Este trabalho consistiu em uma investigação sobre a utilização da sílica mesoporosa ordenada tipo SBA-15 como veículo para a incorporação, proteção, transporte e liberação de substâncias biológicas de interesse imunológico e/ou terapêutico. Estudos preliminares incluíram experimentos para estudar o recobrimento da sílica SBA -15 com o polímero Eudragit® e a estabilidade dessa sílica tanto em meios experimentais (água e solução PBS) quanto em meios corporais rnimetizados. Ambos esses estudos demonstraram que as propriedades da SBA-15 e do Eudragit possibilitariam o prosseguimento do trabalho. Os experimentos iniciais de liberação foram feitos principalmente com albumina bovina (BSA), e demonstraram a capacidade da sílica de incorporar, em sua estrutura, as diversas moléculas utilizadas, bem como a influência do Eudragit sobre a dinâmica de liberação, sobretudo em meio ácido. Também foi explorada a incorporação de compostos à SBA-15 sob pressão, tanto in-situ quanto ex-situ. As intensidades relativas dos picos de difração mostraram ser sensíveis à exerção de pressão sobre a amostra, especialmente no que se referiu à incorporação de insulina. Os experimentos in-si tu durante a incorporação e liberação de insulina ajudaram a elucidar a dinâmica desses fenômenos, através da adaptação do modelo teórico, originalmente utilizado em estudos sobre a síntese da SBA-15. Nesse modelo, parâmetros de ajuste foram monitorados durante o experimento e a partir da sua evolução conclusões puderam ser traçadas. A instrumentação necessária para os experimentos in-situ foi desenvolvida, e fica aqui documentada para referências futuras em experimentos envolvendo soluções expostas ao feixe de raios X, especialmente no equipamento Nanostar, onde o arranjo foi originalmente implementado. Os procedimentos de análise, incluindo o modelo teórico, também ficam à disposição para que estudos futuros possam ser executados. A introdução teórica (Cap. 2), complementada pelos apêndices C e B, fica como resumo da teoria e da técnica para os interessados, que podem ainda consultar a literatura para maiores detalhes. / This work consisted of an investigation on the use of SBA-15-type ordered mesoporous sílica as a vehicle for incorporation, protection, transport and release of biological substances for ímmunologic and/or terapeutic processes. Preliminary studies included experiments regarding the coating ofthe SBA-15 sílica with the Eudragit® polymer and the stability of SBA-15 in experimental media (water and PBS solution) and in simulated body fluids. Both studies demonstrated that the properties o f SBA -15 and Eudragit allowed for continuation o f the work. The initial experiments were performed mainly with bovine serum a1bumin (BSA), and showed the silica\'s capacity of incorporating, in its structure, the various molecules, as well as the influence of Eudragit on the release dynamics. Also, the íncorporation of molecules into SBA-15 under pressure, both in-situ and ex-situ, was explored. The relative intensities of the diffraction peaks were found to be susceptible to the pressure exerted on the sample, especially regarding insulin. In-situ experiments made during the incorporation and release o f insulin helped elucidate the dynamics of those phenomena, through the adaptation of the theoretical model, which was or~ginally desinged to study the synthesis process of the sílica. In this model, fit parameters were monitored during the experiment and from their behavior some conclusions were drawn. The necessary instrumentation for the in-situ experiments was developed, and is documented for future referene in experiments involving the exposure of solutions ro X-rays, especially in the Nanostar, where it was originally designed. The analysis procedures, including the theoretical model, are also available for future studies. The theoretical introduction (Chap. 2), together with appendices B and Ç, is left for those interested in the theory and technique, who are also referred to the literature for further details.

O conhecido histórico de contaminação por passivos da mineração de galena (PbS) da região do Vale do Ribeira (SP) faz com que seja de grande importância o estudo da adsorção de Pb com a finalidade de determinar a capacidade de sorção de materiais inconsolidados do município de Eldorado Paulista (SP) para serem empregados como barreira selante na contenção da lixiviação de metais por resíduos de mineração (com destaque para o Pb). O objetivo do presente trabalho foi avaliar a adsorção de Pb por meio de ensaios de equilíbrio em lote. Para realizar tal objetivo, foram coletadas 4 amostras de materiais inconsolidados (3 transportados e 1 residual) no município de Eldorado Paulista, anteriormente caracterizadas. Foram realizados ensaios de caracterização dos materiais (MO, \'delta\'pH, compactação e permeabilidade) visando determinar as principais características que influenciam na retenção de metais, assim como ensaios de equilíbrio em lote para avaliar a capacidade de adsorção de Pb. O ensaio BET foi realizado com amostras triplicatas dos 4 solos, empregando concentrações iniciais de Pb aproximadas de 30, 60, 90 e 120 mg L-1, massa de solo de 20 g, tempo de contato de 24 horas e razão massa/solução de 1/5. Com os resultados obtidos foram confeccionadas isotermas de sorção segundo os modelos Linear, de Freundlich e Langmuir I e II. Os resultados indicaram que os materiais inconsolidados transportados T2 e T3 são os mais adequados para o emprego em barreira selante para contenção de Pb, sendo suas capacidades de adsorção influenciadas, principalmente, pelo teor de óxidos de ferro e fração argila. As melhores sorções foram obtidas para os solos T2 e T3 para concentrações iniciais aproximadas entre 30 e 120 mg L-1. Desta forma, conclui-se que o ensaio BET foi adequado para determinação da adsorção por metais. / The known history of contamination by galena (PbS) mining liabilities from Ribeira Valley region (SP) provides importance to the Pb adsorption study in order to determine the sorption by unconsolidated materials from Eldorado Paulista city (SP) to be employed as liners to contain metals leaching derived from mining (with emphasis on Pb). The objective of the current work was assess the Pb adsorption by Batch Equilibrium Tests. To accomplish this objective, 4 unconsolidated materials samples were collected in Eldorado Paulista, previously characterized. Characterization tests were performed (MO, \'delta\'pH, compaction and permeability) to determine the main characteristics that influence the retention of metals, and Batch Equilibrium Tests to assess soils capacities of Pb adsorption. BET was performed with triplicate samples of the 4 materials, applying initial Pb concentrations around 30, 60, 90 and 120 mg L-1, mass of soil about 20 g, mass/solution rate of 1/5 and 24 hours of contact time. the results provide sorption isotherms modeled by Linear, Freundlich and Langmuir I and II equations. The results indicated that unconsolidated materials T2 and T3 are the best suited for use in liners to retain Pb, and their sorption capacities are mainly influenced by iron oxides content and clay content. Best sorption were obtained to soils T2 and T3 with initial concentrations about 30 to 120 mg L-1. Thus, it is concluded that BET is appropriated to determine metals adsorption.

