CLEMENTE, Claudenilson da Silva. Desenvolvimento e aplicação de sistemas nanoestruturados a partir da meso-porfirina derivada do LCC. 2015. 93 f. Tese (Doutorado em química)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2015. / Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-10-04T17:27:12Z No. of bitstreams: 1 2015_tese_csclemente.pdf: 3478429 bytes, checksum: 6edff28cce737feb15c3d8b2a96f4f9d (MD5) / Approved for entry into archive by Jairo Viana (jairo@ufc.br) on 2016-10-10T19:49:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_tese_csclemente.pdf: 3478429 bytes, checksum: 6edff28cce737feb15c3d8b2a96f4f9d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-10T19:49:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_tese_csclemente.pdf: 3478429 bytes, checksum: 6edff28cce737feb15c3d8b2a96f4f9d (MD5) Previous issue date: 2015 / Porphyrins are very attractive system to study self-assembly due to its basic structure, chemical and thermal stability, synthetic versatility and important technological applications. This work presents the development of self-assembled systems meso-porphyrin derived from cardanol, the major constituent of the LCC. We were developed Langmuir and Langmuir-Blodgett (LB) thin films and superparamagnetic nanosystems coated with meso-porphyrin. The Langmuir films showed molecular area mean of the 177 Å 2 confirmed by compressibility modulus. The 700 nm band observed in the Langmuir films supports the coexistence of monomers and dimers similar to the spectra of the solution (CHCl3/CH3COOH). The Brewster angle microscopy measurements showed formation of bright block domains with different sizes and shapes for the monolayer that disappears after surface pressure starts to increase. The UV–vis spectra of the Langmuir films and FTIR reflection of the Langmuir–Blodgett films (LB) indicated that the molecules exhibit preferential orientation with the parallel planes to the water (Langmuir) and in the substrate (LB). The LB film of 5 layers showed better response as electrode and has been tested as a promethazine sensor. Magnetic Fe 3 O 4 nanoparticles with an average size of 11 nm were coated with oleic acid layer and a meso-porphyrin layer to producing a novel superparamagnetic fluorescent nanosystem. Also were obtained systems coated with meso-porphyrins metallated with Co2+, Ni2+, Cu2+ and Zn2+ ions. The systems were characterized by TEM, FT-IR, TGA, vibrating sample magnetometry, UV-Vis, fluorescence and confocal miscroscopy. The systems showed good thermal stability, excellent magnetization and nanosized dimensions. / Porfirinas são sistemas muito atrativos para estudos de automontagem graças a suaestrutura ba se, estabilidadequímica e térmica, versatilidade sintética e importantes aplicações tecnológicas. Este trabalho tem por finalidade apresentar o desenvolvimento de sistemas automontados da meso-porfirina derivada do cardanol, constituinte majoritário do LCC. Foram desenvolvidos filmes finos de Langmuir e Langmuir-Blodgett (LB) e aplicado como sensor eletroquímico para prometazina e nanossistemas superparamagnéticos revestidos com a meso-porfirina. Os filmes de Langmuir apresentaram área molecular média de 177 Å 2 , confirmado pelo módulo de compressibilidade. A banda centrada em λ = 700 nm observados nos filmes suporta a coexistência de monômeros e dímeros semelhantes aos espectros em solução de CHCl3/CH3COOH. A microscopia do ângulo de Brewster mostrou domínios com blocos brilhantes de diferentes tamanhos e formas para a monocamada que desapareceram após o aumento da pressão de superfície. Os espectros de UV-vis dos filmes e FT-IR no modo reflexão dos filmes de Langmuir-Blodgett (LB) indicaram que as moléculas apresentam orientação preferencial com os planos paralelos à água (no Langmuir) e no substrato (LB). O filme LB de 5 camadas apresentou melhor resposta como eletrodo e foi testado como um sensor de prometazina. As nanopartículas magnéticas de Fe 3 O 4 com tamanho médio de 11 nm foram revestidos com uma camada de ácido oleico seguido da meso-porfirina produzindo um novo nanossistema superparamagnético fluorescente. Foram obtidos também os sistemas revestidos com porfirinas metaladas com os íons Co2+, Ni2+, Cu2+ e Zn2+, os quais foram caracterizados por MET, FT-IR, análise termogravimétrica, magnetometria de amostra vibrante, UV-Vis, emissão de fluorescência e miscroscopia confocal. Os resultados mostraram que os sistemas apresentaram boa estabilidade térmica, comportamento superparamagnético e dimensões nanométricas.

