Estudo de carbonizados resultantes da gasificação e co-pirólise de resíduos da produção e processamento de arroz. Remoção de Cr3+ presente em meio líquido

A presente dissertação apresenta o estudo de dois carbonizados, provenientes da gasificação (CG) e co-pirólise (CP) de resíduos da cultura e processamento de arroz, no processo de remoção de Cr3+ presente em meio líquido. Os materiais de partida – casca de arroz (CA) e polietileno (PE) – utilizados nos ensaios de gasificação e co-pirólise, e os carbonizados resultantes destes processos térmicos, foram caracterizados através de ensaios físicos, químicos e ecotoxicológicos. O elemento químico com maior concentração, em todos os materiais, foi o Si. Nenhum dos eluatos revelou ecotoxicidade. No estudo de remoção de Cr3+ com os dois carbonizados avaliaram-se os efeitos dos seguintes parâmetros: pH inicial da solução, massa de adsorvente, tempo de contacto e concentração inicial de Cr3+. O carbonizado que teve o melhor desempenho na remoção de Cr3+ foi o CG, com remoções de cerca de 100%, devido ao aumento de pH, que provocou a precipitação do Cr. A capacidade de adsorção deste carbonizado variou entre 12 e 26 mg Cr3+.mg-1 CG, para uma concentração inicial aproximada de Cr3+ de 50 mg.L-1, pH inicial de 5, tempo de contacto de 24 horas e razões L/S entre 800 e 1000 mL. g-1. Foram aplicados os modelos cinéticos de pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem, e as isotérmicas de Langmuir, Freundlich e Sips. Observou-se um melhor ajustamento da cinética de pseudo-segunda ordem para CG. No CP verificou-se que ambos os modelos cinéticos se ajustavam aos dados experimentais. No CG observou-se que as isotérmicas de Freundlich e Sips apresentaram os melhores ajustamentos. Foi realizado um estudo dos mecanismos de adsorção para o CG e verificou-se que a troca iónica foi o fenómeno predominante. A avaliação ecotoxicológica das soluções contendo Cr, antes e após o ensaio de adsorção, indicou que o CG promoveu uma redução acentuada da ecotoxicidade das soluções até um nível não detetável.

Torrefação de biomassa de Arundo donax L. e de Phoenix canariensis com vista à sua valorização energética ou material

A torrefação é vista como um pré-tratamento térmico que introduz modificações na biomassa, ou em resíduos de biomassa, que facilitam o seu processamento mecânico e aumentam a sua estabilidade e densidade energética, potenciando, assim, uma valorização posterior. Neste trabalho, estudou-se o impacte da torrefação na gama de 200 a 350 ºC e tempos de residência entre 15 e 90 min nas propriedades da biomassa proveniente da herbácea Arundo donax L. e das palmeiras Phoenix canariensis, espécies muito abundantes em vários locais do país, tendo em vista a sua posterior valorização. A proliferação descontrolada do arundo e a praga do escaravelho das palmeiras leva a que estas espécies sejam alvo de frequentes operações de remoção. A sua estrutura altamente fibrosa dificulta e encarece estas operações, que acarretam custos significativos para as câmaras municipais, e não se conhecem medidas para a sua valorização material ou energética. A torrefação foi também aplicada a peletes de resíduos de pinheiro, na gama de 200 a 250 ºC e com tempos de residência de 30 e 60 min, para averiguar o seu impacte na qualidade desse biocombustível sólido. A torrefação permitiu obter peletes mais resistentes à biodegradação, devido à redução do teor de humidade para valores residuais, sem aumentar significativamente o seu teor de cinzas e sem afetar de forma relevante a sua durabilidade, o teor de finos ou a densidade aparente. Com a biomassa de arundo e de palmeira obtiveram-se produtos com maior poder calorífico e com melhor moabilidade. No entanto, a acentuada diminuição dos rendimentos mássico e energético e o elevado teor de cinzas constrangem a sua utilização como biocombustíveis sólidos. Desta forma, optou-se por testar a sua valorização como adsorventes do corante azul de metileno, bastante comum, por exemplo, na indústria têxtil, nos curtumes ou nas industrias do papel. Os estudos de adsorção revelaram maior afinidade pelo corante por parte da biomassa sujeita a torrefação mais ligeira, com eficiências de remoção muito próximas das do carvão ativado comercial, para concentrações iniciais de corante até 200 mg/L. As isotérmicas foram melhor ajustadas ao modelo de Langmuir, que revelou capacidades máximas de adsorção na monocamada entre 59,92 e 92,68 mg/g, tendo as curvas de cinética sido melhor descritas pelo modelo de pseudo-segunda ordem. A adsorção é bastante rápida nos primeiros minutos, essencialmente devido a atrações eletrostáticas, sendo inicialmente controlada pela difusão no filme e depois pela difusão nos poros. Os adsorventes revelaram seletividade por um corante catiónico e permitiram dessorção de corante, ao contrário do verificado com o carvão ativado comercial, o que é um aspeto da maior relevância tendo em mente a regeneração do adsorvente e a recuperação do corante.

