[pt] Nesta tese de doutoramento apresentamos a fabricação e a caracterização de dispositivos fotovoltaicos orgânicos (OPVs) fabricados a partir de eletrodos de grafeno e de substratos híbridos flexíveis à base de polímeros recobertos com um filme fino condutor. Para isso, inicialmente sintetizamos filmes de grafeno através da técnica de deposição química em fase de vapor (CVD), seguido de modificações no processo de transferência do grafeno para o substrato desejado. Nesta etapa, desenvolvemos uma nova metodologia utilizando uma blenda condutora de EPDM-PAni que simplifica o processo de transferência e melhora as propriedades elétricas do grafeno. Em outro momento, otimizamos diferentes substratos híbridos à base de polímeros de PVC, PVA e celulose bacteriana (BC) recobertos com um filme fino condutor de ITO. Tanto os substratos híbridos flexíveis, quanto os filmes de grafeno, foram investigados por transmitância ótica e resistência de folha a fim de avaliar os seus potenciais uso para as aplicações em OPVs. Por fim, fabricamos diversas estruturas de OPVs, tanto com o grafeno como eletrodo condutor, quanto usando os substratos híbridos flexíveis. Estes dispositivos foram caracterizados principalmente através das suas curvas características JxV, no escuro e sob iluminação. Além disso, realizamos ciclos de flexão/extensão de alguns dispositivos a fim de avaliar seu comportamento frente aos esforços mecânicos a estes submetidos. Os resultados obtidos mostraram que os filmes de grafeno fabricados são promissores para a aplicação como eletrodo condutor transparente em OPVs e que os substratos híbridos investigados podem ser utilizados em dispositivos flexíveis, visto que apresentaram comportamento semelhante aos substratos inorgânicos comumente utilizados. / [en] In this doctoral thesis we present the fabrication and characterization of organic photovoltaic devices (OPVs) assembled onto graphene electrodes and flexible hybrid polymers-based substrates coated with a conductive thin film. For this, initially the graphene films were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) technique, followed by modifications in the transfer process of the graphene to the desired substrate. In this step, we developed a new methodology using an EPDM-PAni conductive blend that simplifies the transfer process and improves the electric properties of graphene. We also used another approach which consists in optimizing different hybrid substrates based on PVC, PVA and bacterial cellulose (BC) polymers coated with an ITO conductive thin film. The flexible hybrid substrates as well as the graphene films were investigated by optical transmittance and sheet resistance in order to evaluate their potential use for OPVs applications. Finally, we fabricate various structures of OPVs, using graphene as a conducting electrode, well as using flexible hybrid substrates. Such devices were characterized mainly through their dark and light J×V characteristic curves. In addition, we performed flexion/extension cycles in some devices in order to evaluate their behavior against the mechanical stresses submitted to them. The results showed that the graphene films are a promising material for the application as a transparent conductive electrode in OPVs and the hybrid substrates investigated can be used in flexible devices, since they presented similar behavior to the commonly used inorganic substrates.

