporosidade. Porém, a diminuição da densidade de carga do HDL provoca uma pequena diminuição na agregação da CoPcTs. Sob determinada condição sintética, a CoPcTs intercalada nos HDLs ZnxAl sofre o processo de enxertia através dos grupos sulfônicos. Quando testados como catalisadores na oxidação do 2,6-di-terc-butilfenol, os materiais contendo a CoPcTs intercalada e enxertada apresentaram reatividade inexpressiva, que pode ser devida ao acesso restrito do substrato ao sítio ativo na região interlamelar. Estudos de adsorção da FePcTs em HDLs MgxAl na forma carbonato, investigados por espectroscopia eletrônica UV/Visível in situ, mostraram uma elevada tendência de agregação da ftalocianina na superfície dos HDLs. Os espectros eletrônicos indicaram também que diferentes espécies derivadas da FePcTs são formadas durante o processo de adsorção nos HDLs e que a densidade de carga influencia o tipo de espécie adsorvida: há predominância de um dímero do tipo µ-oxo nos HDLs Mg2Al e Mg3Al e do dímero (FePcTs)2 no HDL Mg4Al. Os espectros de absorção de raios-X (XANES) da FePcTs adsorvida nos HDLs MgxAl mostraram que as espécies adsorvidas apresentam geometria piramidal de base quadrada (C4v) e/ou octaédrica (Oh), corroborando com os dados de espectroscopia no UV/Visível. Já os espectros de ressonância paramagnética eletrônica mostraram que a ftalocianina de Fe(III) quando adsorvida nos HDLs gera uma mistura de espécies com configuração de baixo spin e alto spin e, também, elevada distorção rômbica. A FePcTs adsorvida nos HDLs MgxAl apresentou estabilidade e reatividade catalítica superior quando comparada com a ftalocianina livre na oxidação dos fenóis. A ftalocianina adsorvida na superfície externa do HDL deve favorecer o acesso do substrato ao sítio ativo. Uma correlação entre os estudos de adsorção e os resultados dos testes catalíticos mostrou que a espécie dimérica do tipo µ-oxo pode ser a espécie mais ativa na oxidação dos fenóis. Nestes sistemas, as camadas positivas do HDL devem provocar um enfraquecimento da ligação O-H do fenol, facilitando a sua desprotonação (uma das etapas do mecanismo de oxidação). Este último efeito pareceu atuante, pois foram observadas reatividades crescentes dos catalisadores à medida que se aumentava a densidade de carga do HDL. Estes resultados indicaram que existe um efeito cooperativo nos HDLs MgxAl contendo a FePcTs adsorvida, mostrando que o HDL não atua como um suporte inerte nos processos estudados. / The present work describes the preparation and characterization of materials containing Co(II) and Fe(III) tetrasulfonated phthalocyanines (CoPcTs and FePcTs, respectively) intercalated or adsorbed on layered double hydroxides (LDHs). Different compositions and synthetic methods were used to isolate materials with microporosity and/or the phthalocyanine in a low aggregation degree. X-ray diffraction analysis, surface area measurements, spectroscopic techniques (infrared, UV/visible and X-ray absorption), elemental analysis and thermogravimetry were used to characterize the solids. The materials were tested as catalysts in the 2,6-di-terc-butilfenol and catechol oxidation, using O2 or H2O2 as oxidants. In the materials prepared by intercalation of the CoPcTs in MgxAl (x = 2, 3 and 4) and ZnxAl (x = 4 and 5) LDHs, the phthalocyanine is perpendicularly orientated related to the LDH layers, regardless of synthetic method or LDH composition used. In addition, it was observed that the intercalated phthalocyanine is aggregated and the solids do not have microporous. However, the aggregation degree of the phthalocyanine is slightly lower when the LDH charge density decreases. Under a particular synthetic conditions the CoPcTs intercalated in the LDH ZnxAl is grafted through the sulfonic groups. Catalytic tests uisng this material in the 2,6-di-terc-butilfenol oxidation showed a neglectful reactivity, which confirms the aggregation of the intercalated CoPcTs, thus avoiding that the substrate accesses the reactive center. In an adsorption study carried by monitoring in situ the FePcTs UV/Vis electronic spectra during its addition to LDH suspensions, a strong tendency of aggregation was observed for the FePcTs. In addition, different FePcTs species are formed during the adsorption process on the LDHs, which is influenced by the LDH charge density: the µ-oxo complex is the main species adsorbed on the Mg2Al and Mg3Al LDHs, whereas for Mg4Al the non oxo-bridged dimeric complex prevailed. X-ray absorption spectra (XANES) of