O desenvolvimento de biossensores é um tema de pesquisa bastante promissor, uma vez que permite monitorar diversas classes de substâncias, que muitas vezes apresentam grande interesse nas mais diversas áreas da ciência. Biossensores são pequenos dispositivos que utilizam componentes biológicos como elementos de reconhecimento, ligados a um sistema dedetecção, transdução e amplificação do sinal gerado na reação com o analito-alvo. Podem ser utilizados diversos elementos, sendo os principais, atualmente, aqueles baseados em aptâmeros e nanomateriais, por sua alta especificidade e sensibilidade. Seu potencial de utilização varia desde a detecção e tratamento de doenças ou a medição de componentes nos fluidos biológicos, até o monitoramento ambiental e prevenção de contaminação e bioterrorismo. Neste projeto foi desenvolvido um biossensor eletroquímico cujo objetivo é identificar toxinas inoculadas em pacientes que sofreram acidentes com animais peçonhentos. Foram utilizados os anticorpos/imuniglobulinas comerciais e a peçonha bruta de jararaca (Bothrops) para fazer o estudo/desenvolvimento do biossensor. Neste trabalho foram apresentados os resultados da imobilização dos anticorpos (imunoglobulinas) sobre o eletrodo de trabalho, bem como sua resposta eletroquímica utilizando voltametria cíclica. As soluções utilizadas foram de NaCl 0,9% e tampão fosfato (0,1 mol.L-1) com pH=7,4 por ser bem próximo ao pH fisiológico, pois, posteriormente quer se investigar em plasma sanguíneo. Os voltamogramas cíclicos e a microscopia eletrônica de varredura mostraram a diferença do eletrodo com e sem a imobilização das imunoglobulinas, evidenciando que o biossensor é eficaz para o sistema analisado, sendo promissor aos estudos. Com o biossensor construído, foi investigada a resposta eletroquímica relativa à interação antígeno-anticorpo (veneno-soro) para analisar a interação específica entre eles, sendo o resultado positivamente o esperado. / The development of biosensors is a research topic very promising, since it allows you to monitor various classes of substances, which often exhibit great interest in several areas of science. Biosensors are small devices that use biological recognition elements and components, bound to a selfAdetecting system, transduction and amplification of the signal generated in the reaction with the target analyte it. Various elements, the main currently those based on aptamers and nanomaterials for their high specificity and sensitivity can be used. Their potential use varies from the detection and treatment of diseases or measurement of components in biological fluids to the environmental monitoring and contamination prevention and bioterrorism. In this project we developed an electrochemical biosensor whose objetico is inoculated identify toxins in patients who have suffered accidents with poisonous animals. Antibodies / commercial imuniglobulinas and the crude venom of pit viper (Bothrops) were used to study / development of the biosensor. In this work the results of immobilization of antibodies (immunoglobulins) on the working electrode and its electrochemical response using cyclic voltammetry were presented. The solutions used were 0.9% NaCl and phosphate buffer (0.1 mol L-1) of pH = 7.4 to be close to physiological pH and therefore further investigated whether in blood plasma. Cyclic voltammetry and scanning electron microscopy showed the difference of the electrode with and without immobilization of immunoglobulins, indicating that the biosensor is effective for the system analyzed, and promising to studies. With the biosensor constructed, we investigated the electrochemical response on the antigen-antibody (venom antiserum) interaction to analyze the specific interaction between them, the result being positively expected.

O desenvolvimento de biossensores é um tema de pesquisa bastante promissor, uma vez que permite monitorar diversas classes de substâncias, que muitas vezes apresentam grande interesse nas mais diversas áreas da ciência. Biossensores são pequenos dispositivos que utilizam componentes biológicos como elementos de reconhecimento, ligados a um sistema dedetecção, transdução e amplificação do sinal gerado na reação com o analito-alvo. Podem ser utilizados diversos elementos, sendo os principais, atualmente, aqueles baseados em aptâmeros e nanomateriais, por sua alta especificidade e sensibilidade. Seu potencial de utilização varia desde a detecção e tratamento de doenças ou a medição de componentes nos fluidos biológicos, até o monitoramento ambiental e prevenção de contaminação e bioterrorismo. Neste projeto foi desenvolvido um biossensor eletroquímico cujo objetivo é identificar toxinas inoculadas em pacientes que sofreram acidentes com animais peçonhentos. Foram utilizados os anticorpos/imuniglobulinas comerciais e a peçonha bruta de jararaca (Bothrops) para fazer o estudo/desenvolvimento do biossensor. Neste trabalho foram apresentados os resultados da imobilização dos anticorpos (imunoglobulinas) sobre o eletrodo de trabalho, bem como sua resposta eletroquímica utilizando voltametria cíclica. As soluções utilizadas foram de NaCl 0,9% e tampão