Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-07-09T13:22:22Z No. of bitstreams: 1 NEYBER FÁDIO CAVALCANTI NASCIMENTO - DISSERTAÇÃO (PPGCEMat) 2016.pdf: 1783822 bytes, checksum: 978c857fd44cc5a5c4f6d54a35a5e8a3 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-09T13:22:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NEYBER FÁDIO CAVALCANTI NASCIMENTO - DISSERTAÇÃO (PPGCEMat) 2016.pdf: 1783822 bytes, checksum: 978c857fd44cc5a5c4f6d54a35a5e8a3 (MD5) Previous issue date: 2016-02-27 / Capes / Devido a suas propriedades reológicas, uma grande quantidade de bentonitas são empregadas como aditivos para tintas como agentes espessantes, estabilizadores e antisedimentantes. Este trabalho teve por objetivo avaliar os efeitos da ativação individual e conjunta por Na2CO3 e MgO nas propriedades reológicas de argilas bentoníticas policatiônicas do estado da Paraíba visando o uso das mesmas como agentes espessantes de tintas de base água.Foram utilizadas argilas bentoníticas policatiônicas do estado da Paraíba das ocorrências de Boa Vista e Cubati, denominadas de Chocolate Boa Vista (CH BV) e Chocolate Campos Novos (CH CN), respectivamente. A caracterização física, química e mineralógica das amostras foi realizada pelos seguintes métodos: análise granulométrica (AG), fluorescência de raios X (EDX), difração de raios X (DRX), capacidade de troca de cátions (CTC), área específica (AE), análise térmica diferencial (ATD) e análise termogravimétrica (ATG). Os percentuais dos aditivos Na2CO3 e MgO foram de 0,0%, 0,5%, 1,0%, 1,5%, 2,0%, 3,0% e 4,0% quando utilizados de forma individual e de 0,5%, 1,0%, 1,5% de MgOe 0,5%, 1,0%, 1,5% de Na2CO3 associados de modo que todas as combinações fossem analisadas.Os resultados obtidos foram comparados com as especificações API e ISO de bentonitas para uso em tintas base água. A ativação apenas com MgO não proporcionou maiores valores de viscosidade às suspensões bentoníticas estudadas. A ativação apenas com Na2CO3, na forma sólida, e com ambos aditivos aumentou a viscosidade das dispersões bentoníticas com argila CH BV e foram observados comportamentos reológicos do tipo pseudoplástico com tensão de escoamentoe tixotrópico. Verificou-se também que as argilasCH BV e CH CN, com ambos aditivos, apresentaram comportamentos pseudoplástico com tensão de escoamentoe tixotrópico. Conclui-se que as bentonitas CH BV e CH CN podem ser utilizadas como espessantes de tintas de base água. / Due to its rheological properties, a large amount of bentonites are used as additives for paints as thickeners, stabilizers and anti-settling. This study aimed to evaluate the effects of individual and joint activation Na2CO3 and MgO in the rheological properties of polycationic bentonite clays of the Paraíba state aimed at using them as thickeners for water-based paints. Polycationic clays were used bentonite state of Paraiba occurrences of Boa Vista and Cubati, called Chocolate Boa Vista (CH BV) and Chocolate Campos Novos (CH CN), respectively. The physical, chemical and mineralogical samples was performed by the following methods: Particle size analysis (GA), X-ray fluorescence XDE), X-ray diffraction (XRD), capacity of cation exchange (CEC), specific area (SA), differential thermal analysis (DTA) and thermal gravimetric analysis (TGA). The percentages of MgO and additives Na2CO3 were 0.0%, 0.5%, 1.0%, 1.5%, 2.0%, 3.0% and 4.0% when used individually, and 0.5%, 1.0%, 1.5% MgO and 0.5%, 1.0%, 1.5% Na2CO3 associated so that all combinations were analyzed. The results obtained were compared with API bentonite and ISO specifications for use in water based paints. Activation only with MgO did not provide higher viscosity values for bentonite suspensions studied. Activation only with Na2CO3, in solid form, and with both additives increased the viscosity of bentonite clay dispersions with CH BV and were observed rheological behavior of the pseudoplastic type with yield stress and thixotropic. It was also found that the clays CH BV and CH CN with both additives, presented pseudoplastic behavior with yield stress and thixotropic. It follows that the bentonite and CH CN CH BV can be used as thickeners in water based paints.

