Orientador : Alda Luiza Santos Lerayer / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-01T22:30:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Chaves_AnaCarolinaSampaioDoria_D.pdf: 30225787 bytes, checksum: 23269875fe498ebad72acea3cde56c4b (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: o processo de formação de acetaldeído pela bactéria láctica Streptococcus thermophilusfoi investigadonestatese.O cetaldeídoresponsávelpelo sabore aroma característicosde iogurte,é produzidopor diferentesvias metabólicaspelas diversas bactérias lácticas. Neste trabalho, a atenção foi focada especificamente na reação para a formação de acetaldeído, catalisada pela enzima serina hidroximetil transferase (SHMT), codificada pelo gene glyA. A enzima SHMT cataliza diversas reações e no caso da bactéria S. thermophilus, ela exerce também a atividade característica da enzima treonina aldolase (TA), definida como a interconversão do aminoácido treonina em glicina e acetaldeído. Neste estudo, 34 linhagens selvagens de S. thermophilus da coleção do NIZO Food Research foram avaliadas quanto à produção de acetaldeído na presença e na ausência do aminoácido L-treonina. A suplementação do meio com L-treonina levou ao aumento da produção de acetaldeído. Foi detectada uma clara diferença na quantidade de acetaldeído formado pelas diversas linhagens; enquanto algumas produziram pouco ou não produziram quantidades detectáveis, outras formaram quantidades consideráveis de acetaldeído. A capacidade de produção de acetaldeído durante a fermentação foi correlacionada com a atividade da enzima treonina aldolase. Com o objetivo de se estudar a função da enzima SHMT, foi construída uma linhagem com o gene glyA interrompido. A inativação deste gene resultou em acentuada redução da atividade TA assim como também na perda completa da capacidade de produção de acetaldeído durante a fermentação. Subseqüentemente, foi construída uma linhagem de S. thermophilus na qual o gene glyA foi clonado sob o controle de um forte promotor (PLacA)' Quando esta linhagem foi cultivada em meio M17 e em leite foi observada a super expressão do gene glyA, constatada por meio do aumento da atividade TA, da produção de acetaldeído e ácido fólico. Estes resultados mostraram que, em S. thermophilus, a enzima SHMT apresenta atividade de treonina aldolase, sendo esta a principal via para a formação de acetaldeído nas condições destes experimentos / Abstract: The process of acetaldehyde formation by the yogurt bacterium Streptococcus thermophilus is described here. The typical yogurt flavor is caused by acetaldehyde produced through many difIerent pathways by the yogurt starter bacteria Lactobacillus bulgaricus and S. thermophilus. In this thesis, the attention was focused on one specmc reaction for acetaldehyde formation catalyzed by serine hydroxymethyltransferase(SHMT), encoded by the glyA gene. In S. thermophilus, this enzyme SHMT also plays the typical role of the enzyme threonine aldolase (TA) tOOtis the interconvertion of threonine into glycine and acetaldehyde. In this work, 34 wild type S. thermophilus strains ftom the NIZO Food Research Collection were screened for acetaldehyde production in the presence and absence of L-threonine. Supplementation of the growth medium with L-threonine led to an increase in acetaldehyde production. A clear difIerence in the amount of acetaldehyde formed could be detected among the difIerent strains. While some strains produce very small or no detectable amounts other strains produce a considerable high amount of acetaldehyde. Furthermore, acetaldehyde formation during fermentation could be correlated to threonine aldolase activity of SHMT. To study the physiological role of SHMT, aglyA mutant was constructed by gene disruption. lnactivation of glyA resulted in a severe reduction of TA activity and complete loss of acetaldehyde formation during fermentation. Subsequent1y,aS. thermophilus strain was constructed in which the glyA gene was cloned under control of a strong promoter (PLacA)' When this strain was used for fermentation it was possible to observe tOOtglyA gene was overexpressed through the increase in TA activity, in acetaldehyde and folic acid production. These results show tOOt, in S. thermophilus, SHMT, displaying threonine aldolase activity, constitutes the main pathway for acetaldehyde formation under our experimental conditions. These findings can be used to control and improve acetaldehyde and folic acid production in fermented (dairy) products with S. thermophilus as starter culture / Doutorado / Doutor em Tecnologia de Alimentos

Orientador: Jose Claudio Moura / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-24T13:10:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Weinschutz_Regina_D.pdf: 3734853 bytes, checksum: 73f3013ad5ac6c9222df27cd5ad923c7 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: A reação de oxidação parcial de etanol para a produção de aldeídos e compostos de condensação aldólica, sobre catalisador de Fe/Mo é estudada em um microrreator tubular e leito fixo, com o objetivo de verificar a distribuição de produtos nas condições estudadas, ou seja temperatura de 300 a 360°C, razão molar de 10 a 30 e tempo espacial modificado de 2,5 a '5,4g IND. cm.min'.'