Orientador: Prof. Dr. Wendel Andrade Alves / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2016. / O consumo de produtos eletrônicos pela sociedade provoca forte impacto ambiental no momento de descartar tais eletrônicos. Neste contexto, a busca por materiais ambientalmente amigáveis está alinhada às necessidades de nosso tempo. Nanoestruturas peptídicas derivadas de aminoácidos naturais possuem grande potencial para a fabricação de uma nova geração de dispositivos biodegradáveis, utilizando a rota de síntese de baixo para cima, sem a necessidade de caros processos litográficos. Neste trabalho, nanomateriais peptídicos foram utilizados tanto em sua forma pura quanto modificados com polímeros para a criação de dispositivos eletrônicos. Os efeitos da auto-organização das nanoestruturas sobre o desempenho e eficiência desses dispositivos foram investigados. Transistores orgânicos de efeito de campo (OFETs) baseados no dipeptídeo L,L-difenilalanina foram desenvolvidos pela primeira vez, tendo apresentado razões on/off e mobilidades da ordem de 103 e de 10-3 cm2 Vs-1. Esses valores são bastante promissores na busca de componentes eletrônicos que atendam às necessidades de desempenho atuais. Um diodo orgânico emissor de luz (OLED) também foi fabricado utilizando as nanoestruturas peptídicas de L,L-difenilalanina modificadas com o polímero emissor poli[2,7-(9,9-dioctilfluoreno)]. Embora o dispositivo tenha apresentado eficiência cerca seis vezes menor comparado ao sistema produzidos com o polímero puro, a introdução de peptídeos permitiu o uso de uma quantidade menor de polímero, além de exibir taxas de biodegradabilidade cerca de 85% maiores. A integração de nanoestruturas de peptídeos com dispositivos de eletrônica orgânica pode significar o início do desenvolvimento de materiais biodegradáveis para aplicação em dispositivos com alta demanda de consumo, tendo como consequência a diminuição do impacto ambiental proveniente da utilização destes dispositivos. / The consumption of electronic products in our society leads to strong environmental impact when such devices need to be discarded. In this sense, research on environmental friendly materials is aligned with the needs of our time. Peptide nanostructures derived from natural amino acids have great potential for producing a new generation of biodegradable devices using the "bottom-up" synthesis route without need for expensive lithographic processes. In this work, peptide nanomaterials were used either in pure form or modified with polymers for designing organic electronic devices and the effects of self-organization on performance and efficiency of these devices were investigated. Organic field effect transistors (OFETs) based on the dipeptide L-L-diphenylalanine were developed for the first time, exhibiting on/off and mobility values of the order of 103 and of 10-3 cm2 Vs-1. These values are very promising and meet the current performance needs in organic devices. An organic light emitting diode (OLED) was fabricated using a combination of peptide nanostructures and 9,9-dioctylfluorene emitting polymer. Although this device shows efficiency six times lower than those build up from pure polymer, they required a lower amount of polymer in the hybrid material and exhibited biodegradability rates ~ 85% higher than architectures exclusively based on pristine polymer. Integration of peptide nanostructures with organic electronic devices represent a milestone on developing biodegradable materials for use in devices with high demand in our society, resulting in reduced environmental impact.

[pt] O presente trabalho aborda a análise da aplicação do expansor axial de estágio único e admissão parcial em ciclo Rankine orgânico para recuperação do calor rejeitado por um motor de combustão interna. O fluido adotado é o R245fa, cujos efeitos de gás real são relevantes nas condições estudadas, sendo representados pela equação Redlich-Kwong-Soave. Um modelo de perdas para o escoamento através das palhetas é proposto, tendo como base a teoria da camada limite, o conceito do fator de difusão, experimentos de grades em túnel de vento obtidos na literatura e as equações de conservação para escoamento compressível. O fator de difusão é o parâmetro responsável por quantificar o gradiente de pressão adverso na superfície do perfil das palhetas. A geometria e dimensões básicas para a máxima eficiência do expansor são determinadas para diversas condições subcríticas e supercríticas do ciclo a partir de um algoritmo de otimização com restrições. O valor ótimo da temperatura do evaporador em condições subcríticas é estabelecido de modo a obter a potência máxima do ciclo de recuperação, conforme as alternativas construtivas consideradas. O projeto do expansor de estágio único mostra ser grandemente influenciado pela compressibilidade do meio e a utilização de bocais com perfil convergente-divergente é promissora para alcançar o maior potencial de desempenho, principalmente nas condições de alta pressão do evaporador. / [en] The present work deals with the analysis of the application of a single stage partial admission axial expander in organic Rankine cycle, in order to recover the heat rejected by an internal combustion engine. The selected fluid is R245fa, whose real gas behavior is relevant under the studied conditions, as modeled by the Redlich-Kwong-Soave equation of state. A loss model for the flow through the axial blades is proposed in this work, based on the boundary layer theory, the concept of diffusion factor, wind tunnel cascade tests available in literature and the conservation equations for compressible flow. The diffusion factor is the parameter responsible to quantify the adverse pressure gradient on the blade profile surfaces. The basic geometry and dimensions needed to achieve maximum expander efficiency are determined under several subcritical and supercritical cycle conditions by means of a restrained design optimization algorithm. The optimum value for the evaporator temperature under subcritical cycle is stablished so as to obtain the maximum power from the recovery cycle, according the constructive alternatives considered. The single stage expander design is shown to be greatly influenced by media compressibility and the use of convergent-divergent profiled nozzles is promising to achieve the highest performance potential, especially at high evaporator pressure conditions.