Methylglyoxal (MGO) is a highly reactive dicarbonyl compound, formed as a metabolite from nonenzymatic and enzymatic reactions and is the leading precursor of advanced glycation end products (AGEs). AGEs contribute to ageing, type 2 diabetes mellitus (T2DM), and diabetes-related complications. However, MGO also has beneficial antibacterial activity and is the bioactive ingredient of medicinal honeys such as Manuka. Flavonoids are a group of phytochemicals that are powerful antioxidants. Polyphenols including flavonoids have been reported to trap MGO, forming adducts thereby preventing AGE formation. However, there is little to no information on the effect of adduct formation on the antioxidant properties of flavonoids and the antibacterial activity of MGO. In this study, catechin (CAT), chrysin (CHRY) and naringenin (NAR) at 0.1 mM and mixtures of each flavonoid with MGO (1:1) and (1:2) were evaluated for antioxidant and antibacterial activity. Antioxidant activity/capacity were evaluated with the total polyphenolic content (TPC), total flavonoid content (TFC), Trolox equivalent antioxidant capacity (TEAC) and the oxygen radical absorbent capacity (ORAC) assays. The bovine serum albumin (BSA)/MGO model was used to evaluate the effect on glycation. The 2’, 7’-dichlorofluorescein diacetate (DCFH-DA) assay with the L929 cell line was used to evaluate cellular antioxidant activity. Cytotoxicity was determined in the L929 cell line using the crystal violet (CV) and the 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) tetrazolium (MTT) assays. Escherichia coli (E. coli) and Bacillus subtilis (B. subtilis) were used to determine antibacterial activity using the microbroth-dilution assay and subsequent changes to morphology were evaluated using scanning electron microscopy (SEM). A reduction in antioxidant content was observed for: CHRY (TPC), CAT and NAR (TFC) and in antioxidant activity for: CHRY (TEAC) and CAT (ORAC), when combined with MGO. Overall most of the antioxidant activity of the flavonoids was not affected by the addition of MGO. In the presence of BSA and MGO, all flavonoid:MGO combinations reduced formation of AGEs except NAR in combination with MGO. All flavonoids alone and in combinations did not cause cellular oxidative damage while MGO and AAPH induced increased cellular damage indicating that MGO via AGE formation makes cells more sensitive to the effects of oxidants that form radicals. Only CAT reduced the oxidative effects of MGO/AAPH. For all combinations there was no effect on cell number, although cell viability was significantly reduced for CHRY and its combinations and for NAR and NAR:MGO1. Flavonoids at 0.1 mM CAT, CHRY and NAR had no antibacterial activity against E. coli while inhibition was observed only with NAR against B. subtilis. MGO at 0.1 and 0.2 mM inhibited bacterial growth while in combination the antibacterial activity was significantly reduced. MGO as well as NAR caused major changes to bacteria morphology. In combination, the antibacterial activity of MGO was reduced, and ultrastructure changes associated with toxicity was also observed in most groups. In conclusion, flavonoids do trap MGO and this effect does not significantly alter flavonoid antioxidant activity. However, the antibacterial activity of MGO is reduced. Future studies should focus on the chemistry and the effects involved and should include dosage dependent studies. / Dissertation (MSc)--University of Pretoria, 2019. / Anatomy / MSc / Unrestricted

<P> This thesis is concerned with the investigation of the diffusion controlled reaction between MgO and β-quartz in the temperature range 1200 - 1450 °C in wet and dry atmospheres. The reactions were studied by placing known faces of quartz crystals in direct contact with Mg0 powder, heat treating them, and then investigating the cross sections. The product layer was investigated by both reflected light and thin section metallography, electron - microprobe and X- ray diffraction. Using Wagner's and Schmalzried's ideas on solid state reactions, a theoretical model for the diffusion controlled formation of silicates was developed. With this model, a mechanism for the diffusion controlled formation of forsterite from MgO and β-quartz was advanced. </P> / Thesis / Master of Science (MSc)

Decades  ago,  1  ton  of  steel  required  80  kg  of  refractory  material.  While  the  scenario  has completely changed over the years. Today, 1 ton of steel needs approximately 11 kg of refractory material   depending   on   the   steelworks.   Refractories   are   accustomed   to   high-temperature processes,  for  example,  producing  steel,  glass,  etc.  The amount of  spent  refractories has  also increased  with the increase in demand for its production. For the manufacturing of refractories, there is a tremendous use of virgin raw materials but with the increase in price and reducing raw material   sources,   it  will   be  difficult  to   continue  in  that   way  in  the  future.  While,  the environmental  concerns  in  steel  industries  are  increasing  on  a  rapid  scale  such  as  global environmental pollution, natural  resource conservation, and the most important increase in cost for  landfilling.  Therefore,  achieving  zero  waste  and  proper  usage  of  material  from  spent refractories is necessary for economic and environmental reasons in future. This project work focuses on collecting information regarding the refractory waste management for  aid  towards   more   sustainable  Swedish  steel  industries.  The  project  is  carried  out  in collaboration  with  KTH  Royal  Institute  of  Technology  and  the  Swedish  steel  producers association  Jernkontoret.  This  work  focuses  on  a   survey   of  well-known  Swedish  steel companies Sandvik Materials Technology (SMT) AB and Höganäs AB. The scientific work concentrates on the investigation of MgO-C bricks mixed waste, collected from Mireco AB, up to a grain size of 20 mm. Three samples of varying compositions and different grain sizes were collected  from  the  recycling  site  and  processed  for  carbon  reduction.  On  several  trails,  the maximum  carbon  elimination  was  achieved at a  temperature higher than  800°C with holding time longer than 5h. The fines underwent mechanical pressing of 40 MPa to form pellets of 16 mm and 32 mm in diameter. The main traced elements of MgO, SiO2, CaO, Al2O3  and Fe2O3  can be utilized for applications in the agricultural industry. MgO is present in the maximum quantity (70-80%).  By  possible  extraction  of  MgO  from  the  fines  can  be  employed  in  the  crucible industry,  construction industry  and steel  industry for slag  formation. The MgO  in the form of supplements for magnesium deficient soils or calcium magnesium oxide for neutralizing the pH of  the  soil  by  balancing  the  acidity  can  be  employed.  