(N1) POT. '-1' . A conversão de etanol é total, formando, principalmente, acetaldeído e etileno em quantidades abaixo de 19% nas condições em que o trabalho foi realizado. Devido ao consumo total de etanol o acetaldeído é utilizado como reagente de referência por ser o composto intermediário para a produção de formaldeído, acroleína e outros produtos oxigenados, além do dióxido de carbono. A conversão de acetaldeído cresce com o aumento da temperatura atingindo 97% a 360°C. O consumo de acetaldeído é expresso por um modelo empírico, com ordens 0,5 e 1,0 em relação às pressões parciais de acetaldeído e de oxigênio, respectivamente. A água formada reduz a taxa de consumo do acetaldeído, porém com influência decrescente com o aumento da temperatura. Os parâmetros da equação da taxa de reação foram obtidos, à partir dos dados experimentais, bem como a dependência da taxa em relação a concentração de água no sistema / Abstract: The partial oxidation reaction of ethanol for the production of aldehydes and compounds of aldol condensation, over catalyst of Fe-Mo it was studied in a fixed bed tubular microrreator. The reactor was operated in the conditions studied,that is, temperature range at 300 to 360°C, air ethanol molar ratio molar range of 10 to 30 and modified space time range of 2,5 to '5,4g IND. cm.min'.'(N1) POT. '-1'. The ethanol conversion is total, forming acetaldehyde and its secundary reaction products in the conditions in that the work was accomplished. Due to the total consumption of ethanol, the acetaldehyde was used as reference reactant. lt is the intermediary reagent for the productio of formaldehyde, acrolein and other oxygenated products, besides carbon dioxide and water. The acetaldehyde conversion increases with the increasing reactions temperatures, reaching 97% at 360°C. The consumption of acetaldehyde is expressed by an empirical reaction rate, with orders 0,5 and 1,0 in relation to the partial pressures of acetaldehyde and of oxygen, respectively. Water formed during the course of the reaction reduces the rate of consumption of the acetaldehyde, the effect decreases with the increasing temperatures. The Arrhenius parameters of the reaction rate were obtained from the experimental data, as well as the dependence ofthe rate on the concentration ofwater in the system / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Carlos Alberto R. Anjos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-28T20:55:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Duarte_GiseleMaraBertolazzo_M.pdf: 5637351 bytes, checksum: 31cc0c411ac10a3fe95906ed0b2bb30b (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: O consumo de águas minerais no Brasil vem aumentando significativamente nos últimos anos. Os consumidores estão se tornando mais exigentes em relação aos hábitos de compra, qualidade, praticidade e conveniência. Dentro deste cenário e devido a uma série de vantagens técnicas e comerciais, as embalagens tradicionais de vidro, polietileno de alta densidade (PEAD) e policloreto de vinila (PVC) para águas minerais vem sendo substituídas pelas embalagens de polietileno tereftalato (PET). A resina de PET é susceptível à termodegradação durante o processo de injeção de pré-formas, ocorrendo a formação de acetaldeído que pode alterar o aroma e sabor de águas minerais e diversos outros produtos acondicionados em embalagens de PET, dependendo dos níveis existentes deste composto. Todos os setores envolvidos na fabricação de garrafas de PET, tais como fabricantes de resinas, pré-formas, garrafas e de equipamentos, vem trabalhando em conjunto com o objetivo de minimizar a formação de acetaldeído durante o processo de fabricação. Muitas dessas empresas possuem dados relativos aos seus processos, porém não são divulgados ao público. Por outro lado, as empresas envasadoras de águas minerais preocupam-se e desconhecem os níveis residuais de acetaldeído capazes de promover alteração de sabor e aroma, em seus produtos, comprometendo a qualidade após o envase. O presente trabalho teve como objetivos principais determinar o limiar de detecção ou threshold absoluto de acetaldeído em águas minerais, ou seja, determinar a concentração mínima de acetaldeído que promove diferença sensorial significativa, medir os níveis residuais de acetaldeído, através de cromatografia a gás em diferentes águas de fontes brasileiras acondicionadas em PET e verificar se as mesmas apresentam diferença sensorial significativa quando comparadas com as respectivas águas envasadas em garrafas de vidro / Abstract: The consumption of mineral water in Brazil has been increasing significantly in the last few years. Consumers are becoming more demanding with respect to their buying habits and convenience for use. Due to a series of technical advantages the traditional glass package, high-density polyethylene and PVC for mineral waters have been replaced by the PET package. The PET resin is susceptible to thermal degradation during the injection process, resulting in the formation of acetaldehyde, which can alter the flavor of the mineral waters and many other products packaged in PET. Many sectors involved in the production of PET bottles, like the resin producers, pre forms, bottles and equipment producers have been working together aiming to minimize the formation of acetaldehyde during the production processo On the other hand, the mineral water companies are concerned about the residuallevels of acetaldehyde that can promote flavor modification in their products, which could compromise the quality of the product after bottling. The present work aimed at determining the absolute acetaldehyde lhreshold in mineral water and acetaldehyde residue using gas chromatography in different brands, packaged in PET bottles. Also, to verify if the mineral water bottled in PET bottles showed any significant sensory difference when compared with the same waters packaged in glass bottles / Mestrado / Mestre em Tecnologia de Alimentos

