Calixarenos metálicos catalisadores de reacções orgânicas industriais sustentáveis

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

Desenvolvimento de Têxteis com Capacidade de Libertação de Agentes Funcionais

Mestrado em Engenharia Química - Ramo Tecnologias de Protecção Ambiental

Utilização da Nanotecnologia para o desenvolvimento sustentável na indústria agro-alimentar

O crescimento populacional esperado para os próximos anos conduzirá à necessidade de aumentar a produção agrícola de modo a satisfazer o aumento da procura. Nos últimos anos tem-se assistido a uma evolução tecnológica nos sistemas de produção que tem permitido aumentar a produtividade agrícola, por vezes à custa de elevados consumos de energia e com práticas nem sempre ambientalmente corretas. Os desafios que se colocam atualmente são no sentido de melhorar a conservação de recursos escassos, como o solo e a água, de aumentar a eficiência de uso de fatores de produção, de encontrar novas culturas, do desenvolvimento da biotecnologia, da diminuição dos consumos energéticos e de melhorar ainda mais as tecnologias associadas à produção. De maneira a responder aos desafios emergentes da procura por alimentos, da escassez de terrenos agrícolas aráveis bem como da existência de pragas de insetos e de ervas daninhas, os pesticidas tem vindo a ser usados com maior frequência, tendo-se assistido a uma contaminação dos solos e águas subterrâneas, causando deste modo um risco para a saúde dos seres vivos. Neste sentido, vários fabricantes de pesticidas estão a desenvolver novas formulações contendo pesticidas encapsulados em nanopartículas como modo de aumentar a sua solubilidade em água, biodisponibilidade, volatilidade, estabilidade e eficácia. tendo por objetivo um desenvolvimento sustentável. Neste trabalho, procedeu-se ao estudo do encapsulamento do herbicida Oxadiargil (5-terc-butil-3-[2,4-dicloro-5-(2-propiniloxi)fenil]-1,3,4-oxadiazol-2(3H)-ona) com a 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (HP-β-CD). O estudo da formação do complexo de inclusão Oxadiargil - HP-β-CD foi realizado em diferentes meios, água desionizada, tampão acetato pH = 3,46 e pH = 5,34 e tampão fosfato pH = 7,45, com o objetivo de determinar e comparar a sua constante de estabilidade. Verificou-se, em qualquer dos casos, a ocorrência de uma relação linear entre o aumento da solubilidade do Oxadiargil e o aumento da concentração de HP-β-CD, com um declive inferior a um, o que indicia a formação de um complexo na proporção estequiométrica de 1:1. Os resultados obtidos permitiram concluir que o processo de complexação Oxadiargil - HP-β-CD não é muito influenciado pela constituição e pelo pH do meio. De facto, as constantes de estabilidade obtidas para a água desionizada e soluções-tampão pH = 3,46, pH = 5,34 e pH = 7,45 foram de 919 ± 25, 685 ± 13, 623 ± 17 e 753 ± 9, respetivamente. A solubilidade do complexo obtido nos estudos realizados, em diferentes meios, é cerca de 23 a 32 vezes superior à observada para o Oxadiargil livre. De forma a caracterizar o complexo Oxadiargil - HP-β-CD procedeu-se à sua síntese utilizando o método de “kneading”. O composto obtido foi caracterizado por Ressonância Magnética Nuclear (RMN) tendo-se confirmado a formação de um complexo de inclusão na proporção estequiométrica de 1:1. O complexo obtido é mais solúvel e porventura mais estável quimicamente. O encapsulamento permite uma redução da aplicação dos pesticidas diminuindo assim os custos e o impacto negativo no ambiente. Com a nanotecnologia é possível a libertação controlada dos pesticidas, aumentando a sua eficácia e fornecendo os meios necessários para um desenvolvimento sustentável.

