Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2016-08-02T18:02:48Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Fock space approach to Schnakenberg model.pdf: 6802590 bytes, checksum: 388dea2a463bd63474eaab61feece049 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-02T18:02:48Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Fock space approach to Schnakenberg model.pdf: 6802590 bytes, checksum: 388dea2a463bd63474eaab61feece049 (MD5) Previous issue date: 2016-05-24 / Capes / This work has as objective to study the relationship between Fock spaces, quantum operators and chemical reaction systems used to model many stochastic processes with biological motivation, such as population growth, heartbeats and cell metabolism. In particular, we work with a generalization of Schnakenberg model, in its deterministic and stochastic versions, and which is used to describe the process of cellular glycolysis. As it is a new and at the same time a interdisciplinary area, involving knowledge in stochastic processes, theoretical physics, chemistry and biomathematics, this text seeks to be self-contained, including all the elements needed for the study of theme, for the purpose of contribute to the better understanding between these diverse areas. / Este trabalho tem como objetivo estudar a relação entre espaços de Fock, operadores de mecânica quântica e sistemas de reações químicas usados para modelar diversos processos estocásticos com motivação biológica, como crescimento populacional, batimentos cardíacos e metabolismo celular. Em particular, vamos trabalhar com uma generalização do modelo de Schnakenberg, em suas versões determinística e estocástica, e que pode ser utilizado para descrever o processo de glicólise celular. Como é uma área recente e ao mesmo tempo interdisciplinar, envolvendo conhecimento em processos estocásticos, física teórica, química e biomatemática, este texto procura ser autocontido, incluindo todos os fundamentos necessários para o estudo do tema, visando contribuir para o melhor entendimento entre estas diversas áreas.

Made available in DSpace on 2015-04-22T19:34:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Elson Souza.pdf: 3229647 bytes, checksum: f4466e739d1f2b0c695acfa5d461bf32 (MD5) Previous issue date: 2014-01-30 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work is about the electrochemical and spectroelectrochemical study of the oxidation reaction of ethanol for use in fuel cells operating with direct ethanol (DEFC). Ethanol as a fuel, beyond less toxic compared to methanol, has high availability in Brazil, is therefore most suitable its use as fuel. Its main limitation is the formation of reactive intermediates that strongly adsorb on the catalyst thus blocking the catalytic sites. Therefore, this project was intended to perform the study of electrochemical oxidation reaction of ethanol and its intermediates. For this purpose, we prepared binary and ternary electrocatalysts PtM/C and PtMM/C (M = Sn and Rh) by formic acid method and they were physically characterized by XRD and TEM. The electrochemical characterization was carried out in acidic media using cyclic voltammetry and chronoamperometry. Monitoring the formation of products and intermediate species formed during the electrooxidation of ethanol was done by in situ FTIR. Finally, polarization curves were performed to determine the performance of the unitary fuel cells. The physical characterization data showed particle sizes from 1.5 to 5 nm with good dispersion of catalytic material on carbon support. The electrochemical characterization revealed features for binary and ternary alloys, with no defined regions, compared to pure platinum. The FTIR results revealed the formation of CO2 and acetic acid as major products and the increasing concentration possibly leads to greater formation of acetaldehyde. The data in the unit cell showed higher performance for PtSn/C with a power density of approximately 23 mW cm-2. / Este trabalho trata do estudo eletroquímico e espectroeletroquímico da reação de oxidação de etanol para aplicação em células a combustível que operam com etanol direto (DEFC). O etanol como combustível, além de menos tóxico comparado ao metanol, possui alta disponibilidade no Brasil, sendo, portanto, muito satisfatório o seu uso como combustível. A sua principal limitação está na formação de intermediários reacionais que se adsorvem fortemente sobre o catalisador obstruindo assim os sítios catalíticos. Portanto, nesse projeto pretendeu-se realizar o estudo eletroquímico da reação de oxidação de etanol e de seus intermediários. Para tal, foram preparados eletrocatalisadores binários e ternários PtM/C e PtMM/C (M= Sn e Rh) pelo método do ácido fórmico e caracterizados fisicamente por DRX e TEM. A caracterização eletroquímica foi realizada em meio ácido usando voltametria cíclica e cronoamperometria. O acompanhamento da formação de produtos e espécies intermediárias formados durante a eletrooxidação do etanol foi feita por FTIR in situ. Por fim, curvas de polarização foram realizadas para determinar o desempenho em células a combustível unitárias. Os dados da caracterização física mostraram tamanhos de partículas de 1,5 a 5 nm, com boa dispersão do material catalítico no carbono usado como suporte. A caracterização eletroquímica revelou características para ligas binárias e ternárias, com regiões não definidas, comparadas a platina pura. Os resultados de FTIR revelaram a formação de CO2 e ácido acético como produtos majoritários e que o aumento da concentração leva possivelmente a maior formação de acetaldeído. Os dados na célula unitária mostraram maior desempenho para PtSn/C com densidade de potência de aproximadamente 23 mW cm-2.

