Os ímãs permanentes de terras-raras desempenham um papel vital na indústria de dispositivos eletromagnéticos. As principais aplicações destes materiais na indústria são na produção de motores para veículos elétricos e híbridos e geradores para turbinas eólicas. Com a restrição chinesa a exportação de terras-raras em 2010, os elevados preços e a necessidade de substituição dos terras-raras pesados (Dy e Tb) nos ímãs permanentes, há um interesse mundial por alternativas. No processamento de ímãs permanentes de terras-raras, a moagem é uma etapa determinante, controlando e homogeneizando a microestrutura final do ímã, aumentando as propriedades magnéticas. O presente trabalho avalia a influência de diferentes tempos de moagem na microestrutura e nas propriedades magnéticas de ímãs permanentes sinterizados. Os ímãs foram preparados via metalurgia do pó, a partir de pós obtidos pelo processo de decrepitação por hidrogênio (HD) feito na liga Strip-Casting de composição (Nd,Pr)13,49Fe77,72B6Co1,1Al1,2Nb0,28Cu0,2. A moagem dos pós foi realizada em meio de ciclohexano em Moinho Planetário de Alta Energia, durante um período entre 30 e 75 minutos, com intervalos regulares de 15 minutos, a uma velocidade fixa de 200 rpm. Os ímãs produzidos foram caracterizados por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS), Difração de Raios-X (DRX), as propriedades magnéticas foram obtidas por meio de Permeâmetro e a textura cristalográfica dos ímãs foi calculada a partir dos difratogramas obtidos. O ímã produzido com 45 minutos de moagem (45-B) apresentou remanência Br = 1,38 T, coercividade intrínseca iHc = 880 KA.m-1, produto de energia máximo BHmáx = 330 KJ.m-1, fator de quadratura SF= 0,95 e grau de alinhamento < cos&theta; > = 0,96. / Rare-earth permanent magnets plays a vital role on the electromagnetic devices industry. The major applications of this material industrially are in the production of motors for electric and hybrid vehicles and magnetic generators for wind turbines. With the Chinese restriction of rare-earth exportations in 2010, the high prices and the need to substitute the heavy rare-earths (Dy,Tb) in the permanent magnets, there is a global interest in alternatives. In the processing of rare earth permanent magnets, the milling process is a determinant step, controlling and homogenizing the microstructure of the magnet, increasing its properties. The present work evaluates the influence of different high energy planetary ball milling times on the microstructure and the magnetic properties of sintered permanent magnets. The magnets were prepared via conventional powder metallurgy route, using powders obtained by the hydrogen decrepitation process (HD) made in the (Nd, Pr)13.49Fe77.72B6Co1,1Al1,2Nb0,28Cu0,2. Strip-Casting alloy. The milling process was carried under ciclohexane medium, using a High Energy Planetary Mill for a period between 30 and 75 minutes, with regular intervals of 15 minutes at a speed of 200 rpm. The magnets were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Dispersive Energy Spectroscopy (EDS), X-ray Diffraction (XRD), and magnetic properties were obtained by Permeameter. The magnet produced with 45 minutes of milling (45-B) presented Br = 1.38 T, intrinsic coercivity iHc = 880 KA.m-1, maximum energy product BHMÁX = 330 KJ.m-1 , squareness factor SF = 0,95 and alignment degree < cos&theta; > = 0,96.