the adsorbed FePcTs on the MgxAl LDHs showed that the species present a square-pyramidal (C4v) and/or an octahedral (Oh) symmetry, in agreement with the UV/visible spectroscopic data. EPR spectra of these samples showed that the FePcTs adsorbed on the LDHs leads to a mixture of Fe(III) high and low spin species along with a strong rhombic distortion. The FePcTs adsorbed on the MgxAl LDHs showed an enhanced catalytic activity and longevity in the phenols oxidation compared to the homogeneous counterpart. The phthalocyanine on the LDH external surfaces allows the access of the substrate to the reactive metal center. A correlation between the adsorption study and the catalytic tests pointed that the FePcTs µ-oxo complex may be the active species in the oxidation of phenols. Furthermore, the positive charge of LDH layers may weaken the O-H bonding in the phenol molecules making them more easily ionized (one step of the phenol oxidation mechanism). This feature seems to be effective because higher activities of the catalysts were observed along with increasing charge density of the LDHs. These results indicated that a cooperative effect takes place in the materials containing the FePcTs adsorbed on the MgxAl LDHs, showing that LDH do not act as an inert support in the studied catalytic reactions.

A extensa utilização de pesticidas na agricultura moderna tem contribuído para um aumento na contaminação do meio ambiente. Os Hidróxidos Duplos Lamelares (HDLs) ou argilas aniônicas, apresentam uma estrutura lamelar na qual uma variedade de ânions podem ser intercalados entre as lamelas através de interações eletrostáticas. Estes materiais lamelares podem ser utilizados em processos de adsorção/sorção e como suporte para a liberação lenta de compostos químicos. Assim, os principais objetivos deste trabalho foram: o estudo da sorção de ânions orgânicos de herbicidas ácidos 2,4-D, MCPA e Picloram utilizados na agricultura nacional, pela regeneração de HDLs de Mg-Al-CO3 calcinado e por troca aniônica em HDLs de Mg-Al-Cl. Para isso foram investigados a cinética do processo de sorção, além da determinação das isotermas em dois valores diferentes de pH. Assim, estes herbicidas foram intercalados em HDLs de Mg-Al, utilizando dois métodos de síntese indireta: regeneração do material calcinado e troca aniônica em solução, além do método de síntese direta por coprecipitação, sendo os materiais devidamente caracterizados. Todos os materiais obtidos, intercalados com cada um dos herbicidas, foram utilizados para o estudo da cinética de liberação dos mesmos em água. Os materiais obtidos por regeneração contendo cada um dos três herbicidas foram utilizados também no estudo da lixiviação em colunas de solo e no estudo de bio-ensaio com plantas, para testar a eficiência dos HDLs como suportes na liberação lenta dos herbicidas. A partir do estudo da cinética do processo de sorção dos ânions orgânicos presentes em solução utilizando HDLs de Mg-Al contendo cloreto ou carbonato após a calcinação, observou-se que a remoção dos ânions ocorreu através dos processos de troca aniônica no caso do HDL contendo cloreto, ou de regeneração da estrutura lamelar no caso do HDL calcinado. A intercalação dos ânions orgânicos na posição vertical foi verificada no processo de adsorção/sorção, e se mostrou dependente da concentração do herbicida em solução. O HDL calcinado apresentou a maior eficiência na remoção dos ânions da solução. Os herbicidas suportados em HDLs, apresentaram uma liberação em água mais lenta do que os mesmos em sua forma livre, e não se mostrou dependente do método de preparação da matriz utilizada. Os resultados dos estudos de lixiviação utilizando como matriz o HDL obtido por regeneração, demonstraram que os HDLs são bons suportes para os herbicidas pois apresentaram uma liberação lenta do ingrediente ativo, principlamente para o herbicida Picloram. O bio-ensaio mostrou que a forma de liberação dos herbicidas suportados foi eficiente no controle da germinação das sementes de plantas em aplicações pré-emergenciais. / The extensive use of pesticides in modern agriculture has been contributing to an increase in environmental contamination. Layered Double Hydroxides (LDHs), or anionic clays, bear a layered structure, and a variety of anions can be intercalated between these layers through electrostatic interactions. These layered materials can be used in adsorption/sorption processes and in the slow release of chemical compounds. So this work aims at studing