Este trabalho apresenta a preparação e caracterização de eletrodos de óxidos do tipo ânodos dimensionalmente estáveis (ADE) de composição nominal Ti/Ru0,3Ti0,7O2, modificados pela adição de metais em sua superfície. A introdução de um metal modulador permitiu alterar de forma significativa o comportamento eletroquímico de todo o recobrimento. A modificação do ADE foi realizada através de eletrodeposição de Pt e PbO2 e de deposição química de catalisadores nanodivididos (Pt e Pt-Ni). O objetivo desta preparação foi modular as propriedades dos ânodos visando melhorar as propriedades eletrocatalíticas e a resistência mecânica e com isto, introduzir uma nova classe de materiais para aplicá-los na eletrooxidação de formaldeído, acetaldeído e ácido oxálico. Para caracterizar os eletrodos foram utilizadas as técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDX), voltametria cíclica (VC), eletrólises com acompanhamento por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE), espectrometria de massas eletroquímica diferencial (DEMS). Os experimentos com DEMS foram realizados na Universidade de Poitiers, França. As micrografias e as análises de EDX mostraram que o rutênio concentra-se em pequenas ?ilhas? na camada de óxidos e a modificação com platina, eletrodepositada ou depositada quimicamente, ocorre preferencialmente nas regiões ricas em rutênio. O eletrodepósito de PbO2 apresentou uma distribuição mais uniforme sobre toda a camada de óxido. As eletrólises foram realizadas aplicando um programa de pulsos de potenciais. Os resultados mostraram que a eficiência para formação do produto mais oxidado (CO2) está intimamente ligada à quantidade e distribuição da platina adicionada na superfície do ADE. Os eletrodos mais eficientes foram os de composições nominais: Ti/ADE modificado com eletrodeposição de Pt (100 ?g cm-2) e Ti/ADE modificado com deposição química do catalisador nanodividido de Pt-Ni (1:1) (60 ?g cm-2). Estes resultados foram confirmados pelos experimentos utilizando DEMS. O eletrodo Ti/ADE modificado com eletrodeposição de PbO2 (100 ?g cm-2) apresentou uma melhora na eficiência eletrocatalítica em relação ao ADE, porém inferior aos eletrodos modificados com platina. O desempenho do ADE na oxidação das pequenas moléculas orgânicas foi estudado em comparação com um eletrodo de platina eletrodepositada diretamente na placa de titânio. Os resultados de eletrólise mostraram que o ADE não funciona somente como um substrato inerte e sim auxilia na reação de oxidação, desempenhando um importante papel na eficiência catalítica total destes materiais. / This work presents the preparation and characterization of dimensionally stable anodes (DSA) of nominal composition Ti/Ru0.3Ti0.7O2, modified by the addition of metals to their surface. The introduction of the modulator metal allowed us to change the coating of the electrochemical behavior in a significant way. The DSAâ surface was modified by electrodeposition of Pt and PbO2, and chemical deposition of highly nanodispersive supported catalysts (Pt and Pt-Ni). The objective of this preparation was to modulate the anode properties in order to enhance the electrocatalytic properties and mechanical resistance of these materials. This new class of materials was applied in the electrooxidadtion of formaldehyde, acetaldehyde and oxalic acid. The electrode characterization was carried out by Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy-dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), cyclic voltammetry (CV), long-term electrolysis followed by high performance liquid chromatography (HPLC) and the differential electrochemical mass spectrometry (DEMS) which was performed at the University of Poitiers, France. The micrographs and EDS analyses showed that the ruthenium is concentrated in small ?islands? in the oxide layer, and the modification with platinum, either electrodeposited or chemically deposited, occurs preferable over the ruthenium-rich regions. The PbO2 electrodeposit was more uniformly distributed along the oxide layer. Bulk electrolysis experiments were carried out applying a potentiostatic program. The efficiency toward the formation of the more oxidized compound (CO2) is related with the amount and distribution of the platinum deposited on the DSAâ surface. The most efficient materials were: Ti/ADE modified with electrodeposited Pt (100 ?g cm-2) and Ti/ADE modified with chemically deposited Pt-Ni (1:1) (60 ?g cm-2). Through the DEMS experiments these results were confirmed. The DSAâ modified with PbO2 (100 ?g cm-2) was more efficient than the bare DSAâ. However, the amount of CO2 obtained with the former electrode is still lower than that obtained with the platinum-modified ones. The role of DSAâ on the direct activation of the oxidation of small organic molecules was studied applying an electrode containing the platinum directly electrodeposited over the titanium. The bulk electrolysis results showed that DSAâ is not just an inert substrate since it does play an important role in the overall efficiency of these materials.