Orientador: Massao Ionashiro / Banca: Adelino Vieira de Godoy Netto / Banca: Éder Tadeu Gomes Cavalheiro / Banca: Maria Inês Gonçalves Leles / Banca: Salvador Claro Neto / Resumo: Foram sintetizados em solução aquosa os compostos [Ln(3-MeO-Bz)3].nH2O, sendo que Ln representa os lantanídeos trivalentes e Y(III) e 3-MeO-Bz representa o 3-metoxibenzoato. Os compostos foram sintetizados por adição estequiométrica do ligante nas respectivas soluções de cloretos ou nitratos de lantanídeos, sob agitação. A precipitação dos compostos foi instantânea e a caracterização foi realizada utilizando-se de métodos convencionais como: difratometria de raios X pelo método do pó, espectroscopia de absorção na região do infravermelho, análise elementar e as técnicas termoanalíticas TG/DTG (termogravimetria / termogravimetria derivada), TG - DTA (termogravimetria e análise térmica diferencial simultânea) e DSC (calorimetria exploratória diferencial). Estas técnicas forneceram informações sobre desidratação, modos de coordenação, comportamento térmico, composição e estrutura dos compostos sintetizados. Com os resultados das curvas TG e da complexometria, pôde-se estabelecer a fórmula geral de cada composto sintetizado. Pela análise dos difratogramas de raios X foi observado que todos os compostos sintetizados são cristalinos sem evidência de isomorfismo. A observação dos espectros na região do infravermelho sugeriram uma coordenação quelante-bidentada do ligante aos respectivos centros metálicos. As curvas TG - DTA e DSC forneceram informações inéditas e importantes sobre o comportamento e a decomposição térmica dos compostos sintetizados. / Abstract: Solid state compounds of the type [Ln(3-MeO-Bz)3].nH2O, where Ln stands for trivalent La to Lu and Y(III) and 3-MeO-Bz is 3-methoxybenzoate, have been synthesized. The solid state compounds were prepared by stoichiometric addition slowly of the ligand solution to the respective metal chloride or nitrate solutions, with continuous stirring. The precipitation of the compounds was instantaneous and the characterization was performed using conventional methods such as: X-ray powder diffraction, infrared spectroscopy, elemental analysis, complexometry, simultaneous thermogravimetry and differential thermal analysis (TG-DTA), derivative thermogravimetry (DTG), differential scanning calorimetry (DSC). These techniques provided information about dehydration, coordination modes, thermal behavior, composition and structure of synthesized compounds. From TG curves and complexometry results, a general formula could be established for these compounds in the solid state. The X-ray powder patterns pointed out that the synthesized compounds have a crystalline structure without evidence concerning to the formation of isomorphous series. The infrared spectroscopy data suggest that 3- methoxybenzoate acts as a chelating bidentate ligand towards the metal ions considered in this work. The TG - DTA and DSC curves provided new and important information concerning the thermal behaviour and thermal decomposition of these compounds. / Doutor

Orientador: José de los Santos Guerra / Resumo: O titanato de bário (BaTiO3, BT) é um material ferroelétrico com diversas aplicações, dentro do mercado de componentes eletrônicos, devido às excelentes propriedades físicas que manifesta, em relação a outros sistemas ferroelétricos, continuando a atrair durante várias décadas o interesse científico e comercial. Dentre o grande número de trabalhos sobre o sistema BT reportados na literatura muitos são associados à vasta gama de aplicações para a indústria eletro-eletrônica, dentre as quais se destacam o uso em dispositivos para capacitores, termistores, entre outros. A dopagem do BaTiO3 com íons doadores implica na mudança de algumas propriedades físicas, que conduzem a comportamentos anómalos em determinados parâmetros físicos, cuja natureza ainda não tem sido muito esclarecida, embora muitos trabalhos tenham se empenhado para tentar justificar tais efeitos. Neste contexto, neste trabalho, as propriedades físicas do sistema BaTiO3 serão investigadas considerando a adição de elementos doadores, nos sítios A e B da estrutura. Em particular, os íons de gadolínio (Gd3+) e nióbio (Nb5+) serão usados como modificadores da estrutura perovskita em substituição dos íons de bário (Ba2+) e titânio (Ti4+) nos sítios A e B, respectivamente, considerando as fórmulas químicas Ba1-xGdxTiO3 e BaTi1-x NbxO3 (sendo x = 0.001, 0.002, 0.003, 0.004 e 0.005). As propriedades estruturais e microestruturais foram investigadas à temperatura ambiente, enquanto as propriedades dielétricas e elétricas f... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Orientador: Sidney Jose Lima Ribeiro / Banca: Younes Messaddeq / Banca: Denis Boudreau / Banca: Cid Bartolomeu de Araujo / Banca: Anna Marie Ritcey / Banca: Mauricio da Silva Baptista / Banca: Rogéria Rocha Gonçalves / Resumo: Na área biomédica, existe uma crescente demanda por nanossistemas multifuncionais para realização de imageamento e terapia simultaneamente, visando um diagnóstico precoce e máximo benefício terapêutico. Nanopartículas para conversão ascendente de energia (UCNPs) vêm sendo propostas como a sonda biológica ideal devido às suas vantagens únicas relacionadas ao fenômeno de upconversion apresentado por materiais contendo íons lantanídeos, isto é, emissão no visível obtida sob excitação no infravermelho, tais como penetração profunda nos tecidos, uma baixa taxa de autofluorescência e um fotodano mínimo. Além disso, as propriedades luminescentes dos íons lantanídeos podem ser usadas para termometria por serem fortemente dependentes da temperatura. A termometria luminescente é uma técnica de não-contato e alta resolução que vem ganhando atenção na nanomedicina uma vez que a temperatura é um parâmetro fundamental para o funcionamento das células. Danos térmicos às células podem ser localmente fotoinduzidos pelo uso de nanoestruturas metálicas iluminadas em sua banda de ressonância plasmônica por causa da sua elevada absortividade. A primeira parte deste trabalho consiste no desenvolvimento de um sistema multifuncional baseado em nanocascas de ouro (AuNSs) decoradas com UCNPs podendo ser utilizadas para aumentar e medir a temperatura em escala nanométrica. Este sistema foi desenvolvido com a finalidade de uma eventual utilização como agente em terapia fototérmica (PTT), na qual a capac... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In the biomedical field, there is an increasing demand for multifunctional nanosystems to perform imaging and therapy simultaneously, aiming at early diagnosis and maximum therapeutic benefit. Upconversion nanoparticles (UCNPs) have been proposed as an ideal bio-probe because of their unique advantages related to the upconversion phenomenon presented by materials containing lanthanide ions, e.g. visible emission obtained under near-infrared (NIR) excitation, such as deep tissue penetration, low autofluorescence background and low photo-damage. Moreover, the luminescent properties of lanthanide ions may be used for thermometry because of a strongly temperature-dependent effect. Luminescence nanothermometry is a noncontact and high-resolution technique that has been gaining attention in nanomedicine since temperature is a fundamental parameter in events that occur in cells. The thermal damage of cells may be locally photoinduced by using metal nanostructures illuminated at their localized surface plasmon resonance (LSPR) band because of the enhancement of light absorption. In this work, a multifunctional system was designed combining gold nanoshells (AuNSs) and UCNPs intended as an optical heater and temperature probe at the nanoscale. This system was studied aiming its application as an agent for photothermal therapy (PTT), guided by the thermometer capacity of UCNPs, which allows to optimize the therapeutic benefits. The synthesis of NaGdF4 UCNPs doped with ions Yb3+:Er3+ was... (Complete abstract click electronic access below) / Résumé: Dans le domaine biomédical, il y a une demande croissante pour les nanosystèmes multifonctionnels pour effectuer simultanément l'imagerie et la thérapie, en visant le diagnostic précoce et apporter du bénéfice thérapeutique maximal. Les nanoparticules à conversion ascendante d'energie (UCNPs) ont été proposés comme une bio-sonde idéale en raison de leurs avantages uniques liés au phénomène d'upconversion présenté par les matériaux contenant des ions lanthanides, c'est-à-dire l'émission visible obtenue sous excitation dans le proche infrarouge (NIR), tels qu'une meilleure pénétration dans les tissus, une bas taux d'autofluorescence et un photo-dommage minimal. De plus, les propriétés luminescentes des ions lanthanides peuvent être utilisées pour la thermométrie en raison de leur forte dépendance sur la température. La thermométrie par luminescence est une technique sans contact et à haute résolution qui a attiré l'attention en nanomédecine puisque la température est un paramètre clé dans le fonctionnement des cellules. Des dommages thermiques aux cellules peuvent être localement photoinduits par l'utilisation de nanostructures métalliques illuminées dans leur bande de résonance plasmon en raison de leur absorptivité élevée. La prémière partie de ce travail implique le développement d'un système multifonctionnel, basé sur des nanocoquilles d'or (AuNSs) décorées avec des UCNPs, pouvant être utilisé pour augmenter et mesurer la température à l'échelle nanométrique. Ce système a é... (Résumé complet accès életronique ci-dessous) / Doutor