No presente trabalho, estudou-se a modelagem matemática do processo de enxerto de anidrido maleico em polipropileno na forma fundida. Reações de enxerto desempenham um importante papel na reciclagem de polímeros, agindo na qualidade do material reciclado e aumentando seu valor comercial. A mistura de polímeros entre si ou com outros materiais também é favorecida através das reações de enxerto, nas quais se utiliza um composto que fornecerá a compatibilidade do polímero com o material em questão. O objetivo do presente trabalho foi desenvolver um modelo matemático capaz de representar as principais variáveis do processo de enxerto de anidrido maleico em polipropileno. Na literatura encontra-se um modelo semelhante, o qual utiliza as mesmas considerações cinéticas, mas com a hipótese de meio homogêneo. O presente trabalho propõe dois modelos, os quais consideram a heterogeneidade do meio reacional de formas diferentes (Modelos 1 e 2). Ambos os modelos utilizam um equacionamento baseado em balanços de massa e momentos para as espécies envolvidas e possuem parâmetros relacionados ao equilíbrio de fases entre os compostos no meio reacional. Os parâmetros termodinâmicos ajustados nos modelos são comparados favoravelmente com os valores obtidos através de estimativas pelo método UNIFAC. Como ferramenta para as simulações, utilizou-se o software MATLAB. Simulações feitas com dados de estudos experimentais, revelaram bons resultados para casos em que se utilizou a temperatura de 180ºC. Isto mostra que o comportamento real do processo nesta temperatura está compatível com as considerações utilizadas nos modelos. As simulações feitas com o Modelo 1 apresentaram bons resultados para casos com baixas concentrações de anidrido maleico e iniciador e mostraram uma certa melhora com relação ao modelo que considera meio homogêneo. O Modelo 2 está melhor fundamentado em relação ao Modelo 1, pois leva em conta o equilíbrio de fases entre o anidrido maleico e o iniciador e apresenta resultados um pouco melhores. / The mathematical modeling of the grafting of maleic anhydride onto polypropylene in melt was studied in the present work. Grafting reactions play an important role in polymer recycling, improving the material quality and increasing its commercial value. Through grafting processes, it is possible to enhance the polymer compatibility with other polymers and other materials. The aim of this work was to develop a mathematical model able to represent the main variables of the grafting process carried out in melt phase. The literature shows a similar model for grafting reactions, which has the same kinetic considerations, but considers the hypothesis of homogeneous medium. In the present work two models that consider different behavior of heterogeneous medium (Models 1 and 2) were proposed. Both models use equations based on mass and moment balances and include phase equilibrium parameters. The values obtained for the thermodynamic parameters were compared with estimates from UNIFAC method. The simulations were carried out using the software MATLAB. Good results were obtained for simulations of experiments conducted at 180°C. Hence, in these simulations, the process behavior is in agreement with the model considerations. The tests with the Model 1 show good results for low concentrations of maleic anhydride and initiator, and show a modest improvement in comparison to the model that considers homogeneous medium. The predictions from Model 2 were a little better than those from Model 1, in comparison with experimental data, because Model 2 takes into account the phase equilibrium between maleic anhydride and initiator in a more fundamental way.

Esta tese explora a potencialidade da radiação roveniente de um laser de gás carbônico para iniciar a combustão-modelo de substâncias simples oxigenadas com o bjetivo de estabelecer algumas das reações elementares relevantes ao processo de combustão. Esta tese é baseada no fato de que espécies intermediárias são geradas frequentemente em estados eletrônicos excitados no pulso do laser. O decaimento destas espécies em função do tempo foi observado pelas medidas de emissão por meio de uma fotomultiplicadora acoplada a filtros de interferência de banda estreita e, registrado em um osciloscópio de 100 MHz cuja base de tempo é gatilhada pelo laser de CO2. A evolução temporal do sinal de emissão foi analisada por um modelo cinético que compreende: 1) um processo de de pseudo-primeira ordem resultante por excitação multifotônica vibracional de colisões moduladas, e 2) decaimento através de emissão espontânea, reações químicas ou supressão radiativa. A cinética resultante das curvas experimentais foi obtida por um método de ajuste de curvas por simulação em um microcomputador. Os sistemas químicos estudados nesta tese compreendem o metanol, etanol, n-propanol, n-butanol e o éter dietílico. A eficiência na formação de C2, CH e OH foi estabelecida pela medida da intensidade e o tempo de subida da quimiluminescência determinado de acordo com o procedimento mencionado acima. A análise das curvas de subida e descida foram estudadas com o precursor puro e na presença de Ar, O2, NO, H2, Cl2, CH4 e C2H6, utilizando nestes casos pressões relativamente altas para garantir um número elevado de colisões. Nos sistemas em mistura com ar ou O2 as espécies emissivas CH e OH apresentam um prolongamento do tempo