fosfato (0,1 mol.L-1) com pH=7,4 por ser bem próximo ao pH fisiológico, pois, posteriormente quer se investigar em plasma sanguíneo. Os voltamogramas cíclicos e a microscopia eletrônica de varredura mostraram a diferença do eletrodo com e sem a imobilização das imunoglobulinas, evidenciando que o biossensor é eficaz para o sistema analisado, sendo promissor aos estudos. Com o biossensor construído, foi investigada a resposta eletroquímica relativa à interação antígeno-anticorpo (veneno-soro) para analisar a interação específica entre eles, sendo o resultado positivamente o esperado. / The development of biosensors is a research topic very promising, since it allows you to monitor various classes of substances, which often exhibit great interest in several areas of science. Biosensors are small devices that use biological recognition elements and components, bound to a selfAdetecting system, transduction and amplification of the signal generated in the reaction with the target analyte it. Various elements, the main currently those based on aptamers and nanomaterials for their high specificity and sensitivity can be used. Their potential use varies from the detection and treatment of diseases or measurement of components in biological fluids to the environmental monitoring and contamination prevention and bioterrorism. In this project we developed an electrochemical biosensor whose objetico is inoculated identify toxins in patients who have suffered accidents with poisonous animals. Antibodies / commercial imuniglobulinas and the crude venom of pit viper (Bothrops) were used to study / development of the biosensor. In this work the results of immobilization of antibodies (immunoglobulins) on the working electrode and its electrochemical response using cyclic voltammetry were presented. The solutions used were 0.9% NaCl and phosphate buffer (0.1 mol L-1) of pH = 7.4 to be close to physiological pH and therefore further investigated whether in blood plasma. Cyclic voltammetry and scanning electron microscopy showed the difference of the electrode with and without immobilization of immunoglobulins, indicating that the biosensor is effective for the system analyzed, and promising to studies. With the biosensor constructed, we investigated the electrochemical response on the antigen-antibody (venom antiserum) interaction to analyze the specific interaction between them, the result being positively expected.

Neste trabalho serão apresentados os resultados obtidos para as degradações eletroquímicas do corante têxtil Alaranjado Remazol 3R. As degradações foram realizadas em uma célula em fluxo do tipo filtro-prensa e foram utilizados três eletrodos diferentes: platina policristalina, ADE® Ti/Ru0,3Ti0,7O2 comercial e um eletrodo preparado pelo método de Pechini (Ti/Pt). Este último eletrodo foi preparado pela deposição de H2PtCl6.6H2O sobre um substrato de Ti e aquecido a 300°C, formando assim um filme de Pt. Este eletrodo apresentou perfil voltamétrico característicos de um eletrodo de platina policristalina, com as regiões de adsorção e dessorção de hidrogênio, região da dupla camada elétrica e região de formação do óxido bem definidas. As caracterizações do corante por voltametria cíclica indicaram que o corante não é eletroativo na superfície dos eletrodos testados. As eletrólises do corante foram realizadas em soluções de H2SO4 0,5 mol L-1, com a aplicação dos potenciais de 1,80 e 2,20 V e a concentração utilizada do corante foi 35 mg L-1. Também foi estudado o efeito da adição do NaCl ao meio (0,004 a 0,017 mol L-1), para que ocorresse a formação eletroquímica do par HOCl/OCl-. Ficou comprovada a necessidade da adição deste sal que para a degradação do corante ocorresse utilizando estes três eletrodos. Quando o sal foi adicionado ao meio, a remoção de cor atingiu mais de 90% utilizando os três eletrodos. A separação entre o ânodo e o cátodo foi realizada por uma membrana IONAC e com isso ocorreu diminuição na remoção de cor, provavelmente pela diminuição da formação de ácido hipocloroso e hipoclorito de sódio. Comparando-se as remoções de cor na presença e na ausência da membrana IONAC, foi observada uma diminuição de 17,6% na remoção de cor quando aplicado o potencial de 1,80 V e 13% com o potencial de 2,20 V. O pH também foi estudado, e de acordo com os resultados, a melhor remoção de cor foi obtida em soluções com pH 1,6 e aplicando o potencial de 2,20 V, no qual foi alcançada uma degradação do corante próxima a 94%. Entretanto, quando o pH foi variado para o valor de 6,3, a remoção de cor atingiu somente 63% e, em pH > 7, a remoção de cor foi menor ainda, atingindo apenas 27% no caso do pH 12. Já no caso do eletrodo de Ti/Pt, a remoção de cor ocorreu em pH = 6,8, não havendo a necessidade da adição de H2SO4. Utilizando-se a Pt como exemplo, foi observado que a melhor remoção de COT (54%) foi obtida no potencial de 1,80 V e na ausência da membrana separadora. Quando o compartimento foi separado, a remoção de COT diminuiu para 44,6% para o potencial aplicado de 1,80 V. Se considerássemos somente a remoção de cor, as melhores condições seriam a aplicação do potencial de 2,20 V e na