O emprego da química computacional fornece subsídios para a interpretação dos estudos experimentais e permite fazer previsões sobre as propriedades de sistemas ainda não sintetizados. Devido aos avanços computacionais, métodos de química quântica com diferentes níveis de tratamento de estrutura eletrônica são mais facilmente encontrados. Entretanto, certas aproximações ainda são necessárias devido à grande demanda por recursos computacionais dos métodos mais avançados. Desta forma, os resultados obtidos podem não representar adequadamente as propriedades dos sistemas estudados. Para compostos contendo elementos pesados, como é o caso de muitos catalisadores, seriam necessários estudos que levem em conta os efeitos relativísticos. Desta forma, foi realizado um estudo cinético de quatro tipos de reações envolvendo sistemas contendo átomos pesados. Na determinação das geometrias otimizadas verificou-se que os efeitos relativísticos escalares são geralmente predominantes e que não há diferença significativa entre os resultados do método de dois componentes ZORA em relação ao tradicional tratamento RECP. No entanto, cálculos DKH2 não conseguiram descrever os parâmetros geométricos de compostos de platina com a mesma eficácia. Por outro lado, foi possível observar que os efeitos relativísticos são muito mais importantes para uma determinação confiável de outras propriedades relacionadas à cinética química, como as energias relativas ao longo do mecanismo de reação. Neste caso, além dos efeitos relativísticos escalares, o acoplamento spin-órbita também se torna crucial para uma descrição acurada das barreiras de ativação em compostos com elementos do sexto período em diante. Assim, recomenda-se o uso de um tratamento combinado em duas etapas para uma correta descrição dos sistemas. Em geral, a etapa de otimização de geometrias pode ser realizada em nível RECP. Entretanto, para a obtenção de valores acurados de energia por métodos relativísticos, sugere-se a utilização dos tratamentos de quatro componentes, como Dirac-Coulomb (DC), e dos formalismos exatos de dois componentes, como X2C-MMF. / The use of computational chemistry provides support for the interpretation of experimental studies and allows making predictions about the properties of systems not yet synthesized. Quantum chemistry methods with different levels of electronic structure treatments are more easily found due to computational advances. However, some approximations are still required because of the significant demand for computational resources associated to more advanced methods. Thus, the results obtained may not adequately represent the properties of the systems studied. In the case of compounds containing heavy elements, such as many catalysts, studies that take into account the relativistic effects would be need. Thus, a kinetic study of four reaction categories involving systems containing heavy atoms was conducted. It was noticed that the scalar relativistic effects are generally predominant and that there is not significant differences between the results from the ZORA method in relation to the traditional RECP treatment during the determination of optimized geometries. Nevertheless, the DKH2 calculations failed to describe the geometric parameters of platinum compounds with the same efficiency. On the other hand, it was possible to observe that relativistic effects are very important for a reliable determination of other properties related to chemical kinetics, such as the relative energies along the reaction mechanism. In this case, in addition to scalar relativistic effects, the spin-orbit coupling also becomes crucial for an accurate description of the activation barriers in compounds with elements from the sixth period and beyond. Therefore, a two-step combined treatment is recommended for a correct description of the systems. In general, the geometry optimization step can be performed at the RECP level. However, in order to obtain accurate energy values by relativistic methods, we suggest the use of four-component treatments such as Dirac-Coulomb (DC) and exact two-component formalisms like X2C-MMF.