The  compatibility of the  fines can be helpful  to  resolve  transportation  issues and benefit  convenient addition to processes. Overall, this  work  brings  to  the  fore  a  high  potential  for  using  such  waste  refractory  materials  forapplications besides landfilling with an emphasis on agriculture. / För decennier sedan krävde 1 ton stål 80 kg eldfast material. Medan scenariot har förändrats helt genom åren. Idag behöver 1 ton stål cirka 11 kg eldfast material beroende på stålverk. Eldfasta produkter är vana vid högtemperaturprocesser, till exempel produktion av stål, glas etc. Mängden förbrukade  eldfasta  produkter  har  också  ökat  med  ökad  efterfrågan  på  dess  produktion.  För tillverkning av eldfasta produkter finns det en enorm användning av jungfruliga råvaror men med prisökningen  och  minskade  råvarukällor  blir  det  svårt  att  fortsätta  på  det  sättet  i  framtiden. Medan  miljöproblemen  inom  stålindustrin  ökar  i  snabb  skala,  såsom  global  miljöförorening, bevarande av naturresurser och den viktigaste ökningen av kostnaderna för deponering. Därför är det  nödvändigt  att  i  framtiden  uppnå  noll  slöseri  och  korrekt  användning  av  material  från förbrukade eldfasta anläggningar av ekonomiska och miljömässiga skäl. Detta projektarbete fokuserar på att samla in information om eldfast avfallshantering för stöd till mer  hållbar  svensk  stålindustri.  Projektet  genomförs i samarbete  med KTH Royal  Institute of Technology och den svenska stålproducentföreningen Jernkontoret. Detta arbete fokuserar på en undersökning  av  välkända  svenska  stålföretag  Sandvik  Materials  Technology (SMT) AB  och Höganäs AB. Det vetenskapliga arbetet koncentrerar sig på undersökningen av blandat avfall av MgO-C-tegel,  samlat  från Mireco  AB, upp till en kornstorlek på 20 mm. Tre prover med olika kompositioner  och  olika  kornstorlekar  samlades  från  återvinningsstället  och  bearbetades  för kolreduktion. På flera stigar uppnåddes den maximala kolelimineringen vid en temperatur högre än 800 ° C  med en hålltid  längre än 5 timmar.  Böterna  genomgick mekanisk  pressning av 40 MPa  för att bilda pellets med 16 mm och 32 mm i diameter. De viktigaste spårade elementen i MgO,  SiO2,  CaO,  Al2O3 och Fe2O3  kan användas för applikationer inom jordbruksindustrin. MgO finns i den maximala kvantiteten (70-80%). Genom möjlig utvinning av MgO från böterna kan användas i degelindustrin, byggindustrin och stålindustrin för slaggbildning. MgO i form av tillskott  för  magnesiumbristjord  eller kalciummagnesiumoxid för neutralisering av jordens pH genom balansering  av surheten  kan användas. Böternas kompatibilitet kan vara till hjälp för att lösa transportproblem och gynna praktiska tillägg till processer. Sammantaget ger detta arbete en hög   potential   för   att   använda   sådana   eldfasta   avfallsmaterial   för   applikationer   förutomdeponering med tonvikt på jordbruk

A lower-alkalinity cement based on MgO and SiO2 blends is analysed to develop clinker-free Fibre Reinforced Cementitious Composites (FRCC) with cellulosic fibres in order to solve the durability problems of this type of fibres when used in FRCC with Portland cement. Hydration evolution from 7 to 28 days of different MgO-SiO2 formulations is assessed. The main hydration products are Mg(OH)2 and M-S-H gels for all the formulations studied regardless of age. Hardened pastes are obtained with pH values &lt; 11 and good mechanical properties compared to conventional Portland cement. 60% MgO-40% SiO2 system is chosen as optimal for the development FRCC since is the most mechanical resistant and is less alkaline compared with 70% MgO-30% SiO2. FRCC based on magnesium oxide and silica (MgO-SiO2) cement with cellulose fibres are produced to study the durability of lignocellulosic fibres in a lower pH environment than the ordinary Portland cement (PC). Flexural performance and physical tests (apparent porosity, bulk density and water absorption) of samples at 28 days and after 200 accelerated ageing cycles (aac) are compared. Two types of vegetable fibres are utilised: eucalyptus and pine pulps. MgO-SiO2 cement preserves cellulosic fibres integrity after ageing, so composites made out of MgO-SiO2 exhibit significant higher performance after 200 cycles of accelerated ageing than Portland cement composites. High CO2 concentration environment is evaluated as a curing treatment in order to optimise MgO- SiO2 matrices in FRCC. Samples are cured under two different conditions: 1) steam water curing at 55°C and 2) a complementary high CO2 concentration (20% by volume). In carbonated samples, Mg(OH)2 content is clearly lowered while new crystals of hydromagnesite [Mg5 (CO3)4&sdot;(OH) 2&sdot;4H2O] are produced. After carbonation, M-S-H gel content is also reduced, suggesting that this phase is also carbonated. Carbonation affects positively to the composite mechanical strength and physical properties with no deleterious effects after ageing since it increases matrix rigidity. The addition of sepiolite in FRCC is studied as a possible additive constituent of the binding matrix. Small cement replacement (1 and 2% wt.) by sepiolite is introduced and studied in hardened cement pastes and, later, in FRCC systems. When used only in cement pastes, it improves Dynamic Modulus of Elasticity over time. Bending tests prove the outcome of this additive on the mechanical performance of the composite: it improves composite homogeneity. Ageing effects are reported after embedding sisal fibres in MgO-SiO2 and PC systems and submitting them to different ageing conditions. This comparative study of fibre degradation applied in different cementitious matrices reveals the real compatibility of lignocellulosic fibres and Mg-based cements. Sisal fibres, even after accelerated ageing, do neither suffer a significant reduction in cellulose content nor in cellulose crystallinity and crystallite size, when exposed to MgO-SiO2 cement. Fibre integrity is preserved and no deposition of cement phases is produced in MgO-SiO2 environment. / Um cimento de baixa alcalinidade à base de blendas de MgO e SiO2 é analisado para o desenvolvimento de Compósitos Cimentícios Reforçados com Fibras (CCRF) celulósicas sem clínquer para resolver os problemas de durabilidade de este tipo de fibras quando são usadas em CCRF com cimento Portland. A evolução da hidratação, desde 7 aos 28 dias, das diferentes formulações é avaliada. Os principais produtos hidratados são o Mg(OH)2 e o gel M-S-H para todas as formulações independentemente da idade estudada. As pastas endurecidas apresentam valores de pH &lt; 11 e bom desempenho mecânico comparado com o cimento Portland convencional. O sistema 60% MgO-40% SiO2 é escolhido como a formulação ótima para o desenvolvimento de CCRF já que é a mais resistente e menos alcalina comparada com 70% MgO-30% SiO2. CCRF com cimento à base de óxido de magnésio e sílica (MgO-SiO2) e fibras celulósicas são produzidos para a análise da durabilidade das fibras lignocelulósicas em