ausência da membrana separadora. / This paper will present the results obtained for the electrochemical degradation of textile dye Remazol Orange 3R. A filter-press cell was used with different electrodes: platinum polycrystalline, DSA® Ti/Ru0,3Ti0,7O2 and an electrode prepared by the Pechini method (Ti/Pt). The electrode Ti/Pt was prepared by deposition H2PtCl6.6H2O on a Ti substrate and heated to 300°C, producing a Pt film electrode that has voltammetric profile comparable with a polycrystalline platinum electrode, with regions of adsorption and desorption hydrogen, double layer and the region of oxide formation well defined. The characterizations of the dye by cyclic voltammetry indicated that the dye is not electroactive at the surface of the electrodes tested. The electrolysis of the dye were performed in solutions of 0.5 mol L-1 H2SO4, with potential of 1.80 and 2.20 V and the dye concentration used was 35 mg L-1. Also was studied the effect of adding NaCl to the medium (0.004 to 0.017 mol L-1), to the electrochemical formation of HOCl/OCl-. It was necessary to add NaCl in the electrolyte, for the degradation of the dye was effective. When salt was added to the medium, the color removal reached more than 90% using all electrodes. The separation between the anode and cathode was carried out by a membrane IONAC. Thus, there was a decrease in the color removal, probably due to decrease of formation of hypochlorous acid and sodium hypochlorite. Comparing the color removal in the presence and absence of membrane IONAC, it was observed a decrease of 17.6% in the removal of color when applied potential of 1.8 V and 13% with the potential of 2.2 V. The pH was also studied, and according to the results, the best color removal (94%) was obtained in solutions with pH 1.6 and applying the potential of 2.2 V. However, when the pH was varied to the value of 6.3, the color removal reached only 63% and when pH> 7, the removal of color was even lower, reaching only 27% for pH 12. In the case electrode of Ti / Pt, the color removal occurred at pH = 6.8, with no need for the addition of H2SO4. Using the Pt as an example, it was observed that better TOC removal 54%) was obtained in the potential of 1.8 V and in the absence of the membrane separator. When the compartment was separated, the removal of TOC decreased to 44.6% for the applied potential of 1.8 V. If the only focus is the color removal, the better would be the application of the potential of 2.2 V and the absence of the membrane separator.

Orientador: Rodnei Bertazzoli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-29T01:54:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lanza_MarcosRobertodeVasconcelos_D.pdf: 16742497 bytes, checksum: 9694de07ef18460a6c486a1664f9fafc (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Os cianetos inorgânicos são utilizados principalmente da indústria da galvanoplastia e da extração mineral, e os efluentes gerados nestas atividades industriais têm como característica a presença de metais pesados complexados. O uso intensivo deste composto gera grandes quantidades de efluentes e resíduos contendo altos teores de cianeto, representando um risco ecológico devido à sua alta toxicidade para a maioria das formas de vida. Este fato torna indispensável o tratamento adequado destes efluentes e resíduos antes do descarte final. Neste trabalho propõe-se um tratamento eletroquímico de efluentes cianídricos, atuando como tratamento principal ou coadjuvante ao processo químico convencional, com o objetivo de degradar anodicamente os cianetos e recuperar catodicamente os íons de metais pesados presentes, reduzindo a geração do lodo cianídrico. O objetivo é desenvolver e otimizar um reator eletroquímico em escala piloto para o tratamento de efluentes cianídricos contendo metais pesados. O processo de desenvolvimento e otimização do reator eletroquímico, utilizando eletrodos comerciais de óxidos de metais nobres (DSA®), foi executado em três etapas: I) a seleção do material do anodo comercial de óxidos de metais nobres, 2) o estudo do processo em um reator de bancada e 3) o estudo do processo em um reator piloto. Inicialmente foram avaliados dois eletrodos comerciais de óxidos de metais nobres, fabricados pela De Nora do Brasil Ltda: os eletrodos do tipo DSA®. As análises morfológica e elementar indicaram a composição aproximada para os eletrodos estudados: Ti/70TiO2-30RuO2 e Ti/55Ta205-45IrO2, para DSA® e DSA-Cl2 respectivamente. A voltametria hidrodinâmica com eletrodos disco rotatórios indicaram uma relação dos valores da constante cinética aparente (kapp) para os eletrodos DSA-Cl2 e DSA-02, respectivamente, na proporção de 1:1,2. Isto indica que o eletrodo Ti/55Ta205-45IrO2 apresenta um poder eletrocatalítico para a reação de evolução de oxigênio mais elevado e que, provavelmente, esse mesmo eletrodo apresente uma eficiência inferior ao eletrodo DSA-Cl2, para a destruição de cianetos. O uso da eletrólise a potencial constante confirmou este fato, pois mostrou que a constante cinética (kcN) do processo de oxidação de cianetos apresenta valores superiores sobre a superfície do eletrodo DSA- Cl2 em