the sorption of the acid herbicides bearing organic anions 2,4-D, MCPA and Picloram, used in national agriculture, through regeneration of calcined Mg-Al-CO3 LDH and anion exchange of Mg-Al-Cl ? LDH. For this purpose, the kinetics of the sorption process was investigated, and the determination of isotherms in two different pH values was carried out. The herbicides were intercalated in Mg-Al ? LDH using two indirect synthesis methods: regeneration of the calcined material and anion exchange in solution; besides the direct synthesis method by coprecipitation. The obtained materials were properly characterized. All the obtained materials, intercalated with each of the herbicides, were used in a kinetic release study in water. The materials obtained by regeneration were also used in a leaching and in a bioassay study, to test the efficiency of LDHs as supports for the slow release of herbicides. From the kinetic sorption process of the organic anions in solution using Mg-Al ? LDH containing chloride or carbonate after calcination, it was observed that the removal of anions occurred through an anionic exchange process in the case of the LDH containing chloride, or through regeneration of the layered structure in the case of the calcined LDH. The intercalation of organic anions in a vertical position was observed in the adsorption/sorption process, and it was shown to be dependent on the herbicide concentration in solution. The calcined LDH was the most efficient for removal of anions in solution. The herbicides supported on LDHs, presented a slower release in water than the same compounds in their free form, and the release behavior was not dependent on the methodology used for the preparation of the matrix. Leaching study results using the LDH obtained by regeneration as matrix demonstrated a slow release of the active ingredient, mainly for the Picloram herbicide. The bioassay showed that the release behavior of the supported herbicides was efficient in the control of plant seeds germination at preemergence applications.

Este estudo teve como objetivo principal desenvolver uma técnica para síntese de um nanocompósito de Y-TZP/MWCNT-COOH (Zircônia estabilizada por 3 mol% de ítria reforçada por nanotubos de carbono funcionalizado em -COOH) com propriedades mecânicas e ópticas que permitam a sua futura utilização como infraestrutura de próteses fixas dentárias e pilares protéticos para implantes. Assim, foram avaliados a microestrutura, resistência à flexão, tenacidade à fratura, limite de fadiga e propriedades ópticas do nanocompósito e comparada àquelas medidas para Y-TZP convencional (controle). O material Y-TZP/MWCNT-COOH foi desenvolvido pelo processo de co-precipitação de hidróxidos mistos associado ao tratamento hidrotérmico/solvotérmico e prensagem uniaxial em formato de blocos para sistemas CAD/CAM. O pó de MWCNT-COOH foi caracterizado por meio de MEV-FEG, TEM, TGA, DRX e FRX previamente a sua utilização para desenvolvimento do nanocompósito. Espécimes foram obtidos a partir do material Y-TZP/MWCNT-COOH para caracterização por meio de DRX, MEV-FEG e TEM, e comparação de suas propriedades estruturais (densidade e contração), ópticas, resistência à flexão, tenacidade à fratura e limite de fadiga com a Y-TZP convencional. O MWCNT-COOH apresentou-se em feixes de nanotubos de carbono recobertos por sílica tendo comprimento médio de 5,10 ± 1,34 ?m, com 90% dos comprimentos medidos (D90) estando abaixo de 6,9 ?m. Foi verificado a não possibilidade da utilização de líquidos orgânicos em nenhum passo da fabricação dos compósito Y-TZP/MWCNT-COOH por levar ao escurecimento do compósito, inviabilizando sua futura aplicação clínica. O tratamento hidrotérmico sem uso de líquidos orgânicos mostrou-se eficaz em proporcionar o revestimento do nanotubo de carbono por partículas de óxido de zircônio e ítrio. Entretanto, ocasionou a formação de aglomerados e partículas de Y-TZP com tamanho maiores que 5 ?m. Uma densidade relativa de 97,4% foi alcançada para o compósito experimental de Y-TZP contendo MWCNT-COOH, tendo uma razão de contraste de 0.9929 ± 0.0012 e um valor de diferença de cor da Y-TZP convencional de 6,1 ± 3,1 ( ?E). As propriedades mecânicas da Y-TZP/MWCNT-COOH, dureza Vickers (10,14 ± 1,27 GPa; p=0,25) e tenacidade à fratura (4,98 ± 0,30 MPa.m1/2; p=0,39), não apresentaram diferença significativa da Y-TZP convencional (dureza: 8,87 ± 0,89; tenacidade à fratura: 4,98 ± 0,30 MPa.m1/2). Entretanto, para a resistência à flexão (p=0,003) e