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Desenvolvimento e aplicação de membranas poliméricas na remoção de amônia em águas residuaisBastos, Edna Teresa Ruas, Instituto de Engenharia Nuclear January 2006 (has links)
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EDNA TERESA RUAS BASTOS M.pdf: 3769677 bytes, checksum: daecee079f3bc3c87f7374c4ed2ee90a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-06T14:41:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2006 / As membranas de nanofiltração (NF) tem despertado atualmente grande interesse para fins de aplicação em tratamento de águas, indústria química fina
e também na recuperação de moléculas com alto valor agregado, porque possibilitam a separação de íons multivalentes que estejam dissolvidos na água, bem como compostos orgânicos com massa molar relativamente baixa, na faixa de 200 a 1000 Da. As membranas de NF são constituídas de duas camadas, um suporte polimérico microporoso e uma camada densa e fina que é responsável pela seletividade da membrana. Normalmente, membranas compostas são obtidas em pelo menos duas etapas: preparação do suporte poroso com posterior deposição da pele. Porém, no presente trabalho, as membranas foram preparadas em uma etapa utilizando espalhamento consecutivo de duas soluções poliméricas, utilizando a técnica de inversão de fase por imersão/precipitação. Para formação do suporte foi utilizado como polímero base PES ou PSU e para a formação da "pele" foi utilizada polisulfona
previamente sulfonada. As reações de sulfonação foram conduzidas em condições moderadas para minimizar a degradação da cadeia polimérica principal, utilizando como agente sulfonante o (CH3)3SiSO3CI. Os produtos sulfonados foram caracterizados por análise titulométrica, viscosidade, análise
térmica, e ressonância magnética nuclear. Para a síntese das membranas compostas foram desenvolvidos estudos da influência de algumas variáveis de síntese, tais como composição da solução do suporte, da pele e do banho de precipitação. As membranas foram caracterizadas quanto a sua morfologia, através de microscopia eletrônica de varredura e quanto as suas propriedades de transporte, tais como permeabilidade hidráulica, fluxo permeado e seletividade. A seletividade das membranas foi avaliada através de testes de permeação de soluções de sulfato e cloreto de amônio ambas na concentração de 100 mgL-1. Os resultados obtidos mostraram que é possível a preparação de
membranas compostas pelo espalhamento consecutivo de duas soluções poliméricas, com aderência entre as duas camadas. Com relação aos testes de
permeação, as membranas desenvolvidas apresentaram valores de fluxo permeado (2 - 29 L/m2.h) e permeabilidade hidráulica (0,56 – 8,00 L/m2.h.atm) dentro da faixa das membranas comerciais de NF. Os valores de rejeição aos íons amônio (77%) ainda podem ser otimizados pela variação das condições de preparação das membranas compostas / The use of nanofiltration membranes (NF) in water treatment in chemical industries and also on the recovery of high valuable molecules, are of great interest because they make possible the separation of multivalent ions wich are solved in water, as well as organic componds of low molar weight (200 –1000 Da). The NF membranes are constituted of two layers, a micro-porous - base polymer and a dense and fine layer wich is responsible for the selectivity of the membrane . Usually, composite membranes are obtained in at least two stages: initially the preparation of the porous support and afterwards the deposition of the skin. However, in the present method, the membranes were prepared in the step, using consecutive spread of two polymeric solutions, using the technique of phase inversion by immersion/ precipitation. The support was created using a polymer base poliethersulfone or polysulfone and the skin was made from polysulfone previously sulfonated. The sulfonation reactions were driven under moderate conditions to minimize the degradation of the main polymeric chain using trimetylsilylchlrosulfone as .the sulfonation agent. The sulfonated products were characterized by titulometric analysis, viscosity, thermal analysis and nuclear magnetic resonance. Studies of the influence of some synthesis variables were developed for the synthesis of the composite membrane, such as the composition of the support solution, of the skin and of the precipitation bath. The membranes were characterized by their morfology, through a scanning electron microscope and by their transport properties, such as the hydraulic permeability, the permeation flow and the selectivity. The membrane selectivity was evaluated through tests of permeation of ammonium sulfate and chloride solutions both in the concentration of 100mgL-1. The final results showed that it is possible to prepare composite membranes by the consecutive spread of two polymerics solutions, with adherence between the two layers. Regarding the permeation tests, the developed membranes presented values of permeated flow of 2-29 L/m2h and hydraulic permeability of 0,56 – 8,00 L/m2h.atm within the range of commercial NF membranes. The ammonium ions rejection values of 77% can still be optimized by changing the preparation conditions of the composite membranes.