Características de adsorção de fósforo em alguns solos da Amazônia Central

Com o objetivo de determinar as características de adsorção de fósforo utilizando-se a isoterma de Langmuir, e suas relações com algumas propriedades físicas e químicas de solos, foi desenvolvido um estudo no Laboratório de Solos do Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (INPA), com amostras da camada superficial (0 - 20 cm) de oito solos do Estado do Amazonas. Grande variação na capacidade máxima de adsorção (CMAP), energia de adsorção e fator capacidade de P máximo (FCPmáx) foi observado. O Plintossolo Argilúvico alumínico (FTa) foi o solo que apresentou os maiores valores de CMAP e FCPmáx e o Latossolo Amarelo1 (LAx -1) apresentou o maior valor de energia de adsorção. A CMAP variou de 0,297 a 0,888 mg P g-1 de solo, a energia de adsorção ficou na faixa de 0,230 a 0,730 L mg-1, e o FCPmáx variou de 137 a 593 mL g-1. O parâmetro FCPmáx obedeceu à seguinte ordem decrescente: Plintossolo Argilúvico alumínico > Latossolo Amarelo 1 > Latossolo Amarelo 3 > Latossolo Amarelo 6 > Latossolo Amarelo 2 > Latossolo Amarelo 4 > Argissolo Amarelo distrófico > Latossolo Amarelo 5. A CMAP e o FCPmáx correlacionaram-se positivamente com o conteúdo de argila (r = 0,948** e r = 0,962** ) e alumínio trocável (r = 0,688* e r = 0,666* ), e negativamente com a saturação de bases (r = - 0,667* e r = - 0,761*), respectivamente. A energia de adsorção apresentou correlação positiva com o conteúdo de argila (r = 0,783*) e negativa com a saturação de bases (r = - 0,775*).

Adsorção de cromo (VI) por carvão ativado granular de soluções diluídas utilizando um sistema batelada sob pH controlado

Na Amazônia o cromo é empregado principalmente na indústria de couro e de madeira, sendo responsável por vários problemas de saúde porque é tóxico para os seres vivos. A remoção de cromo de efluentes industriais é feita por meio de diversos processos como a adsorção. Este trabalho mostra os resultados da adsorção de Cr(VI) por carvão ativado granular comercial (CAG) como adsorvente de soluções diluídas empregando um sistema de adsorção batelada com controle de pH. Os grupos funcionais da superfície do CAG foram determinados pelo método de Boehm. Além disso, o efeito do pH na adsorção de Cr(VI), o equilíbrio e a cinética de adsorção foram estudados nas condições experimentais (pH = 6, MA = 6g, tempo de adsorção 90min.). Na superfície do CAG, os grupos carboxílicos foram determinados em maior concentração (MAS=0,43 mmol/gCAG), estes, presentes em concentrações elevadas aumentam a adsorção do metal, principalmente em valores de pH ácidos. A capacidade de adsorção é dependente do pH da solução, devido a sua influência nas propriedades de superfície do CAG e nas diferentes formas iônicas das soluções de Cr(VI). Os dados de equilíbrio da adsorção foram ajustados satisfatoriamente pela isoterma de Langmuir (R²=0,988), tipo favorável. A partir da cinética de adsorção a 5mg/L e 20mg/L, os resultados obtidos foram compatíveis com o valor limite preconizado na legislação nacional (Res. nº 357/05). Portanto, para o sistema experimental utilizando CAG foi eficiente na remoção de Cr(VI) a partir de correntes líquidas contendo baixas concentrações do metal.