En el presente trabajo se estudia el papel de las moléculas orgánicas, de los átomos de Ge y de los aniones fluoruro, F-, en la síntesis de materiales zeolíticos mediante el uso de técnicas computacionales basadas en mecánica molecular y métodos químico cuánticos. El estudio de los distintos términos energéticos que componen la energía total del sistema permite analizar el papel de los cationes pentametonio, hexametonio, heptametonio y octametonio en la síntesis de las estructuras EUO, ITH, IWR e IWW puramente silíceas. La substitución isomórfica de Si por Ge es estudiada en las estructuras AST, ASV, BEA, BEC, ISV, ITH, IWR, IWW y se analizan los términos energéticos implicados en dicha substitución. Además, se analizan los factores que puedan estar implicados en la localización preferencial de los átomos de Ge en las unidades D4R (Double Four Membered Ring). Finalmente, se analiza la variación de la estabilidad termodinámica de las estructuras BEA, BEC e ISV con diversos contenidos en Ge. La localización y papel del anión fluoruro en las Si,F-zeolitas es estudiado mediante el análisis de los factores implicados en la distribución del anión fluoruro en la red de las estructuras IFR, ITH, STF y STT pura sílice. Posteriormente, se estudió la distribución del anión fluoruro en las estructuras IFR, ITH, STF y STT en presencia de las moléculas orgánicas utilizadas como ADEs orgánicos en la síntesis de las zeolitas pura sílice. El conocimiento adquirido en el estudio del anión fluoruro fue utilizado para analizar la distribución del F en la estructura IWR, cuya distribución no es totalmente conocida experimentalmente. La localización de los átomos de Ge en las unidades D4R es estudiada mediante la simulación del espectro de RMN de 19F combinando técnicas de química computacional basadas en potenciales interatómicos y de primeros principios. Inicialmente se realizó el estudio de la metodología que permita una adecuada descripción de las señales observadas experiment / Pulido Junquera, MA. (2006). Estudio computacional de las Si, Ge, F-zeolitas [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1867 / Palancia

[pt] Tomando os materiais como ponto de partida para estimular práticas e processos mais sustentáveis na indústria da moda brasileira, essa pesquisa levanta o caso do algodão orgânico produzido no estado da Paraíba, como alternativa para minimizar impactos e reduzir os riscos da atividade produtiva ao meio ambiente e à vida das pessoas. Considerando o passado histórico da região, onde a cultura do algodão branco convencional já foi a principal atividade econômica, a pesquisa aborda a configuração da cadeia produtiva do material orgânico na atualidade até o estágio de comunicação das marcas de moda. Em razão disso, a pesquisa objetiva compreender o funcionamento da cadeia produtiva têxtil, observando as estratégias de design utilizadas, bem como o posicionamento das marcas que atuam no nicho da moda sustentável no mercado brasileiro, a fim de identificar os gargalos e as possíveis contribuições do design para que o material se torne mais amplamente utilizado. A perspectiva de desenvolvimento do cultivo do algodão orgânico está alinhada à ideia de fortalecimento do setor, que pode vir a ser uma mola propulsora para o desenvolvimento econômico, social e cultural da região, considerando ainda as particularidades da cotonicultura orgânica do ponto de vista ambiental. Esses são valores que estão inseridos no contexto da sustentabilidade e se tornaram indispensáveis ao futuro e desenvolvimento das organizações, como apontam tendências globais para o setor da indústria. / [en] Taking the material as a starting point to encourage more sustainable practices and processes in the Brazilian fashion industry, this research raises the case of organic cotton produced in the state of Paraíba, as an alternative that minimizes the impacts and reduces the risks of the productive activity to the environment and people s life. Considering the history of the region, where the culture of conventional white cotton was once the main economic activity, this research addresses the current configuration of the production chain of organic material up to the communication stage of fashion brands. As a result, this research aims to understand the functioning of the textile production chain by observing the design strategies used as well as the positioning of brands that operate within the sustainable fashion sector of the Brazilian market. This understanding will help to identify bottlenecks and possible design contributions so that the material becomes more widely used. In addition to the environmental impacts of organic cotton farming, the prospect of developing organic cotton cultivation is consistent with the idea of strengthening the sector, which may prove to be a driving force for the economic, social, and cultural development of the region. These are values that are inserted in the context of sustainability and have become indispensable for the future and development of organizations, as indicated by global trends for this sector of the industry.

