Estudo do óxido de cálcio como catalisador para a transesterificação de óleos alimentares usados

O instável mas tendencialmente crescente preço dos combustíveis associado a preocupações ambientais cada vez mais enraizadas nas sociedades, têm vindo a despoletar uma maior atenção à procura de combustíveis alternativos. Por outro lado, várias projecções indicam um aumento muito acentuado do consumo energético global no curto prazo, fruto do aumento da população e do nível de industrialização das sociedades. Neste contexto, o biodiesel (ésteres de ácidos gordos) obtido através da transesterificação de triglicerídeos de origem vegetal ou animal, surge como a alternativa “verde” mais viável para utilização em equipamentos de combustão. A reacção de transesterificação é catalisada, por norma com recurso a catalisadores homogéneos alcalinos (NaOH ou KOH). Este tipo de processo, o único actualmente com expressão a nível industrial, apresenta algumas desvantagens que, para além de aumentarem o custo do produto final, contribuem para reduzir a benignidade do mesmo: a impossibilidade de reutilização do catalisador, o aumento do número e complexidade das etapas de separação e a produção de efluentes resultantes das referidas etapas. Com o intuito de minimizar ou eliminar estes problemas, vários catalisadores heterogéneos têm vindo a ser estudados para esta reacção. Apesar de muitos apresentarem resultados promissores, a grande maioria não tem viabilidade para aplicação industrial seja devido ao seu próprio custo, seja devido aos pré-tratamentos necessários à sua utilização. Entre estes catalisadores, o óxido de cálcio é talvez o que apresenta resultados mais promissores. O crescente número de estudos envolvendo este catalisador em detrimento de outros, é por si mesmo prova do potencial do CaO. A realização deste trabalho pretendia atingir os seguintes objectivos principais: • Avaliar a elegibilidade do óxido de cálcio enquanto catalisador da reacção de transesterificação de óleos alimentares usados com metanol; • Avaliar qual a sua influência nas características dos produtos finais; • Avaliar as diferenças de performance entre o óxido de cálcio activado em atmosfera inerte (N2) e em ar, enquanto catalisadores da reacção de transesterificação de óleos alimentares usados com metanol; • Optimizar as condições da reacção com recurso às ferramentas matemáticas disponibilizadas pelo planeamento factorial, através da variação de quatro factores chave de influência: temperatura, tempo, relação metanol / óleo e massa de catalisador utilizado. O CaO utlizado foi obtido a partir de carbonato de cálcio calcinado numa mufla a 750 °C durante 3 h. Foi posteriormente activado a 900 °C durante 2h, em atmosferas diferentes: azoto (CaO-N2) e ar (CaO-Ar). Avaliaram-se algumas propriedades dos catalisadores assim preparados, força básica, concentração de centros activos e áreas específicas, tendo-se obtido uma força básica situada entre 12 e 14 para ambos os catalisadores, uma concentração de centros activos de 0,0698 mmol/g e 0,0629 mmol/g e áreas específicas de 10 m2/g e 11 m2/g respectivamente para o CaO-N2 e CaO-Ar. Efectuou-se a transesterificação, com catálise homogénea, da mistura de óleos usados utilizada neste trabalho com o objectivo de determinar os limites para o teor de FAME’s (abreviatura do Inglês de Fatty Acid Methyl Esters’) que se poderiam obter. Foi este o parâmetro avaliado em cada uma das amostras obtidas por catálise heterogénea. Os planos factoriais realizados tiveram como objectivo maximizar a sua quantidade recorrendo à relação ideal entre tempo de reacção, temperatura, massa de catalisador e quantidade de metanol. Verificou-se que o valor máximo de FAME’s obtidos a partir deste óleo estava situado ligeiramente acima dos 95 % (m/m). Realizaram-se três planos factoriais com cada um dos catalisadores de CaO até à obtenção das condições óptimas para a reacção. Não se verificou influência significativa da relação entre a quantidade de metanol e a massa de óleo na gama de valores estudada, pelo que se fixou o valor deste factor em 35 ml de metanol / 85g de óleo (relação molar aproximada de 8:1). Verificou-se a elegibilidade do CaO enquanto catalisador para a reacção estudada, não se tendo observado diferenças significativas entre a performance do CaO-N2 e do CaO-Ar. Identificaram-se as condições óptimas para a reacção como sendo os valores de 59 °C para a temperatura, 3h para o tempo e 1,4 % de massa de catalisador relativamente à massa de óleo. Nas referidas condições, obtiveram-se produtos com um teor de FAME’s de 95,7 % na catálise com CaO-N2 e 95,3 % na catálise com CaO-Ar. Alguns autores de estudos consultados no desenvolvimento do presente trabalho, referiam como principal problema da utilização do CaO, a lixiviação de cálcio para os produtos obtidos. Este facto foi confirmado no presente trabalho e na tentativa de o contornar, tentou-se promover a carbonatação do cálcio com a passagem de ar comprimido através dos produtos e subsequente filtração. Após a realização deste tratamento, não mais se observaram alterações nas suas propriedades (aparecimento de turvação ou precipitados), no entanto, nos produtos obtidos nas condições óptimas, a concentração de cálcio determinada foi de 527 mg/kg no produto da reacção catalisada com CaO-N2 e 475 mg/kg com CaO-A. O óxido de cálcio apresentou-se como um excelente catalisador na transesterificação da mistura de óleos alimentares usados utilizada no presente trabalho, apresentando uma performance ao nível da obtida por catálise homogénea básica. Não se observaram diferenças significativas de performance entre o CaO-N2 e o CaO-Ar, sendo possível obter nas mesmas condições reaccionais produtos com teores de FAME’s superiores a 95 % utilizando qualquer um deles como catalisador. O elevado teor de cálcio lixiviado observado nos produtos, apresenta-se como o principal obstáculo à aplicação a nível industrial do óxido de cálcio como catalisador para a transesterificação de óleos.

