Made available in DSpace on 2014-10-09T12:35:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:51:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:08:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2016-06-22T14:16:56Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-06-22T14:16:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

In the present work a new synthesis route, a hybrid between solid state reaction and proteic sol-gel method, is applied to a scintillator material based on Ca2Al2SiO7 (CAS). The luminescence mechanisms for the nanostructured scintillator is studied a mechanism that describes the luminescence process, when excited with X-rays, is proposed. The same system was also prepared via other 2 different methodologies, solid state traditional route, proteic sol-gel route, and 3 different solvents were used, for comparison in the hybrid method. In all cases the CAS phase was found as indicated by X-ray powder diffraction. During the thermal evolution of CAS precursors prepared via hybrid route assisted by coconut water, intermediate oxide phases were formed and they reacted with SiO2 to form the final CAS phase. SEM images indicated that the organic molecules present in the coconut water play an important role in the nanoparticle formation defining the average size and morphology, Samples prepared via the hybrid route showed particle with spherical shape with average size of (36 ± 15) nm. Analysis carried out via photoemission spectroscopy indicated that Si ions are the most abundant cation on surface of the particles produces via hybrid methods and solid state reaction. X-ray absorption (XAS) revealed that the Si coordination environment did not change during the synthesis. The XAS technique also indicated that the main valence for the dopants in CAS structure and the emission spectra obtained via pholuminescence and X-ray excited optical luminescence (XEOL) confirmed that the main emissions are related to the dopants on the CAS matrix. Extended X-ray absorption fine structure revealed the location of the dopants in the CAS matrix, and the most probable defect generated for the dopant presence. XEOL excitation spectra showed different behaviors for the luminescence around K edge of the matrix elements. The XEOL decay time indicated that fast scintillators were produced when CAS were doped with Ce3+ with characteristic constants lower than 40 ns. The results time dependent XEOL emission also showed that the luminescence decay curves are influenced by the presence of electrons and holes shallow traps in the CAS electronic structure. / No presente trabalho uma nova rota de síntese, híbrida entre as sínteses de estado sólido e sol-gel proteico, é aplicada a um material cintilador baseado na matriz cristalina Ca2Al2SiO7 (CAS). Adicionalmente, o mecanismo de luminescência destes cintiladores nanoestruturados é estudado e um modelo é proposto. Para efeito de comparação com a rota de síntese híbrida, amostras foram também preparadas por sol-gel proteico e síntese de estado sólido, e com a variação do solvente na síntese híbrida. Os resultados de difração de raios X mostraram que as amostras apresentaram a fase cristalina de Ca2Al2SiO7 após calcinação acima de 1300°C. Durante a evolução térmica dos precursores preparados pelo método híbrido assistido por água de coco, fases cristalinas intermediárias são formadas e estas reagem com o SiO2, até a formação do CAS. As imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura indicaram que as moléculas orgânicas presentes na água de coco são decisivas no controle do tamanho e morfologia das nanopartículas obtidas pelo método híbrido, e as partículas apresentam formato esférico e tamanho médios de (36 ± 15) nm. A espectroscopia de fotoemissão revelou que o Si é o elemento mais abundante na superfície das amostras produzidas pelos métodos híbridos e síntese de estado sólido. Enquanto a absorção de raios X (XAS) mostrou que a coordenação do Si não muda durante a síntese. A XAS também indicou as valências mais abundantes dos íons dopantes do CAS e os espectros de emissão fotoluminescente e de luminescência óptica estimulada por raios X (XEOL) confirmaram que estes são os canais luminescentes dos materiais. Com a análise da estrutura fina de absorção de raios X foi possível localizar os sítios ocupados pelos dopantes no CAS, assim como estimar o tipo de defeito mais provável, gerado pela presença destes íons. Os espectros de excitação XEOL mostraram comportamentos diferentes para a luminescência na região das bordas K de absorção dos elementos da matriz. As medidas de tempo de decaimento da luminescência indicaram a obtenção de cintiladores muito rápidos, com constantes características menores que 40 ns em todas as amostras que contém Ce3+ e que o processo de decaimento também está associado à presença de armadilhas de portadores de cargas na estrutura eletrônica do material.