A contaminação de aguas pela mistura Benzeno, Tolueno, Etilbenzeno e Xilenos (BTEX) vem gerando a necessidade do desenvolvimento de metodologias altamente eficientes na remoção de poluentes e de metodologias analíticas para monitoramento ambiental suficientemente sensíveis, seletivos, reprodutíveis e rápidos. Nesse contexto, adsorventes com propriedades magnéticas aparecem como alternativas eficientes, de baixo custo e de fácil automação, inclusive possibilitando o desenvolvimento de metodologia analítica baseada na extração em fase sólida magnética (m-SPE), que vem ganhando interesse crescente por permitir extração rápida e análise efetiva dos poluentes com alta sensibilidade. A busca por adsorventes adequados exige o estudo de materiais com grande área superficial, funcionalizáveis e estáveis como as sílicas, mais especificamente uma comparação entre os tipos de sílica e do tipo de agente funcionalizante nas propriedades de adsorção/dessorção. Sílicas mesoporosas oraganofuncionalizas magnéticas com diferentes morfologias foram preparadas: sílica mesoporosa ordenada MCM-48 e MCM-41, bem como nanoparticulas esféricas de sílica mesoporosa (NPSiO2). A formação da silica mesoporosa ordenada começa com a preparação de um template de CTAB sobre o qual são depositados/formados os materiais MCM-41 e MCM-48. A concentração de CTAB deve ser controlada com cuidado pois estruturas com diferentes morfologias podem ser geradas variando-se esse parâmetro. As análises de espectroscopia FTIR, DRX e sorção de N2 revelaram que os materiais preparados são sílicas mesoporosas ordenadas com arranjo tipo giroide 3D (MCM-48) ou do tipo hexagonal (MCM-41) com área superficial respectivamente de 1212 m2.g-1 e 1159 m2.g-1. Além disso, as imagens de MET do material MCM-48 mostraram tamanho médio de partícula igual a 116 nm ± 15 nm. Para facilitar a remoção do adsorvente, nanopartículas de magnetita (SPION) foram incorporadas na superfície dos materiais adsorventes. O tempo de remoção típico foi determinado como sendo de 1 minuto. A organofuncionalização da sílica com octadecilssilano (C18), octilssilano (C8) e difenilssilano (Ph2) foi confirmada por espectroscopia FTIR e análise termogravimétrica demostrando a presença e a percentagem em massa dos grupos orgânicos em cada tipo de sílica mesoporosa. Usando como referência sílica gel 60 comercial (Sílica), foram comparadas as propriedades de adsorção frente a BTEX em agua, quando o agente funcionalizante é C8, C18 ou Ph2. Os resultados indicaram que as capacidades de adsorção, segundo o modelo de Langmuir, seguem a seguinte ordem C8≥C18>>Ph2. A partir disso, as propriedades de adsorção das demais sílicas funcionalizadas com C8 foram comparadas determinando-se que as capacidades de adsorção, segundo o modelo de Langmuir, estão na seguinte ordem: MCM-48>Sílica>NPSiO2>MCM-41. O nanocompósito organofuncionalizado MCM48-C8/SPION, que mostrou as melhores propriedades de adsorção, foi usado para a extração em fase sólida magnética (m-SPE) de BTEX em agua de posto de gasolina. Verificou-se que apenas 30 mg de adsorvente, 5 min de contato com a solução de BTEX, 1 min para remoção do adsorvente e 1 min para a extração foram suficientes para concentração/recuperação de BTEX de agua pela técnica de m-SPE, viabilizando a análise quantitativa, no caso por CG-MS. / The contamination of water bodies by Benzene, Toluene, Ethylbenzene and Xylenes (BTEX) has prompted the development of more efficient methodologies for their removal and the development of sufficiently sensitive, selective, reproducible and fast analytical methods for environmental monitoring. In this context, adsorbent materials with magnetic properties appear as efficient, low cost and easy automation alternatives, including the development of analytical methods based on magnetic solid phase extraction (m-SPE), which has gaining increasing interest since allows rapid extraction and effective analysis of pollutants with high sensitivity. The search for suitable adsorbents requires the study of materials with large surface area, functionalizable and stable as the silica\'s family, more specifically a comparison between the types of silica and the type of functionalizing agent on their adsorption/desorption properties. Magnetic organofunctionalized mesoporous silicas with different morphologies were prepared: ordered mesoporous silica MCM-48 and MCM-41, as well as spherical nanoparticles of mesoporous silica (NPSiO2). The formation of ordered mesoporous silica begins with the preparation of a CTAB template on which silica is deposited/formed to produce MCM-41 and MCM-48 materials. The CTAB concentration must be carefully controlled since colloidal structures with different morphologies can be generated by varying this parameter. The FTIR, XRD and N2 sorption spectroscopy analyzes confirmed the preparation of ordered mesoporous silica materials with a gyroid 3D (MCM-48), or hexagonal type (MCM-41) arrangement respectively with a surface area of 1212 m2.g-1 and 1159 m2.g-1. In addition, the MET images of the MCM-48 material showed mean particle size equal to 116 nm ± 15 nm. To facilitate removal from water, magnetite nanoparticles (SPIONs) were incorporated into the surface of adsorbent materials. The typical removal time was determined to be 1 minute. The organofunctionalization of the silica with octadecylsilane (C18), octylsilane (C8) and diphenylsilane (Ph2) was confirmed by FTIR spectroscopy and thermogravimetric analysis demonstrating the presence and allowing the determination of the mass percentage of the organic fraction in each type of mesoporous silica. Using commercial silica gel (Silica) as reference, the adsorption properties toward BTEX in water were compared when the functionalizing agent is C8, C18 or Ph2. The results indicated that the adsorption capacities, according to the Langmuir model, decrease in the following order C8 ≥ C18 >> Ph2. From this, the adsorption properties of the C8 functionalized silicas were compared showing that the adsorption capacities according to the Langmuir model decrease in the following order: MCM-48 > Silica > NPSiO2 > MCM-41. The organofunctionalized nanocomposite MCM48-C8/SPION, exhibiting the best adsorption properties, was used in magnetic solid phase extraction (m-SPE) of BTEX from gas station water. Only 30 mg of adsorbent, 5 min of contact with the BTEX solution, 1 min to remove the adsorbent and 1 min for extraction were enough for concentration/recovery of BTEX in water by m-SPE technique suitable for quantitative analysis, in this case by CG-MS.