Abstract Title: Organic Coffee for a sustainable development in Peru -­‐ A qualitative study on how Peruvian coffee farmers’ development is affected by choosing organic cultivation and certification Seminar date: 2013-­‐05-­‐31 University: Mälardalen University Västerås Institution: School of Business, Society and Engineering Level: Bachelor Thesis in Business Administration Course name: Bachelor Thesis in Business Administration, FÖA 300, 15 ECTS Author: Marcus Brink 1987-­‐05-­‐10 Tutors: Birgitta Schwartz Examiner: Peter Dobers Pages: 145 Attachments: List of interviews, Interview questions to coffee farmers Key words: Sustainable development, organic, coffee, certifications, coffee farmers, small scale farmers, Peru, bachelor, conventional coffee, organic certification, profitability, environment, social entrepreneurship, context, coffee producers Research question: In what way are small-­‐scale coffee farmers in the region of Junín, Peru, able to benefit from “Organic” certifications or conventional coffee cultivation to develop sustainable? Purpose: The purpose of this field study was to get an understanding of how and if organic farming is an adequate solution for sustainable development of small-­‐scale coffee farmers in developing countries or not. Method: This bachelor thesis was done as a field study financed by the Swedish International Development Agency (Sida) under the program of Minor Field Studies provided by the International Programme Office for Education and Training. For the field study a qualitative method has been used to better submit how the people involved understand and interpret their surrounding reality and to get a deep insight in their lives. The nature of the research question and the test subjects provided for a qualitative method rather than a quantitative. Qualitative measuring methods used for primary data gathering were, in-­‐depth interviews, observations, participations, spontaneous conversations, videos and photographs. Secondary sources used include literature, news magazines, public documents, and statistical data provided by organizations, institutions, webpages, and libraries through both Internet and physical form. The theoretical framework that lays a ground for the study has been based upon scholarly journals, scientific studies, scientific articles and other relevant existing research. The data that was gathered were later analyzed by qualitative methods. Conclusion: Small-­‐scale coffee farmers in developing countries are able to benefit from organic certification but it cannot be considered a sustainable development. There’s too little emphasis on the social and economical aspects and too much focus on the environmental factors by the organic certification to make it interesting to many farmers. For a small-­‐scale coffee farmer to benefit from the organic certifications he need to have a very low intense cultivation from the beginning, before becoming certified. The organic certification incurs increased costs for the farmer and is more labor intense while it at the same time provides limited productivity ability and only gives a slightly better price to the farmer for his product. Farmers that grows conventional coffee and have a somewhat managed plantation will not benefit from certifying organic as it would give them the same income or less. The organic growing procedure also prohibits the use of important pesticides as insecticides and herbicides that makes organic farmers further susceptible and sensible for diseases and plagues on their crop. The numerous facts that make organic growing low productive labor intense makes it more motivating for many farmers to chose conventional coffee cultivation instead of organic and working with certification. / Resumen  Titulo: Café Orgánico para un desarrollo sostenible en el Perú – Un estudio cualitativo sobre como el desarrollo de los agricultores peruanos de café es