O processo tradicional de fabricação de ímãs de terras raras – TR – é a metalurgia do pó convencional. Este processo inclui etapas de preparação da liga, moagem, compactação sob campo e sinterização. Atualmente, ímãs obtidos pelo processo de injeção tem como resultado os ímãs conhecidos como bonded, que são compósitos de resina e ligas magnéticas. O processo de obtenção proposto neste trabalho é a moldagem de pós por injeção – MPI, o que implica novos desafios uma vez que ligas de terras raras são altamente reativas. A obtenção de ímãs de Nd-Fe-B por esse processo fornece a oportunidade de diversificar ainda mais os setores, potencialmente lucrativos, que trabalham com materiais magnéticos. As dificuldades desse processo foram encontradas em cada etapa, desde a mistura da liga com os polímeros à eliminação destes polímeros depois de as peças serem injetadas, essa etapa se tornou crítica dado que está diretamente relacionada às propriedades finais do material. Assim, propuseram-se novos ciclos de extração dos polímeros com solventes orgânicos e degradação térmica. Além disso, modelou-se ferramental para o processo de injeção, uma vez que o material deve ser orientado magneticamente durante a injeção. Finalmente usou-se o MAXWELL 14® (software para análises por elementos finitos para resolução em 3D) para incluir propriedades no banco de dados do software e assim predizer o comportamento do material quando aplicado nas máquinas elétricas de núcleos com de formato complexo. / The typical magnets production process of Rare Earths – RE is the conventional powder metallurgy. This process includes preparation stages of alloys, grind, pressing under field and sintering. Nowadays, magnet obtained by the injection process has as result the magnets known as bonded, that is a resin composite and magnetic alloys. The proposed process to obtainment, in this work, is the Metal Injection Molding- MIM, what involve new challenges once alloys of RE are highly reactive. The magnets obtainment of ND-Fe-B for this process supplies even opportunity of diversifying the sectors, potentially lucrative, that work with magnetic materials. The difficulties of this process were found in each stage, since the alloy mixture with the polymers to the elimination of these polymers after the pieces are injected, this stage became criticizes given it is directly related to final properties of the material. This way if it propose to polymers extraction new cycles with organic solvents and thermal degradation. Moreover, it modeled die for the injection process, once the material should be guided magnetically during the injection. It finally used MAXWELL 14 ® (Software for analyses by finite elements for resolution in 3D) to include properties on the bench of data of the software and thus predict the material behavior when applied in cores of electrical machines with complex shape.

As incertezas nos campos da política, economia e meio ambiente, bem como a rápida evolução social e tecnológica que afetam a humanidade levam a construção de modelos de previsão teóricos cada vez mais complexos. Entre as técnicas mais necessárias encontra-se a de análise de riscos. Dificilmente modelos determinísticos podem atender as necessidades estratégicas e técnicas de governos, organizações não governamentais e empresas. As distintas áreas do conhecimento desenvolveram ferramentas que permitem gerenciar melhor os riscos intrínsecos de suas atividades. São desde planilhas que quantificam consequências e frequência de perder-se algo de valor (risco), até sofisticados modelos de simulação que se baseiam em amostragem aleatórias massivas nas distribuições que melhor representem os fenômenos estudados. Esta dissertação aplica técnicas de análise de riscos a dois casos de interesse das áreas de metalurgia extrativa e tecnologia mineral, que são a avaliação técnico econômica de jazidas de elementos terras raras (ETRs) e a reciclagem de materiais de construção civil e demolição (RC&D). Para o primeiro caso de análise de investimentos, jazidas de terras raras, tentou-se respeitar ao máximo as informações técnicas publicadas pelos detentores dos direitos minerais. Adicionalmente inclui-se o valor agregado por avançar na cadeia produtiva dos ETR, através da análise da fabricação dos imãs permanentes (Um exemplo para um depósito). Via simulações de Monte Carlo foram obtidos os intervalos de valores que as jazidas podem alcançar (valor presente líquido do ativo), suas probabilidades de perda e os montantes máximos e mínimos de lucro ou prejuízo. Fica claro