A contaminação de aguas pela mistura Benzeno, Tolueno, Etilbenzeno e Xilenos (BTEX) vem gerando a necessidade do desenvolvimento de metodologias altamente eficientes na remoção de poluentes e de metodologias analíticas para monitoramento ambiental suficientemente sensíveis, seletivos, reprodutíveis e rápidos. Nesse contexto, adsorventes com propriedades magnéticas aparecem como alternativas eficientes, de baixo custo e de fácil automação, inclusive possibilitando o desenvolvimento de metodologia analítica baseada na extração em fase sólida magnética (m-SPE), que vem ganhando interesse crescente por permitir extração rápida e análise efetiva dos poluentes com alta sensibilidade. A busca por adsorventes adequados exige o estudo de materiais com grande área superficial, funcionalizáveis e estáveis como as sílicas, mais especificamente uma comparação entre os tipos de sílica e do tipo de agente funcionalizante nas propriedades de adsorção/dessorção. Sílicas mesoporosas oraganofuncionalizas magnéticas com diferentes morfologias foram preparadas: sílica mesoporosa ordenada MCM-48 e MCM-41, bem como nanoparticulas esféricas de sílica mesoporosa (NPSiO2). A formação da silica mesoporosa ordenada começa com a preparação de um template de CTAB sobre o qual são depositados/formados os materiais MCM-41 e MCM-48. A concentração de CTAB deve ser controlada com cuidado pois estruturas com diferentes morfologias podem ser geradas variando-se esse parâmetro. As análises de espectroscopia FTIR, DRX e sorção de N2 revelaram que os materiais preparados são sílicas mesoporosas ordenadas com arranjo tipo giroide 3D (MCM-48) ou do tipo hexagonal (MCM-41) com área superficial respectivamente de 1212 m2.g-1 e 1159 m2.g-1. Além disso, as imagens de MET do material MCM-48 mostraram tamanho médio de partícula igual a 116 nm ± 15 nm. Para facilitar a remoção do adsorvente, nanopartículas de magnetita (SPION) foram incorporadas na superfície dos materiais adsorventes. O tempo de remoção típico foi determinado como sendo de 1 minuto. A organofuncionalização da sílica com octadecilssilano (C18), octilssilano (C8) e difenilssilano (Ph2) foi confirmada por espectroscopia FTIR e análise termogravimétrica demostrando a presença e a percentagem em massa dos grupos orgânicos em cada tipo de sílica mesoporosa. Usando como referência sílica gel 60 comercial (Sílica), foram comparadas as propriedades de adsorção frente a BTEX em agua, quando o agente funcionalizante é C8, C18 ou Ph2. Os resultados indicaram que as capacidades de adsorção, segundo o modelo de Langmuir, seguem a seguinte ordem C8≥C18>>Ph2. A partir disso, as propriedades de adsorção das demais sílicas funcionalizadas com C8 foram comparadas determinando-se que as capacidades de adsorção, segundo o modelo de Langmuir, estão na seguinte ordem: MCM-48>Sílica>NPSiO2>MCM-41. O nanocompósito organofuncionalizado MCM48-C8/SPION, que mostrou as melhores propriedades de adsorção, foi usado para a extração em fase sólida magnética (m-SPE) de BTEX em agua de posto de gasolina. Verificou-se que apenas 30 mg de adsorvente, 5 min de contato com a solução de BTEX, 1 min para remoção do adsorvente e 1 min para a extração foram suficientes para concentração/recuperação de BTEX de agua pela técnica de m-SPE, viabilizando a análise quantitativa, no caso por CG-MS. / The contamination of water bodies by Benzene, Toluene, Ethylbenzene and Xylenes (BTEX) has prompted the development of more efficient methodologies for their removal and the development of sufficiently sensitive, selective, reproducible and fast analytical methods for environmental monitoring. In this context, adsorbent materials with magnetic properties appear as efficient, low cost and easy automation alternatives, including the development of analytical methods based on magnetic solid phase extraction (m-SPE), which has gaining increasing interest since allows rapid extraction and effective analysis of pollutants with high sensitivity. The search for suitable adsorbents requires the study of materials with large surface area, functionalizable and stable as the silica\'s family, more specifically a comparison between the types of silica and the type of functionalizing agent on their adsorption/desorption properties. Magnetic organofunctionalized mesoporous silicas with different morphologies were prepared: ordered mesoporous silica MCM-48 and MCM-41, as well as spherical nanoparticles of mesoporous silica (NPSiO2). The formation of ordered mesoporous silica begins with the preparation of a CTAB template on which silica is deposited/formed to produce MCM-41 and MCM-48 materials. The CTAB concentration must be carefully controlled since colloidal structures with different morphologies can be generated by varying this parameter. The FTIR, XRD and N2 sorption spectroscopy analyzes confirmed the preparation of ordered mesoporous silica materials with a gyroid 3D (MCM-48), or hexagonal type (MCM-41) arrangement respectively with a surface area of 1212 m2.g-1 and 1159 m2.g-1. In addition, the MET images of the MCM-48 material showed mean particle size equal to 116 nm ± 15 nm. To facilitate removal from water, magnetite nanoparticles (SPIONs) were incorporated into the surface of adsorbent materials. The typical removal time was determined to be 1 minute. The organofunctionalization of the silica with octadecylsilane (C18), octylsilane (C8) and diphenylsilane (Ph2) was confirmed by FTIR spectroscopy and thermogravimetric analysis demonstrating the presence and allowing the determination of the mass percentage of the organic fraction in each type of mesoporous silica. Using commercial silica gel (Silica) as reference, the adsorption properties toward BTEX in water were compared when the functionalizing agent is C8, C18 or Ph2. The results indicated that the adsorption capacities, according to the Langmuir model, decrease in the following order C8 ≥ C18 >> Ph2. From this, the adsorption properties of the C8 functionalized silicas were compared showing that the adsorption capacities according to the Langmuir model decrease in the following order: MCM-48 > Silica > NPSiO2 > MCM-41. The organofunctionalized nanocomposite MCM48-C8/SPION, exhibiting the best adsorption properties, was used in magnetic solid phase extraction (m-SPE) of BTEX from gas station water. Only 30 mg of adsorbent, 5 min of contact with the BTEX solution, 1 min to remove the adsorbent and 1 min for extraction were enough for concentration/recovery of BTEX in water by m-SPE technique suitable for quantitative analysis, in this case by CG-MS.

