Avaliação do desempenho de adsorventes obtidos a partir de resíduos da indústria de curtumes na adsorção de poluentes

Na procura por uma solução de valorização dos resíduos gerados pela indústria de curtumes, o presente trabalho tem como principais objectivos a preparação de adsorventes a partir de resíduos desta actividade e a avaliação do seu desempenho na adsorção de poluentes. Para atingir este objectivo, inicialmente procedeu-se à carbonização das aparas de couro wet-white à temperatura de 800 ºC. Seguidamente, os carbonizados foram activados por activação química, tendo sido o hidróxido de potássio o agente activante escolhido. As razões mássicas hidróxido de potássio:precursor usadas na impregnação, foram iguais a 0,5:1 e 1:1. Para a razão 0,5:1, as temperaturas de activação escolhidas foram 700 e 800 ºC. Para a razão de impregnação 1:1, as temperaturas de activação usadas foram 700, 800 e 900 ºC. Para uma avaliação preliminar da capacidade de adsorção dos carvões activados produzidos, efectuou-se a determinação do número de azul de metileno. Este teste provou serem as amostras activadas a 900 ºC as que apresentaram melhores resultados (número de azul de metileno: 24g/100g) e as amostras activadas a 700 ºC, as que apresentaram menor capacidade de adsorção (1g/100g, para a razão de 0,5:1 e 7g/100g, para a razão de 1:1). Verificou-se também que amostras preparadas com iguais condições de activação (temperatura de activação e razão de impregnação), mas produzidas a partir de carbonizado de diferentes granulometrias, apresentaram diferentes desempenhos na adsorção de azul de metileno. As propriedades texturais dos carvões activados produzidos foram obtidas pela determinação das isotérmicas de adsorção de azoto a 77 K. Para tal, selecionaram-se quatro amostras: dois carvões activados a 800 ºC, com uma razão de impregnação de 1:1 e dois carvões activados a 900 ºC, com a mesma razão de impregnação, obtidos a partir de carbonizados com diferentes granulometrias. As isotérmicas obtidas são características de materiais essencialmente microporosos, com mesoporos e macroporos. Verificou-se também que a granulometria do precursor carbonizado influencia as propriedades texturais dos carvões activados produzidos. Para as temperaturas de activação usadas, 800 e 900 ºC, os carvões activados preparados a partir de carbonizado de menor granulometria apresentam melhores propriedades texturais. O carvão activado que apresentou maior área superficial específica foi obtido a 900 ºC, a partir de carbonizado finamente moído (SBET = 1475 m2/g). Determinadas as propriedades texturais dos carvões activados produzidos, realizaram-se ensaios de adsorção do corante CORIACIDE DARK BROWN VR, usado na indústria de curtumes com um carvão activado produzido no âmbito deste trabalho e com um carvão activado comercial NORIT ROW 0,8. A amostra de carvão activado produzida a partir de resíduos de wet-white escolhida para estes ensaios foi o carvão activado a 800 ºC, à razão de 1:1, a partir de carbonizado finamente moído (ww_800_1:1_carb.moído). Verificou-se que as quantidades adsorvidas pela amostra ww_800_1:1_carb.moído variaram entre os valores 7,47 e 32,07 mgcorante/gcarvão activado. Quanto ao carvão activado comercial, as quantidades adsorvidas situaram-se entre 8,95 e 69,13 mgcorante/gcarvão activado. Assim, conclui-se que o carvão activado comercial apresentou melhor desempenho na adsorção do corante da indústria de curtumes. Os carvões activados obtidos revelaram-se materiais essencialmente microporosos, com capacidade de adsorção de poluentes, como por exemplo corantes, no entanto o seu desempenho seria mais eficaz na adsorção de pequenas moléculas devido ao elevado volume de microporos que apresentaram.