Development of Monoolein-based lipofection vectors for therapeutic siRNA delivery

Tese de Doutoramento em Biologia Molecular e Ambiental - Especialidade em Biologia Celular e Saúde

Alterações químicas em solos ácidos após a aplicação de resíduos vegetais

O conhecimento do comportamento químico de solos ácidos durante a decomposição de resíduos vegetais tem grande importância no manejo destes solos. Em Londrina, foi avaliado, durante os anos de 1995 e 1996, o efeito da incubação (0, 15, 30, 60 e 90 dias) de resíduos de nabo, soja e trigo (doses de 2 e 4%) finamente moídos com amostras do horizonte Bw de três unidades de solo (Latossolo Vermelho-Amarelo, Latossolo Roxo e Latossolo Vermelho-Escuro) sobre o pH, carbono orgânico dissolvido (COD) e Al, Ca, Mg e K trocáveis e solúveis. Nos resíduos vegetais, foram determinados o COD e Ca, Mg e K totais e solúveis. Imediatamente após a aplicação dos resíduos vegetais (tempo zero), ocorreram aumentos no pH, no Ca, Mg e K trocáveis e solúveis, no Al solúvel e no COD e redução no Al trocável. A intensidade dessas alterações foi relacionada com o COD e Ca, Mg e K solúveis nos diferentes resíduos, na seguinte ordem: nabo > soja > trigo. Durante a incubação, o COD na solução do solo foi rapidamente diminuído. A redução do COD com o tempo de incubação não alterou o K, mas reduziu drasticamente o Al, Ca e Mg na solução do solo, demonstrando a importância do COD na manutenção de cátions polivalentes em solução por meio do mecanismo de complexação orgânica. A especiação química demonstrou que acima de 90% do Al total em solução estava na forma orgânica. A composição orgânica e inorgânica da fração hidrossolúvel de resíduos vegetais demonstrou ser a principal responsável pelas alterações químicas observadas nas amostras de solos ácidos.

Plantas invasoras para melhorar a eficiência da calagem na correção da acidez subsuperficial do solo

Foram desenvolvidos estudos com colunas de solo (Ø = 4 cm; h = 25 cm) em condições de laboratório, em Londrina, durante os anos de 1999 e 2000, utilizando-se o horizonte Bw de um Latossolo Vermelho. As seguintes plantas foram testadas: agriãozinho das pastagens (Synedrellopsis grisebachii), carrapicho-de-carneiro (Acanthospermum hispidum ), caruru roxo (Amaranthus hybridus), ordão-de-frade (Leonotis nepetifolia: ), losna branca (Parthenium hysterophorus), mamona (Ricinus communis), picão branco (Galinsoga parviflora) e trapoeraba (Commelina benghalensis ). Extratos aquosos da parte aérea das plantas (3 g em 150 mL) foram aplicados na superfície do solo e lixiviados com três volumes de poros de água destilada, em tratamentos com calcário na superfície. Avaliaram-se as alterações no pH do solo e os teores de cátions trocáveis (Ca, Al, K e Mg) em camadas do solo de 5 cm e na solução efluente. A calagem superficial (sem extrato vegetal) aumentou o pH e o Ca e diminuiu o Al apenas no local de aplicação e, em menor intensidade, na camada de 5-10 cm. Os extratos de plantas e calagem superficial aumentaram o pH e reduziram Al até 20 cm de profundidade. A mamona foi a planta invasora que apresentou a maior capacidade de transportar Ca, elevando a concentração do nutriente até 15 cm de profundidade. As plantas de maior efeito na acidez foram: picão branco e trapoeraba, que também causaram a maior lixiviação de Al da coluna de solo. As de menor efeito foram: agriãozinho e carrapicho-de-carneiro. As plantas invasoras testadas apresentaram potencial para uso, objetivando o aumento da eficiência da calagem na correção da acidez da subsuperfície do solo.

Decomposição de amostras de solos assistida por radiação microondas: estratégia para evitar a formação de fluoretos insolúveis

