[pt] No presente trabalho foi investigada a microfabricação de reatores fotocatalíticos de polidimetilsiloxano (PDMS) para o estudo comparativo de aumento de escala entre micro- e mesorreatores, e lignocelulósicos de bambu para reação de cicloadição alcino-azida catalisada por cobre(I) (CuAAC) em fluxo contínuo. Nesse cenário, foi desenvolvida uma configuração experimental de scale-up e numbering-up de sistemas meso- e microfluídicos fotocatalíticos, respectivamente, para comparar a eficiência de fotodegradação de TiO2/P25 em rodamina B (RB) e azul de metileno (em inglês, Methylene Blue, MB) sob irradiação UV. Os resultados obtidos sugerem que o aumento do volume (scale-up) reduz os valores de D(por cento), enquanto que numbering-up mantém a eficiência fotocatalítica com redução significativa do tempo de reação. M6-60 (micro)L apresentou melhor desempenho entre os dispositivos, com degradação total do MB (1,2 x 10-5 mol L-1) em apenas 1h, e foto-oxidação total de fenol (1,2 x 10-4 mol L-1) em 4h. Além disto, M6-60 (micro)L apresentou menor consumo de energia elétrica por ordem (0,012 kWh m-3) e maior rendimento quântico (2,6 x 10-2) em comparação com os outros dispositivos. O desenvolvimento de suportes sólidos lignocelulósicos apresentou importantes características para os processos de funcionalização de TEMPO-TAL com íons Cu(II) e Zn(II) e CuNPs. Os suportes foram devidamente caracterizados por MEV/EDS e FT-IR. Os resultados para a reação de CuAAC mostraram rendimentos de 79-82 por cento com reciclabilidade de até 7 vezes e lixiviação média de cobre de 1,30 ppm, e foram importantes para o desenvolvimento do microrreator de bambu. A microfabricação do microrreator lignocelulósicos de bambu (L(micro)R) foi realizada a partir de etapas de cortes, sem utilização de técnicas caras e sala limpa. L(micro)R mostrou fácil prototipagem e rápida oxidação com N-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidina (TEMPO) e funcionalização com íons cobre (Cu-L(micro)R) e nanopartículas de cobre (CuNPs-L(micro)R). O desempenho de CuAAC em fluxo contínuo do Cu-L(micro)R foi demonstrado através da realização de estudos de reciclabilidade e rendimentos em diferentes taxas de fluxo (0,1 a 0,8 mL min-1). Cu-L(micro)R apresentou rendimentos de 60 por cento a 96 por cento para 5 tipos de reações CuAAC, indicando promissora aplicação na área de catálise em dispositivos microfluídicos. Todas as reações foram realizadas em regime de fluxo com MeOH:H2O (2:1) e lixiviação de cobre inferior a 6,0 ppm, produzindo uma série de 5 derivados de 1,2,3-triazol 1,4-dissubstituídos com boa eficiência em um ambiente com poucos recursos. CuNPs-L(micro)R apresentou limitação para realização de CuAAC por não alcançar as condições ideais de aquecimento, exigidas para ocorrência da reação. / [en] The present work had two main objectives. The first refers to the development of polydimethylsiloxane photocatalytic microreactors (PDMS) for the comparative scale-up study between micro- and mesoreactors. The second focused on the development of bamboo lignocellulosic microreactors for copper(I) catalyzed alkine-azide cycloaddition reaction (CuAAC). In this scenario, an experimental scale-up and numbering-up configuration of photocatalytic meso- and microfluidic systems were developed, to compare, respectively, the photodegradation efficiency of TiO2-P25 in rhodamine B (RB) and methylene blue (MB) under UV irradiation. The obtained results suggest that the scale-up reduces the values of D (percent), while numbering-up maintains the photocatalytic efficiency with a significant reaction time reduction. The best photocatalytic microfluidic system was M6-60 (micro)L, which presented total MB degradation (1.2 x 10-5 mol L-1) in only 1h, and total phenol photo-oxidation (1,2 x 10-4 mol L-1) in 4h. Furthermore, M6-60 (micro)LM6 had lower electrical energy consumption (0,012 kWh m-3) and higher quantum yield (2,6 x 10-2) compared to others. The development of solid lignocellulosic supports showed important characteristics for the TEMPO-TAL functionalization processes with Cu(II), Zn(II) ions and CuNPs. The supports were properly characterized by SEM/ EDS and FT-IR. The results for the CuAAC reaction showed yields of 79-82 percent with recyclability of up to 7 times and average copper leaching of 1.30 ppm, and were important for the development of the bamboo microreactor. The microfabrication of the bamboo lignocellulosic microreactor (L(micro)R) was performed from cutting steps, without using expensive techniques and clean room. L(micro)R showed easy prototyping and rapid oxidation with N-oxyl-2,2,6,6-tetramethylpiperidine (TEMPO) and functionalization with copper ions (Cu-L(micro)R) and copper nanoparticles (CuNPs-L(micro)R). Cu-L(micro)R continuous flow CuAAC performance was demonstrated by conducting recyclability and yield studies at different flow rates (0.1 to 0.8 mL-1). Cu-L(micro)R presented 60 percent to 96 percent yields for 5 types of CuAAC reactions, indicating promising application in the area of catalysis in microfluidic devices. All reactions were performed under a MeOH:H2O (2:1) flow regime and copper leaching below 6.0 ppm, producing a series of 5 efficiently 1,4-disubstituted 1,2,3-triazols derivatives in a resource-poor environment. CuNPs-L(micro)R presented limitation for CuAAC because it did not reach the ideal heating conditions required for the reaction to occur.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:51184 |
| Date | 07 January 2021 |
| Creators | DRUVAL SANTOS DE SA |
| Contributors | OMAR GINOBLE PANDOLI |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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