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2019-02-27T21:17:17Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Ariane Caroline.pdf: 6051822 bytes, checksum: c1a56154adb0e6b52f2cba5bb3654d0b (MD5) / Made available in DSpace on 2019-02-27T21:17:17Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Ariane Caroline.pdf: 6051822 bytes, checksum: c1a56154adb0e6b52f2cba5bb3654d0b (MD5) Previous issue date: 2018-12-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho reporta a preparação, caracterização e aplicação de novos materiais híbridos silsesquioxanos, obtidos a partir do método sol-gel de síntese, que consistiu em reações de hidrólise e policondensação dos precursores a base de sílica e por meio da reação SN2 dos precursores com os ligantes orgânicos 4-(aminometil)piridina e imidazol, obtendo assim o Si4ampy+Cl- e o SiImi+Cl-, respectivamente. Os silsesquioxanos nitrogenados foram submetidos a técnicas de caracterização como RMN, DRX, MEV, UV-VIS, FTIR e BET para confirmação das estruturas apresentadas nesta tese, bem como a organofuncionalização dos materiais. No caso do Si4ampy+Cl-, verificou-se dois sítios de reação com ligação do carbono –α do grupo npropil ao nitrogênio do grupamento amino e do nitrogênio do anel piridínio, com proposta de dois arranjos da cadeia carbônica. O Si4ampy+Cl- foi aplicado na construção de eletrodos modificados com a NiTsPc, utilizando a técnica LbL para a fabricação de filmes finos. O eletrodo na configuração (Si4ampy+Cl-/NiTsPc)11 foi aplicado como sensor eletroquímico sensível ao nitrito, com r = 0,999 na faixa de 0,113 mmol L-1 a 0,860 mmol L-1, LD e LQ de 0,026 mmol L-1 e 0,127 mmol L-1, respectivamente e os valores de desvio-padrão foram de aproximadamente 3%, estando de acordo com recomendações da ANVISA e Inmetro. Outro emprego do Si4ampy+Cl- foi na estabilização de nanopartículas de prata para fabricação de filmes finos. A presença das Ag-NPs/Si4ampy+Cl- foi confirmada por UV-VIS, pela banda plasmon em 426 nm, as quais apresentaram distribuição com tamanho aproximado entre 12 e 131 nm, constatado por DLS e corroborado por MEV, apresentando boa estabilidade (= +43,4 mV). As Ag-NPs/Si4ampy+Cl- mostraram-se promissoras na modificação do eletrodo ITO com a NiTsPc, apresentando um crescimento linear do filme LbL e processos redox referentes à oxirredução do centro metálico e à oxidação do anel da ftalocianina vistos por voltametria cíclica, exibindo a capacidade do eletrodo modificado (Ag-NPs/Si4ampy+Cl-/NiTsPc)7 em eletrocatalisar espécies químicas. No geral, os eletrodos modificados (Si4ampy+Cl-/NiTsPc)11 e (Ag-NPs/Si4ampy+Cl-/NiTsPc)7 proporcionaram aprimoramento na resposta de corrente anódica e redução do potencial de oxidação comparado com o eletrodo não-modificado (ITO) em presença de nitrito. O SiImi+Cl- que foi destinado a adsorção dos íons Cu2+, Cd2+ e Ni2+, apresentou capacidade de troca iônica de 2,944 mmol g-1, resultado considerado excelente de acordo com a literatura para a aplicação proposta. Os resultados de adsorção mostraram a viabilidade do uso do SiImi+Cl- como eficiente material adsorvente, exibindo maior afinidade para os íons Cu2+ em pH 4. Ao aplicar os modelos de Langmuir e Freundlich nas isotermas de adsorção, verificou-se que tanto o pH como a natureza do íon são fatores que influenciaram o ajuste das isotermas aos modelos propostos. / This work reports the preparation, characterization and application of new silsesquioxanes hybrid materials obtained from the sol-gel synthesis method, which consisted of hydrolysis and polycondensation reactions of the silica-based precursors and SN2 reaction of the precursors with 4-(aminomethyl)pyridine and imidazole groups, obtaining Si4ampy+Cl- and SiImi+Cl-, respectively. Silsesquioxanes with nitrogen groups were characterized by techniques such as NMR, XRD, MEV, UV-VIS, FTIR and BET to confirm the structures presented in this thesis, as well as the materials functionalization. In the case of Si4ampy+Cl- two reaction sites were observed with carbon-α of the n-propyl group bonding with the amino group and the pyridinium ring, having as proposal two arrangements of the carbonic chain. The Si4ampy+Cl- was applied in the construction of electrodes modified with NiTsPc using the LbL technique for the thin films manufacture. The electrode in the configuration (Si4ampy+Cl-/NiTsPc)11 was applied for nitrite electrochemical sensor, with r = 0.999 in the range of 0.113 mmol L-1 to 0.860 mmol L-1, LD and LQ of 0.026 mmol L-1 and 0.127 mmol L-1, respectively and standard deviation values of approximately 3%, according to recommendations of ANVISA and Inmetro. Another use of Si4ampy+Cl- was the stabilization of silver nanoparticles for the thin films production. The presence of Ag-NPs/Si4ampy+Cl- was confirmed by UV-VIS technique by the plasmon band at 426 nm which presented a distribution with approximate size between 12 and 131 nm, verified by DLS and MEV, presenting good stability (= +43.4 mV). The Ag-NPs/Si4ampy+Cl- showed promising in the modification of the ITO electrode with NiTsPc, showing linear growth of the LbL film and redox processes related to the oxidation of the metal center and to the oxidation of the phthalocyanine ring observed by cyclic voltammetry, exhibiting the performance of the modified electrode (Ag-NPs/Si4ampy+Cl-/NiTsPc)7 to electrocatalyse chemical species. In general, the modified electrodes (Si4ampy+Cl-/NiTsPc)11 and (Ag-NPs/Si4ampy+Cl-/NiTsPc)7 obtained an improvement in the anodic current response and reduction of the oxidation potential compared to the unmodified electrode (ITO) in the presence of nitrite. The SiImi+Cl- was used to adsorb Cu2+, Cd2+ and Ni2+ ions and presented ion exchange capacity of 2.944 mmol g-1, which was considered excellent according to the literature for the proposed application. The adsorption results showed the viability of using SiImi+Cl- as an efficient adsorbent material, exhibiting a higher affinity for the Cu2+ ions at pH 4. Applying the Langmuir and Freundlich models to the adsorption isotherms, it was verified that both the pH as the nature of the ion are factors that influenced the adjustment of the isotherms to the proposed models.