A decomposição de amostras que contêm elevados teores de Si, utilizando mistura com os ácidos nítrico e fluorídrico, pode provocar a precipitação de fluoretos de Al(III), Ca(II), Fe(III) e Mg(II) durante a digestão, impedindo a recuperação total desses elementos. Visando minimizar esse problema, foram testados quatro procedimentos aplicados a diferentes amostras de solos. O procedimento mais eficiente envolveu a decomposição assistida por radiação microondas, seguida pela separação do material sólido residual com elevado teor de Si do sobrenadante ácido. A fração residual foi solubilizada usando HF concentrado e, após complexação com ácido bórico, essa solução foi misturada à fase líquida do digerido. Os teores de metais nos digeridos foram determinados por espectrometria de emissão óptica em plasma induzido (ICP OES) e a exatidão foi demonstrada aplicando o procedimento proposto em amostras provenientes do programa colaborativo International Soil-Analytical Exchange (ISE, Wegening Agricultural University, Holanda) e em amostra certificada de solo proveniente do National Institute of Standard and Technology (NIST, SRM 2709), que apresentou respectivamente, os seguintes percentuais de recuperação: 100,0 ± 2,6; 99,5 ± 1,9; 108,5 ± 2,7; 94,6 ± 8,9; 92,2 ± 9,7; 95,7 ± 1,8; 96,7 ± 2,7; 95,2 ± 0,6; 103,6 ± 2,6 e 96,1 ± 1,6 para, Al, Ba, Ca, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, V e Zn.

Formas químicas, disponibilidade de manganês e produtividade de soja em solos sob semeadura direta

O trabalho foi desenvolvido com os objetivos de testar, dentre vários extratores de micronutrientes do solo, qual é o mais adequado para avaliar a disponibilidade de Mn em solos sob sistema de semeadura direta (SSD); estudar, com auxílio da ressonância paramagnética eletrônica (RPE), a interação do Mn com os ácidos húmicos (AH) de solos de locais com e sem constatações de deficiência desse nutriente, e avaliar em quais das frações do solo (trocável, orgânica, óxido e residual) estava ligado o Mn, após sua aplicação no solo. Quatro locais foram selecionados para o estudo (Local I: Faz. Santa Rosa; II e III: Faz. Novo Horizonte e IV: Campo Experimental da Fundação ABC). Os Locais I, II e III situam-se em Tibagi, PR, e o Local IV, em Castro (PR). De modo geral, as doses de Mn aplicadas elevaram os teores de Mn nos solos, mas a concentração e a quantidade de Mn acumuladas pelas plantas de soja foram pouco influenciadas. Os teores de Mn nas frações trocável, orgânica e óxido das amostras do Local I aumentaram com as doses de Mn aplicadas no solo, tendo a maior elevação ocorrido na fração orgânica. Nessa fração, os teores aumentaram de 5,4 mg kg-1, na testemunha, para 35,1 mg kg-1, com a aplicação da maior dose. Os sinais de Mn não foram detectados por RPE nas amostras sólidas de AH (pH 3,0). A quantificação de Mn nessas amostras, após digestão nítrico-perclórica, juntamente com a observação de Mn por RPE, em amostras de AH em solução (pH 2,4), confirmou a hipótese de que o Mn presente nas amostras de AH estava na forma de ligações muito estáveis com os grupos funcionais (provavelmente carboxílicos) do AH. A ausência de efeito do Mn na produtividade da soja pode ser devida à complexação do nutriente pela MO. De forma geral, o DTPA-TEA foi o extrator mais adequado na avaliação da disponibilidade de Mn à soja.

Atividade e especiação química na solução afetadas pela adição de fósforo em latossolo sob plantio direto em diferentes condições de acidez

No sistema plantio direto (SPD), ocorre acúmulo superficial de resíduos de culturas e de nutrientes, especialmente P e Ca, que contribuem para a inativação do Al3+ em solução. Assim, a presença desse elemento no solo não indica, necessariamente, que ocorre fitotoxidez, visto que ânions orgânicos e inorgânicos alteram a dinâmica do Al livre em solução, reduzindo sua atividade. Nestas condições, o conhecimento da atividade e da especiação iônica em solução pode ser útil para o entendimento da sua dinâmica no solo. No presente trabalho, determinaram-se a atividade e a especiação de íons na solução de um Latossolo, cultivado, há sete anos, no sistema plantio direto em diferentes condições de acidez provocadas pela adição anterior (1994) de doses de calcário. Feita a caracterização química do solo do experimento, amostras indeformadas foram coletadas em colunas de PVC rígido, onde se aplicaram, na superfície: 0, 40, 80, 160, 320, 640, 1.280 e 2.560 mg L-1 de P em solução, com posterior incubação, por 30 dias. Extraiu-se a solução do solo por centrifugação, determinando-se os atributos de acidez, os cátions e os ânions para estimar a atividade e especiação iônica em solução, utilizando o programa Visual Minteq A2. Com a aplicação das doses de P, houve decréscimo no teor de Al no solo e na sua atividade em solução. O aumento de P na solução não afetou, de forma direta, a inativação de Al, uma vez que não houve formação de fosfatos de Al. No entanto, os ânions orgânicos e inorgânicos, deslocados do complexo de troca pelo fosfato, foram efetivos na complexação do Al em solução.

