Desorption of heavy metals from ion exchange resin with water and carbon dioxide

Adsorption and regeneration of ion exchange resins were studied using a subcritical solution of a CO₂-H₂O mixture and a fixed bed column. The commercial Amberlite IRC-50/IRC-86 cation exchange resins and Amberlite IRA-67 anion exchange resin were tested for heavy metals (Pb, Cu, Cd) adsorption from a solution with different initial metal concentrations at different temperatures. After adsorption, the loaded resins were regenerated with water and carbon dioxide at different temperatures and a pressure of 25 MPa. The efficiency of the IRC-50 resin was lower than that of the IRC-86 resin for the adsorption of metals like Cd, Cu and Pb. Results obtained for desorption of these metals indicated that the process could be used for Cd and in principle for Cu. Sorption of metal ions depended strongly on feed concentration. Mathematical modeling of the metal desorption process was carried out successfully as an extraction process. For this purpose, the VTII Model, which is applied to extraction from solids using supercritical solvents, was used in this work.

Refinamento da representação de raízes no modelo de biosfera SiB2 em área de floresta na Amazônia

O objetivo desta pesquisa foi estudar a sensibilidade dos fluxos de superfície e hidrologia do solo em relação à representação e distribuição de raízes no modelo de biosfera para uma floresta de terra firme na Amazônia. A finalidade foi avaliar o impacto na representatividade dos fluxos de energia considerando a sazonalidade da região amazônica, usando como suporte medidas intensivas realizadas em uma reserva biológica (Reserva Biológica do Cuieiras, em Manaus). Foram realizadas oito simulações com o modelo de biosfera SiB2 (“Simple Biosphere Model” – versão 2) , onde cada simulação representou um cenário diferente de distribuição de raízes em uma profundidade de 4 m de solo, dividido em três camadas: 0,5 m, 1,5 m e 2,0 m. As raízes foram distribuídas privilegiando a concentração de raízes na camada superficial, em seguida, na camada intermediária e, por fim, uma concentração de raízes abaixo de 2,0 m de profundidade. As simulações foram realizadas para o período de 2003 a 2006, enfatizando o ano de 2005 para avaliar o efeito da representação de raízes nos fluxos de energia (calor latente – LE e calor sensível – H) e de dióxido de carbono (CO₂). A partir da análise integrada dos fluxos simulados com dados observacionais medidos no sítio experimental foi possível perceber que uma redução na precipitação no ano de 2005, apesar de ter sido menor na parte central da Amazônia, implicou na diminuição da umidade do solo, mostrando que a floresta passou por um período de estresse hídrico maior do que os outros anos analisados. O modelo representou a energia disponível com valores muito próximos aos observados, variando sazonalmente em concordância com os dados medidos em 2005. No entanto, LE é superestimado durante a estação chuvosa, mas mostra juntamente com o fluxo de CO₂, a redução com a umidade do solo na estação seca, enquanto H é superestimado em até 20 W m^-2 durante todo o período simulado. Estes resultados mostram que, a consideração de raízes rasas é mais apropriada para regiões que possuem estação seca curta, conforme se caracteriza a área de estudo, e raízes profundas devem favorecer a modelagem dos processos para superfície de áreas com estação seca mais pronunciada. Com isto os resultados revelam que há necessidade de obter mais informações de propriedades físicas do solo, apropriadas às condições da região, para que outros refinamentos sejam efetivos na distinção do comportamento de florestas tropicais sob diferentes regimes de disponibilidade de água no solo.

Medidas de espectroscopia Raman em cristais KDP e Nanotubos de Carbono: implementação da técnica