Produção de carvão activado a partir de resíduos da indústria de curtumes

As aparas de wet-blue e de wet-white constituem um resíduo sólido da indústria de curtumes com um elevado teor em carbono, tornando relevante a sua utilização na preparação de materiais de interesse tecnológico. Este trabalho teve como objectivo a preparação de carvões activados a partir de resíduos da indústria de curtumes. Os métodos de activação utilizados para a preparação dos carvões activados foram a activação física com dióxido de carbono e activação química com hidróxido de potássio. A carbonização dos resíduos foi estudada na gama de temperaturas de 500 ºC a 800 ºC, verificando-se que a sua carbonização se pode considerar completa para a temperatura de 800 ºC. Na activação física os precursores foram previamente carbonizados sob uma atmosfera inerte a 800 ºC e posteriormente activados a 940 ºC usando o CO2 como agente activante. Na etapa de activação variou-se o tempo de activação (20, 40 e 60 minutos) de modo a estudar a influência do grau de queima nas propriedades texturais dos carvões activados. O carvão activado obtido pelo método de activação física com maior área superficial específica foi o carvão preparado a partir do resíduo de wet-blue para um tempo de activação de 40 minutos e grau de queima de 23 % (SBET = 152 m2/g). Para a activação química, procedeu-se à impregnação dos precursores com KOH usando razões mássicas de impregnação KOH:precursor de 0,5:1, 1:1 e 3:1. A impregnação foi efectuada directamente nos resíduos de wet-blue e de wet-white e nos resíduos de wet-blue e de wet-white carbonizados. A activação foi efectuada a 940 ºC sob uma atmosfera inerte, com uma velocidade de aquecimento de 5 ºC/min, e um tempo de activação de 1 hora. No caso da série de carvões activados obtidos por impregnação do precursor, o carvão que exibe melhores propriedades texturais é o carvão activado preparado por impregnação na razão de 1:1 a partir do resíduo de wet-blue (SBET = 1696 m2/g). Na série de carvões activados preparados por impregnação do precursor carbonizado, o carvão com melhores propriedades texturais é o carvão proveniente da impregnação do carbonizado do resíduo de wet-blue na razão de 3:1 (SBET = 1507 m2/g). Os carvões activados obtidos por este método de activação são essencialmente microporosos e com elevada área superficial específica. Testes de adsorção preliminares mostram que estes carvões activados têm um bom desempenho para a remoção de cor de efluentes da indústria de curtumes. Concluiu-se que por activação química com KOH dos resíduos de wet-blue e wet-white se obtêm carvões activados com boas propriedades texturais, elevadas áreas superficiais específicas e elevado volume de microporos, quando comparadas com as dos carvões activados resultantes da activação física. Deste modo, chegou-se à conclusão que ambos os resíduos são bons precursores para a produção de carvão activado, mais propriamente recorrendo à activação química, reduzindo assim o volume de resíduos da indústria de curtumes destinados ao aterro.

Preparação de materiais de carbono para a adsorção de compostos orgânicos voláteis (COV).

A presente dissertação estudou a produção de carvão ativado a partir de resíduo de wet-blue, proveniente da indústria de curtumes, para a adsorção de compostos orgânicos voláteis, nomeadamente o acetato de etilo. Este estudo teve como principais objetivos: a otimização das condições de preparação de carvões ativados a partir deste tipo de resíduo; a avaliação do seu desempenho na adsorção do acetato de etilo e a correlação das propriedades texturais dos adsorventes com o seu desempenho na adsorção do COV. O método de ativação para a preparação dos carvões ativados foi a ativação química com hidróxido de potássio. Nesta etapa foi estudado o efeito da temperatura de ativação e da razão de impregnação KOH:precursor nas propriedades texturais. Nestes ensaios observou-se uma diminuição do rendimento de carbonizado com o aumento da temperatura de ativação e da razão KOH:precursor. Para a caracterização dos carvões ativados foram determinados os seus parâmetros texturais a partir das isotérmicas de adsorção/dessorção de N2 a 77 K. O carvão ativado com melhores propriedades texturais foi o ativado a 900ºC e com razão de impregnação de 3:1, m ca_900 3:1, com área superficial específica de 1902 m2/g, seguindo-se o carvão preparado a 800 ºC e com a mesma razão de impregnação, m ca_800 3:1, com área superficial específica de 1830 m2/g. Por fim, foi avaliado o desempenho do carvão ativado selecionado, m ca_800 3:1, na remoção de acetato de etilo de uma corrente gasosa. Foram efetuados ensaios de adsorção/ dessorção de acetato de etilo e o modelo de Langmuir foi ajustado aos resultados experimentais obtidos, tendo-se determinado uma capacidade de saturação de 500 mgCOV/ gadsorvente.

