Submitted by LOANDA RAQUEL CUMBA null (loandacumba@gmail.com) on 2016-04-18T17:28:50Z No. of bitstreams: 1 Tese Final - Loanda Cumba (2016).pdf: 4586367 bytes, checksum: c39a78169180c1ccedbe3f393fccbaee (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-04-19T16:39:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 cumba_lr_dr_ilha.pdf: 4586367 bytes, checksum: c39a78169180c1ccedbe3f393fccbaee (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-19T16:39:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 cumba_lr_dr_ilha.pdf: 4586367 bytes, checksum: c39a78169180c1ccedbe3f393fccbaee (MD5) Previous issue date: 2016-03-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho descreve a preparação, caracterização e aplicação eletroanalítica de um metalosilsesquioxano ligado em uma sílica mesoporosa (MCM-41) e em uma zeólita (H-FAU-Si/Al 40) com hexacianoferrato de níquel adsorvido em sua superfície. Algumas técnicas espectroscópicas como: Espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), Microscopia eletrônica de varredura (MEV), Espectroscopia por Energia Dispersiva de Raios X (EDS) e Voltametria cíclica, foram utilizadas na caracterização dos materiais formados. Os espectros na região do Infravermelho para o MTTiPNiH e ZTTiPNiH apresentaram as bandas de seus precursores (TTiP, MCM-41 e H-FAU-Si/Al 40), apenas duas absorções diferiram dos demais espectros, uma em, aproximadamente, 2168 cm-1 e outra a 2098 cm-1, tais resultados foram atribuídos ao estiramento ν (C≡N). Para o MTTIPNiH, através das micrografias pode-se observar partículas com tamanhos variados, entre 0,30 µm a 0,60 µm. Para o ZTTiPNiH as micrografias apresentaram um pequeno aumento no tamanho de partículas, aproximadamente de 50 nm, quando comparado a seus precursores. O EDS determinou a composição química semi-quantitativa dos elementos carbono, oxigênio, silício, titânio, fósforo, níquel e ferro, presentes em ambas as amostras. O eletrodo de pasta de grafite exibiu um par redox bem definido com potencial de médio padrão (E°’) de +0,53 V e +0,51 V para o MTTiPNiH e ZTTiPNiH, respectivamente, atribuído ao processo redox FeII(CN)6 / FeIII(CN)6 em presença de níquel. O eletrodo de pasta de grafite modificado com MTTiPNiH apresentou atividade eletrocatalítica para dipirona e para o sulfito, já o eletrodo de pasta de grafite modificado com ZTTiPNiH apresentou atividade eletrocatalítica apenas para o sulfito. Em uma segunda etapa, prepararam-se eletrodos impressos via screen-printed para detecção e quantificação de pindolol utilizando a técnica de voltametria de onda quadrada em uma faixa de concentração de 0,10 µmol L-1 – 10,0 µmol L-1. Após a detecção de pindolol, o protocolo de detecção foi utilizado na avaliação e recuperação desta substância a partir de urina humana. Eletrodos impressos via screen-printed foram empregados pela primeira vez na detecção da substância psicoativa Synthacaine. A detecção eletroquímica indireta para MPA/2-AI simultaneamente, utilizando eletrodos impressos apresentou resultados satisfatórios. Após a detecção simultânea de MPA e 2-AI, amostras reais de Synthacaine foram utilizadas para quantificar, através de técnicas eletroquímicas, estes analitos por meio do protocolo de detecção anteriormente proposto. / This research describes the preparation, characterization and electroanalytical application of a metalosilsesquioxane bonded in mesoporous silica (MCM-41) and in zeolite (H-FAU-Si/Al 40) with nickel hexacyanoferrate adsorbed on their surface. Techniques as fourier transform infra-red spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectrometry (EDS) and cyclic voltammetry were used in the characterization of the synthesized materials. The spectra in the infrared region for MTTiPNiH and ZTTiPNiH showed the bands of their precursors (TTiP, MCM-41 and H-FAU Si/Al 40), only two absorption differed from the others spectra, one at, approximately, 2168 cm-1 and another at 2098 cm-1 , which were attributed to stretching ν(C≡N). For MTTIPNiH through the micrographs can be observed particles with varied sizes between 0.30 µM to 0.60 µm. For ZTTiPNiH the micrographs showed a small increase in particle size, approximately, 50 nm, as compared to their precursors. EDS determined the semi-quantitative chemical composition of carbon, oxygen, silicon, titanium, phosphorus, nickel and iron present in both samples. The carbon paste electrode exhibited a well-defined redox couple with E°' = +0.53 V and +0.51 V for MTTiPNiH and ZTTiPNiH, respectively, attributed to the redox process FeII(CN)6 / FeIII(CN)6 in presence of nickel. Carbon paste electrode modified with MTTiPNiH showed electrocatalytic activity to dipyrone and sulfite. However the carbon paste electrode modified with ZTTiPNiH showed electrocatalytic activity only for sulfite. In a second step, screenprinted electrodes were produced for the detection and quantification of pindolol using square wave voltammetry technique at a concentration range of 0.10 µmol L-1 to 10.0 µmol L-1 . After pindolol detection, the protocol of detection was used in the evaluation and recovery of pindolol from human urine. Screen-printed electrodes were used for the first time in the detection of psychoactive substance Synthacaine. Indirect electrochemical detection for MPA/2-AI simultaneously, using Screen-printed electrodes showed satisfactory results. After the simultaneous detection of MPA and 2-AI, real samples of Synthacaine were used to quantify through electrochemical techniques, these analytes by protocol of detection previously proposed.

