Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work we present a computational study of the properties of water transport across membranes formed of carbon nanotubes (CNT) armchair with different diameters, when subjected to pressure gradients 80-400 MPa. This study was made through the implementation of the method of molecular dynamics code NAMD. The model adopted for our simulation consists of a unit cell containing water molecules that will cross through the reverse osmosis process, 9 carbon nanotubes 20Å in length, using the periodic boundary conditions. The results show a quadratic dependence of the flow on the diameter of the nanotubes. CNT in smaller diameters, the dependence of the flow on the pressure applied is small. This behavior differs for larger diameter nanotubes, where the flow increases linearly with pressure. When analyzing the mean square displacement (MSD) as a function of the diameter of the CNT, we found the occurrence of a regime of ballistic diffusion for all cases. The effect of CNT on the diameter of MSD for the same pressure gradient indicates differences between the coefficients of diffusion of the bulk water and CNT. We found evidence of the occurrence of a non-Fickian transport for this condition of confinement. The analysis flow of water molecules suggests that the CNT membranes can apparently be competitive systems with existing techniques and used on the market for water purification. / Neste trabalho apresentamos um estudo computacional das propriedades de transporte da água através de membranas formadas por nanotubos de carbono (NC) armchair de diferentes diâmetros, quando submetidos a gradientes de pressão de 80 a 400 MPa. A realização deste estudo se deu através da implementação do método de Dinâmica Molecular ao código NAMD. O modelo adotado para a nossa simulação consta de uma célula unitária contendo moléculas de água que irão atravessar, através do processo de osmose reversa, 9 nanotubos de carbono de 20Å de comprimento, valendo-se das condições periódicas de contorno. Os resultados obtidos demonstram uma dependência quadrática do fluxo com o diâmetro dos nanotubos. Em NC de diâmetros menores, a dependência do fluxo com a pressão aplicada é pequena. Este comportamento difere para nanotubos de diâmetros maiores, onde o fluxo aumenta linearmente com a pressão. Quando analisado o deslocamento quadrático médio (MSD) como função do diâmetro dos NC, verificamos a ocorrência de um regime de difusão balístico para todos os casos. O efeito do diâmetro dos NC sobre o MSD, para um mesmo gradiente de pressão, indica diferenças entre os coeficientes de difusão da água bulk e NC. Foram encontradas evidências de ocorrência de um transporte não Fickiano para esta condição de confinamento. A análise da vazão das moléculas de água sugere que as membranas de NC podem, aparentemente, ser sistemas competitivos com as técnicas já existentes e utilizadas no mercado para purificação de água.

Um método baseado na extração de rRNA, seguido de RT-PCR rRNA 16S, clonagem e ARDRA foi otimizado e validado para a identificação das bactérias ativas em biofilmes. O método foi analisado primeiro com consórcios artificiais de três organismos. As etapas de clonagem e RT não causaram variações importantes na composição destes consórcios, do contrário da etapa de PCR, onde foi necessária a redução de 30 para 10 ciclos para limitar a distorção da proporção de templates. A análise de biofilmes reais indicou que clones dominantes podem ser identificados com o critério de ocorrência de >2% na biblioteca, mas que a reprodutibilidade de análises ainda é insatisfatória, possivelmente devido a fatores como a micro heterogeneidade espacial do biofilme, viés na reação de PCR e formação de mais de um clone de ARDRA por organismo. O armazenamento do biofilme a -20 °C por 2 meses não levou à alterações expressivas em sua composição. O perfil de clones detectado com o kit (Mo Bio) de extração de RNA foi muito diferente do perfil detectado com o método otimizado neste trabalho. / A method based on extraction of rRNA, followed by RT-PCR of 16S rRNA, cloning and ARDRA was optimized and validated for identification of bacteria active in biofilms. The method was first tested with artificial three-membered consortia. Cloning and RT did not lead to significant changes in the composition of the artificial consortia, but a reduction in cycle number in the PCR reaction from 30 to 10 was necessary for limiting the distortion in the proportion of amplicons relative to that of the templates. Analysis of real biofilms revealed that clones from active organisms occurred in frequencies >2% in the clone library, but reproducibility of analysis was unsatisfactory, probably due to factors such as the spatial heterogeneity of colonization of biofilms by microbes, PCR bias and more than one ARDRA clone per organism. Storage of biofilm samples at -20 °C for 2 months did not lead to important changes in composition. Very different clone profiles were obtained in the analysis of the same biofilm sample with the optimized method and with a kit (Mo Bio) for extraction of RNA.