Foi realizado um estudo de desenvolvimento de projeto conceitual de uma unidade produtora de triacetina a partir de glicerol, como forma de aumentar a viabilidade de produção de biodiesel. A esterificação de glicerol com ácido acético envolve três reações de acetilação reversíveis consecutivas. Em cada etapa, água é produzida, resultando em conversão limitada e baixa seletividade. Uma forma de aumentar a seletividade da triacetina consiste em remover continuamente a água do meio reacional, de modo a alterar o equilíbrio. Foram considerados dois processos baseados em cinéticas diferentes. O processo A proposto baseia-se no sistema reacional descrito por Mufrodi et al. (2012), que emprega ácido sulfúrico como catalisador e o processo B baseia-se no sistema descrito por Galan et al. (2009), que consiste na esterificação de glicerol utilizando ácido acético em excesso como catalisador. Os dois processos foram simulados usando uma coluna de destilação reativa com hexano como potencializador do arraste de água, e diferentes configurações foram estudadas usando o simulador Aspen Plus®. As especificações do processo conceitual de uma unidade industrial otimizada, capaz de processar o glicerol produzido em uma unidade típica produtora de biodiesel, foram estimadas para os dois processos em termos de mínimo consumo específico de energia e produção de triacetina de pureza molar de 99,9%, com conversão completa de glicerol. O processo A se mostrou mais eficiente em termos energéticos, requerendo cerca de 20% da carga térmica requerida no processo B, além de ser mais compacto na quantidade de operações unitárias necessárias. / A conceptual process design study was carried out, aimed at the design of a triacetin production unit from glycerol, as a way to increase the feasibility of biodiesel production. Glycerol esterification with acetic acid involves three consecutive reversible acetylation reactions. In each step, water is produced, resulting in limited conversion and low selectivity. One way to increase the selectivity of triacetin is to continuously remove water from the reaction medium in order to shift the equilibrium. Two processes were considered, based on different kinetics. Process A is based on the reaction system described by Mufrodi et al. (2012), which employs sulfuric acid as catalyst, and process B is based on the system described by Galan et al. (2009), which consists of the esterification of glycerol using acetic acid in excess as catalyst. Both processes were simulated using a reactive distillation column and hexane as a water entrainment booster, and different configurations were studied by using the Aspen Plus® simulator. The conceptual process specifications of an optimized industrial plant capable of processing glycerol produced in a typical Brazilian biodiesel producer facility were estimated, for both processes, in order to minimize the specific energy consumption and produce triacetin with a molar purity of 99.9%, with complete conversion of glycerol. Process A showed to be more energy efficient, requiring about 20% of the heat duty required in process B, and being more compact in the necessary quantity of unit operations.

Neste trabalho determina-se, através da termogravimetria, o efeito da temperatura e atmosfera sobre a conversão, a cinética e a efetividade da absorção de 'SO IND.2' por calcário. Aplica-se temperaturas e tamanho de particulado típicos do processo de combustão de carvão em leito fluidizado. Foram realizados ensaios isotérmicos em diferentes temperaturas (entre 650 e 950 graus Celsius), na pressão atmosférica local (~ 697 mmHg), em atmosferas dinâmicas de ar e de nitrogênio. Os resultados de sulfatação foram avaliados empregando-se a cinética de Arrhenius. A ordem de grandeza dos valores de energia de ativação obtidos (4,446 kJ/mol em ar e 3,748 kJ/mol em nitrogênio) sugere que o processo reativo seja controlado por difusão de Knudsen. A temperatura ótima de conversão resultou entre 800 e 850 graus Celsius em ar, e muito próxima de 900 graus Celsius em nitrogênio. Definiu-se efetividade como a relação entre o coeficiente de taxa de reação instantâneo e o seu valor máximo, indicando o decaimento temporal da reatividade da amostra com o progresso da sulfatação. Determinou-se a efetividade média para todas as temperaturas no intervalo de tempo em que a sulfatação se desenvolveu, sempre em torno de 200 s nos vários ensaios. Os maiores valores de efetividade média foram a 800 graus Celsius em atmosfera de ar (0,2854), e a 900 graus Celsius em atmosfera de nitrogênio (0,3142) / In this work thermogravimetry is applied to determine the effect of temperature and atmosphere on conversion, kinetics and effectiveness of 'SO IND.2' absorption by limestone. Ranges of temperature and particle size were applied that are typical of the fluidized bed coal combustion process. Isothermal experiments were performed for different temperatures (between 650 and 950 Celius degrees), at local atmospheric pressure (~ 697 mmHg), in dynamic atmospheres of air and nitrogen. The results of sulfation were evaluated using Arrhenius' kinetics. The order of magnitude of the resulting activation energies (4.446 kJ/mol in air and 3.748 kJ/mol in nitrogen) suggest the reaction to be controlled by Knudsen diffusion. Optimum conversion resulted between 800 and 850 Celsius degrees in ar, and around 900 Celsius degrees in nitrogen. Effectiveness was defined as the ratio between the instantaneous reaction rate coefficient and its maximum value, indicating the time decay of reactivity as sulfation advances. The average effectiveness was determined for all the temperatures considering the whole sulfation time interval, which was always around 200 seconds. The highest values of average effectiveness were found at 800 Celsius degrees in air atmosphere (0,2854), and 900 Celsius degrees in nitrogen atmosphere (0,3142)