Dans le cadre de la recherche de nouvelles solutions pour le traitement des effluents radioactifs, la stratégie dite « séparation – conditionnement » qui consiste à mettre en oeuvre un support poreux fonctionnalisé pour la sorption des radionucléides, qui pourrait également être un matériau précurseur pour l’élaboration d’une matrice de conditionnement, est une alternative qui présente des perspectives intéressantes. Dans ce contexte, la silice mésoporeuse est un matériau qui présente plusieurs atouts : une grande surface spécifique fonctionnalisable, une élaboration à basse température et enfin, la possibilité de confiner le radionucléide par fermeture de la porosité via l’application d’une contrainte chimique, mécanique, thermique… Au cours de ces différentes étapes, du fait de la présence de radionucléides, la structure mésoporeuse serait soumise à l’auto-irradiation, c’est pourquoi il est important de connaitre l’évolution d’une telle structure dans ces conditions.L’objectif de cette thèse était donc de comparer les comportements de différentes silices mésoporeuses sous des conditions d’irradiations variées qui donnent lieu à deux effets principaux, l’effet balistique (nucléaire) et l’effet inélastique (électronique). Pour atteindre cet objectif, les irradiations externes par des ions lourds ont été utilisées pour simuler les processus d’auto-irradiation. Les techniques de caractérisation post-irradiation (réflectivité des rayons-X, adsorption gazeuse) ont été mises en œuvre. Une compaction totale de la structure mésoporeuse a été observée en régime balistique pour une dose d’environ ~1025 eV/cm3 (~10 dpa). Lors des irradiations en régime électronique, les ions présentant un pouvoir d’arrêt inférieur à 1keV/nm n’ont pas d’effet important sur l’évolution de la structure mésoporeuse, seuls les ions présentant un pouvoir d’arrêt élevé (Ni-638 MeV, dE/dx~5 keV/nm), supérieur au seuil de formation des traces dans la silice thermique, induisent une densification de la structure. Jusqu’à une dose Eélec.=1025 eV/cm3 le phénomène de saturation n’a pas été observé. Aucune différence importante n’a été observée entre les différentes silices mésoporeuses étudiées. Ces résultats indiquent une bonne résistance de ces structures aux dommages créés par l’irradiation.L’origine de ces comportements n’a pas été clairement établie. Les effets purement thermiques des irradiations ne peuvent pas être invoqués car une étude comparative a montré les processus de densification étaient totalement différents. Une approche de modélisation par Dynamique Moléculaire classique a permis de reproduire avec succès l’effondrement des mésopores, ce qui apporte un début d’explication dans le cas de l’endommagement en régime balistique. En régime électronique, les résultats obtenus sont cohérents avec les résultats bibliographiques. / In the search of new solutions to treat radioactive effluent, the so-called “separation-conditioning” strategy, which consists of implementing a functionalized porous matrix for the radionuclide adsorption, is an interesting alternative way. Such porous matrix could even act as a long term conditioning matrix in the second step. For this purpose, mesoporous silica presents several advantages like enormous fonctionalisable surface, possibility to prepare at low temperature and pore closure which favors long term conditioning. During its working process and with the presence of radionuclide, the mesoporous structure will be exposed to self-irradiation. This is why it’s important to know the structure evolution under such conditions.The objective of this thesis is to compare different mesoporous structures under various irradiation conditions which induce two major effects, the ballistic (nuclear) effect and the inelastic (electronic) effect. In order to achieve these objectives and thanks to their several advantages, external irradiations with heavy ions were used to simulate self-irradiation processes. Adapted post-irradiation characterizations, like X-ray reflectivity and gas adsorption, were carried out. In the ballistic regime, a total compaction due to mesopore collapse is observed at a dose about ~1025 eV/cm3 (~10 dpa). In the electronic regime, ions of stopping power inferior to 1keV/nm do not present obvious effect on the mesoporous structure evolution. Only the Ni-638 MeV with stopping power ~5 keV/nm shows significant collapse effect but no total compaction was observed until the maximum studied dose about Eelec.=1025 eV/cm3. These results indicate a good resistance of these structures against irradiation damage.The origin of these structural behaviors has not been clearly understood. Thermal effect, considered as secondary irradiation effect, cannot be referred to because a comparative study showed completely different densification process. Additionally, a trial with classic Molecular Dynamics modelling for purely ballistic effects was undertaken. It allows to successfully reproduced mesopore collapse and to set foot on the explanation in case of ballistic regime. In the electronic regime, the results are compatible with literatures.