todos os potenciais estudados, tomando esse eletrodo o mais indicado para o uso nos reatores eletroquímicos. Na segunda etapa, o processo de destruição de cianetos foi estudado em um reator eletroquímico em escala de bancada, do tipo "flow-by", com um anodo comercial do tipo DSA Cl2. Neste reator, as concentrações de cianeto livre foram reduzidas a valores próximos a 0,1 mg L-1, a partir de soluções contendo 700, 500, 200, 100 e 50 mg L-1. Durante o tratamento em regime de recirculação, avaliou-se a influência da densidade de corrente anódica aplicada, da velocidade do fluido no interior do reator e da concentração inicial da espécie poluente sobre a constante cinética (kcN) do processo e o consumo de energia elétrica para oxidar cada kg de cianetos. O valor da constante cinética do processo, nas condições operacionais consideradas ótimas (1= 50 mA cm-2 e V= 0,22 m s-1), é de 2,2.10-4 m s-l. O custo aproximado do tratamento de um efluente contendo aproximadamente 700 mg L-1 de CN- livre, considerando-se uma taxa de remoção de -99%, é de R$ 1,70 kg-I de cianetos (-US$ 0.75 kg-1- valores de dezembro/2000). Na fase de estudo do processo de tratamento eletroquímico de efluentes cianídricos, utilizando um reator piloto com anodos comerciais do tipo DSA®- Cl2, determinou-se as condições operacionais (densidade de corrente aplicada e velocidade do fluxo no interior do reator) nas quais o processo de remoção de cianetos livres apresentou a melhor eficiência, e estas foram 41 mA cm-2 e 0,053 m s-l, respectivamente. O valor da constante cinética obtido para o efluente galvânico real foi de 1,99.1O-5 m s-1. No entanto, o consumo de energia elétrica por kg de cianeto oxidado ficou em 1.060 kWh kg-1, representando um custo financeiro de R$ 53,00 kg-1 de cianetos totais. O mesmo efluente tratado pelo método químico convencional, utilizou 2,5 L de NaClO a 12% e gerou um lodo de coloração preta e de difícil filtração, representando um custo nu de R$ 294,00 kg-I de cianetos totais (considerando-se o valor de R$ 1,00 L-I de NaClO a 12%). O tratamento eletroquímico apresentou um custo financeiro de aproximadamente 5,5 vezes menor do que o tratamento químico convencional, R$ 53,00 e R$ 294,00 respectivamente, para cada kg de cianetos totais oxidados / Abstract: Inorganic cyanide is still in use in the metal finishing industry and in the mining activities of noble metals extraction and refining. Gold and silver are extracted from its ores as cyanidric complexes. The intensive industrial use of cyanide complexes is responsible for the generation of high toxicity aqueous streams, which present high oxygen demand. The cyanide wastes must be adequately treated before being allowed to discharge from de process plant. The main goal of the present work is to propose an alternative electrochemical process for removal of cyanide from wastewater, using an electrolytic cell with a commercial dimensionally stable anode (DSA®). In the first step, we studied the performance of two commercial dimensionally stable anode (DSA®) oxide coatings. The coatings studied were 70TiO2/30RuO2 and 55Ta205/45IrO2, on Ti substrate. The efficiency of both materials in the electro-oxidation of free cyanide was compared using linear voltammetry and electrolysis at constant potential. Kinetic analysis has shown that the 70TiO2/30RuO2 electrode is less catalytic for oxygen evolution and shows a better performance in the electro-oxidation of free cyanide. In the second step, we used a flow reactor with a Ti/70TiO2/30RuO2 (w/w) DSA® type electrode for the electro-oxidation of cyanide in a batch recirculating mode. The device performance was evaluated considering concentration decay of cyanide concentration as a function of current density, flow rate and the initial pollutant concentration. The experiments have shown that cyanide electro-oxidation presents a first order kinetic relative to CN ions. For the operational conditions used in the experiments, rate constant for cyanide oxidation was in the range of 3.0 10-5 to 2.7 10-4 m s-1, with an optimum value of 2.2 10-4 m s-1 for current density of 50 mA cm-2 and linear velocity of 0.22 m s-1. Using these parameters with 700 mg L-1 cyanide containing solution 34 kWh is consumed for the oxidation of one kilogram of cyanide. An electrochemical pilot scale, with the Ti/70TiO2/30RuO2 (w/w) DSA® type electrode, was also used for the electro-oxidation of cyanide in a batch recirculating mode. The device performance was evaluated considering concentration decay of cyanide concentration as a function of current density and the flow rate. For the operational conditions used in the experiments, rate constant for cyanide oxidation was 2.0 10-4 m s-1 for current density of 41 mA cm-2 and linear velocity of O.053 m s-1. Cost estimation, based on electrical energy consumption, showed that electrochemical oxidation is 5.5 times less expensive when compared to the chemical treatment using a 12% sodium hipochloride solution for the oxidation of one kilogram of cyanide / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Neste trabalho serão apresentados os resultados obtidos para as degradações eletroquímicas