que a minas que tem operação constituída e podem ter os elementos terras raras como subprodutos, irão partir com uma grande vantagem competitiva sobre as que deverão investir pesadamente na abertura de novas minas. Para o segundo caso de análise, a reciclagem de materiais de construção e demolição (RC&D), foram comparados diferentes tamanhos de planta e opções tecnológicas, através do uso de modelagem econômica e de análise de riscos. Como resultado observa-se que as plantas tecnologicamente mais avançadas perdem por pouco em termos de rentabilidade e risco para as convencionais, entretanto o tamanho da planta, como de usual, é a variável que mais influência na rentabilidade e redução de riscos da ventura. / Uncertainties in the fields of politics, economic, environmental and the fast social and technological developments that affect humanity lead to construction of theoretical prevision models increasingly complex. Among the most necessary techniques is the risk analysis. It is difficult for deterministic models to meet the strategic and technical needs of governments, NGOs and companies. Different areas of knowledge-developed tools that enable better manage the risks inherent in its activities. They are from spreadsheets that quantify impact and frequency of getting lost something of value (risk), to sophisticated simulation models based on random sampling in massive distributions that best represent the studied phenomena. This dissertation applies risk analysis techniques to two cases of interest extractive metallurgy and mineral technology areas, which are the economic technical evaluation deposits of rare earth elements (REE) and the recycling of construction and demolition materials. (C&DW). For the first case of investment, analysis for rare earth deposits tried to respect the most of the technical information published by holders of mineral rights. Additionally was included the benefit for advancing the productive chain of the REE, by analyzing the production of permanent magnets (example for one deposit). Via Monte Carlo, simulations was obtained ranges of values that the deposits can reach (asset net present value), its probability of losses and the maximum and minimum amounts of profit or losses. It is clear that a mine currently in operation that will produce ETRs as by-products will have competitive advantage over those who need to invest heavily to open new mines. For the second case analysis recycling construction and demolition materials (C&DW), the options compared for different plant sizes and technological choices, by using economic modeling and risk analysis. As result, it was shown that the technologically most advanced plants lose narrowly in terms of profitability and risk for conventional, size of the plant, as usual, is the variable that most influences venture´s profitabilities and risk reduction.

Este trabalho avalia a afinidade da tecnologia de sensor-based sorting (SBS) assistido com sensor de imagem Charge Couple Device CCD e de Dual Energy-Xray Transmission (DE-XRT) para detectar minérios portadores de elementos de terras raras (ETR). As amostras foram coletadas in situ no depósito de Pitinga/AM-Brasil e enviadas para o LAPROM/UFRGS. Os testes foram realizados sob as mesmas condições operacionais com ambos sensores. As partículas examinadas estão na fração de tamanho entre -10 +5 (cm), limpas e secas antes dos testes. A alimentação para o sorting foi feita manualmente, uma partícula por partícula, garantindo que o sensor capturasse as imagens sob as mesmas condições para cada partícula. Os dados capturados foram processados com software COMEX OSX e CRX, tendo como primeiro estágio a identificação dos melhores parâmetros para a detecção de minérios portadores do mineral de xenotima, rico em elementos de terras raras. A caracterização do material foi realizada por análise química da espectroscopia de massa de plasma acoplado indutivamente (ICP-MS) no Actlabs - Activation Laboratories LTD, além de dados de balanço de massa e cálculos de recuperação. Os resultados mostraram que o sensor óptico reconheceu com sucesso os clastos com características de estéril, porém verificou-se que a detectabilidade efetiva para rochas com mineralização do mineral de xenotima não foi viável. Por outro lado, o sensor DE-XRT mostrou uma forte afinidade de detecção de partículas portadores de elementos leves e pesados de terras raras (ETRL - ETRP) com recuperação mássica acumulada de aproximadamente 15% e recuperação metalúrgica superior a 79% (ETRL) e 89% (ETRP), respectivamente no segundo estágio, e com aproximadamente ~ 66% de recuperação de massa acumulada no terceiro estágio, o teor metalúrgico de ETR leves e pesados foi da ordem