Embora o uso de etanol como combustível venha aumentando no Brasil e em diversos países, há uma grande escassez de dados relacionados à abundância desse álcool e de espécies orgânicas correlatas na atmosfera. O estudo temporal do comportamento do etanol em água de chuva no Brasil é pioneiro, e serve de base para melhor compreender as alterações que possam ocorrer na atmosfera devido ao aumento do uso desse combustível. Neste trabalho foi desenvolvido um novo método utilizando headspace GC-FID para a determinação simultânea de acetaldeído (AA), acetona (AC), metanol (MeOH) e etanol (EtOH), em concentrações ambientalmente relevantes em águas naturais. O método é mais simples do que aqueles apresentados na literatura, robusto e de custo relativamente baixo. O método apresentou boa recuperação, precisão, e sua exatidão foi comprovada pela forte correlação com o método que utiliza HPLC, e que já é bem estabelecido. A concentração de etanol foi determinada em amostras de água de chuva de Ribeirão Preto coletadas de 2012 a 2016 (n = 186). A média ponderada pelo volume (MPV) foi de 5,28 ± 0,49 µmol L-1, que é próxima da concentração esperada no equilíbrio entre a fase gasosa e aquosa. Esse valor de etanol é cerca de 28 vezes maior do que a média encontrada na cidade de Wilmington (EUA), refletindo o elevado uso de etanol combustível no Brasil. As concentrações médias anuais de etanol na chuva nos mais de 4 anos de estudo variaram pouco, e também não apresentaram diferenças significativas de acordo com a estação do ano, sazonalidade das atividades agrícolas, ou com a direção das massas de ar. Para as amostras de água de chuva coletadas de fevereiro a dezembro de 2016 a concentração MPV das espécies analisadas foram: 0,84 ± 0,12 µmol L-1 AA (n= 62); 0,70 ± 0,08 µmol L-1 AC (n = 59);10,9 ± 1,19 µmol L-1 MeOH (n = 62), 15,8 ± 1,64 µmol L-1 ácido fórmico (n = 67); e 9,76 ± 0,95 µmol L-1 ácido acético (n = 67). A massa média de carbono orgânico identificado nas amostras representou cerca de 20% do total de carbono orgânico dissolvido (COD) na água de chuva. O fluxo estimado de carbono orgânico por deposição úmida foi de 5,1 g C m-2 ano-1, sendo 1,0 g C m-2 ano-1identificados neste trabalho. Além da emissão veicular, uma importante fonte de COD para a atmosfera é a queima de biomassa, que ainda ocorre com frequência no estado. As ferramentas estatísticas aqui utilizadas considerando as espécies orgânicas identificadas juntamente com outras espécies inorgânicas majoritárias, não permitiram separar claramente as fontes predominantes de emissão na região. Isso deve ocorrer porque a emissão veicular durante todo o ano é predominante com relação às possíveis emissões biogênicas e por queima de biomassa. A exposição de amostras de água de chuva à irradiação com luz solar artificial mostrou que houve perda de EtOH e formação de AA, porém os processos não ocorreram em proporção estequiométrica, e nem na mesma taxa. No caso do MeOH e formaldeído, a formação e perda dessas espécies ocorreram de forma errática. A ausência de uma tendência clara nas transformações fotoquímicas dos álcoois reflete a complexidade da matriz e das reações envolvidas na atmosfera. / Although there has been a dramatic increase on the use of ethanol fuel in Brazil and in several other countries, there is a great lack of data related to the abundance of ethanol and associated organic species in the atmosphere. The temporal study of the behavior of ethanol in rainwater in Brazil is pioneer, and may serve as a basis to better understand the changes that occur in the atmosphere due to the increasing use of this fuel. This work presents a new headspace GC-FID method to simultaneously determine acetaldehyde (AA), acetone (AC), methanol (MeOH) and ethanol (EtOH) at environmentally relevant concentrations in the atmosphere and in a variety of natural waters. The method is simpler than those presented in the literature, robust and relatively low-cost. The method presented good recovery, precision and good agreement with a HPLC method for determination of acetaldehyde, methanol, and ethanol, which endorsed the accuracy of the proposed method. The ethanol concentration was determined in rainwater samples from Ribeirão Preto from 2012 to 2016 (n = 186). The volume-weighted mean (VWM) was 5.28 ± 0.49 mol L-1, which is close to the expected concentration at the equilibrium between the gas and aqueous phases. The ethanol value is about 28 times higher than the average found in the city of Wilmington (USA), reflecting the high use of ethanol fuel in Brazil. The annual mean concentrations of ethanol in rainwater samples over 4 years of monitoring varied little, and also did not show significant differences according to the season, agricultural activities, or the direction of the air masses. For the rainwater samples collected from February to December 2016 the VWM concentration of the other analyzed species were: 0.84 ± 0.12 mol L-1 AA (n = 62); 0.70 ± 0.08 mol L-1 AC (n = 59), 10.9 ± 1.19 mol L-1MeOH (n = 62), 15.8 ± 1.64 mol L-1formic acid (n = 67); and 9.76 ± 0.95 mol L-1 acetic acid (n = 67). The identified organic carbon average mass in the samples represented about 20% of the total dissolved organic carbon (DOC) in rainwater. The estimated flux of organic carbon by wet deposition was 5.1 g C m-2 year-1, being 1.0 g C m-2 year-1 identified in this work. In addition to the vehicular emission, an important source of DOC to the atmosphere is the biomass burning, which still occurs frequently in the state. The statistical tools used here, considering the organic species identified together with other major inorganic species, did not allow to clearly separate the predominant emission sources in the region. This may occur because the year-round vehicular emission is predominant in relation to the possible biogenic and by biomass burning emissions. Exposure of rainwater samples to irradiation with artificial sunlight showed that there was loss of EtOH and formation of AA, but the processes neither occurred in stoichiometric proportion, nor at the same rate. In the case of MeOH and formaldehyde, the formation and loss of these species occurred erratically. The absence of a clear trend in the photochemical transformations of alcohols reflects the complexity of the matrix and the reactions involved in the atmosphere.