de decaimento, em geral não-exponencial. Ao mesmo tempo a intensidade relativa dos sinais de quimiluminescência atinge um máximo, sendo particularmente significativa para a espécie OH a uma determinada pressão de oxigênio. Misturas de etanol com O2/Ar resultam para a espécie OH num aumento no valor da vida média radiativa, enquanto que em misturas com CO, C2H6 e propileno (C3H6) é observado uma diminuição significativa. No caso de CO este comportamento é assumido como sendo de processos de relaxação, tendo-se para os dois últimos um processo de abstração de hidrogênio por parte da espécie OH. A presença de um inibidor de reações de radicais livres, NO, tem pouco efeito nos valores das constantes das espécies estudadas. Entretanto, a emissão da espécie OH foi totalmente suprimida em misturas do precursor com Cl2. Neste caso a observação de CH3CL por cromatografia em fase gasosa sugere que reações químicas de alguns dos fragmentos primários inibem o adicional bombeamento pelo laser. Um modo particular de se interpretar o possivel mecanismo de formação das espécies transientes, foi desenvolvido através do cálculo teórico RRKM dos principais processos primários aventados para a decomposição por excitação multifotônica vibracional da molécula de etanol. O cálculo RRKM foi modelado para a eliminação de H2O, processo majoritário a pressões baixas, e diferentes processos de cisões que passam a ter importância a intensidades elevadas de laser. O cálculo teórico mostra claramente que a eliminação de H2O é o canal preferido a baixas energias de excitação, sendo rapidamente reposto pelos outros canais a valores maiores de energia. Um efeito similar é observado para a decomposição unimolecular completa em função da pressão, onde a pressões elevadas, os processos de cisão com produção de radicais livres são dominantes como conseqüência da desativação das moléculas com energia mínima antes que sofram reação química. / This thesis explores the use of a CO2 laser to initiate combustion type reactions in a number of simple oxygen containing organic compounds. This method offers a potential tool to isolate and establish some of the elementary reactions responsible for the initial steps of combustion reactions. The core of the thesis is based on the fact that transient chemical species are generated in electronically excited states by the laser pulse. The time dependent behavior of this species has been observed by measuring the emission on a fast photomultiplier provided with narrow band filtres, and recording it on a 100 MHz oscilloscope triggered by the laser pulse. The time evolution of the emission signal has been analyzed by a kinetic model which includes: 1) an ill-defined pseudo-first arder process as a consequence of collisionally modulated multiphoton vibrational excitation, and 2) decay through spontaneous emission, chemical reaction ar radiative quenching. The resulting kinetics were fitted to the experimental curves by computer simulation. The chemical systems covered in this thesis include methanol, ethanol, n-propanol, n-butanol and diethyl ether. Under pulsed CO2 laser radiation, the efficiency of formation of C2, CH and OH have been established by intensity measurements and the rise time for chemiluminescence determined according to the procedure mentioned above. Emission rise times and decays were studied for the neat systems and in the presence of Ar, O2, NO, H2, CH4, and C2H6 at pressures for which collisional processes are important. Emission from the CH and OH species are sustained for longer times in the presence of air or O2 and the decay becomes distincly non-exponential. There is also a significant intensity effect which is particularly noticeable for OH which reaches a maximum at a given oxygen pressure. Mixtures af ethanol with O2/Ar result in longer lifetimes for OH whereas in mixtures with CO, C2H6 and C3H6 a significant decrease is observed. In the case af CO, this behavior is assumed ta be due to relaxation processes, while in the latter cases hydrogen abstraction by OH is presumably responsible for the decrease. The presence of the well known scavenger NO had little effect on the rate constants used to describe the emission process. On the other hand, OH emission was completely quenchend in mixtures of the precursor with Cl2. In this case, the observation of CH3Cl by gas chromatography suggests that chemical reaction of some of the primary dissociation fragments inhibits further laser pumping. An attempt to understand the possible mechanism for the formatiun of the transient species was developed through the use of an RRKM calculation of the primary dissociation processes of ethanol under multiphoton excitation. The RRKM calculations were modelled for the H2O elimination, the main process at low pressures, and different bond scission processes which may become important at higher laser intensities. The theoretical calculation clearly shows that H2O elimination is the preferred pathway at lower excitation energies but is rapidly replaced by the other channels at higher energy contents. A similar effect is observed for the complete unimolecular decomposition as a function of pressure, where at the higher pressures, the bond scission processes yielding free radicals are dominant as a consequence of the deactivation of the molecules with threshold energies before they can undergo chemical reaction.