Obtenção e caracterização de carvão ativado de caroço de buriti (Mauritia flexuosa L. f.) para a avaliação do processo de adsorção de cobre (II)

Na região amazônica, algumas indústrias despejam cobre nos corpos receptores que, em elevadas concentrações, é tóxico para os seres vivos. A remoção de cobre de efluentes industriais é realizada por diversos processos como a adsorção. Neste trabalho mostrou-se o resultado da adsorção de cobre (II) em carvão ativado de caroço de buriti carbonizado a 400 °C e ativado a 900 °C. O carvão ativado foi caracterizado em termos de área específica, tamanho dos poros, densidades aparente e real, porosidade, microscopia eletrônica de varredura, conteúdo de cinzas, pH, umidade, carbono fixo e grupos funcionais de superfície. O estudo de equilíbrio de adsorção avaliou a influência do diâmetro das partículas do carvão, do tempo de contato adsorvente/adsorbato, do pH e da concentração inicial da solução de cobre (II) sobre a remoção de cobre (II). Com base nos resultados, concluiu-se que há uma maior eficiência de remoção de cobre (II) para diâmetro < 0,595 mm, tempo de contato de 300 minutos, pH 4,0 e concentrações iniciais de cobre (II) de 50 e 80 mg L-1. O modelo matemático de Langmuir foi o que melhor se ajustou aos dados de equilíbrio de adsorção. A partir do tempo de contato de 15 minutos todas as concentrações de equilíbrio ficaram abaixo do máximo permitido de 1,0 mg L-1 previsto pela legislação vigente para lançamento de efluentes em corpos receptores.

Graphene-based nanostructures: Plasmonics in the THz range

The properties of surface plasmon-polaritons (SPPs) in graphene are discussed and several possible ways of coupling electromagnetic radiation in the terahertz (THz) spectral range to this type of surface waves are described: (i) the attenuated total reflection (ATR) method employing a prism, (ii) graphene-based gratings or graphene monolayers with modulated conductivity, (iii) a metal stripe on top of the graphene layer, and (iv) a nanoparticle located above it. Potentially interesting for applications SPP effects, such as switching, modulation and polarization of THz radiation, as well as its enhanced absorption in graphene, are considered. The discussion also concerns the impact of the nonlinear properties of graphene, such as optical bistability.

Adhesive bioactive coatings inspired by sea life

Inspired by nature, in particular by the marine mussels adhesive proteins (MAPs) and by the tough brick-and-mortar nacre-like structure, novel multilayered films are prepared in the present work. Organic-inorganic multilayered films, with an architecture similar to nacre based on bioactive glass nanoparticles (BG), chitosan and hyaluronic acid modified with catechol groups, which are the main responsible for the outstanding adhesion in MAPs, are developed for the first time. The biomimetic conjugate is prepared by carbodiimide chemistry and analyzed by ultraviolet-visible spectrophotometry. The build-up of the multilayered films is monitored with a quartz crystal microbalance with dissipation monitoring and their topography is characterized by atomic force microscopy. The mechanical properties reveal that the films containing catechol groups and BG present an enhanced adhesion. Moreover, the bioactivity of the films upon immersion in a simulated body fluid solution for 7 days is evaluated by scanning electron microscopy coupled with energy dispersive X-ray spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy and X-ray diffraction. It was found that the constructed films promote the formation of bone-like apatite in vitro. Such multifunctional mussel inspired LbL films, which combine enhanced adhesion and bioactivity, could be potentially used as coatings of a variety of implants for orthopedic applications.