ambientes com valores de pH mais baixos comparados com o cimento Portland (PC). O desempenho mecânico a flexão e os ensaios físicos (porosidade aparente, densidade aparente e absorção de água) são comparados aos 28 dias e após de 200 ciclos de envelhecimento acelerado. O cimento à base de MgO-SiO2 preserva a integridade das fibras após o envelhecimento. Os compósitos produzidos com este cimento exibem melhores propriedades após 200 ciclos de envelhecimento acelerado que os compósitos produzidos com cimento Portland. Ambientes com alta concentração de CO2 são avaliados como tratamento de cura para otimizar as matrizes MgO- SiO2 nos CCRF. As amostras são curadas sob 2 condições diferençadas: 1) cura com vapor de água a 55oC e 2) cura com alta concentração de CO2 (20% do volume). As amostras carbonatadas apresentam teores reduzidos de Mg(OH)2 enquanto é produzida uma nova fase cristalina: hidromagnesita [Mg5 (CO3)4&sdot;(OH) 2&sdot;4H2O]. Após a carbonatação, o conteúdo de gel M-S-H é reduzido também, indicando uma carbonatação desta fase. A carbonatação aumenta a rigidez da matriz o que influi positivamente no desempenho mecânico e as propriedades físicas dos compósitos sem efeitos prejudiciais ao longo prazo. A adição de sepiolita em CCRF é estudada como possível adição na composição da matriz aglomerante. Baixos teores (1 e 2% em massa) de cimento são substituídos por sepiolita para o estudo das pastas de cimento hidratado e, posteriormente, dos compósitos. O Módulo Elástico Dinâmico das pastas é incrementado com o tempo pela adição de sepiolita. Os ensaios a flexão demostram que a adição de sepiolita melhora a homogeneidade dos compósitos. Reportam-se os efeitos das fibras de sisal após da exposição a sistemas MgO-SiO2 e PC e submetidas a diferentes condições de envelhecimento. Este estudo comparativo da degradação das fibras expostas a diferentes matrizes cimentícias mostra a compatibilidade das fibras lignocelulósicas com os cimentos à base de Mg. As fibras de sisal, inclusive após o envelhecimento acelerado, não apresentam nem redução significativa no conteúdo de celulose nem na cristalinidade da celulose assim como do tamanho de cristalito, quando expostas a cimentos MgO-SiO2.

Submitted by Cláudia Bueno (claudiamoura18@gmail.com) on 2016-02-04T13:32:20Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Regiane Lopes dos Santos - 2010.pdf: 2296508 bytes, checksum: 8c7da40e51ba04f72f1319279074de08 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-02-11T11:27:11Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Regiane Lopes dos Santos - 2010.pdf: 2296508 bytes, checksum: 8c7da40e51ba04f72f1319279074de08 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-11T11:27:12Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Regiane Lopes dos Santos - 2010.pdf: 2296508 bytes, checksum: 8c7da40e51ba04f72f1319279074de08 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2010-10-01 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Potassium tetratitanate (K2Ti4O9) and sodium trititanate (Na2Ti3O7) were synthesized by solid state reaction at 800°C and wet impregnated using Mg2+/La3+ or nanoparticles of MgO/La2O3 varying ion/oxide content in 1, 5 or 10% of matrix weight. MgO and La2O3 synthesized by precipitation method and their mean crystallite size calculated in 11 nm and 72 nm, respectively. Synthesized materials were characterized by X ray diffractometry, termogravimetry, N2 adsorption, mid-infrared spectroscopy, transmission electron microscopy and they were applied on transesterification reactions using mixtures of methyl acetate/ethanol and ethyl acetate/methanol. Interlayer distance calculated for solids is about 8 Å. Impregnation of ion/oxide in matrices K2Ti4O9 and Na2Ti3O7 produced structural changes like loss of crystallinity for some of them including peak broadening or disappearing. All synthesized materials, after burning in an atmosphere of N2 (g), lost mass related to the exit of surface water and interlamellar water. Materials showed low surface area, with values below 5 m2/g. In general, powder utilized had conversion rates between 10 and 80%. Emphasis should be given to pure matrices which presented conversions rates equal or higher than impregnated powders, and the use of matrix K2Ti4O9 led to better results. Among the oxides chosen for impregnation, higher efficiency was observed for MgO. Some powders were reused for the same reactions and its activity decreased in each reaction cycle. Reaction mixture analysis after reuse tests to K2Ti4O9 revealed partial leaching of K+ ions, however XRD patterns profile analysis did not show structural changes occurrence. A proposal to explain layered titanate activity on transesterification reactions is made based on acid-base properties of layers and output of K+ from interlamellar area. / Tetratitanato de potássio (K2Ti4O9) e trititanato de sódio (Na2Ti3O7) foram sintetizados por meio de síntese no estado sólido a 800°C, impregnados por via úmida utilizando Mg2+/La3+ ou nanopartículas de MgO/La2O3 variando o teor do íon/óxido em 1, 5 ou 10% em relação à massa da matriz. MgO e La2O3 foram sintetizados por precipitação e tiveram seu diâmetro médio de cristalito calculados em 11 nm e 72 nm, respectivamente. Os materiais sintetizados foram caracterizados por difratometria de raios X, termogravimetria, fisissorção de N2(g), espectroscopia na região do infravermelho médio, microscopia eletrônica de transmissão e foram aplicados em reações de transesterificação utilizando misturas reacionais acetato de metila/etanol e acetato de etila/metanol. A distância interlamelar calculada para os sólidos é da ordem de 8 Å. A impregnação dos íons/óxidos nas matrizes K2Ti4O9 e Na2Ti3O7 produziu mudanças estruturais incluindo perda de cristalinidade para algumas delas incluindo alargamento ou desaparecimento de picos. Todos os materiais sintetizados, após queima sob atmosfera de N2(g), perderam massa relativa à saída de água superficial e água interlamelar. Os materiais apresentaram baixa área superficial, com valores abaixo de 5 m2/g. De um modo geral, os pós utilizados tiveram taxas de conversão entre 10 e 80%. Destaque deve ser dado às matrizes puras que apresentaram taxas de conversão iguais ou superiores aos pós impregnados, sendo que o uso da matriz K2Ti4O9 levou aos melhores resultados. Dentre os óxidos escolhidos para a impregnação, a eficiência maior foi observada para MgO. Alguns pós foram reutilizados para as mesmas reações e a atividade diminuiu a cada ciclo de reação. A análise da mistura reacional após os testes de reuso para a matriz K2Ti4O9 revelou lixiviação parcial de íons K+, entretanto a análise do perfil dos padrões de DRX dos pós após reuso não revelou a ocorrência de mudanças estruturais. Uma proposta para explicar a atividade dos titanatos lamelares nas reações de transesterificação é feita baseando-se nas propriedades ácido-base das lamelas e na saída de íons K+ da região interlamelar.