Atualmente, as nanopartículas superparamagnéticas despertam enorme interesse científico devido sua grande variedade de aplicações em biomedicina, tanto na área de diagnóstico quanto no tratamento de enfermidades. Embora muitos materiais vem sendo estudados, os óxidos de ferro (magnetita e maghemita) apresentam maiores avanços nos estudos para aplicações em medicina. A preferência por óxidos de ferro se deve a baixa toxicidade destas partículas quando comparado as nanopartículas metálicas ou ligas. Entretanto, as nanopartículas destes óxidos possuem baixas magnetizações de saturação que diminuem ainda mais com as sucessivas etapas de recobrimento necessárias para conferir funcionalidade a estas partículas. Desse modo, há uma necessidade atual para o desenvolvimento de nanopartículas superparamagnéticas com elevada magnetização, baixa toxicidade e maior facilidade de funcionalização da sua superfície com biopolímeros e agentes funcionalizantes. Neste trabalho, nanopartículas superparamagnéticas de cobalto metálico e ferrita de cobalto foram sintetizadas e suas propriedades magnéticas foram comparadas com a magnetita. Nanopartículas de cobalto foram escolhidas, pois seu elevado comportamento ferromagnético é menor apenas que o ferro metálico, além do baixo custo de seus reagentes. As nanopartículas magnéticas foram sintetizadas pelos métodos de microemulsão e decomposição térmica (baseado no método poliol) e suas composições química, estrutural, tamanho e distribuição de tamanho foram devidamente determinadas. Além disso, as nanopartículas de cobalto metálico e ferrita de cobalto foram recobertas com ouro utilizando o método de crescimento mediado por semente. Os sistemas microemulsionados utilizados neste trabalho não foram eficientes nem na síntese de nanopartículas estáveis de cobalto metálico nem no seu esperado controle morfológico. Já o método de decomposição térmica resultou em um rigoroso controle de composição química, estrutural e morfológico para as diferentes nanopartículas sintetizadas. O recobrimento com ouro foi efetivo na proteção do núcleo magnético e adicionalmente conferiu estabilidade, baixa toxicidade e bifuncionalidade às nanopartículas magnéticas através do seu fenômeno de ressonância plasmônica de superfície o qual foi preservado na nanoestrutura core@shell. O comportamento superparamagnético das nanopartículas de cobalto metálico recobertas com ouro e sua elevada magnetização de saturação foram expressivamente intensificadas quando comparadas as nanopartículas de magnetita sem recobrimento. Portanto, as nanopartículas sintetizadas neste trabalho apresentam propriedades de superfície e magnéticas otimizadas demonstrando um bom potencial para aplicações em biomedicina como sensores bifuncionais óptico-magnético. / Superparamagnetic nanoparticles have been extensively studied because its wide range of biomedical applications in both diagnostic and therapy areas. Although different materials are currently investigated, superparamagnetic iron oxides nanoparticles (SPION), magnetite and maghemite, are the most extensively studied for applications in medicine. The lower toxicity profile of the SPION becomes the most attractive than metal or alloys nanoparticles. Nevertheless, iron oxides nanoparticles have low saturation magnetization, which further decreases due to successive coats to provide their functionality, leading the actual demand to develop superparamagnetic nanoparticles with high magnetization, low toxicity and easy surface functionalization with biocompatible agents. In this work, superparamagnetic nanoparticles of metallic cobalt and cobalt ferrite were synthesized and their magnetic properties were compared with the magnetite SPION. Cobalt nanoparticles were chosen because present high ferromagnetic behavior among chemical elements, second only to iron, besides their low cost. The magnetic nanoparticles were synthesized by both microemulsion and thermal decomposition (based on the polyol process) methods and their chemical composition, structure, size and size distribution were properly characterized. In addition, the ferrite and metallic cobalt nanoparticles were coated with gold by using the seed-mediated growth method. The used microemulsion systems were not efficient enough to synthesize stable metallic nanoparticles and to promote the expected morphological control even to ferrites. Instead, the thermal decomposition processes resulted in rigorous control of chemical compositional, structure and morphology in all different prepared samples. Au-coating process was effective to protect the magnetic nuclei also giving additional stability, low toxicity and a bifunctionality to the magnetic nanoparticle since their surface plasmon resonance phenomenon was preserved in the core@shell nanostructure. The superparamagnetic behavior of the Au-coated cobalt nanoparticle was preserved and their saturation magnetization was significantly increased compared with the naked magnetite SPION. In conclusion, the synthesized nanoparticles present enhanced magnetic and surface properties showing good potential to be used in biomedical application as bifunctional optical-magnetic sensor.

