Application of NMR RDC’s, relaxation and self-diffusion for the study of dynamic processes of small molecules in solution

Spin-lattice Relaxation, self-Diffusion coefficients and Residual Dipolar Couplings (RDC’s) are the basis of well established Nuclear Magnetic Resonance techniques for the physicochemical study of small molecules (typically organic compounds and natural products with MW < 1000 Da), as they proved to be a powerful and complementary source of information about structural dynamic processes in solution. The work developed in this thesis consists in the application of the earlier-mentioned NMR techniques to explore, analyze and systematize patterns of the molecular dynamic behavior of selected small molecules in particular experimental conditions. Two systems were chosen to investigate molecular dynamic behavior by these techniques: the dynamics of ion-pair formation and ion interaction in ionic liquids (IL) and the dynamics of molecular reorientation when molecules are placed in oriented phases (alignment media). The application of NMR spin-lattice relaxation and self-diffusion measurements was applied to study the rotational and translational molecular dynamics of the IL: 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate [BMIM][BF4]. The study of the cation-anion dynamics in neat and IL-water mixtures was systematically investigated by a combination of multinuclear NMR relaxation techniques with diffusion data (using by H1, C13 and F19 NMR spectroscopy). Spin-lattice relaxation time (T1), self-diffusion coefficients and nuclear Overhauser effect experiments were combined to determine the conditions that favor the formation of long lived [BMIM][BF4] ion-pairs in water. For this purpose and using the self-diffusion coefficients of cation and anion as a probe, different IL-water compositions were screened (from neat IL to infinite dilution) to find the conditions where both cation and anion present equal diffusion coefficients (8% water fraction at 25 ºC). This condition as well as the neat IL and the infinite dilution were then further studied by 13C NMR relaxation in order to determine correlation times (c) for the molecular reorientational motion using a mathematical iterative procedure and experimental data obtained in a temperature range between 273 and 353 K. The behavior of self-diffusion and relaxation data obtained in our experiments point at the combining parameters of molar fraction 8 % and temperature 298 K as the most favorable condition for the formation of long lived ion-pairs. When molecules are subjected to soft anisotropic motion by being placed in some special media, Residual Dipolar Couplings (RDCs), can be measured, because of the partial alignment induced by this media. RDCs are emerging as a powerful routine tool employed in conformational analysis, as it complements and even outperforms the approaches based on the classical NMR NOE or J3 couplings. In this work, three different alignment media have been characterized and evaluated in terms of integrity using 2H and 1H 1D-NMR spectroscopy, namely the stretched and compressed gel PMMA, and the lyotropic liquid crystals CpCl/n-hexanol/brine and cromolyn/water. The influence that different media and degrees of alignment have on the dynamic properties of several molecules was explored. Different sized sugars were used and their self-diffusion was determined as well as conformation features using RDCs. The results obtained indicate that no influence is felt by the small molecules diffusion and conformational features studied within the alignment degree range studied, which was the 3, 5 and 6 % CpCl/n-hexanol/brine for diffusion, and 5 and 7.5 % CpCl/n-hexanol/brine for conformation. It was also possible to determine that the small molecules diffusion verified in the alignment media presented close values to the ones observed in water, reinforcing the idea of no conditioning of molecular properties in such media.

Potencial da biomassa florestal residual para fins energéticos de três concelhos

O mercado da biomassa florestal tem vindo a desenvolver-se bastante nos últimos anos na Europa. Portugal, apesar de ter um desenvolvimento considerável através da sua indústria florestal, apenas nos últimos anos começa a encarar as oportunidades que este recurso pode oferecer. Através de um concurso público lançado em 2006, a meta para a produção de electricidade a partir de biomassa florestal foi estabelecida em 250 MWe, sendo anteriormente de 150 MWe. O presente trabalho tem três objectivos: 1) quantificar a produção de biomassa florestal residual nos concelhos de Almeirim, Alpiarça e Chamusca; 2) analisar a disponibilidade de biomassa florestal para quatro locais seleccionados no distrito de Santarém e para duas centrais em funcionamento (CAIMA e Pego); e 3) avaliar a viabilidade económica da co-combustão de biomassa florestal com carvão na central do Pego. A produção de biomassa florestal nos três concelhos estudados foi estimada em 30 601 a 35 585 toneladas secas por ano. O contributo real para as necessidades anuais em biomassa é de 2-17%, 16-23% e 5-11% para as centrais de Rio Maior, CAIMA e Pego, respectivamente, admitindo um preço da biomassa de 25,4 €/t (45% de humidade). Estimou-se ainda que a co-combustão de biomassa na central do Pego é atractiva para custos de licença de emissão a partir de 16 €/tCO2 e para preços de biomassa florestal residual inferiores a 30 €/t (45% de humidade).