Materiais biocerâmicos são constituídos por elementos encontrados normalmente no organismo e por esse motivo são empregados na área médica, principalmente para a fabricação de implantes dentários e aplicação ortopédica. A partir do tipo de ligação realizada com o organismo, o biocerâmico é classificado em inerte, reabsorvível e bioativo, sendo esse último dividido em vidro bioativo, hidroxiapatita e vitrocerâmico. O material vitrocerâmico exibe propriedades únicas devido a sua microestrutura específica, variedade de composições e propriedades mecânicas adequadas. Entre as possíveis composições, o sistema CaO-MgO-SiO2 exibe bioatividade devido a concentração de cálcio e silício que podem estimular os genes responsáveis pela proliferação de osteoblastos. A presença de magnésio eleva as propriedades mecânicas e a osteointegração devido a interações na superfície da cerâmica com os osteoblastos, possibilitando a formação de hidroxiapatita (HA) e consequentemente ligações diretas com o tecido vivo. Para este trabalho foram realizadas sínteses empregando sol-gel combinado com coprecipitação e sol-gel convencional, para comparação dos produtos obtidos. Os pós cerâmicos sintetizados foram caracterizados por DRX, MEV, BET e as cerâmicas foram testadas para determinação de bioatividade e citotoxicidade in vitro. A formação de HA na superfície das cerâmicas confirmou a bioatividade e observou-se que as amostras não são citotóxicas. Portanto, pôde-se concluir que a partir das metodologias aplicadas foi possível sintetizar pós cerâmicos que exibiram propriedades semelhantes, com potencial aplicação na área médica. / Bioceramic materials are constituted by elements normally found in the body and are therefore used in the medical field, mainly for the manufacture of dental implants and orthopedic application. From the type of binding performed with the organism, the bioceramic is classified as inert, resorbable and bioactive, the latter being divided into bioactive glass, hydroxyapatite and glass-ceramic. The glassceramic material exhibits unique properties due to its specific microstructure, variety of compositions and suitable mechanical properties. Among the possible compositions, the CaO-MgO-SiO2 system exhibits bioactivity due to the concentration of calcium and silicon that can stimulate the genes responsible for the proliferation of osteoblasts. The presence of magnesium increases the mechanical properties and the osseointegration due to interactions on the surface of the ceramic with the osteoblasts, allowing the formation of hydroxyapatite (HA) and consequently direct connections with the living tissue. In this work, syntheses were performed using sol-gel combined with coprecipitation and conventional sol-gel methods for comparison of the obtained products. The synthesized ceramic powders were characterized by XRD, SEM and BET, and the ceramics were submitted for tests of in vitro bioactivity and cytotoxicity. The formation of HA on the surface of the ceramics confirmed the bioactivity and no cytotoxicity was observed in the samples. Therefore, it was possible to conclude that using proposed methodologies it was possible to synthesize ceramic powders that exhibited similar properties, with potential application in the medical area.