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Eletrólito polimérico à base de resina hidrocarbônica para uso com membrana celulósica em célula a combustível tipo PEM alimentada com hidrogênioBranco, Carolina Musse January 2013 (has links)
Neste trabalho foi desenvolvido um eletrólito à base de resina hidrocarbônica sulfonada e membrana de celulose para uso em célula a combustível (FC) para produção de energia. O eletrólito foi obtido pela sulfonação da resina indeno-estireno com sulfato de acetila, variando-se o grau de sulfonação (GS) de 20 a 60%, sendo os grupos sulfônicos da resina responsáveis pelo transporte de prótons do ânodo para o cátodo. A membrana de celulose foi preparada a partir da decantação de fibras de celulose suspensas em coluna d’água utilizando-se vácuo, sendo estas tratadas com etanol. A resina sulfonada foi avaliada quanto ao GS, solubilidade em água e condutividade em solução. A resina tal qual e sulfonada e a membrana de celulose foram caracterizadas quanto ao comportamento térmico por DSC e TGA. O eletrólito impregnado na membrana de celulose foi avaliado em protótipo de FC untária tipo PEM. Quanto maior o GS da resina maior a sua solubilidade em água e condutividade iônica. A inserção de grupos sulfônicos na resina aumenta a temperatura de transição vítrea do polímero ou o ponto de amolecimento da resina sulfonada. O eletrólito que apresentou melhor desempenho no protótipo de FC foi o GS44C30-MCT, preparado com resina com GS de 44%, solução aquosa de concentração de 30% e membrana de celulose tratada com etanol (MCT), cujas curvas de polarização i-V e i-P foram semelhantes às obtidas com a membrana Nafion® 117, sob mesmas condições a 80 ºC. A potência máxima e potencial de circuito aberto obtidos com o eletrólito GS44C30_MCT foram de 15,3 mW/cm² e 0,927V, respectivamente. A proposta de um eletrólito em solução suportado em uma membrana apresentou potencial de uso para uma célula tipo PEM. / In this work it was developed an electrolyte based on sulfonated resin and cellulose membrane for use in fuel cells (FC) to produce energy. The electrolyte was obtained from indene-styrene resin sulfonated with acetyl sulfate, ranging the sulfonation degree (GS) between 20 to 60%, being the sulfonic groups responsible by protons transport from anode to cathode. The cellulose membrane was prepared from decantation with vacuum of cellulose fibbers in water column, and was treated with ethanol. The sulfonated resin was evaluated as the GS, water solubility and conductivity on solution. The pristine resin, the sulfonated one and the cellulose membrane were characterized as to thermal behavior by DSC and TGA. The electrolyte impregnated in cellulose membrane was evaluated in a PEMFC prototype. The insertion of sulfonated groups on the resin increases polymer glass transition temperature or sulfonated resin softening point. The electrolyte that presented the highest performance on the FC prototype was GS44C30_MCT prepared with 44% of GS and 30% of concentration and cellulose membrane with treatment (MCT). This (i-V and i-P) polarization curves were similar to the ones obtained with Nafion® 117 membrane, in the same conditions. The maximum power and open circuit voltage with this electrolyte were 15,3 mW/cm² and 0,927 V, respectively. The proposal of an electrolyte in solution showed potential to use in a PEMFC.
