O trabalho apresentado nessa dissertação concentra-se na área de espectroscopia de íons terras raras com aplicação em biofotônica e foi desenvolvido através da síntese de partículas de fluoreto de bário e gadolínio dopada com o par Yb3+/Tm3+ para estudos conversão ascendente de energia, além da tentativa de crescimento desse material nos poros de uma nanoesfera de sílica. Os materiais a base de fluoretos foram sintetizados através de metodologia hidrotermal com agente complexante citrato de sódio variando a concentração de dopagem do par Yb3+/Tm3+ produzindo três diferentes materiais luminescentes que apresentou conversão ascendente em energia e emissões características do íon túlio a partir da excitação em 980 nm (BaGdF5YbTm nos quais a razão (porcentagem mol/mol) Yb/Tm foi igual à 18/0,5; 20/1 e 10/0,5), além de um quarto material dopado com o íon Eu3+ para estudos estruturais e espectroscópicos acerca da matriz (BaGdF5Eu Gd/Eu 1% mol/mol). Todos os materiais obtidos pela metodologia são cristalinos e apresentaram fase cúbica da solução sólida de BaGdF5. Ademais, dois materiais híbridos, contendo sílica e fluoreto, foram preparados. O primeiro, recobrimento das partículas de fluoreto com sílica (SiO2), apresentou resultados diferentes do que foi previamente reportado por esse grupo de pesquisa, direcionando os estudos ao segundo material, que consistiu no crescimento de partículas de fluoreto dentro dos poros de uma nanoesfera de sílica (SiO2). Neste último, os materiais apresentaram manutenção da morfologia esférica precursora das nanoesferas de sílica além de, para uma amostra sintetiza hidrotermicamente na ausência de citrato de sódio, promover o aparecimento da banda 1D4 5H6 e serão conduzidas para testes biológicos subsequentes como citotoxicidade. / The work presented herein focuses on the area of rare earth spectroscopy with application in biophotonics and it was developed through the synthesis of barium and gadolinium fluoride particles doped with the Yb3+/Tm3+ pair for upconversion studies and the attempt to grow the material in the pores of a silica nanosphere. Biophotonic has been an area of growing interest for the last 30 years, it studies the interaction between light and living matter seeking new technologies in order to characterize, image, diagnose and treat a complexity of dysfunctions in biological material. The search and development of new materials for bioimaging is a need that involves several areas of knowledge. In this work, fluoride-based materials were synthesized by hydrothermal method by varying the doping concentration of Yb3+/Tm3+ pair producing 3 different luminescent materials (BaGdF5YbTm - in which the ratio (mole/mole percentage) Yb/Tm was equal to 18/0,5; 20/1 and 10/0,5). In addition, a fourth material doped with Eu3+ was synthetized for structural and spectroscopic studies on the matrix (BaGdF5Eu - Gd / Eu 1 mol% mol). All materials obtained by this method were crystalline and presented cubic phase of BaGdF5 solid solution. Moreover, two multifunctional materials were prepared. The first was obtained by coating the fluoride particles with silica (SiO2) presented different results than previously reported by this research group, directing the studies to the second material, which consisted of the growth of fluoride particles inside the pores of a nanosphere of silica (SiO 2). In the latter, the materials showed maintenance of the precursor spherical morphology of silica nanospheres and, for a hydrothermally synthesized sample in the absence of sodium citrate, promote the appearance of the 1D4 5H6 band and will be conducted for subsequent biological tests as cytotoxicity.