limite de fadiga cíclica (LFC) foram obtidos valores inferiores para o material experimental Y-TZP/MWCNT-COOH (resistência à flexão: 299,4 ± 30,5 MPa; LFC: 179,4 ± 22,5 MPa) quando comparado à Y-TZP controle (resistência à flexão: 623,7 ± 108,8 MPa; LFC: 439,0 ± 56,4 MPa). Com base nos resultados apresentados, é possível concluir que a síntese de um nanocompósito de Y-TZP/MWCNT-COOH com propriedades ópticas adequadas para aplicação na odontologia restauradora foi possível por meio dos métodos descritos, entretanto algumas adequações nos métodos de síntese e processamento para criação do nanocompósito devem ser realizadas para se evitar a acentuada diminuição de importantes propriedades mecânicas do material. / This study aim was to develop a technique for synthetize nanocomposite of Y-TZP/MWCNT-COOH (3 mol% Yttria-Stabilized Tetragonal Zirconia reinforced with COOH functionalized carbon nanotubes) with mechanical and optical properties that allow their future use as fixed dental prosthesis infrastructure and implant abutments. Thus, the following properties of the nanocomposite were investigated and compared to those measured for conventional Y-TZP (control): microstructure, flexural strength, fracture toughness, fatigue limit and optical properties. Y-TZP/MWCNT-COOH material was developed by the co-precipitation of mixed hydroxides associated with the hydrothermal/solvothermal treatment and uniaxial pressing to form blocks for CAD/CAM systems. The MWCNT-COOH powder was characterized by SEM-FEG, TEM, TGA, XRD and XRF prior to its use for the development of nanocomposite. Specimens were obtained from the Y-TZP/MWCNT-COOH material and characterized by XRD, SEM-FEG and TEM. After characterization, the material had their structural properties (density and contraction), optical, flexural strength, fracture toughness and fatigue limit compared to a conventional Y-TZP. The MWCNT-COOH material was observed to be a bundle formation of carbon nanotube covered with silica with an average length of 5.10 ± 1.34 ?m, with 90% of the measured lengths (D90) being below 6.9 ?m. It has been found to be not possible to use organic liquids on any step of the Y-TZP/MWCNT-COOH manufacturing process due to darkening of the composite, making it unfeasible to future clinical application. The hydrothermal treatment without the use of organic liquids was effective in providing the carbon nanotube coating by zirconium and yttrium oxide particles. However, this treatment led to the formation of agglomerates and particles of Y-TZP with larger than 5 ?m. A relative density of 97.4% was achieved for the Y-TZP/MWCNT-COOH composite, having a contrast ratio of 0.9929 ± 0.0012, and a color difference value from the conventional Y-TZP of 6.1 ± 3.1 (?E). The mechanical properties of Y-TZP/MWCNT-COOH, Vickers hardness (10.14 ± 1.27 GPa; p = 0.25) and fracture toughness (4.98 ± 0.30 MPa.m1/2; p = 0.39), showed no significant difference from the conventional Y-TZP (hardness: 8.87 ± 0.89; fracture toughness: 4.98 ± 0.30 MPa.m1/2). However, flexural strength (p = 0.003) and cyclic fatigue limit (CFL) showed lower values for the experimental material Y-TZP/MWCNT-COOH (flexural strength: 299.4 ± 30.5 MPa; CFL: 179.4 ± 22.5 MPa) compared to Y-TZP control (flexural strength: 623.7 ± 108.8 MPa; CFL: 439.0 ± 56.4 MPa). Based on the results presented, it could be conclude that the synthesis of a nanocomposite of Y-TZP/MWCNT-COOH with optical properties suitable for application in restorative dentistry was made possible by the described methods, however some adjustments in synthesis and processing methods for the nanocomposite creation should be taken; to avoid the sharp decrease of important mechanical properties of the material.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-05-10T12:37:20Z No. of bitstreams: 1 deysegomesdacosta.pdf: 10386782 bytes, checksum: a18ce8ca7fd4c235c246f70bc4f6f946 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-05-17T15:04:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 deysegomesdacosta.pdf: 10386782 bytes, checksum: a18ce8ca7fd4c235c246f70bc4f6f946 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-17T15:04:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 deysegomesdacosta.pdf: 10386782 bytes, checksum: a18ce8ca7fd4c235c246f70bc4f6f946 (MD5) Previous issue date: 2011-07-29 / Os hidróxidos duplos lamelares (HDL) ou compostos tipo-hidrotalcita vêm sendo muito estudados devido a suas inúmeras aplicações. No campo da catálise, estes