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Eletrólito polimérico à base de resina hidrocarbônica para uso com membrana celulósica em célula a combustível tipo PEM alimentada com hidrogênioBranco, Carolina Musse January 2013 (has links)
Neste trabalho foi desenvolvido um eletrólito à base de resina hidrocarbônica sulfonada e membrana de celulose para uso em célula a combustível (FC) para produção de energia. O eletrólito foi obtido pela sulfonação da resina indeno-estireno com sulfato de acetila, variando-se o grau de sulfonação (GS) de 20 a 60%, sendo os grupos sulfônicos da resina responsáveis pelo transporte de prótons do ânodo para o cátodo. A membrana de celulose foi preparada a partir da decantação de fibras de celulose suspensas em coluna d’água utilizando-se vácuo, sendo estas tratadas com etanol. A resina sulfonada foi avaliada quanto ao GS, solubilidade em água e condutividade em solução. A resina tal qual e sulfonada e a membrana de celulose foram caracterizadas quanto ao comportamento térmico por DSC e TGA. O eletrólito impregnado na membrana de celulose foi avaliado em protótipo de FC untária tipo PEM. Quanto maior o GS da resina maior a sua solubilidade em água e condutividade iônica. A inserção de grupos sulfônicos na resina aumenta a temperatura de transição vítrea do polímero ou o ponto de amolecimento da resina sulfonada. O eletrólito que apresentou melhor desempenho no protótipo de FC foi o GS44C30-MCT, preparado com resina com GS de 44%, solução aquosa de concentração de 30% e membrana de celulose tratada com etanol (MCT), cujas curvas de polarização i-V e i-P foram semelhantes às obtidas com a membrana Nafion® 117, sob mesmas condições a 80 ºC. A potência máxima e potencial de circuito aberto obtidos com o eletrólito GS44C30_MCT foram de 15,3 mW/cm² e 0,927V, respectivamente. A proposta de um eletrólito em solução suportado em uma membrana apresentou potencial de uso para uma célula tipo PEM. / In this work it was developed an electrolyte based on sulfonated resin and cellulose membrane for use in fuel cells (FC) to produce energy. The electrolyte was obtained from indene-styrene resin sulfonated with acetyl sulfate, ranging the sulfonation degree (GS) between 20 to 60%, being the sulfonic groups responsible by protons transport from anode to cathode. The cellulose membrane was prepared from decantation with vacuum of cellulose fibbers in water column, and was treated with ethanol. The sulfonated resin was evaluated as the GS, water solubility and conductivity on solution. The pristine resin, the sulfonated one and the cellulose membrane were characterized as to thermal behavior by DSC and TGA. The electrolyte impregnated in cellulose membrane was evaluated in a PEMFC prototype. The insertion of sulfonated groups on the resin increases polymer glass transition temperature or sulfonated resin softening point. The electrolyte that presented the highest performance on the FC prototype was GS44C30_MCT prepared with 44% of GS and 30% of concentration and cellulose membrane with treatment (MCT). This (i-V and i-P) polarization curves were similar to the ones obtained with Nafion® 117 membrane, in the same conditions. The maximum power and open circuit voltage with this electrolyte were 15,3 mW/cm² and 0,927 V, respectively. The proposal of an electrolyte in solution showed potential to use in a PEMFC.