Une nouvelle approche de synthèse a été développée pour non seulement contrôler la morphologie, la taille et la texture de particules de silice mais aussi incorporer une ou plusieurs fonctionnalités à la surface interne de leurs pores. La morphologie sphérique, la monodispersité des particules, la porosité radiale, la dispersion et l'accessibilité des fonctionnalités ainsi que leur taux d'incorporation constituent les propriétés et les paramètres physico-chimiques privilégiés dans notre approche qui est basée sur la méthode de Stöber modifiée et la fonctionnalisation in-situ. Deux différentes applications ont été retenues pour étudier la quintessence de cette approche. La première consiste à incorporer des espèces métalliques (Al et Cu par exemple) dans les sphères de silice afin de les rendre fonctionnelles pour des applications catalytiques en phase liquide; et la deuxième consiste à greffer à la surface des particules des nanomachines sensibles permettant de contrôler le relargage des molécules actives pour des applications thérapeutiques. Dans les deux cas d'application, des performances optimales sont attendues. / A novel approach of synthesis has been developed in order to control simultaneously the morphology, size and textural parameters of silica particles, as well as to incorporate one or more functional groups in the pore walls. In this approach, based on the modified Stöber method and in-situ functionalization, emphasis is put on the spherical morphology, the particle monodispersity, the radially disposed porous structure, and the appropriate dispersion and accessibility of surface functional groups. Two potential applications have been selected so as to verify the feasibility of the approach. In view of materials use for heterogenous catalysis in the liquid phase, the monodisperses mesoporous silica spheres were derivatized with metallic species (e.g., Al and Cu) by direct incorporation in the synthesis stage. The second type of applications concerned the use of silica spheres as sensitive nanomachines for the controlled drug release and required grafting of appropriate organic molecules onto the silica surface.

Submitted by LARISSA MENDES DE LÁZARI null (la_mendes@hotmail.com) on 2016-04-15T18:28:04Z No. of bitstreams: 1 TeseDoutorado_LarissaMendes_2016_Biotecnologia.pdf: 8907863 bytes, checksum: 3f7981847cc9e559ac7b11f4d8bfd245 (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-04-18T19:50:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 lazari_lm_dr_araiq_par.pdf: 1543856 bytes, checksum: 1cc6d6cd934ed8b9a35d1931133a26cd (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-18T19:50:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lazari_lm_dr_araiq_par.pdf: 1543856 bytes, checksum: 1cc6d6cd934ed8b9a35d1931133a26cd (MD5) Previous issue date: 2016-03-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O desenvolvimento de biomateriais que promovam a reparação de tecidos lesionados tem sido objeto de intensa investigação. Em relação à reparação do tecido ósseo, as cerâmicas são materiais muito pesquisados em função de sua ampla possibilidade de uso, inclusive na confecção de pastas cimentícias moldáveis. A sílica mesoporosa apresenta elevada área de superfície específica (~1000 m2.g-1) e tamanho de poros usualmente em torno de 2-30 nm, atraindo atenção para aplicações como importantes carreadores de fármacos e proteínas. O peptídeo de crescimento osteogênico (OGP) é um tetradecapeptídeo endógeno, cuja forma ativa atua como agente anabólico e estimulador hematopoiético, promovendo a diferenciação osteoblástica. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um cimento ósseo injetável, reabsorvível e bioativo, com sílica mesoporosa e peptídeo de crescimento osteogênico. O peptídeo foi sintetizado pelo método em fase sólida, purificado por Cromatografia Líquida (HPLC) e caracterizado por Espectrometria de Massas. O material mesoporoso foi sintetizado pela metodologia sol-gel e sua porosidade confirmada por Adsorção-dessorção de N2, Espalhamento de Raios X à Baixo Ângulo e Microscopia Eletrônica de Transmissão. Os cimentos foram preparados a partir de sulfato de cálcio (CaS), fosfato de cálcio (CaP) e aluminato de cálcio (CaAl), sem e com sílica mesoporosa, e analisados quanto suas características físico-químicas. Os experimentos in vitro foram realizados para avaliar o potencial citotóxico e genotóxico dos cimentos em cultura de células de ovário (CHO-K1) e análise da viabilidade celular e formação da matriz mineralizada em células pré-osteosblásticas (MC3T3-E1). O estudo in vivo foi realizado em defeitos ósseos críticos em calvária de ratos e analisado quanto à formação de tecido ósseo, por histomorfometria, e densidade do tecido neoformado, por imagens de raios X. As análises dos cimentos demostraram que a presença de partículas de sílica mesoporosa promoveu diferentes comportamentos físico-químicos quando comparados aos cimentos sem sílica, como maior razão líquido/pó e, consequentemente, maior porosidade e menor resistência mecânica à compressão. Os cimentos CaP e CaAl, sem e com sílica, mostraram bioatividade in vitro quando imersos em solução que simula o fluido corpóreo (Simulated Body Fluid - SBF). No estudo de liberação do peptídeo OGP, incorporado nas partículas de sílica mesoporosa pré-misturada aos cimentos, o cimento CaS apresentou maior velocidade de liberação em relação aos cimentos estudados, com 80% do conteúdo peptídico liberado em 24 horas. Em relação à viabilidade celular, os cimentos CaS, com e sem sílica, não foram citotóxicos, mas os cimentos CaP e CaAl, apresentaram citotoxicidade; todavia esse comportamento não comprometeu a proliferação celular e nos ensaios de avaliação da mutagenicidade, os cimentos não promoveram dano celular significante. Os testes envolvendo células MC3T3-E1 mostraram que a viabilidade celular e a capacidade de formação da matriz mineralizada foram independentes da presença do peptídeo OGP, sendo