Mobilidade de íons em solo ácido com aplicação de calcário, ácido orgânico e material vegetal em superfície

Há controvérsias quanto à eficiência da correção da acidez da camada subsuperficial pela aplicação de calcário na presença de materiais vegetais de plantas de cobertura e faltam informações sobre os mecanismos envolvidos no processo. O objetivo deste estudo foi quantificar a contribuição dos materiais vegetais de plantas de cobertura, com ênfase nos seus conteúdos de ácidos orgânicos de baixa massa molar e nutrientes solúveis, sobre a mobilização, no perfil do solo, dos produtos da dissolução do calcário aplicado em superfície. Foram desenvolvidos dois experimentos em laboratório, usando colunas de PVC de 30 cm de altura com amostras deformadas de um Latossolo Vermelho textura muito argilosa. Os tratamentos constituíram-se da aplicação isolada ou conjunta de calcário para atingir 80 % de saturação por bases (6,1 t ha-1) e de materiais vegetais (20 t ha-1) de nabo forrageiro e aveia-preta, bem como de soluções de ácidos orgânicos e sais neutros aproximadamente equivalentes ao conteúdo dessas espécies. A calagem isolada ou em associação com os materiais vegetais promoveu a redução da acidez somente na camada superficial (0-8 cm). A baixa taxa de recuperação dos ácidos orgânicos adicionados (< 7,2 %) indica que essas substâncias presentes na massa seca do nabo forrageiro foram rapidamente degradadas por microrganismos ou adsorvidas aos colóides do solo, tendo pouca influência na mobilização de cátions. Parte substancial do efeito sobre a mobilização de íons pela aplicação de material vegetal de nabo forrageiro se deveu à composição química do material, em vista da alta solubilidade em água dos cátions (65 a 71 %) e ânions (84 %). Além disso, a solução de sais foi o tratamento mais eficiente para deslocar o Al do solo para as soluções percoladas. A adição de materiais vegetais teve pouca influência na mobilização no perfil do solo dos produtos da dissolução do calcário aplicado em superfície.

Disponibilidade de nutrientes no solo: decomposição e liberação de compostos orgânicos de resíduos vegetais

O objetivo principal desta revisão foi reunir informações a respeito da ação de compostos orgânicos produzidos por plantas na disponibilidade de nutrientes nos solos, principalmente sobre os cátions Ca, Mg e K e sobre o ânion fosfato. O sistema de cultivo adotado ocasiona mudanças nas propriedades químicas e físicas do solo, especialmente na disponibilidade de nutrientes e condicionamento físico do solo. Tem-se observado o acúmulo de nutrientes nas camadas superficiais do solo no sistema de semeadura direta, pelo não-revolvimento do solo e pela deposição de resíduos de culturas na superfície. Os ácidos orgânicos provenientes de plantas podem interagir com a fase sólida e ocupar os sítios de adsorção de nutrientes, competindo diretamente com eles e aumentando sua disponibilidade no solo. A adição de resíduos vegetais pode promover, antes da humificação, a elevação do pH, por promover complexação de H e Al com compostos do resíduo vegetal, deixando Ca, Mg e K mais livres em solução, o que pode ocasionar aumento na saturação da CTC por estes cátions de reação básica. Também é normal observar o aumento na disponibilidade de P no solo com a adição de resíduos vegetais, tanto pelo P presente no resíduo como por competição de compostos orgânicos dos resíduos pelos sítios de troca no solo. A persistência dos compostos orgânicos também é fator que tem grande interferência nos processos de sorção/dessorção de cátions e ânions, dependendo da atividade microbiana, da disponibilidade metabólica do substrato carbonado e da sorção aos colóides do solo.