Ensaios de coagulação floculação da água residual afluente à Etar de Avis

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, Perfil Engenharia Sanitária

Estudo do crescimento da microalga Chlorella vulgaris numa água residual tratada, sob diferentes condições de fotoperíodo e temperatura

Dissertação apresentada à Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia, para a obtenção do grau de Mestre em Energia e Bioenergia

Contributo para a modelização de magnetos supercondutores de fluxo residual: aplicação a um motor linear todo supercondutor

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Estudo da reutilização de uma água residual tratada na rega paisagística. Caso estudo: ETAR da ETVO - Valorsul

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil Sanitária

Avaliação da reutilização de água residual tratada para consumo humano por processos de separação por membranas

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente – Perfil Engenharia Sanitária

Avaliação do potencial de biomassa florestal residual para fins energéticos no Distrito de Viseu

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Energia e Bioenergia

Disponibilidade de biomassa florestal residual para combustão na central termoeléctrica de Sines

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Energia e Bioenergia

Contribuição para o estudo de um sistema integrado de abastecimento de água e tratamento de água residual doméstica. Caso de estudo: Cidade da Praia

O problema de escassez de água em muitas regiões do globo acompanhado do acelerado crescimento da população e das decorrentes alterações climáticas, constituem um conjunto de preocupações ligadas à gestão dos recursos hídricos, principalmente no que diz respeito à satisfação das necessidades de consumo quer em termos quantitativos, quer em termos qualitativos. Tanto o abastecimento de água para o consumo humano, como a descarga e reutilização de águas residuais urbanas, requerem, à priori, um conjunto de processos e operações de tratamento tanto mais exigentes quanto maior o nível de qualidade final pretendido, tendo sempre em consideração aspectos como a saúde e a exposição humana como também o tipo de actividade a que se destina a água. Com o presente trabalho pretende-se dar um contributo para a avaliação da viabilidade de implementação de um sistema integrado de abastecimento de água e de tratamento de águas residuais domésticas na cidade da Praia, em Cabo Verde, tendo por base a situação actual, e um ano horizonte de 20 anos (2015 a 2035). Cabo Verde é um país com sérios problemas no que se refere aos recursos hídricos uma vez que carece de chuva e de reservas de águas subterrâneas. Circundado pelo mar, quase a totalidade dos municípios é abastecida pela água proveniente de processos de dessalinização da água do mar, através de tecnologias de membranas - Osmose Inversa (OI). Neste estudo, através de inquérito directo (260 inquéritos) e visitas presenciais a instituições, empresas e directamente à população, fez-se a caracterização dos sistemas de gestão da água e de águas residuais da referida cidade, por forma a perceber o funcionamento dos mesmos. Em 2014, cerca de 90% da água distribuída à população da Praia (10.000 m3.dia-1) proveio da água dessalinizada na central da ELECTRA. No mesmo ano, o caudal médio diário de água residual afluente à ETAR do Palmarejo foi de 2245 m3.dia-1. A deficiente cobertura da rede de drenagem de águas residuais da cidade (26,5%, segundo resultados do inquérito) é a principal razão pela baixa afluência à ETAR. Neste trabalho, procedeu-se ainda, à avaliação comparativa de custos para produção de água para a rega de áreas verdes da cidade, quer a partir de técnicas de dessalinização quer a partir da reutilização de água residual tratada. Com a reutilização de água residual tratada na rega das áreas verdes da cidade da Praia (92,4 ha), concluiu-se que, ao fim dos próximos 21 anos, poupar-se-á, na dessalinização, cerca de 32 milhões de euros (3.520 milhões de ECV). Da análise efectuada, concluiu-se que o volume necessário para o sistema de armazenamento da água residual tratada (estimado com base no mês de maior necessidade de rega do ano horizonte, Junho de 2035, assumindo um tempo de retenção hidráulico de um dia) é de 5.000 m3.