Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:28:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327165.pdf: 2503225 bytes, checksum: 9523c1fde676612a8b20a6bcea976eb9 (MD5) Previous issue date: 2014 / Este trabalho mostra a influência da porosidade do suporte poroso no fluxo de oxigênio de membranas suportadas de composição Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3-? (BSCF) utilizadas para separação de oxigênio do ar. Por meio de um modelamento, é mostrada uma prova do efeito de poros não-conectados e relações importantes para os fluxos de oxigênio. Assim, existe uma hipótese e uma forte prova da hipótese. Para essa pesquisa foram produzidas e caracterizadas membranas densas, suportes porosos e membranas suportadas do sistema BSCF de estrutura perovskita. As membranas densas, bem como os suportes porosos, foram produzidos por prensagem uniaxial e co-sinterização. Os suportes porosos foram produzidos utilizando dois diferentes agentes formadores de poros: copolímero em bloco de polioxietileno-polioxipropileno e carbono ativado. Camadas porosas de ativação utilizando carbono ativado como formador de poros também foram produzidas e depositadas sobre as membranas BSCF. Foi encontrado que o copolímero gera uma porosidade não interconectada, prejudicando o desempenho das membranas mais finas depositadas sobre o suporte. A limitação exercida pelo suporte reduziu o fluxo de oxigênio em torno de 30%, o que coincidiu com a redução na condutividade elétrica entre a membrana densa e o suporte (33%) e com o valor da porosidade (35%). Um modelo matemático foi proposto para explicar o transporte de oxigênio por meio do suporte de porosidade não conectada, o qual coincidiu com os resultados experimentais, relacionando a dependência do fluxo com a geometria dos poros, a espessura do suporte e a temperatura. Foi também observado que o carbono ativado gera uma porosidade interconectada, mas não homogênea em toda sua estrutura. As camadas de ativação auxiliaram no aumento significativo do fluxo de oxigênio e, por fim, foi observado que o novo suporte ainda exerceu uma influência negativa no fluxo total de oxigênio, no entanto, de 17% contra aproximadamente 30% em relação ao suporte poroso produzido anteriormente. As membranas densas, os suportes porosos e as membranas suportadas foram também avaliadas sob ensaios de microdureza. Foi observada a forte influência da porosidade nos resultados. Positivamente, foi observado que o ensaio não danificou as membranas assimétricas, mostrando a boa integridade das mesmas, as quais apresentaram valores similares de microdureza àqueles observados nas membranas densas.<br> / Abstract : This work shows the porosity influence of the porous support in the oxygen flux of supported Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-? (BSCF) membranes composition for oxygen separation from air. Considering a modeling, it is shown a proof of the effect of non-connected pores and important relations to oxygen fluxes. Hence, there is a hypothesis and a strong proof of the hypothesis. For this research, dense membranes, porous supports and supported membranes of BSCF system and perovskite structure were produced and characterized. Dense membranes as well as porous supports were produced by dry pressing and co-firing. The porous substrates were fabricated using two different pore forming agents polyoxyethylene-polyoxypropylene block copolymer and activated carbon. Porous activation layers using activated carbon as pore former were also produced and coated on BSCF membranes. It was found that the copolymer generates a non-interconnected porosity, which impairs the performance of the thinner membranes on porous substrates in relation to the oxygen flux. The limitation exerted by the porous support reduced the oxygen flux by 30 %, which matched well with the reduction in electrical conductivity between the dense membrane and support (33 %) and the porosity (35 %). A mathematical model was proposed to explain the transport of oxygen through the non-connected pores, which matched well with the experimental results, by relating the dependence of the overall oxygen flux with the geometry of the pores, the support thickness and the temperature. It was also observed that the activated carbon creates an interconnected porosity, although not homogeneous throughout its structure. The activation layers assisted in a significant increase of oxygen flux and finally, it was also observed that the new support still exerted a negative influence on the oxygen flux, however, 17 %, against approximately 30% compared to the previously produced porous support. Dense membranes, porous substrates and supported membranes were also evaluated under micro hardness tests. It was observed the strong influence of the porosity in the results. Positively, it was observed that the test did not compromise the integrity of the asymmetric membranes, showing good integrity of those, which have presented similar micro hardness values to those observed for the dense membranes.