Em instalação piloto, de 06/1998 a 10/1999, utilizando-se água natural de superfície com baixas turbidez e cor, foram avaliados dois sistemas de dupla filtração, com pré-tratamento em filtração direta ascendente em areia com taxas de 200 a 360 m3/m2.dia (sistema S01) e em filtração direta ascendente em pedregulho com taxas de 80 a 190 m3/m2.dia (sistema S02) e com tratamento final em filtração rápida descendente com taxas de 115 a 480 m3/m2.dia. As dosagens do coagulante (produto comercial de sulfato de alumínio) foram definidas utilizando-se filtro de laboratório de areia, havendo indicações de coagulação no mecanismo de adsorção, com neutralização parcial de carga. Foram executadas descargas de fundo intermediárias nas unidades de filtração direta ascendente, com significativa redução na perda de carga no meio granular de pedregulho. A turbidez, cor aparente, Fe e Mn totais dos efluentes finais dos sistemas atenderam às Normas Brasileiras para produção de água potável. No sistema S02 o crescimento da perda de carga no meio granular foi menos intenso na unidade de filtração direta ascendente do que no filtro rápido descendente, ocorrendo o inverso no sistema S01, no qual, em alguns ensaios, o filtro rápido descendente mostrou-se desnecessário. As carreiras de filtração foram de 27 a 88 h no sistema S01 e de 14 a 35 h no sistema S02. Em determinados casos, a floculação predominou na unidade de filtração direta ascendente em pedregulho, prejudicando a qualidade do seu efluente. O sistema S02 mostrou-se mais vantajoso que o sistema S01, exceto quando, neste, a filtração rápida descendente foi desnecessária. / Based on me investigation carried out in pilot plant, from June 1998 to October 1999, using natural surface raw water with low turbidity and color, two systems of two-stage filtration have been evaluated. As a pretreatment, the first system (S01) used direct up-flow sand filtration (with filtration rates from 200 to 360 m3/m2.day), and the second system (S02) used direct up-flow roughing filtration (with filtration rates from 80 to 190 m3/m2.day), both with final treatment based on rapid filtration (with filtration rates from 115 to 480 m3/m2.day) The coagulant doses (commercial product of aluminum sulfate) have been established through the use of laboratory scale sand filter, presenting signs of coagulation in the adsorption mechanism, with partial charge neutralization. Intermediate bottom discharges in the direct up-flow filtration units have resulted in significant reduction in thee headloss in gravel granular medium. The turbidity, apparent-color, total iron and manganese concentrations of the final effluents of the systems have attended the Brazilian Standards for drinking water production. The increase of headloss in gravel granular medium in system S02 was smaller in me direct up-fiow filtration unit than in the rapid filter, the opposite occurring in system S01, where some tests have proved lhe rapid filter redundant. The filter runs time were 27 to 88 hours in system S01 and 14 to 35 hours in system S02. In certain cases, flocculation was predominant in the direct up-flow roughing filtration unit, jeopardizing the effiuent quality. System S02 has proved advantageous in relation to system S01, except when in system S01 the rapid filter was redundant.

Em instalação piloto, de 06/1998 a 10/1999, utilizando-se água natural de superfície com baixas turbidez e cor, foram avaliados dois sistemas de dupla filtração, com pré-tratamento em filtração direta ascendente em areia com taxas de 200 a 360 m3/m2.dia (sistema S01) e em filtração direta ascendente em pedregulho com taxas de 80 a 190 m3/m2.dia (sistema S02) e com tratamento final em filtração rápida descendente com taxas de 115 a 480 m3/m2.dia. As dosagens do coagulante (produto comercial de sulfato de alumínio) foram definidas utilizando-se filtro de laboratório de areia, havendo indicações de coagulação no mecanismo de adsorção, com neutralização parcial de carga. Foram executadas descargas de fundo intermediárias nas unidades de filtração direta ascendente, com significativa redução na perda de carga no meio granular de pedregulho. A turbidez, cor aparente, Fe e Mn totais dos efluentes finais dos sistemas atenderam às Normas Brasileiras para produção de água potável. No sistema S02 o crescimento da perda de carga no meio granular foi menos intenso na unidade de filtração direta ascendente do que no filtro rápido descendente, ocorrendo o inverso no sistema S01, no qual, em alguns ensaios, o filtro rápido descendente mostrou-se desnecessário. As carreiras de filtração foram de 27 a 88 h no sistema S01 e de 14 a 35 h no sistema S02. Em determinados casos, a floculação predominou na unidade de filtração direta ascendente em pedregulho, prejudicando a qualidade do seu efluente. O sistema S02 mostrou-se mais vantajoso que o sistema S01, exceto quando, neste, a filtração rápida descendente foi desnecessária. / Based on me investigation carried out in pilot plant, from June 1998 to October 1999, using natural surface raw water with low turbidity and color, two systems of two-stage filtration have been evaluated. As a pretreatment, the first system (S01) used direct up-flow sand filtration (with filtration rates from 200 to 360 m3/m2.day), and the second system (S02) used direct up-flow roughing filtration (with filtration rates from 80 to 190 m3/m2.day), both with final treatment based on rapid filtration (with filtration rates from 115 to 480 m3/m2.day) The coagulant doses (commercial product of aluminum sulfate) have been established through the use of laboratory scale sand filter, presenting signs of coagulation in the adsorption mechanism, with partial charge neutralization. Intermediate bottom discharges in the direct up-flow filtration units have resulted in significant reduction in thee headloss in gravel granular medium. The turbidity, apparent-color, total iron and manganese concentrations of the final effluents of the systems have attended the Brazilian Standards for drinking water production. The increase of headloss in gravel granular medium in system S02 was smaller in me direct up-fiow filtration unit than in the rapid filter, the opposite occurring in system S01, where some tests have proved lhe rapid filter redundant. The filter runs time were 27 to 88 hours in system S01 and 14 to 35 hours in system S02. In certain cases, flocculation was predominant in the direct up-flow roughing filtration unit, jeopardizing the effiuent quality. System S02 has proved advantageous in relation to system S01, except when in system S01 the rapid filter was redundant.