As redes poliméricas são materiais amplamente estudados, pois suas propriedades especiais permitem que sejam aplicadas em áreas como indústria de fertilizantes, medicina, bioquímica, análises químicas dentre outras. A microestrutura de uma rede polimérica, em geral, exerce grande influência sobre as propriedades macroscópicas desses materiais e o interesse da influência dessa microestrutura nas propriedades finais são de interesse estratégico. As reações de ciclização influenciam no controle da microestrutura das redes poliméricas, é sabido que um aumento na diluição do sistema aumenta a incidência deste tipo de reações. A modelagem matemática da copolimerização do estireno-divinilbenzeno é um assunto amplamente estudado, porém poucos estudos foram realizados considerando as reações de ciclização com uma cinética definida e não um problema tipo caixa-preta. Este trabalho teve como principal objetivo o estudo da copolimerização de estireno-divinilbenzeno em solução e sua modelagem matemática com a inclusão das reações de ciclização intramoleculares. Sendo assim, reações de copolimerização de estireno-divinilbenzeno em soluções com baixas concentrações de monômeros foram realizadas em batelada em um reator de vidro, inicialmente foram utilizados dois modelos matemáticos para estudar o comportamento do sistema nestas condições, denominados: Modelo A e Modelo B. O Modelo A foi desenvolvido através do balanço de massa de todas as espécies no meio reacional e inclusão das reações de ciclização. O tamanho máximo dos polímeros mortos considerados neste modelo foi de 300 unidades monoméricas, pois devido à diluição acreditava-se que este tamanho máximo abrangesse todos os tamanhos de polímeros mortos, porém sua comparação com dados experimentais mostrou o contrário. O Modelo B foi baseado no modelo desenvolvido por Aguiar (2013) e utiliza o balanço de massa para as espécies não poliméricas e método dos momentos para as espécies poliméricas (radicais poliméricos e polímeros mortos). Este modelo utiliza também o Fracionamento Numérico para determinação das massas moleculares e ponto de gel, as reações de ciclização foram incluídas através do Método dos Caminhos. Quando comparados aos dados experimentais, o Modelo B mostrou-se mais realista com menores tempos de simulação e com menores problemas numéricos que o Modelo A, portanto este foi utilizado para o estudo do sistema em questão. Os resultados apresentados através do Modelo B indicam que o parâmetro atribuído à cinética das ligações cruzadas (Cp) foi de 0,05 e o valor do parâmetro de ciclização do menor segmento ciclizável (3 unidades monoméricas) foi de 130 s-1 para a temperatura de 90ºC, os valores para os demais tamanhos foram calculados através da equação de Rolfes e Stepto. Este trabalho é uma continuação ao trabalho de Aguiar (2013) e seus resultados mostraram que as simulações das variáveis: concentração de duplas ligações pendentes, Massa Molecular Mássica Média (Mw) e polidispersidade aproximaram-se mais dos dados experimentais quando as ciclizações são incluídas no modelo quando comparadas à abordagem sem a inclusão das reações de ciclização. / Polymer networks are widely studied materials; their especial properties allow them to be applied in areas such as the fertilizer industry, medicine, biochemistry, chemical analysis among others. In general, the polymer network microstructure has influence in macroscopic properties of materials, hence the interest of such microstructure in final properties are of strategic interest. The cyclization reactions influence in the microstructure control of polymer networks. It is known that an increase in systems dilution can increase the cyclization reactions incidence. Mathematical modeling of copolymerization of styrene-divinylbenzene is a widely studied subject, but few studies have been conducted considering the cyclization reactions with a defined kinetic and not a problem black-box type. This work aimed to study the styrene-divinylbenzene copolymerization solutions and their mathematical modeling with the inclusion of intramolecular cyclization reactions. Thus, solution copolymerization of styrene and divinylbenzene was carried out at low concentration of monomers in batch reactor. Two mathematical models were initially used to analize the behavior of the system, which were called: Model A and Model B. The Model A was developed by molar balance of species in the reaction medium and includes cyclization reactions, which were considered to happen in polymer chains with 300 or less monomer units. Due the dilution was believed that this number of units covering all sizes of dead polymers, but comparison between Model A an experimental data proved otherwise. The Model B was based in model of Aguiar (2013), and uses the mass balance for non-polimerics species and moments methods for polimerics species. Model B also uses numerical fractionation for average molecular weight and gel point determination, and the method of paths to approach cyclization reactions. When compared to experimental data, Model B proved more realistic, presenting shorter simulation times and less numerical problems than Model A. Therefore Model B was chosen to represent the system. The results presented by Model B indicate that the parameter assigned to the kinetics os crosslink (Cp) was fitted at 0,05 and cyclization rate constant for paths with 3 monomer units was fitted 130 s-1 at temperature of 90°C. The cyclization rate constants for longer paths were calculated trough Rolfes and Steptos equation. This work is a follow up to Aguiars work (2013) and the results showed that the simulation of variables: concentration of pendant double bonds, average molecular weight and polidispersity better predicted when the cyclization rate constants are greater than zero.