Devido ao efeito estufa, a produção de hidrogênio a partir da reação de reforma do bioetanol tem se tornado um assunto de grande interesse em catálise heterogênea. Os catalisadores à base de Pt são empregados nos processos de purificação de H2 e também em eletrocatalisadores das células a combustível do tipo membrana polimérica (PEMFC). O hidrogênio obtido a partir da reforma do etanol contém como contaminante o acetaldeído e pequenas quantidades de CO. Assim, pode-se prever que muitas reações podem ocorrer na presença de catalisadores de Pt durante o processo de purificação do H2 e mesmo no próprio eletrocatalisador. Desta forma, este trabalho tem como objetivo descrever o comportamento do acetaldeído na presença de catalisadores de Pt. Para tanto foram preparados dois catalisadores, Pt/SiO2 e Pt/USY, contendo 1,5% de metal em ambos. Também foi estudado um eletrocatalisador (comercial) de Pt suportado em carvão (Pt/C). Os catalisadores foram caracterizados através das técnicas de análise textural, difração de raios X (DRX), quimissorção de H2, reação de desidrogenação do ciclohexano, espectroscopia no infravermelho de piridina adsorvida, dessorção a temperatura programada de n-butilamina (TPD de n-butilamina), dessorção a temperatura programada de CO2 (TPD-CO2), análise termogravimétrica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de dispersão de energia (EDS). Os testes catalíticos foram realizados entre as temperaturas de 50 e 350 C em corrente contendo acetaldeído, H2 e N2. Foi observado que as propriedades ácido-básicas dos suportes promovem as reações de condensação com formação de éter etílico e acetato de etila. O acetaldeído em catalisadores de Pt sofre quebra das ligações C-C e C=O. A primeira ocorre em uma ampla faixa de temperaturas, enquanto a segunda apenas em temperaturas abaixo de 200 C. A quebra da ligação C-C produz metano e CO. Já a quebra da ligação C=O gera carbono residual nos catalisadores, assim como espécies oxigênio, que por sua vez são capazes de eliminar o CO da superfície dos catalisadores. Nota-se que o tipo de suporte utilizado influencia na distribuição de produtos, principalmente a baixas temperaturas. Além disso, constatou-se que a descarbonilação não é uma reação sensível à estrutura do catalisador. Verificou-se também a presença de resíduos sobre os catalisadores, possivelmente oriundos não somente da quebra da ligação C=O, mas também de reações de polimerização / Due to the greenhouse effect, hydrogen production from bioethanol reforming is a very important subject in heterogeneous catalysis research. Pt based catalysts are employed in H2 purification processes and also as electrocatalysts of PEM (Proton Exchange Membrane) fuel cells. Hydrogen obtained from ethanol reforming may contain acetaldehyde and small amounts of CO as contaminants. This very reactive aldehyde can interact with Pt based catalysts during purification process, and also with the electrocatalyst. Therefore, this work aims to study the acetaldehyde behavior in the presence of platinum based catalysts under hydrogen atmosphere. Two catalysts named Pt/SiO2 and Pt/USY were prepared, containing 1,5% of Pt. A commercial Pt eletrocatayst supported on carbon (Pt/C) was also studied. The catalysts were characterized by textural analysis, XRD, H2 chemisorption, cyclohexane dehydrogenation reaction, pyridine IR, n-butylamine TPD, CO2 TPD, TGA/DTG, SEM and EDS. The catalytic tests were carried out in a fixed bed reactor at temperature range of 50-350 C, under acetaldehyde, H2 and N2 flow. It was observed that the acid-basic supports properties promoted condensation reactions with the formation of ethylic ether and ethyl acetate. Once in contact with Pt based catalysts, acetaldehyde undergoes C-C and C=O bond scissions. The former occurs at a wide temperature range, whereas the latter occurs only at low temperatures (< 200 C). The C-C bond scission (decarbonylation) produces methane and CO. The C=O bond scission generates carbon residues on the catalyst, as well as oxygen species, which in turn eliminate CO from the catalytic surface. It was noticed that the type of support influences products distribution, mainly at low temperatures. The data also show that decarbonylation is not a structure-sensitive reaction. Residues were observed on Pt/USY which were generated not only from C=O bond rupture, but also from acetaldehyde polymerization

Devido ao efeito estufa, a produção de hidrogênio a partir da reação de reforma do bioetanol tem se tornado um assunto de grande interesse em catálise heterogênea. Os catalisadores à base de Pt são empregados nos processos de purificação de H2 e também em eletrocatalisadores das células a combustível do tipo membrana polimérica (PEMFC). O hidrogênio obtido a partir da reforma do etanol contém como contaminante o acetaldeído e pequenas quantidades de CO. Assim, pode-se prever que muitas reações podem ocorrer na presença de catalisadores de Pt durante o processo de purificação do H2 e mesmo no próprio eletrocatalisador. Desta forma, este trabalho tem como objetivo descrever o comportamento do acetaldeído na presença de catalisadores de Pt. Para tanto foram preparados dois catalisadores, Pt/SiO2 e Pt/USY, contendo 1,5% de metal em ambos. Também foi estudado um eletrocatalisador (comercial) de Pt suportado em carvão (Pt/C). Os catalisadores foram caracterizados através das técnicas de análise textural, difração de raios X (DRX), quimissorção de H2, reação de desidrogenação do ciclohexano, espectroscopia no infravermelho de piridina adsorvida, dessorção a temperatura programada de n-butilamina (TPD de n-butilamina), dessorção a temperatura programada de CO2 (TPD-CO2), análise termogravimétrica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de dispersão de energia (EDS). Os testes catalíticos foram realizados entre as temperaturas de 50 e 350 C em corrente contendo acetaldeído, H2 e N2. Foi observado que as propriedades ácido-básicas dos suportes promovem as reações de condensação com formação de éter etílico e acetato de etila. O acetaldeído em catalisadores de Pt sofre quebra das ligações C-C e C=O. A primeira ocorre em uma ampla faixa de temperaturas, enquanto a segunda apenas em temperaturas abaixo de 200 C. A quebra da ligação C-C produz metano e CO. Já a quebra da ligação C=O