Submitted by Eunice Novais (enovais@uepg.br) on 2018-06-26T19:10:46Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Ana Carolina M. Rodrigues.pdf: 2130324 bytes, checksum: 0340ff571493224c3f33ecd693bb1e77 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-26T19:10:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Ana Carolina M. Rodrigues.pdf: 2130324 bytes, checksum: 0340ff571493224c3f33ecd693bb1e77 (MD5) Previous issue date: 2018-04-12 / Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná / A má distribuição de água doce no mundo, o crescimento populacional acentuado, as mudanças climáticas e as consequências das ações antropológicas traz a necessidade da busca de fontes alternativas para suprir a demanda de água aos seres humanos, animais e plantas. A abundância de água salgada ou salobra é muitas vezes, a única fonte de água disponível para sobrevivência de algumas comunidades no planeta, isso tem impulsionado o uso de técnicas de dessalinização. Com o objetivo de estudar alternativas para adaptações climáticas, antecipar tendências e problemas hídricos futuros foi implantado um sistema de dessalinização de água salobra, em escala piloto, nas dependências da Estação de Tratamento de Água (ETA) da Sanepar, em Praia de Leste, no município de Pontal do Paraná no litoral do estado. O sistema piloto foi provido de ultrafiltração (UF) como pré-tratamento seguido de abrandamento e da dessalinização por osmose reversa (OR). Com capacidade para produzir 1 m3.h-1 de água tratada. A água salobra foi padronizada nas concentrações de 1000 ± 50 mg.L-1 e 1500 ± 20 mg.L-1 de sólidos dissolvidos totais (SDT), por meio da mistura da água do mar e da água bruta do Rio das Pombas, manancial que abastece o balneário. Avaliou-se o sistema global a partir de dados de produção e consumo de água, balanço de massa e das taxas de recuperação para configurações diferentes do sistema de OR. Para isso, foram realizados quatro experimentos, variando a configuração de abertura do registro do concentrado da OR: o primeiro com abertura de 72,71% de concentrado (A); o segundo 59,20 % (B); o terceiro 39,70% (C), estes com 1500 ± 20 mg.L-1 de SDT; o quarto experimento foi realizado para 1000 ± 50 mg.L-1 de SDT com abertura de 32,90% de concentrado (D). Aproximadamente 15% do volume de alimentação era utilizado na limpeza hidráulica das membranas da UF e da OR. Quanto maiores as vazões do concentrado da OR, maior a vazão de alimentação, e consequentemente, menor a taxa de recuperação e pressão osmótica. A maior taxa de recuperação obtida foi de 69,13% para o experimento D, sendo considerada a configuração mais otimizada. / With the unequal distribution of fresh water in the world, strong population growth, climate change and the consequences of anthropological actions it is necessary to look for alternative sources to supply the water demand for human beings, animals and plants. Salt water or brackish water has been the only source of water available for survival in some communities on the planet. This issue has driven the use of desalination techniques. With the objective of studying alternatives for climate adaptation, anticipating of trends and problems and water problems, a brackish water desalination system in pilot scale was implemented on the premises of the Water Treatment Plant Station, in Praia de Leste, in the Pontal do Paraná City, coast of the State. The pilot system was provided with ultrafiltration (UF) as a pretreatment followed by softening and reverse osmosis (RO), with the capacity to produce 1m3.h-1 of permeate. Brackish water was produced at concentrations of 1,000 ± 50 mg.L-1 and 1,500 ± 20 mg.L-1 of total dissolved solids (TDS), by mixing sea water and fresh water from the Pombas River, which supplies the town. The global system was evaluated from production and water consumption data, mass balance and recovery rates for different configurations of the reverse osmosis system. For this, four experiments were performed, varying the configuration of the valve which controls the flow of the brine: the first one with 72.71% (A); the second with 59.20%(B); the third with 39.70% (C), these with 1,500 ± 20 mg.L-1 of TDS; the fourth experiment was also performed for 1,000 ± 50 mg.L-1 of TDS with 32.90% of the brine (D). About 15% of volume of water produced was used in the hydraulic cleaning of the UF and RO membranes. When the flow rates of the concentrate were higher, the feed rates were also higher and consequently, the recovery rates and osmotic pressure were lower. The highest recovery rate was 69.13% for the experiment D, being considered the most optimized configuration.