Orientador: Marcelo Nalin / Resumo: Sistemas foto-termo-refrativos obtidos a partir de alumino-silicatos dopados com Ce4+, Ag+, Sb3+ e Sn2+ tem sido amplamente estudado nestas últimas década por Glebov e Nikonorov devido a crescente necessidade de desenvolvimento de novos dispositivos que atuem em sistemas ópticos e fotônicos. Estes sistemas produzidos atualmente apresentam índice de refração ~ 1,5 o que limita a observação de efeitos não lineares e transparência na região de baixa energia restrita ao infravermelho próximo. Além disso, como os sistemas atualmente conhecidos são multicomponentes, a compreensão do mecanismo por trás da foto-termo sensibilidade ainda não está completamente elucidada. Neste contexto, a síntese de novas composições de sistemas vítreos, com mecanismos mais simples, com índice de refração mais elevado e transparência na região do infravermelho médio se mostram interessantes pois ampliam as possibilidades de aplicações nas áreas acima citadas. Neste trabalho foram sintetizados e caracterizados vidros foto-termo-refrativos contendo óxidos e oxifluoretos de metais pesados com índice de refração > 2 e transparência desde a região do UV-Vis até o infravermelho médio (~ 7µm). As sínteses foram feitas combinando diferentes óxidos e fluoretos, tais como, Ga2O3, GeO2, PbO, Bi2O3, LaF3 e NaF e utilizando a técnica de fusão seguida de choque térmico, com posterior tratamento térmico controlado. As propriedades térmicas dos novos materiais foram estudadas por calorimetria diferencial de varredura... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Photo-thermo-refractive systems obtained from Alumino-silicates doped with Ce4+, Ag+, Sb3+ and Sn2+ has been extensively studied in recent decades by Glebov and Nikonorov due to the growing need for new devices that act in optical and photonic systems. These systems present refractive index ~ 1.5, which limits the observation of nonlinear effects and as well as the transparency in the region of low energy restricted to near infrared. In addition, as the currently known systems are multi-component, the understanding of the mechanism behind the photo-thermo sensitivity is is complex and not completely elucidated yet. In this context, the synthesis of new vitreous compositions with simplest mechanisms, with higher refraction index and transparency extended up to middle infrared region are interesting because they broaden the possibilities of applications in the areas mentioned above. In this work, we synthesized and characterized photo-thermo-refractive glass containing heavy metals oxides and oxifluorides components with refractive index higher than 2 and transparency window from UV-Vis to the medium infrared (~ 7 µm). The syntheses were made by combining different oxides and fluorides, such as, Ga2O3, GeO2, PbO, Bi2O3, LaF3 and NaF and using the melt-quenching technique with subsequent controlled heat treatment. The thermal properties of the new materials were studied by differential scanning calorimetry (DSC). The structural properties were evaluated by Raman spectroscopy and... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

A dupla filtração pode ser considerada como uma das mais promissoras tecnologias para tratamento de água, estimando-se que grande parte das necessidades de tratamento poderiam ser satisfeitas com o uso desta tecnologia. Alguns aspectos ainda não devidamente esclarecidos até o presente sobre esta tecnologia estão relacionados ao tratamento de água com turbidez elevada. Com a montagem e operação de uma instalação piloto, constituída de dois sistemas de dupla filtração (sistema 1: filtro ascendente de areia grossa e filtro descendente de areia e sistema 2: filtro ascendente de pedregulho e filtro descendente de areia), foi realizada uma investigação experimental com águas de estudo preparadas com caulinita (água tipo I com turbidez em torno de 100 uT e água tipo II com turbidez em torno de 300 uT). A coagulação foi realizada com o sulfato de alumínio, sem o uso de alcalinizante ou de acidificante, para que resultasse potencial zeta próximo de zero. A operação de ambos os sistemas foi efetuada com e sem descargas de fundo intermediárias nos filtros ascendentes, e foram variadas as taxas de filtração em ambos os filtros (de 120 a 240 m&sup3/m&sup2.d nos filtros ascendentes e de 180 a 300 m&sup3/m&sup2.d nos filtros descendentes). Concluiu-se principalmente que os dois sistemas foram capazes de produzir água filtrada com turbidez consistentemente menor que 0,5 uT e que a produção efetiva de água depende da turbidez da água de estudo, das taxas de filtração, da execução das descargas de fundo intermediárias e da carga hidráulica disponível para retenção de sólidos. / Double filtration may be considered one of the most important technologies for water treatment. It has been estimated that most of water treatment can be efficiently achieved with the use of this technology, although some design and