gera carbono residual nos catalisadores, assim como espécies oxigênio, que por sua vez são capazes de eliminar o CO da superfície dos catalisadores. Nota-se que o tipo de suporte utilizado influencia na distribuição de produtos, principalmente a baixas temperaturas. Além disso, constatou-se que a descarbonilação não é uma reação sensível à estrutura do catalisador. Verificou-se também a presença de resíduos sobre os catalisadores, possivelmente oriundos não somente da quebra da ligação C=O, mas também de reações de polimerização / Due to the greenhouse effect, hydrogen production from bioethanol reforming is a very important subject in heterogeneous catalysis research. Pt based catalysts are employed in H2 purification processes and also as electrocatalysts of PEM (Proton Exchange Membrane) fuel cells. Hydrogen obtained from ethanol reforming may contain acetaldehyde and small amounts of CO as contaminants. This very reactive aldehyde can interact with Pt based catalysts during purification process, and also with the electrocatalyst. Therefore, this work aims to study the acetaldehyde behavior in the presence of platinum based catalysts under hydrogen atmosphere. Two catalysts named Pt/SiO2 and Pt/USY were prepared, containing 1,5% of Pt. A commercial Pt eletrocatayst supported on carbon (Pt/C) was also studied. The catalysts were characterized by textural analysis, XRD, H2 chemisorption, cyclohexane dehydrogenation reaction, pyridine IR, n-butylamine TPD, CO2 TPD, TGA/DTG, SEM and EDS. The catalytic tests were carried out in a fixed bed reactor at temperature range of 50-350 C, under acetaldehyde, H2 and N2 flow. It was observed that the acid-basic supports properties promoted condensation reactions with the formation of ethylic ether and ethyl acetate. Once in contact with Pt based catalysts, acetaldehyde undergoes C-C and C=O bond scissions. The former occurs at a wide temperature range, whereas the latter occurs only at low temperatures (< 200 C). The C-C bond scission (decarbonylation) produces methane and CO. The C=O bond scission generates carbon residues on the catalyst, as well as oxygen species, which in turn eliminate CO from the catalytic surface. It was noticed that the type of support influences products distribution, mainly at low temperatures. The data also show that decarbonylation is not a structure-sensitive reaction. Residues were observed on Pt/USY which were generated not only from C=O bond rupture, but also from acetaldehyde polymerization

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Caliane Bastos Borba Costa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T03:24:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Molano_LeonelMoreno_M.pdf: 2461312 bytes, checksum: 18c74e0ebd9c33e7cf133f1cb02b9064 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A utilização de rotas verdes para obtenção de químicos é hoje uma área de grande interesse mundial. A necessidade de se desenvolver e estudar processos químicos que sejam, em sua integridade, independentes da via petroquímica são prementes. O etanal (acetaldeído), importante componente em diversos processos químicos, pode ser obtido pela oxidação do bioetanol. Entretanto, a conversão de bioetanol a acetaldeído é fortemente dependente da razão ar/etanol na alimentação e da temperatura. A baixas razões ar/etanol na alimentação, a conversão é mais baixa, mas a separação da corrente de produtos é menos custosa, em termos energéticos, pela inserção de menos nitrogênio no processo. Para obtenção de maiores conversões, altas razões de alimentação são requeridas, o que insere bastante nitrogênio ao processo, encarecendo a etapa de separação. Nesse sentido, este trabalho objetivou estudar a otimização do processo de obtenção de acetaldeído via oxidação do bioetanol em catalisador Fe-Mo. Para tanto, utilizou-se de modelagem já desenvolvida para o reator (em programação FORTRAN) e de simulador comercial para simular a etapa de separação da corrente de produtos. Visto que a modelagem do processo é não linear, algoritmos de otimização estocásticos foram utilizados na busca pela condição operacional. Os algoritmos estocásticos utilizados foram algoritmo genético, enxame de partícula e colônia de formigas, os quais foram usados e comparados, obtendo resultados das condições ótimas, tendo uma temperatura alimentação de 156,27°C , relação molar ar/etanol 16,60 e usando uma velocidade mássica de gás na alimentação de 3660 kg/m2h, requerendo uma energia especifica de 99,07 kJ/kg de acetaldeído para a separação dos produtos / Abstract Green routes used for the production of chemical products are nowadays of great interest worldwide. The need to develop and study chemical processes which are entirely independent on petrochemical route is urgent. Acetaldehyde is an important component in many chemical processes, and can be obtained by the oxidation of bioethanol. However, the conversion of bioethanol to acetaldehyde is highly dependent on the air/ethanol ratio and temperature in the reactor feed. At low air/ethanol ratios, the conversion is lower, but the separation of products is cheaper, in energetic terms, due to the lower insertion of nitrogen into the process. To obtain higher conversions, high feed ratios are required, but it turns more expensive the separation process because of the great amount of nitrogen in the process. The present work deals with the conceptual design of an optimized acetaldehyde production plant, through the oxidation of bioethanol at Fe-Mo catalysts. In order to perform the plant design and optimization, a detailed mathematical model is used to simulate the reactor, in FORTRAN language. To calculate the separation energy cost, designed with the commercial simulator. The optimization of operating conditions was made with Genetic Algorithm, Particle Swarm Algorithm and Ant Colony Optimization stochastic methods, due to the fact that the problem constraints are non-linear. In general, proves are search space for an optimal value function and used as operating conditions the temperature in the feeding of 156,27°C, Molar ratio Air / ethanol 16.6 0 and gas flow in the feeding of 3660 kg/m2h, requiring 99,07 kJ /kg of acetaldehyde to separate the products / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Embora o uso de etanol como