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Eletrólito polimérico à base de resina hidrocarbônica para uso com membrana celulósica em célula a combustível tipo PEM alimentada com hidrogênioBranco, Carolina Musse January 2013 (has links)
Neste trabalho foi desenvolvido um eletrólito à base de resina hidrocarbônica sulfonada e membrana de celulose para uso em célula a combustível (FC) para produção de energia. O eletrólito foi obtido pela sulfonação da resina indeno-estireno com sulfato de acetila, variando-se o grau de sulfonação (GS) de 20 a 60%, sendo os grupos sulfônicos da resina responsáveis pelo transporte de prótons do ânodo para o cátodo. A membrana de celulose foi preparada a partir da decantação de fibras de celulose suspensas em coluna d’água utilizando-se vácuo, sendo estas tratadas com etanol. A resina sulfonada foi avaliada quanto ao GS, solubilidade em água e condutividade em solução. A resina tal qual e sulfonada e a membrana de celulose foram caracterizadas quanto ao comportamento térmico por DSC e TGA. O eletrólito impregnado na membrana de celulose foi avaliado em protótipo de FC untária tipo PEM. Quanto maior o GS da resina maior a sua solubilidade em água e condutividade iônica. A inserção de grupos sulfônicos na resina aumenta a temperatura de transição vítrea do polímero ou o ponto de amolecimento da resina sulfonada. O eletrólito que apresentou melhor desempenho no protótipo de FC foi o GS44C30-MCT, preparado com resina com GS de 44%, solução aquosa de concentração de 30% e membrana de celulose tratada com etanol (MCT), cujas curvas de polarização i-V e i-P foram semelhantes às obtidas com a membrana Nafion® 117, sob mesmas condições a 80 ºC. A potência máxima e potencial de circuito aberto obtidos com o eletrólito GS44C30_MCT foram de 15,3 mW/cm² e 0,927V, respectivamente. A proposta de um eletrólito em solução suportado em uma membrana apresentou potencial de uso para uma célula tipo PEM. / In this work it was developed an electrolyte based on sulfonated resin and cellulose membrane for use in fuel cells (FC) to produce energy. The electrolyte was obtained from indene-styrene resin sulfonated with acetyl sulfate, ranging the sulfonation degree (GS) between 20 to 60%, being the sulfonic groups responsible by protons transport from anode to cathode. The cellulose membrane was prepared from decantation with vacuum of cellulose fibbers in water column, and was treated with ethanol. The sulfonated resin was evaluated as the GS, water solubility and conductivity on solution. The pristine resin, the sulfonated one and the cellulose membrane were characterized as to thermal behavior by DSC and TGA. The electrolyte impregnated in cellulose membrane was evaluated in a PEMFC prototype. The insertion of sulfonated groups on the resin increases polymer glass transition temperature or sulfonated resin softening point. The electrolyte that presented the highest performance on the FC prototype was GS44C30_MCT prepared with 44% of GS and 30% of concentration and cellulose membrane with treatment (MCT). This (i-V and i-P) polarization curves were similar to the ones obtained with Nafion® 117 membrane, in the same conditions. The maximum power and open circuit voltage with this electrolyte were 15,3 mW/cm² and 0,927 V, respectively. The proposal of an electrolyte in solution showed potential to use in a PEMFC.
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Modificação química de resinas à base de estireno através do processo de sulfonação: estudo experimental e modelagem matemática / Chemical modification of styrenic resins by sulfontation process: experimental and mathematical modellingTheodoro, Thiago Romanelli 24 May 2018 (has links)
A proposta deste trabalho consistiu em realizar o estudo experimental e matemático do processo de sulfonação de resinas estirênicas reticuladas com etileno-glicol dimetacrilato (PS-EGDMA) e trietileno-glicol dimetacrilato (PS-TEGDMA). O processo de sulfonação de resinas estirênicas é uma das modificações químicas mais utilizadas na indústria e permite conferir características como seletividade às resinas, favorecendo seu uso em diversos processos. Foi utilizado um planejamento de Taguchi L9 com os fatores: fração monomérica, fração de agentes reticulantes e fração de solventes inertes (tolueno e heptano), referentes ao processo de polimerização. As resinas produzidas foram utilizadas na sulfonação, na qual a temperatura foi variada para determinar o ponto ótimo em termos de capacidade de troca iônica e variação de massa. Por meio de balanços de massa e fazendo o uso do modelo do núcleo não reagido foi feita a modelagem matemática do processo. Os resultados obtidos mostram que as resinas reticuladas com etileno-glicol dimetacrilato (EGDMA) e trietileno-glicol dimetcrilato (TGDMA) apresentam boa capacidade de troca iônica (CTI) quando comparadas às resinas comerciais de estireno-divinilbenzeno (S-DVB), como, por exemplo, a Amberlyst®. As partículas sulfonadas de PS-EGDMA apresentaram CTI de 3,988 meq/g com ganho de massa de 30% enquanto as de PS-TEGDMA apresentaram capacidade de 3,477meq/g com ganho de massa de 47% no ponto ótimo tendo sido produzidas com temperaturas de sulfonação de 57,5ºC e 65ºC respectivamente. O modelo desenvolvido apresentou bom ajuste no intervalo entre o início da reação e o ponto máximo de capacidade de troca iônica, sendo capaz de prever as constantes cinéticas e de difusão da reação. Além disso, as partículas produzidas foram testadas na catálise heterogênea e conversões acima de 78% foram obtidas mostrando-se um eficiente catalisador. / The