Em virtude da demanda cada vez maior por materiais de alta qualidade, o avanço das tecnologias aplicadas na produção de aço vem acompanhado pelo avanço na fabricação de revestimentos refratários de alto desempenho e que atendam às solicitações de processo sem interferir nas propriedades finais do material produzido. Os refratários de magnésia-carbono são atualmente os materiais mais utilizados em equipamentos siderúrgicos tanto de transporte como de refino do aço, sendo de extrema importância o conhecimento da qualidade das matérias primas utilizadas na confecção destes materiais. O presente trabalho tem como objetivo estudar como ocorre a corrosão da magnésia (eletrofundida e sinterizada) por escória de aciaria LD em ensaios de corrosão estáticos (cup-test) porém com algumas modificações ao ensaio convencional, chamado assim de cup-test modificado. A magnésia foi caracterizada por ensaios de caracterização química (fluorescência de raios X), mineralógica (difratometria de raios X) e microestrutural (microscopia eletrônica de varredura com análise da energia dispersiva de raios X). A análise química mostrou que as principais impurezas do material eram de cálcia (CaO) e sílica (SiO2) e a análise microestrutural mostrou que estas impurezas se concentram nos contornos de grão dos agregados eletrofundidos e dispersos por todo o material nos sinterizados, sendo encontrado apenas periclásio como fase mineralógica. Os maiores tamanhos médios de grãos foram encontrados na amostra ME3 e os menores na ME1. A escória utilizada é proveniente do conversor (BOF), com alta concentração de FeO. As análises após os ensaios de cup-test modificado mostraram que o ataque aos agregados se deu principalmente pela infiltração de fases contendo ferro pelos contornos de grão, arrastando-os para o banho e dissolvendo o MgO na escória. Dentre os eletrofundidos, podemos estimar a ordem de desempenho da seguinte maneira: ME3>ME2>ME1. Considerando os sinterizados, a ordem de desempenho é tal que: MS3>MS1>MS2. / High quality materials are increasingly desired by consumers, and advances in technologies of steelmaking processes are closely linked to manufacturing suitable high performance refractories which do not interfere in the final properties of materials produced. Magnesia-carbon refractories are widely used in several steelmaking plants, both for transportation and refining processes which makes the knowledge of the quality of raw materials is essential for manufacturing high quality refractories. In this work, the approach is the study of how the corrosion behavior of magnesia aggregates (sinterized and electrofused) by LD steelmaking slag occurs using a modified crucible testing. The magnesia aggregates were characterized by X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The XRF analysis shows that the main impurities of magnesia grains is CaO and SiO2 and the SEM analysis showed their impurities are concentrate on grain boundary in electrofused magnesia, while it is found throughout the sinterized magnesia aggregates. The major phase found both magnesia aggregates is periclase. The largest grain sizes were found in ME3 samples, while the smaller sizes in ME1. The slag used comes from converter (BOF) and has high concentration of FeO. The corrosion tests showed that the attack on magnesia aggregates occurred, mainly by the infiltrating of iron compounds in the grain boundary, dragging the grains to the bath and dissolving them into slag. Among the electrofused, the performance could be estimated in ME3>ME2>ME1. The performance for sinterized would be as follows MS3>MS1>MS2.

A lower-alkalinity cement based on MgO and SiO2 blends is analysed to develop clinker-free Fibre Reinforced Cementitious Composites (FRCC) with cellulosic fibres in order to solve the durability problems of this type of fibres when used in FRCC with Portland cement. Hydration evolution from 7 to 28 days of different MgO-SiO2 formulations is assessed. The main hydration products are Mg(OH)2 and M-S-H gels for all the formulations studied regardless of age. Hardened pastes are obtained with pH values &lt; 11 and good mechanical properties compared to conventional Portland cement. 60% MgO-40% SiO2 system is chosen as optimal for the development FRCC since is the most mechanical resistant and is less alkaline compared with 70% MgO-30% SiO2. FRCC based on magnesium oxide and silica (MgO-SiO2) cement with cellulose fibres are produced to study the durability of lignocellulosic fibres in a lower pH environment than the ordinary Portland cement (PC). Flexural performance and physical tests (apparent porosity, bulk density and water absorption) of samples at 28 days and after 200 accelerated ageing cycles (aac) are compared. Two types of vegetable fibres are utilised: eucalyptus and pine pulps. MgO-SiO2 cement preserves cellulosic fibres integrity after ageing, so composites made out of MgO-SiO2 exhibit significant higher performance after 200 cycles of accelerated ageing than Portland cement composites. High CO2 concentration environment is evaluated as a curing treatment in order to optimise MgO- SiO2 matrices in FRCC. Samples are cured under two different conditions: 1) steam water curing at 55°C and 2) a complementary high CO2 concentration (20% by volume). In carbonated samples, Mg(OH)2 content is clearly lowered while new crystals of hydromagnesite [Mg5 (CO3)4&sdot;(OH) 2&sdot;4H2O] are produced. After carbonation, M-S-H gel content is also reduced, suggesting that this phase is also carbonated. Carbonation affects positively to the composite mechanical strength and physical properties with no deleterious effects after ageing since it increases matrix rigidity. The addition of sepiolite in FRCC is studied as a possible additive constituent of the binding matrix. Small cement replacement (1 and 2% wt.) by sepiolite is introduced and studied in hardened cement pastes and, later, in FRCC systems. When used only in cement pastes, it improves Dynamic Modulus of Elasticity over time. Bending tests prove the outcome of this additive on the mechanical performance of the composite: it improves composite homogeneity. Ageing effects are reported after embedding sisal fibres in MgO-SiO2 and PC systems and submitting them to different ageing conditions. This comparative study of fibre degradation applied in different cementitious matrices reveals the real compatibility of lignocellulosic fibres and Mg-based cements. Sisal fibres, even