de 94% e 96%. Essas recuperações correspondem a um aumento de 514,79 ppm, dos ETRL e 5113,6 ppm dos ETRP, no material investigado representando um upgrade de 10.067,8 ppm nos ETRLe 118.008,3 ppm nos ETRP. Complementarmente foi possível avaliar também que o sensor DE-XRT permite detectar os clastos portadores de ETR sem presença de minérios polimetálicos e deletérios, ficando estes dois últimos associados, considerando a possibilidade de separação empregada usando o sensor de DE-XRT. / This work evaluates the affinity of optical and dual energy x-ray transmission (DE-XRT) sensors to the detection of rare earth element (REE) bearing ores. The samples were collected in situ at the Pitinga/AM-Brazil mine and sent to LAPROM/UFRGS for study. The tests were carried out under the same operating conditions to both sensors. The particles examined were in the size fraction -10 +5 (cm) and were cleaned and dried prior to scanning. The feeding to the sorter was done manually, one particle at a time, ensuring that the sensor captured the images under the same conditions for each particle. The captured data were processed using Comex OSX and CRX software, the first priority being the identification of the best parameters for detecting xenotime mineral, which are rich in rare earth elements. The characterization of the material was performed by chemical analysis of inductively coupled plasma mass spectroscopy (ICP-MS) in the laboratory Actlabs - Activation Laboratories Ltd and mass balance data and recovery calculations. The results showed that the optical sensor successfully recognized the waste particle, but it lacked the capacity to detect rocks of mineralization of xenotime mineral. On the other hand, the DE-XRT sensor showed a strong particle detection capacity for both light and heavy Rare Earth Elements (LREE, HREE) with accumulated mass recovery of approximately 15% and metallurgical recovery higher than 79% (LREE) and 89% (HREE), respectively in the second stage, and ~66% accumulated mass recovery in the third stage with metallurgical content of light and heavy REE in the order of 94% and 96%. In addition, it was also possible to evaluate that the DE-XRT sensor allows the detection of ETR-bearing clasts without the presence of polymetallic and deleterious ores, the latter being associated considering the possibility of separation using the DE-XRT sensor.

This thesis studies the magnetoelastic, transport and magnetic properties of single crystals of yttrium and scandium dopped with rare earth magnetic impurities. From our measurements of magnetostriction on dilute alloys we derive the magnetoelastic coefficients of the interaction between isolated ions and lattice strains. Our magnetoresistance measurements give the exchange and quadrupole coefficients of the interaction of isolated ions with the conduction electrons. The aim of our magnetic measurements is mainly to study the spin glass properties at low temperatures. The yttrium-rare earth and scandiumorare earth dilute alloys are interesting systems to probe the typical properties predicted by mean field theory for spin glasses with uniaxial crystal field.

?rea de concentra??o: Produtos e coprodutos. / Submitted by Jos? Henrique Henrique (jose.neves@ufvjm.edu.br) on 2018-06-22T19:43:47Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) barbara_goncalves_rocha.pdf: 2671242 bytes, checksum: 17dfa18bc6c5622c294695227a582c58 (MD5) / Approved for entry into archive by Rodrigo Martins Cruz (rodrigo.cruz@ufvjm.edu.br) on 2018-07-18T12:29:56Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) barbara_goncalves_rocha.pdf: 2671242 bytes, checksum: 17dfa18bc6c5622c294695227a582c58 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-18T12:29:56Z (GMT). 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Por representarem alternativas potencialmente mais sustent?veis, dos pontos de vistas econ?micos e ambientais, o presente trabalho foi dedicado a avaliar a efici?ncia qu?mica de catalisadores heterog?neos baseados em materiais de min?rios: (i) de ni?bio, enriquecido em Nb2O5 (Geo.Nb2O5); (ii) de areia monaz?tica (Geo.Mona), uma fonte mineral de terras raras, e (iii) de rejeitos de minera??o de fosfato, ricos em magnetita (Geo.Mag.CMT e Geo.Mag.CMA). Os materiais minerais foram preparados em mistura com componentes ?cidos (H2SO4; HCl ou HF) ou b?sicos (KOH; , KBr, NaOH; CaO; KI; KF ou KCl). As rea??es de transesterifica??o foram conduzidas sob refluxo, com ?leo de soja comercial e metanol, sob a??o dos catalisadores s?lidos. A raz?o molar padr?o ?leo:metanol foi de 1:100, com 10% de catalisador em rela??o ao ?leo, a 60 ?C. Dos testes realizados com os materiais preparados com CaO sint?tico comercial, nas