compostos podem atuar como catalisadores, suportes para catalisadores ou precursores de catalisadores. É sabido que a morfologia do suporte tem grande influência sobre a dispersão, a atividade e a seletividade apresentada pelo catalisador. Nestes caso, o conhecimento detalhado dos efeitos do suporte e dos sítios catalíticos exigem a compreensão da estrutura do HDL. Entretanto, por causa da desordem estrutural, muitas vezes inerente ao material, torna-se a determinação completa da estrutura, via difração de raios X, raramente possível. As bandas largas presentes na análise do IV, fazem a atribuição das mesmas ambígua. Devido à complexidade dos HDL e à dificuldade de se adquirir ou interpretar os resultados experimentais, foi proposto um modelo para simular as características estruturais dos compostos tipo-hidrotalcita com o politipo 3R1, usando condições periódicas de contorno e cálculos ab initio dentro da teoria do funcional da densidade (DFT). As informações estruturais da hidrotalcita, obtidas experimentalmente, foram usadas para verificar a validade do modelo teórico. Os resultados mostraram boas concordâncias com os padrões de raios X do pó experimentais. O espectro na região do infravermelho, a entalpia e energia livre de Gibbs, também foram calculadas. Os cálculos de frequências vibracionais mostraram que as moléculas de água intercaladas são altamente organizadas devido às fortes interações intermoleculares com outras moléculas de água, com ânions interlamelares e com as hidroxilas das lamelas. A presença destas interações é refletida na presença do estiramento O-H das moléculas de água deslocadas para baixas frequências. A perda da degenerescência dos modos vibracionais v3 e do v4 foi observada, indicando a redução da simetria do íon carbonato. As modificações termodinâmicas e estruturais resultantes da substituição do íon presente no HDL Zn-Al-Cl também formam analisadas. O íon Cl- do HDL precursor foi trocado por uma série de ânions como o F-, Br-, OH-, NO3-, ClO4-, CO32- e SO42-. Os resultados mostraram que a intercalação do HDL com diferentes íons, afeta o gap de energia e a basicidade da lamela tipo-brucita. A entalpia e a energia livre de Gibbs, a densidade de estados (DOS) e a densidade de estados projetada (PDOS) foram avaliadas para todos os HDL. / The layered double hydroxide (LDH) or hydrotalcite-like compounds have been widely studied due to many applications they have. In catalysis field these compounds can act as catalyst, catalyst support or precursor for supports and catalysts. It is well known that the support morphology has larger influence on the dispersion, activity and selectivity of catalysts. In this case, detailed knowledge about support effects and catalytic sites requires understanding the LDH structure. However, because of the inherent structural disorder, complete structure determination using X-ray diffraction is rarely possible. The IR analysis present broad bands, which makes their assignment ambiguous. Due to the complexity of the LDH and the difficult of acquiring experimental data, we proposed a model to simulate structural features of the hydrotalcite-like compounds with 3R1 polytypes using periodic boundary conditions and ab initio density functional theory (DFT) calculations. The structural information of hydrotalcite from experiments were used to verify the validity of theoretical model. Our results showed good agreements to the powder X-ray patterns. The infrared spectroscopy, enthalpy and Gibbs free energy, also was calculated. The IR calculations showed that intercalated water molecules are highly ordered due the strong intermolecular interactions with other water molecules, interlayer anions and layer hydroxyls. These interaction is reflected by the presence of downshift vibrational frequencies of OH-stretching of interlayer water. The loss of degeneracy of the v3 and v4 vibrational modes are observed, indicating the reduction of the carbonate anion symmetry. The thermodynamic and structural modifications derived from anion exchange on a LDH containing Zn-Al-Cl was also analyzed. The Cl- ion to the LDH precursor was exchanged for a series of anions as F-, Br-, OH-, NO3-, ClO4-, CO32- and SO42-. The resulted show that intercalation of LDH with different anions affect their gap energy and basicity of brucite-like layer. The enthalpy and Gibbs free energy, density of charge, density of state (DOS) and projected density of state (PDOS) were evaluated for all substituted materials.