Esta tese descreve o desenvolvimento de aplicações de nanopartículas superparamagnéticas de magnetita, devidamente funcionalizadas, nas seguintes áreas: Sensoriamento - As nanopartículas superparamagnéticas foram utilizadas em conjunto com um pequeno sistema analítico especialmente desenvolvido para esse trabalho, na análise de diversos metais pesados de grande relevância ambiental. O ponto de destaque da metodologia é o grande incremento em intensidade do sinal analítico em função da pré-concentração que pode ser realizada mediante utilização das nanopartículas superparamagnéticas e aplicação de um campo magnético externo. Remediação ambiental - A grande afinidade das nanopartículas por diversos materiais foi aproveitada na obtenção de um sistema de remediação ambiental que combina as propriedades magnéticas das nanopartículas e as propriedades adsorventes de carvão ativado. Esse sistema foi testado em contaminantes orgânicos e inorgânicos e permite uma maneira eficiente e inovadora de remoção de contaminantes em meio aquoso. Nanohidrometalurgia magnética - Os efeitos de pré-concentração de nanopartículas superparamagnéticas modificadas foram utilizados para melhorar a eficiência dos processos hidrometalúrgicos atuais para produção de cobre metálico a partir de minérios com baixa concentração do metal, chegando - se ao estado da arte da técnica. / This thesis describes the development of applications of superparamagnetic magnetite nanoparticles, properly functionalized, in the following areas: Sensing - The superparamagnetic nanoparticles were used in conjunction with a small analytical system specially developed in this work for analysis of several heavy metals of great environmental significance. The important point of this methodology is the general increase in intensity of the analytical signal as a function of pre-concentration may be performed by use of superparamagnetic nanoparticles under the influence of an external magnetic field. Environmental Remediation - The high affinity of nanoparticles for various materials was used to obtain an environmental remediation system that combines the properties of magnetic nanoparticles and the properties of activated carbon adsorbents. This system was tested in organic and inorganic contaminants and provides a novel and efficient removal of contaminants in the aqueous medium. Magnetic Nanohydrometalurgy - The effects of pre-concentration fro the funcionalized superparamagnetic nanoparticles modified were used to improve the efficiency of the actual hydrometallurgical processes used for production of metallic copper from ores with low concentration of metal, showing good perspectives of improving the state of the art of this technique.

Esta tese descreve o desenvolvimento de aplicações de nanopartículas superparamagnéticas de magnetita, devidamente funcionalizadas, nas seguintes áreas: Sensoriamento - As nanopartículas superparamagnéticas foram utilizadas em conjunto com um pequeno sistema analítico especialmente desenvolvido para esse trabalho, na análise de diversos metais pesados de grande relevância ambiental. O ponto de destaque da metodologia é o grande incremento em intensidade do sinal analítico em função da pré-concentração que pode ser realizada mediante utilização das nanopartículas superparamagnéticas e aplicação de um campo magnético externo. Remediação ambiental - A grande afinidade das nanopartículas por diversos materiais foi aproveitada na obtenção de um sistema de remediação ambiental que combina as propriedades magnéticas das nanopartículas e as propriedades adsorventes de carvão ativado. Esse sistema foi testado em contaminantes orgânicos e inorgânicos e permite uma maneira eficiente e inovadora de remoção de contaminantes em meio aquoso. Nanohidrometalurgia magnética - Os efeitos de pré-concentração de nanopartículas superparamagnéticas modificadas foram utilizados para melhorar a eficiência dos processos hidrometalúrgicos atuais para produção de cobre metálico a partir de minérios com baixa concentração do metal, chegando - se ao estado da arte da técnica. / This thesis describes the development of applications of superparamagnetic magnetite nanoparticles, properly functionalized, in the following areas: Sensing - The superparamagnetic nanoparticles were used in conjunction with a small analytical system specially developed in this work for analysis of several heavy metals of great environmental significance. The important point of this methodology is the general increase in intensity of the analytical signal as a function of pre-concentration may be performed by use of superparamagnetic nanoparticles under the influence of an external magnetic field. Environmental Remediation - The high affinity of nanoparticles for various materials was used to obtain an environmental remediation system that combines the properties of magnetic nanoparticles and the properties of activated carbon adsorbents. This system was tested in organic and inorganic contaminants and provides a novel and efficient removal of contaminants in the aqueous medium. Magnetic Nanohydrometalurgy - The effects of pre-concentration fro the funcionalized superparamagnetic nanoparticles modified were used to improve the efficiency of the actual hydrometallurgical processes used for production of metallic copper from ores with low concentration of metal, showing good perspectives of improving the state of the art of this technique.

