Orientador: Raquel Fernandes Pupo Nogueira / Banca: Maria Valnice Boldrin Zanoni / Banca: Fabio Kummrow / Resumo:A indústria têxtil produz efluentes altamente coloridos, com composição complexa e de difícil degradação por processos biológicos devido à utilização de compostos sintéticos, que apresentam grande estabilidade. Diante disso é necessário o desenvolvimento de metodologias de tratamento eficientes que sejam capazes de remover esses compostos evitando a contaminação dos corpos receptores de água. O presente trabalho estudou a degradação do corante Disperse Red 1(DR1), na sua forma comercialmente disponibilizada, por processo foto-Fenton. Para avaliar a eficiência de degradação e monitorar a formação de sub-produtos foram empregadas as técnicas cromatografia líquida de alta eficiência e a espectrometria de massas. A mineralização das amostras foi monitorada pela determinação de carbono orgânico total. As concentrações adotadas para os experimentos de degradação foram Fe(NO3)3 0,2 mmol L-1, H2O2 5,0 mmol L-1 e corante 20 mg L-1. Inicialmente o pH foi ajustado para 2,5 e as degradações foram realizadas por 90 minutos. Com essas condições foi possível mineralizar 65% do conteúdo de carbono orgânico, degradar mais de 99% do corante e remover a absorção na região característica do corante já com 30 minutos de experimento. Os testes de toxicidade aguda com organismo Daphnia similis mostraram que com 10 minutos de tratamento há um aumento da toxicidade que depois é reduzida, atingindo valores não tóxicos após 45 minutos de experimento. A espectrometria de massas permitiu identificar quatro produtos de degradação, que continham o grupo azo em sua estrutura. A máxima concentração dos intermediários ocorreu com 10 minutos, podendo esses serem responsáveis pela maior toxicidade observada nesse tempo de tratamento. Os resultados desse trabalho mostram que corantes têxteis, como o DR1, podem ser degradados por processo foto-Fenton com completa remoção da toxicidade para o microcrustáceo Daphnia simillis... / Abstract:The textile industry produces highly colored effluents with complex composition and difficult degradation by biological processes due to the use of synthetic compounds of e high stability. Therefore it is necessary to develop efficient methods of treatment that be able to remove these compounds avoiding contamination of the receiving bodies of water. The present work studied the degradation of the dye Disperse Red 1 (DR1), in its commercially available form by photo-Fenton process. In order to evaluate the efficiency and monitor the formation of degradation products high performance liquid chromatography and mass spectrometry were used. The mineralization of samples was monitored by total organic carbon analysis . The concentration adopted for the degradation experiments was 0.2 mmol L-1 Fe(NO3)3 , 5.0 mmol L-1 H2O2 and 20 mg L-1 dye. Initially the pH was adjusted to 2.5 and the degradations were performed for 90 minutes. Under these conditions it was possible to mineralize 65% of the organic carbon content, degrade more than 99% of the dye and remove characteristic absorption after 30 minute experiment. The acute toxicity tests with the organism Daphnia similis showed that toxicity increased after 10 minutes of treatment, which was then reduced, no toxic values after 45 minutes of experiment. Mass spectrometry allowed to identify four degradation products, which contained the azo group in its structure. The maximum concentration of intermediates occurred after 10 minutes, which may be responsible for higher toxicity observed after this time of treatment. The results of this study showed that textile dyes, such as DR1 can be degraded by photo-Fenton process with complete removal of toxicity to Daphnia simillis microcrustacean and the ecotoxicological monitoring is essential for determining when the degradation process can be stopped. / Mestre