do corante têxtil Alaranjado Remazol 3R. As degradações foram realizadas em uma célula em fluxo do tipo filtro-prensa e foram utilizados três eletrodos diferentes: platina policristalina, ADE® Ti/Ru0,3Ti0,7O2 comercial e um eletrodo preparado pelo método de Pechini (Ti/Pt). Este último eletrodo foi preparado pela deposição de H2PtCl6.6H2O sobre um substrato de Ti e aquecido a 300°C, formando assim um filme de Pt. Este eletrodo apresentou perfil voltamétrico característicos de um eletrodo de platina policristalina, com as regiões de adsorção e dessorção de hidrogênio, região da dupla camada elétrica e região de formação do óxido bem definidas. As caracterizações do corante por voltametria cíclica indicaram que o corante não é eletroativo na superfície dos eletrodos testados. As eletrólises do corante foram realizadas em soluções de H2SO4 0,5 mol L-1, com a aplicação dos potenciais de 1,80 e 2,20 V e a concentração utilizada do corante foi 35 mg L-1. Também foi estudado o efeito da adição do NaCl ao meio (0,004 a 0,017 mol L-1), para que ocorresse a formação eletroquímica do par HOCl/OCl-. Ficou comprovada a necessidade da adição deste sal que para a degradação do corante ocorresse utilizando estes três eletrodos. Quando o sal foi adicionado ao meio, a remoção de cor atingiu mais de 90% utilizando os três eletrodos. A separação entre o ânodo e o cátodo foi realizada por uma membrana IONAC e com isso ocorreu diminuição na remoção de cor, provavelmente pela diminuição da formação de ácido hipocloroso e hipoclorito de sódio. Comparando-se as remoções de cor na presença e na ausência da membrana IONAC, foi observada uma diminuição de 17,6% na remoção de cor quando aplicado o potencial de 1,80 V e 13% com o potencial de 2,20 V. O pH também foi estudado, e de acordo com os resultados, a melhor remoção de cor foi obtida em soluções com pH 1,6 e aplicando o potencial de 2,20 V, no qual foi alcançada uma degradação do corante próxima a 94%. Entretanto, quando o pH foi variado para o valor de 6,3, a remoção de cor atingiu somente 63% e, em pH > 7, a remoção de cor foi menor ainda, atingindo apenas 27% no caso do pH 12. Já no caso do eletrodo de Ti/Pt, a remoção de cor ocorreu em pH = 6,8, não havendo a necessidade da adição de H2SO4. Utilizando-se a Pt como exemplo, foi observado que a melhor remoção de COT (54%) foi obtida no potencial de 1,80 V e na ausência da membrana separadora. Quando o compartimento foi separado, a remoção de COT diminuiu para 44,6% para o potencial aplicado de 1,80 V. Se considerássemos somente a remoção de cor, as melhores condições seriam a aplicação do potencial de 2,20 V e na ausência da membrana separadora. / This paper will present the results obtained for the electrochemical degradation of textile dye Remazol Orange 3R. A filter-press cell was used with different electrodes: platinum polycrystalline, DSA® Ti/Ru0,3Ti0,7O2 and an electrode prepared by the Pechini method (Ti/Pt). The electrode Ti/Pt was prepared by deposition H2PtCl6.6H2O on a Ti substrate and heated to 300°C, producing a Pt film electrode that has voltammetric profile comparable with a polycrystalline platinum electrode, with regions of adsorption and desorption hydrogen, double layer and the region of oxide formation well defined. The characterizations of the dye by cyclic voltammetry indicated that the dye is not electroactive at the surface of the electrodes tested. The electrolysis of the dye were performed in solutions of 0.5 mol L-1 H2SO4, with potential of 1.80 and 2.20 V and the dye concentration used was 35 mg L-1. Also was studied the effect of adding NaCl to the medium (0.004 to 0.017 mol L-1), to the electrochemical formation of HOCl/OCl-. It was necessary to add NaCl in the electrolyte, for the degradation of the dye was effective. When salt was added to the medium, the color removal reached more than 90% using all electrodes. The separation between the anode and cathode was carried out by a membrane IONAC. Thus, there was a decrease in the color removal, probably due to decrease of formation of hypochlorous acid and sodium hypochlorite. Comparing the color removal in the presence and absence of membrane IONAC, it was observed a decrease of 17.6% in the removal of color when applied potential of 1.8 V and 13% with the potential of 2.2 V. The pH was also studied, and according to the results, the best color removal (94%) was obtained in solutions with pH 1.6 and applying the potential of 2.2 V. However, when the pH was varied to the value of 6.3, the color removal reached only 63% and when pH> 7, the removal of color was even lower, reaching only 27% for pH 12. In the case electrode of Ti / Pt, the color removal occurred at pH = 6.8, with no need for the addition of H2SO4. Using the Pt as an example, it was observed that better TOC removal 54%) was obtained in the potential of 1.8 V and in the absence of the membrane separator. When the compartment was separated, the removal of TOC decreased to 44.6% for the applied potential of 1.8 V. If the only focus is the color removal, the better would be the application of the potential of 2.2 V and the absence of the membrane separator.