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:35:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A forma isomórfica predominante nos biominerais (casca de ostra, coral, madrepérola e concha) estudados foi a aragonita. Contudo, o surgimento da fase calcita deu-se à temperatura de 500°C a uma taxa de aquecimento de 10°C/s para todas as amostras; e para a amostra de coral, à temperatura de 400°C, independente da taxa de aquecimento. O elemento mais abundante nas amostras de biominerais foi o Ca na forma de CaO e para os silicatos (tremolita, diopsídio e rodonita), o Si na forma de SiO. O elemento traço mais presente nas amostras de biominerais foi o Fe. A análise de ressonância paramagnética eletrônica mostrou as linhas de Mn2+ nas amostras de coral e madrepérola, antes da irradiação. Para amostras irradiadas, os defeitos encontrados foram os radicais CO2-, CO33-, CO3-, SO2-, SO3-, e num intervalo de g entre 2,0010 e 2,0062. Na análise por absorção óptica dos biominerais foram encontradas transições devido à presença de Mn nas amostras. Foi observado um pico termoluminescente (TL) em aproximadamente 140°C para os biominerais e em 180°C para os silicatos, cuja intensidade depende diretamente da dose. Para amostras expostas a diferentes tipos de radiações, o pico TL ocorre em temperaturas mais baixas. Para as curvas dose-resposta obtidas para esses materiais, foi possível determinar um intervalo de linearidade para o qual a sua aplicação em dosimetria de doses altas se torna possível. Levando-se em consideração o tipo de radiação, dentre os biominerais e os silicatos, obteve-se a menor dose detectável (40mGy), para a radiação gama em amostra de casca de ostra utilizando-se a técnica de medição de luminescência opticamente estimulada (LOE). Para radiação beta, as amostras de tremolita e diopsídio obtiveram a menor dose detectável (60mGy). No geral, obteve-se uma boa reprodutibilidade para as amostras, utilizando-se as técnicas TL, LOE e emissão exoeletrônica termicamente estimulada (TSEE) para as radiações alfa, beta e gama. Portanto, pode-se concluir que as amostras caracterizadas neste trabalho podem ser utilizadas como detectores/dosímetros de doses altas. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:51:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:08:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A cinza da casca do arroz (CCA) é um resíduo rico em sílica amorfa. Um método simples e de baixo consumo energético para extração desta sílica foi pesquisado, obtendo-se um material com baixo teor de impurezas e alta reatividade, adequado para a síntese de zeólitas e wolastonita (CaSiO3). As zeólitas sintéticas, que não possuem estruturas similares na natureza, são cada vez mais valorizadas no mercado devido a pureza e eficiência em aplicações específicas nas áreas de troca iônica, peneira molecular e catálise. A wolastonita com elevado grau de pureza tem várias aplicações na indústria e agricultura. O mineral wolastonita pode ser formado de várias maneiras na natureza. Em geral é aceito que existem dois processos de formação; os quais envolvem o metamorfismo (calor e pressão) do calcário. Neste trabalho, foi desenvolvido um novo processo para a síntese das zeólitas e da wolastonita, ambas a partir da sílica coloidal da CCA; tendo como objetivo um processo de um menor custo energético, menor número de etapas e menor consumo de reagentes. Foram sintetizadas neste trabalho as zeólitas: A, usada em detergentes, e a ZSM-5, empregada na indústria petroquímica, devido a sua alta seletividade em reações catalíticas e grande estabilidade térmica e resistência aos ácidos. A primeira etapa na síntese da wolastonita foi estudada com o objetivo da formação do hidrossilicato de cálcio (CSH). Contudo, onze hidrossilicatos de cálcio diferentes ocorrem no sistema Ca(OH)2-SiO2-H2O que em uma segunda etapa passam por um tratamento térmico para dar formação a fase wolastonita. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2016-06-22T14:16:56Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-06-22T14:16:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A demanda crescente por água tem feito de seu reúso planejado um tema atual e de grande importância, já citada na Agenda 21, que recomendou implementação de políticas de gestão dirigidas para o uso e reciclagem de efluentes, integrando proteção de saúde pública de grupos de risco com práticas ambientais adequadas. De acordo com as Resoluções CONAMA nº 357 e 420 os efluentes somente podem ser descartados em corpos d´água se os seus parâmetros característicos se situarem de acordo com o balizamento dado para cada classe de corpo de água. Íons metálicos podem ser removidos de soluções aquosas por diferentes processos sendo a adsorção em argilas um método que pode ser considerado efetivo e barato quando comparado aos demais. Neste estudo foi avaliada a capacidade de adsorção dos íons metálicos Cr3+, Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ e Ni2+ em solução utilizando-se caulinita comercial com a finalidade de reúso e/ou descarte. A caracterização mineralógica e química das amostras comerciais obtidas indicou que aquela denominada caulinita C foi a que mais se adequou ao estudo visto que apresenta elevado teor de pureza mineralógica, baixos teores de elementos traço, e maior capacidade de troca catiônica. O estudo da remoção dos íons em solução indicou que o aumento razão adsorvente:adsorvato aumenta a eficiência de adsorção. O estudo da influência do pH indicou que a maior adsorção ocorre em pH levemente alcalino, pH 8. E o estudo do tempo de contato indicou que o equilíbrio de adsorção é atingido em menos de trinta minutos para todos os íons, exceto para o Ni. A análise das isotermas de adsorção indicou que a caulinita empregada neste estudo é adequada principalmente à remoção dos íons Zn (II), Cu (II) e PB (II). / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Abstract Plant fibres are an important part of modern daily life. The most obvious consumer products manufactured from them are paper, cardboard and the fibreboards used in the construction and furniture industries. Plants producing a woody stem are the most widely used raw materials for these fibre products but fibres originating from other plants, i.e. non-wood fibres, are used too. One of the most promising potential non-wood fibre resource categories is that of grasses, of which the cereals are the most important plants grown worldwide. A huge amount of straw is generated as an agricultural by-product annually, but the amount used as an industrial raw material is low because it contains components that are detrimental either to processability or to product quality. The purpose of pulp fractionation is to divide pulp into fractions with distinct properties. Industrially feasible fractionation methods are pressure screening, hydrocyclone fractionation and flotation. In pressure screening, separation is based on a mechanical barrier and particles are fractionated according to their dimensions, while a hydrocyclone fractionates particles according to their density and specific surface area and flotation fractionates particles according to their surface chemistry. These methods are traditionally used for removing impurities from pulp but numerous reports on pulp fractionation can also be found. Previous fractionation experiments were performed using wood-based pulps, whereas no previous studies are available concerning the fractionation of pulps manufactured using grasses. The aim of the present work was to determine whether it is possible to fractionate wheat straw pulp by methods that are feasible on an industrial scale. The experimental part was concerned with wheat straw pulp fractionation by pressure screening, hydrocyclone fractionation and flotation. The results show that all these fractionation methods were able to divide the wheat straw pulp into fractions with different cell properties and cell types, e.g. distinct cell lengths, cell wall thicknesses or surface chemistries. Likewise, fractionation can be used to remove detrimental components or to optimize pulp properties according to their end use or to optimize pulp processing sequences. Due to the uniform structure of grasses, it is likely that the results can be generalized to other grasses than that employed here. / Tiivistelmä Kasvisoluja sisältävät tuotteet ovat laajalti mukana ihmisten jokapäiväisessä elämässä. Kaikista näkyvimpiä tuotteita ovat paperi- ja kartonkituotteet sekä rakennus- ja huonekaluteollisuuden käyttämät kuitulevyt. Perinteisesti kasvikuidut näihin tuotteisiin on saatu puuvartisista kasveista, mutta raaka-aineena käytetään muitakin kasveja, niin kutsuttuja non-wood kasveja. Yksi potentiaalinen kasviryhmä teollisuuden raaka-aineeksi ovat