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T21:01:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 328697.pdf: 4252296 bytes, checksum: 011ce46d94b3740ba056f817e19f4d0b (MD5) Previous issue date: 2014 / A aplicação da tecnologia de membranas em sistemas não aquosos ainda não está totalmente estabelecida, embora se reconheça seu potencial de inovações tecnológicas para as indústrias de alimentos, químicas e farmacêuticas. O desenvolvimento desta alternativa tecnológica está vinculado à estabilidade química das membranas, uma vez que a exposição destas a solventes orgânicos e CO2 pode causar alterações físico-químicas e morfológicas nas membranas. Nesse contexto, esta proposta avaliou o uso de membranas comerciais poliméricas submetidas à permeação de solventes não aquosos, caracterizando-as, por meio de diferentes técnicas. Foi avaliado o comportamento e o desempenho dessas membranas na permeação e retenção de diferentes óleos comestíveis. Duas membranas de osmose inversa (OI) (BW30 e ORAK - rejeições de 99,5 e 99 % em NaCl, respectivamente) e duas membranas de nanofiltração (NF) (NF270 ? rejeição de 97 % em MgSO4 e NP030 rejeição de 80-97% em Na2SO4) foram utilizadas. As membranas foram caracterizadas por ângulo de contato a diferentes solventes, espectroscopia de infravermelho (FTIR), análise termogravimétrica (TGA), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (MFA) e espectroscopia de impedância (EI) antes e após os processos de permeação dos solventes. Estudou-se o condicionamento das membranas com distintos solventes (n-hexano, etanol, n-propanol, iso-propanol e butanol) em tempos de 2, 8 12 e 24 h. Após o condicionamento, o fluxo de hexano foi medido e a integridade da membrana foi avaliada. Foram realizados ensaios com CO2 denso, em duas condições subcríticas e duas supercríticas (80 bar e 100 bar/20°C; 100 bar e 200 bar/ 80°C) em sistema estático durante 8 h. O fluxo permeado e o índice de retenção para misturas de óleo vegetais (mamona e macaúba) em hexano e em CO2 sub e supercrítico foram determinados. Todas as membranas testadas apresentaram fluxo de hexano consideravelmente maior, quando comparado ao fluxo de água. O condicionamento com etanol levou a maiores fluxos para o hexano, nas membranas ORAK, NF270 e BW30, enquanto que a membrana NP030 não apresentou aumento de permeabilidade. Os diferentes tempos de condicionamento não apresentaram diferenças significativas (p> 0,05) nos fluxos de hexano. Foi observado um aumento do ângulo de contato, redução da energia livre de superfície e aumento da componente polar após o condicionamento das membranas e permeação com n-hexano, o que evidencia a alteração da hidrofilicidade destas membranas. O mesmo comportamento foi observado após a permeaçãode CO2 denso, sendo este aumento maior em condições supercríticas. Os espectros obtidos por FTIR após a permeação do hexano e do CO2 denso indicaram a redução da transmitância de alguns grupos funcionais, fato que pode indicar um decréscimo na concentração do polímero devido à ocorrência do inchamento e/ou plastificação. As análises de MEV mostraram pequenas alterações na morfologia das membranas, tanto após a exposição a solventes orgânicos, bem como ao CO2 denso. A AFM indicou aumento da rugosidade das membranas, indicando possível lixiviação de material polimérico da camada ativa ou agrupamento de sítios hidrofílicos e hidrofóbicos. A EI indicou redução da condutividade da solução dentro dos poros da membrana, sendo que essa redução foi maior quanto maior o tempo exposição das membranas ao n-hexano e etanol. Em sistema com n-hexano a membrana NP030 apresentou os melhores resultados para a retenção dos óleos analisados, sendo que a retenção do óleo de mamona foi maior (60 %). Em sistema com CO2 denso somente foi possível analisar a permeação das membranas NP030 e ORAK com índice de retenção de 85 e 95 %, respectivamente, para o óleo de macaúba.<br> / Abstract : The employment of membrane technology in non-aqueous systems is not yet well established, although its innovation potential for food, chemical and pharmaceutical industries is already recognized. Development of this alternative is linked with membranes chemical stability, once their exposure to organic solvents and CO2 may cause physico-chemical and morphological changes. In this sense, this proposal evaluates the use of commercial polymeric membranes submitted to non-aqueous solvents permeation, characterizing them towards different techniques. The behaviour and performance of the membranes was evaluated in permeation and retention of different edible oils. Two reverse osmosis (OR) (BW30 e ORAK - rejections of 99.5 and 99 % in NaCl, respectively) and two nanofiltration membranes (NF) (NF270 ? rejection of 97 % in MgSO4 and NP030 rejection of 80-97 % in Na2SO4) were tested. The membranes were characterized by contact angle with different solvents, infrared spectroscopy (FTIR), thermo gravimetrical analysis (TGA), scanning electronic microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM) and impedance spectroscopy (IS) before and after the permeation with solvents processes. Membrane conditioning with different solvents (n-hexane, ethanol, n-propanol, iso-propanol and