A grande reatividade da 4-fenil-1,2,4-triazolina-3,5-diona (PhTD) (2) como dienófilo nas reações Diels-Alder e enófilo nas reações Ene, tem sido amplamente estudada na literatura. Entretanto poucos estudos tem sido desenvolvidos para elucidar o mecanismo via substituição eletrofílica aromática de reações com triazolinas de caráter eletrofílico. O polímero Poli(oxi-2,6-dimetil-1,4-fenileno) (PPE) (1) é de importância industrial como componente de plástico de engenharia, devido a sua alta temperatura de transição vítrea (Tg = 205 +- 20 °C), e por exibir completa miscibilidade com o poliestireno. Para se obter materiais com melhor desempenho, várias tentativas tem sido realizadas na modificação química do PPE procurando gerar novos polímeros e copolímeros. Este polímero modificado (3) com grupamentos triazolinadiona poderá apresentar maior interesse industrial através da inserção de grupos fortemente polares capazes de formar pontes de hidrogênio e/ou levar à formação de ionômeros. Apesar da importância que o PPE representa no meio industrial e o que poderá representar quando modificado com grupamentos polares, como triazolinadionas, ainda há uma obscuridade com relação ao mecanismo envolvido na formação do PPE-UZ. Assim neste trabalho um estudo cinético foi desenvolvido usando métodos espectroscópicos (UV-Visível e 1H-RMN), para o monitoramento da reação entre o PPE e PhTD. A partir de soluções de PhTD e PPE em clorobenzeno realizou-se uma série de experimentos da reação entre PhTD e PPE em condições de pseudo-primeira ordem com relação à concentração de PhTD. Foram também realizados experimentos com o trímero do PPE com a finalidade de eliminar as contribuições associadas a cadeia polimérica. As constantes de velocidades e parâmetros de ativação foram comparados entre ambos sistemas. A análise dos resultados experimentais indicam que a reação ocorre em mais de uma etapa e com formação de um complexo de natureza sigma. Sua existência foi evidenciada com o aparecimento de um sinal na região entre 4-5 ppm quando a reação foi monitorada por 1H-RMN, também nos experimentos utilizando substratos competitivos com isopreno e base (4-aminobenzoatoa de etila), a qual acelera a etapa que leva a formação do produto final. A reação mostrou uma dependência linear das constantes de velocidade com a concentração do polímero e com a temperatura. As condições de pseudo-primeira ordem foram mantidas, pois a equação de Arrhenius foi obedecida. Também foi observado o comportamento destas constantes de velocidades com a variação da polaridade do meio reacional. / 4-phenil-1,2,4-triazoline-3.4-dione (PhTD) (2) due to its great reactivity as a dienophile in Diels-Alder reactions and enophile in Ene reactions has been extensively studied. However only a few investigations have been reported on the mechanism via eletrophilic aromatic substitution in reactions with eletrophilic triazolines. Poly(oxy-2,6-dimethyl-1,4-phenylene) (PPE) (1) is a polymer of great industrial importance as a component in engineering plastics due to its high glass transition temperature (Tg = 205 +- 20 °C). The modified polymer (3) may exhibit some interesting properties due to the insertion of very polar groups capables of forming hidrogen bridge bonds and undergoing dissociation process, wich could lead to ionomers. Although of importance this polymer play in industrial centre and that could to play when modified with polar groups as triazolinediones still little is known with regard to the mechanism involved in the formation of PPE-UZ. In this work a kinetic study was carried out for the reaction between PPE and PhTD using spectroscopical methods as UV-Visible and 1H-RMN. Starting from solutions of PhTD and PPE in chlorobenzene a series of reactions were carried out under pseudo-first order conditions by keeping constant the concentration of PhTD. In order to evaluate the reaction kinetics a similar study was performed with oligomeric PPE (trimer). Comparison of the kinetic parameter for the reaction between the PPE and PhTD and for the reaction between the oligomeric PPE, allowed considerations to be made on the isolating polymer backbone contributions. Analysis of the experimental results showed that the reaction occurs in more than one step. The initial sleeps led to the formation of a sigma-complex as it was evidenced by addition of a competing substrate, isoprene, and base (ethyl 4-aminobenzoate) which accelerated the step that lead to the final product. This intermediate was also detected by 1H-RMN, though the appearence of signals at 4-5 ppm, characteristic of olefinic proton (arenium ion). The reaction obeyed kinetic pseudo first order conditions. No deviation for the Arrhenius equation was detected. Solvent dieletric constant showed a marked effect on the rate constants.