operational aspects related to the high turbidity of the influent water have not been fully studied until the present time. A pilot plant was built comprising two double filtration systems (system 1 with an upflow coarse sand filter followed by a downflow fine sand filter; system 2 with an upflow gravel filter followed by a downflow filter identical to that used in system 1). The experimental investigation was carried out using influent waters prepared with kaolin (water type I with turbidity of approximately 100 NTU and water type II with turbidity of approximately 300 NTU). Coagulation was accomplished by using aluminum sulfate (no acid or alkaline products) so that the zeta potential resulted approximately zero. The operation of both systems was carried out with and without intermediate down flushes during the runs. Filtration rates in the filters of both systems varied from 120 to 240 m&sup3/m&sup2.d in the upflow filters and from 180 to 300 m&sup3/m&sup2.d in downflow filters. It was mainly concluded that both systems resulted capable to produce filtered water with turbidity consistently lower than 0.5 NTU and that the net production was related to the influent water turbidity, filtration rates, execution of intermediate down flushes and the hydraulic head provided for solids retention in both filter of each double filtration system.

Neste trabalho são apresentadas a preparação, a metodologia adotada para a nucleação de nanopartículas (NPs) de prata e a investigação das propriedades luminescentes do sistema vítreo GeO2-PbO dopado com íons de túlio e codopado com íons de túlio e itérbio, na presença de NPs de prata, visando aplicação em dispositivos fotônicos. Este sistema vítreo apresenta uma larga janela de transmissão (400 4500 nm) quando comparado aos silicatos, boratos e fosfatos, alto índice de refração (2,0), baixas energia de fônon (700 cm-1), alta resistência mecânica e durabilidade química. Com a finalidade de se obter maior controle sobre o processo de nucleação das NPs, realizaram-se tratamentos térmicos de várias formas, variando-se principalmente as grandezas tempo e temperatura. A partir da Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), a presença das NPs no material vítreo pôde ser confirmada, e pelas análises de Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS Energy Dispersive Spectroscopy), determinamos que as NPs possuem em sua composição prata, podendo elas serem puramente metálicas, e em alguns casos, compostas de prata e elementos da matriz. As medidas de absorção evidenciaram a incorporação dos íons Tm3+ e Yb3+ na forma trivalente, e a presença das bandas de absorção associadas à Ressonância dos Plasmons Superficiais (RPS) da prata, localizadas no intervalo de 420 a 550 nm. Foram medidas as bandas associadas à conversão ascendente (CA) do Tm3+ em 480, 650 e 800 nm, devidas às transições 1G4 3H6, 1G4 3F4, 3H4 3H6, respectivamente. Nas amostras contendo NPs de prata, tratadas a 420 °C, não foi observada a banda de RPS da prata. Entretanto, um aumento na luminescência foi verificado, assim como a presença das NPs por MET. No caso das amostras tratadas por intervalos de tempo contínuos e não-contínuos, observamos a tendência de formação de NPs menores, maiores e agregados, e maior tendência de aumento da luminescência para o segundo caso; no caso da variação da temperatura, observamos a formação da banda de RPS da prata para tratamentos superiores a 500 °C realizados em curto intervalo de tempo, e um aumento considerável da luminescência. As variações no processo de nucleação das NPs foram relacionadas às formas de tratamento adotadas. O estudo da variação da intensidade de luminescência em função da potência do laser de excitação mostrou que as NPs não interferem nos processos de CA dos íons Tm3+. Desta forma, o aumento da luminescência foi atribuído ao aumento do campo local nas proximidades dos íons de terras-raras (TRs). Portanto, o desenvolvimento de um método adequado de tratamento térmico desempenha um papel fundamental no processo de nucleação das NPs, e pode permitir um aumento considerável da luminescência proveniente dos íons de TRs, e conferir novas propriedades aos materiais e aplicações em dispositivos fotônicos. / This work presents the preparation and the methodology used for the nucleation of silver nanoparticles (NPs), and the investigation of the luminescent properties of PbO-GeO2 glass system doped with thulium ions and codoped with thulium and ytterbium ions, in the presence of NPs silver, for application in photonic devices. This glass system presents a large transmission window (400 4500 nm) when compared to silicates, borates and phosphates, high refractive index (2.0), low phonon energy (700 cm-1), high mechanical strength and chemical durability. In order to obtain greater control over the process of nucleation of NPs, different processes were used for the heat-treatment, varying mainly the time and the temperature. From