Alternative solvents in carvone hydrogenation

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquimica

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.

Produção de biodiesel a partir de pastas de gordura e resíduo de glicerol

O principal objectivo deste trabalho consistiu na produção de biodiesel a partir de resíduos fornecidos pela Empresa SOCIPOLE, S.A. Esta, forneceu, pastas de gordura (depósito formado nos óleos usados), só aproveitadas pela empresa para a produção de sabões, e resíduo de glicerol proveniente da produção de biodiesel. Com as pastas de gordura, foi feito um estudo onde se variaram alguns parâmetros, tais como: o tipo de reactor, catalisador, temperatura, agitação, tempo de reacção, razão molar gordura:metanol e condições de secagem. O estudo mais pormenorizado foi efectuado com o NaOH, como catalisador. Foram feitos vários ensaios para os tempos de reacção de 30minutos, 1hora e 2horas, a 65ºC e razão molar gordura:metanol 1:6, tendo-se obtido respectivamente 86,7; 88,1 e 87,5% para o teor de ésteres. No caso da resina catiónica forte como catalisador, aparentemente não houve reacção ao fim de 12h, enquanto no ensaio que utilizou o ácido sulfúrico, o teor de ésteres foi de 82,6%, ao fim de 12h com razão molar gordura:metanol igual a 1:11. Quanto à produção de biodiesel a partir do resíduo de ácidos gordos resultante da purificação do resíduo de glicerol, foi feito um estudo preliminar usando diferentes catalisadores, uma resina catiónica forte, ácido sulfúrico e zircónia sulfatada. Este resíduo continha cerca de 60% de ácidos gordos e aproximadamente 39% de ésteres metílicos. Dos três catalisadores usados, o que permitiu obter maior teor de ésteres foi a zircónia sulfatada, tendo-se obtido 82,9% trabalhando a 60ºC durante 18horas com agitação de 230rpm e razão molar ácidos gordos:metanol de 1:12 . O ensaio em que se obteve menor percentagem de ésteres (56,4%) foi com resina catiónica. Com as duas matérias-primas obteve-se sempre um teor de ésteres, no produto final, abaixo dos 96,5% estabelecidos pela Norma Europeia EN 14103. Estes resultados reflectem provavelmente a composição complexa das matérias-primas. As pastas de gordura podem conter compostos não esterificáveis, solúveis no biodiesel, ou mais dificilmente esterificáveis nas condições operacionais usadas. Já o resíduo de ácidos gordos apresenta uma cor escura o que indica a existência de compostos corados, talvez polímeros. Portanto, para se tirar conclusões fundamentadas é necessário fazer análises mais completas das pastas de gordura e do resíduo de ácidos gordos, assim como ao biodiesel produzido de forma a identificar as possíveis contaminações existentes nos produtos com esta proveniência.