Remoções quase totais de clorofenóis, por processos anaeróbios, já foram atingidas mediante elevada concentração de matéria orgânica e um número considerável de fontes de carbono. Porém, é necessário que se investigue o desempenho dos reatores submetidos a condições menos idealizadas. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma metodologia para avaliar um reator anaeróbio de leito fluidificado (RALF) como etapa de pré-tratamento de substrato sintético contendo pentaclorofenol (PCP). Para isso, foram adotadas as seguintes condições experimentais: fonte única de carbono; concentração reduzida de matéria orgânica; biomassa não previamente adaptada, e menores tempos de detenção hidráulica. Para cumprir o objetivo citado, foram desenvolvidos dois reatores, com 2,2 e 16 litros, respectivamente, e foram realizadas etapas de avaliação de materiais suporte, estudo de diversas interações (partícula/fluido, partículas fluido, biopartícula/fluido e biopartículas/fluido), e análise do desempenho do RALF sem PCP e com PCP. Os materiais suporte escolhidos foram a alumina, o basalto e o carvão ativado granular, todos com diâmetros próximos a 3 mm. Eles foram avaliados em ensaios de caracterização física, de microscopia eletrônica de varredura, de fluidodinâmica e de análise de imagens. O carvão apresentou os melhores resultados e foi escolhido para a continuidade do trabalho. As interações foram analisadas através de ensaios fluidodinâmicos, isotermas de adsorção, dentre outros. Nas condições experimentais utilizadas, a biomassa aumentou a densidade da partícula, fato que foi comprovado pelos ensaios para determinação da velocidade mínima de fluidificação, de expansão e porosidade do leito, e também de velocidade terminal da partícula isolada. As isotermas de adsorção demonstraram que a presença de matéria orgânica diminuiu em 9% a adsorção do PCP. O RALF apresentou um comportamento satisfatório no período de operação sem PCP. Nos 105 dias de operação, a eficiência média de remoção de DQO ficou quase sempre superior a 90%, e os outros parâmetros de monitoramento de desempenho apresentaram valores típicos, indicando estabilidade no processo. A presença de PCP no sistema, nas concentrações utilizadas, não alterou a qualidade da biomassa presente, e nem os parâmetros de monitoramento de desempenho, como DQO, alcalinidade, pH e ácidos voláteis. Mesmo sob condições menos idealizadas, foi observado um desempenho satisfatório do reator na remoção do PCP. Em concentrações variando de 1 a 6 mg/L, foram observadas eficiências médias de remoção de 93% e 70%, respectivamente, para os 80 dias de operação nessas condições. Diante dos resultados obtidos, foi possível concluir que a remoção de PCP em um RALF pode ser atingida mediante condições operacionais mais simples. / The almost total removal of chlorophenols by anaerobic processes has been achieved under high concentrations of organic matter and a considerably large number of carbon sources. However, it is necessary to investigate the performance of such reactors under less idealized conditions. The present work shows the development of a new methodology for evaluating the use of an anaerobic fluidized bed reactor (AFBR) in the pretreatment step of a synthetic substrate containing pentachlorophenol (PCP). In order to do that, the following experimental conditions were used: a single source of carbon; reduced concentrations of organic matter; non-previously adapted biomass, and smaller hydraulic retention times. To achieve the main objective, two reactors, one having a volume of 2.2 L and the other one, 16 L, were especially designed; evaluation steps of support material and the study of several interactions (particle/fluid, particles/fluid, bioparticle/fluid, bioparticles/fluid) were carried out, and the performance of the AFBR with and without PCP was analyzed. The three support materials employed were alumina, basalt and granular activated carbon, all having average diameters of 3 mm. These materials were evaluated through physical characterization methods, microscopy, hydrodynamic and image analyses. The activated coal showed the best results and was exclusively employed in the remainder of the work. The interactions were analyzed by hydrodynamics and adsorption isotherms, to name but a few. Under the experimental conditions employed, the biomass made the particle density increase, a fact that was verified in the determination of the minimum fluidization velocity, the bed porosity and expansion as well as the terminal velocity of isolated particles. The adsorption isotherms showed a decrease of 9% in PCP absorption due to the existence of organic matter. The AFBR showed satisfactory results during the operation without PCP. In the 105 days of operation, the average efficiency of COD removal remained almost always over 90%, while the other performance monitoring parameters remained at typical values, indicating the process stability. The presence of PCP under the concentrations used in the system did not seem to affect neither the quality of the biomass nor the performance monitoring parameters, like COD, alkalinity, pH and volatile acids. Even under less idealized conditions, the reactor showed good performance in removing PCP. The average efficiencies of removal attained around 93% and 70% for concentrations of 1 to 6 mg/L respectively. These concentration levels were kept during 80 days. In view of the results obtained, it is possible to conclude that reasonably good efficiency of PCP removal in AFBR can be attained under simpler operational conditions.