Este trabalho visa determinar a estrutura e a reatividade de íons [C2H5S]+, fragmentos comuns em espectros de massa, através de reações íon-molécula em fase gasosa. Identificaram-se diferentes estruturas isoméricas, para íons com composição formal [C2,H5,S]+, com reatividades distintas. Verificou-se que os íons [C2H5S]+ obtidos por fragmentação do íon molecular do metiletilsulfeto reagem por três caminhos independentes com seu precursor neutro: a) abstração de hidreto; b) transferência de carga; c) transferência de próton. A cinética desta reação, estudada por ressonância ciclotrônica de íons por transformada de Fourier, sugere a presença de mais de um isômero do íon reagente. As reações de abstração de hidreto e transferência de próton são consistentes com as estruturas CH2=S+-CH3 e CH3CH=SH+, respectivamente, enquanto que a reação de transferência de carga indica a presença do cátion tioetóxi (CH3CH2S+), estável apenas em estado triplete. Estudos usando CD3SC2H5 demonstram que a reação de transferência de carga é promovida por cátions formados a partir da quebra da ligação C-S. Cálculos indicam que durante este caminho de fragmentação há uma tendência de se formar um íon em estado triplete, no entanto, é a primeira vez que se demostra isto experimentalmente. Isolando individualmente cada um dos diversos isômeros, verificou-se que o íon sulfônio reage essencialmente por abstração de hidreto e/ou transferência de grupos metilênicos, enquanto que o tioacetaldeído protonado e o tiirano protonado reagem, principalmente, por transferência de próton. Dependendo da forma como os íons são obtidos (ionização química ou eletrônica), e das propriedades termoquímicas dos substratos, verifica-se que estes íons podem reagir por outros caminhos, provavelmente por um mecanismo de isomerização bimolecular. A observação de que é possível gerar íons CH3CH2S+, no estado triplete, cuja vida média é de pelo menos centenas de milisegundos sugere a possibilidade da observação de outros cátions semelhantes. / This thesis describes a series of simple gas-phase ion-molecule reactions of [C2H5S]+ ions aimed at elucidating the structure of these ions. Different isomeric structures were identified according to their reactivity. These ions obtained by electron ionization from CH3SC2H5 at 13 eV undergo three distinct low pressure reactions with the parent neutral: hydride abstraction, proton transfer and charge transfer. The kinetics of these reactions studied by FT-ICR techniques suggests the [C2H5S]+ species to be a mixture of isomers. While hydride abstraction and proton transfer are consistent with CH2=S+-CH3 and CH3CH=SH+, the observed charge transfer argues for the presence of thioethoxy cation (CH3CH2S+), predicted to be stable only in the triplet state. Studies using CD3SC2H5+ show that charge-transfer reactions are promoted by cations originating from a S-C bond cleavage. Calculations of the primary fragmentation pathways of the molecular ion reveal the tendency to generate triplet thioethoxy cation. However, this is the first time that these long lived cations have been observed experimentally. The reactions of each isolated isomer show that the sulfonium ion reacts basically by hydride abstraction and methylene transfer, while protonated tioacetaldehyde and protonated tiirane react by proton transfer. Depending on how the [C2H5S]+ ions are obtained ( chemical or electronic ionization) and the thermochemical properties of the neutral substrates, these ions undergo different reaction pathways, probably by a bimolecular isomerization mechanism. The observation of these long-lived cations suggests that other thioalkoxy cations may also be amenable to experimental observation.

Orientador: Milton Mori / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T22:56:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barbosa_ArianeCorrea_M.pdf: 3646143 bytes, checksum: 81967e15123849d7596f2ba40c6b2c68 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O comportamento dinâmico de um reator industrial de FCC (Craqueamento Catalítico Fluidizado) foi simulado utilizando modelos de escoamento gás-solido tridimensionais e aplicando o modelo cinético de 10-lumps desenvolvido por JACOB et al. (1976). O comportamento uidodinâmico e as reações químicas previstos foram validados com dados experimentais e de plantas industriais publicados na literatura. Além disso, foram adicionadas reações de craqueamento térmico ao modelo cinético de 10-lumps. Dessa forma foi possível investigar a influência dessas reações secundárias no rendimento da gasolina. Também foram identificados os locais em que essas reações são mais favoráveis a ocorrer. Foram utilizadas geometrias com diferentes entradas com o objetivo de identificar quais delas favorecem uma maior homogeneização do escoamento e o impacto delas nas taxas de reações de craqueamento térmico / Abstract: The dynamic behavior of a FCC (Fluidized Catalytic Cracking) industrial reactor was simulated employing 3D gas-solid ow models and applying the ten-lumps kinetic model developed by JACOB et al.