heinäkasvit. Muun muassa tärkeimmät viljakasvit ovat heinäkasveja, ja maatalouden sivutuotteina syntyy korsimateriaalia maailmanlaajuisesti huomattava määrä. Heinäkasvien teollinen hyödyntäminen on kuitenkin vähäistä sillä ne sisältävät komponentteja, jotka haittaavat materiaalin prosessointia tai ovat lopputuotteen ominaisuuksia heikentäviä. Kuitususpension fraktioinnin tarkoituksena on jakaa suspensio kahteen tai useampaan jakeeseen, joiden kuituominaisuudet tai solukoostumus ovat erilaiset. Teollisesti käytettävissä olevia fraktiointilaitteita ovat painelajitin, hydrosykloni ja flotaatio: painelajittimessa erottuminen perustuu mekaaniseen esteeseen ja partikkelit erottuvat pääasiassa partikkelin dimensioiden perusteella, hydrosyklonissa erottuminen tapahtuu partikkelien tiheyden ja ominaispinta-alan mukaan kun taas flotaatiolla voidaan erottaa pintakemialtaan erilaisia partikkeleita. Näitä laitteita on perinteisesti käytetty epäpuhtauksien poistamiseen kuitususpensiosta, mutta laitteiden käyttöä puusta valmistettujen massojen fraktiointiin on tutkittu laajasti. Heinäkasveista valmistettujen massojen fraktiointiin näitä menetelmiä ei ole sovellettu. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää vehnämassan sisältämien solujen fraktiointia teollisuuden käyttöön soveltuvilla menetelmillä. Työn kokeellisessa osassa fraktiointiin vehnäsellua painelajittimella, hydrosyklonilla ja flotaatiolla. Työn tulokset osoittavat, että kaikki tutkitut fraktiointimenetelmät pystyvät jakamaan vehnämassan jakeisiin, joilla on erilaiset solujen ominaisuudet sekä solukoostumukset. Fraktioinnin avulla on mahdollista tuottaa jakeita, joiden kuitupituudet, seinämäpaksuudet sekä pintakemia eroavat. Näin ollen massasta voidaan poistaa jokin haitallinen solujae, tai vaihtoehtoisesti fraktiointia voidaan käyttää optimoitaessa massan ominaisuuksia lopputuotteen ominaisuuksien parantamiseksi, tai optimoitaessa massan prosessointia. Koska heinäkasvit ovat rakenteeltaan samanlaisia, ovat tulokset hyvin todennäköisesti yleistettävissä muidenkin heinäkasvien fraktiointiin.

Ce travail est dédié à la compréhension du comportement mécanique des verres silicates à micro-échelle. Il est consacré à l'étude de la densification permanente des verres silicates et aux changements structuraux induits par différents méthodes. D'abord la densification par presse « Belt » en fonction de la température et de la pression est étudiée. Une inhomogénéité macroscopique à l'échelle de l'échantillon dépendant de la température et de la pression est observée. Ces observations sont interprétées par une diminution de la viscosité du verre avec la pression. Ensuite, une étude dans le domaine plastique du verre de silice par différents techniques « hautes pressions » est réalisée. Des modifications structurales sont observées durant la compression, en particulier une diminution de l'angle Si-O-Si intertétraèdre et une augmentation des petits cycles à 3 trétraèdres. De plus, il est montré que dans une compression hydrostatique la limite élasto-plastique d'un verre de silice prédensifiée ne dépend pas du chemin de densification. Le comportement du verre de silice prédensifié puis indenté évolue d'un verre anormal, vers un verre normal à mesure que la densité augmente. Enfin, l'indentation d'un verre silico-sodo-calcique sous indentation Vickers montre que la cartographie de la densification est similaire pour les deux charges (1 et 2 Kg) et que la distribution de la densification n'est pas affectée par la préparation des échantillons. Ces résultats sont comparés avec des résultats numériques obtenus par modélisation par éléments finis / This work was dedicated to the comprehension of mechanical behavior of silica glass at micro scale. It is focused on the study of the permanent densification of silica glass and structural changes induced by different methods. First, “Belt” densification is studied as a function of temperature and pressure. A macroscopic inhomogeneity at the sample scale was observed and it was dependent upon temperature. These observations were due to glass viscosity decrease with pressure. The plastic domain of silica glass with different “high pressure” techniques was analyzed. Structural modifications were observed during compression especially as Si-O-Si intertetrahedral angle decrease and an increase of small rings. Furthermore, it is demonstrated that during a hydrostatic compression, the elasto-plastic limit of predensified silica glass does not depend on densification path. We observed that the behavior of the predensified and indented silica glass evolves from normal to abnormal glass when density increases. Finally, the Vickers indentation of sodo-lime-silicate glass shows that densification cartography is similar for the two charges (1 and 2 Kg) and that densification distribution was not affected by sample preparation method. These results were compared with numerical calculations obtained by finite element modeling