Atualmente, as nanopartículas superparamagnéticas despertam enorme interesse científico devido sua grande variedade de aplicações em biomedicina, tanto na área de diagnóstico quanto no tratamento de enfermidades. Embora muitos materiais vem sendo estudados, os óxidos de ferro (magnetita e maghemita) apresentam maiores avanços nos estudos para aplicações em medicina. A preferência por óxidos de ferro se deve a baixa toxicidade destas partículas quando comparado as nanopartículas metálicas ou ligas. Entretanto, as nanopartículas destes óxidos possuem baixas magnetizações de saturação que diminuem ainda mais com as sucessivas etapas de recobrimento necessárias para conferir funcionalidade a estas partículas. Desse modo, há uma necessidade atual para o desenvolvimento de nanopartículas superparamagnéticas com elevada magnetização, baixa toxicidade e maior facilidade de funcionalização da sua superfície com biopolímeros e agentes funcionalizantes. Neste trabalho, nanopartículas superparamagnéticas de cobalto metálico e ferrita de cobalto foram sintetizadas e suas propriedades magnéticas foram comparadas com a magnetita. Nanopartículas de cobalto foram escolhidas, pois seu elevado comportamento ferromagnético é menor apenas que o ferro metálico, além do baixo custo de seus reagentes. As nanopartículas magnéticas foram sintetizadas pelos métodos de microemulsão e decomposição térmica (baseado no método poliol) e suas composições química, estrutural, tamanho e distribuição de tamanho foram devidamente determinadas. Além disso, as nanopartículas de cobalto metálico e ferrita de cobalto foram recobertas com ouro utilizando o método de crescimento mediado por semente. Os sistemas microemulsionados utilizados neste trabalho não foram eficientes nem na síntese de nanopartículas estáveis de cobalto metálico nem no seu esperado controle morfológico. Já o método de decomposição térmica resultou em um rigoroso controle de composição química, estrutural e morfológico para as diferentes nanopartículas sintetizadas. O recobrimento com ouro foi efetivo na proteção do núcleo magnético e adicionalmente conferiu estabilidade, baixa toxicidade e bifuncionalidade às nanopartículas magnéticas através do seu fenômeno de ressonância plasmônica de superfície o qual foi preservado na nanoestrutura core@shell. O comportamento superparamagnético das nanopartículas de cobalto metálico recobertas com ouro e sua elevada magnetização de saturação foram expressivamente intensificadas quando comparadas as nanopartículas de magnetita sem recobrimento. Portanto, as nanopartículas sintetizadas neste trabalho apresentam propriedades de superfície e magnéticas otimizadas demonstrando um bom potencial para aplicações em biomedicina como sensores bifuncionais óptico-magnético. / Superparamagnetic nanoparticles have been extensively studied because its wide range of biomedical applications in both diagnostic and therapy areas. Although different materials are currently investigated, superparamagnetic iron oxides nanoparticles (SPION), magnetite and maghemite, are the most extensively studied for applications in medicine. The lower toxicity profile of the SPION becomes the most attractive than metal or alloys nanoparticles. Nevertheless, iron oxides nanoparticles have low saturation magnetization, which further decreases due to successive coats to provide their functionality, leading the actual demand to develop superparamagnetic nanoparticles with high magnetization, low toxicity and easy surface functionalization with biocompatible agents. In this work, superparamagnetic nanoparticles of metallic cobalt and cobalt ferrite were synthesized and their magnetic properties were compared with the magnetite SPION. Cobalt nanoparticles were chosen because present high ferromagnetic behavior among chemical elements, second only to iron, besides their low cost. The magnetic nanoparticles were synthesized by both microemulsion and thermal decomposition (based on the polyol process) methods and their chemical composition, structure, size and size distribution were properly characterized. In addition, the ferrite and metallic cobalt nanoparticles were coated with gold by using the seed-mediated growth method. The used microemulsion systems were not efficient enough to synthesize stable metallic nanoparticles and to promote the expected morphological control even to ferrites. Instead, the