Orientador: José Anchieta Gomes Neto / Banca: Edilene Cristina Ferreira / Banca: Marcia Andréia Mesquita Silva da Veiga / Resumo: Foram desenvolvidos métodos de determinação de Sb e Pb por espectrometria de absorção atômica com fonte contínua e alta resolução empregando amostragem direta de sólidos. A determinação direta de Sb e Pb foi possível com calibração em meio aquoso utilizando 5 μg de Pd e 2,5 μg de Mg em presença de 0,05% (m/v) de Triton-X como modificador químico. Para o Sb, as temperaturas de pirólise e de atomização foram 1600 °C e 2200 °C respectivamente. O método apresentou massa característica de 1,0 ng e limite de detecção de 0,6 ng. Para o Pb, as temperaturas de pirólise e de atomização foram 1400 °C e 2000 °C respectivamente. A massa característica foi de 5,2 pg e o limite de detecção 4,9 pg. Os desvios padrões relativos do Sb e Pb foram de 2,8% e 4% respectivamente. Estudos de homogeneidade e massa mínima sugeriram boa precisão e exatidão dos métodos na determinação de Sb e Pb em embalagens PET, quando massas entre 0,3 e 0,4 mg para Sb e 0,5 a 0,8 mg para Pb foram utilizadas. Quatro amostras de embalagens PET de diferentes cores foram analisadas pelo método proposto, as concentrações variaram 176,7 a 250,1 mg kg-1 para Sb e de 26,5 a 81,7 pg mg-1 para Pb. Os resultados comparativos obtidos para Sb e Pb empregando HR-CS FAAS e ICP-MS respectivamente, foram concordantes ao nível de 95% de confiança, exceto para o Sb na amostra de PET incolor. O método mostrou-se viável para quantificação dos analitos propostos podendo ser utilizado para controle de qualidade dos PETs, especialmente os que armazenam produtos alimentares. / Abstract: Methods development were proposed for the determination of Sb and Pb in polyethylene terephthalate (PET) package by high-resolution continuum source atomic absorption spectrometry using direct solid sampling approach. Direct analysis using aqueous standards calibration was possible by using a proper heating program of atomizer and 5 μg Pd and 2.5 μg Mg as modifier in presence of 0.05% (m/v) Triton X-100. With regards to Sb, the pyrolysis and atomization temperatures were 1600°C and 2200°C, respectively. Calibration curves in the 0 - 100 ng range with linear correlation coefficient better than 0.9997 were obtained. The characteristic mass and limit of detection (LOD) were 1.0 ng Sb and 0.6 ng Sb, respectively. The relative standard deviation was 2.8%. For Pb, the of pyrolysis and atomization temperatures were 1400°C and 2000°C, respectively. Calibration in the 0 - 160 pg working range was obtained (R=0.9998) and the relative standard deviations were  4%. The characteristic mass was 5.2 pg Pb and the LOD was 4.9 pg Pb. Studies on homogeneity and minimal mass showed that acceptable precision and accuracy for Sb and Pb may be acquired if masses in the 0.3 - 0.4 mg and 0.5 - 0.8 mg were respectively weighted. PET samples at different colors were analyzed by the proposed method based on direct soid sampling. The concentrations varied from 176.7 to 250.1 mg kg-1 Sb and 26.5 to 80.9 pg mg-1 Pb. These results were in agrement with those obtained by high-resolution continuum source flame atomic absorption spectrometry (for Sb) and inductively coupled plasma mass spectrometry (for Pb) at 95% confidence level (except for the colorless PET). / Mestre