Lixiviação de cátions favorecida pela presença de ânions inorgânicos e ácidos orgânicos de baixa massa molecular em solos adubados com camas de aviário

Com o incremento exponencial da avicultura no Brasil, a disponibilidade de dejetos de aves e de cama de aviário tem aumentado de maneira semelhante. A proibição de uso desses produtos na ração animal tem feito com que eles sejam direcionados para a produção agrícola como fertilizantes. Ainda há na literatura carência de informação sobre lixiviação de bases no perfil do solo em conseqüência do efeito de ânions inorgânicos acompanhantes, como cloreto, nitrato e sulfato, e do efeito complexante de ácidos orgânicos de baixa massa molecular. O objetivo deste trabalho foi estudar o efeito da aplicação de cama de aviário na lixiviação de Ca, Mg, K e Na em solos e sua associação com ânions inorgânicos e ácidos orgânicos de baixa molecular. Amostras de dois Latossolos Vermelho-Amarelos, um de textura média e outro de textura argilosa, foram colocadas em colunas de PVC constituídas de cinco anéis, cada um com 10 cm de altura e 5 cm de diâmetro, ligados entre si com fita adesiva. O solo colocado no anel superior recebeu, homogeneamente, cinco tipos de camas de aviário: casca de café, casca de arroz, sabugo de milho, capim-napier e maravalha, totalizando 160 t ha-1 de material seco, comparado à testemunha (sem a cama de aviário). O experimento constituiu um fatorial 5 x 2, com cinco camas e dois solos, dispostos em blocos casualizados com três repetições. As colunas foram submetidas a 10 percolações com água deionizada, duas vezes por semana, até atingirem o volume de 1.200 mm de chuvas. Nos 10 percolados, foram analisadas as concentrações de Ca, Mg, K e Na, dos ânions Cl-, NO3-e SO4(2-) e de ácidos orgânicos de baixa massa molecular. Houve grande lixiviação de bases nas colunas, principalmente até a terceira percolação. Esse fato foi causado pela adição dessas bases, em doses elevadas, pelas camas de aviário e, aparentemente, também pelo efeito dos ânions acompanhantes Cl-, NO3-e SO4(2-)no solo de textura média, Cl-e NO3-no solo de textura argilosa e, de maneira menos expressiva, pelo efeito acompanhante/complexante dos ácidos orgânicos de baixa massa molecular. No solo argiloso, a percolação de Ca esteve positivamente correlacionada com a concentração dos ácidos málico e oxálico. A concomitante elevada concentração de ácido acético nos percolados de solos tratados com todas as camas sugere que este pode estar favorecendo a lixiviação de bases no solo, provavelmente como ânion acompanhante.

Reversibilidade do fósforo não-lábil em solos submetidos à redução microbiana e química: I - alterações químicas e mineralógicas

Alterações no potencial redox (Eh) de solos, como ocorrem em solos hidromórficos, causam alterações significativas nas características químicas e mineralógicas dos solos e têm forte influência sobre o comportamento do P, alterando a relação entre suas formas lábil e não-lábil. O objetivo deste trabalho foi verificar o efeito de condições de baixo Eh na dissolução/reversibilidade de formas não-lábeis de P e solubilização/comportamento dos oxihidróxidos de Fe e Al. Para isso, amostras de 11 solos foram incubadas com 300 mg kg-1 de P por 30 dias, com posterior exaustão do P-lábil por extrações sucessivas com resina de troca aniônica (RTA). Posteriormente, elas foram submetidas a um tratamento denominado redução microbiana com 0,1 mol L-1 de sacarose, por 60 dias, com trocas desta solução a cada 15 dias. Os resultados obtidos foram comparados com outros quando a mesma dose de P foi aplicada após essa redução microbiana, seguida por extrações sucessivas do P-lábil com RTA. Mediram-se, ainda, em ambas as condições, na solução de sacarose em equilíbrio com os solos, os valores de Eh e pH, teores de Fe, Al e P, ao final de cada período de 15 dias, por ocasião da troca da solução. As amostras originais - não tratadas - dos solos foram, também, submetidas à complexação/redução com oxalato de amônio (Ox) ou com citrato-ditionito-bicarbonato de sódio (CDB). Foram feitas quatro extrações sucessivas com Ox e duas como CDB, determinando-se, após cada extração, em ambos os métodos, os valores de Eh, pH e os teores de Fe, Al e P. Posteriormente, as amostras residuais dos solos submetidos aos tratamentos com Ox e CDB receberam 300 mg kg-1 de P. A diminuição dos valores de Eh pela adição de sacarose ou pelas extrações com Ox e CDB não favoreceu a reversibilidade de formas não-lábeis de P. A adição de P aos solos aparentemente promoveu maior estabilidade para a goethita, restringindo sua interferência no valor de Eh do solo, como, também, estabilizou a gibbsita, que passou a não interferir no pH do solo. Os resultados permitem aventar a hipótese de que o P aplicado proporcionaria efeito restritivo ao comportamento de oxihidróxidos.