<p>Li-ion batteries is a system that dynamically couples electrochemistry and mechanics. The electrochemical processes occurring during battery operation induces a wealth of elemental mechanics such as deformation, plasticity, and fracture. Likewise, mechanics influences the electrochemical processes via modulating the thermodynamics of Li reactions and kinetics of ionic transport. These complex interrelated phenomena are far from being well understood and need to be further explored. This thesis studies the couplings between the mechanical phenomena and electrochemical processes in Li-ion batteries using integrated theories and experiments. </p> <p>A continuum model coupling the kinetics of Li diffusion and kinematics of large elasto-plastic deformation is established to investigate the coupling between Li transport and stress evolution in electrodes of Li-ion batteries. Co-evolutions of Li distribution, stress field and deformation in the electrodes with multiple components are obtained. It is found that the Li profile and stress state in a composite electrode are significantly different from <a></a><a>that </a>in a free-standing configuration, mainly due to the regulation from the mechanical interactions between different components. Chemomechanical behaviors of the heterogeneous electrodes in real batteries are further explored. Three-dimensional reconstructed models are employed to investigate the mechanical interactions of the constituents and their influence on the accessible capacity of batteries. </p> <p>Structural disintegration of the state-of-art cathode materials LiNi_xMn_yCo_zO₂ (x+y+z=1, NMC) during electrochemical cycling is experimentally revealed. Microstructural evolution of different marked regimes in electrodes are tracked before and after lithiation cycles. It is found that the decohesion of primary particles constitutes the major mechanical degradation in the NMC materials. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurement confirms that the mechanical disintegration of NMC secondary particle causes the electrochemical degradation of the battery. To reveal the reasons for particle disintegration, the dynamic evolution of mechanical properties of NMC during electrochemical cycling is explored by using instrumented nanoindentation. It is found that the elastic modulus, hardness, and interfacial fracture strength of NMC secondary particle significantly depend on the lithiation state and degrade as the electrochemical cycles proceed, which may cause the damage accumulation during battery cycling.</p> <p>Corrosive fracture of electrodes in Li-ion batteries is investigated. Li reaction causes embrittlement of the host material and typically results in a decrease of fracture toughness. The dynamics of crack growth depends on the chemomechanical load, kinetics of Li transport, and the Li embrittlement effect. A theory of coupled diffusion, large deformation, and crack growth is implemented into finite element program and the corrosive fracture of electrodes under concurrent mechanical and chemical load is simulated. The competition between energy release rate and fracture resistance as crack grows during both Li insertion and extraction is examined in detail, and it is found that the corrosive fracture behaviors of the electrodes rely on the chemomechanical load and the supply of Li to the crack tip. The theory is further applied to model corrosive behavior of intergranular cracks in NMC upon Li cycles. The evolving interfacial strength at different states of charge and different cycle numbers measured by in-situ nanoindentation is implemented in the numerical simulation.</p>

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-06-19T18:00:09Z No. of bitstreams: 1 AnaLuisaSilva.pdf: 1121605 bytes, checksum: f3ccd719e794281c4b5521801b7fe637 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-19T18:00:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AnaLuisaSilva.pdf: 1121605 bytes, checksum: f3ccd719e794281c4b5521801b7fe637 (MD5) Previous issue date: 2014-01-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The catechin compound is a phenolic that has a great oxidant action,it is found in a different kinds of food such as wine, juice and tea, its application to inhibit ultraviolet radiation, reduces the level of cholesterol, among others. Currently, techniques are used for determining catechin as a gas chromatography, high performance liquid chromatography, although the electrochemical detection method is a promising yet, because it is less cumbersome and can distinguish between the oxidized and the reduced form of catechin. A growing number of studies has shown the necessity for a hurry procedure to availible the content of catechin and electrochemical techniques have been successfully employed. The research activities carried out in this study were the characterization and optimization of the parameters used for the determination of catechin in a printed carbon electrode modified with functionalized carbon nanotube by means of cyclic voltammetry technique and application in the quantification of this analyte in a sample of black tea. The best results were obtained at a concentration of 1x10-3 mol L-1 through catechin phosphate buffer 0.1 mol L-1 pH 7.0 using a potential sweep rate of 0.05 V s-1. From these conditions an analytical curve was obtained by linear response over the concentration range of catechin between 2.0 × 107 to 1.68 × 10-5 mol L-1, as limits of detection and quantification of 9.2 x10-8 and 3.0x10-7 mol L-1, respectively. The oxidation of catechin showed a peak located around 0.15 V vs. Ag / AgCl potential being near the peak shown in the literature. / A Catequina é um composto fenólico que têm grande ação oxidante, encontrados em diversos tipos de alimentos, sua aplicação inibi a radiação ultravioleta, reduz o nível do colesterol, dentre outros. Atualmente, técnicas analíticas são empregadas para a determinação de catequina, como a cromatografia gasosa e cromatografia liquida de alta eficiência, contudo a detecção eletroquímica é um método promissor, por exigir menos trabalho no preparo de amostra e um menor consumo de reagentes, uma vez que é possível identificar a espécie de interesse de maneira seletiva através de sua oxidação ou redução. Um número crescente de estudos vem mostrando a necessidade de um procedimento rápido para a avaliação do teor de catequina e técnicas eletroquímicas foram empregadas com sucesso. As atividades de pesquisa desenvolvidas neste trabalho foram de caracterização e otimização dos parâmetros utilizados para a determinação da catequina em eletrodo de carbono impresso modificado com nanotubo de carbono funcionalizado por meio da técnica de voltametria cíclica e aplicação na quantificação deste analito em amostra de chá preto. Os melhores resultados foram obtidos a uma concentração de 1x10-3 mol L-1 de catequina em meio de tampão fosfato 0,1 mol L-1 pH 7,0 a uma velocidade de varredura de potencial de 0,05 V s-1. A partir destas condições foi obtida uma curva analítica com comportamento linear no intervalo de concentração de catequina entre 2,0x10-7 a 1,68x10-5 mol L-1, com limites de detecção e de quantificação de 9,2x10-8 e 3,0x10-7 mol L-1, respectivamente. A oxidação da catequina apresentou um pico localizado em torno de 0,15V vs Ag/AgCl, estando próximo dos potenciais de pico mostrado na literatura.