Estudo electroquímico de compostos naturais e semicondutores com possível utilização em células foto voltaicas

As células foto voltaicas orgânicas ou células de Gräetzel (depois do seu descobridor) são aparelhos para a colecta de energia solar que utilizam um semicondutor inorgânico e uma molécula orgânica. Dita molécula orgânica é capaz de excitar-se na presença de radiação electromagnética e ceder esta energia através da doação de electrões a este semicondutor. Embora estas estruturas e o seu processo de fabrico sejam relativamente pouco onerosas, o aproveitamento da energia solar é ainda muito baixo. Para além desta deficiência, os corantes sintéticos sofrem de “bleaching” ou então são reduzidos ou oxidados facilmente quando não conseguem transferir a energia que foi absorvida ou quando é difícil voltar ao estado original por dificuldades no completamento de circulação de electrões. Neste trabalho pretende-se então estudar o comportamento de moléculas e misturas complexas de moléculas com capacidade para serem excitadas pela luz solar. Como a dita xcitação promove a transferência de um electrão, este processo será seguido pela técnica de Voltametria cíclica. Como substâncias absorventes de luz utilizaremos compostos naturais (principalmente flavonóides) puros, ou então na forma de complexos naturais extraídos de algumas plantas. Estas misturas de corantes serão extractos aquosos (infusões) de casca de laranja e limão assim como extractos de folhas de cerejeira, com o objectivo de proporcionar lternativas aos flavonóides utilizados neste estudo. A caracterização voltamétrica desta célula é feita em diferentes formas de iluminação. Sobre a célula assim formada faz-se incidir rimeiro luz de lâmpadas fluorescentes, depois luz ultra violeta e por fim sem qualquer tipo de luz incidente. Na base do fabrico da variante mais clássica destas células está o semicondutor óxido de itânio (TiO2), por ser uma substância muito comum e barata e com propriedades semicondutoras notáveis. Uma forma comum de melhorar a eficiência deste material é introduzir dopantes com o intuito de melhorar a eficiência do processo de transferência electrónica. Um segundo objectivo deste trabalho é o estudo de sistemas semicondutor/molécula foto activa. Semicondutores como ZnO, TiO2 e TiO2 dopado serão então estudados. O gels de TiO2 ou o TiO2 dopado serão depositados sobre lâminas de vidro comum, nas quais foi anteriormente depositado uma película de alumínio que serve de condutor (eléctrodo egativo). Uma outra variante será a utilização de óxido de zinco, um semicondutor de baixo custo que por sua vez vai ser depositado em lâminas de alumínio comercial. A nossa célula foto electroquímica será então formada por moléculas de corante, uma lâmina e um semicondutor (que funcionará como eléctrodo de trabalho), com ou sem electrólito/catalizador (solução de iodo/iodeto), e eléctrodos de referência de Ag/AgCl, e outro auxiliar de grafite. Um outro objectivo é fazer um pequeno estudo sobre influencia do catalisador I2/etilenodiamina no comportamento electroquímico da célula, de forma a poder utilizar o solvente (etilenodiamina) com menor volatilidade do que a água, que é empregada no par I2/I3.m A importância deste facto prende-se com a limitada vida destas células quando o electrólito/solvente é evaporado pelas altas temperaturas da radiação incidente.