combustível venha aumentando no Brasil e em diversos países, há uma grande escassez de dados relacionados à abundância desse álcool e de espécies orgânicas correlatas na atmosfera. O estudo temporal do comportamento do etanol em água de chuva no Brasil é pioneiro, e serve de base para melhor compreender as alterações que possam ocorrer na atmosfera devido ao aumento do uso desse combustível. Neste trabalho foi desenvolvido um novo método utilizando headspace GC-FID para a determinação simultânea de acetaldeído (AA), acetona (AC), metanol (MeOH) e etanol (EtOH), em concentrações ambientalmente relevantes em águas naturais. O método é mais simples do que aqueles apresentados na literatura, robusto e de custo relativamente baixo. O método apresentou boa recuperação, precisão, e sua exatidão foi comprovada pela forte correlação com o método que utiliza HPLC, e que já é bem estabelecido. A concentração de etanol foi determinada em amostras de água de chuva de Ribeirão Preto coletadas de 2012 a 2016 (n = 186). A média ponderada pelo volume (MPV) foi de 5,28 ± 0,49 µmol L-1, que é próxima da concentração esperada no equilíbrio entre a fase gasosa e aquosa. Esse valor de etanol é cerca de 28 vezes maior do que a média encontrada na cidade de Wilmington (EUA), refletindo o elevado uso de etanol combustível no Brasil. As concentrações médias anuais de etanol na chuva nos mais de 4 anos de estudo variaram pouco, e também não apresentaram diferenças significativas de acordo com a estação do ano, sazonalidade das atividades agrícolas, ou com a direção das massas de ar. Para as amostras de água de chuva coletadas de fevereiro a dezembro de 2016 a concentração MPV das espécies analisadas foram: 0,84 ± 0,12 µmol L-1 AA (n= 62); 0,70 ± 0,08 µmol L-1 AC (n = 59);10,9 ± 1,19 µmol L-1 MeOH (n = 62), 15,8 ± 1,64 µmol L-1 ácido fórmico (n = 67); e 9,76 ± 0,95 µmol L-1 ácido acético (n = 67). A massa média de carbono orgânico identificado nas amostras representou cerca de 20% do total de carbono orgânico dissolvido (COD) na água de chuva. O fluxo estimado de carbono orgânico por deposição úmida foi de 5,1 g C m-2 ano-1, sendo 1,0 g C m-2 ano-1identificados neste trabalho. Além da emissão veicular, uma importante fonte de COD para a atmosfera é a queima de biomassa, que ainda ocorre com frequência no estado. As ferramentas estatísticas aqui utilizadas considerando as espécies orgânicas identificadas juntamente com outras espécies inorgânicas majoritárias, não permitiram separar claramente as fontes predominantes de emissão na região. Isso deve ocorrer porque a emissão veicular durante todo o ano é predominante com relação às possíveis emissões biogênicas e por queima de biomassa. A exposição de amostras de água de chuva à irradiação com luz solar artificial mostrou que houve perda de EtOH e formação de AA, porém os processos não ocorreram em proporção estequiométrica, e nem na mesma taxa. No caso do MeOH e formaldeído, a formação e perda dessas espécies ocorreram de forma errática. A ausência de uma tendência clara nas transformações fotoquímicas dos álcoois reflete a complexidade da matriz e das reações envolvidas na atmosfera. / Although there has been a dramatic increase on the use of ethanol fuel in Brazil and in several other countries, there is a great lack of data related to the abundance of ethanol and associated organic species in the atmosphere. The temporal study of the behavior of ethanol in rainwater in Brazil is pioneer, and may serve as a basis to better understand the changes that occur in the atmosphere due to the increasing use of this fuel. This work presents a new headspace GC-FID method to simultaneously determine acetaldehyde (AA), acetone (AC), methanol (MeOH) and ethanol (EtOH) at environmentally relevant concentrations in the atmosphere and in a variety of natural waters. The method is simpler than those presented in the literature, robust and relatively low-cost. The method presented good recovery, precision and good agreement with a HPLC method for determination of acetaldehyde, methanol, and ethanol, which endorsed the accuracy of the proposed method. The ethanol concentration was determined in rainwater samples from Ribeirão Preto from 2012 to 2016 (n = 186). The volume-weighted mean (VWM) was 5.28 ± 0.49 mol L-1, which is close to the expected concentration at the equilibrium between the gas and aqueous phases. The ethanol value is about 28 times higher than the average found in the city of Wilmington (USA), reflecting the high use of ethanol fuel in Brazil. The annual mean concentrations of ethanol in rainwater samples over 4 years of monitoring varied little, and also did not show significant differences according to the season, agricultural activities, or the direction of the air masses. For the rainwater samples collected from February to December 2016 the VWM concentration of the other analyzed species were: 0.84 ± 0.12 mol L-1 AA (n = 62); 0.70 ± 0.08 mol L-1 AC (n = 59), 10.9 ± 1.19 mol L-1MeOH (n = 62), 15.8 ± 1.64 mol L-1formic acid (n = 67); and 9.76 ± 0.95 mol L-1 acetic acid (n = 67). The identified organic carbon average mass in the samples represented about 20% of the total dissolved organic carbon (DOC) in rainwater. The estimated flux of organic carbon by wet deposition was 5.1 g C m-2 year-1, being 1.0 g C m-2 year-1 identified in this work. In addition to the vehicular emission, an important source of DOC to the atmosphere is the biomass burning, which still occurs frequently in the state. The statistical tools used here, considering the organic species identified together with other major inorganic species, did not allow to clearly separate the predominant emission sources in the region. This may occur because the year-round vehicular emission is predominant in relation to the possible biogenic and by biomass burning emissions. Exposure of rainwater samples to irradiation with artificial sunlight showed that there was loss of EtOH and formation of AA, but the processes neither occurred in stoichiometric proportion, nor at the same rate. In the case of MeOH and formaldehyde, the formation and loss of these species occurred erratically. The absence of a clear trend in the photochemical transformations of alcohols reflects the complexity of the matrix and the reactions involved in the atmosphere.