after accelerated ageing, do neither suffer a significant reduction in cellulose content nor in cellulose crystallinity and crystallite size, when exposed to MgO-SiO2 cement. Fibre integrity is preserved and no deposition of cement phases is produced in MgO-SiO2 environment. / Um cimento de baixa alcalinidade à base de blendas de MgO e SiO2 é analisado para o desenvolvimento de Compósitos Cimentícios Reforçados com Fibras (CCRF) celulósicas sem clínquer para resolver os problemas de durabilidade de este tipo de fibras quando são usadas em CCRF com cimento Portland. A evolução da hidratação, desde 7 aos 28 dias, das diferentes formulações é avaliada. Os principais produtos hidratados são o Mg(OH)2 e o gel M-S-H para todas as formulações independentemente da idade estudada. As pastas endurecidas apresentam valores de pH &lt; 11 e bom desempenho mecânico comparado com o cimento Portland convencional. O sistema 60% MgO-40% SiO2 é escolhido como a formulação ótima para o desenvolvimento de CCRF já que é a mais resistente e menos alcalina comparada com 70% MgO-30% SiO2. CCRF com cimento à base de óxido de magnésio e sílica (MgO-SiO2) e fibras celulósicas são produzidos para a análise da durabilidade das fibras lignocelulósicas em ambientes com valores de pH mais baixos comparados com o cimento Portland (PC). O desempenho mecânico a flexão e os ensaios físicos (porosidade aparente, densidade aparente e absorção de água) são comparados aos 28 dias e após de 200 ciclos de envelhecimento acelerado. O cimento à base de MgO-SiO2 preserva a integridade das fibras após o envelhecimento. Os compósitos produzidos com este cimento exibem melhores propriedades após 200 ciclos de envelhecimento acelerado que os compósitos produzidos com cimento Portland. Ambientes com alta concentração de CO2 são avaliados como tratamento de cura para otimizar as matrizes MgO- SiO2 nos CCRF. As amostras são curadas sob 2 condições diferençadas: 1) cura com vapor de água a 55oC e 2) cura com alta concentração de CO2 (20% do volume). As amostras carbonatadas apresentam teores reduzidos de Mg(OH)2 enquanto é produzida uma nova fase cristalina: hidromagnesita [Mg5 (CO3)4&sdot;(OH) 2&sdot;4H2O]. Após a carbonatação, o conteúdo de gel M-S-H é reduzido também, indicando uma carbonatação desta fase. A carbonatação aumenta a rigidez da matriz o que influi positivamente no desempenho mecânico e as propriedades físicas dos compósitos sem efeitos prejudiciais ao longo prazo. A adição de sepiolita em CCRF é estudada como possível adição na composição da matriz aglomerante. Baixos teores (1 e 2% em massa) de cimento são substituídos por sepiolita para o estudo das pastas de cimento hidratado e, posteriormente, dos compósitos. O Módulo Elástico Dinâmico das pastas é incrementado com o tempo pela adição de sepiolita. Os ensaios a flexão demostram que a adição de sepiolita melhora a homogeneidade dos compósitos. Reportam-se os efeitos das fibras de sisal após da exposição a sistemas MgO-SiO2 e PC e submetidas a diferentes condições de envelhecimento. Este estudo comparativo da degradação das fibras expostas a diferentes matrizes cimentícias mostra a compatibilidade das fibras lignocelulósicas com os cimentos à base de Mg. As fibras de sisal, inclusive após o envelhecimento acelerado, não apresentam nem redução significativa no conteúdo de celulose nem na cristalinidade da celulose assim como do tamanho de cristalito, quando expostas a cimentos MgO-SiO2.

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Neste trabalho, a hidrólise de um composto organofosforado tipo-VX (metilfosfonotioato de O,S-dimetila, DMPT) pela quimissorção dissociativa na superfície de MgO(001) foi estudada pela teoria do funcional da densidade com condições de contorno periódicas. Um mecanismo de degradação que envolve as reações das moléculas de DMPT e de água foi proposto e investigado em dois tipos de modelos de superfície de MgO(001): terraço e dopada com Al. Conformações, diferenças de energia livre, estados de transição e barreiras de reação foram calculados. Inicialmente, foi verificado que apenas a ligação neurotóxica P-S é quebrada na hidrólise do composto DMPT, que pode ocorrer espontaneamente em todo o intervalo de temperatura analisado (100-600 K). Na quimissorção dissociativa da molécula de DMPT, a formação do intermediário MgO:[PO(CH3)(OCH3)]+[SCH3]− é termodinamicamente menos estável que os produtos de hidrólise a partir da temperatura de aproximadamente 335 K para a superfície dopada com Al, que é muito menor que o mesmo processo calculado no terraço (a partir de 500 K). De acordo com a análise de barreira reacional, a possível reconstituição da ligação P-S não ocorre em ambos modelos de superfície de MgO(001) analisados. Contudo, a barreira de energia eletrônica para a reação de dissociação na superfície dopada com Al é cerca de 49,0 kJ/mol menor do que no terraço. Simultaneamente, o processo de formação dos íons H+ e OH- no terraço de MgO(001) é relevante como a etapa inicial de hidroxilação dessa superfície e faz parte do mecanismo de hidrólise catalisada do composto DMPT. A adsorção de uma, duas e três moléculas de água foram obtidas apenas sobre o terraço de MgO(001), pois sabe-se que as moléculas de água são dissociadas espontaneamente em defeitos pontuais. A variação da energia livre de Gibbs para os processos de adsorção e dissociação foi calculada no intervalo de temperatura de 100-600 K. Os resultados termodinâmicos mostraram que a adsorção de uma única molécula de água não conduz à dissociação. Para o dímero e trímero de moléculas de água, uma molécula se dissocia enquanto que as outras moléculas co-adsorvidas estabilizam as espécies iônicas H+ e OH- sobre a superfície. Nos dois casos, os produtos de dissociação na superfície convergiram para a formação de ligações de hidrogênio entre a hidroxila formada e as moléculas de água. Como consequência dessas interações, a superfície protonada coexiste com os íons hidroxila adsorvidos. As barreiras de energia eletrônica não são grandes o suficiente para desfavorecer a dissociação parcial de duas (23,2 kJ/mol) e três (24,9 kJ/mol) moléculas de água, porque elas seriam facilmente superadas. Portanto, a etapa inicial para a hidrólise no terraço de MgO(001) começa a partir de duas moléculas de água, mas o produto dissociado é mais estável quando existem três moléculas de água quimissorvidas. Em relação à migração dos íons H+ e OH- após a dissociação, as barreiras de energia eletrônica