mais sensível à presença de sílica e ao tempo de tratamento com os meios condicionados. Os resultados do teste in vivo, com os cimentos CaP, com e sem sílica mesoporosa e peptídeo OGP, demostraram que esses se degradaram e promoveram maior formação óssea durante os primeiros 15 dias pós-cirúrgico, com aproximadamente 30% do defeito preenchido por tecido neoformado, assim como maior densidade nas margens dos defeitos quando comparados com o controle. No entanto, a presença do peptídeo OGP foi significante somente nos primeiros 30 dias pós-cirúrgico de análise e não houve diferença estatística com o cimento com sílica e sem peptídeo. Além do mais, não houve diferença entre os grupos experimentais e o controle nos períodos mais tardios de análise. De acordo com os resultados obtidos, conclui-se que, dentre os cimentos estudados, aqueles com partículas de sílica mesoporosa e peptídeo OGP são os mais promissores para o reparo do tecido ósseo, principalmente nos períodos iniciais de cicatrização, devido ao seu potencial osteogênico. / The development of biomaterials that promote repair of injured tissues has been the subject of intense research. Regarding the bone tissue repair, ceramics are one of the most researched biomaterials groups due to its wide possibility of use, including cement pastes with good moldability. The mesoporous silica has high specific surface area (~1000 m2.g-1) and pore size usually around 2-30 nm attracting attention for its applications as drugs and proteins carriers. The osteogenic growth peptide (OGP) is an endogenous tetradecapeptide, whose active form acts as an anabolic agent and hematopoietic stimulator, promoting osteoblast differentiation. Thus, the aim of this study was to develop an injectable bone cement, resorbable and bioactive, mesoporous silica and osteogenic growth peptide. The peptide was synthesized by the solid phase method, purified by High Performande Liquid Chromatography (HPLC) and characterized by Mass Spectrometry. The mesoporous materials were synthesized by sol-gel method and its porosity confirmed by Adsorption-desorption of N2, Small-angle X-ray Scattering and Transmission Electronic Microscopy. Cements were prepared from calcium sulfate (CaS), calcium phosphate (CaP) and calcium aluminate (CaAl), without and with mesoporous silica, and analyzed for its physicochemical characteristics. In vitro experiments were carried out to evaluate the cements cytotoxic and genotoxic potential in CHO-K1 hamster ovary cell line and analysis of the mineralized matrix formation in MC3T3-E1 osteosblastics cell line. The in vivo study was performed in critical defects in rat calvaria, and it has analized as formation of bone tissue by histomorphometry and density of newly formed tissue by X-ray images. The cements analysis have shown that the presence of mesoporous silica particles promoted different physico-chemical behavior when compared to those without silica, such as higher ratio Liquid/Powder, higher porosity and, hence, decreases the mechanical resistance. CaP and CaAl cements showed bioactivity in vitro when immersed in Simulated Body Fluid solution. Concerning OGP liberation, the CaS cement showed the fastest release in the OGP-mesoporous silica-loaded cement release studies, releasing 80% peptide loaded in 24 hours. Regarding cell viability, CaS cements with and without silica, were not cytotoxic, but the CaP and CaAl cement showed cytotoxicity; however this behavior did not affect cell proliferation. And in mutagenicity tests, the cements did not promote significant cell damage. The tests involving MC3T3-E1 cells showed that cell viability and mineralized matrix formation capacity is independent of the OGP peptide presence and it is more sensitive to the presence of silica and the treatment time with the conditioned culture media. The test in vivo, with CaP cements, with and without mesoporous silica and OGP, demonstrated that these cements have degraded and promoted increased bone formation during the first 15 postoperative days, with approximately 30% of the defect filled by newly formed tissue as well as higher density on the defects borders when compared to the control. However, the presence of OGP peptide was significant only during the first 30 days postoperative, but there was no statistical difference with silica cement and without this peptide. Furthermore, there was no difference between experimental groups and the control in the later study periods. According to the results, it is concluded that, among the cements studied, those with mesoporous silica particles and OGP peptide are the most promising for bone tissue repair, especially in the initial stages of healing due to its osteogenic potential. / FAPESP: 2012/21735-6 / CAPES: 0224-13-8

Submitted by Alexandre de Oliveira Jorgetto null (xjorgetto@gmail.com) on 2018-04-05T18:45:17Z No. of bitstreams: 1 Tese de doutorado - Alexandre de Oliveira Jorgetto.pdf: 5509260 bytes, checksum: b27fbb220e5624b1c0b2901186014558 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Carolina Gonçalves Bet null (abet@iq.unesp.br) on 2018-04-10T17:28:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 jorgetto_ao_dr_araiq_int.pdf: 5485342 bytes, checksum: 3cacde59176e43fc4144aff7336a05e9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-10T17:28:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 jorgetto_ao_dr_araiq_int.pdf: 5485342 bytes, checksum: 3cacde59176e43fc4144aff7336a05e9 (MD5) Previous issue date: 2018-03-09 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A contaminação de corpos d’água e águas subterrâneas por substâncias tóxicas ocasiona a redução da qualidade da água e até mesmo sua inapropriação para consumo. Atualmente as técnicas convencionais de tratamento de águas e resíduos aquosos não são capazes de descontaminá-los totalmente, pois substâncias recalcitrantes e substâncias parcialmente removidas/degradadas – como alguns clorofenóis (CPs) e substâncias desreguladoras