Atualmente, os físicos vêm desenvolvendo novas técnicas de caracterização de materiais, principalmente os novos materiais que os cientistas (de todas as áreas) estão produzindo a partir de outros já existentes como vidros, cerâmicas, polímeros, materiais semicondutores e supercondutores, materiais magnéticos, dentre outros. Seguindo esta linha, o Grupo de Física de Materiais da Amazônia vem adquirindo novas técnicas para caracterização de materiais e este trabalho marca o início da incorporação de mais uma técnica de caracterização junto ao laboratório de física da UFPA, a Espectroscopia Raman. Neste trabalho, utilizamos como amostras para realizar e testar a técnica implantada, cristais KH2PO4 (KDP) e nanotubos de carbono de parede simples (SWNT). O KDP foi escolhido devido ao fato de ter os espectros Raman muito conhecidos e ser um material de simples produção. O KDP puro ou dopado continua sendo alvo de pesquisa (teórica e/ou experimental) atual, principalmente por apresentar uma transição de fase ferroelétrica e ser um material que tem muitas aplicações nas indústrias que utilizam tecnologia de lasers, sensores, gerador de segundo e terceiro harmônico. Já os nanotubos de carbono também foram utilizados como amostras por ser um material de grande interesse científico, tecnológico e de grande aplicação no mundo moderno, pois podem ser empregados em nanotecnologia na produção de transistores e diodos, além disso, podem ser incorporados a certos materiais aumentando, assim, a resistência mecânica dos mesmos.Para as amostras de KDP foram realizadas medidas em temperatura ambiente, pressão uniaxial e temperatura. Nas medidas com a temperatura conseguimos observar o inicio da decomposição e de uma possível transição de fase em alta temperatura no KDP. As medidas com pressão uniaxial mostram que embora não se observe uma transição de fase bem definida é possível se identificar alteração que podem indicar o inicio de uma quebra de simetria devido aos efeitos de pressão. Nas amostras de nanotubos (nanotubos de paredes simples-SWNT) foram realizadas medidas de Raman em temperatura ambiente. Nessas medidas identificamos as bandas D e G bastante conhecidas as quais são reportadas em quase todos os artigos sobre esse tema. O mais importante foi a implantação da nova técnica que é uma técnica forte que pode ser aplicada em diferentes campos do conhecimento científico fortalecendo o Grupo de Física de Materiais da Amazônia.

Eletrônica molecular via método híbrido DFT/FGNE em anéis fenilas acoplados a eletrodos metálicos de nanotubos de carbono: a regra de conformação e quiralidade molecular

Nesta tese, investigamos detalhadamente as propriedades de transporte eletrônico, conformacional e de simetria de estruturas de Nanotubos de Carbono de Parede Simples zigzag (9,0), NCPS zz9, acopladas a anéis fenilas (2, 3, 4 e 5) sob influência de campo elétrico externo (voltagem) via método híbrido da Teoria do Funcional Densidade (DFT) do tipo B3LYP 6-311G(d,p) combinado com Função de Green de Não Equilíbrio (FGNE) e Teoria de Grupo. Verificamos uma boa relação entre: 1- o índice quiral () por Teoria de Grupo e a lei do cos2 (, ângulo diedral) por geometria sob a influência de campo elétrico externo, pois  só depende das posições atômicas (), das conformações, e também está fortemente correlacionada a corrente que passa através do sistema; 2- a condutância normalizada (G/Go) é proporcional a cos2 na região do gap (EHOMO-ELUMO), isto é, nas regiões onde ocorre a ressonância e a resistência diferencial negativa (RDN); 3- o gráfico Fowler-Northeim (FN) exibe mínimo de voltagem (Vmin) que ocorre sempre que a cauda de um pico de transmissão ressonante entra na janela de voltagem, isto é, quando nessas estruturas ocorre uma RDN, pois o número de RDN na curva I-V está associado ao número de Vmin no gráfico FN e pode ser explicado pelo modelo de transporte molecular coerente; 4- a altura da barreira (EF - EHOMO e ELUMO - EF) como função do comprimento molecular; 5- Vmin como função da altura da barreira (EF - EHOMO) e do comprimento molecular. Assim, 1 implica que a conformação molecular desempenha um papel preponderante na determinação das propriedades de transporte da junção; 2 sugere que a lei do cos2 tem uma aplicabilidade mais geral independentemente da natureza dos eletrodos; 3 serve como um instrumento espectroscópico e também para identificar a molécula na junção; 4 e 5 a medida que o comprimento molecular atinge um certo valor (1,3nm) o Vmin permanece praticamente inalterado. Os resultados mostraram que as propriedades estruturais sofrem alterações significativas com o aumento da voltagem que estão em boa concordância com os valores encontrados na literatura. O comportamento das curvas IxV e G/GoxV perdem sua dependência linear para dar origem a um comportamento não linear com aparecimento de RDN. Tal ponto revela a modificação estrutural sofrida pelo sistema. A curva IxV confirmou as afirmações que foram feitas através da análise estrutural para o sistema considerado e mostrou como se dá o fluxo de carga nos sistemas analisados.