Orientador: Maria Valnice Boldrin Zanoni / Banca: Raquel Fernandes Pupo Nogueira / Banca: Marcos Roberto de Vasconcelos Lanza / Banca: Germano Tremiliosi Filho / Banca: Carlos Alberto Martinez Huitle / Resumo: O presente trabalho tem por objetivo explorar o uso de sistemas fotoeletroquímicos baseados em semicondutores bicomponentes nanoestruturados de Ti/TiO2/WO3 preparados por moldes de poliestireno (templates) e Si/TiO2/Pt preparado por junção metalica. A sintese desses materiais foi realizada por anodização e deposição eletroquímica e a presença do TiO2 na fase anatasio e WO3 monoclínico foi confirmada por difração de raios-X e EDS. Analises de espectroscopia de reflectancia difusa (DRS) mostraram que o material bicomponente possui absorção na região do visível pela observação do red shift. A caracterização eletroquímica foi realizada por medidas de voltametria linear sob irradiação UV e visível por diferentes lâmpadas: de vapor de mercúrio de alta pressão de 125 W e xenônio de 150 W com filtros que isolam a contribuição UV e visível. Maior fotocorrente foi obtida pela irradiação com a lâmpada de Hg de 11,0 mA cm-2 enquanto que na presença da lâmpada de Xe os valores obtidos foram de cerca de 0,4 mA cm-2. Posteriormente, os eletrodos de TiO2/WO3 foram aplicados na oxidação fotoeletrocatalítica do corante têxtil preto reativo 5 (RB5) e concomitante geração de hidrogênio em um reator de dois compartimentos. Seu desempenho foi comparado ao dos eletrodos de Ti/TiO2 e W/WO3. As melhores condições experimentais levaram a 100% de descoloração do corante para os eletrodos de Ti/TiO2, W/WO3 e Ti/TiO2/WO3 sob iluminação pela lâmpada de vapor de Hg, mineralização de 73, 80 e 85% e a produção de hidrogênio também revelou rendimentos estimados satisfatórios de 43, 34 e 46%, respectivamente. A natureza do gás H2 foi confirmada por cromatografia gasosa (CG-TCD). Completa remoção do corante RB5 também foi obtida para o fotoanodo de Si/TiO2/Pt e eficiencia estimada da geração de H2 foi de 30% com valores de fotocorrente da ordem de 0,5 mA cm-2 sob irradiação pela lâmpada de vapor de Hg nas melhores... / Abstract: The present project meets the challenge of exploring the use of photoelectrochemical devices based on Ti/TiO2/WO3 bicomponent nanostructured semiconductors prepared by templates and Si/TiO2/Pt prepared by microgrid heterojunction. The synthesis was performed by anodization and electrochemical deposition and the presence of anatese TiO2 and monoclinic WO3 was confirmed by X ray and EDS analysis. Difuse reflectance spectroscopy (DRS) analysis indicated Ti/TiO2/WO3 extension of optical absorption spectrum into the visible light region (red shift). Electrochemical characterisation was performed by linear sweep voltammetry under UV and visible light irradiation by two different lamp sources: 125 W high pressure mercury lamp and 150 W xenon lamp coupled to filters which isolte UV and visible light contribuition. Enhanced photocurrent response was obtained under high pressure mercury lamp 11,0 mA cm-2 and under xenon lamp irradiation the observed values are close to 0,4 mA cm-2. The Ti/TiO2/WO3 were used as photoanodes on the Reactive Black 5 (RB5) photoelectrochemical oxidation and simultaneous hydrogen generation in a two compartment PEC reactor. The photoanode's performance was compared to the pure Ti/TiO2 nanotubes and W/WO3 nanoporous electrodes. The best experimental conditions leaded to 100% dye discoloration in the presence of TiO2, WO3 e TiO2/WO3 under mercury lamp irradiation, 73, 80 and 85% mineralization and satisfactory hydrogen generation estimated efficiencies of 43, 34 and 46%, respectively. Hydrogen generation was confirmed by gas chromatography analysis (CG/TCD). Complete dye degradation was obtained under UV and visible light irradiation of Si/TiO2/Pt photanodes and 30% of estimated hydrogen generation efficiency and 0,5 mA cm-2 photocurrent response under mercury lamp irradiation under the best experimental conditions. Dye removal and by-products generation were confirmed by LC-MS/MS by the detection of m/z 137, 280, 210, 297... / Doutor