thermal decomposition processes resulted in rigorous control of chemical compositional, structure and morphology in all different prepared samples. Au-coating process was effective to protect the magnetic nuclei also giving additional stability, low toxicity and a bifunctionality to the magnetic nanoparticle since their surface plasmon resonance phenomenon was preserved in the core@shell nanostructure. The superparamagnetic behavior of the Au-coated cobalt nanoparticle was preserved and their saturation magnetization was significantly increased compared with the naked magnetite SPION. In conclusion, the synthesized nanoparticles present enhanced magnetic and surface properties showing good potential to be used in biomedical application as bifunctional optical-magnetic sensor.

A nanociência e a nanotecnologia vêm abrindo inúmeros desenvolvimentos de dispositivos e sistemas em escala nanométrica, com novas organizações moleculares, propriedades e funções distintas. Nesse contexto, as nanopartículas magnéticas poliméricas são compósitos formados por materiais magnéticos com tamanhos de partículas entre 1 e 100 nm combinados com polímeros funcionais. São materiais bem conhecidos e têm sido amplamente estudados devido às suas aplicações em diversas áreas tecnológicas. Nas áreas biológica e médica, as aplicações incluem separação e imobilização de enzimas e proteínas, melhoria nas técnicas de imagem de ressonância magnética para diagnóstico e sistemas de liberação controlada de fármacos. Neste trabalho, proteínas foram imobilizadas na superfície de um biopolímero combinado com partículas superparamagnéticas de magnetita para formar o compósito magnético. Utilizou-se o biopolímero quitosana, reticulada e funcionalizada com glutaraldeído, aplicável em ensaios biológicos. Obtiveram-se 3 tipos de compósitos magnéticos, os quais foram nomeados QM1Glu, QM2NaGlu e QM3Glu. Foram caracterizados por difratometria de raios X, microscopia eletrônica de varredura, magnetometria de amostra vibrante, calorimetria exploratória diferencial, termogravimetria e espectroscopia por infravermelho. Foram avaliados quanto à imobilização das proteínas albumina de soro bovino (SAB), colágeno e tripsina. A imobilização das proteínas no biopolímero ocorreu em 30 min de incubação. O compósito magnético de quitosana não funcionalizada (QM3) também foi avaliado. Para a tripsina verificou-se que QM3 apresentou maior potencial de imobilização do que QM3Glu. Após 30 dias, QM3-Trip e QM3Glu-Trip ainda apresentavam a tripsina ativada. Foram demonstradas a atividade e a cinética enzimática da QM3Glu-trip com o substrato BApNA. / Nanoscience and nanotechnology have opened up numerous developments of devices and systems on the nanometer scale, with new molecular organization, properties and functions. In this context, the polymeric magnetic nanoparticles are composites formed by magnetic materials with a particle size between 1 and 100 nm combined with functional polymers. They are well-known and have been widely studied because of its applications in various technology areas. Applications on the biological and medical areas include separation and immobilization of enzymes and proteins, improved techniques of magnetic resonance imaging and diagnostic systems for controlled drug delivery. In this work, proteins were immobilized on the surface of a biopolymer combined with superparamagnetic particles of magnetite. The biopolymer chitosan was used, cross-linked and functionalized with glutaraldehyde, applicable to the biological assays. Three types of magnetic composites were obtained, which were called QM1Glu, QM2NaGlu and QM3Glu. They were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, vibrating sample magnetometry, differential scanning calorimetry, thermogravimetry and infrared spectroscopy. They were evaluated concerning the immobilization of the proteins bovine serum albumin (BSA), collagen and trypsin. The study showed that the immobilization of proteins on the biopolymer occurred in 30 min of incubation. The magnetic composite of nonfunctionalized chitosan (QM3) was also evaluated. For trypsin, it was found that the immobilization potential of QM3 was higher than that observed for QM3Glu. After 30 days, the trypsin of the QM3-Trip and QM3Glu-Trip was still with activity. The activity and the enzyme kinetics of the QM3Glu-Trip with the substrate BApNA were demonstrated.

