Sensores em fibra óptica para monitorização ambiental

Fruto da crescente preocupação face à bioacumulação e bioconcentração de poluentes e conscientização dos efeitos do aquecimento global, nos últimos anos têm sido adoptadas inúmeras acções e medidas que visam o controlo de parâmetros indicadores da qualidade do meio, a detecção de substâncias potencialmente perigosas e a promoção/utilização de energias alternativas não poluentes. Neste âmbito, a monitorização em tempo real revela-se fundamental para a análise contínua do equilíbrio dos ecossistemas. Neste contexto, os sensores de fibra óptica, mais concretamente os sensores químicos em fibra óptica possuem um conjunto de características, como por exemplo a miniaturização, baixo custo, versatilidade, biocompatibilidade, capacidade de monitorização remota, que representam uma alternativa tecnológica e economicamente viável. Por outro lado, a utilização de redes de difracção em sensores de fibra óptica, é em adição uma mais-valia para este tipo de sistemas, as redes de período longo pela sua sensibilidade intrínseca ao índice de refracção, e as redes de Bragg pela sua facilidade de interrogação e facilidade de multiplexagem. A presente dissertação tem por objectivo o estudo, desenvolvimento e análise de sensores em fibra óptica para monitorização de espaços ambientais. O presente documento encontra-se organizado em cinco capítulos. O capítulo 1 faz um enquadramento dos sensores de fibra óptica para monitorização ambiental dando relevo aos sensores químicos em fibra óptica. No capítulo 2 expõe-se o conjunto de conceitos necessários para a compreensão do trabalho. A começar pelas redes de difracção em fibra óptica e a suas potencialidades como elementos sensores. Algumas configurações foram detalhadas assim como alguns princípios para interrogação das mesmas. A medição multi-parâmetro e o fabrico de membranas de sensibilidade selectiva são também abordados. O Capitulo 3 refere a primeira configuração desenvolvida, trata-se de um sensor interferométrico baseado numa cavidade Fabry-Pérot, constituído por uma rede de Bragg e a reflectividade da ponta da fibra. O objectivo do sensor é a monitorização do ácido acético e outras espécies carboxílicas em bioreactores. Para tornar a configuração sensível ao ácido foi aplicado um revestimento de Silane-PVP à extremidade da fibra. A configuração sensora demonstrada aufere de características favoráveis, como excelente resolução, resposta linear, não utilização de indicadores, leitura em reflexão e o facto de operar na janela espectral das telecomunicações. O Capítulo 4 apresenta a segunda configuração desenvolvida que tem por objectivo a medição simultânea de salinidade e temperatura. A medição de salinidade é baseada no índice de refracção. Trata-se de um sensor de intensidade auto-referenciado, baseado em três redes de difracção. Uma rede de período longo sensível ao índice de refracção e temperatura e duas redes de Bragg, para interrogação da da rede de período longo e compensação de temperatura. Para discriminação dos parâmetros de interesse foi utilizado o método matricial. A configuração exposta exibe características favoráveis, como excelente resolução, resposta linear, discriminação de índice de refracção e temperatura, leitura em reflexão e o facto de operar na janela espectral das telecomunicações. O Capitulo 5 contém as conclusões e comentários finais ao trabalho. No final da tese seguem-se os anexos, onde se encontram as publicações e comunicações resultantes do trabalho realizado.

Nanocatalysts for sustainable industrial processses

In Chapter 1, rhodium nanoparticles were supported on multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) and bound to the magnetic core-shell system Fe3O4@TiO2. The composite Fe3O4@TiO2-Rh-MWCNT and the intermediates were characterized by SEM, EDS and TEM. Their catalytic activity was studied using i) the hydrogenation transfer of nitroarenes and cyclohexene in the presence of hydrazine hydrate; ii) the reduction of 2-nitrophenol with NaBH4; and iii) the decoloration of pigments in the presence of hydrogen peroxide. The results were monitored by gas chromatography (i) and UV Visible (ii and iii). In the second chapter, the catalytic activity of six oxidovanadium(V) aroylhydrazone complexes, viz. [VOL1(OEt)][VOL1(OEt)(EtOH)] (1), [VOL2(OEt)] (2), [Et3NH][VO2L1] (3), [VO2(H2L2)]2·EtOH (4), [VOL1(µ -O)VOL1] (5) and [VOL2(µ -O)VOL2] (6) (H2L1 = 3,5-di-tert-butyl-2-hydroxybenzylidene)-2hydroxybenzohydrazide and H2L2 = 3,5-di-tert-butyl-2-hydroxybenzylidene)-2 aminobenzohydrazide), anchored on nanodiamonds with different treatments, was studied towards the microwave-assisted partial oxidation of 1-phenylethanol to acetophenone in the presence of tert-butyl hydroperoxide (TBHP) as oxidant. A high selectivity for acetophenone was achieved for the optimized conditions. The possibility of recycling and reuse the heterogeneous catalysts was also investigated. In chapter 3, the catalytic activity of gold nanoparticles supported at different metal oxides, such as Fe2O3, Al2O3 ZnO or TiO2, was studied for the above reaction. The effect of the support, quantity of the catalyst and temperature was investigated. The recyclability of the gold catalysts was also studied. In the last chapter, a new copper nanocomposite with functionalized mutiwalled carbon nanotubes (Cu-MWCNT) was synthesized using a microwave assisted polyol method. The characterization was performed using XRD and SEM. The catalytic activity of Cu-MWCNT was studied through the degradation of pigments, such as amaranth, brilliant blue, indigo, tartrazine and methylene blue.