endócrinas (SDEs) – permanecem na água mesmo após submetida aos tratamentos convencionais, reforçando a necessidade do desenvolvimento de procedimentos mais completos, sustentáveis e que também sejam economicamente viáveis. A exemplo, a fotocatálise heterogênea utilizando materiais semicondutores ativados pela radiação UV para produção, principalmente, de radicais hidroxilos pode ser aplicada para se degradar contaminantes em meio aquoso, sendo o óxido de titânio o material mais empregado devido àelevada atividade, baixo custo, estabilidade, disponibilidade e propriedades químicas, físicas e biológicas adequadas. Apesar de diversas vantagens associadas ao seu uso em fotocatálise heterogênea, sua aplicação na forma de suspensões (a fim de fazer melhor proveito da área superficial das partículas) ainda é restrita devido principalmente a dificuldades de separação/remoção destas após o processo de degradação. Neste trabalho, fotocatalisadores híbridos a base de titânia foram produzidos para realizar fotocatálise heterogênea de compostos orgânicos em meio aquoso. Como abordagem alternativa para implementação da separação de suspensões, realizou-se a deposição de sílica mesoporosa e titânia sobre núcleos de magnetita, sendo a magnetita responsável por possibilitar a separação magnética do material híbridode suspensões, enquanto que a sílica mesoporosa incrementaria a atividade da titânia por meio do aumento de sua área superficial. No caso do recobrimento por titânia, uma nova rota por meio de ebulição de etanol foi desenvolvida. Análises de difração de raios X indicaram que o recobrimento de sílica preveniu a conversão dos núcleos de magnetita à hematita após calcinação. Foi notado também a formação da fase anatase de titânia nos materiais híbridos para composições de titânia iguais ou maiores que 43 % em massa. Análises de espectroscopia de infravermelho reforçaram a presença de titânia juntamente à sílica, e também apontou para um limite de deposição para a titânia, que foi posteriormente verificado também por espectrofotometria de fluorescência de raios X. Através de microscopia eletrônica de varredura, observou-se a formação e crescimento da fase anatase sobre partículas de sílica e magnetita para composições de 53 % de titânia ou maiores, e análises de espectroscopia de energia dispersiva de raios X demonstraram os elementos Si e Ti se encontrarem bem-distribuídos ao redor das partículas de magnetita, sílica e titânia. O material híbrido produzido apresentou estrutura mesoporosa como o da sílica MCM-41, no entanto de área superficial específica menor, atingindo em torno de 248 m2 g-1. Análises de ressonância magnética nuclear de 29Si indicaram haver ligação química entre as fases sólidas de sílica e titânia. Experimentos de fotodegradação demonstraram que os híbridos de magnetita, sílica e titânia consistem de adsorventes ineficientes de 4-clorofenol. A atividade fotocatalítica destes materiais apresentou relação com o crescimento da textura de titânia, sendo os materiais fotoativos aqueles com composições de 53 % ou maiores. Cinéticas de degradação de ordem zero foram observadas para todos os materiais. Os materiais fotoativos também se demonstraram indiferentes ao pH do meio, com eficiências similares em pH 3,0 e 7,2. Ao se comparar as eficiências dos materiais híbridos, em termos de suas taxas iniciais de degradação, com as de materiais comerciais Hombikat 100 UV e Aeroxide® TiO2 P25 estabeleceu-se que a ordem decrescente de eficiência sob concentrações de catalisador otimizadas foi Aeroxide® TiO2 P25 > Hombikat 100 UV >híbrido de sílica e titânia >híbrido de magnetita, sílica e titânia. Concluiu-se dos experimentos de degradação que a incorporação de sílica e magnetita aos fotocatalisadores de titânia compromete a eficiência degradativa destes; em contrapartida, no caso dos materiais contendo núcleos de magnetita, sua recuperação magnética pode consistir de uma propriedade compensatória em termos de aplicação. A fim de se incrementar a atividade fotocatalítica dos materiais, estes foram sujeitos a etapas de modificação superficial por meio da incorporação de ácido rubeânico (AR) por silanização ou adsorção direta e/ou também por complexação de íons Fe3+ em meio aquoso, com a finalidade de se sensitizar os fotocatalisadores. A imobilização do AR por meio de silanização demonstrou-se mais eficiente, enquanto sua dessorção foi verificada para o material modificado por adsorção direta. No caso dos materiais modificados com Fe3+, constatou-se que a complexação destes íons sobre os materiais híbridos implicou na redução da fotoatividade destes, enquanto nenhum efeito foi notado em pH 6 para a fotoatividade de Hombikat 100 UV modificado. Mais experimentos seriam necessários para se determinar as taxas de degradação iniciais dos materiais estudados. Nos experimentos sob luz visível apenas Hombikat 100 UV e sua respectiva versão modificada apresentaram atividade. Ao se aplicar o material Hombikat 100 UV modificado com Fe3+ em pH 3,0, notou-se evidência de aumento de eficiência sob iluminação UV. / The contamination of waters and groundwaters by toxic substances reduces the quality of water and can even make it inadequate for consumption. Currently, the conventional techniques for treatment of waters and wastewaters are not able to completely decontaminate them. This is attributed to the presence of partially removed/degraded andrecalcitrant substances such as chlorophenols (CPs) and endocrine-disrupting chemicals (EDCs), since they persist in water even after the conventional treatment. This emphasizes the need for the development of more complete and sustainable processes that are also economically viable. For instance, heterogeneous photocatalysis utilizing UV-activated semiconductors for the production, mainly, of hydroxyl radicals is applied in the degradation of contaminants in aqueous medium. In this aspect, titanium oxide is the most used material in virtue of its high