Submitted by Marcia Silva (marcia@latec.uff.br) on 2015-10-29T16:05:33Z No. of bitstreams: 1 Dissert Jefferson Fernandes do Amaral Silva.pdf: 25102387 bytes, checksum: edad0b0e6d5f6991523db2537c6c1061 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-29T16:05:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissert Jefferson Fernandes do Amaral Silva.pdf: 25102387 bytes, checksum: edad0b0e6d5f6991523db2537c6c1061 (MD5) Previous issue date: 2015-03-20 / A água é vital para os seres humanos. Projeções sobre o futuro indicam que o atual cenário de escassez de recursos hídricos pode se agravar e provocar consequências dramáticas para a própria sobrevivência da humanidade. O Brasil, que possui a maior fonte renovável de água doce do mundo, apresenta regiões de elevada escassez hídrica, como é o caso do semiárido e das regiões metropolitanas das grandes cidades. Esta pesquisa refere-se a um estudo sobre o panorama global da distribuição e uso de água doce e uma análise de custos da utilização de um sistema de dessalinização da água do mar por osmose reversa alimentada com energia gerada por painéis fotovoltaicos, por um motor gerador a biodiesel e pela rede elétrica, em uma organização com acesso à água do mar da Baía de Guanabara. Foram analisados os principais documentos publicados pela Organização das Nações Unidas e pelos órgãos no Brasil responsáveis pelo gerenciamento dos recursos hídricos e realizada uma vasta revisão bibliográfica para identificar os modelos utilizados para avaliação econômica de plantas de osmose reversa alimentadas por energia elétrica de fontes renováveis de energia, solar e biodiesel, e da própria rede elétrica. A análise econômica, focada no levantamento de custos, utilizou a combinação de taxas de juros nominais ao ano, 5%, 10% e 15%, com períodos de vida útil de 10, 15 e 20 anos. Os custos de produção de água doce obtidos variaram entre R$ 6,22/m3 a R$ 7,71/m3 para a configuração do dessalinizador de osmose reversa alimentado com energia da rede elétrica (Rede-OR), entre R$ 12,47/m3 e 25,67/m3 para a configuração do dessalinizador de osmose reversa alimentado com a energia elétrica gerada pelos painéis fotovoltaicos (FV-OR), e entre R$ 16,79/m3 e 18,51/m3 para a configuração do dessalinizador alimentado com energia elétrica gerada pelo motor gerador movido a biodiesel (Biodiesel-OR). Os resultados apresentaram valores competitivos e indicam que organizações com fácil acesso à água do mar e que possuem demandas elevadas de água, com custos também expressivos, devem investigar a produção autônoma de água doce por meio da dessalinização por osmose reversa, combinadas com energias renováveis, caso disponíveis / Water is vital for human beings. Projections on the future indicate that the current scenario of scarcity of freshwater resources may worsen and cause dramatic consequences for the mankind survival. Although it has the largest renewable source of freshwater in the world, Brazil presents high freshwater scarcity regions, like semi-arid and the metropolitan areas of major cities. This research aim to study about the global picture of the distribution and use of freshwater and to analyze the costs of the use of a system of seawater desalination by reverse osmosis powered by energy generated from photovoltaic panels, biodiesel stationary engine and power grids, in an organization with access to seawater of Guanabara Bay. Publications of United Nations and Brazil were analyzed about the conditions of freshwater resources and extensive literature to identify the models used to carry out the economic evaluation of reverse osmosis plants powered by electricity from renewable energy sources, solar and biodiesel, and the electrical power grid. The economic analysis, focused on cost survey, used a combination of nominal interest rates per annum 5%, 10% and 15%, with useful life of 10, 15 and 20 years. Freshwater production costs obtained ranged from BRL$ 6.22/m3 to BRL$ 7.71/m3 for the configuration with reverse osmosis desalination unit powered by energy from the electric power grid (Grid-RO), from BRL$ 12.47/m3 to BRL$ 25.67/m3 for the configuration with reverse osmosis desalination unit powered by electricity generated from the photovoltaic panels (PV-OR), and from BRL$ 16.79/m3 to BRL$ 18.51/m3 for the configuration with reverse osmosis desalination unit powered by electricity generated from the biodiesel stationary engine (Biodiesel-RO). The results showed competitive values and indicate that organizations with easy access to seawater and have high water demands, with also significant costs, should investigate the autonomous production of fresh water through desalination by reverse osmosis, combined with renewable energies, if available