(1976). The uid-dynamic and the chemical reactions predicted were validated with a set of plant data publicated in literature. Besides, there were added thermal cracking reactions to 4-lumps and 10-lumps kinetic model. Thus, it was possible to investigate the inuences of these secundary reactions in gasoline yield. It was also identi_ed the regions in which those reactions are more suitable to occur. Di_erent entries geometries werewas used to recognize which one provides a greater homogenization of the ow and their impact on the reaction rates of thermal cracking / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The continuous search for better quality of life, nowadays, implies in industrial growth e, consequently, in greater or minor degree of environmental pollution. The textile industry is responsible for part of this pollution; among the several environmental problems generated by the textile industry, two are distinguished: the not setting of dyes on the fibers, with losses of up to 50% of reactive dyes, and the great water consumption during the textile manufacturing (mean average of 100 L per kg of textile). The photocatalytic treatment of the reactive dyes (reactive red 4 and reactive blue 2) and the textile effluent was carried through by three different photo reactors: stirred tank and helicoidal tube photo reactors, both provided with TiO2 suspension; and rotative discs photo reactor, using immobilized TiO2. The parameters for the evaluation of the treatment efficiency were chemical oxygen demand (COD), absorptiometric color reduction and acute toxicity tests with bio indicators. Factorial planning was applied for the obtainance of the best results in terms of COD abatement of the effluent, and it was observed that the pH was the variable of greater importance for the applied processes. For the effluent treatment, in 120 min, the best results were obtained in stirred tank (pH 2, 500 mg TiO2, 60 °C and mercury vapor lamp) and helicoidal tube (pH 2, 200 mg TiO2, 50 °C, recirculation rate of 5 L h-1 and mercury vapor lamp) photo reactors, getting a COD abatement of 41% in both photo reactors, after factorial planning optimization. In the rotative discs photo reactor, by 16 rpm, xenon lamp and pH 2, a COD reduction of 36% was obtained, in 120 min. The photo catalysis performance in stirred tank photo reactor (pH 3, 400 mg of TiO2, 50 °C, mercury vapor lamp and dye concentration of 25 mg L-1), for the treatment of reactive red 4 and reactive blue 2 dyes, was enough for complete color removal in 5 and 10 min, respectively. The decolorization of the reactive red 4 and reactive blue 2 dyes, in helicoidal tube photo reactor, was possible in 20 and 40 min, respectively, by the following experimental conditions: pH 3, dye concentration of 25 mg L-1, 200 mg of TiO2, 50 °C and mercury vapor lamp. In the photo catalytic treatment using rotative discs photo reactor (pH 2, xenon lamp, 30 °C and velocity of 16 rpm), the solution of reactive red 4 was bleached in 120 min of treatment, and 150 min treatment was necessary for the decolorization of the reactive blue 2 solution. / A busca incessante por melhor qualidade de vida, hoje em dia, implica em crescimento industrial e, conseqüentemente, em maior ou menor grau de poluição ambiental. A indústria têxtil é responsável por parte desta poluição; entre os vários problemas ambientais causados por ela, destacam-se dois: a não fixação de corantes às fibras (as perdas de corantes reativos podem chegar a 50%) e o grande consumo de água durante o beneficiamento de tecidos (média de 100 L por kg de tecido). O tratamento fotocatalítico dos corantes reativos (vermelho reativo 4 e azul reativo 2) e do efluente têxtil foi realizado por três diferentes fotorreatores: fotorreator tipo tanque agitado e fotorreator tubular helicoidal, ambos com TiO2 em suspensão; fotorreator de discos rotativos, com TiO2 imobilizado em discos de vidro. Os parâmetros utilizados para avaliar a eficiência do tratamento foram demanda química de oxigênio (DQO), redução da cor absorciométrica e teste de toxicidade aguda com bioindicadores. Aplicou-se planejamento fatorial para a obtenção de melhores resultados nos abatimentos da DQO do efluente e na descoloração dos corantes, observando-se ser o pH a variável de maior importância nos processos aplicados. Para o tratamento do efluente, em 120 min, os melhores resultados foram obtidos nos fotorreatores tipo tanque agitado (pH 2, 500 mg TiO2, 60 °C e lâmpada de vapor de mercúrio) e tubular helicoidal (pH 2, 200 mg TiO2, 50 °C, lâmpada de vapor de mercúrio e taxa de recirculação de 5 L h-1), obtendo-se um abatimento de 41% da DQO nos dois fotorreatores, após adequação com planejamento fatorial. Foi aplicado teste de toxicidade, com estudo analítico de metabólicos e enzimas do peixe Leporinus obtusidens, aos efluentes tratados em tanque agitado, para os quais foram obtidos os melhores resultados. Os testes indicaram, em geral, que o efluente têxtil estudado apresenta toxicidade e que o tratamento reduz a toxicidade deste efluente. No fotorreator de discos rotativos, com velocidade de 16 rpm, lâmpada de xenônio e pH 2, conseguiu-se redução de 36% da DQO em 120 min. O desempenho da fotocatálise em fotorreator tipo tanque agitado (pH 3, 550 mg de TiO2, 50 °C, lâmpada de vapor de mercúrio e 25 mg L-1 de corante), no tratamento dos corantes vermelho reativo 4 e azul reativo 2, com a adequação de variáveis por meio de planejamento fatorial, foi suficiente para remoção da cor em menos de 10 min. A descoloração dos corantes vermelho brilhante e azul reativo 2, em fotorreator tubular helicoidal foi possível em 20 e 40 min, respectivamente, e nas seguintes condições experimentais: pH 3, concentração de corante 25 mg L-1, 200 mg de TiO2, 50 °C e lâmpada de vapor de mercúrio. No tratamento fotocatalítico, em fotorreator de discos rotativos (pH 2, lâmpada de xenônio, 30 °C e velocidade de 16 rpm), a solução de corante vermelho reativo 4 foi descolorida em 120 min de tratamento e, 150 min de tratamento, foram necessários para descoloração do corante azul reativo 2.