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:41:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DanyelleMA_DISSERT.pdf: 886887 bytes, checksum: bdfc465050e9656b4d629363ccd362a0 (MD5) Previous issue date: 2010-07-29 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Corrosion inhibitors in solution are utilized to minimize processes from corrosion in steel. Of the present dissertation was evaluated the efficiency by inhibition from the surfactant saponified coconut oil (OCS) in the carbon steel 1020 through in linear polarization electrochemistry technique, well as, studied the process from adsorption through from the isotherms from Langmuir, Frumkin and Temkin. The corrosion current was determined through in Tafel extrapolation from the curves in the polarization, and then, was calculated the efficiency in the inhibitor to each concentration and temperature. Were studied four concentrations (12,5 ppm, 25 ppm, 50 ppm, and 75 ppm) in the inhibitor OCS and one in the NaCl salt (10.000 ppm) in six temperatures (301 K, 308 K, 313 K, 318 K, 323 K, and 328 K) in triplicate. By the results obtained observed that the technique applied can evaluated with rapidity and efficiency corrosion inhibitors. In relation to the isotherms, the than best appropriated was the in Langmuir and in the concentrations studied, the that obtained the best efficiency was the concentration of 75 ppm / Inibidores de corros?o em solu??o s?o utilizados para minimizar processos de corros?o em a?o. Na presente disserta??o foi avaliada a efici?ncia de inibi??o do tensoativo ?leo de coco saponificado (OCS) no a?o carbono 1020, atrav?s da t?cnica eletroqu?mica polariza??o linear, bem como, estudado o processo de adsor??o atrav?s das isotermas de Langmuir, Frumkin e Temkin. A corrente de corros?o foi determinada atrav?s da extrapola??o de Tafel nas curvas de polariza??o e, ent?o, foi calculada a efici?ncia do inibidor para cada concentra??o e temperatura. Foram estudadas quatro concentra??es (12,5, 25,0, 50,0 e 75,0 ppm) do inibidor OCS e uma do sal NaCl (10.000 ppm) em seis temperaturas (301, 308, 313, 318, 323 e 328 K) em triplicata. Pelos resultados obtidos, observou-se que a t?cnica utilizada pode avaliar com rapidez e efici?ncia inibidores de corros?o. Em rela??o ?s isotermas, a que melhor se adequou foi a de Langmuir e dentre as concentra??es estudadas a que obteve a melhor efici?ncia foi ? concentra??o de 75 ppm

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:41:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RobertoRCL_DISSERT.pdf: 1216220 bytes, checksum: 291b5b64177a1fbc1bc254c50866a9c9 (MD5) Previous issue date: 2012-05-23 / The phenomenon of adsorption is of fundamental importance for the treatment of textile effluents and removal of dyes. Chitosan is characterized as an excellent adsorbent material, not only for its adsorption capacity but also the low cost production. Equilibrium and kinetic studies were developed in this study to describe the mechanism of adsorption of the anionic azo dye Orange G in chitosan, with the isotherms obtained from the variation of the concentration of dye in the continuous phase. The kinetics of the process was analyzed based on models involving the adsorption of molecules of the dye in nonpolar and polar sites. Adsorption experiments were carried out in water and in saline media with different NaCl concentrations, both for the determination of the equilibrium time as isotherms for making kinetic curves in which the amount of dye adsorbed measured indirectly varied with time. The experiments revealed the opening of the biopolymer structure with increasing concentration of Orange G, accompanied by high pH values and change on the type of interaction between the dye and the adsorbent surface, suggesting behavior advocated by the Langmuir equation in a certain range of concentration of the adsorbate and following the Henry's Law at higher concentrations, from the increased number of sites available for adsorption. The studies conducted showed that the saline medium reduces the chitosan s adsorption capacity according to a certain concentration, the occurrence of the cooperative adsorption process steps kinetic mechanism suggested as a new alternative for the interpretation of the phenomenon / O fen?meno da adsor??o ? de fundamental import?ncia no tratamento de efluentes t?xteis e remo??o de corantes. A quitosana caracteriza-se como excelente material adsorvente, n?o s? pela sua capacidade de adsor??o mas tamb?m pelo baixo custo de obten??o. Estudos cin?ticos e de equil?brio foram desenvolvidos neste trabalho para descrever o mecanismo de adsor??o do azo-corante ani?nico Alaranjado G em quitosana, com a obten??o de isotermas a partir da varia??o da concentra??o de corante na fase cont?nua. A cin?tica do processo foi analisada a partir de modelos envolvendo a adsor??o de mol?culas do corante em dois tipos de s?tios: polares e apolares. Experimentos de adsor??o foram desenvolvidos em ?gua e em meios salinos com diferentes concentra??es de NaCl, tanto para a determina??o do tempo de equil?brio como para a confec??o de isotermas e curvas cin?ticas nas quais a quantidade de corante adsorvido, medida de forma indireta, variou em fun??o do tempo. Os experimentos revelaram abertura da estrutura do biopol?mero com a eleva??o da concentra??o do Alaranjado G, acompanhada pela eleva??o do pH e modifica??o no tipo de intera??o entre o corante e a superf?cie do adsorvente, sugerindo comportamento preconizado pela equa??o de Langmuir em certa faixa de concentra??o do adsorvato e obedecendo ? lei de Henry em concentra??es mais elevadas, a partir do aumento do n?mero de s?tios dispon?veis para a adsor??o. Os estudos desenvolvidos mostraram que o meio salino reduz a capacidade de adsor??o do Alaranjado G em quitosana e pode impedir, em certa concentra??o, a ocorr?ncia de processo cooperativo de adsor??o conforme mecanismo cin?tico em etapas sugerido como uma nova alternativa para a interpreta??o do fen?meno