the transmission electron microscopy (TEM), the presence of NPs in the glassy material could be confirmed, and from Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) analysis, it was determined that the NPs have silver in their composition. The NPs may be purely metallic and, in some cases, composed by silver and elements of the matrix glass. Optical Absorption measurements showed the incorporation of Tm3+ and Yb3+ ions in the trivalent form, and the presence of absorption bands related to the Surface Plasmon Resonance (SPR) of silver, located in the range of 420 to 550 nm. Bands associated to Tm3+ upconversion (UPC) frequency centered around 480, 650 and 800 nm were observed due to transitions 1G4 3H6, 1G4 3F4, 3H4 3H6, respectively. The SPR of silver NPs were not observed for the samples heat-treated at 420 °C, which contained silver NPs in their composition. However, an increase in the luminescence was observed and the presence of NPs was confirmed by TEM analyses. For the samples heat-treated by continuous and non-continuous time intervals, we observed the tendency of the formation of smaller, larger and aggregated NPs, and a higher tendency of enhancement of the luminescence for the second case. For the samples heat-treated at different temperatures in short time interval, we observed the formation of the SPR band for temperatures higher than 500 °C, and a considerable increase in the luminescence. Variations in the process of NPs nucleation were related to the different heat-treatments adopted. The study of the luminescence intensity variation as function of the laser power excitation showed that the NPs do not interfere in the Tm3+ UPC luminescence processes. Thus, the enhancement in the luminescence was attributed to local field enhancement in the proximities of rare-earth ions (REIs). Therefore, the development of an appropriate method of heat-treatment plays an important role in the process of NPs nucleation, and enables a considerable increase in the luminescence from the REIs, and gives new properties to materials which are of great interest for applications in photonic devices.

O confinamento da luz em escala nanométrica, em especial para estruturas metálicas, é conferido graças à ação coletiva dos elétrons livres desses materiais que ao entrarem em ressonância com a frequência da radiação incidente geram campos intensos o suficiente para permitir que uma parcela da luz atravesse as cavidades que formam as estruturas, desafiando os limites clássicos da óptica impostos pela teoria escalar da difração. Designa-se a tal ação coletiva dos elétrons na literatura como plasmons polaritons de superfície, ou SPP da sigla em inglês para Surface Plasmon Polariton, conceito há muito estudado em Física do Estado Sólido. Porém, somente a algumas décadas com o domínio sobre a fabricação de estruturas em escala nanométrica, tornou-se possível a análise experimental e a contribuição de SPP na observação de fenômenos em nano-óptica. A ressonância de plasmons em nanoestruturas confere considerável sensibilidade ao índice de refração dos meios próximos a elas, o que abre mais um canal para estudos no campo da interação entre radiação-matéria. Dentre eles há interação de plasmons com íons de terras-raras (ITR). Estes últimos por apresentarem bandas de absorção estreitas e bem definidas, são excelentes opções como elementos na análise da interação destes com os SPPs gerados nas nanoestruturas. Uma maneira de estabelecer o contato direto entre o campo plasmônico e os ITRs é incorpora-los ao substrato no qual o filme metálico onde as nanoestruturas são fabricadas é depositado. Vidros óxidos à base de Telúrio e Germânio reúnem condições favoráveis para esse propósito, por terem alta solubilidade às terras-raras, janela de transparência relativamente larga (0,4 - 5μm) podendo ser analisados desde o visível até o infravermelho e baixa energia de fônon. O presente trabalho consistiu no esforço de criar uma plataforma para estudo direto de interações SPP com o ITR a partir da nano fabricação via técnica de feixe de íons e medir a luz emitida por processo de conversão ascendente do Érbio diretamente pela nanoestrutura devido ao decaimento do íon em SPP e na consequente remissão através da transmissão óptica extraordinária (TOE). A partir de tais medidas há fortes evidências de que a radiação emitida pelo Érbio apresenta a mesma polarização do campo plasmônico originado nas nanoestruturas. / The confinement of light at the nanoscale, especially for metallic structures is achieved due the collective action of free electrons from the material that resonate with the frequency of the incident radiation, generating enhanced fields enough to allow a portion of the light to cross the cavities that form such structures, challenging the classical limits of optics imposed by the scalar diffraction theory. Such collective action of the electrons is known in the literature as surface plasmon polariton (SPP), a concept which has already been studied in Solid State Physics, but only a few decades ago, with the development of fabrication of nanoscale structures has enabled the experimental analysis and the contribution due SPP on the observation of nanoptics phenomena. The plasmon resonance from nanostructures offers considerable sensitivity to the refractive index from the media that surround them, which opens another topic in matter-radiation interaction. There are interactions of plasmons with rare earth ions (REI). The latter class of emitters, presents narrow and well-defined absorption bands, which make them excellent options as probes to the analysis of interaction with the SPPs generated in the nanostructures. To establish direct contact between the plasmonic field and the REIs consists in embedding them into the substrate for the metallic thin film where the structures are assembled. Tellurium and Germanium oxide based glasses gather the conditions for this purpose, because they present high solubility to rare earths, a relatively wide transparency window (0.4 - 5 μm), which enables spectral analysis from visible to infrared, and low phonon energy. The present work consisted in the effort to create a direct platform to study the SPP interactions with the REI from the milling of the samples by ion beam technique; to measure the light emitted from the Erbium\'s upconversion process directly through the nanostructure due the ion decay to SPP and in the consequent remission by extraordinary optical transmission (EOT). From such measurements there are strong evidences that the radiation emitted by Erbium ions presents the same polarization from the plasmonic field originated in nanostructures.

O processo de conversão ascendente de energia (infravermelho ao visível) é amplamente estudado em materiais dopados com íons terras raras trivalentes (TR3+) devido as várias possibilidades de aplicações tecnológicas. Tal processo consiste na emissão de fótons de maior energia (usualmente no visível) mediante excitação com fótons de menor energia (infravermelho) via mecanismo de absorção de dois fótons e/ou transferência de energia entre os íons TR3+. Entre os materiais estudados destacam-se vidros e vitrocerâmicas dopados com Er3+ com emissões nas regiões do verde e do vermelho, que podem ser eficientemente excitadas por lasers de diodo na região do infravermelho próximo (980 nm). Uma das aplicações possíveis para este processo é a de um sensor óptico de temperatura baseado na dependência da razão de intensidades de emissão dos níveis 2H11/2 e 4S3/2 do Er3+ com a temperatura, vantajoso para operação em ambientes hostis como transformadores de alta tensão, em processos industriais, etc. Como a eficiência das emissões depende também da matriz hospedeira, os vidros fluorofosfatos com composição 25BaF225SrF2(30-x)Al(PO3)3xAlF3(20-z)YF3:zErF3 com x = 20 e z = 1,0 a 5,0 mol% foram escolhidos por apresentarem alta estabilidade química e mecânica, e energia de fônon relativamente baixa. Assim, amostras vítreas dopadas com várias concentrações de Er3+ foram previamente caracterizadas e selecionadas para desenvolver o protótipo que emprega a variação de intensidade relativa das emissões 2H11/2 → 4I15/2 e 4S3/2 → 4I15/2 do vidro fluorofosfato dopado com Er3+ na medição de temperaturas. Este protótipo apresenta as características de baixo custo, alta sensibilidade e rápida resposta. / The infrared-to-visible upconversion process is widely studied in materials doped with trivalent rare earth ions (RE3+) due to the various possibilities of technological applications. The process is based on the emission of photons with higher energy (in the visible) than the excitation photons (in the infrared) via the mechanisms of two-photon absorption and/or energy transfer between RE3+ ions. Among the studied materials emphasis is given to glasses and glass ceramics doped with Er3+, exhibiting intense emissions in the green and red, which can be efficiently excited by diode lasers in the near infrared region (980 nm). One application of this process is an optical temperature sensor based on the dependence of the ratio of the emission intensities of levels 2H11/2 and 4S3/2 of Er3+ on the temperature of the sample. Such sensor would be advantageous for operation in hostile environments, such as high voltage transformers, industrial processes, etc. Because the efficiency of upconversion also depends on the host matrix composition, flurophosphate glasses are interesting candidates due to their high chemical stability, good mechanical properties and relatively low phonon energy. Glasses with composition 25BaF225SrF2(30-x)Al(PO3)3xAlF3(20-z)YF3:zErF3 with x = 20 and z varying from 1.0 to 5.0 mol% were characterized and selected to develop the prototype employing the fluorescence of fluorophosphate glass doped with Er3+ for measuring temperatures with the following characteristics: low cost, high accuracy and fast response.