O objetivo do presente estudo foi quantificar, in vitro, a permeabilidade da dentina tratada com dois agentes anti-hiperestésicos à base de oxalato e um à base de fosfato de cálcio, por meio de testes de condutividade hidráulica e de espectroscopia de impedância eletroquímica e, ainda, determinar se espectroscopia de impedância eletroquímica pode ser considerada um método alternativo para avaliar a capacidade obstrutiva de agentes antihiperestésicos. Para o teste de condutividade hidráulica foram utilizados vinte quatro discos de dentina, obtidos de terceiros molares humanos extraídos, que foram divididos em três grupos de oito espécimes, correspondentes aos três materiais testados: gel Experimental, Sensi Kill e BisBlock. Outros dezoito discos foram selecionados para o teste de espectroscopia de impedância eletroquímica, sendo divididos em três grupos de seis espécimes, correspondentes aos três agentes anti-hiperestésicos citados anteriormente. Para ambos os testes as medidas foram realizadas nas seguintes condições: na presença de smear layer; após condicionamento com ácido fosfórico a 37% e após a aplicação dos materiais na superfície oclusal dos discos de dentina. Com base na análise estatística dos resultados, verificou-se, por meio dos dois métodos utilizados, que o gel Experimental e o BisBlock apresentaram efeitos estatisticamente semelhantes na redução da permeabilidade e foram significantemente mais eficientes que o Sensi Kill. Pode-se concluir que os agentes anti-hiperestésicos Experimental e BisBlock mostraram-se efetivos na redução da permeabilidade dentinária, pelos dois métodos de avaliação, e que o método de espectroscopia de impedância eletroquímica pode ser considerado um método alternativo para a avaliação da capacidade obstrutiva de agentes anti-hiperestésicos. / The aim of the present study was to quantify in vitro the dentin permeability of dentin treated with two potassium oxalate dentin desensitizers and one calcium phosphate agent through hydraulic conductance (Lp) and eletrochemical impedance spectroscopy (EIS) tests and, yet, to determine whether EIS may be considered a suitable alternative method to evaluate the occlusive capacity of the dentin desensitizers. For the hydraulic conductance, twenty-four dentin discs were obtained from extracted human third molars, which were divided into three groups of eight specimens, corresponding to the materials to be tested: Experimental gel, Sensi Kill and BisBlock. Other eighteen dentin discs were selected for theEIS and divided into three groups of six specimens corresponding to the three dentin desensitizers mentioned before. For both tests, the following conditions were measured: in the presence of smear layer, after 37% phosphoric acid etching and after the application of the tested materials in the occlusal surfaces of dentin discs. Based upon the statistical analysis of the results, it was demonstrated by both methods that Experimental gel and BisBlock performed statistically similarly in reducing dentin permeability and were significantly more efficient that Sensi Kill. It can be concluded that the dentin desensitizers Experimental e BisBlock were demonstrated to be effective in the reduction of dentin permeability by both experimental methods and that EIS may be considered as an alternative method for the evaluation of the obstructive capacity of dentin desensitizers.

Nowadays, the food industry is one of activities that fastest growing on the planet due to the demand for food, which ends up generating a lot of waste solids, liquids and gases that can contaminate / pollute water and soil. One of the food industry which generates a significant amount of waste is the coconut processing industry. In order to minimize the environmental impact is necessary to use some techniques in treatment of this wastewater that are efficient and economically viable. Between these techniques currently being studied, Advanced Oxidation Processes (AOPs) have received considerable attention due to the high efficiency in wastewater treatment and low operating cost. Among the AOPs, the application of the Fenton reaction and the Electrochemical process has been outstanding. These techniques have low toxicity and high efficiency for the mineralization of most organic pollutant compounds. However, due to the complexity of some effluents, the application of a single technique is not sufficient to adjust the effluent for disposal, thus, the association of the electrochemical technology and the Fenton reaction makes the process still more promising. The objective of this study was to evaluate the application of the Fenton reaction and the electrochemical process to treat wastewater generated by the coconut industry by applying the individual processes and associates. In this study was treated a synthetic wastewater composed of a mixture of coconut milk / water, and it was evaluated the influences of the Fenton reactants concentration, the cathode material used, the applied current density, and applying the individual technologies, associated (one after the other) or both carried out simultaneously. The results confirmed the efficiency of individual technologies for the treatment of effluent and were obtained the reduction of 99%, 88% and 86% for turbidity, COD and TOC, respectively, for the reaction Fenton followed by sedimentation; and 93% and 75% for turbidity and COD, respectively, for the electrochemical process employed DSA as cathode and anode. The associated technologies the reductions were 96%, 86% and 82% for turbidity, COD and TOC, respectively, for the system DSA / carbon + Fenton reactions. Therefore, the results indicate that both the individual and the associated technologies are quite effective in treating the effluent from the coconut processing industry . / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A