afectado por elegir trabajar con café orgánico y certificaciones Fecha de examen: 2013-05-31 Universidad: Universidad de Mälardalen Facultad: Facultad de Negocios, Sociedad e Ingeniería Nivel: Tesis de licenciatura en Administración de Empresas Nombre de curso: Tesis de licenciatura en Administración de Empresas, FÖA 300, 15 ECTS Autor: Marcus Brink 1987-05-10 Tutor: Birgitta Schwartz Examinador: Peter Dobers Paginas: 145 Adjuntos: Lista de las entrevistas, Preguntas de entrevista para agricultores de café Palabras clave: Desarrollo sostenible, orgánico, café, certificaciones, agricultores de café, agricultores de pequeña escala, Perú, bachiller, café convencional, certificación orgánica, rentabilidad, medio ambiente, empresariado social, contexto, productores de café. Pregunta de investigación: ¿De que manera se pueden beneficiar los productores de café en la región Junín, Perú, con las certificaciones orgánicos o con los cultivo de café convencional para desarrollarse de una manera sostenible? Propósito: El propósito de este estudio fue obtener conocimientos sobre si es y como la agricultura orgánica es una solución adecuada para desarrollo sostenible de pequeños agricultores de café en países de desarrollo o no. Método: Esta tesis de licenciatura se realizó como un estudio de campo financiado por la Agencia Sueca de Desarrollo Internacional (ASDI) bajo el programa de “estudio de campo de menor envergadura” proveído por la Oficina del Programa Internacional de Educación y Formación. Para el estudio de campo un método cualitativo ha sido usado para de una mejor manera presentar como la gente involucrada entiende y interpreta su realidad circundante y para obtener una visión profunda de sus vidas. La naturaleza de la pregunta de investigación y los sujetos dio razones e hizo relevante usar un método cualitativo en vez que un cuantitativo. Métodos cualitativos usados para coleccionar datos primarios eran entrevistas en profundidad, observaciones, participaciones, conversaciones espontáneas, vídeos y fotografías. Las fuentes secundarias utilizadas incluyen literatura, revistas de actualidad, documentos públicos y datos estadísticos de empresas, instituciones, paginas web y bibliotecas a través de internet y de la forma física. El marco teórico que establece una base para el estudio se ha basado en revistas especializadas, estudios científicos, artículos científicos y otras investigaciones de interés al respecto. Después los datos coleccionados han ido analizados con métodos cualitativos. Conclusión: Los agricultores pequeños de café en países en desarrollo pueden beneficiar de la certificación orgánica, pero no se le puede considerar un desarrollo sostenible. Hay poco énfasis en los aspectos sociales y económicos en comparación con los factores ambientales en la certificación orgánica que desmotiva a los agricultores a adaptarlo. Para que un pequeño agricultor se beneficie de la certificación tiene que ser un agricultor con muy baja productividad y falta de manejo adecuado antes de volverse certificado. La certificación orgánica aumenta los gastos o costos para el agricultor, parte de esto por el incrementado de la mano de obra y la capacidad de productividad limitada mientras el café orgánico solo recibe un precio que es un poco mejor que la del café convencional. Agricultores convencionales que tienen una chacra un poco o bien manejado no van a beneficiarse al volverse certificados orgánicos porque les daría el mismo ingreso o menos. El manejo orgánico de café también prohíbe diferentes pesticidas como herbicidas y insecticidas que hacen a los agricultores orgánicos mas susceptibles y vulnerables de enfermedades y plagas en sus cultivos. Los numerosos hechos que hacen que el cultivo orgánico tenga baja productividad y necesita mano de obra intensa y pesada motiva a muchos agricultores a escoger cultivar café convencional en lugar de trabajar con la certificación orgánica.