Neste trabalho determina-se, através da termogravimetria, o efeito da temperatura e atmosfera sobre a conversão, a cinética e a efetividade da absorção de 'SO IND.2' por calcário. Aplica-se temperaturas e tamanho de particulado típicos do processo de combustão de carvão em leito fluidizado. Foram realizados ensaios isotérmicos em diferentes temperaturas (entre 650 e 950 graus Celsius), na pressão atmosférica local (~ 697 mmHg), em atmosferas dinâmicas de ar e de nitrogênio. Os resultados de sulfatação foram avaliados empregando-se a cinética de Arrhenius. A ordem de grandeza dos valores de energia de ativação obtidos (4,446 kJ/mol em ar e 3,748 kJ/mol em nitrogênio) sugere que o processo reativo seja controlado por difusão de Knudsen. A temperatura ótima de conversão resultou entre 800 e 850 graus Celsius em ar, e muito próxima de 900 graus Celsius em nitrogênio. Definiu-se efetividade como a relação entre o coeficiente de taxa de reação instantâneo e o seu valor máximo, indicando o decaimento temporal da reatividade da amostra com o progresso da sulfatação. Determinou-se a efetividade média para todas as temperaturas no intervalo de tempo em que a sulfatação se desenvolveu, sempre em torno de 200 s nos vários ensaios. Os maiores valores de efetividade média foram a 800 graus Celsius em atmosfera de ar (0,2854), e a 900 graus Celsius em atmosfera de nitrogênio (0,3142) / In this work thermogravimetry is applied to determine the effect of temperature and atmosphere on conversion, kinetics and effectiveness of 'SO IND.2' absorption by limestone. Ranges of temperature and particle size were applied that are typical of the fluidized bed coal combustion process. Isothermal experiments were performed for different temperatures (between 650 and 950 Celius degrees), at local atmospheric pressure (~ 697 mmHg), in dynamic atmospheres of air and nitrogen. The results of sulfation were evaluated using Arrhenius' kinetics. The order of magnitude of the resulting activation energies (4.446 kJ/mol in air and 3.748 kJ/mol in nitrogen) suggest the reaction to be controlled by Knudsen diffusion. Optimum conversion resulted between 800 and 850 Celsius degrees in ar, and around 900 Celsius degrees in nitrogen. Effectiveness was defined as the ratio between the instantaneous reaction rate coefficient and its maximum value, indicating the time decay of reactivity as sulfation advances. The average effectiveness was determined for all the temperatures considering the whole sulfation time interval, which was always around 200 seconds. The highest values of average effectiveness were found at 800 Celsius degrees in air atmosphere (0,2854), and 900 Celsius degrees in nitrogen atmosphere (0,3142)

A formação espontânea de padrões espaço-temporais auto-organizados longe do equilíbrio termodinâmico é um comportamento característico de sistemas de reação-transporte. De fato, essa estruturação espacial pode ser entendida como um comportamento coletivo de um grande número de elementos individuais no sistema. Consequentemente o padrão emerge como o resultado da interação entre a dinâmica local dessas subunidades e o mecanismo de acoplamento espacial. Dinâmica não-linear do tipo multi-estável, excitável e oscilatória são exemplos típicos de padrões temporais complexos geralmente associados à estruturação espacial. Nesta tese de doutorado são apresentadas duas frentes de trabalho utilizando-se da dinâmica química não-linear na elucidação de mecanismos reacionais longe do equilíbrio termodinâmico: (a) a investigação da natureza química e efeito do drift nas séries temporais transientes em osciladores eletroquímicos. A análise da evolução temporal do parâmetro de bifurcação foi baseada em um método empírico de estabilização, sendo o acúmulo superficial de espécies oxigenadas o principal responsável pelo drift; (b) o desacoplamento das rotas eletroquímicas paralelas na formação de CO2 pela combinação de experimentos, modelagem e simulações numéricas durante a eletro-oxidação oscilatória de metanol em platina policristalina. O efeito dos ânions perclorato e sulfato nas reações paralelas foi investigado por meio da produção global de CO2 e HCOOCH3. Notavelmente, ânions sulfato inibiram mais fortemente a atividade catalítica proveniente da via direta em contraste com a pequena alteração na via indireta. Em paralelo às duas frentes de trabalho, foi construído um setup experimental com a finalidade de acompanhar a evolução espaço-temporal de uma reação eletroquímica com um sistema de aquisição de dados multicanal. A descrição do processo de confecção da célula e eletrodo de trabalho multicanal, o tratamento de dados e alguns resultados experimentais preliminares são inseridos como um capítulo adicional. A ideia central dessa tese converge na obtenção de informações da cinética química envolvida que não é observada em condições próximas ao equilíbrio termodinâmico. Essa interpretação pode ser utilizada como uma metodologia alternativa no estudo da eletrocatálise em reações químicas complexas. / The spontaneous formation of self-organized spatiotemporal patterns under far from thermodynamic equilibrium conditions is a characteristic behavior in reaction-transport systems. Indeed, this spatial structuration can be understood as a collective behavior of a large number of individual elements in the system. Consequently the pattern emerges as a result of the interaction between the local dynamic of these subunits and the spatial coupling. Multistable, excitable and oscillatory nonlinear dynamics are typical examples of complex temporal patterns usually associated to the spatial structuration. In this doctoral thesis, two work fronts are presented using the nonlinear chemical dynamics in the elucidation of reaction mechanisms under far from thermodynamic equilibrium regime: (a) the investigation of the chemical nature and effect of the drift in the transient time-series in electrochemical oscillators. The analysis of the temporal evolution of the bifurcation parameter was based on an empiric method of stabilization, being the slow accumulation of oxygenated species the main responsible for the drift; (b) the decoupling of the parallel electrochemical routes for CO2 production by a combination of experiments, modeling and numerical simulations during the oscillatory electro-oxidation of methanol on polycrystalline platinum. The effect of perchlorate and sulfate anions in the parallel reactions was investigated by the global production of CO2 and HCOOCH3. Remarkably, sulfate anions inhibited more strongly the catalytic activity from direct pathway in contrast to the small alteration in the indirect pathway. In parallel to the two work fronts, an experimental setup was built in order to obtain a spatiotemporal evolution of a electrochemical reaction with a multichannel data acquisition system. A description of the confection process of the cell and the multichannel working electrode, data treatment and some preliminary experimental results are included as an additional chapter. The main idea of this thesis converges in the obtainment of chemical kinetic information which is not observed in conditions close to the thermodynamic equilibrium. This interpretation might be used as an alternative methodology in the study of electrocatalysis in complex chemical reactions.