purpose of this work was to carry out the experimental and mathematical study of the sulfonation process of styrenic resins cross-linked with ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA) and triethylene glycol dimethacrylate (TEGDMA). The sulfonation process of styrenic resins is very used in industry and allows particles to achieve characteristics like selectivity, favoring its use in several processes. It was used Taguchi L9 experimental design with the following factors: monomer molar fraction, fraction of crosslinking agents and fraction of inert solvents (toluene and heptane), referring to the polymerization process. The resins produced were used in the sulfonation process, in which the temperature was varied to determine the optimum point in terms of ion exchange capacity and mass variation. Mass balances and the unreacted core model were in order to develop the mathematical model. The results showed that PS-EGDMA and PS-TGDMA crosslinked resins exhibit good ion exchange capacity when compared to styrene-divinylbenzene (S-DVB) commercial resins, such as Amberlyst®. The sulfonated PS-EGDMA particles showed ion exchange capacity of 3,988 meq/g with a mass gain of 30% while those of PS-TEGDMA presented a capacity of 3,477meq/g with mass gain of 47% at the optimum point and were produced with sulfonation temperatures of 55.7ºC and 65ºC respectively. The developed mathematical model showed a good fit in the interval between the beginning of the reaction and the maximum point of ion exchange capacity, being able to predict the kinetic and diffusion constants of the reaction. In addition, the produced particles were tested in the heterogeneous catalysis and conversions above 78% were obtained proving an efficient catalyst.
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Catalisador sólido ácido obtido a partir do resíduo do caroço do açaí: estudo de sua atividade na reação de esterificaçãoAraújo, Rayanne Oliveira de, 92-99361-8029 24 July 2018 (has links)
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Previous issue date: 2018-07-24 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Liquid inorganic acids are widely used as homogeneous catalysts in esterification reactions.
Although highly active and low cost, it is imperative a tedious process for separation and
purification of the final product. Besides the large volume of toxic and corrosive waste
produced, there is also the drawback such as corrosion of equipment and difficulty for
recycling the catalyst. Thereby, heterogeneous catalysis is a pathway to cleaner, safer and
economically viable processes to produce chemicals for industry. Therefore, it is encouraged
the production of heterogeneous catalysts must be at low cost and highly catalytic activity.
Moreover, it is worldwide the use of biomass waste as raw materials for the production of
heterogeneous catalysts. Herein, the acai stone (Euterpe oleracea Mart.), an amazon biomass
waste from the processing of Acai fruits, was sulfonated and applied as a heterogeneous
catalyst. By using esterification as model reaction we could check its catalytic active. The
catalysts were synthesized at different carbonization temperatures, following the sulfonation
by sulfuric acid at room temperature. The catalytic activity was tested in the reaction of oleic
acid with methanol. For this reaction the experimental set was molar ratio of 1:12, 5% of
catalyst, and reaction temperature of 100°C for 1h. The carbon material catalysts yielded 93%
of methyl ester, while the reaction without catalyst showed 12% of methyl ester. In summary,
this study shows promising results for obtaining carbon-based catalysts from the acai biomass
waste and comes with the main novelty of preparing a sulfonic functionalized catalyst room
temperature. / Ácidos inorgânicos são amplamente utilizados como catalisadores homogêneos em reações de
esterificação. Embora sejam altamente ativos e não onerosos, é necessário um processo
especial de separação e purificação do produto final, o que resulta no grande volume de
resíduos tóxicos e corrosivos, além das desvantagens como a corrosão de equipamentos e
dificuldade no reciclo do catalisador. Desse modo, a catálise heterogênea surge com a
proposta de desenvolver processos mais limpos, mais seguros e economicamente viáveis para
produzir ésteres. Dentro desse contexto, também é incentivado à produção de catalisadores
heterogêneos de baixo custo e alta atividade catalítica. Já é comum o reaproveitamento de
resíduos da biomassa como matéria-prima para produção de carbonos microporosos. Neste
trabalho, o caroço de Açaí (Euterpe oleracea Mart.), um resíduo da biomassa Amazônica
proveniente do processamento de frutos do Açaí, um fruto nativo da Amazônia brasileira, foi
sulfonado e aplicado como catalisador heterogêneo na reação modelo de esterificação. Foram
sintetizados catalisadores em diferentes temperaturas de carbonização. Após esta etapa o
material foi submetido ao processo de sulfonação. A eficiência catalítica do material foi
comprovada sob as condições de reação: razão molar ácido oleico/metanol 1:12,
carregamento de catalisador 5%, temperatura de 100°C por 1h. Obteve-se uma conversão em
ésteres metílicos de 93% com o uso do catalisador, enquanto que a reação sem catalisador
apresentou apenas 12% de conversão. Esse estudo mostra resultados promissores para a
obtenção de catalisadores heterogêneos sulfonados a partir da biomassa residual do caroço do
Açaí e vem com a principal novidade de preparar um catalisador a partir da funcionalização
com ácido sulfúrico à temperatura ambiente.