[pt] Espectroscopia de ressonância plasmônica de superfície (SPR) é uma técnica óptica amplamente utilizada para monitorizar as alterações físicas ou químicas que ocorrem em uma interface metal - dielétrico. A medição simultânea da espessura e do índice de refração de filmes finos orgânicos, adsorvidos ou depositados sobre a superfície plana de um metal, requer duas medições independentes seguindo uma metodologia designada na literatura como método de duas cores ou método de dois meios. Na primeira, as duas medições são realizadas utilizando diferentes comprimentos de onda da radiação eletromagnética interagindo com a amostra. Na segunda, o índice de refração do meio externo (gás, líquido) é alterado entre as duas medições. Enquanto o primeiro método implica no conhecimento da função de dispersão da fase orgânica, o segundo só produz resultados precisos quando as moléculas orgânicas não interagem quimicamente com o fluido externo. Ambos os métodos apresentam dificuldades quando são aplicados à caracterização de materiais luminescentes orgânicos, os quais são na maior parte do tempo altamente reativos à umidade e ao contato com solventes orgânicos. Neste trabalho foi montado um espectrômetro de SPR automatizado. Primeiramente, ele foi testado na caracterização de amostras feitas no laboratório em termos do valor absoluto, e da homogeneidade das constantes ópticas da deposição metálica que suporta a onda de plasma. Nós demonstramos que medições precisas de constantes ópticas permitem a determinação do índice de refração de filmes finos orgânicos luminescentes, evaporados termicamente utilizando o método de substrato com dois metais. Este método, que até onde sabemos é apenas teorizado na literatura, foi aplicado a uma amostra encapsulada com um filme fino de Alq3 comercial. Além disso, a interface metal/Alq3 foi exposta a ar, e a degradação foi monitorada em tempo real, indicando uma diminuição progressiva do ângulo de ressonância da amostra. / [en] Surface Plasmon Resonance Spectroscopy (SPR) is an optical technique widely used to monitor the physical or chemical changes occurring at a metal-dielectric interface. The simultaneous measurement of the thickness and the index of refraction of organic thin films adsorbed or deposited on the metal flat surface require two independent measurements following a methodology commonly named in literature as Two-Colors Method or Two-Medium Method. In the first one, the two measurements are performed using different wavelength of the electromagnetic radiation interacting with the sample. In the second one the index of refraction of the external medium (gas, liquid) is changed between the two measurements.While the first method implies the knowledge of the dispersion function of the organic layer, the second one gives accurate results only when the organic molecules don t interact chemically with the external fluid. Both of these methods present difficulties when applied to the characterization of luminescent organic materials, most of the time highly reactive to humidity and to the contact with organic solvents. In this work an automated SPR spectrometer was assembled and first tested on the characterization of home-made samples in terms of the absolute value and homogeneity of the optical constants of the metal deposition supporting the plasma wave. We demonstrate that accurate measurements of such optical constants allow the determination of the index of refraction of thermally evaporated luminescent organic thin films using a Two-Metal Substrate Method. This method, to our knowledge only theorized up to now in literature, has been applied to an encapsulated sample containing a thin film of commercial Alq3. Further, the degradation of the metal/Alq3 interface exposed to air has been real time monitored indicating a progressive drop in the angle of resonance of the sample.

[pt] O objetivo deste estudo foi determinar a concentração de metais, compostos orgânicos e inorgânicos por suspensão aquosa e análise dos metais por abertura ácida presentes nas amostras de PM10 coletadas em áreas urbanas, industrial e rural da Região Metropolitana do Rio de Janeiro. A concentração de PM10 foi determinada por análise gravimétrica. Espécies inorgânicas e orgânicas presentes nos extratos aquosos foram determinadas por cromatografia de íons e carbono orgânico total (TOC). Os extratos ácidos, e também os aquosos, foram analisados por ICP-MS (espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado) e por ICP OES (espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado) para determinar a concentração de metais. As correlações entre as concentrações de PM10 e de metais foram avaliadas, considerando os dados meteorológicos para cada ponto de coleta e origem das massas de ar. Os resultados mostraram que as concentrações médias de PM10 foram de 36 micrograma m-3 na área rural, 50 micrograma m-3 na área urbana e 74 micrograma m-3 na área industrial. A concentração de PM10 medida na área industrial ultrapassou, em geral, o limite estabelecido pela resolução CONAMA, de 50 micrograma m-3. O teor de metais apresentou maior concentração na área industrial, sendo predominantes ferro, zinco, alumínio, titânio, manganês, cromo, níquel, cádmio e chumbo. Na área de maior tráfego, foi detectada a maior concentração de cobre e vanádio. As espécies iônicas foram maiores na área urbana, devido à proximidade