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:25:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tatiane_texto.pdf: 2558616 bytes, checksum: c23ff4ce31df2fb07ce669109433709c (MD5) Previous issue date: 2011-08-08 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Swine wastewater application into soil to reuse water on cropping provides the addition of total and dissolved organic matter to soil, which interferes in the dynamics of pesticides in soil. This study aims at evaluating the effects of total and dissolved organic matter application from two systems of swine wastewater, biodigestor and lagoon treatments, in alachlor sorption, desorption, leaching and formation of bound residues into soil. The batch method was used to test sorption and desorption and the results were presented in Freundlich isotherms. The evaluation of miscible displacement of alachlor, in soil treated with total and dissolved organic matter, was performed by disturbed soil columns, by monitoring the concentration of alachlor in leachate, total organic carbon and pH. Extraction and quantification of desorption, extractable and bound residues were carried out. After that, it was registered the chemical fractionation of humic substances in extracts containing organic matter of low molecular weight, humic acids and fulvic acids, which were characterized by infrared spectroscopy and total organic carbon concentration. The swine wastewater addition promoted greater sorption and desorption of alachlor compared to Control. The dissolved organic matter promoted less sorption of alachlor in soil when compared to total organic matter, resulting in an increased leaching of alachlor. The dissolved organic matter did not show desorption residues, only extractable ones. The highest amount of total organic carbon was in organic matter of low molecular weight, spectroscope characterized, by the presence of carboxylate anions, which are important in sorption process. The total organic matter has contributed to the emergence of new sorption sites in soil column and the solids present in its composition blocked the movement of pesticide, resulting in lower leaching of alachlor. The dissolved organic matter interacted with alachlor and / or competed with the sorption sites of soil, promoting greater losses by leaching of this herbicide. / A aplicação de água residuária de suinocultura ao solo como reúso de água na agricultura resulta na adição de matéria orgânica total e dissolvida, que interferem na dinâmica dos pesticidas no solo. Objetivou-se avaliar o efeito da aplicação de matéria orgânica total e dissolvida proveniente de dois sistemas de tratamento de água residuária de suinocultura, biodigestor e esterqueira, na adsorção, dessorção, lixiviação e formação de resíduos ligados de alaclor no solo. O método do equilíbrio foi utilizado para o teste de adsorção e dessorção e os resultados foram apresentados em isotermas de Freundlich. A avaliação do deslocamento miscível do alaclor no solo tratado com matéria orgânica total e dissolvida foi realizada por ensaios em colunas de solo deformado, monitorando-se a concentração de alaclor no lixiviado, teor de carbono orgânico total e pH. Realizou-se a extração e quantificação dos resíduos dessorvíveis, extraíves e ligados do solo. Na sequência, fez-se o fracionamento químico das substâncias húmicas em extratos contendo matéria orgânica de baixo peso molecular, ácidos húmicos e ácidos fúlvicos, que foram caracterizados por espectroscopia infravermelha e pela concentração de carbono orgânico total. A adição de água residuária de suinocultura promoveu maior adsorção e dessorção do alaclor comparado ao Controle. A matéria orgânica dissolvida promoveu menor adsorção de alaclor ao solo comparada à total, resultando em maior lixiviação. A matéria orgânica dissolvida não apresentou resíduos dessorvíveis, apenas extraíveis. A maior quantidade de carbono orgânico total esteve presente na matéria orgânica de baixo peso molecular, caracterizada espectroscopicamente, pela presença de ânions carboxilatos, importantes no processo de adsorção. A matéria orgânica total contribuiu com o surgimento de novos sítios de sorção na coluna de solo e os sólidos presentes em sua composição bloquearam a passagem do pesticida, resultando em menores perdas de alaclor por lixiviação. A matéria orgânica dissolvida interagiu com o alaclor e/ou competiu com os sítios sortivos do solo, promovendo maiores perdas deste herbicida por lixiviação.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Larissa_ Kummer.pdf: 3836984 bytes, checksum: 1746a7b3c060c75c722565a4bf452739 (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 / High concentrations of heavy metals in the soil can affect the sustainability of ecosystems and the health of humans and animals. The metal availability in the environment is related to the characteristics of each element, historical and source of contamination, as well as the properties of each soil. The presence of more than one element is common in contaminated areas and their interaction can affect their behavior in the environment. Researches have been developed to study the behavior of metals in different types of soils and thus help in cases of remediation. In recent years, the soil washing with biosurfactant has been presented as a promising method of remediation with little or no effect on the physico-chemical and microbiological characteristics of the soil, but the costs of obtaining this biosurfactant are still high, because most manufacturers use artificial means for production. Thus, this study had the objective of evaluating the remediation potential of the biosurfactant obtained from the fermentation of cassava water through the action of the bacteria Bacillus subtilis. This biosurfactant was characterized as surfactin, an anionic lipopeptide. Soils of different origins were used, one of them typical of the southwestern state of Paraná and the other from the northwest. The soils were first evaluated according to their potential for adsorption of the elements copper, zinc and lead in monometallic and multimetalic conditions, representing non-competitive and competitive conditions respectively. This evaluation was carried out by tests of adsorption and application of the matematical models of Langmuir and Freündlich. Soils were characterized chemically, physically and mineralogically. After that, it was performed the process of artificial contamination of these soils for application in the experiments of soil washing with biosurfactant in different conditions, having pH and concentration of biosurfactant solution as the main variables. Furthermore, it was also assessed