Dinâmica do carbono dissolvido no Rio Acre: variações espaciais e sazonais

Este trabalho teve como principal objetivo estudar a dinâmica do carbono dissolvido ao longo de um trecho do rio Acre, avaliando a influência da área urbana da cidade de Rio Branco, e da descarga de três de seus tributários (Riozinho do Rola, igarapé Judia, igarapé São Francisco), bem como a influência das mudanças hidrológicas sazonais. Foram realizadas campanhas de campo mensais, entre dezembro de 2006 e setembro de 2007, em cinco sítios no rio Acre e um sítio na foz de cada um dos três tributários. A cada amostragem 1 litro de amostra de água era submetida a filtração e dividida em alíquotas para as análises de carbono orgânico dissolvido (COO), carbono inorgânico dissolvido (CIO) e íons maiores (Ca² + , Mg² + , K + , Na + , NH 4 + , HCO 3 -, Cl¯, SO 4 ²¯, NO 3 - , NO 2 - , e PO 4 3-) . Além das coletas foram medidos in situ os parâmetros físico-químicos pH, condutividade elétrica, oxigênio dissolvido e temperatura da água. O pH médio anual no rio Acre variou de 6,46 a 6,54 entre os sítios e a condutividade elétrica apresentou valores médios anuais entre os sítios que variam de 69,93 a 77,84 µS cm¯¹. Nos tributários, os valores médios anuais de pH variaram de 6,10 a 6,51 e a condutividade elétrica apresentou valores médios anuais que variaram entre 54,08 e 153,03 S cm¯¹. Os cátions predominantes no rio Acre e nos tributários foram o Na + e o Ca 2+ e os ânions foram o cr e o sol-. A concentração média anual de COD no rio Acre variou de 4,62 a 5,17 mg l¯¹, sem diferenças significativas entre os sítios de amostragem. Nos tributários as médias anuais, de COD variaram de 3,55 a 6,55 mg r1. As concentrações foram, significativamente maiores no período de cheia, com médias que variaram de 6,26 a 6,39 mg l¯¹ nos sítios do rio Acre. O igarapé São Francisco foi o único tributário que não apresentou diferenças entre os períodos sazonais. O CID teve uma concentração média anual no rio Acre que variou de 527,91 a 598,18 µM, sem diferenças significativas entre os sítios de amostragem. As maiores concentrações foram observada na seca, quando as concentrações médias variaram de 816,31 a 998,52 µM. Nos tributários as concentrações médias anuais de CID variaram de 248,54 a 986,50 µM.Quanto a pressão parcial do CO2 (pCO 2 ) , os sítios no rio Acre apresentam valores médios anuais variando entre 3559 e 4059 ppm, sem diferenças entre os sítios e com os maiores valores ocorrendo no período de cheia. Com base nos resultados, pode-se concluir que a dinâmica do carbono dissolvido no rio Acre não apresenta variações significativas decorrentes das descargas dos tributários nem do lançamento de esgotos. Por outro lado, as mudanças hidrológicas sazonais são os maiores responsáveis pelas alterações nesta dinâmica.

Estoques de carbono em sistemas agroflorestais de cacaueiro como subsídios a políticas de serviços ambientais

Os Sistemas Agroflorestais (SAFs) de cacaueiro da BR-230 além de ser uma alternativa para a recuperação de áreas desmatadas e degradadas da Amazônia são capazes de integrar floresta e agricultura proporcionando serviços ambientais como a manutenção da biodiversidade, o ciclo da água e o estoque de carbono. Porém, a lógica econômica do mercado de cacau não leva em consideração as falhas de mercado, sobretudo não internaliza as externalidades positivas dos serviços ambientais, principalmente o carbono dos Sistemas Agroflorestais de cacaueiro da BR-230. Portanto, o produtor rural não é compensado por este esforço em manter o serviço ambiental carbono em sua atividade. Assim, neste trabalho apresentamos um mecanismo de compensação com uma metodologia para o REDD para atividades produtivas a partir do estudo do Custo Marginal Privado e do Benefício Marginal Privado do mercado de cacau do Estado do Pará e, usando parâmetros da atividade produtiva dos SAFs de cacaueiro da BR-230, como o Carbono Estocado no Tempo para compor o Benefício Socioambiental. Este Benefício Socioambiental é composto pela Produtividade da Atividade, Valor do Carbono Estocado e primordialmente pelo Carbono Estocado no Tempo dos SAFs de cacaueiro para um período de trinta anos. Do estudo resultou a ferramenta do Benefício Socioambiental para solucionar os problemas da falha de mercado para a implantação do REDD para o produtor rural da SAF, mecanismo de compensação baseado na política de externalidade socioambiental positiva justificado pela Taxa Pigouviana. Portanto, o mecanismo de compensação apresenta uma visão de integração entre as dimensões social, econômica e ambiental como lógica diferente para os produtores rurais de SAFs da rodovia Transamazônica que promove benefícios para a conservação e preservação sem desmatamento e sem degradação para que o produtor continue perpetuando a conservação possibilitando um acréscimo na renda do produtor rural no período onde há maior custo da atividade e nenhuma receita de retorno e, nos últimos anos como forma de investimento de uma renovação da área em uso com um novo plantio ou com a manutenção de uma área antiga ou implantação de nova área de SAF. Desta forma, este mecanismo de compensação é um importante fator no financiamento de um novo modelo de desenvolvimento da Amazônia com uma política de REDD.