Preparação de catalisadores heterogéneos para a produção de biodiesel

A produção de biodiesel como combustível para motores diesel, aumentou fortemente nos últimos anos e espera-se que cresça mais e mais num futuro próximo. O aumento do consumo de biodiesel exige processos de produção optimizados que permitam grandes capacidades de produção, operações simplificadas, rendimentos altos, bem como a utilização de matérias-primas mais económicas. Por isso, o desenvolvimento de processos de produção de baixo custo exige a especificação de catalisadores heterogéneos eficientes na promoção da reacção de transesterificação, permitindo a imediata separação da glicerina pura, não necessitando de uma purificação dispendiosa deste subproduto. Os xerogéis de carbono surgem então como materiais promissores para aplicação como catalisadores heterogéneos para a produção de biodiesel, devido às suas excelentes propriedades ao nível da sua textura e superfície química. Neste trabalho o principal objectivo foi a preparação de um xerogel de carbono, com o intuito de posteriormente ser aplicado na produção de biodiesel por catálise heterogénea. Amostras de xerogel de carbono foram preparadas pelo método sol-gel e oxidadas em fase líquida sendo posteriormente caracterizados os seus grupos funcionais e a sua área específica. Os resultados obtidos mostram que é possivel obter um xerogel de carbono com área superficial alta, tendo sido atingido um valor máximo para a amostra número dois (803 m2/g). Os resultados atingidos ao nível da preparação do catalisador permitem concluir que as condições de operação influenciam a estrutura final do xerogel de carbono. Quanto à caracterização da química superficial do xerogel, foi possível verificar que a diferença do número de acidez entre as amostras oxidadas e não oxidadas do mesmo lote é alta, o que permite afirmar que a oxidação do material de carbono incrementa a concentração de grupos oxigénio à superfície do xerogel. O valor máximo para o número de acidez foi obtido com a amostra número três (Amostra oxidada - 916 μmol/g, Amostra não oxidada - 207 μmol/g). Apesar de terem sido realizados ensaios para a produção de biodiesel os resultados obtidos foram nulos. A escolha das condições de reacção para a catálise heterogénea com este tipo de material poderá não ter sido a mais indicada, assim como a quantidade e o tipo de grupos funcionais introduzidos no catalisador não terem acidez suficiente para permitir uma catálise efectiva.

Adsorption behavior of α-cypermethrin on cork and activated carbon

Studies were undertaken to determine the adsorption behavior of α-cypermethrin [R)-α-cyano-3-phenoxybenzyl(1S)-cis- 3-(2,2-dichlorovinyl)-2,2-dimethylcyclopropanecarboxylate, and (S)-α-cyano-3-phenoxybenzyl (1R)-cis-3-(2,2-dichlorovinyl)-2,2- dimethylcyclopropanecarboxylate] in solutions on granules of cork and activated carbon (GAC). The adsorption studies were carried out using a batch equilibrium technique. A gas chromatograph with an electron capture detector (GC-ECD) was used to analyze α-cypermethrin after solid phase extraction with C18 disks. Physical properties including real density, pore volume, surface area and pore diameter of cork were evaluated by mercury porosimetry. Characterization of cork particles showed variations thereby indicating the highly heterogeneous structure of the material. The average surface area of cork particles was lower than that of GAC. Kinetics adsorption studies allowed the determination of the equilibrium time—24 hours for both cork (1–2 mm and 3–4 mm) and GAC. For the studied α-cypermethrin concentration range, GAC revealed to be a better sorbent. However, adsorption parameters for equilibrium concentrations, obtained through the Langmuir and Freundlich models, showed that granulated cork 1–2 mm have the maximum amount of adsorbed α-cypermethrin (qm) (303 μg/g); followed by GAC (186 μg/g) and cork 3-4 mm (136 μg/g). The standard deviation (SD) values, demonstrate that Freundlich model better describes the α-cypermethrin adsorption phenomena on GAC, while α-cypermethrin adsorption on cork (1-2 mm and 3-4 mm) is better described by the Langmuir. In view of the adsorption results obtained in this study it appears that granulated cork may be a better and a cheaper alternative to GAC for removing α-cypermethrin from water.