Der Sol-Gel Öbergang in durch die Lösungsreaktion von Polybutadien mil 1,6-Hexan-bis-1,2,4-Triazolin-3,5-Dio synthetisierten Netzwerken wurde untersucht. Es wurde festgestellt, dass die Vernetzunqsreaktion durch eine Kinetik Pseudo 1. Ordnung entspricht und durch Aktievierungsenergie Kontrolliert ist. Bei höheren Umsätzen findet eine Abweichung von der Kinetik 1. Ordnung statt sowie eine Abnahme der Reaktionsgeschwindigkeit. Durch Messungen des Staudinger - Indexes von verzweigten Systemen (Sol Zustand) wurde die als Funktion der Vernetzerkonzentration bezeichnete Gelpunkt bestimnt. Es wurde gefunden, dass eine steile Zunahme des Staudinger - Indexes mit steigender Vernetzerkonzentration beobachtet werden muss, damit die berechnete Gelpunkt gut mit den Messergebnissen übereinstimmt. Die Kinetik wurde mit der Viskosimetrie in Beziehung gesetzi, so dass die Gelzeit, d.h. die als Funktion der Zeit bezeichnete Gelpunkt, berechnet werden konnte. Durch die Geschwindigkeitskonstant, die als Funktion der Vernetzerkonzentration bezeichnete Gelpunkt, den Kritischen Umsatz und die Gelzeit wurde der Sol-Gel Öbergang des untersuchten Systems charakterisiert. / A transição de fase sol-gel em reticulados de poli-(butadieno) sintetizados com 1,6-hexano-bis-1,2,4-triazolina-3,5-diona (HMTD) foi caracterizada através de um estudo cinético e de um estudo viscosimétrico. Verificou-se que a reação de reticulação segue um esquema cinético de pseudo-primeira ordem, o qual a baixas conversões é equivalente a um de primeira ordem, sendo a reação neste estágio controlada por processo de ativação. A conversões mais altas ocorre um desvio do comportamento inicial, tornando-se a reção acentuadamente mais lenta. Através de medidas de viscosidade intrínseca de sistemas ramificados (estado de sol), determinou-se o ponto de gelificação em função da concentração inicial HMTD. Verificou-se ser necessário observar-se um aumento acentuado da viscosidade intrínseca com a concentração de HMTD, para que o ponto de gelificação obtido seja coerente aos dados experimentais. Relacionando-se a cinética da reação à viscosimetria, calculou-se o tempo de gelificação, i.e. o ponto de gelificação em função do tempo. Através da constante de velocidade da reação, do ponto de gelificação em função da concentração de HMTD, da conversão crítica e do tempo de gelificação, caracterizou-se a transição de fase sol-gel do sistema estudado.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-05-18T16:11:55Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1394978 bytes, checksum: adc69ae832bcb5c6da615f93291564de (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-18T16:11:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1394978 bytes, checksum: adc69ae832bcb5c6da615f93291564de (MD5) Previous issue date: 2015-07-13 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A demanda mundial por alimentos, fibras e energia obriga a exploração de novas áreas e aumento de produtividade em áreas cultivadas. Em solos tropicais, com elevado grau de intemperização, o P é o nutriente mais limitante à produção vegetal, havendo a necessidade de fertilizações em quantidade e frequência elevadas. O desenvolvimento de novas fontes de P reutilizando subprodutos industriais e, ou, fontes marginais apresenta relevância para assegurar o fornecimento de fertilizantes, preservando recursos naturais. No solo, os fenômenos químicos de sorção e dessorção são os principais processos que controlam a dinâmica de P. Os oxihidróxidos de Fe e Al possuem elevada capacidade de reter o P, tornando a mineralogia importante fator de controle da disponibilidade deste nutriente. A adição de materiais orgânicos como o biocarvão pode contribuir para reduzir a sorção de P. Assim, o objetivo principal deste estudo foi avaliar a eficiência agronômica de fertilizantes fosfatados alternativamente acidulados com efluente ácido e estudar a cinética de sorção e fracionamento de P em solos de diferentes mineralogias tratados com biocarvão. No capítulo I, no estudo sobre fertilizantes, foi montado um experimento em casa de vegetação com os tratamentos arranjados em um esquema fatorial (8 x 2) +1 , sendo oito fertilizantes fosfatados: Araxá, Patos de Minas e Bayovar in natura, estes mesmos em suas formas parcialmente aciduladas (FNPA) com efluente e duas fontes solúveis de P (superfosfato simples e superfosfato triplo), em duas doses de P (300 e 600 mg dm -3 ), mais um controle, sem a aplicação de P. Foram cultivados milho, soja e aveia-branca em sucessão. Foram avaliados a eficiência agronômica e os teores de metais pesados no tecido vegetal. A acidulação com efluente foi eficiente no