Orientador: Maria Valnice Boldrin / Banca: Mário César Guerreiro / Banca: Luiz Henrique Dall'antonia / Resumo: O presente trabalho reporta os principais resultados obtidos na construção e caracterização de eletrodos de titânio recobertos com nanotubos de óxido de titânio modificados com nanopartículas de platina (TiO2/Pt) e eletrodos de cobre recobertos com nanopartículas de óxido de cobre (Cu/Cu2O) com vistas a sua aplicação na redução fotoeletrocatalítica de CO2 em meio aquoso e semicondutores em pó de CuNbO3-CuO, Cu0,85Zn0,15Nb2O6 e ZnNb2O6-Nb2O5 construídos e testados na redução fotocatalítica de CO2, com vistas a geração de produtos com maior valor agregado, tal como metanol. Os eletrodos TiO2/Pt e Cu/Cu2O foram construídos por meio de técnicas de eletroquímicas, enquanto que os semicondutores em pó CuNbO3-CuO, Cu0,85Zn0,15Nb2O6 e ZnNb2O6-Nb2O5 foram preparados utilizando a técnica de síntese por combustão e calcinação posterior. A redução fotoeletrocatalítica e fotocatalítica de CO2 não foi satisfatória sobre eletrodos de TiO2/Pt e semicondutor ZnNb2O6-Nb2O5, respectivamente. No entanto, o eletrodo de Cu/Cu2O apresentou grande eficiência na redução de CO2, atingindo 80% de remoção em meio de Na2CO3 0,3 mol L-1 pH 9 a +0,2 V, em solução tampão de NaHCO3/Na2CO3 0,1 mol L-1 pH 8, utilizando luz UV 125 W e potencial de +0,2 V mostrou uma reação praticamente seletiva para metanol, gerando 5,63 mmol L-1, correspondendo a 20% de conversão. Os semicondutores em pó CuNbO3-CuO e Cu0,85Zn0,15Nb2O6 também se mostraram bastante eficientes para a geração de metanol por redução de CO2 dissolvido em Na2CO3 0,1 mol L-1 pH8 utilizando luz visível de 450 W, chegando a formar 7,0 mmol L-1 e 3,2 mmol L-1 de metanol respectivamente. Os resultados obtidos neste trabalho mostram que ambas as técnicas podem ser empregadas para a redução do CO2, usando para isto os semicondutores Cu/Cu2O, CuNbO3-CuO e Cu0,85Zn0,15Nb2O6 e, poderia ser uma potencial alternativa para os problemas ambientais além de contribuir como fonte... / Abstract: This present work reports the main results obtained with the construction and characterization of TiO2 nanotubes modified by platinum nanoparticle electrode (TiO2/Pt) and copper covered by copper oxide nanoparticles electrode (Cu/Cu2O) for application in the photoelectrocatalytic reduction of dissolved CO2 and CuNbO3-CuO, Cu0,85Zn0,15Nb2O6 and ZnNb2O6-Nb2O5 powders semiconductors constructed and applied in the photocatalytic reduction of dissolved CO2 for the generation of products with higher added value. The TiO2/Pt and Cu/Cu2O electrodes were prepared by electrochemical techniques, whereas the CuNbO3-CuO, Cu0,85Zn0,15Nb2O6 and ZnNb2O6-Nb2O5 powder semiconductors were prepared using the combustion synthesis technique and submitted to annealed. The CO2 reduction by photoelectrocatalysis and photocatalysis were not satisfactory when using the TiO2/Pt electrode and the ZnNb2O6-Nb2O5 semiconductor, respectively. However, the Cu/Cu2O electrode shows a high efficiency in the CO2 reduction obtaining 80% of removal in 0.3 mol L-1 Na2CO3 pH 9 and +0.2 V, and, it showed a practically selective reaction to methanol (producing 5.63 mmol L-1), corresponding to 20% of conversion at ambient of 0.1 mol L-1 NaHCO3/Na2CO3 butter solution pH 8, using UV light of 125 W and +0,2 V. The CuNbO3-CuO and Cu0,85Zn0,15Nb2O6 powder semiconductors also showed a good efficiency to the methanol formation throughout dissolved CO2 reduction in 0.1 mol L-1 Na2CO3 pH 8 using visible light of 450 W, and forming 7 mmol L-1 and 3.2 mmol L-1 of methanol, respectively. The results obtained in this work show that both techniques can be employed for the CO2 reduction, using for this the Cu/Cu2O, CuNbO3-CuO and Cu0,85Zn0,15Nb2O6 semiconductors, and it could be a potential alternative to the environmental problems and contribute as raw material source for the production of fuels, for instance. / Mestre