A nanociência e a nanotecnologia vêm abrindo inúmeros desenvolvimentos de dispositivos e sistemas em escala nanométrica, com novas organizações moleculares, propriedades e funções distintas. Nesse contexto, as nanopartículas magnéticas poliméricas são compósitos formados por materiais magnéticos com tamanhos de partículas entre 1 e 100 nm combinados com polímeros funcionais. São materiais bem conhecidos e têm sido amplamente estudados devido às suas aplicações em diversas áreas tecnológicas. Nas áreas biológica e médica, as aplicações incluem separação e imobilização de enzimas e proteínas, melhoria nas técnicas de imagem de ressonância magnética para diagnóstico e sistemas de liberação controlada de fármacos. Neste trabalho, proteínas foram imobilizadas na superfície de um biopolímero combinado com partículas superparamagnéticas de magnetita para formar o compósito magnético. Utilizou-se o biopolímero quitosana, reticulada e funcionalizada com glutaraldeído, aplicável em ensaios biológicos. Obtiveram-se 3 tipos de compósitos magnéticos, os quais foram nomeados QM1Glu, QM2NaGlu e QM3Glu. Foram caracterizados por difratometria de raios X, microscopia eletrônica de varredura, magnetometria de amostra vibrante, calorimetria exploratória diferencial, termogravimetria e espectroscopia por infravermelho. Foram avaliados quanto à imobilização das proteínas albumina de soro bovino (SAB), colágeno e tripsina. A imobilização das proteínas no biopolímero ocorreu em 30 min de incubação. O compósito magnético de quitosana não funcionalizada (QM3) também foi avaliado. Para a tripsina verificou-se que QM3 apresentou maior potencial de imobilização do que QM3Glu. Após 30 dias, QM3-Trip e QM3Glu-Trip ainda apresentavam a tripsina ativada. Foram demonstradas a atividade e a cinética enzimática da QM3Glu-trip com o substrato BApNA. / Nanoscience and nanotechnology have opened up numerous developments of devices and systems on the nanometer scale, with new molecular organization, properties and functions. In this context, the polymeric magnetic nanoparticles are composites formed by magnetic materials with a particle size between 1 and 100 nm combined with functional polymers. They are well-known and have been widely studied because of its applications in various technology areas. Applications on the biological and medical areas include separation and immobilization of enzymes and proteins, improved techniques of magnetic resonance imaging and diagnostic systems for controlled drug delivery. In this work, proteins were immobilized on the surface of a biopolymer combined with superparamagnetic particles of magnetite. The biopolymer chitosan was used, cross-linked and functionalized with glutaraldehyde, applicable to the biological assays. Three types of magnetic composites were obtained, which were called QM1Glu, QM2NaGlu and QM3Glu. They were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, vibrating sample magnetometry, differential scanning calorimetry, thermogravimetry and infrared spectroscopy. They were evaluated concerning the immobilization of the proteins bovine serum albumin (BSA), collagen and trypsin. The study showed that the immobilization of proteins on the biopolymer occurred in 30 min of incubation. The magnetic composite of nonfunctionalized chitosan (QM3) was also evaluated. For trypsin, it was found that the immobilization potential of QM3 was higher than that observed for QM3Glu. After 30 days, the trypsin of the QM3-Trip and QM3Glu-Trip was still with activity. The activity and the enzyme kinetics of the QM3Glu-Trip with the substrate BApNA were demonstrated.