Orientador : Rodnei Bertazzoli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-31T20:36:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ragnini_ChristianedeArrudaRodrigues_D.pdf: 7289780 bytes, checksum: c957c214748c7d6a427bbf744502a03c (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Este trabalho apresenta o estudo de um processo para a eletrogeração de peróxido de hidrogênio. Foram usadas duas configurações de reatores eletroquímicos com eletrodos tridimensionais tipo esponja, e o processo de eletrossíntese do composto oxidante foi otimizado com relação ao potencial aplicado, vazão do eletrólito, e uso de promotores de turbulência. Inicialmente, foi feito um estudo da cinética de dissolução de oxigênio nas soluções usadas como eletrólito suporte. O eletrólito suporte selecionado foi Na2S04 0,5 M, pH 10, onde observou-se uma velocidade de transferência de massa para a fase líquida (kL ae) de 0,0037 m-1 s. 1, correspondente a uma constante de velocidade de dissolução do oxigênIo de 0,116 !lmol L-I S-I. Devido à baixa solubilidade do oxigênio, o processo de eletrogeração de peróxido mostrou-se um processo controlado por transporte de massa com baixos valores de corrente limite. Para viabilizar o processo de eletrossíntese, utilizou-se eletrodos tridimensionais de carbono vítreo reticulado, que apresentou a vantagem de separar os processos de produção da água e do peróxido de hidrogênio em I V. O potencial de -1,3 V vs. Agi AgI mostrou-se como o mais indicado para a realização dos experimentos a potencial constante. A comparação do processo de geração de peróxido de hidrogênio em reatores eletroquímicos de fluxo paralelo e transversal mostrou que o primeiro apresentou uma maior eficiência. Porém, a introdução de diferentes tipos de promotores de turbulência mostrou-se bastante eficiente no aumento do coeficiente de transporte de massa para o reator de fluxo transversal para toda a faixa de velocidade avaliada. Nesse caso, observou-se um aumento de aproximadamente 20% na velocidade de produção de H202 e o reator de fluxo transversal passa a superar o reator de fluxo paralelo. A melhor configuração obtida para o reator de fluxo paralelo para a geração de peróxido de hidrogênio foi: a) potencial aplicado de -1,3 V vs. Agi AgI, b) distância anodo/catodo de 1,5 cm, c) velocidade linear do fluido de 9,3.10-3 m S-I, correspondente a uma vazão de 750 L h-I, e d) o emprego do promotor de turbulência tipo C. Nesta condição, o coeficiente de transporte de massa foi de 3,4.10-5 m S-I, a constante de velocidade de eletrogeração de peróxido de hidrogênio foi de 26 Jlg L-I S-I, o consumo energético de aproximadamente 5,0 kWh kg-I e a eficiência de corrente foi de 80 %. Para o reator de fluxo transversal, a condição ideal de operação foi: a) potencial aplicado de -1,3 V vs. Agi AgI, b) distância entre o anodo e catodo de 0,5 cm, c) velocidade linear do fluido de 6,79.10-2 m S-I, e d) o emprego do promotor de turbulência tipo B. Nesta condição, o coeficiente de transporte de massa foi superior a 5,0.10-5 m S-I, a constante de velocidade de eletrogeração de peróxido de hidrogênio foi de 40 Jlg L-I S-I, o consumo energético foi de 4,5 kWh kg-I e a eficiência de corrente, de 82%. Como experimentos finais, procedeu-se um estudo da degradação do corante reativo preto remazol. A comparação entre os reatores, nas condições otimizadas acima descritas, demonstrou um desempenho melhor para o reator de fluxo transversal, comprovado também pelos resultados obtidos no tratamento do corante preto remazol. Nesse caso obteve-se üma remoção superior a 90% da coloração no reator de fluxo transversal após 240 minutos de tratamento, atingindo níveis de absorbância abaixo do padrão permitido para descarte. O processo de descoloração na presença de radiação UV mostrou ser consideravelmente melhor que na ausência desta. Reduções de quase 100% da coloração do corante preto remazol foram alcançadas com 45 minutos de tratamento, com níveis de absorbância abaixo do permitido / Abstract: This work reports a study on a process for the electrogeneration of hydrogen peroxide. Two types of electrochemical reactors. using three-dimensional porous electrodes. with a reticulated structure. were used. In both systems the performance the reactors. during the hydrogen peroxide production was investigated. as a function of applied potential. flow rate and the use of different types of turbulence promoters. Initially. a kinetic study of oxygen dissolution in some aqueous solutions. which can be used as support electrolyte. Was carried out. A solution of 0.5M Na2 804. pH 10, was chosen as electrolyte. In this case, the rate constant for mass transfer to liquid phase (kL ae) was 0,0037 m-I S-I, which corresponds to a oxygen dissolution rate of 0.116 J.Ullol L-I S.I. In view of the low solubility of oxygen, the hydrogen peroxide electrogeneration process showed to be a mass transport controlled process which exhibits low values of limiting cürrents. Then, a threedimensional reticulated vitreous carbon electrode was used to become viable the oxygen electroredution processo Results showed that the hydrogen peroxide formation and its decomposition to water are separated by 1 V on the vitreous carbon surface. The potential of 1,3V vS. Agi AgI was the more appropriated potential