Orientador: Arnaldo Alves Cardoso / Banca: José Anchieta Gomes Neto / Banca: Pedro Paulo Corbi / Banca: Ricardo Queiroz Aucélio / Banca: Mauro Korn / Resumo: Dentre os poluentes gasosos, o sulfeto de hidrogênio (H2S) e seus derivados - conhecidos como Compostos Reduzidos de Enxofre (CRE) - possuem grande destaque devido a sua alta toxicidade, propriedade corrosiva e participação em problemas ambientais diversos. Diferentes órgãos de controle de emissão ao redor do mundo estabelecem limites para a presença de H2S em diversos ambientes, variando de ppm (μg g-1) até baixo ppb (ng g-1). Para que estes limites sejam de fato cumpridos, é necessário que existam métodos analíticos que produzam resultados confiáveis para quantificar e, consequentemente, monitorar H2S em ambiente gasoso. Sensores ópticos apresentam vantagens como custo acessível, facilidade de operação, potencialidade para miniaturização e facilidade de aplicação em campo. Diversos compostos químicos com propriedades luminescentes tem sido utilizados como reagente para detecção de H2S, entretanto, a maioria é baseado em metais tóxicos (p.e. mercúrio), além de síntese complexa envolvendo várias etapas. Dentro desse contexto, a primeira parte desse trabalho envolve a síntese e caracterização de um composto inédito de paládio denominado bis (2-aminobenzóico) paládio (II), que possui comprimento de onda máximo de emissão em 410 nm quando excitado em 245 nm. Esse composto reage rapidamente com sulfetos aquosos e gasosos, liberando para o meio o ligante ácido 2-aminobenzóico, responsável pelo aumento da intensidade de fluorescência, proporcional a quantidade de sulfeto. O método desenvolvido possui limite de detecção de 0,075 μmol L-1 e 6,8 ppbv para sulfeto e H2S, respectivamente. A segunda etapa do trabalho envolveu a utilização da espectroscopia de absorção no infravermelho acoplada a uma nova geração de células gasosas, denominadas substrate-integrated hollow waveguides (i-HWG), para determinação em tempo real de H2S em matrizes gasosas. A determinação envolve a conversão imediata... / Abstract:Among the gaseous pollutants, hydrogen sulfide and its derivatives - also know as Reduced Sulfur Compounds (RSC) - have been attracting attention due their high toxicity, corrosive proprieties and involvement in several environmental issues. For this reason, there are many agencies worldwide that establish limits for the presence of H2S and RSC in several environmental compartments ranging from ppm (μg g-1) to low ppb (ng g-1). In order to enable the monitoring of these compounds in air, analytical methods must provide reliable and accurate results. Optical sensors appear particularly advantageous in terms of equipment cost, simplicity, easiness of operation, and potential for miniaturization. Several chemical compounds with luminescent proprieties have been used as reagent for sulfide detection. However, most of them are based on toxic metals and, furthermore, their synthesis contains many steps and generates toxic residues. In light of this context, a new palladium chelate compound - denominate bis (2-aminobenzoic) palladium (II) - was used to determinate sulfides in aqueous and gaseous samples as described in the first part of this thesis. The compound reacts with sulfides leading to the increase of the fluorescence intensity at 410 nm, when excited at 245 nm. The method was validated and enabled the determination of 0.075 μmol L- 1 and 6.8 ppbv for aqueous sulfide and gaseous H2S, respectively. The second part of this thesis involves the use of infrared spectroscopy coupled to a new generation of hollow waveguides, so-called substrate-integrated hollow waveguides, for the real-time monitoring of H2S in gaseous samples. The determination is based on the instantly and UV-based conversion of H2S to SO2, a very strong IR absorber at 1245 cm-1. The method enables the determination of 3 ppm of H2S. / Doutor