Este trabalho apresenta a preparação e caracterização de eletrodos de óxidos do tipo ânodos dimensionalmente estáveis (ADE) de composição nominal Ti/Ru0,3Ti0,7O2, modificados pela adição de metais em sua superfície. A introdução de um metal modulador permitiu alterar de forma significativa o comportamento eletroquímico de todo o recobrimento. A modificação do ADE foi realizada através de eletrodeposição de Pt e PbO2 e de deposição química de catalisadores nanodivididos (Pt e Pt-Ni). O objetivo desta preparação foi modular as propriedades dos ânodos visando melhorar as propriedades eletrocatalíticas e a resistência mecânica e com isto, introduzir uma nova classe de materiais para aplicá-los na eletrooxidação de formaldeído, acetaldeído e ácido oxálico. Para caracterizar os eletrodos foram utilizadas as técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDX), voltametria cíclica (VC), eletrólises com acompanhamento por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE), espectrometria de massas eletroquímica diferencial (DEMS). Os experimentos com DEMS foram realizados na Universidade de Poitiers, França. As micrografias e as análises de EDX mostraram que o rutênio concentra-se em pequenas ?ilhas? na camada de óxidos e a modificação com platina, eletrodepositada ou depositada quimicamente, ocorre preferencialmente nas regiões ricas em rutênio. O eletrodepósito de PbO2 apresentou uma distribuição mais uniforme sobre toda a camada de óxido. As eletrólises foram realizadas aplicando um programa de pulsos de potenciais. Os resultados mostraram que a eficiência para formação do produto mais oxidado (CO2) está intimamente ligada à quantidade e distribuição da platina adicionada na superfície do ADE. Os eletrodos mais eficientes foram os de composições nominais: Ti/ADE modificado com eletrodeposição de Pt (100 ?g cm-2) e Ti/ADE modificado com deposição química do catalisador nanodividido de Pt-Ni (1:1) (60 ?g cm-2). Estes resultados foram confirmados pelos experimentos utilizando DEMS. O eletrodo Ti/ADE modificado com eletrodeposição de PbO2 (100 ?g cm-2) apresentou uma melhora na eficiência eletrocatalítica em relação ao ADE, porém inferior aos eletrodos modificados com platina. O desempenho do ADE na oxidação das pequenas moléculas orgânicas foi estudado em comparação com um eletrodo de platina eletrodepositada diretamente na placa de titânio. Os resultados de eletrólise mostraram que o ADE não funciona somente como um substrato inerte e sim auxilia na reação de oxidação, desempenhando um importante papel na eficiência catalítica total destes materiais. / This work presents the preparation and characterization of dimensionally stable anodes (DSA) of nominal composition Ti/Ru0.3Ti0.7O2, modified by the addition of metals to their surface. The introduction of the modulator metal allowed us to change the coating of the electrochemical behavior in a significant way. The DSAâ surface was modified by electrodeposition of Pt and PbO2, and chemical deposition of highly nanodispersive supported catalysts (Pt and Pt-Ni). The objective of this preparation was to modulate the anode properties in order to enhance the electrocatalytic properties and mechanical resistance of these materials. This new class of materials was applied in the electrooxidadtion of formaldehyde, acetaldehyde and oxalic acid. The electrode characterization was carried out by Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy-dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), cyclic voltammetry (CV), long-term electrolysis followed by high performance liquid chromatography (HPLC) and the differential electrochemical mass spectrometry (DEMS) which was performed at the University of Poitiers, France. The micrographs and EDS analyses showed that the ruthenium is concentrated in small ?islands? in the oxide layer, and the modification with platinum, either electrodeposited or chemically deposited, occurs preferable over the ruthenium-rich regions. The PbO2 electrodeposit was more uniformly distributed along the oxide layer. Bulk electrolysis experiments were carried out applying a potentiostatic program. The efficiency toward the formation of the more oxidized compound (CO2) is related with the amount and distribution of the platinum deposited on the DSAâ surface. The most efficient materials were: Ti/ADE modified with electrodeposited Pt (100 ?g cm-2) and Ti/ADE modified with chemically deposited Pt-Ni (1:1) (60 ?g cm-2). Through the DEMS experiments these results were confirmed. The DSAâ modified with PbO2 (100 ?g cm-2) was more efficient than the bare DSAâ. However, the amount of CO2 obtained with the former electrode is still lower than that obtained with the platinum-modified ones. The role of DSAâ on the direct activation of the oxidation of small organic molecules was studied applying an electrode containing the platinum directly electrodeposited over the titanium. The bulk electrolysis results showed that DSAâ is not just an inert substrate since it does play an important role in the overall efficiency of these materials.