for constant potential experiments. Hydrogen peroxide electrogeneration process was carried out for two reactor configurations: flow-through and flow-by. Mass transfer coefficients were greater for the flow hrough configuration than for the flow-by configuration. However, with an introduction of turbulence promoters, an increasing of the mass transport coefficient, for flow-by mo de, was observed. In this case, 20% increasing was observed and then the flow-by mode became more efficient than the flow-through mode. The characteristics of the best configuration for flow-through mode for the generation of hydrogen peroxide were: a) applied potential of -1,3 V vs. A/AgI, b) anode/cathode distance of 1,5 cm, c) linear velocity of 9,3 10-3 m S-I, which corresponds to flow rate of 750 L h-I, and d) the use of turbulence promoter of type C. In this condition, the mass transport efficient was 3,4 10-5 m S.I, the constant of hydrogen peroxide electrogeneration rate was 26 J.Lg L-I S.I, the energetic consumption was approximately 5,0 kWh kg-I and the current efficient was 80%. For the flow-by mode, the best operation condition were: a) applied potential of -1,3 V vs. A/AgI, b) anode/cathode distance of 0,5 cm, c) linear velocity of 6,79 10-2 m S-I, which corresponds to flow rate of 550 L h-I, and d) the use of turbulence promoter of type B. In this condition, the mass transport efficient was 5,0 10-5 m S.I, the constant of hydrogen peroxide electrogeneration rate was 40 J.Lg L-I S-I, the energetic consumption was approximately 4,5 kyvh kg-I and the current efficient was 82%. In a series of final experiments the efficiency of the cell reactors was followed during textile dye solution degradation. During the experiments using remazol black, at the optimized conditions, the flow-by configuration showed better performance. A textile dye degradation greater than 90% was observed for 240 min of treatment time. The discoloration process, when UV irradiation was used, showed to be considerably faster. In this case 100% of dye degradation was observed in 45 minutes. During these experiments, hydrogen peroxide remaining in the solution was also followed. / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Marcos Nogueira Eberlin / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-14T13:08:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Corilo_YuriEberlimde_M.pdf: 973329 bytes, checksum: 0e8a6362dd2a94d8ce4185376aa8bde3 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A técnica de ionização a pressão atmosférica por electrospray (ESI) se tornou rapidamente a mais utilizada nas áreas de química e bioquímica, em estudos mecanísticos e em análises por ¿fingerprinting¿. ESI é versátil devido a sua alta sensibilidade e capacidade de transferir espécies iônicas da solução para a fase gasosa de forma branda, permitindo inclusive que espécies de alto peso molecular fracamente ligadas permaneçam intactas. Entre os líquidos iônicos (LI) já conhecidos, destacam-se os compostos heterocíclicos da classe dos cátions imidazólios. A espectrometria de massas não era capaz de detectar e analisar essa classe de compostos devido à baixa volatilidade que estes LI apresentam. Entretanto, com o desenvolvimento da técnica de ESI tornou-se possível à transferência desses compostos para a fase gasosa de uma forma bastante branda e eficaz. Estas espécies, podem ser detectadas por espectrometria de massas mesmo sofrendo modificações como fragmentações, rearranjos e reações, pelo fato de um ou dois anéis imidazóis funcionarem como uma ¿âncora¿ de carga, permitindo o estudo de propriedades intrínsecas destes compostos, como reatividade bimolecular. Através de experimentos com ESI em tandem (ESI-pseudo-MS, e ESIMS/ MS) utilizando a técnica de dissociação induzida por colisão (CID), foi possível formar, selecionar e identificar várias novas espécies de carbenos e radicais com sítios afastados de cargas múltiplas e arinos imidazólios / Abstract: The ionization technique, atmospheric pressure electrospray (ESI) has become rapidly the most used in the fields of chemistry and biochemistry, mechanistic studies and in analysis by fingerprint. ESI is versatile due to its high sensibility and capability to transfer ionic species from the solution to the gas phase in a soft way, allowing, inclusively, that species of high molecular weight weakly bonded remain intact. Among the ionic liquids (IL¿s) known, heterocyclic imidazolium cations stand out. Mass spectrometry was not able to detect and analyze this class of compounds due to the low volatility of these compounds. However, with the development of the ESI technique has become possible the transfer of these compounds to the gas phase. These species may be detected by mass spectrometry even when they suffer modifications such as fragmentations, rearrangements or other reactions, due to the fact that one or two imidazolium rings work as a charge ¿anchor¿, allowing the study of intrinsic proprieties of these compounds, such as bimolecular reactivity. Through tandem ESI experiments (ESI-psedo-MS, and ESI-MS/MS) using the collision induced dissociation (CID) technique, it was possible to form, select and identify several new species of multiply charged carbenes, radicals and arynes / Mestrado / Quimica Organica / Mestre em Química