O carbono, em suas muitas formas distintas, tem sido largamente empregado como material adsorvente, do tratamento de água à tecnologia industrial em virtude de sua boa performance, baixo custo e compatibilidades biológica e ambiental. Nesta tese foi verificada a associação sinérgica entre carvão ativo e nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro ensejando a exploração entre a capacidade adsortiva e o magnetismo para o desenvolvimento de processos de remoção de contaminantes de meios aquosos e melhorando sua análise por meio de concentração magnética. Para este propósito, nanopartículas magnéticas recobertas com ácidos oleico ou esteárico foram especialmente preparadas e combinadas com carvão ativo em proporções variadas (1, 5, 10, 20, 25, 50 % m/m), seguindo rigoroso controle químico. Os materiais de carbono magnetizáveis mantém suas afinidades química e característica porosa do material precursor com alguma diminuição de sua área superficial, embora exibindo uma forte atração por campos magnéticos externos, permitindo sua fácil concentração e remoção. Estes materiais foram extensivamente caracterizados por técnicas como BET, FTIR, XRD, DLS, SEM, TG/DTA, VSM e SQUID. Por conveniência, o compósito a 10 % de nanopartículas de magnetita foi escolhido como o principal a ser utilizado na maioria das aplicações exibindo ampla área superficial (700 m2.g-1), volume e diâmetro médio de poro (0,487 cc.g-1 e 8,5 nm, respectivamente) e uma magnetização de saturação de 5 emu.g-1, com histerese desprezível à temperatura ambiente. Suas características adsorventes foram exploradas com sucesso na captura de corantes orgânicos (pararosanilina e azul de metileno), nitrobenzeno, bisfenol-A e BTEX (benzeno, tolueno, etilbenzeno e o,m,p-xilenos), bem como para íons de metais pesados como Hg(II), Pb(II) e Ag(I) em solução aquosa. Estudos eletroanalíticos foram feitos explorando o efeito de pré-concentração magnética na superfície do eletrodo após realizar estudos de adsorção envolvendo o levantamento de isotermas afim de investigar parâmetros como capacidade adsortiva e constantes de adsorção. Em todos os casos, um elevado aumento de aumento na sensibilidade foi obtido através do confinamento magnético em relação aos métodos convencionais. Desta forma, o emprego do compósito de carbono com nanopartículas de óxido de ferro superparamagnéticas demonstrou ser uma ferramenta poderosa a ser explorada em Química Analítica e Ambiental. / Carbon in many distinct forms has been widely employed as absorbing material in industrial and water technology because of its good performance, low cost and bio/environmental compatibility. In this doctoral thesis, a synergistic association of activated carbon with superparamagnetic Fe3O4 nanoparticles was carried out, aiming the exploitation of their combined absorption capability and magnetism, for developing new processes of removing contaminants from water and improving their analysis by means of magnetic concentration effect. For this purpose, magnetite nanoparticles coated with stearic or oleic acids were specially prepared and combined with activated carbon, at several proportions (1, 5, 10, 20, 25, 50 % m/m), following a rigorous chemical and analytical control. The magnetized carbon materials kept the original porous characteristics and molecular affinity of the original absorber, with some decrease of the active surface area, but exhibiting a strong attraction by the magnetic field, allowing their easy concentration and removal. Such materials were extensively characterized by BET, FTIR, XRD, DLS, SEM, TG/DTA, VSM and SQUID techniques. For convenience, the carbon material containing 10 % of magnetite was elected as principal, exhibiting a surface area of 700 m2 g-1, average volume and porous diameter of 0,487 cm3 g-1 and 8,5 nm, respectively, and a saturation magnetization of 5 emu g-1, with null hysteresis at room temperature. Its absorbing characteristics were successfully explored for the capture of organic dyes (pararosaniline, and methylene blue), bisphenol-A, and BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene, and o,m,p-xilene), as well as hazardous, heavy metal ions, such as Hg(II), Pb(II) and Ag(I) in aqueous solution. Electroanalytical studies were carried out by exploring the magnetic pre-concentration effect on the electrodes, after performing a detailed adsorption study involving the construction of isotherms, in order to evaluate the equilibrium and mass capacity parameters. In all the cases, a great increase of sensitivity was attained by the magnetic confined method, in relation to the conventional methods. In this way, the use of carbon with superparamagnetic nanoparticles demonstrated a powerful strategy to be explored in environmental and analytical chemistry.