butanol) was studied in time-lengths of 2, 8, 12 and 24 h. After conditioning, the n-hexane flux was measured and membrane integrity was evaluated. Assays with dense CO2 were performed in two subcritical and two supercritical conditions (80 bar and 100 bar/20°C; 100 bar and 200 bar/ 80°C) in static system for 8 h. The permeated flux and retention index for vegetal oil (castor beans and macauba) mixtures in n-hexane and in sub and supercritical CO2 were determined. All tested membranes presented n-hexane flux substantially higher when compared to water fluxes. The conditioning in ethanol led to higher fluxes for n-hexane in membranes ORAK, NF270 and BW30, whilst NP030 did not presented increases in permeability. Different conditioning times have not presented significant differences (p> 0.05) on n-hexane fluxes. It was observed increases in contact angles, reduction on free surface energy and increase on the polar component after conditioning and permeation of the membranes with n-hexane, which highlights the changes in membranes hydrophilicity. The same behaviour was observed after permeation with dense CO2, which shows greater increases in supercritical conditions. Obtained FTIR spectra after n-hexane and CO2 permeation indicates the reduction on transmittance of some functional groups, which may indicate a decrease on polymericconcentration due to the occurrence of swelling or plasticization. SEM analysis showed slight changes in membranes morphology, both after organic solvent and dense CO2 exposure. AFM analysis showed increases in membrane roughness indicating possible leaching of polymeric material of the active layer or grouping of hydrophilic and hydrophobic sites. The IS analysis indicates reduction in solutions conductivity within membrane pores, and this reduction was greater for longer time-exposures of the membranes to n-hexane and ethanol. In n-hexane systems, the membrane NP030 presented the best results for the analysed oils retention, with higher retentions related to castor oil (60 %). In dense CO2 systems, it was only possible to analyse the permeation of membranes NP030 and ORAK, with retention indexes of 85 and 95 %, respectively, to macauba oil.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, 2014 / Made available in DSpace on 2015-06-02T04:04:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 333800.pdf: 7783075 bytes, checksum: c6e9b3bfd105f63cfef6d87840c8f43c (MD5) Previous issue date: 2014 / Na ausência de excitação, neurônios permanecem em repouso. O estado de repouso é caracterizado pela existência de diferenças de potencial elétrico e concentrações iônicas através da membrana do axônio. No entanto, os mecanismos responsáveis e a magnitude dos fluxos durante o estabelecimento do estado de repouso, após uma perturbação externa, não estão ainda completamente elucidados. O estado de repouso não é um estado de equilíbrio, mas um estado dinâmico estacionário. Sabe-se da existência de proteínas, classificadas genericamente como bombas e canais, que transportam íons através da membrana modificando o potencial através da mesma. No entanto, há várias hipóteses contraditórias sobre a magnitude e relação entre os fluxos provocados por tais proteínas e sobre a importância de outros fatores, como, por exemplo, a existência de cargas fixas. Um dos motivos para a dificuldade em escolher as hipóteses que tornam a modelagem mais consistente reside nas escalas de espaço e tempo diminutas dos fenômenos envolvidos o que dificulta a obtenção de medições locais e controladas. Nesse sentido, o desenvolvimento de modelos consistentes permite a avaliação das características e dos efeitos das várias hipóteses e contribui para o estabelecimento de modelos mais confiáveis. Nesse trabalho, utiliza-se, o método lattice Boltzmann para tratar o transporte iônio e o campo elétrico nos meios intra e extra celulares nas vizinhanças da membrana celular de um axônio. Uma caracterização físico-química da região vizinha à membrana de um axônio é feita baseada nos dados experimentais existentes. De posse dessa caracterização, utiliza-se o método numérico para a simulação da eletrodifusão iônica de uma porção de axônio quando uma perturbação a partir do estado de repouso é introduzida. Várias hipóteses são usadas, as soluções numéricas são comparadas com soluções existentes na literatura e com medições e, com base nas simulações, conclui-se quais hipóteses são mais adequadas para se explicar a manutenção do repouso. Além disso, também se observa que são necessários mais experimentos para obter maior confiabilidade sobre os modelos constitutivos de fluxos através dos canais e, principalmente, das bombas.