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Utilização de polímero pós-consumo sulfonado como aditivo de sistemas cimentíciosSouza, Thaís dos Santos 13 February 2012 (has links)
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Previous issue date: 2012-02-13 / Universidade Presbiteriana Mackenzie / The suitable superplasticizers admixtures usage has become fundamental in the cementitious systems production (like concretes and mortars), because they interact with cement particles surfaces, causing their dispersion and deflocculation without the excessive water addition. The hardened material with a smaller water quantity acquires better positive, like higher compressive strength, lower permeability and extended durability. The major dispersants admixtures are negative charged polymers (polyelectrolytes) that are capable to adsorb on the cement particles and cause their electrostatic dispersion. Given the current environmental and economic interest in reuse of discarded materials, the purpose of this
study was to assess the viability of use and application of modified post-consumer expanded polystyrene (EPS) as an admixture to cementitious systems becoming it a higher added value material. The modification of the EPS was performed by sulfonation and the interfering variables in the reaction were evaluated. The performance of the stabilized polyelectrolyte
already formed (sodium polystyrene sulfonate NaPSS) as dispersant was verified in cement paste and mortar. The study showed that modification of post-consumer EPS by sulfonation reaction was carried out efficiently regarding to the production of a polyelectrolyte with a maximum degree of modification, within the conditions studied, and which variables most influence the reaction. Moreover, the product with a maximum degree of modification (most likely to interact with the cement) was not effective as a dispersant for cementitious systems, causing a decrease in the mechanical strength and plasticity evaluated. / O uso de aditivos plastificantes adequados tornou-se fundamental na produção de sistemas cimentícios (como por exemplo, concretos e argamassas), pois interagem com a
superfície das partículas de cimento, provocando a dispersão e defloculação das mesmas, sem adição excessiva de água. O material endurecido adquire assim melhores propriedades, como maior resistência, menor permeabilidade e maior durabilidade. Grande parte dos aditivos dispersantes são polímeros dotados de cargas negativas (polieletrólitos), capazes de adsorver nas partículas de cimento e provocar sua dispersão eletrostática. Diante do atual interesse ambiental e econômico de reutilização dos materiais descartados, o propósito deste trabalho foi verificar a viabilidade do uso e aplicação do EPS pós-consumo modificado como aditivo plastificante de sistemas cimentícios, tornando-o um material de maior valor agregado. A modificação do EPS foi realizada via sulfonação, e as variáveis interferentes na reação foram avaliadas. O polieletrólito formado já estabilizado (poliestireno sulfonado de sódio PSSNa), teve seu desempenho como dispersante verificado em pasta de cimento e argamassa. O estudo mostrou que a modificação do EPS pós-consumo a partir da reação de
sulfonação realizada foi eficiente com relação à produção de um polieletrólito com máximo grau de modificação, dentro das condições estudadas, e quais as variáveis que mais influenciam na reação. Por outro lado, o produto com máximo grau de modificação (mais passível de interação com o cimento) não se mostrou eficiente como dispersante de sistemas cimentícios, causando a diminuição da plasticidade e das resistências mecânicas avaliadas.
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