Os resíduos sólidos galvânicos despertam especial atenção, devido à sua composição tóxica. Tais resíduos geralmente são estocados nas empresas de galvanoplastia, criando um preocupante passivo ambiental, em particular, nas áreas densamente povoadas, como a zona leste da cidade de São Paulo, que, por sua vez, possui um pólo de empresas de galvanoplastia do setor de cromação. Face ao pressuposto, na primeira parte do trabalho, um estudo foi realizado com a compilação dos dados de empresas galvânicas situadas na zona leste de São Paulo, abordando aspectos socioeconômicos e de processo, que influenciam na geração e na destinação dos resíduos sólidos industriais. Na segunda parte do trabalho, amostras selecionadas de resíduos sólidos foram avaliadas quanto às suas características químicas e físico-químicas e foi apresentada a viabilidade do uso tecnológico visando o aproveitamento destes resíduos. Os principais resultados obtidos mostraram que nas dezessete empresas visitadas são geradas 106 toneladas de resíduos sólidos por ano e estes são armazenados em condições precárias, podendo afetar a população vizinha em caso de acidentes ambientais. Os resíduos constituídos majoritariamente por Ni, Cr, B, Cu, Ca, S, C, Na, Fe e Zn, quando aquecidos até 1400°C, apresentaram formações de compostos identificados como Ca2Cr2O5, BaCrO4, NiCr2O4, CuCrO2, CaSO4, Ni2SiO4, NiO e CuO. Estes compostos são difíceis de serem obtidos e, por si só, apresentam potencial para comercialização como matérias-primas para a produção de produtos cerâmicos. Os resíduos sólidos galvânicos foram incorporados em matrizes vítreas, indicando uma alternativa satisfatória e de baixo custo para a inertização dos constituintes nocivos à saúde. Os vidros obtidos apresentaram aspectos coloridos, podendo ser utilizados como produtos finais ou como matérias-primas para a produção de esmaltes cerâmicos ou pigmentos inorgânicos. Existem diversas possibilidades de destinação dos lodos galvânicos e, independente de qual seja adotada, conclui-se que é de extrema importância a sua retirada de dentro das empresas, para eliminar o enorme e crescente passivo ambiental. / Solid galvanic waste has attracted special attention due to its toxic composition. These wastes are usually stored in galvanic companies, creating a worrying environmental liability, especially in densely populated areas, as eastern side of São Paulo city, which area has many galvanic companies of chroming sector. Therefore, on the first part of this research, a study was made with the collection of informations of the galvanic companies situated on the eastern side of São Paulo, considering the socioeconomics aspects and process, which interfere on the destination and generation of the industrials solid waste. On the second part of the research, selected samples of the solid waste were analyzed related to its chemical and physical-chemical characteristics and it was showed the viability of technological using viewing the utilization of this waste. The main results show that in the seventeen companies visited, 106 tons/year of solid waste have been produced and being stored in precarious conditions, may affecting the neighbor population in case of environment accidents. The waste mainly composed of Ni, Cr, B, Cu, Ca, S, C, Na, Fe and Zn, when heated up to 1400°C, showed compounds formations identified such as Ca2Cr2O5, BaCrO4, NiCr2O4, CuCrO2, CaSO4, Ni2SiO4, NiO and CuO. This compounds are difficult to obtain and are economically important as raw materials for the ceramic products production. The solid galvanic waste were incorporated into the glassy matrix, indicating that this technique is a good alternative and with low cost for the inertization of these chemical compounds, which are harmful to the health. The glasses are colorful, and can be used as final products or as raw materials for the production of ceramic enamel or inorganic pigments. There are many possibilities of destination of the galvanic waste and, independent of which one is adopted, it may be concluded that is of extreme importance to take it out of the companies, to eliminate the enormous and growing environmental liability.