[pt] A escassez de recursos de água doce está ameaçando nossa sociedade. A urbanização, a industrialização, o crescimento populacional e as alterações climáticas estão a representar um grande desafio para a segurança dos recursos hídricos humanos. Com base nessa situação crítica, os cientistas estão prestando cada vez mais atenção à dessalinização. Os métodos tradicionais de dessalinização empregam o processo de destilação. Esses métodos desempenham um papel importante no serviço de abastecimento de água em alguns locais carentes de água. No entanto, devido ao alto consumo de energia desses métodos, o preço da água produzida é elevado. Portanto, desenvolver novas tecnologias de dessalinização com baixo consumo de energia é de grande interesse e uma delas tem atraído a atenção dos pesquisadores, que é a osmose reversa (OR). O RO utiliza a membrana semipermeável como filtro, o que permite que a água ou moléculas relativamente pequenas passem por si mesmas, mas impede que as grandes moléculas ou íons penetrem. Esta tecnologia reduziu significativamente o consumo de energia em comparação com os métodos de destilação e rapidamente ocupa mais de 60 por cento da capacidade total de dessalinização instalada. O desempenho da tecnologia RO depende fortemente do material das membranas desempenha um papel importante. Nas últimas décadas, polímeros, por exemplo, poliamida e acetato de celulose, dominaram a indústria de RO de membrana semipermeável por sua boa eficiência de rejeição de sal e baixo custo de consumo de energia. No entanto, mesmo com as vantagens das membranas poliméricas, o custo final da água produzida ainda é alto. É por isso que os recursos de água doce ainda continuam sendo a preocupação. Desde a primeira vez que o grafeno foi produzido a partir do grafite, chamou a atenção de pesquisadores em todo o mundo por sua estrutura 2D ultrafina, excelente condutividade e transparência etc. Logo depois, o grafeno e seus derivados, como óxido de grafeno e óxido de grafeno reduzido, exibem potencial na dessalinização devido à sua estrutura 2D fina e expansibilidade. Este trabalho explora a possibilidade de aplicação de derivados de grafeno em um processo de dessalinização relativamente prático. No prsente projeto foram produzidos tanto GO (pelo método de Hammer) e RGO (a partir de aquecimento em atmosfera inerte) e de membranas a partir de acetato de celulose com GO e RGO. Ensaios de dessalinação também foram realizados para amostras produzidas variando de modo sistemático diferentes parâmetros de síntese de GO e RGO e de fabricação das membranas de acetato de celulose. / [en] Fresh-water resource scarcity is threatening our society. Urbanization, industrialization, population growth and climate change are making big challenge to human s water resource security. Based on this critical situation, scientists are paying more and more attention to desalination. Traditional desalination methods employ distillation process. These methods play an important role in water supply service in some water-lacked places. However, due to high energy consumption of these methods, the price of produced water is very high. Therefore, developing new desalination technologies with low energy consumption is of high interest and one of them has attracted researchers attention, which is reverse osmosis (RO).(1) RO utilizes the semi-permeable membrane as a filter, which allows the water or relatively small molecules pass through itself, but prevents the large molecules or ions from penetrate. This technology significantly reduced the energy consumption compared to the distillation methods and quickly takes more than 60 percent of the total installed desalination capacity.(2) The performance of RO technology strongly depends on the material of membranes plays an important role. In the past decades, polymers, for instance polyamide and cellulose acetate, dominate the semi-permeable membrane RO industry for their good salt rejection efficiency and low cost of energy consumption. However, even with the advantages of polymer membranes, the final cost of produced water is still high. That s why fresh-water resource still remain the concern. Since the first time that graphene was produced from graphite, it caught researcher’s attention all over the world for its ultra-thin 2D structure, excellent conductivity and transparency, etc. Soon after, graphene and its derivatives, such as graphene oxide and reduced graphene oxide, exhibit potential in desalination due to their thin 2D structure and expandability.(3) This work explores the possibility of application of graphene derivatives in a relatively practical desalination process. In the present project, GO (by the Hammer method), RGO (from heating in air atmosphere) and cellulose acetate membranes with GO and RGO were produced. Desalination tests were also performed for samples produced by systematically varying different parameters of GO, RGO and fabrication of cellulose acetate membranes.