Estratégias de aproximação escola-família. Um estudo no contexto do 1º CEB

O envolvimento parental na escola assume-se atualmente como um elemento essencial do processo educativo com um contributo decisivo para um desenvolvimento saudável e equilibrado dos alunos. Porém, numa sociedade em constante mutação o processo educativo torna-se mais complexo, exigindo que a própria escola evolua rapidamente de forma a ser capaz de satisfazer todas as necessidades dos alunos e das suas famílias. Pelo seu potencial positivo no processo educativo o envolvimento dos pais na escola tem sido estudado e objeto de reflexões de diversos investigadores que se debruçaram sobre a temática da educação. É assim no âmbito do envolvimento parental e do seu potencial, que esta investigação se desenrola, partindo mais concretamente da seguinte questão: quais as estratégias de aproximação escola-família que melhor podem favorecer o envolvimento das famílias na escola? Na procura por uma resposta para esta questão a investigadora pretendeu não apenas identificar um conjunto diferenciado estratégias/ações que promovem o envolvimento das famílias no processo educativo, mas também envolver as famílias no desenvolvimento e operacionalização dessas estratégias/ações, avaliando a relevância de cada uma das estratégias/ações no aprofundamento da relação escola-família. O presente estudo foca a sua atenção sobre a turma da professora e autora deste projeto, desenvolvendo de forma colaborativa um conjunto de estratégias/ações de envolvimento parental e aferindo sobre os efeitos destas na relação escola-família. A presente investigação permitiu concluir que o catalisador da aproximação e aprofundamento da relação escola-família não se cinge apenas às estratégias/ações, mas também à forma como escola e família comunicam.

Produção de Biodiesel em reator de ultrassons

A contínua subida dos preços dos combustíveis fósseis tradicionais aliada à crescente pressão por parte de várias instituições mundiais para uma política “verde” no que diz respeito aos combustíveis, levam a um aumento da procura dos biocombustíveis e é neste contexto que surge o biodiesel como um dos principais intervenientes. O biodiesel pode ser definido como um derivado éster monoalquílico de ácidos gordos de cadeia longa proveniente de fontes renováveis como óleos vegetais ou gorduras animais e que apresenta características semelhantes ao diesel de petróleo, podendo ser utilizado sem qualquer problema em motores de ignição por compressão. Este trabalho apresenta como principal objetivo o estudo da aplicação da tecnologia de ultrassons na produção de biodiesel. Foi utilizado neste trabalho como matéria-prima um óleo doméstico usado. Este óleo foi previamente filtrado sendo depois analisado o seu índice de acidez para avaliar o seu teor em ácidos gordos livres. O valor obtido para o índice de acidez do óleo foi de 1,91 mg KOH/g, um valor relativamente baixo permitindo a sua utilização sem ser necessário um tratamento inicial via esterificação para diminuir a acidez do mesmo. Foram realizados três ensaios de reação independentes, o primeiro recorrendo ao método tradicional de produção de biodiesel através de transesterificação e recorrendo a agitação mecânica e aquecimento, o segundo utilizando uma sonda de ultrassons com a potência de 500 W e um terceiro ensaio de reação utilizando uma sonda de ultrassons de 2000 W. Em todas as reações foi utilizada uma proporção de 1:5 de óleo usado e metanol e 0,5 % (em relação á massa de óleo utilizada) de catalisador metilato de sódio. Todas as alíquotas recolhidas durante os ensaios foram analisadas através de cromatografia gasosa de modo a determinar o conteúdo em ésteres presente em cada uma delas. A reação convencional teve uma duração total de 150 minutos e decorreu a uma temperatura de 65ºC e a agitação constante de 500 rpm. Ao longo da reação foram retiradas alíquotas de cerca de 25 ml, que foram tratadas de imediato e posteriormente analisadas de modo a estudar-se o comportamento da reação ao longo do tempo. A percentagem de ésteres metílicos no biodiesel obtida ao fim de 90 minutos foi de 81,3%. Em seguida realizou-se uma reação utilizando uma sonda de ultrassons de 500 W de potência mergulhada num recipiente reacional devidamente isolado com uma rolha de cortiça de modo a minimizar as perdas de metanol por evaporação. O tempo total de reação foi de 90 minutos e foram-se retirando alíquotas de cerca de 25 ml para acompanhar o desenrolar da reação, tendo-se obtido uma percentagem de ésteres metílicos de 85,9% ao fim dos 90 minutos. Foi realizada por fim um terceiro ensaio de reação utilizando uma sonda de 2000 W com uma duração total de 90 minutos, tendo-se obtido resultados pouco satisfatórios (77,7%), provavelmente devido a algum problema operacional relacionado com a sonda de ultrassons utilizada ou devido a uma geometria do reator pouco eficiente. Os produtos resultantes da reação convencional e da reação utilizando a sonda de ultrassons de 500 W, assim como o óleo utilizado como matéria-prima foram caracterizados em termos de índice de acidez, densidade a 15ºC e viscosidade a 40ºC.