O carbono, em suas muitas formas distintas, tem sido largamente empregado como material adsorvente, do tratamento de água à tecnologia industrial em virtude de sua boa performance, baixo custo e compatibilidades biológica e ambiental. Nesta tese foi verificada a associação sinérgica entre carvão ativo e nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro ensejando a exploração entre a capacidade adsortiva e o magnetismo para o desenvolvimento de processos de remoção de contaminantes de meios aquosos e melhorando sua análise por meio de concentração magnética. Para este propósito, nanopartículas magnéticas recobertas com ácidos oleico ou esteárico foram especialmente preparadas e combinadas com carvão ativo em proporções variadas (1, 5, 10, 20, 25, 50 % m/m), seguindo rigoroso controle químico. Os materiais de carbono magnetizáveis mantém suas afinidades química e característica porosa do material precursor com alguma diminuição de sua área superficial, embora exibindo uma forte atração por campos magnéticos externos, permitindo sua fácil concentração e remoção. Estes materiais foram extensivamente caracterizados por técnicas como BET, FTIR, XRD, DLS, SEM, TG/DTA, VSM e SQUID. Por conveniência, o compósito a 10 % de nanopartículas de magnetita foi escolhido como o principal a ser utilizado na maioria das aplicações exibindo ampla área superficial (700 m2.g-1), volume e diâmetro médio de poro (0,487 cc.g-1 e 8,5 nm, respectivamente) e uma magnetização de saturação de 5 emu.g-1, com histerese desprezível à temperatura ambiente. Suas características adsorventes foram exploradas com sucesso na captura de corantes orgânicos (pararosanilina e azul de metileno), nitrobenzeno, bisfenol-A e BTEX (benzeno, tolueno, etilbenzeno e o,m,p-xilenos), bem como para íons de metais pesados como Hg(II), Pb(II) e Ag(I) em solução aquosa. Estudos eletroanalíticos foram feitos explorando o efeito de pré-concentração magnética na superfície do eletrodo após realizar estudos de adsorção envolvendo o levantamento de isotermas afim de investigar parâmetros como capacidade adsortiva e constantes de adsorção. Em todos os casos, um elevado aumento de aumento na sensibilidade foi obtido através do confinamento magnético em relação aos métodos convencionais. Desta forma, o emprego do compósito de carbono com nanopartículas de óxido de ferro superparamagnéticas demonstrou ser uma ferramenta poderosa a ser explorada em Química Analítica e Ambiental. / Carbon in many distinct forms has been widely employed as absorbing material in industrial and water technology because of its good performance, low cost and bio/environmental compatibility. In this doctoral thesis, a synergistic association of activated carbon with superparamagnetic Fe3O4 nanoparticles was carried out, aiming the exploitation of their combined absorption capability and magnetism, for developing new processes of removing contaminants from water and improving their analysis by means of magnetic concentration effect. For this purpose, magnetite nanoparticles coated with stearic or oleic acids were specially prepared and combined with activated carbon, at several proportions (1, 5, 10, 20, 25, 50 % m/m), following a rigorous chemical and analytical control. The magnetized carbon materials kept the original porous characteristics and molecular affinity of the original absorber, with some decrease of the active surface area, but exhibiting a strong attraction by the magnetic field, allowing their easy concentration and removal. Such materials were extensively characterized by BET, FTIR, XRD, DLS, SEM, TG/DTA, VSM and SQUID techniques. For convenience, the carbon material containing 10 % of magnetite was elected as principal, exhibiting a surface area of 700 m2 g-1, average volume and porous diameter of 0,487 cm3 g-1 and 8,5 nm, respectively, and a saturation magnetization of 5 emu g-1, with null hysteresis at room temperature. Its absorbing characteristics were successfully explored for the capture of organic dyes (pararosaniline, and methylene blue), bisphenol-A, and BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene, and o,m,p-xilene), as well as hazardous, heavy metal ions, such as Hg(II), Pb(II) and Ag(I) in aqueous solution. Electroanalytical studies were carried out by exploring the magnetic pre-concentration effect on the electrodes, after performing a detailed adsorption study involving the construction of isotherms, in order to evaluate the equilibrium and mass capacity parameters. In all the cases, a great increase of sensitivity was attained by the magnetic confined method, in relation to the conventional methods. In this way, the use of carbon with superparamagnetic nanoparticles demonstrated a powerful strategy to be explored in environmental and analytical chemistry.