<br> / Abstract: In the absence of excitation, neurons remain in a state called the resting state. The resting state is characterized by differences in electrical potential and ionic concentrations across the axon membrane. However, there is still a lacking of a complete understanding of the local mechanisms responsible and the magnitudes of the fluxes involved during the changes towards the resting state after the neuron suffers an external disturbance. The resting state is most likely a dynamic state, notan equilibrium one. Known mechanisms rely on the action of proteins called generically pumps and channels. These biological devices selectively transport ionic charges across the membrane. Contradictory hypothesis on the magnitude and relations among the charge transfers and on the effect of other parameters, such as the existence of fixed charges, have been advanced. The main difficult in sorting out the validity of these hypothesis rests on the inherent difficult in obtaining local and controlled measurements. In this sense, a reliable and consistent theoretical formulation may come as an aid to evaluate the effects and features of each mechanism and underlying hypothesis. In this work, the Lattice Boltzmann method is used to simulate the transport of ions and the electrical field in the intra and extra cellular spaces in the surroundings of an axon membrane. A physical-chemical characterization of the system is made based on the experimental evidence available in the literature. This characterization is then used in the numerical simulation of the electro - diffusion problem in a section of an axon when a perturbation from the resting state is introduced. Many hypotheses are used and the numerical solutions are compared with solutions and measurements found in the literature. From the results, the validity of the different hypothesis is assessed. The need for additional measurements to increase the reliability of the models for the constitutive fluxes through channels and pumps is evidenced.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-05T23:10:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 318575.pdf: 2832328 bytes, checksum: 6e7adabe26cd9e1381ed502c989e4db7 (MD5) / Esse trabalho consistiu em levantar dados que visam contribuir para o desenvolvimento de indústrias lácteas no que compete a uma melhor utilização do leite, na fabricação do queijo de coalho e na diminuição ao nível de 50,0 % diante da necessidade do transporte na captação. O objetivo principal é a caracterização tecnológica do leite concentrado, bem como, do queijo de coalho e seu soro, propondo o uso de um processo de separação por membranas para a pesquisa. Após os estudos de concentração e fluxo sob efeitos de temperatura e pressão, ficou estabelecido trabalhar com uma pressão de 6,0 0,2 bar, temperatura de 40,0 1,0 °C, e fator de redução volumétrico = 2; operados em uma unidade piloto de filtração tangencial, usando uma membrana orgânica de nanofiltração (NF). O coeficiente de retenção protéica foi de 96,23% contra 45,17% ao usado no processo de ultrafiltração. O leite concentrado-NF apresentou valores para a viscosidade aparente superiores à do leite pasteurizado (controle), em função da concentração de sólidos presentes, já na comparação para as densidades relativas, não apresentou diferença significativa (p>0,05). Foi realizada a determinação do tempo e força de coagulação, obtendo valores médios de 21,5 min; 3,0 min; 2,5 min; e 2,35 min, respectivamente, para o leite controle, e concentrados NF-2, NF-3 e NF-4, cujas quantidades adotadas de enzima foram de 100 ?L, 100 ?L, 162 ?L e 200 ?L, demonstrando que a quantidade de coagulante aliada à concentração do leite por nanofiltração, influenciou proporcionalmente a velocidade de coagulação e a firmeza da coalhada. O rendimento do queijo de coalho elaborado com o leite nanofiltrado (QC-NF) foi de 21,04 %, contra 12,36 % do QC-controle. As análises físico-químicas apresentaram valores próximos para os dois tipos de queijo. Houve variação entre o 1° e o 28° dia de fabricação dos queijos no estudo do armazenamento das três características avaliadas: pH, acidez em ácido lático e análise de cor ( E*), ficando este último perceptível ao olho humano apenas na superfície e não na camada interna. As análises microbiológicas ficaram dentro dos padrões estabelecidos pela Instrução Normativa de produtos lácteos em vigor. Nas análises de reologia o QC-NF apresentou maior grau de solidez e menor taxa de decaimento de força, aliada a uma menor tensão de ruptura (?r) e deformação de ruptura (?r). A quantidade de proteínas obtida no soro lácteo derivado do QC-NF foi superior em 40% em relação ao soro do QC-controle. Portanto, torna-se viável a produção do queijo de coalho com o leite concentrado-NF, credenciando essa técnica para uma unidade industrial aliada ao beneficiamento de um produto secundário (o soro lácteo) mais rico nutricionalmente, ampliando a possibilidade de comercialização dentro de um espectro da indústria alimentícia. <br> / The present work consisted of gathering data aimed contributing to the development of dairy industry for the better use of milk in making cheese curds and decreasing of 50% to the level before the need of conduction in the capture. The main objective is the technological characterization of concentered milk as well as of milk curds and its serum, proposing the use of membrane separation for this research. After studying concentration and flow under the influence of temperature and pressure, it was established to work on with a pressure of 6,0 0,2 bar, temperature