Plano estratégico “Empowering Lab ESEIG”

Os jovens ao longo do seu percurso escolar têm aspirações e expetativas elevadas quanto ao valor de empregabilidade dos diplomas a que tiveram acesso em todos os graus de ensino. Contudo, no recente contexto de crise económica, essas aspirações e expetativas socialmente nutridas pela escola e pela família têm sido em grande medida frustradas pelas crescentes dificuldades que os jovens portugueses de hoje têm vivido nos seus processos de inserção profissional. A nível individual, um jovem que passe um longo período inativo tem grandes probabilidades de sofrer de baixa autoestima, exclusão social ou de um “wage scar”, isto é, de no futuro ter um rendimento abaixo do rendimento médio de pessoas com formação e experiência equivalentes além de desenvolverem uma atitude passiva e falta de participação social, o que no longo prazo acaba por ter implicações negativas para a sociedade como um todo. Conscientes desta realidade e sabendo que as incubadoras de negócios podem transmitir confiança à comunidade financeira e apoiar as startups, promovendo uma cultura de empreendedorismo e agindo como um catalisador para o desenvolvimento de estruturas de suporte de negócios mais amplas, partimos para o estudo da incubação de negócios com o intuito de traçar um plano estratégico para a Escola Superior de Estudos Industriais e de Gestão (ESEIG) que permitisse desenvolver a cultura empreendedora da sua comunidade e por esta via dar o seu contributo para a resolução da crise económica que o país atravessa. Começamos por fazer um enquadramento teórico da incubação de negócios e rapidamente percebemos que, sendo a ESEIG uma instituição de ensino superior, era importante incluir no estudo os conceitos de empreendedorismo e inovação e perceber ao nível teórico como funciona a relação Universidade-Empresa. De seguida, fomos para o “terreno” e percebemos que a solução para este desafio passaria por capacitar os alunos da ESEIG com as competências empresariais e empreendedoras necessárias para o desenvolvimento de qualquer empreendimento autonomamente. Faltava agora perceber qual a melhor forma de concretizar este ambicioso objetivo. Após um pouco mais de estudo, percebemos que, a paixão está no centro de empreendedorismo juntamente com outras dimensões afetivas e emocionais e pode estimular a criatividade e o reconhecimento de novos padrões de informação fundamental para a descoberta e exploração de oportunidades promissoras. Por sua vez, a alegria local (escolas, cidades, regiões, países) está associada a uma maior atividade empreendedora, o humor e sentimentos positivos, bem como a satisfação de vida geram efeitos benéficos, como melhor desempenho nas tarefas e produtividade, evolução na carreira e sucesso pessoal e maior propensão para assumir riscos. Percebemos então que é necessário desenvolver uma cultura de positividade, pelo que, sugerimos a implementação do novo quadro conceptual PROSPER (Positivity; Relationships; Outcomes; Strengths; Purpose; Engagement; Resilience) que tem o potencial de ser usado como uma ferramenta organizacional para a implementação dos sete principais componentes de bem-estar. Cientes de que o objetivo final é aumentar a intenção empreendedora dos estudantes, bem como o número efetivo de empreendedores, definimos como objetivos, promover o valor do empreendedorismo na criação de oportunidades e no desenvolvimento das competências dos estudantes (Engaging), fornecer aos estudantes oportunidades de aprendizagem empresarial (Empowering) e apoiar os estudantes na criação e no desenvolvimento de negócios (Equipping). Neste sentido, sugerimos diversas ações que materializam estes objetivos. Para finalizar, utilizamos um Lean Canvas com o intuito de concretizar a nossa proposta estratégica para ESEIG, que culmina com a criação do Empowering Lab ESEIG.