activity, low cost, stability, availability and suitable chemical, physical and biological properties. Despite so many advantages for the application of titanium oxide in heterogeneous photocatalysis, its application as slurries (to make better use of the surface area of particles) is still restrained by drawbacks related to separation/extraction steps. In this work, titania-based photocatalist hybrids were produced to perform heterogeneous photocatalysis of organic compounds in aqueous medium.As an alternative to implement particle separation from slurries, titania and mesoporous silica were deposited on the surface of magnetite cores. The incorporation of magnetite to the hybrid aimed to enable its magnetic separation from slurries whereas the incorporation of silica had the purpose of incrementing its activity by increasing the surface area of the hybrid material. A new route has been developed to perform the titania coating, which was based on the boiling of ethanolic medium. X-ray diffraction analyses indicated that the silica layer prevented phase conversion of magnetite cores to hematite after calcination. The formation of titania anatase phase was also observed for the hybrid materials for the mass composition of 43 % or greater. Infrared spectroscopy supported the presence of titania along with silica, and also pointed to a deposition limit for the titania layer that was also verified posteriorly through x-ray fluorescence spectrophotometry. Scanning electron microscopy enabled the observation of the formation and growth of anatase phase over magnetite-silica particles for compositions of 53 % or greater. Energy-dispersive x-ray spectroscopy demonstrated that Si and Ti were well- distributed over the magnetite-silica-titania particles. The hybrid material presented mesoporous structure likewise MCM-41, but with a smaller specific surface area of approximately 248 m2 g 1.29Si nuclear magnetic resonance provided evidence that silica and titania phases were chemically bonded. Photodegradation experiments demonstrated that magnetite-silica-titania hybrids are inefficient 4-chlorophenol adsorbents. The photocatalytic activity of the hybrids demonstrated to have relation with the growth of the titania texture, being the photoactive materials those with mass compositions of 53 % or greater. The kinetic behavior of the materials was found to have zero order and was pH-independent, having similar performances at pH 3.0 and 7.2. As the efficiencies of the hybrids are compared with those of commercial materials Hombikat 100 UV and Aeroxide® TiO2 P25, the decreasing order of efficiency could be obtained as Aeroxide® TiO2 P25 > Hombikat 100 UV >silica-titania hybrid > magnetite-silica-titania hybrid. Degradation experiments allowed to conclude that the incorporation of silica and magnetite to the titania photocatalists compromise their efficiencies; on the other hand, in the case of the materials containing magnetite cores, the possibility of magnetic retrieval may consist of a compensatory property with regard to practical application. To increment the photocatalytic activity of the materials, they underwent surface modification steps to have immobilized rubeanic acid (RA) either through sinalization or through direct adsorption. The complexation of Fe3+ to the surface of the hybrids was also tested in combination with rubeanic acid or without it to perform the sensitization of the photocatalysts. The immobilization of RA via silanization demonstrated to be more efficient, whereas its desorption could be verified for the material modified with RA by direct adsorption. In the case of hybrid materials modified with Fe3+ ions, the complexation of the ions led to a decay in their performance whereas no effect was observed at pH 6 for the material Hombikat 100 UV modified with Fe3+.More experiments are necessary to determine the initial degradation rates of the studied materials. In the experiments under visible light, only Hombikat 100 UV and its modified version presented photoactivity. When Fe3+-modified Hombikat 100 UV was tested at pH 3.0, evidence of increase in activity was noted under UV illumination. / Fapesp 2013/22955-2 e 2015/05224-0

Orientador: Devaney Ribeiro do Carmo / Resumo: O presente trabalho descreve a preparação, caracterização e aplicação eletroanalítica de um metalosilsesquioxano ligado em uma sílica mesoporosa (MCM-41) e em uma zeólita (H-FAU-Si/Al 40) com hexacianoferrato de níquel adsorvido em sua superfície. Algumas técnicas espectroscópicas como: Espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), Microscopia eletrônica de varredura (MEV), Espectroscopia por Energia Dispersiva de Raios X (EDS) e Voltametria cíclica, foram utilizadas na caracterização dos materiais formados. Os espectros na região do Infravermelho para o MTTiPNiH e ZTTiPNiH apresentaram as bandas de seus precursores (TTiP, MCM-41 e H-FAU-Si/Al 40), apenas duas absorções diferiram dos demais espectros, uma em, aproximadamente, 2168 cm-1 e outra a 2098 cm-1, tais resultados foram atribuídos ao estiramento ν (C≡N). Para o MTTIPNiH, através das micrografias pode-se observar partículas com tamanhos variados, entre 0,30 µm a 0,60 µm. Para o ZTTiPNiH as micrografias apresentaram um pequeno aumento no tamanho de partículas, aproximadamente de 50 nm, quando comparado a seus precursores. O EDS determinou a composição química semi-quantitativa dos elementos carbono, oxigênio, silício, titânio, fósforo, níquel e ferro, presentes em ambas as amostras. O eletrodo de pasta de grafite exibiu um par redox bem definido com potencial de médio padrão (E°’) de +0,53 V e +0,51 V para o MTTiPNiH e ZTTiPNiH, respectivamente, atribuído ao processo redox FeII(CN)6 / FeIII(CN)6 em... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This research describes the preparation, characterization and electroanalytical application of a metalosilsesquioxane bonded in mesoporous silica (MCM-41) and in zeolite (H-FAU-Si/Al 40) with nickel hexacyanoferrate adsorbed on their surface. Techniques as fourier transform infra-red spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectrometry (EDS) and cyclic voltammetry were used in the characterization of the synthesized materials. The spectra in the infrared region for MTTiPNiH and ZTTiPNiH showed the bands of their precursors (TTiP, MCM-41 and H-FAU Si/Al 40), only two absorption differed from the others spectra, one at, approximately, 2168 cm-1 and another at 2098 cm-1 , which were attributed to stretching ν(C≡N). For MTTIPNiH through the micrographs can be observed particles with varied sizes between 0.30 µM to 0.60 µm. For ZTTiPNiH the micrographs showed a small increase in particle size, approximately, 50 nm, as compared to their precursors. EDS determined the semi-quantitative chemical composition of carbon, oxygen, silicon, titanium, phosphorus, nickel and iron present in both samples. The carbon paste electrode exhibited a well-defined redox couple with E°' = +0.53 V and +0.51 V for MTTiPNiH and ZTTiPNiH, respectively, attributed to the redox process FeII(CN)6 / FeIII(CN)6 in presence of nickel. Carbon paste electrode modified with MTTiPNiH showed electrocatalytic activity to dipyrone and sulfite. However the carbon paste electrode... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

O presente trabalho propõe o uso das cinzas de dois resíduos agroindustriais - casca de arroz e bagaço de cana-de-açúcar - como fonte de sílica (SiO2) para a síntese de sílicas mesoporosas altamente ordenadas. Esta aplicação, além de agregar valor aos resíduos, busca uma alternativa ao tetraetil ortossicato, uma fonte de sílica dispendiosa, cuja obtenção resulta em danos ambientais. Amostras de cascas arroz de quatro procedências distintas foram caracterizadas por termogravimetria/ termogravimetria derivada (TG/DTG), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e análise elementar de CHN. Com base nestes resultados, duas amostras foram selecionadas para obtenção de sílica. Outras duas amostras de bagaço de cana-de-açúcar de origens diferentes foram também caracterizadas por esta metodologia. Para melhor entender as etapas de degradação térmica da matéria orgânica, os resultados de TG/DTG foram associados aos de FT-IR e um estudo cinético por TG foi realizado. Diferentes tratamentos em meio ácido, com o objetivo de remover impurezas e reduzir o tempo necessário para calcinação dos materiais, foram realizados. O método escolhido para cada um dos materiais foi definido a partir dos testes e por avaliação de resultados de TG/DTG. As cinzas obtidas após calcinação em mufla dos materiais com e sem tratamento ácido prévio, foram caracterizadas por MEV/EDS, DRX e isotermas de adsorção/dessorção de N2. As cinzas das amostras com tratamento apresentaram maior pureza que as não tratadas e, para as obtidas a partir casca de arroz, foram amorfas e com alta área superficial BET (200-300 m2.g-1). A síntese de sílicas mesoporosas foi testada empregando-se as cinzas isoladas de amostras tratadas em meio ácido utilizando três rotas sintéticas diferentes. Em uma delas foi possível obter um material de morfologia esférica, com área superficial BET de cerca de 500 m2.g-1 e diâmetro de poro médio (BJH) de 4 nm. A caracterização por espalhamento de raios X a baixo ângulo (SAXS) revelou um ordenamento hexagonal dos poros. Um material de mesma morfologia foi obtido empregando-se silicato de sódio comercial ao invés das cinzas. Os materiais obtidos possuem potencial para diversas aplicações, destacando-se o uso no empacotamento de colunas para cromatografia líquida, encapsulação de fármacos com liberação controlada, catálise e suporte para deposição de materiais. / This work proposes the use of ashes of two agro-industrial wastes - rice husk and sugar cane bagasse - as a source of silica (SiO2) for the synthesis of highly ordered mesoporous silicas. This application, besides adding value to waste, aims an alternative to ortossicato tetraethyl, an expensive source of silica, whose obtaining causes environmental damage. Samples of rice husks from four different sources were characterized by thermogravimetry / derivative thermogravimetry (TG / DTG), differential scanning calorimetry (DSC) and elemental CHN analysis. Based on these results, two samples were selected to obtain silica. Two other samples of sugar cane bagasse from different sources were also characterized by this methodology. To better understand the steps of thermal degradation of organic matter, the results of TG / DTG were associated with FT-IR and a kinetic study was performed by TG. Different treatments in an acid medium were carried out with the aim of removing impurities and reduce the time required for calcination of the materials. The method chosen for each material was defined from the tests and from evaluation of the results of TG / DTG. The ash obtained after the calcination of materials in muffle furnace, with and without prior acid treatment, were characterized by SEM / EDS, XRD and isotherms of adsorption/desorption of N2. The treated samples ashes showed higher purity than those not treated, and for those obtained from rice hulls were amorphous and with high BET surface area (200-300 m2.g-1). The synthesis of mesoporous silicas were tested employing the isolated ash samples treated in acid medium using three different synthetic routes. In one of them it was possible to obtain a spherical morphology material with BET surface area of 500 m2.g-1 and average pore diameter (BJH) of 4 nm. The characterization by small angle X-ray scattering (SAXS) showed a hexagonal ordering of the pores. A material with the same morphology was obtained employing commercial sodium silicate instead of the ash. The synthetized materials have potential for many applications, including packaging of liquid chromatography columns, encapsulation of drugs with controlled release, catalysis and support for deposition of materials.