of 40,0 1,0 °C and volumetric retention factor = 2; operated in a pilot tangential filtration, using an organic nanofiltration membrane (NF). The protein retention coefficient was 96,23% versus 45,17% to the one used on the ultrafiltration process. The concentered-NF milk presented values for apparent viscosity higher than pasteurized milk (control), depending on the concentration of solids present. On the comparison of relative density there was no significant changes (p>0,05). Determination of time and strength of coagulation was performed obtaining average values of 21,5 min; 3,0 min; 2,5 min; e 2,35 min, respectively for the milk control, and concentrated NF-2, NF-3 and NF-4, which amounts of enzyme were taken from 100 ?L, 100 ?L, 162 ?L e 200 ?L, demonstrating that the amount of coagulant together with the concentration of milk by nanofiltration , proportionately influence the speed of coagulation curd firmness. The yield of cheese curd made from nanofiltered milk (QC-NF) was of 21,04 %, versus 12,36 % of QC-control. The physico-chemical analyzes showed similar values for the two types of cheese. There was variation between 1st and 28th day of cheese production in the study of the three storage characteristics evaluated: pH, acidity in lactic acid and color analysis ( E*), keeping the latter noticeable to the human eye only on the surface, and not in the inner layer. Microbiological analyzes were within the standards set of Instructions diary into force. In the analyzes of rheology QC-NF showed higher degree of robustness and lower rate of decay of force, combined with a lower tensile strain (?r) and breaking strain (?r). The amount of protein obtained from whey derived from QC-NF was superior on the rate of 40% related to the QC-control serum. Therefore, it becomes possible to produce cheese curds from the concentrated-NF milk, qualifying this technique for an industrial unit together with the processing of a side product (whey) nutritionally richer, extending possibilities of marketing within the spectrum of food industry.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-03-28T04:12:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344649.pdf: 2067272 bytes, checksum: 9070c27d6e19d02ae54c65884187e009 (MD5) Previous issue date: 2016 / A água potável no mundo está cada vez mais escassa e, portanto, existe a necessidade de desenvolver alternativas de tratamento de água, visando processos eficientes e de baixo custo. Entre os processos existentes, destaca-se a nanofiltração (NF) por membranas, que promove uma separação de alta eficiência e baixo gasto energético. Desta forma, este trabalho objetivou preparar membranas poliméricas de NF e estudar a eficiência de rejeição de íons de sais mono e divalentes em sistema piloto de filtração e avaliar a toxicologia dos componentes das membranas com o microcrustáceo de água doce Daphnia magna e células Vero. As membranas poliméricas preparadas foram de polissulfona (PSF), estruturadas com nanotubos de SiO2 (NTS), e de quitosana (QTS) reticulada com epicloridrina (EPC) com NTS funcionalizados com uma molécula aminosilano (NTS-F). Os NTS e NTS-F foram caracterizados por FTIR, BET, PZ, DRX e MET e as membranas por grau de molhabilidade (PSF) e intumescimento (QTS), ângulo de contato, MEV-FEG, EDS, AFM e permeabilidade. A eficiência de rejeição de íons das membranas foi avaliada com os sais NaCl e MgCl2 em modo dead-end. Também foi determinada a toxicidade dos NTS, NTS-F através de testes agudos e crônicos com D. magna e ensaio do MTT com células Vero. O teste agudo com D. magna foi realizado também para o lixiviado das membranas. Para todos os testes com D. magna e células Vero, observou-se que o NTS-F apresentou maior toxicidade, indicando maior reatividade da superfície dos NTS-F, atribuída à presença dos grupos amina que resultou no aumento de afinidade com os organismos. Com NTS-F incorporados nas membranas a toxicidade foi mais reduzida do que para a forma livre dos NT, sugerindo que houve imobilização dos mesmos pela membrana. Para os ensaios de rejeição de íons de sais, houve uma baixa seletividade, sendo o maior percentual de 13,70%, para MgCl2 e 10,16% para NaCl, concluindo-se, assim, que esta composição de membrana de NF apresenta baixa eficiência na remoção dos sais testados.<br> / Abstract : The world's drinking water is becoming increasingly scarce and, therefore, there is a need to develop water treatment alternatives, aiming efficient processes at low cost. Among the existing processes, nanofiltration (NF) membranes are highlighted, which promote high efficiency and low energy demand. Thus, this work aimed to prepare polymeric membranes for NF and study mono and divalent salt ions rejection efficiency in a pilot filtration system and evaluate the membrane?s components toxicology using freshwater microcrustacean Daphnia magna and Vero cells. The prepared polymer membranes were polysulphone (PSF), structured with SiO2 nanotubes (SNT), and chitosan (CS) crosslinked by epichlorohydrin, structured with SNT functionalized with an aminosilane molecule (F-SNT). The SNT and F-SNT were characterized by