Fracionamento do alumínio por técnicas de dissoluções seletivas em espodossolos da planície costeira do Estado de São Paulo

Apesar das modernas e sofisticadas técnicas disponíveis, procedimentos de extração seletiva ainda são de considerável valor para a caracterização dos solos e para o entendimento dos processos pedogenéticos, sobretudo em ambientes e solos pouco estudados, como as restingas e os Espodossolos no Brasil. A aplicação dessas técnicas - a maioria rotineiramente utilizada para a caracterização de horizontes espódicos e Espodossolos - a um conjunto expressivo de horizontes e perfis em cronossequências é inédita para esses ambientes e possibilitou estabelecer comparações com aqueles intensivamente estudados sob clima temperado ou boreal. Apesar das reconhecidas limitações dos procedimentos analíticos de dissolução seletiva, os aqui utilizados foram relativamente efetivos, o que possiblitou discriminar horizontes, inferir componentes mineralógicos e discutir processos atuantes no conjunto de horizontes e de perfis analisados. Estes se situam nos municípios de Bertioga, Cananeia e Ilha Comprida (SP), onde foram descritos e amostrados 31 perfis representativos de solos sob vegetação de restinga. Entre os resultados encontrados, destacam-se: NaOH 0,5 mol L-1 em temperatura ambiente extraiu, em média, 22 a 30 % mais Al (Al n) que os reagentes ditionito-citrato (Al d), oxalato (Al o) e pirofosfato (Al p) para todo o conjunto de amostras. Em alguns horizontes espódicos bem drenados (Bs, Bhs, Bh e Bsm), o pH e as interações entre as diferentes técnicas (Al n-Al o, Al o-Al p, Al p/Al o e Al p/Al d) sugerem a formação e manutenção de compostos inorgânicos amorfos de Al em detrimento da total complexação do elemento à matéria orgânica iluviada. Esta última forma de Al predomina nos Espodossolos Hidromórficos.

Influência da Matéria Orgânica no Diâmetro Médio de Minerais da Fração Argila de Solos Desenvolvidos de Basalto no Sul do Brasil

RESUMO A interação de compostos orgânicos com minerais de argila pode alterar o tamanho dos cristais. No entanto, em solos, esse efeito é ainda pouco claro por causa das limitações na separação de fases puras de minerais para realizar experimentos de dissolução. Neste estudo, a relação entre a matéria orgânica do solo (MOS) e diâmetro médio do cristal (DMC) de minerais de argila de horizontes superficiais e subsuperfíciais de solos de uma topossequência no sul do Brasil foi avaliada. Os teores de C e N foram determinados, e a natureza dos grupos funcionais da MOS foi avaliada por espectroscopia de FTIR. O DMC dos minerais foi avaliado por difração de raios X, em umas amostras desferrificadas e outras com óxidos de Fe concentrados. Os teores de C e N e as intensidades relativas dos espectros de FTIR foram considerados como variáveis preditoras; e o DMC de hematita, goethita, caulinita e gibbsita, como variáveis preditas. Os teores de C e N e os grupos carboxílicos e C-O-Alquil evidenciaram efeito significativo sobre a variação do DMC. A dimensão dos cristais de óxidos de Fe e de caulinita foi inversamente correlacionada com esses atributos da MOS. Em contraste, o DMC de gibbsita não foi influenciado pelos atributos dae MOS. A influência da MOS sobre o DMC dos óxidos de Fe foi atribuída às reações de complexação de superfície e de redox, que promovem um processo contínuo de dissolução-precipitação.