Green synthesis of 2-Oxazoline-based polymers with antimicrobial activity using scCO2

Using a green methodology, 17 different poly(2-oxazolines) were synthesized starting from four different oxazoline monomers. The polymerization reactions were conducted in supercritical carbon dioxide under a cationic ring-opening polymerization (CROP) mechanism using boron trifluoride diethyl etherate as the catalyst. The obtained living polymers were then end-capped with different types of amines, in order to confer them antimicrobial activity. For comparison, four polyoxazolines were end-capped with water, and by their hydrolysis the linear poly(ethyleneimine) (LPEI) was also produced. After functionalization the obtained polymers were isolated, purified and characterized by standard techniques (FT-IR, NMR, MALDI-TOF and GPC). The synthesized poly(2-oxazolines) revealed an unusual intrinsic blue photoluminescence. High concentration of carbonyl groups in the polymer backbone is appointed as a key structural factor for the presence of fluorescence and enlarges polyoxazolines’ potential applications. Microbiological assays were also performed in order to evaluate their antimicrobial profile against gram-positive Staphylococcus aureus NCTC8325-4 and gram-negative Escherichia coli AB1157 strains, two well known and difficult to control pathogens. The minimum inhibitory concentrations (MIC)s and killing rates of three synthesized polymers against both strains were determined. The end-capping with N,N-dimethyldodecylamine of living poly(2- methyl-2-oxazoline) and poly(bisoxazoline) led to materials with higher MIC values but fast killing rates (less than 5 minutes to achieve 100% killing for both bacterial species) than LPEI, a polymer which had a lower MIC value, but took a longer time to kill both E.coli and S.aureus cells. LPEI achieved 100% killing after 45 minutes in contact with E. coli and after 4 hours in contact with S.aureus. Such huge differences in the biocidal behavior of the different polymers can possibly underlie different mechanisms of action. In the future, studies to elucidate the obtained data will be performed to better understand the killing mechanisms of the polymers through the use of microbial cell biology techniques.

Ageing on commercial automotive catalysts, a structure reactivity study

Increasingly stringed regulations for diesel engine emissions have a significant impact on the required efficiency of DOC. Lowered DOC oxidation efficiency due to thermal aging effects influences the efficiency of the exhaust aftertreatment systems downstream of the DOC. In this work carried out in the Jean Le Rond d’Alembert Institute the effect of hydrothermal aging on the reactivity and structure of a commercial DOC was investigated. The characterization of the catalytic performance was carried out on a synthetic gas bench using carrots catalyst under conditions close to the realistic conditions i.e. using a synthetic gas mixture, representative of the exhaust gases from diesel engines. Different structural characterization techniques were performed: textural and morphological proprieties were analyzed by BET and TEM, the characterization of the presented crystallographic phases was performed by DRX and the determination of the number of reducible species was possible by TPR. TEM results shown, an increase of the metal particle size with the aging caused by the agglomeration of metal particles, revealing the presence of metal sintering. DRX results also suggest the presence of support sintering. Furthermore, DRX and BET results unexpectedly reveal that the most drastic aging conditions used actually activated the catalyst surface. As expected, the aging affected negatively the catalyst performance on the oxidation of methane and CO, however an improvement of the NO oxidation performance with the aging was observed. Nevertheless, for the aging conditions used, catalytic activity results show that the influence of aging in DOC performance was not significant, and therefore, more drastic aging conditions must be used.

Development of novel ionic liquids based on biological molecules

Ionic Liquids (ILs) belong to a class of compounds with unusual properties: very low vapour pressure; high chemical and thermal stability and the ability to dissolve a wide range of substances. A new field in research is evaluating the possibility to use natural chiral biomolecules for the preparation of chiral ionic liquids (CILs). This important challenge in synthetic chemistry can open new avenues of research in order to avoid some problems related with the intrinsic biodegradability and toxicity associated to conventional ILs. The research work developed aimed for the synthesis of CILs, their characterization and possible applications, based on biological moieties used either as chiral cations or anions, depending on the synthetic manipulation of the derivatives. Overall, a total of 28 organic salts, including CILs were synthesized: 9 based on L-cysteine derivatives, 12 based on L-proline, 3 based on nucleosides and 4 based on nucleotides. All these new CILs were completely characterized and their chemical and physical properties were evaluated. Some CILs based on L-cysteine have been applied for discrimination processes, including resolution of racemates and as a chiral catalyst for asymmetric Aldol condensation. L-proline derived CILs were also studied as chiral catalysts for Michael reaction. In parallel, the interactions of macrocyclic oligosugars called cyclodextrins (CDs) with several ILs were studied. It was possible to improve the solubility of CDs in water and serum. Additionally, fatty acids and steroids showed an increase in water solubility when ILs-CDs systems were used. The development of efficient and selective ILs-CDs systems is indispensable to expand the range of their applications in host-guest interactions, drug delivery systems or catalytic reactions. Novel salts derived from nucleobases were used in order to enhance the fluorescence in aqueous solution. Additionally, preliminary studies regarding ethyl lactate as an alternative solvent for asymmetric organocatalysis were performed.