FTIR, BET, PZ, XRD and TEM and the membranes by water uptake (PSF) and swelling (CS) degree, contact angle, SEM-FEG, EDS, AFM and permeability. The evaluation of membrane?s ion rejection efficiency was conducted with NaCl and MgCl2 salts in dead-end mode. It was also determined the toxicity of SNT F-SNT through acute and chronic tests with D. magna and MTT assay with Vero cells. The acute test with D. magna was also performed for the leached PSF and CS membranes. For all the tests with D magna and Vero cells, it was observed that the F-SNT showed higher toxicity, indicating greater reactivity of the surface of F-SNT, attributed to the presence of amine groups that resulted in increased affinity with the organisms. With F-SNT incorporated in the membranes, the toxicity was much lower than for the NT free form, suggesting their immobilization by the membrane. For the salt ions removal test, there was a low rejection rate, with the highest percentage of 13.70% for MgCl2 and 10.16% for NaCl, concluding, therefore, that this NF membrane composition is not effective for the removal of these salts.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-03-28T04:13:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344648.pdf: 1932503 bytes, checksum: 4e736ee099d342f7a16cd8dbb8bc3f8d (MD5) Previous issue date: 2016 / Esta pesquisa aborda o tratamento de efluentes sanitários, considerando a remoção dos nutrientes nitrogênio e fósforo, bem como a degradação da matéria orgânica em um Biorreator a Membranas (BRM) associado a um Reator em Batelada Sequencial (RBS), utilizando membranas planas de alta densidade. A busca pela otimização dos tratamentos, com aplicação de inovações, tem o intuito de minimizar, cada vez mais, a periculosidade da disposição inadequada de efluentes no meio ambiente. A associação do tratamento com membranas a um reator de lodos ativados busca a melhoria no desempenho do tratamento do efluente sanitário e traz a possibilidade da real adaptação da tecnologia em uma estação de tratamento em operação. Desse modo, para este estudo, um BRM com volume de 10 m³ operou durante 120 dias, sendo alimentado com o lodo ativado do RBS em escala real. O BRM possuía um misturador e difusores de ar abaixo do módulo de membranas planas de ultrafiltração, e uma bomba helicoidal para retirada do efluente tratado, com fluxo adotado de 10 L/m².h de permeação. O estudo teve como objetivo avaliar a melhoria no desempenho do sistema, quanto à remoção da carga orgânica, de nutrientes e patógenos. Além disso, pode-se avaliar a operação do biorreator e verificar as características do efluente tratado (permeado) para sua disposição final, observada a legislação, para reúso da água. O monitoramento foi realizado por meio de análises físico-químicas no meio líquido e de observações microscópicas do lodo ativado. As remoções médias de DQO e fósforo foram de 91,7% e 92,3%, respectivamente. Em relação à remoção da amônia, a eficiência média foi de 93% e, para o nitrogênio total, 73%. A turbidez média do permeado foi de 0,24 NTU e, durante todo o período de operação, foi verificada ausência de coliformes fecais no permeado. Não foi verificado aumento significativo da pressão transmembrana, com aumento da concentração de biomassa no sistema. Com uso da microscopia óptica, foi verificada grande variedade de micro-organismos indicadores de estabilidade operacional. A expectativa desta dissertação é contribuir para o desenvolvimento de tecnologias, visando a aplicabilidade e o aperfeiçoamento operacional das diversas ETEs existentes no país, possibilitando, assim, reduzir os impactos causados por este tipo de efluente.<br> / Abstract : This study deals with the sewage treatment considering the nitrogen and phosphorus nutrients removal as well as the degradation of organic matter in a membrane bioreactor (MBR) associated with a sequencing batch reactor (SBR) using high density flat membranes. The search for treatments optimization with innovations aims to minimize the danger of the improper effluents disposal into the environment. The association of a membrane treatment with a Activated Sludge Reactor seeks to improve the performance of the wastewater treatment and brings the possibility of real adaptation of the technology in a treatment plant in operation. Therefore, a MBR with volume of 10 m³ operated for 120 days and was fed with activated sludge of a SBR real scale. The MBR had a mixer and air diffusers below the flat ultrafiltration membrane module, and a pump with a permeation flow of 10 L/ m².h. The study aimed to evaluate the system performance improvement, as the removal of organic matter, nutrients and pathogens. Also, evaluate the operation of the bioreactor and verify the characteristics of the treated effluent (permeate) to its final disposal against the law to reuse water. The monitoring was carried out through physical-chemical analysis of the treated effluent and microscopic observations of the activated sludge. The average COD and phosphorus removals were 91.7% and 92.3% respectively. Regarding the removal of ammonia, the average efficiency was 93% and the total nitrogen 73%. The average permeate turbidity was 0.24 NTU throughout the period of operation was checked in the absence of Fecal Coliform permeate. There was not observed a significant increase in transmembrane pressure with the biomass concentration increase in the system. With an optical microscope, it was found wide variety of microorganisms indicators of operational stability. The expectation of this dissertation is to contribute in the development of technologies for the applicability and operational improvement of all existing sewage plants, thus seeking to reduce the impact caused by this type of effluent.