Orientador: Helena Redigolo Pezza / Co-orientador: Leonardo Pezza / Banca: José Anchieta Gomes Neto / Banca: Matthieu Tubino / Resumo: Um dos indicadores de qualidade do mel é o 5-hidroximetil-2-furfural (HMF). O HMF é produzido pelo aquecimento e envelhecimento do mel. A Comissão Internacional do Mel recomenda três métodos para a determinação do HMF em mel, o método de Winkler, o método de White e a determinação por CLAE. O método de Winkler utiliza a substância carcinogênica p-toluidina, a qual não está de acordo com os princípios da Química Verde. O presente estudo propôs para a determinação de HMF em mel, um método por análise por injeção em fluxo (FIA) usando o método de Winkler modificado, substituindo a p-toluidina por ácido p-aminobenzóico. A faixa linear foi de 1,00 a 40,0 mg L-1, o limite de detecção (LD) foi de 0,43 mg L-1 e o limite de quantificação 1,32 mg L-1. O método é eficiente e mais ambientalmente amigável na análise de HMF em mel. / Abstract:One of the quality indicator for honey is 5-hydroxymethyl-2-furfural (HMF). The HMF is product by heating and aging of honey. The International Honey Commission recommends three methods for the determination of HMF in honey, the Winkler method, the White method, and determination by HPLC. The Winkler method uses the carcinogenic substance p-toluidine, which is not in agreement with the principles of Green Chemistry. The present study proposed for determination of HMF in honey, a flow injection analysis (FIA) method using a modified method of Winkler, replacing p-toluidine for p-aminobenzoic acid. The linear range was 1.00 to 40.0 mg L-1, the limit of detection (LD) was 0.43 mg L-1 and the limit of quantification (LQ) was 1.32 mg L-1. The method is efficient and most environmentally friendly in the analysis of HMF in honey. / Mestre

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Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Químico / El papel Tissue es un tipo especial de papel de uso sanitario y doméstico. Se caracteriza por su alta suavidad, bajo gramaje y gran capacidad de absorción. Los papeles Tissue incluyen al papel higiénico, servilletas, toallas y pañuelos. El presente trabajo se desarrolla en la multinacional CMPC Tissue S.A. Esta empresa es la segunda mayor productora de papel Tissue a nivel latinoamericano y la octava a nivel mundial. Cuenta con dos plantas productivas en Chile, una en la comuna de Talagante y otra en la comuna de Puente Alto, ambas pertenecientes a la región Metropolitana. Desde principios de 2016, CMPC Tissue, planta Puente alto, ha experimentado un creciente uso de agentes de resistencia con motivo de mantener las propiedades mecánicas del papel. Este sobreconsumo ha elevado los costos productivos en más de US$5000 al mes. El objetivo de este trabajo es disminuir el consumo de agentes de resistencia en las dos líneas productivas de CMPC Tissue, planta Puente Alto. Para esto se cuenta con; un medidor de carga de partículas, total acceso al proceso productivo y un periodo máximo de seis meses. La metodología utilizada consiste en cuantificar los niveles de demanda iónica en los principales papeles de cada línea productiva, comparar este valor con lo reportado en bibliografía y proponer e implementar mejoras en los papeles identificados con problemas. En adición a esto, se implementa un sistema de capacitación y control enfocado a disminuir el consumo de los agentes de resistencia. El presente trabajo disminuyó el consumo de agente de resistencia en húmedo en el 57% de servilletas y toallas. Los papeles optimizados con éxitos fueron la servilleta 1R, servilleta 1T, la toalla 1 y la Sabanilla. Por otra parte, el consumo de agente de resistencia en seco total en la planta, en el trimestre diciembre, enero y febrero, disminuyó un 27% respecto al trimestre anterior. Finalmente, se proyecta que el beneficio económico consecuencia del proceso de optimización llega, en un escenario esperado, a los US$ 66.000 al año. Este valor representa el costo total de producción de un día de operación de la máquina papelera N°2 y es mayor al aumento de costos que tuvo la planta a principios de 2016.