the adsorption s capacity for metals by biosurfactant in liquid medium. The results showed that metals have different behaviors related to the adsorption and desorption to soil and to the biosurfactant. The soil type is also very important for the efficiency of metal removal. The clay soil showed higher adsorption capacity and therefore lower capacity of metal removal when compared to the sandy soil. In general, the soils showed the following sequence of adsorption capacity: Pb > Cu > Zn. The Pb was the element that less desorved by the washing process. It can also be concluded that, when soils are contaminated by more than one element at the same time, its ability to leach is greater than when the element is alone in the medium. This situation occurs because of differences between the competitive processes that take place in the active sites. The washing experiments showed that the biosurfactant was not able to improve the efficiency of removal of metals. The results obtained by the control treatments (only pure water) had very similar values to those that contained biosurfactant. When the wash solution containing the biosurfactant was in high concentrations, decrease in removel efficiency was found in some of the samples. Analysis of high performance liquid chromatography showed that the biosurfactant was adsorbed to soil samples, which is the consequence of not observing the effectiveness of the extractor in the removal of metals. It is notable, however, that the surfactin obtained has the potential to bind to metals, since the tests of adsorption to metals was confirmed by experiments. According to the results obtained, it can be inferred that the surfactin has greater potential for metal removal in liquid media than in solid medium, because of the lower possibility of adsorption. In soil, the results indicated potential use of this biosurfactant as stabilizing of metals in methods of remediation "in situ". / Concentrações elevadas de metais pesados no solo podem afetar a sustentabilidade dos ecossistemas e também a saúde dos seres humanos e animais. A disponibilidade do metal no ambiente está relacionada às características de cada elemento, histórico e fonte de contaminação, bem como às propriedades de cada solo. A presença de mais de um elemento em áreas contaminadas é comum e a interação entre eles pode afetar o seu comportamento no ambiente. Diante do problema, pesquisas vêm sendo realizadas a fim de estudar o comportamento dos metais em diferentes tipos de solos e assim auxiliar nos procesos de remediação. Nos últimos anos, a lavagem do solo com biossurfactante tem sido apresentada como um método promissor de remediação com pequeno ou nenhum efeito sobre as características físico-químicas e microbiológicas do solo, porém os custos de obtenção deste biossurfactante ainda são altos, pois a maioria dos fabricantes utiliza meios artificiais para sua produção. Neste sentido, este trabalho teve como objetivo geral avaliar o potencial de remediação do biossurfactante obtido a partir do bioprocessamento da manipueira pela ação de bactérias Bacillus subtilis. Este biossurfactante foi caracterizado como surfactina, um lipopeptídeo aniônico. Foram utilizados solos de origens distintas, sendo um deles típico da região sudoeste do estado do Paraná e outro da região noroeste. Os solos utilizados foram primeiramente avaliados de acordo com o seu potencial de adsorção dos elementos cobre, zinco e chumbo em condições monometálicas e multimetálicas, representando condições não-competitivas e competitivas, respectivamente. Esta avaliação foi feita por meio de testes de adsorção e aplicação de modelos matemáticos de Langmuir e Freündlich. Os solos foram caracterizados química, física e mineralogicamente. A partir de então realizou-se o processo de contaminação artificial destes solos para posterior aplicação dos experimentos de lavagem com o biossurfactante em diferentes condições, sendo as variáveis pH e concentração da solução de biossurfactante como as principais. Além disso, também foi avaliada a capacidade de adsorção dos metais pelo próprio biossurfactante, em meio líquido. Os resultados mostraram que os metais apresentam comportamentos distintos quanto a adsorção e dessorção ao solo e ao biossurfactante. O tipo de solo também é muito importante para a avaliação da eficiência de remoção de metais. O solo argiloso apresentou maior capacidade de adsorção e consequentemente menor capacidade de remoção dos metais quando comparado ao solo arenoso. De modo geral, os solos apresentaram a seguinte sequência de capacidade de adsorção: Pb > Cu > Zn. O Pb foi o elemento que menos dessorveu pelos processos de lavagem. Foi possível também concluir que quando os solos estão contaminados por mais de um elemento ao mesmo tempo, a capacidade de lixiviar-se é maior do que quando o elemento está sozinho no meio. Esta situação ocorre em virtude dos processos competitivos existentes entre os sítios ativos. Os experimentos de lavagem mostraram que o biossurfactante não foi capaz de melhorar a eficiência de remoção dos metais. Os resultados obtidos pelos tratamentos controle (somente água pura) tiveram valores muito semelhantes aos que continham biossurfactante. Quando a solução de lavagem continha o biossurfactante em altas concentrações, foi encontrada, em algumas amostras, queda na eficiência de remoção. Análises de cromatografia líquida permitiram concluir que o biossurfactante foi adsorvido às amostras de solo, sendo esta a consequência da não observação da eficácia do extrator na remoção dos metais. Cabe ressaltar, entretanto, que a surfactina obtida apresenta potencial de ligar-se aos metais, uma vez que os testes de adsorção desta aos metais foi confirmado pelos experimentos realizados. De acordo com os resultados encontrados, pode-se inferir que a surfactina tem maior potencial de remoção de metais em meio líquido do que em meio sólido, devido a menor possibilidade de adsorção na matriz sólida. Em solo, os resultados indicaram potencial de utilização deste biossurfactante como agente de estabilização dos metais em métodos de remediação in situ .