Electroquímica de sustancias de interés en los sistemas agroalimentario y de sanidad animal. Desarrollo de biosensores electroquímicos. Aplicaciones analíticas.Electrochemistry of substances of interest in agroalimentary and animal health systems. Development of electrochemical biosensors. Analytical applications.

Se estudiarán los mecanismos de reacción electroquímica de las micotoxinas (metabolitos tóxicos generados por hongos) citrinina (CIT), patulina (PAT) y moniliformina (MON), de los antioxidantes naturales alfa, beta, gama y delta tocoferoles, de los flavonoides fisetina (FIS), morina (MOR), luteolina (LUT), rutina (RUT), buteina (BUT), naringenina (NAR) y miricetina (MIR) y de las hormonas esteroides estradiol (EDIOL), estrona (EONA) y estriol (ETRIOL). Por otra parte, se implementarán técnicas electroanalíticas para la detección y cuantificación de estos sustratos en muestras de matrices naturales que los contengan. Se realizará el diseño y caracterización de biosensores enzimáticos a partir de peroxidasas y/o fosfatasa alcalina para la determinación de la micotoxina CIT y de los flavonoides y, por otro, de inmunosensores para las micotoxinas ocratoxina A (OTA) y PAT y hormonas. Para el anclaje de enzimas y/o anticuerpos, se estudiarán las propiedades de electrodos modificados por monocapas autoensambladas, nanotubos de carbono y partículas magnéticas. Se usarán las técnicas de voltamperometría cíclica, de onda cuadrada y de redisolución con acumulación adsortiva, espectroscopías de impedancia electroquímica, electrólisis a potencial controlado, uv-vis e IR, microbalanza de cristal de cuarzo y microscopías de alta resolución (SEM, TEM, AFM). La importancia de este proyecto apunta a la obtención de nuevos datos electroquímicos de los sustratos indicados y conocimientos relacionados con la aplicación de electrodos modificados en la preparación de biosensores y en el desarrollo de técnicas alternativas para la determinación de los analitos mencionados precedentemente. Electrochemical reaction mechanisms of mycotoxins (toxic metabolites generated by fungi) citrinin (CIT), Patulin (PAT) and moniliformin (MON), natural antioxidants alpha, beta, gamma and delta tocopherols, flavonoids fisetin (FIS), morin (MOR), luteolin (LUT), rutin (RUT), butein (BUT), naringenin (NAR), miricetin (MIR) and steroid hormones estradiol (EDIOL), estrone (EONA) and estriole (ETRIOL) will be explored. On the other hand, electroanalytical techniques for the detection and quantification of these substrates in samples of natural matrices will be implemented. The design and characterization of enzymatic biosensors from peroxidases and/or from alkaline phosphatase for the determination of CIT and flavonoids, and also of inmunosensors for ochratoxin A (OTA) and PAT and hormones will be performed. For the anchor of enzymes and/or antibody, properties of electrodes modified by self assembled monolayers, carbon nanotubes and magnetic particles will be explored. Cyclic, square wave and adsorptive stripping voltammetries, electrochemical impedance spectroscopy, controlled potential electrolysis, uv-vis and IR, quartz crystal microbalance and high-resolution microcopies (SEM, TEM, AFM) will be used. The importance of this project is aimed at obtaining new electrochemical data for the indicated substrates and knowledge on the application of modified electrodes in preparation of biosensors and in the development of alternative techniques for the determination of the above-mentioned analytes.

Fixação de fósforo por um latossolo do estado de Minas Gerais

Foi estudada a adsorção do fósforo por amostras de três horizontes, A1 (0-22cm), A3 (22-56cm) e B22 (155-200cm), de um Latossolo do Estado de Minas Gerais por meio da isoterma de Langmuir. Os valores de adsorção máxima (b) e da constante de seletividade (K) calculados a partir da forma linear da equação de Langmuir foram correlacionados com algumas características físicas e químicas apresentadas pelos citados horizontes. Os resultados encontrados permitiram concluir que: a - As isotermas de adsorção mostraram duas regiões distintas: aquela em que o fosfato é fortemente retido foi convenientemente descrita pela equação de Langmuir. b - Em virtude da diversidade das características físicas e químicas dos horizontes houve grande variação nos valores de adsorção máxima (b) e da constante de seletividade (K).