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-04-04T04:08:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344645.pdf: 2949793 bytes, checksum: a25b4b5ff0ca07433e0baaa8476d767e (MD5) Previous issue date: 2016 / Neste trabalho foram fabricadas membranas de poliuretano termoplástico (TPU) com aditivos condutores à base de polipirrol (PPy) a partir do processo de eletrofiação. Membranas eletrofiadas constituídas de fibras de TPU com diâmetros médios de 445 nm foram fabricadas a partir dos seguintes parâmetros de processamento: vazão de 1 mL.h-1; tensão elétrica de 17 kV; distância entre a agulha e coletor de 25 cm; concentração de TPU na solução de 10 %m; temperatura de 23 ± 3 °C e umidade relativa do ar de 55 ± 5 %. Posteriormente, foi avaliada a influência da incorporação dos aditivos condutores nas propriedades das soluções e na morfologia das membranas eletrofiadas. A condutividade iônica e viscosidade da solução aumentaram com a adição de polipirrol dopado com ácido dodecil benzeno sulfônico (PPy.DBSA) e PPy.DBSA sintetizado na presença de montmorilonita (MMT-PPy.DBSA). Além disso, as membranas com aditivos condutores apresentaram menor distribuição de diâmetro das fibras quando comparadas às membranas de TPU. Por fim, foi correlacionada a estrutura e propriedades das membranas eletrofiadas, com a utilização de coletor fixo e rotativo. Foi observado que a incorporação de PPy.DBSA e MMT-PPy.DBSA nas fibras de TPU exerce influência no módulo de elasticidade das membranas. A orientação das fibras alterou o comportamento mecânico sob tração das membranas, as quais apresentaram maiores tensões a uma deformação de 100%, para fibras orientadas paralelamente à tensão aplicada. Notou-se também que o valor de condutividade elétrica AC das membranas contendo MMT-PPy.DBSA foi três ordens de grandeza maior do que as membranas de TPU e de TPU/PPy.DBSA. A partir dos resultados obtidos neste trabalho, conclui-se que a incorporação dos aditivos afeta significativamente as propriedades da solução, influenciando as variáveis do processo e as propriedades finais das membranas. A partir do ajuste dos parâmetros de processamento foi possível fabricar membranas eletrofiadas baseadas em PPy com baixa quantidade de defeitos e valores de condutividade elétrica AC de até 3x10-9 S.cm-1. As membranas desenvolvidas neste trabalho apresentam potencial para serem aplicadas em diferentes áreas tecnológicas, tais como scaffolds para crescimento celular e sensores, devido principalmente à sua microestrutura, propriedades mecânicas e elétricas.<br> / Abstract : In this work thermoplastic polyurethane (TPU) membranes with conductive additives based on polypyrrole (PPy) were fabricated by the electrospinning process. Electrospun membranes composed by TPU fibers with average diameters of 445 nm were manufactured using the following processing parameters: feed rate of 1 mL.h-1; electric tension of 17 kV; distance between needle and collector of 25 cm; TPU concentration in solution of 10 wt%; temperature of 23 ± 3 °C and relative humidity of 55 ± 5 %. Next, the influence of the incorporation of conductive additives on the solutions properties and the electrospun membranes microstructure was evaluated. The ionic conductivity and the solution viscosity increased with the incorporation of polypyrrole doped with dodecyl benzene sulfonic acid (PPy.DBSA) and PPy.DBSA synthesized in the presence of montmorillonite (MMT-PPy.DBSA). Moreover, the membranes with conductive additives displayed a lower fiber diameter distribution when compared with the neat TPU membranes. Finally, membranes structure and properties where correlated, with the use of fixed plate and rotating drum collector. It was observed that the incorporation of PPy.DBSA and MMT-PPy.DBSA in the TPU fibers has influence on the membrane elastic modulus. The fiber orientation altered the membranes mechanical behavior under traction, which presented higher stress at a strain of 100%, for fiber oriented in parallel with the stress. It was also notice that the AC electrical conductivity value of the membrane containing MMT-PPy.DBSA was three order of magnitude higher than the value for the neat TPU and TPU/PPy.DBSA membranes. From the results obtained in this work, it was concluded that the additive incorporation affects significantly the solution properties, effecting the process variables and the membranes final properties. By adjusting the process parameters, it was possible to manufacture electrospun mats based on PPy with low amount of defects and AC electrical conductivity up to 3x10-9 S.cm-1. The membranes developed in this work have the potential to be applied in different technological areas, such as scaffolds for cellular growth and sensors, especially due to its microstructure, mechanical and electrical properties.