aumento da reatividade e consequente melhoria da eficiência agronômica dos fosfatos naturais. Não houve incrementos nos teores de metais potencialmente tóxicos nos tecidos foliares com a aplicação das fontes de P. No capítulo II, no estudo sobre interação solo-P, em um solo de fertilidade construída, utilizou-se um novo método de fracionamento com extração sequencial que, em resumo, estabelece as frações de P nos compartimentos: solúvel, lábil, associado aos oxihidróxidos de Fe e Al de baixa cristalinidade, com baixa energia de viiretenção de P (ABE), e associado aos oxihidróxidos de Fe e Al de alta cristalinidade com alta energia de retenção de P (AAE). Foi coletada uma amostra após cada etapa do fracionamento para especiação do P por espectroscopia de absorção de raiosX (XANES), com intuito de estabelecer quais são as espécies extraídas em cada etapa. A técnica XANES confirmou que diferentes frações de P no solo são extraídas durante as etapas de fracionamento. No capítulo III, no estudo de cinética de adsorção, dois solos de mineralogia contrastante foram tratados com ou sem calagem e, ou, biocarvão e postos para agitar numa solução com concentração de P equivalente a 50 % da capacidade máxima de adsorção de P de cada tratamento, durante os tempos de 0,5; 1, 3, 12, 24, 72, 120, 240 e 480 h. Após cada tempo, foi coletado o sobrenadante e determinado o P na solução de equilíbrio. Ao final dessa etapa de adsorção, iniciou-se o fracionamento de P pelo método descrito no capítulo II nos tempos de 1, 12, 24, 120, 240, 480 h. Assim, foram determinados o modelo cinético de adsorção e os efeitos dos tratamentos na distribuição de P nos diferentes compartimentos ao longo dos tempos de agitação. A adsorção de P é rápida, principalmente no solo de mineralogia gibbsítica, assumindo um modelo cinético de pseudo-segunda ordem. A calagem reduziu a velocidade da adsorção e manteve o P em frações mais lábeis por mais tempo. A adição de biocarvão não apresentou alteração significativa sobre a cinética de adsorção de P. / In highly weathered tropical soils phosphorus (P) is the most limiting nutrient to plant nutrition, been necessary copious and elevated doses of fertilizers. In this context, the development of new P sources reusing industrial sub products and/or marginal sources to ensure the fertilizers supply, preserving natural resources is of high importance. In soil, the sorption and desorption chemical phenomena are the main processes that control P dynamics. The Fe and Al oxihydroxides have a high P retention capacity, making the soil mineralogy an important factor controlling P availability. The addition of organic materials such as bio-char can contribute to the reduction of P sorption. Thus, the main objective of this study is to assess the agronomic efficiency of phosphate fertilizers acidulated with an acid effluent and to study the P sorption and fractioning kinetics in soils with different mineralogy which had been previously trated with biochar. In Chapter I, an (8 x 2) + 1 factorial experiment in a greenhouse, with eight different phosphate fertilizers (Araxa, Patos de Minas and Bayovar in natura and acidulated, simple superphosphate and triple superphosphate) and two P doses (300 and 600 mg dm -3 ), plus a no P application treatment (control) was assembled. Maize, soy and white-wheat were cultivated in succession and the agronomic efficiency and heavy metal content in plant tissue were analyzed. The acidulation with effluent was efficient as it increased the reactivity and consequently improved the agronomic efficiency when compared to the in natura P sources. There was no increase in potentially toxic metals in the plant tissue. Chapter II, a soil-P interaction study, where a new sequential fractioning method was applied on a soil with constructed fertility, allowing to segregate P fractions in the following compartments: soluble, labile, associated to Fe and Al oxyhydroxides of low crystallinity and low P retention energy (ALE) and associated to Fe and Al oxyhydroxides of high crystallinity and high P retention energy (AHE). After each fractioning step a sample was collected and analyzed by X-ray absorption near edge structure (XANES), in order to establish which species are extracted ixin each step. The analysis confirmed that different soil P fractions were extracted during each step. Chapter III, an adsorption kinetic study, two soils of contrasting mineralogy where treated with and without the addition of lime and /or bio-char P solution with concentrations equivalent to 50% of the P-maximum adsorption capacity of each soil where shacked for: 0,5; 1; 3; 12; 24; 72; 120; 240; 