Heterogeneous kinetics of the reduction of chromium (VI) by elemental iron

Zero valent iron (ZVI) has been extensively used as a reactive medium for the reduction of Cr(VI) to Cr(III) in reactive permeable barriers. The kinetic rate depends strongly on the superficial oxidation of the iron particles used and the preliminary washing of ZVI increases the rate. The reaction has been primarily modelled using a pseudo-first-order kinetics which is inappropriate for a heterogeneous reaction. We assumed a shrinking particle type model where the kinetic rate is proportional to the available iron surface area, to the initial volume of solution and to the chromium concentration raised to a power ˛ which is the order of the chemical reaction occurring at surface. We assumed α= 2/3 based on the likeness to the shrinking particle models with spherical symmetry. Kinetics studies were performed in order to evaluate the suitability of this approach. The influence of the following parameters was experimentally studied: initial available surface area, chromium concentration, temperature and pH. The assumed order for the reaction was confirmed. In addition, the rate constant was calculated from data obtained in different operating conditions. Digital pictures of iron balls were periodically taken and the image treatment allowed for establishing the time evolution of their size distribution.

Influence of crystallite size of nanophased hydroxyapatite on fibronectin and osteonectin adsorption and on MC3T3-E1 osteoblast adhesion and morphology

The characteristic topographical features (crystallite dimensions, surface morphology and roughness) of bioceramics may influence the adsorption of proteins relevant to bone regeneration. This work aims at analyzing the influence of two distinct nanophased hydroxyapatite (HA) ceramics, HA725 and HA1000 on fibronectin (FN) and osteonectin (ON) adsorption and MC3T3-E1 osteoblast adhesion and morphology. Both substrates were obtained using the same hydroxyapatite nanocrystals aggregates and applying the sintering temperatures of 725ºC and 1000ºC, respectively. The two proteins used in this work, FN as an adhesive glycoprotein and ON as a counter-adhesive protein, are known to be involved in the early stages of osteogenesis (cell adhesion, mobility and proliferation). The properties of the nanoHA substrates had an important role in the adsorption behavior of the two studied proteins and clearly affected the MC3T3- E1 morphology, distribution and metabolic activity. HA1000 surfaces presenting slightly larger grain size, higher root-mean-square roughness (Rq), lower surface area and porosity, allowed for higher amounts of both proteins adsorbed. These substrates also revealed increased number of exposed FN cell-binding domains as well as higher affinity for osteonectin. Regarding the osteoblast adhesion results, improved viability and cell number were found for HA1000 surfaces as compared to HA725 ones, independently of the presence or type of adsorbed protein. Therefore the osteoblast adhesion and metabolic activity seemed to be more sensitive to surfaces morphology and roughness than to the type of adsorbed proteins.

Application of green zero-valent iron nanoparticles to the remediation of soils contaminated with ibuprofen

Zero-valent iron nanoparticles (nZVIs) are often used in environmental remediation. Their high surface area that is associated with their high reactivity makes them an excellent agent capable of transforming/degrading contaminants in soils and waters. Due to the recent development of green methods for the production of nZVIs, the use of this material became even more attractive. However, the knowledge of its capacity to degrade distinct types of contaminants is still scarce. The present work describes the study of the application of green nZVIs to the remediation of soils contaminated with a common anti-inflammatory drug, ibuprofen. The main objectives of this work were to produce nZVIs using extracts of grape marc, black tea and vine leaves, to verify the degradation of ibuprofen in aqueous solutions by the nZVIs, to study the remediation process of a sandy soil contaminated with ibuprofen using the nZVIs, and to compare the experiments with other common chemical oxidants. The produced nZVIs had nanometric sizes and were able to degrade ibuprofen (54 to 66% of the initial amount) in aqueous solutions. Similar remediation efficiencies were obtained in sandy soils. In this case the remediation could be enhanced (achieving degradation efficiencies above 95%) through the complementation of the process with a catalyzed nZVI Fenton-like reaction. These results indicate that this remediation technology represents a good alternative to traditional and more aggressive technologies.

Supercondensadores

Uma nova tecnologia, os EDLC, também denominados por supercondensadores, tem-se tornado numa importante e aliciante área de interesse. Estes regem-se pelos mesmos princípios fundamentais dos condensadores clássicos, no entanto possibilitam receber capacidades superiores, devido a uma maior área de superfície e a um dielétrico menos espesso. Esta particularidade permite obter uma maior densidade energética, comparativamente com os condensadores clássicos e uma maior densidade de potência, comparativamente com as baterias. Consequentemente a utilização de supercondensadores tem aumentado, representando já uma alternativa fiável, segura e amiga do ambiente, em detrimento das baterias comuns. Assim, este projeto tem como principais objetivos, identificar os diferentes tipos de supercondensadores, apresentar as vantagens de cada tipo e explorar a sua resposta, quer no domínio das frequências quer no domínio dos tempos, e por fim modelá-los recorrendo a componentes elétricos clássicos, nomeadamente resistências e condensadores. A modelação foi realizada recorrendo ao MALTAB, através da função de minimização fminunc e foram construídos quatro modelos equivalentes, com o objetivo de modelar a resposta dos vários EDLC analisados. Por escassez de tempo o principal foco de análise recaiu sobre o EDLC de 0,022 F.