Made available in DSpace on 2017-07-21T18:53:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silvia Pukasiewicz.pdf: 807504 bytes, checksum: 46c5fee11c6e26495932d6b13679bc20 (MD5) Previous issue date: 2010-06-18 / Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná / The process of anaerobic digestion is presented as an alternative for treatment of effluents from various industrial activities. In this case there is the conversion of organic matter to more stable compounds such as methane, which can be used to replace fossil fuels. This study evaluated the treatment of effluent generated by a processing company for animal feed flavors, which uses as raw material waste generated in the slaughter and processing of pigs, chickens and turkeys. It was used a biological upflow anaerobic filter, constructed of polyvinyl chloride with a volume of 980 mL and support material for biomass consisting of rings of polypropylene, with the goal of removing organic matter and produce biogas. The influent had average values with the following characteristics: 899.79 mg L-1 of COD, pH of 8.12, 377.31 mg L-1 of total nitrogen, 206.09 mg L-1 of ammoniacal nitrogen, 2.90 mg L-1 of oils and greases, 768.67 mg CaCO3 L-1 of alkalinity, 521.26 mg L-1 CH3COOH of volatile acidity and 15.11 mg L-1 content of phosphorous. The system was operated continuously at room temperature, organic loading of 0.077, 0.102, 0.154, 0.356, 0.536, 0.854, 1.083 kg DQO m-3 d-1, and HRT 240, 168, 120, 72, 48, 24 and 21 hours. The effluent had COD values between 14.43 and 849.43 mg L-1, pH between 6.32 and 8.34, total nitrogen between 95.23 and 742.14 mg L-1, ammoniacal nitrogen between 127,78 and 230.29 mg L-1, alkalinity between 268.83 and 2401.5 mg CaCO3 L-1 and volatile acidity between 27.66 and 415.30 mg L-1 CH3COOH and phosphorus content between 0 and 29, 26 mg L-1. The best results of COD removal were obtained with HRT of 24 hours, averaging 83% removal and, consequently, larger generation of biogas, 48.39 kg of methane per day. Concludes that, within the conditions employed, the anaerobic digestion process was efficient in removing COD. If the company uses the methane produced in power generation, can enter in the market of carbon credits and get an extra income. / O processo de digestão anaeróbia apresenta-se como uma alternativa para tratamento de efluentes de várias atividades industriais. Nesse processo há conversão da matéria orgânica a compostos mais estáveis como o gás metano, que pode ser utilizado em substituição aos combustíveis fósseis. Neste trabalho foi avaliado o tratamento anaeróbio dos efluentes gerados por uma empresa processadora de palatabilizantes para ração animal, que utiliza como matéria prima os subprodutos gerados no abate e processamento de suínos, frangos e perus. Foi utilizado um filtro biológico anaeróbio de fluxo ascendente, construído de policloreto de vinila com volume útil de 980 mL e material suporte para a biomassa constituído por anéis de polipropileno, com o objetivo de remover a matéria orgânica e produzir biogás. O substrato possuía valores médios com as seguintes características: DQO de 899,79 mg L-1, pH de 8,12, nitrogênio total de 377,31 mg L-1, nitrogênio amoniacal de 206,09 mg L-1, teor de óleos e graxas de 2,90 mg L-1, alcalinidade de 768,67 mg CaCO3 L-1, acidez volátil de 521,26 mg CH3COOH L-1 e teor de fósforo de 15,11 mg L-1. O filtro foi operado por 196 dias, à temperatura ambiente, com cargas orgânicas de 0,077; 0,102; 0,154; 0,356; 0,536; 0,854; 1,083 kg DQO m-3 d-1, e TRH de 240, 168, 120, 72, 48, 24 e 21 horas. O efluente tratado apresentou valores de DQO entre 14,43 e 849,43 mg L-1, pH entre 6,32 e 8,34, nitrogênio total entre 95,23 e 742,14 mg L-1, nitrogênio amoniacal igual entre 127,78 e 230,29 mg L-1, alcalinidade entre 268,83 e 2401,5 mg CaCO3 L-1 e acidez volátil entre 27,66 e 415,30 mg CH3COOH L- 1 e teor de fósforo entre 0 e 29,26 mg L-1. Os melhores resultados de remoção de DQO foram obtidos com TDH de 24 horas, com média de 83% de remoção e, conseqüentemente, maior geração de biogás, 48,39 kg de metano por dia. Concluise que, dentro das condições empregadas, o processo de digestão anaeróbia foi eficiente na remoção de DQO. Se a empresa utilizar o metano produzido na geração de energia, poderá entrar no mercado de créditos de carbono e obter uma renda extra.