mesmas condi??es, a mistura calcinada a 800 ?C por 4 h rendeu ?steres met?licos sempre acima de 99%; o menor tempo de rea??o (2 h, para completar a transesterifica??o) foi conseguido com o catalisador baseado na Geo.Mona, em rela??o ao Geo.Nb2O5 (5 h), ao Geo.Mag.CMT (3 h) e o Geo.Mag.CMA tamb?m (2 h). Analisou-se o reuso consecutivo do catalisador. Ap?s cada rea??o, o catalisador s?lido era lavado com metanol e seco a 100 oC. O melhor resultado foi obtido com o rejeito magn?tico com CaO calcinados a 200 ?C por 4 h, para o que se conseguiu at? 8 rea??es consecutivas. Nas impregna??es com ?cidos e bases, os melhores resultados foram com a mistura Geo.Nb2O5 e KOH calcinada a 600 ?C, para a qual conseguiu 8 rea??es consecutivas, com rendimento qu?mico em ?steres met?licos de praticamente 100% e tempo reacional de 10 min, no primeiro uso. O efeito catal?tico sin?rgico mais significativo foi conseguido com o catalisador baseado em cada um dos tr?s materiais avaliados em mistura com CaO: nenhum efeito catal?tico significativo na rea??o de transesterifica??o de triacilglcier?is do ?leo foi observado apenas com o material mineral puro calcinado. O CaO puro como catalisador, tamb?m calcinado e usado em rea??o, levou a rendimentos qu?micos pouco acima de 80%. A mistura individual do material mineral com CaO, nas mesmas condi??es de prepara??o anteriores, levaram a rendimentos qu?micos de efetivamente 100%. Os presentes resultados revelam a excepcional potencialidade, dos pontos de vista qu?mico, econ?mico e ambiental, dos catalisadores mistos, dos materiais minerais com CaO, ora avaliados, nos processos de produ??o industrial de biodiesel. / Tese (Doutorado) ? Programa de P?s-gradua??o em Biocombust?veis, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, 2017. / The diversification of the energy matrix has been drawing special attention to biofuels, especially bioethanol and biodiesel, mainly for economic and environmental reasons and national energy policies. In industry, biodiesel (esters of fatty acids with a short-chain alcohols) is most commonly produced by the transesterification of triacylglycerols in vegetable oils or animal fats with methanol or ethanol using homogeneous catalysis with a base (KOH or NaOH). The present work was devoted to the evaluation of the chemical efficiency of heterogeneous catalysts based on mineral materials: (i) niobium, enriched in Nb2O5 (Geo.Nb2O5); (ii) monazite sand (Geo.Mona), a mineral source of rare earths, and (iii) phosphate mining tailings, rich in magnetite (Geo.Mag.CMT e Geo.Mag.CMA). The mineral materials were prepared in admixture with acidic (H2SO4, HCl or HF) or basic (KOH, KBr, NaOH, CaO, KI, KF or KCl) components. The transesterification reactions were conducted under reflux with commercial soybean oil and methanol in the presence of the solid catalysts. The standard molar ratio of oil:methanol was 1:100, using 10% catalyst relatively to the quantity of oil, at 60 ?C. According to the tests performed with the materials prepared with commercial synthetic CaO under the same conditions, the yield of methyl esters with the mixture calcined at 800 ?C for 4 h was always greater than 99%. The shortest reaction time (2 h to complete the transesterification) was achieved with the Geo.Mona catalyst; the reaction times with Geo.Nb2O5 (5 h), the Geo.Mag.CMT (3 h) and the Geo.Mag.CMA also (2 h) were longer. The consecutive reuse of the catalyst was also verified. After each reaction, the solid catalyst was washed with methanol and dried at 100 ?C. The best result was obtained with the magnetic waste with CaO calcined at 200 ?C for 4 h, with which up to eight consecutive reactions were achieved. On impregnating with acids or bases, the best results are obtained with the Geo.Nb2O5 and KOH mixture calcined at 600 ?C, with which eight consecutive reactions were completed. Virtually 100% yields of methyl esters were obtained in a reaction time of 10 min in the first use. The most significant synergistic catalytic effect was achieved with each of the three minerals mixed with CaO. No significant catalytic effect on the transesterification reaction of triacylglycerols in the oil was observed with the pure calcined minerals. When the calcined CaO is used alone as catalyst, the reaction yielded just over 80%. For the mixture of the individual minerals with CaO under the same preparation conditions described above, the transesterification reaction led to virtually 100% yields. The present results reveal an outstanding potential regarding the chemical, economic and environmental aspects of the mixed catalysts (the mineral material with CaO) for chemical processes leading to the industrial production of biodiesel.