do oceano. Na área rural, menores concentrações de espécies antropogênicas, como sulfato, nitrato e alguns metais (Pb, Cr, V e Ni) foram medidas. Assim, as concentrações das espécies estudadas são influenciadas pelas características locais. Porém, também foi observado a influencia do transporte de poluentes de longa distância, como queimadas e poeiras dos desertos do continente africano. Os percentuais dos extratos ácido/aquoso demonstraram que os metais extraídos de forma mais eficiente foram V e Ni (maior que 45 porcento), enquanto que os menos extraídos foram Al e Fe (menor que 3 porcento), conforme o esperado. A fração aquosa é importante para avaliar a biodisponibilidade de metais associados a danos à saúde. / [en] The scope of this study was to measure the concentration of metals and organic and inorganic anions in aqueous and acid extracts of PM10 samples collected in urban, industrial and rural zones of Rio de Janeiro. PM10 concentration was determined by gravimetric analysis and the organic and inorganic species in the aqueous extracts were determined by ion chromatography and total organic carbon (TOC). The aqueous and acid extracts were analyzed by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) and by ICP OES (inductively coupled plasma optical emission spectrometry), in order to determine metal content. Correlations between PM10 and metal concentrations were evaluated, considering meteorological data for each site. Results showed that the average PM10 concentrations were 36 microgram m-3; 50 microgram m-3 and 74 microgram m-3 at the rural, downtown and industrial sites, respectively. The measured PM10 concentration in the industrial site exceeded the limit allowed by the Brazilian law, which is 50 microgram m-3. While industrial area had the highest concentrations of metals, such as Fe, Zn, Al, Ti, Mn, Cr, Ni, Cd and Pb, the highest concentrations of Cu and V were found in areas with higher traffic densities. Ionic species had higher concentrations in the urban site due to the proximity to the ocean. The lowest concentrations of species from anthropogenic sources, such as sulfate, nitrate and some metals (Pb, Cr, V and Ni) were measured in the rural area. Hence, studied species concentrations are influenced by site locations, but the influence by the transportation of long distance pollutants, such as biomass burning and dust from African deserts was also observed. The acid/aqueous percentiles showed that the most efficiently extracted metals in the aqueous phase were V and Ni (greater than 45 percent) while the less efficiently extracted were Al and Fe (less than 3 percent), as expected. The aqueous fraction is important to evaluate the bioavailability of metals that are associated to damage to the human health.

La coltivazione dei sistemi colturali poliennali su terreni marginali combina la produzione sostenibile di biomassa per diversi utilizzi a benefici di carattere ambientale come il sequestro del C atmosferico nel suolo. La limitata longevità di questi sistemi colturali (10-20 anni), fornisce la possibilità di sfruttarli come una tecnica temporanea per rigenerare la fertilità dei terreni marginali e di studiare il loro effetto nel lungo periodo sul carbonio del suolo. Con questa tesi, avevo l'obiettivo di studiare l'effetto della riconversione a coltura annuali dei sistemi agricoli poliennali sul carbonio del suolo: per raggiungere questo obiettivo, ho combinato ad una meta-analisi di letteratura sull'effetto della riconversione, con un esperimento di campo di lungo periodo, un esperimento di incubazione in laboratorio e l'uso di un modello matematico del carbonio del suolo. L'uso combinato di questi approcci mi ha permesso di mostrare il potenziale che i sistemi colturali poliennali hanno nel sostenere il sequestro del C ne suolo anche dopo la loro riconversione. Quindi i sistemi colturali poliennali sono una pratica sostenibile promettente che può essere integrata in rotazioni agricole di 13 anni sui terreni marginali del nord d'Italia per ripristinare il carbonio del suolo. / The cultivation of perennial cropping systems on marginal lands combines the production of sustainable biomass for multiple uses with environmental benefits such as carbon (C) sequestration in soil. In this thesis, we studied the effect of perennial cropping system on soil C considering the scenario of perennial cropping systems reversion to arable land. The limited longevity (10-20 years) of perennial cropping systems, gives the possibility of using these crops as a temporary- option to restore soil fertility of marginal lands and to study the long-term legacy of these cropping systems on soil C. In this thesis I aimed to study the effect of perennial cropping systems reversion to arable land on soil C: to achieve this objective, I combined a literature meta-analysis on the effect of reversion of perennial cropping systems on soil C, with a long-term field experiment on perennial cropping systems, an incubation experiment and the use of a process-based soil C model. The combined use of these approaches gave me the chance to show the potential of perennial cropping systems to support C sequestration even after their reversion. Therefore, perennial cropping systems are a promising sustainable practice which could be integrated on a 13-year agricultural rotation on marginal lands of northern Italy to restore soil C.