Nous visons dans ce travail de thèse à développer une méthodologie de fonctionnalisation par chimie click des silices hybrides synthétisées par voie sol-gel. La réaction click de cycloaddition azoture-alcyne catalysée au cuivre (CuAAC) offre une tolérance exceptionnelle pour les fonctions organiques en plus de conversions très élevées. Dans cette optique, nous avons mis en œuvre en premier lieu des matériaux clickables à base d'organosilice pure (organosilice à mésoporosité périodique (PMO) et silsesquioxanes pontés (BS)) qui ont permis une conversion quasi-quantitative de greffage par CuAAC. Nous avons ensuite utilisé cette particularité pour contrôler les propriétés de surface des BS en modifiant leur caractère hydrophile/lipophile. Dans le second axe de travail, nous nous sommes intéressés à l'apport de la chimie click pour la préparation de nanoparticules mésoporeuses de silice multifonctionnelles, dites mécanisées, pour des systèmes à délivrance contrôlée de principes actifs. / The present work aims to develop a trustful methodology of functionalization for hybrid silica materials made by the sol-gel process using the copper-catalyzed alkyne-azide cycloaddition (CuAAC)Click reaction. This transformation can be highly useful in materials science thanks to its high conversions and the excellent functional group tolerance. In this prospect, we have synthesized fully clickable bridged silisesquioxanes and periodic mesoporous organosilica that show high extents of click grafting. CuAAC was then used for tailoring the surface of bridged silsesquioxane and fine-tuning the hydrophilic/lipophilic balance. Finally, the click reaction was used as an efficient way to obtain multiply functionalized mesoporous silica nanoparticles in order to make nanomachines for controlled delivery of cargo molecules.

L'objectif de cette thèse est la synthèse, la caractérisation et l'étude de complexes métalliquesluminescents, en particulier de Pt (II), leurs propriétés d'agrégation en solution, mais également dansun espace confiné ainsi qu’en surface. L'incorporation de complexes de métaux de transition dans lastructure poreuse, et ainsi que leur dépôt à la surface de nanoparticules et dans un cadre métalloorganique(MOF), par greffage post-synthétique, ont été étudiés. Sont également étudiés lacorrélation entre les propriétés de films d’une série de complexes de Pt(II) avec leur morphologie,leur mobilité électronique et la simulation de leur structure auto-assemblée par diffraction auxrayons-X. Les propriétés de luminescence de complexes amphiphiles de Pt(II) sont améliorées àl’intérieur de nanoparticules de silice mesoporeuse par la création d’un d’espace confiné. Un effetsimilaire est observé par le dépôt de complexes de Pt(II) fonctionnalisés sur une surface denanoparticules d’or. La luminescence d’un cadre organométallique a été modifiée par greffage postsynthétiquede complexes d’Ir(III) et de Pt(II). / The aim of this thesis is the synthesis, characterization and investigation of luminescent metalcomplexes, and in particular of Pt(II) compounds, their aggregation properties in solution but inconfined space as well. The incorporation of transition metal complexes in porous structure, and inparticular in a metal-organic framework (MOF), by post-synthesis grafting, have been investigated.Luminescence properties of amphiphilic Pt(II) complexes were enhanced inside mesoporous silicananoparticles by the creation of a confined space. Similar effect is observed by deposition offunctionalized Pt(II) complexes on gold nanoparticles surface. Luminescence of metal organicframework was tuned by post-synthetic grafting of Ir(III) and Pt(II) complexes.

Mon doctorat se focalise sur la synthèse, la caractérisation et les applications de matériaux poreux à base de silice, dioxyde de titane et zéolite. La silice poreuse, le dioxyde de titane et les zéolites ont été synthétisés en utilisant des méthodologies différentes. Des matériaux de silice fonctionnalisés ont été utilisés pour des applications en adsorption de colorant, ce qui est utile pour le traitement de l'eau. Un nouveau système réticulé et un nouveau dispositif ont été créés pour améliorer la capacité d'adsorption et pour le traitement d’une grande quantité d'eau. En tirant parti des pores, une nouvelle méthode de formation de clusters de Cu (0) a été établie. Les propriétés photophysiques ont été étudiées, en utilisant plusieurs sources de cuivre et différents matériaux poreux. L'utilisation du confinement pour la détection de petites molécules biologiques tels que les neurotransmetteurs a été démontrée. Plusieurs applications ont été développées sur la base de ces récepteurs de neurotransmetteurs artificiels. Un matériau de titane mésoporeux multifonctionnalisé a été utilisé pour les applications en biologie. En comparaison avec la silice, plus couramment utilisée, sa photoactivité pourrait apporter des avantages supplémentaires. Finalement, de nouveaux types de matériaux de type organotitanes hybrides ont été développés, et leurs propriétés photo-catalytiques ont été démontrées. / My PhD research focus on the synthesis, characterization and applications of silica, titania and zeolite based porous materials. Porous silica, titania and zeolite have been synthesized using different methodologies. Functionalized silica materials have been used for dye adsorption application which is useful for water treatment. A new cross-linked system and device have been created to enhance the adsorption ability and for large quantity of water treatment. By taking advantage of the pores, new method for Cu(0) cluster formation have been established. The photophysics of the Cu(0) clusters reduced from different copper source in different porous materials has been investigated. The use of the confinement for sensing has been demonstrated for small bio molecules, such as neurotransmitters. Several applications have been developed based on this artificial neurotransmitter receptors. Multi-functionalized mesoporous titania material has been used for bio-applications. Compare to the widely used silica material, its photoactivity could bring extra advantages. Finally, new types of hybrid organotitanium materials have been developed and their photocatalytic properties have been investigated.