The thermal effects on the methanol-to-olefins reaction: A modelling and experimental approach

With the projection of an increasing world population, hand-in-hand with a journey towards a bigger number of developed countries, further demand on basic chemical building blocks, as ethylene and propylene, has to be properly addressed in the next decades. The methanol-to-olefins (MTO) is an interesting reaction to produce those alkenes using coal, gas or alternative sources, like biomass, through syngas as a source for the production of methanol. This technology has been widely applied since 1985 and most of the processes are making use of zeolites as catalysts, particularly ZSM-5. Although its selectivity is not especially biased over light olefins, it resists to a quick deactivation by coke deposition, making it quite attractive when it comes to industrial environments; nevertheless, this is a highly exothermic reaction, which is hard to control and to anticipate problems, such as temperature runaways or hot-spots, inside the catalytic bed. The main focus of this project is to study those temperature effects, by addressing both experimental, where the catalytic performance and the temperature profiles are studied, and modelling fronts, which consists in a five step strategy to predict the weight fractions and activity. The mind-set of catalytic testing is present in all the developed assays. It was verified that the selectivity towards light olefins increases with temperature, although this also leads to a much faster catalyst deactivation. To oppose this effect, experiments were carried using a diluted bed, having been able to increase the catalyst lifetime between 32% and 47%. Additionally, experiments with three thermocouples placed inside the catalytic bed were performed, analysing the deactivation wave and the peaks of temperature throughout the bed. Regeneration was done between consecutive runs and it was concluded that this action can be a powerful means to increase the catalyst lifetime, maintaining a constant selectivity towards light olefins, by losing acid strength in a steam stabilised zeolitic structure. On the other hand, developments on the other approach lead to the construction of a raw basic model, able to predict weight fractions, that should be tuned to be a tool for deactivation and temperature profiles prediction.

Light harvesting in solar cells using natural pigments from red fruits adsorbed to mesoporous TiO2

Nature has developed strategies to present us with a wide variety of colours, from the green of leaves to the bright colours seen in flowers. Anthocyanins are between these natural pigments that are responsible for the great diversity of colours seen in flowers and fruits. Anthocyanins have been used to sensitize titanium dioxide (TiO2) in Dye-Sensitized Solar Cells (DSSCs). DSSCs have become one of the most popular research topic in photovoltaic cells due to their low production costs when compared to other alternatives. DSSCs are inspired in what happens in nature during photosynthesis. A primary charge separation is achieved by means of a photoexcited dye capable of performing the electron injection into the conduction band of a wide band-gap semiconductor, usually TiO2. With this work we aimed to synthesize a novel mesoporous TiO2 structure as the semiconductor in order to increase the dye loading. We used natural occurring dyes such as anthocyanins and their synthetic flavylium relatives, as an alternative to the widely used metal complexes of Ru(II) which are expensive and are environmentally unsafe. This offers not only the chance to use safer dyes for DSSCs, but also to take profit of waste biological products, such as wine and olive oil production residues that are heavily loaded with anthocyanin dyes. We also performed a photodegradation study using TiO2 as the catalyst to degrade dye contaminants, such as those from the wine production waste, by photo-irradiation of the system in the visible region of the light spectrum. We were able to succeed in the synthesis of mesoporous TiO2 both powder and thin film, with a high capacity to load a large amount of dye. We proved the concept of photodegradation using TiO2 as catalyst. And finally, we show that wine production waste is a possible dye source to DSSCs application.