[pt] Este trabalho investiga a eficiência do Processo Oxidativo Avançado eletro-Fenton (EF) no tratamento de efluentes da indústria de celulose e papel previamente tratados por processo biológico. Utilizou-se planejamento fatorial em três variáveis e dois níveis, variando-se pH inicial (4 e 6), dosagem de H2O2:COD (1:1 e 2:1mol/mol) e densidade de corrente (j) (4 e 10mA/cm2). Experimentos foram realizados em reator de 1L com eletrodos de aço SAE1010, em regime de batelada, com tempo de reação de 60min. Avaliou-se também o processo Fenton convencional e realizou-se ensaios de controle com oxidação por H2O2, Eletrocoagulação e Fenton Zero, em 20min. Quanto ao EF, observou-se que um tempo de 40min foi suficiente para estabilização da remoção de cor e compostos lignínicos e 20min para remoção de carbono orgânico dissolvido (COD) nos processos com maior j e 40min, naqueles com menor j. A melhor configuração do EF foi com pH inicial 4, relação H2O2:COD 1:1mol/mol e menor j (4mA/cm2), alcançando-se remoção de 82 porcento de COD, 99 porcento de compostos lignínicos e 99 porcento de cor verdadeira, com consumo energético de 1.0 kWh/m3. Comparando-se os processos avaliados, todos no ponto central do plano fatorial, observou-se maior eficiência do EF na remoção de cor e compostos lignínicos e menor eficiência na remoção de COD, em relação ao processo Fenton convencional, contudo, com maior eficiência em sua melhor condição operacional. Conclui-se que o EF se mostra eficiente no polimento deste efluente para remoção da matéria orgânica e cor verdadeira remanescentes do processo biológico e que o parâmetro de maior influência neste processo é a densidade de corrente. / [en] This study investigates the efficiency of the Advanced Oxidation Process electro-Fenton (EF) in the wastewater treatment from pulp and paper industry, previously treated biologically. A factorial design of three factors and two levels was used, varying initial pH (4 and 6), H2O2:COD ratio (1:1 and 2:1mole/mole) and current density (j) (4 and 10mA/cm2). Experiments were made in a 1L reactor in batch mode with SAE 1010 steel electrodes, in 60min reaction time. The conventional Fenton process was also evaluated and control tests were carried out with direct oxidation by H2O2, Electrocoagulation and Zero-valent Fenton, with 20min. As for the EF process, it was observed that a 40min reaction time was enough to stabilize the colour and removal of the lignin compounds, and 20 minutes to remove dissolved organic carbon (COD) in the processes with higher j and 40min, in those with lower j. The best configuration for the EF process was initial pH 4, H2O2:COD ratio 1:1mole/mole and lower j (4mA/cm2), leading to 82 percent COD, 99 percent lignin compounds and 99 percent colour removal, with energy consumption of 1.0kWh/m3. Comparing the evaluated processes, all at the central point of the factorial design matrix, it was observed greater efficiency of the EF in the colour and lignin compounds removal and lower efficiency in COD removal in relation to the conventional Fenton, nevertheless, with greater efficiency in its best overall condition. It was concluded that the EF-process is efficient as a polishing step of this wastewater treatment to remove the remaining organic compounds and true color from the biological process and that the parameter of greatest influence in the EF-process is the current density.