Since it was discovery in 1992 by researchers at Mobil Oil Corporation, which mesoporous molecular sieves MCM-41 type has aroused great interest in the scientific community because their main properties, high surface area (700-1500 m2g-1), uniform size distribution pores and high capacity ion exchange, where the presence of exchange sites allows functionalize the surface of these materials for specific applications. In this work mesoporous molecular sieve MCM-41 modified with rare earth elements, for example: cerium, lanthanum and praseodymium and the aluminum metal were synthesized direct via by non-hydrothermal method. The insertion of metal in MCM-41 structure aimed to generate acid sites on the sample surface to be applied in the reaction of oleic acid esterification model in order to obtain biodiesel. The synthesized samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), thermogravimetry (TG/DTG), infrared spectroscopy (FTIR), nitrogen adsorption, determination of surface acidity and scanning electron microscopy (SEM). The results show that the incorporation of metals in the MCM-41 structure is possible, but the inclusion of rare earth elements is a difficult process, forming mesoporous materials with lower degree of organization. All the synthesized catalysts were evaluated their catalytic activity in the esterification reaction of oleic acid with methanol. The conversion of methyl oleate was determined by titration by the acidity index of the reaction medium. All catalysts showed activity, but the best performers were 40AlMCM-41 and LaMCM-41 with 47.6 and 36.5% conversion to methyl oleate, respectively. These were then evaluated for their catalytic activities greater detail, by varying the reaction time (2, 3, and 4 h), reaction temperature (130, 165 and 200 °C) and molar ratio oleic acid/methanol (1:8, 1:14 and 1:20). The reaction conditions which optimize conversion to methyl oleate, within the range studied, are T = 200 °C, AO/MeOH = 1:8 and t = 3 h, reaching 91.1 and 81.3% conversion for catalysts LaMCM-41 and 40AlMCM-41, respectively, under the conditions: t = 2 h, T = 200 °C, AO / MeOH = 1:8 and 5% catalyst. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Desde sua descoberta em 1992 pelos pesquisadores da Mobil Oil Corporation, peneiras moleculares mesoporosas do tipo MCM-41 tem despertado grande interesse no meio científico devido suas principais propriedades, elevada área superficial (700 – 1500 m2g-1), distribuição uniforme de tamanho de poros e elevada capacidade de troca iônica, onde a presença de sítios de troca permite funcionalizar a superfície destes materiais para aplicações especificas. Nesse trabalho peneiras moleculares mesoporosas MCM-41 modificadas com os elementos terras raras cério, lantânio e praseodímio e com o metal alumínio foram sintetizados via direta pelo método não-hidrotérmico. A inserção dos metais na estrutura da MCM-41 teve o objetivo de gerar sítios ácidos na superfície das amostras para serem aplicados na reação modelo de esterificação do ácido oleico visando à obtenção de biodiesel. As amostras sintetizadas foram caracterizadas por difração de raios X (DRX), termogravimetria (TG/DTG), espectroscopia no infravermelho (FTIR), adsorção de nitrogênio, determinação da acidez superficial e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados mostram que a incorporação dos metais na estrutura da MCM-41 é possível. Porém a inserção dos elementos terras raras é um processo difícil, formando materiais mesoporosos com menor grau de organização. Todos os catalisadores sintetizados tiveram suas atividades catalíticas avaliadas na reação de esterificação do ácido oleico com metanol. A conversão do ácido oleico foi determinada por titulometria, através do índice de acidez do meio reacional. Todos os catalisadores se mostraram ativos, porém os que apresentaram melhor desempenho foram 40AlMCM-41 e LaMCM-41 com 47,6 e 36,5 % de conversão do ácido oleico, respectivamente. Estes então tiveram suas atividades catalíticas avaliadas em maior detalhe, variando-se o tempo reacional (2, 3 e 4 h), temperatura de reação (130, 165 e 200 ºC) e razão molar ácido oleico/metanol (1:8, 1:14 e 1:20), alcançando 91,1 e 81,3 % de conversão para os catalisadores LaMCM-41 e 40AlMCM-41, respectivamente, nas condições: t = 2 h, T = 200 ºC, AO/MeOH = 1:8 e 5 % de catalisador.