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2019-02-25T11:12:15Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2065992 bytes, checksum: fc539640a5507d3ec970b1c692461946 (MD5) / Made available in DSpace on 2019-02-25T11:12:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2065992 bytes, checksum: fc539640a5507d3ec970b1c692461946 (MD5) Previous issue date: 2018-12-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Microrganismos Eficientes constituem uma comunidade de indivíduos aeróbios e anaeróbios que desempenham funções benéficas ao meio ambiente e são capazes de se desenvolver em diversos ecossistemas. Neste trabalho, a técnica de Microrganismos Eficientes (EM Technology®) foi aplicada com o objetivo de verificar se esses organismos são capazes de conferir melhorias no tratamento de esgoto urbano. O aparato experimental foi constituído de dois reatores UASB de bancada e somente um foi inoculado com Microrganismos Eficientes. Os reatores operaram durante 90 dias com tempos de detenção hidráulica de 12, 9 e 6 horas e foram avaliadas as eficiências de remoção de matéria orgânica e nutriente, bem como o processo de granulação anaeróbia. A eficiência dos processos foi analisada em termos de remoção de DQO, DBO 5 e nitrogênio amoniacal enquanto que o processo de granulação foi examinado por meio de testes de resistência ao cisalhamento do grânulo e quantificação de EPS (substâncias poliméricas extracelulares). Análises de diversidade microbiana dos domínios Bacteria e Archaea foram realizadas com o intuito de avaliar se o inóculo provocou alterações nas comunidades dos reatores em termos de diversidade de espécies dentro do período operacional proposto. Os resultados apontam que o inóculo de Microrganismos Eficientes não foi capaz de provocar diferença (a 5% de significância) na eficiência de remoção de compostos orgânicos e nutrientes do sistema. Os testes de resistência ao cisalhamento dos grânulos e de quantificação de EPS apontam que a presença dos Microrganismos Eficientes gerou grânulos mais resistentes e com melhores propriedades de agregação. O inóculo de Microrganismos Eficientes apresentou elevada abundância e baixa diversidade de espécies se comparado às amostras de lodo analisadas. As espécies com maior abundância no inóculo não foram capazes de sobreviver dentro do reator no período proposto. A elevada abundância de Archaeas metanogênicas acetoclásticas nos dois reatores, indicou que esses organismos contribuíram para processo de granulação dos reatores e conseguiram completar o seu ciclo de reações, gerando um efluente tratado com baixa carga orgânica. / Effective Microorganisms are a community of aerobic and anaerobic individuous which performed beneficial functions for the environment and are capable of developing in various ecosystems. In this work, the Effective Microorganisms technique (EM Technology®) was applied in order to verify whether these organisms, widely used in agriculture, are capable of enhancing domestic wastewater treatment. Two UASB bench reactors were built and one was inoculated with Effective Microorganisms to evaluate the performance of the inoculum. The UASB reactors were operated at hydraulic retention times of 12, 9 and 6 hours for thirty days each (90 days total) during which treatment efficiency and anaerobic granulation were compared. Treatment efficiency was analyzed in terms of COD, BOD 5 and ammonium removals while granulation was examined by measuring granule shear strength and extracellular polymeric substances (EPS) contents. In order to evaluate the difference in microbial communities caused by the inoculum during the operational period, analyses of microbial richness and abundance of the domains Bacteria and Archaea were performed. Results showed that the inoculum of Effective Microorganisms did not affect (5% significance level) organic matter and nutrient removals. Granules shear strengh tests and EPS contents indicated that inoculation with Effective Microorganisms resulted in more resistent granules, with better agregation properties. The Effective Microorganisms inoculum presented a higher species abundance, but lower diversity when compared to sludge samples analysed. Moreover, the more abundant species in the inoculum were not capable of developing in the reactor during the operational period. The high abundance of acetotrophic metanogen Archaeas in both reactors, considering the total number of reads, indicated that these organisms contributed to the granulation process in the reators and were able to complete their reaction cycle, generating treated wastewater with low organic load.