Fostering e-participation sustainability through a BPM-driven semantic model

According to a recent Eurobarometer survey (2014), 68% of Europeans tend not to trust national governments. As the increasing alienation of citizens from politics endangers democracy and welfare, governments, practitioners and researchers look for innovative means to engage citizens in policy matters. One of the measures intended to overcome the so-called democratic deficit is the promotion of civic participation. Digital media proliferation offers a set of novel characteristics related to interactivity, ubiquitous connectivity, social networking and inclusiveness that enable new forms of societal-wide collaboration with a potential impact on leveraging participative democracy. Following this trend, e-Participation is an emerging research area that consists in the use of Information and Communication Technologies to mediate and transform the relations among citizens and governments towards increasing citizens’ participation in public decision-making. However, despite the widespread efforts to implement e-Participation through research programs, new technologies and projects, exhaustive studies on the achieved outcomes reveal that it has not yet been successfully incorporated in institutional politics. Given the problems underlying e-Participation implementation, the present research suggested that, rather than project-oriented efforts, the cornerstone for successfully implementing e-Participation in public institutions as a sustainable added-value activity is a systematic organisational planning, embodying the principles of open-governance and open-engagement. It further suggested that BPM, as a management discipline, can act as a catalyst to enable the desired transformations towards value creation throughout the policy-making cycle, including political, organisational and, ultimately, citizen value. Following these findings, the primary objective of this research was to provide an instrumental model to foster e-Participation sustainability across Government and Public Administration towards a participatory, inclusive, collaborative and deliberative democracy. The developed artefact, consisting in an e-Participation Organisational Semantic Model (ePOSM) underpinned by a BPM-steered approach, introduces this vision. This approach to e-Participation was modelled through a semi-formal lightweight ontology stack structured in four sub-ontologies, namely e-Participation Strategy, Organisational Units, Functions and Roles. The ePOSM facilitates e-Participation sustainability by: (1) Promoting a common and cross-functional understanding of the concepts underlying e-Participation implementation and of their articulation that bridges the gap between technical and non-technical users; (2) Providing an organisational model which allows a centralised and consistent roll-out of strategy-driven e-Participation initiatives, supported by operational units dedicated to the execution of transformation projects and participatory processes; (3) Providing a standardised organisational structure, goals, functions and roles related to e-Participation processes that enhances process-level interoperability among government agencies; (4) Providing a representation usable in software development for business processes’ automation, which allows advanced querying using a reasoner or inference engine to retrieve concrete and specific information about the e-Participation processes in place. An evaluation of the achieved outcomes, as well a comparative analysis with existent models, suggested that this innovative approach tackling the organisational planning dimension can constitute a stepping stone to harness e-Participation value.

Valorization of olive pomace through combination of biocatalysis with supercritical fluid technology

A supercritical carbon dioxide (scCO2) based oil extraction method was implemented on olive pomace (alperujo), and an oil yield of 25,5 +/- 0,8% (goil/gdry residue) was obtained. By Soxhlet extraction with hexane, an oil extraction yield of 28,9 +/- 0,8 % was obtained, which corresponds to an efficiency of 88,4 +/- 4,8 % for the supercritical method. The scCO2 extraction process was optimized for operating conditions of 50 MPa and 348,15 K, for which an oil loading of 32,60 g oil/kg CO2 was calculated. As a proof of concept, olive pomace was used as feedstock for biodiesel production, in a process combining the use of lipase as a catalyst with the use of scCO2 as a solvent, and integrating the steps of oil extraction, oil to biodiesel transesterification and subsequent separation of the latter. In the conducted experiments, FAME (fatty acid methyl ester) purities of 90% were obtained, with the following operating parameters: an oil:methanol molar ratio of 1:24; a residence time of 7,33 and 11,6 mins; a pressure of 40 MPa; a temperature of 313,15 K; and Lipozyme (Mucor miehei; Sigma-Aldritch) as an enzyme. However, oscillations of FAME purity were registered throughout the experiments, which could possibly be due to methanol accumulation in the enzymatic reactor. Finally, the phenolic content of olive pomace, and the effect of the drying process – oven or freeze-drying – and the extraction methods – hydro-alcoholic method and supercritical method – on the phenolic content were analysed. It was verified that the oven-drying process on the olive pomace preserved 90,1 +/- 3,6 % of the total phenolic content. About 62,3 +/- 5,53% of the oven-dried pomace phenolic content was extracted using scCO2 at 60 MPa and 323,15 K. Seven individual phenols – hydroxytyrosol, tyrosol, oleuropein, quercetin, caffeic acid, ferulic acid and p-coumaric acid – were identified and quantified by HPLC.