indústria alimentícia é hoje uma das atividades que mais crescem em todo o planeta, devido à grande demanda por alimentos, o que acaba gerando uma grande quantidade de resíduos sólidos, líquidos e gasosos que podem contaminar/poluir a água e o solo. Uma das indústrias alimentícias que gera uma quantidade significativa de resíduos é a indústria de processamento de coco. Visando minimizar o impacto ambiental é necessário utilizar algumas técnicas de tratamento desses efluentes que sejam eficientes e economicamente viáveis. Dentre essas técnicas atualmente estudadas, os Processos Oxidativos Avançados (POAs) têm recebido considerável atenção, devido à alta eficiência no tratamento de efluentes e o baixo custo operacional. Entre os POAs, a aplicação da reação de Fenton e o processo Eletroquímico tem se destacado. Essas técnicas apresentam baixa toxidade e alta eficiência para a mineralização da maioria dos compostos orgânicos poluentes. No entanto devido a complexidade de alguns efluentes, a aplicação de uma única técnica não é suficiente para adequar o efluente para descarte, por isso, a associação da tecnologia eletroquímica à reação de Fenton torna o processo ainda mais promissor. O objetivo deste trabalho foi avaliar a aplicação da reação de Fenton e do processo eletroquímico no tratamento de efluente gerado pela indústria do coco, aplicando os processos individuais e associados. Neste estudo foi tratado um efluente sintético composto de uma mistura de leite de coco / água, onde avaliou-se a influencia da concentração dos reagentes de Fenton; o material catódico empregado; a densidade de corrente aplicada; e a aplicação das tecnologias individuais, associadas (uma seguida da outra) e ambas realizadas simultaneamente. Os resultados comprovaram a eficiência das tecnologias individuais no tratamento do efluente, tendo sido obtida as reduções de 99%, 88% e 86% para a Turbidez, DQO e COT, respectivamente, para a reação de Fenton seguida de sedimentação; e de 93% e 75% para a Turbidez e DQO, respectivamente, para o processo eletroquímico empregando ADE como cátodo e anodo. Já as tecnologias associadas apresentaram as reduções de 96%, 86%, e 82% para a Turbidez, DQO e COT, respectivamente para o sistema ADE/Feltro + Fenton. Portanto, os resultados indicam que tanto as tecnologias individuais e as associadas são bastante eficientes no tratamento do efluente da indústria de beneficiamento de coco.

O objetivo do presente estudo foi quantificar, in vitro, a permeabilidade da dentina tratada com dois agentes anti-hiperestésicos à base de oxalato e um à base de fosfato de cálcio, por meio de testes de condutividade hidráulica e de espectroscopia de impedância eletroquímica e, ainda, determinar se espectroscopia de impedância eletroquímica pode ser considerada um método alternativo para avaliar a capacidade obstrutiva de agentes antihiperestésicos. Para o teste de condutividade hidráulica foram utilizados vinte quatro discos de dentina, obtidos de terceiros molares humanos extraídos, que foram divididos em três grupos de oito espécimes, correspondentes aos três materiais testados: gel Experimental, Sensi Kill e BisBlock. Outros dezoito discos foram selecionados para o teste de espectroscopia de impedância eletroquímica, sendo divididos em três grupos de seis espécimes, correspondentes aos três agentes anti-hiperestésicos citados anteriormente. Para ambos os testes as medidas foram realizadas nas seguintes condições: na presença de smear layer; após condicionamento com ácido fosfórico a 37% e após a aplicação dos materiais na superfície oclusal dos discos de dentina. Com base na análise estatística dos resultados, verificou-se, por meio dos dois métodos utilizados, que o gel Experimental e o BisBlock apresentaram efeitos estatisticamente semelhantes na redução da permeabilidade e foram significantemente mais eficientes que o Sensi Kill. Pode-se concluir que os agentes anti-hiperestésicos Experimental e BisBlock mostraram-se efetivos na redução da permeabilidade dentinária, pelos dois métodos de avaliação, e que o método de espectroscopia de impedância eletroquímica pode ser considerado um método alternativo para a avaliação da capacidade obstrutiva de agentes anti-hiperestésicos. / The aim of the present study was to quantify in vitro the dentin permeability of dentin treated with two potassium oxalate dentin desensitizers and one calcium phosphate agent through hydraulic conductance (Lp) and eletrochemical impedance spectroscopy (EIS) tests and, yet, to determine whether EIS may be considered a suitable alternative method to evaluate the occlusive capacity of the dentin desensitizers. For the hydraulic conductance, twenty-four dentin discs were obtained from extracted human third molars, which were divided into three groups of eight specimens, corresponding to the materials to be tested: Experimental gel, Sensi Kill and BisBlock. Other eighteen dentin discs were selected for theEIS and divided into three groups of six specimens corresponding to the three dentin desensitizers mentioned before. For both tests, the following conditions were measured: in the presence of smear layer, after 37% phosphoric acid etching and after the application of the tested materials in the occlusal surfaces of dentin discs. Based upon the statistical analysis of the results, it was demonstrated by both methods that Experimental gel and BisBlock performed statistically similarly in reducing dentin permeability and were significantly more efficient that Sensi Kill. It can be concluded that the dentin desensitizers Experimental e BisBlock were demonstrated to be effective in the reduction of dentin permeability by both experimental methods and that EIS may be considered as an alternative method for the evaluation of the obstructive capacity of dentin desensitizers.