480 h. After each shacking time the supernatant was collected and the P in the equilibrium solution was determined. After the adsorption, the same fractioning method presented in Chapter II was applied on each shaking time. Thereafter, the kinetic adsorption model and the effects of each treatment in the P distribution in each compartment were determined. Adsorption of P is swift, principally in gibbsite soils, which presented a kinetic model of pseudo-second order. Liming reduced the adsorption velocity and kept the P in labile fractions for a longer time. Bio-char addition presented no significant effect on the P adsorption kinetics. / O autor não informou no termo se a dissertação era ou não sigilosa, mas como a defesa foi a mais de um ano, ela foi publicada.

A grande reatividade da 4-fenil-1,2,4-triazolina-3,5-diona (PhTD) (2) como dienófilo nas reações Diels-Alder e enófilo nas reações Ene, tem sido amplamente estudada na literatura. Entretanto poucos estudos tem sido desenvolvidos para elucidar o mecanismo via substituição eletrofílica aromática de reações com triazolinas de caráter eletrofílico. O polímero Poli(oxi-2,6-dimetil-1,4-fenileno) (PPE) (1) é de importância industrial como componente de plástico de engenharia, devido a sua alta temperatura de transição vítrea (Tg = 205 +- 20 °C), e por exibir completa miscibilidade com o poliestireno. Para se obter materiais com melhor desempenho, várias tentativas tem sido realizadas na modificação química do PPE procurando gerar novos polímeros e copolímeros. Este polímero modificado (3) com grupamentos triazolinadiona poderá apresentar maior interesse industrial através da inserção de grupos fortemente polares capazes de formar pontes de hidrogênio e/ou levar à formação de ionômeros. Apesar da importância que o PPE representa no meio industrial e o que poderá representar quando modificado com grupamentos polares, como triazolinadionas, ainda há uma obscuridade com relação ao mecanismo envolvido na formação do PPE-UZ. Assim neste trabalho um estudo cinético foi desenvolvido usando métodos espectroscópicos (UV-Visível e 1H-RMN), para o monitoramento da reação entre o PPE e PhTD. A partir de soluções de PhTD e PPE em clorobenzeno realizou-se uma série de experimentos da reação entre PhTD e PPE em condições de pseudo-primeira ordem com relação à concentração de PhTD. Foram também realizados experimentos com o trímero do PPE com a finalidade de eliminar as contribuições associadas a cadeia polimérica. As constantes de velocidades e parâmetros de ativação foram comparados entre ambos sistemas. A análise dos resultados experimentais indicam que a reação ocorre em mais de uma etapa e com formação de um complexo de natureza sigma. Sua existência foi evidenciada com o aparecimento de um sinal na região entre 4-5 ppm quando a reação foi monitorada por 1H-RMN, também nos experimentos utilizando substratos competitivos com isopreno e base (4-aminobenzoatoa de etila), a qual acelera a etapa que leva a formação do produto final. A reação mostrou uma dependência linear das constantes de velocidade com a concentração do polímero e com a temperatura. As condições de pseudo-primeira ordem foram mantidas, pois a equação de Arrhenius foi obedecida. Também foi observado o comportamento destas constantes de velocidades com a variação da polaridade do meio reacional. / 4-phenil-1,2,4-triazoline-3.4-dione (PhTD) (2) due to its great reactivity as a dienophile in Diels-Alder reactions and enophile in Ene reactions has been extensively studied. However only a few investigations have been reported on the mechanism via eletrophilic aromatic substitution in reactions with eletrophilic triazolines. Poly(oxy-2,6-dimethyl-1,4-phenylene) (PPE) (1) is a polymer of great industrial importance as a component in engineering plastics due to its high glass transition temperature (Tg = 205 +- 20 °C). The modified polymer (3) may exhibit some interesting properties due to the insertion of very polar groups capables of forming hidrogen bridge bonds and undergoing dissociation process, wich could lead to ionomers. Although of importance this polymer play in industrial centre and that could to play when modified with polar groups as triazolinediones still little is known with regard to the mechanism involved in the formation of PPE-UZ. In this work a kinetic study was carried out for the reaction between PPE and PhTD using spectroscopical methods as UV-Visible and 1H-RMN. Starting from solutions of PhTD and PPE in chlorobenzene a series of reactions were carried out under pseudo-first order conditions by keeping constant the concentration of PhTD. In order to evaluate the