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2012-10-20T08:23:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-26T02:22:09Z : No. of bitstreams: 1 181230.pdf: 12030805 bytes, checksum: 2a521e9a818406c239c335845b500528 (MD5) / Estudo sobre o acoplamento de um processo de separação por membranas a um processo de extração de óleos essenciais com dióxido de carbono a altas pressões. Utilização de uma membrana comercial de acetato de celulose. Análise da influência de parâmetros de processo como temperatura, gradiente de pressão e concentração de óleo na alimentação sobre o índice de retenção de óleo pela membrana e sobre o fluxo permeado de dióxido de carbono. Proposição de um modelo matemático para representar o processo de permeação.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. / Made available in DSpace on 2012-10-18T10:13:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T20:31:23Z : No. of bitstreams: 1 185698.pdf: 2564437 bytes, checksum: 7987478321158a48ff6c3552c02ddfb7 (MD5) / Com o crescente interesse por temas ambientais e a conscienti-zação da necessidade da otimização dos recursos hídricos, assim como o reuso planejado das águas residuárias, a utilização da tecnologia de mem-branas no tratamento de água e de esgoto, apresenta-se com grande potencial para melhorar as eficiências do tratamento quando comparada as tecnologias tradicionais. Neste trabalho estudou-se principalmente o processo de micro-filtração como agente redutor de Demanda Química de Oxigênio (DQO), turbidez e cor, utilizando-se efluentes tratados por sistemas de lodos ati-vados e lagoas de estabilização, para comparações entre os mesmos. Foram desenvolvidas várias atividades experimentais, destacando-se: Acompanha-mento na operação de um piloto de membranas, utilizando-se membranas de diferentes diâmetros de poros. Foram utilizadas membranas microporosas com diâmetro de 4,7cm e tamanho dos poros de 0,2 e 0,45mm, respectiva-mente. Os ensaios e a parte analítica foram realizados de 01/05 à 30/11/ 2000, no Laboratório Integrado do Meio Ambiente (LIMA), pertencente ao Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Os experimentos de microfiltração foram condu-zidos a pressão de 1kgf/cm2, temperatura ambiente, sob agitação, para simu-larem fluxo tangencial, também foram realizados ensaios sem agitação, fluxo vertical. Os resultados obtidos nos ensaios apresentaram diferenças entre membranas de 0,2mm e 0,45mm, assim como comparações entre diferentes efluentes tratados utilizados no experimento. Através do Laboratório de Materiais do Departamento de Engenharia Mecâ-nica da Universidade Federal de Santa Catarina, foram feitas microfoto-grafias da superfície e da seção transversal de algumas membranas, utili-zando-se a microscopia eletrônica de varredura. A microfiltração conduziu, de uma maneira geral, a uma sensível melhora na qualidade do efluente final. Os parâmetros analisados do permeado, turbidez, DQO e cor apre-sentaram boa redução em relação ao efluente bruto, mostrando a eficiência desta tecnologia. A redução da DQO foi de no mínimo 42% através da membrana 0,45mm no ensaio de microfiltração vertical (sem agitação), já para os ensaios de microfiltração tangencial (com agitação) a redução míni-ma foi de 37% também para a membrana 0,45mm. A cor foi reduzida em no mínimo 40% nos ensaios de fluxo vertical para ambas as membranas, enquanto que nos ensaios de fluxo tangencial a redução foi de no mínimo 32% também para ambas as membranas ensaiadas. A turbidez não excedeu a 1 NTU em ambos os ensaios para ambas as membranas. Já o pH teve varia-ção insignificante. Permanecendo praticamente o mesmo em ambos os en-

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-07-27T14:56:08Z No. of bitstreams: 1 121733.pdf: 840745 bytes, checksum: 75da9cb6788640f0fd9b11bc13f7cf46 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-27T14:56:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 121733.pdf: 840745 bytes, checksum: 75da9cb6788640f0fd9b11bc13f7cf46 (MD5) Previous issue date: 1970-02 / Estuda-se a relação não linear entre tensões e deformações de uma membrana tiroidal sob ação de uma pressão interna. Na parte experimental, empregando uma câmara de borracha natural vulcanizada, é definida a posição final de grande deformação e a posição inicial não deformada. Para o cálculo das tensões correspondentes ao estado de grande deformação, a equação da curva é obtida através de um ajustamento pelo Método de Mínimos Quadrados. As tensões são relacionadas com as razões de extensão nas direções principais, obtidas experimentalmente, pela relação não linear desenvolvidas para as cascas por J. E. ADKINS /1/, baseada na função "Energia Potencial" sugerida por MOONEY /2/. Os parâmetros têm um comportamento e uma escala de valores semelhantes ao trabalho de J. E. ADKINS e R. S. RIVLIN /1/.