calculadas mostraram que esse processo na superfície de MgO(001) é desfavorável. Assim, os processos de dissociação das moléculas de DMPT e H2O na superfície de MgO(001) devem acontecer em regiões próximas para facilitar a etapa seguinte do mecanismo de reação proposto, que é a recombinação iônica de [PO(CH3)(OCH3)]+, [SCH3]-, HO- e H+ para a subsequente formação dos produtos P1 [HOPO(CH3)(OCH3)] e P2 [HSCH3]. Os produtos P1 e P2 não se acumulam sobre a superfície dopada com Al porque estas moléculas são dessorvidas. Portanto, se comparado com a reação de hidrólise do composto de DMPT, 335 K é uma temperatura ideal a fim de se evitar a acumulação dos produtos sobre os defeitos pontuais analisados, com a consequente dessorção espontânea de P1 e P2 e a reconstituição do MgO na etapa final do processo catalítico. No entanto, os sítios do terraço também podem participar do mecanismo de hidrólise catalisada do composto DMPT a partir de 500 K. Neste trabalho, a superfície de MgO(001) atua como um possível catalisador para a degradação do agente VX, mas com uma maior seletividade dos sítios dopados com Al do que os sítios do terraço. Da mesma forma, estes resultados têm uma variedade de importantes aplicações, bem como uma referência para posteriores estudos da reação do composto VX na superfície de MgO(001) com outros tipos de defeitos ou superfícies. Assim, esses resultados contribuem cientificamente para a área de catálise e superfícies de óxidos na desativação química de agentes neurotóxicos, especialmente os agentes tipo-V. Além disso, o presente trabalho permitirá o desenvolvimento de novas tecnologias para a defesa nacional, a fim de permitir a degradação química desses tipos de compostos sem afetar o meio ambiente. / The VX agent, O-ethyl S-(2-diisopropylethylamino)ethyl methylphosphonothioate, is one of the main neurotoxic agents, thus the search for ways to degrate it is considerably important. In this work, the hydrolysis of a VX-like organophosphorus compound (O,S-dimethyl methylphosphonothioate, DMPT) by the dissociative chemisorption on the MgO(001) surface was studied by density-functional theory using periodic boundary conditions. A degradation mechanism involving the reactions of the DMPT and water molecules was proposed and investigated on two types of MgO(001) surfaces: terrace and Al-doped. Conformations, free energy differences, transition states e reaction barriers were calculated. Firstly, it was verified that only the P-S neurotoxic bond breaks in the hydrolysis of the DMPT compound, which can occur spontaneously throughout the analyzed temperature range (100-600 K). In the dissociative chemisorption of the DMPT molecule, the formation of intermediate MgO:[PO(CH3) (OCH3)]+[SCH3]− is thermodynamically fewer stable than the hydrolysis products from the temperature of about 335 K for the Al-doped surface, which is less than the same process calculated on the surface without defects (from 500 K). According to a reactional barrier analysis, the possible reconstitution of the P-S bond does not occur on both cases of analyzed MgO(001) surface models. However, the electronic energy barrier for the dissociation reaction on the Al-doped sites is about 49.0 kJ/mol less than the one on the terrace. At the same time, the process of the formation of H+ and OH− ions on the MgO(001) terrace is relevant as the hydroxylation initial step of this surface and it is part of the catalyzed hydrolysis mechanism of the DMPT compound. The adsorption of one, two and three water molecules were only obtained on the MgO(001) terrace because it is known that water molecules are dissociated spontaneously on point defects. The variation of the Gibbs free energy for the adsorption and dissociation processes was calculated in the 100-600 K temperature range. The thermodinamic results showed that the adsorption of a single water molecule does not lead to dissociation. For the dimer and trimer of water molecules, one molecule dissociates while the others co-adsorbed stabilize the H+ and HO− ionic species on the surface. In the two cases, the dissociation products on the surface converged for the formation of hydrogen bonds among the formed hydroxyl and water molecules. As a consequence of these interactions, the protonated surface coexists with the adsorbed hydroxyl ions. The electronic energy barriers are not large enough to forbid the partial dissociation of two (23.2 kJ/mol) and three (24.9 kJ/mol) water molecules because they would be easily surmounted. Therefore, the initial step for the hydrolysis on the MgO terrace starts from two water molecules, but the dissociated product is more stable when there are three water molecules III chemisorbed. Regarding the migration of the H+ and HO− ions after the dissociation, the calculated electronic energy barriers showed that this process on the MgO(001) surface is unfavorable. Thus, the dissociation processes of the DMPT and H2O molecules on the MgO(001) surface should happen in close regions to facilitate the next step of the proposed reaction mechanism, which is the ionic recombination of [PO(CH3)(OCH3)]+, [SCH3]-, HO- and H+ for the subsequent formation of the P1 [HOPO(CH3)(OCH3)] and P2 [HSCH3] products. The products P1 and P2 did not accumulate on the Al-doped surface because these molecules are desorbed from 197 K. Therefore, if compared to the hydrolysis reaction, 335 K is an ideal temperature to avoid the accumulation of the products on the analyzed point defects, with the consequent spontaneous desorption of P1 and P2 and the MgO reconstitution in the final step of the catalytic process. However, the sites of the terrace can also participate of the DMPT catalyzed hydrolysis mechanism from 500 K. In this work, the MgO(001) surface works as a catalyst for the degradation of VX agent, but with higher selectivity of the Al-doped sites than that of the terrace sites. In the same way, these results have an important variety of applications, as well as reference for further studies of the VX compound reaction on the MgO(001) surface with other kinds of defects or other surfaces. Thus, these results scientifically contribute to the area of catalysis and oxide surfaces in the chemical deactivation of neurotoxic agents, especially the V-type agents. Furthermore, this work will enable the development of new technologies for national defense in order to enable the chemical degradation of these types of compounds without affecting the environment.