reaction kinetics a similar study was performed with oligomeric PPE (trimer). Comparison of the kinetic parameter for the reaction between the PPE and PhTD and for the reaction between the oligomeric PPE, allowed considerations to be made on the isolating polymer backbone contributions. Analysis of the experimental results showed that the reaction occurs in more than one step. The initial sleeps led to the formation of a sigma-complex as it was evidenced by addition of a competing substrate, isoprene, and base (ethyl 4-aminobenzoate) which accelerated the step that lead to the final product. This intermediate was also detected by 1H-RMN, though the appearence of signals at 4-5 ppm, characteristic of olefinic proton (arenium ion). The reaction obeyed kinetic pseudo first order conditions. No deviation for the Arrhenius equation was detected. Solvent dieletric constant showed a marked effect on the rate constants.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:36:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2898.pdf: 1339400 bytes, checksum: 570b1cfc3030be4703d8db0f2a4c41e8 (MD5) Previous issue date: 2010-02-26 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this work, morphologically different TiO2 nanocrystals were synthesized through the OPM method with the objective of performing a comparative study related to photoactivity. Morphological characterization was performed with the use of SEM/FEG, DRX and low temperature N2 adsorption. Rhodamine B dye photocatalytic degradation experiments carried out under UVC radiation showed that synthesis at pH around 8 generates a material with higher photoactivity compared to the other values. Measurements of Zeta potential, X-ray absorption at XANES region, Photoluminescence Spectroscopy and HRTEM images were obtained to verify the reason why the materials had different photoactivities. Under the conditions employed, there were two main particle characteristics from synthesis environment interfering in the materials photoactivities: the surface hydroxylation, which has a positive effect on photocatalysis, and the crystalline defects from crystal growth, that has a negative effect. Both characteristics increase with an increase in synthesis pH. The mechanism of degradation by hydroxyl radical attack, generated on the surface of the material, was used to explain the different photoactivities and the optimum synthesis pH. At pH around 8 the material has enough hydroxyl groups in its surface to result in higher photoactivity than those synthesized at lower pH values. And the charge recombination effects generated by defects due to particles oriented growth, which begins in a synthesis environment with pH close to 10, is not acting yet. These two factors cause synthesis at pH around 8 to result in materials with higher photoactivity. / Neste trabalho, nanocristais de TiO2 morfologicamente diferentes foram sintetizados através do método OPM, com o intuito de se fazer um estudo comparativo com relação à fotoatividade. Caracterização morfológica foi feita utilizando-se MEV/FEG, DRX e adsorção de N2 em baixa temperatura. Ensaios de degradação fotocatalítica do corante Rodamina B efetuados sob radiação UVC mostraram que a síntese em solução com valor de pH por volta de 8 gera material com maior fotoatividade, comparado com os outros valores. Medidas de potencial Zeta, Absorção de raios-X na região de XANES, espectroscopia de fotoluminescência e imagens de MET em alta resolução foram obtidas para verificar a razão das diferentes fotoatividades exibidas pelos materiais. Sob as condições empregadas, duas principais características das partículas, provenientes do ambiente de síntese interferiram na fotoatividade dos materiais: A hidroxilação de superfície, que possui efeito positivo em fotocatálise, e a ocorrência de defeitos cristalinos gerados pelo crescimento das partículas, que possui efeito negativo. Ambas as características aumentam com o aumento do valor do pH de síntese. Mecanismo de degradação por ataque de radicais hidroxila gerados na superfície do material foi utilizado para explicar as diferentes fotoatividades e o valor ótimo de pH. Em ambiente de síntese com valor de pH próximo de 8 o material possui grupamentos hidroxilas suficientes em sua superfície para resultar em maior fotoatividade que aqueles sintetizados em valores mais baixos de pH. E os efeitos de recombinação de carga gerados pelos defeitos advindo do crescimento orientado das partículas, que se inicia em ambiente de síntese com pH próximo de 10, ainda não estão atuando. Estes dois fatores levam a síntese em torno de pH 8 resultar em materiais com maior fotoatividade.