Effect of interferon on the development of Trypanosoma cruzi in tissue culture "Vero" cells

Results are presented on the effects of interferon on the intracellular stages of T. cruzi in tissue culture "Vero" cells. Interferon was obtained by infecting monolayers of human amniotic cells with inactivated Newcastle disease virus. Interferon has not affected the cell infection by T. cruzi culture infective stages and neither has it prevented the transformation of amastigote into trypomastigote stages.

Interactions between Leishmania mexicana mexicana promastigotes and amastigotes and murine peritoneal macrophages in vitro

Unstimulated adherent mouse peritoneal cells were cultured in vitro and infected with equal numbers of a single strain of Leishmania m. mexicana amastigotes (AM), virulent promastigotes (VP), avirulent promastigotes (AVP) and fixed promastigotes (FP). Duplicate May-Grünwald-Giemsa stained coverslips were examined at time intervals up to 13 days. By 3 hr post infection, the number of macrophages containing parasites varied between 60.5% (VP) and 84% (AM) for macrophages exposed to living parasites, compared to 6.5% for macrophages exposed for FP. However, variable numbers of parasites showed degenerative changes by 3 hr, and the number of macrophages containing morphologically intact parasites varied significantly between cells infected with AM (84%) and those infected with VP (42%) or AVP(40%). The mean number on intacte parasites/macrophage also differed significantly between AM-infected cells and living or fixed promastigotes-infected cells. Quantitation of intact and degenerated parasites indicated parasite multiplication, as well as destruction, in VP-infected cells and parasite survival and multiplication in AM-infecte monolayers; in contrast no evidence of parasite multiplication was seen in AVP-infected cells. Changes in the mono layer itself (cell loss and macrophage vacuolization) were also evaluated. These results suggest that crucial events determining the outcome of infection occur in the host-parasite relationship during the fist 24 hours of infection. These events are apparently influenced not only by parasite or host strain but by environmentally induced variation within a given strain.

Modeling of in-situ crystallization processes in the Permian mafic layered intrusion of Mont Collon (Dent Blanche nappe, western Alps)

The Mont Collon mafic complex is one of the best preserved examples of the Early Permian magmatism in the Central Alps, related to the intra-continental collapse of the Variscan belt. It mostly consists (> 95 vol.%) of ol+hy-nonnative plagioclase-wehrlites, olivine- and cpx-gabbros with cumulitic structures, crosscut by acid dikes. Pegmatitic gabbros, troctolites and anorthosites outcrop locally. A well-preserved cumulative, sequence is exposed in the Dents de Bertol area (center of intrusion). PT-calculations indicate that this layered magma chamber emplaced at mid-crustal levels at about 0.5 GPa and 1100 degrees C. The Mont Collon cumulitic rocks record little magmatic differentiation, as illustrated by the restricted range of clinopyroxene mg-number (Mg#(cpx)=83-89). Whole-rock incompatible trace-element contents (e.g. Nb, Zr, Ba) vary largely and without correlation with major-element composition. These features are characteristic of an in-situ crystallization process with variable amounts of interstitial liquid L trapped between the cumulus mineral phases. LA-ICPMS measurements show that trace-element distribution in the latter is homogeneous, pointing to subsolidus re-equilibration between crystals and interstitial melts. A quantitative modeling based on Langmuir's in-situ crystallization equation successfully duplicated the REE concentrations in cumulitic minerals of all rock facies of the intrusion. The calculated amounts of interstitial liquid L vary between 0 and 35% for degrees of differentiation F of 0 to 20%, relative to the least evolved facies of the intrusion. L values are well correlated with the modal proportions of interstitial amphibole and whole-rock incompatible trace-element concentrations (e.g. Zr, Nb) of the tested samples. However, the in-situ crystallization model reaches its limitations with rock containing high modal content of REE-bearing minerals (i.e. zircon), such as pegmatitic gabbros. Dikes of anorthositic composition, locally crosscutting the layered lithologies, evidence that the Mont Collon rocks evolved in open system with mixing of intercumulus liquids of different origins and possibly contrasting compositions. The proposed model is not able to resolve these complex open systems, but migrating liquids could be partly responsible for the observed dispersion of points in some correlation diagrams. Absence of significant differentiation with recurrent lithologies in the cumulitic pile of Dents de Bertol points to an efficiently convective magma chamber, with possible periodic replenishment, (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Improved enzyme-linked immunoadsorbent assay (ELISA) for the study of Trypanosoma cruzi-host cell interaction in vitro