RuSe Electrocatalysts and Single Wall Carbon Nanohorns Supports for the Oxygen Reduction Reaction

Selenium modified ruthenium electrocatalysts supported on carbon black were synthesized using NaBH4 reduction of the metal precursor. Prepared Ru/C electrocatalysts showed high dispersion and very small averaged particle size. These Ru/C electrocatalysts were subsequently modified with Se following two procedures: (a) preformed Ru/carbon catalyst was mixed with SeO2 in xylene and reduced in H2 and (b) Ru metal precursor was mixed with SeO2 followed by reduction with NaBH4. The XRD patterns indicate that a pyrite-type structure was obtained at higher annealing temperatures, regardless of the Ru:Se molar ratio used in the preparation step. A pyrite-type structure also emerged in samples that were not calcined; however, in this case, the pyrite-type structure was only prominent for samples with higher Ru:Se ratios. The characterization of the RuSe/C electrocatalysts suggested that the Se in noncalcined samples was present mainly as an amorphous skin. Preliminary study of activity toward oxygen reduction reaction (ORR) using electrocatalysts with a Ru:Se ratio of 1:0.7 indicated that annealing after modification with Se had a detrimental effect on their activity. This result could be related to the increased particle size of crystalline RuSe2 in heat-treated samples. Higher activity of not annealed RuSe/C catalysts could also be a result of the structure containing amorphous Se skin on the Ru crystal. The electrode obtained using not calcined RuSe showed a very promising performance with a slightly lower activity and higher overpotential in comparison with a commercial Pt/C electrode. Single wall carbon nanohorns (SWNH) were considered for application as ORR electrocatalysts' supports. The characterization of SWNH was carried out regarding their tolerance toward strong catalyzed corrosion conditions. Tests indicated that SWNH have a three times higher electrochemical surface area (ESA) loss than carbon black or Pt commercial electrodes.

Modelos Teóricos de Difusão Dérmica: abordagens matemáticas e computacionais para terapias transdérmicas da Obesidade

É de senso comum que os nutrientes são fundamentais à vida e que a subnutrição leva à acumulação de gorduras que pode chegar a casos de obesidade, tendo como consequência inúmeras complicações de saúde. Diferentes estruturas neuroanatómicas do cérebro têm um papel essencial no comportamento digestivo. A ação de várias moléculas de sinalização (hormonas, neurotransmissores e neuropéptidos) resulta na regulação da ingestão de alimentos, sendo que, por exemplo, algumas hormonas podem aumentar a sensação de saciedade podendo diminuir o apetite e a ingestão calórica. A descoberta de hormonas envolvidas no balanço energético proporcionou novas oportunidades para desenvolver meios para o tratamento da obesidade. A transferência de medicação antiobesidade por via tópica ou transdérmica é um desafio pois a pele funciona como uma barreira natural e protetora. Sendo uma barreira com uma grande área de superfície e de fácil acessibilidade, a pele tem potencial interesse na libertação de fármacos específicos a cada terapia. Vários métodos têm sido estudados de modo a permitir um aumento da permeabilidade de moléculas terapêuticas para o interior da pele e através da pele. As biotecnologias transdérmicas são um campo de interesse cada vez maior, devido as aplicações dérmicas e farmacêuticas que lhes estão subjacentes. Existem vários modelos computacionais e matemáticos em uso que permite uma visão mais abrangente de puros dados experimentais e até mesmo permite a extrapolação prática de novas metodologias de difusão dérmica. Contudo, eles compreendem uma complexa variedade de teorias e suposições que atribuem a sua utilização para situações específicas. Este trabalho, primeiramente analisa, de forma extensiva, as várias metodologias teóricas para o estudo da difusão dérmica e sistematiza as suas características, realizando depois a fase prévia duma nova abordagem computacional para o estudo da difusão dérmica, que determina características microscópicas de moléculas capazes de provocar a perda de peso, tais como a Leptina e/ou os seus agonistas.