We herein present an improved assay for detecting the presence of Trypanosoma cruzi in infected cultures. Using chagasic human sera (CHS), we were able to detect T. cruzi infection in primary cultures of both peritoneal macrophages and heart muscle cells (MHC). To avoid elevated background levels - hitherto observed in all experiments especially in those using HMC - CHS were preincubated with uninfected cells in monolayers or suspensions prior to being used for detection of T. cruzi in infected monolayers. Preincubation with cell suspensions gave better results than with monolayers, reducing background by up to three times and increasing sensitivity by to twenty times. In addition, the continous fibroplastic cell line L929 was shown to be suitable for preadsorption of CHS. These results indicate that the high background levels observed in previous reports may be due to the presence of human autoantibodies that recognize surface and/or extracellular matrix components in cell monolayers. We therefore propose a modified procedure that increases the performance of the ELISA method, making it an useful tool even in cultures that would otherwise be expected to present low levels of infection or high levels of background

Laboratory evaluation on pathogenic potentialities of Vibrio furnissii

Sixteen strains of Vibrio furnissii recovered from 16 Brazilian patients with diarrhea were screened for virulence-associated factors. All strains were non-invasive, non-fimbriated, and did not produce either enterotoxins or cholera-like toxin. In contrast, most were hemolytic on blood agar and their broth-culture supernatants damaged HeLa cell monolayers. These cytolysins, as accepted for other enteropathogenic members of the family Vibrionaceae, might be determinants of pathogenicity in V. furnissii-mediated enteritis.

Agglutinating Secretory IgA Preserves Intestinal Epithelial Cell Integrity during Apical Infection by Shigella flexneri.

Shigella flexneri, by invading intestinal epithelial cells (IECs) and inducing inflammatory responses of the colonic mucosa, causes bacillary dysentery. Although M cells overlying Peyer's patches are commonly considered the primary site of entry of S. flexneri, indirect evidence suggests that bacteria can also use IECs as a portal of entry to the lamina propria. Passive delivery of secretory IgA (SIgA), the major immunoglobulin secreted at mucosal surfaces, has been shown to protect rabbits from experimental shigellosis, but no information exists as to its molecular role in maintaining luminal epithelial integrity. We have established that the interaction of virulent S. flexneri with the apical pole of a model intestinal epithelium consisting of polarized Caco-2 cell monolayers resulted in the progressive disruption of the tight junction network and actin depolymerization, eventually resulting in cell death. The lipopolysaccharide (LPS)-specific agglutinating SIgAC5 monoclonal antibody (MAb), but not monomeric IgAC5 or IgGC20 MAbs of the same specificity, achieved protective functions through combined mechanisms, including limitation of the interaction between S. flexneri and epithelial cells, maintenance of the tight junction seal, preservation of the cell morphology, reduction of NF-κB nuclear translocation, and inhibition of proinflammatory mediator secretion. Our results add to the understanding of the function of SIgA-mediated immune exclusion by identifying a mode of action whereby the formation of immune complexes translates into maintenance of the integrity of epithelial cells lining the mucosa. This novel mechanism of protection mediated by SIgA is important to extend the arsenal of effective strategies to fight against S. flexneri mucosal invasion.