Otimização da inativação fotodinâmica de E. coli por fotossensibilizadores veiculados por nanopartículas de sílica

A nanotecnologia tem sido aplicada para o desenvolvimento de materiais para diversas aplicações inclusive na inativação de patógenos. As nanopartículas de sílica (npSi) destacam-se pela alta área superficial, facilidade na alteração da superfície para aumento da eficiência adsortiva, penetrabilidade e toxicidade para bactérias gram-negativas sendo biocompatíveis para células de mamíferos e mais foto-estáveis que a maioria dos compostos orgânicos. Devido as suas vantagens, as npSi podem ser usadas para veicular fotossensibilizadores (FSs) uma vez que permitem sua utilização em solução aquosa em que os FSs geralmente são insolúveis. Além disso, o uso de FSs em vez de antibióticos, permite a inativação microbiológica pela Terapia Fotodinâmica sem que as bactérias adquiram resistência por mecanismos genéticos. Esse processo ocorre pela interação entre um FS, luz e oxigênio molecular produzindo oxigênio singleto que é extremamente reativo danificando estruturas celulares. O objetivo desse estudo foi otimizar a fotoinativação dinâmica de E .coli utilizando Azul de Metileno (AM) e Azul de Toluidina O (ATO) veiculados por npSi. As npSi foram preparadas pela metodologia sol-gel, caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e submetidas à adsorção de AM e ATO em sua superfície. A presença de AM e ATO na superfície das npSi foram analisadas por espectroscopia no infravermelho; espectroscopia de fluorescência por raio-X e análise termogravimétrica. O planejamento experimental, iniciado pelo fatorial 23 e modelado ao composto central em busca das condições ótimas foi adotado pela primeira vez nessa aplicabilidade, visando a fotoinativação de E. coli empregando AM e ATO em solução e em seguida com npSi. AM e ATO veiculados por npSi permitem a fotoinativação em concentrações mais baixas de FS (20 e 51% respectivamente), causando desestruturação da integridade bacteriana demonstrada por MEV. Os resultados sugerem que a veiculação de AM e ATO por npSi é extremamente efetiva para a fotoinativação dinâmica de E. coli e que o planejamento composto central pode levar à completa inativação das bactérias.

Reaproveitamento de lamas residuais do processo de fabricação do concreto.

Nos dias atuais, um dos maiores problemas de uma central dosadora de concreto são as sobras de resíduos de concretos que retornam nos caminhões, das obras gerando lamas decantadas com pH elevado caracterizando-a como resíduo perigoso e representando gastos elevados com destinação. O objetivo do presente trabalho visa estudar em detalhes a composição da lama residual do processo de fabricação do concreto excluindo o agregado graúdo, verificando qual é a influência de sua adição no concreto. Com isso, pretende-se estudar algumas formas de tratamento e viabilizar economicamente o seu reaproveitamento em substituição ao agregado miúdo. Para esse estudo foram coletadas duas amostras desse material cimentício, sendo uma coletada diretamente do tanque de decantação e a segunda coletada da própria lavagem dos caminhões betoneiras. Elas foram submetidas a ensaios de caracterização como: análise termogravimétrica (TG), granulometria a laser e calorimetria e ensaios de concreto fresco (reologia e abatimento) e concreto endurecido. Para a viabilização econômica foi realizado um estudo de caso em três centrais dosadoras de concreto, afim de identificar perdas de materiais, custos de destinação e custo variável na fabricação de concreto. Os resultados mostraram que a forma de coleta do material cimentício influencia na finura do material conforme ensaio de granulometria e densidade aparente, mas não foi possível obter cimento anidro. A possibilidade de utilização da lama em concretos foi possível com ajuda de aditivos superplastificantes, mas para a viabilização economicamente viável a cadeia produtiva do concreto estudou-se um teor ótimo de substituição da lama pelo agregado miúdo.

Estudo das propriedades térmicas e mecânicas de resinas dentárias compostas preparadas com sílica e quitosana

Neste trabalho foi estudada a influência da adição de quitosana e sílica a monômeros dimetacrílicos, BisEMA e TEGDMA, por meio das técnicas de fotocalorimetria, termogravimetria e análise dinâmico mecânica. Os resultados dos experimentos de fotocalorimetria demonstraram que a quitosana pode aumentar a velocidade de polimerização e o máximo de conversão para alguns sistemas em determinadas concentrações da mesma, já a sílica tem pouco efeito nas reações de fotopolimerização das amostras. Para os experimentos de termogravimetria, a quitosana tem pouca influência na degradação das amostras não alterando significativamente as curvas TGA/DTG, por outro lado a sílica acelerou a degradação térmica das amostras. A avaliação das propriedades mecânicas demonstrou que a quitosana diminui a temperatura de transição vítrea e a resposta elástica dos sistemas não afetando os valores dos módulos de armazenamento e módulos de perda. A sílica apresentou a tendência de aumento de temperatura de transição vítrea e não alteração da resposta elástica das amostras.

Obtenção e caracterização de PLA reforçado com nanocelulose.

A celulose é o polímero natural renovável disponível em maior abundância atualmente. Por possuir estrutura semicristalina, é possível extrair seus domínios cristalinos através de procedimentos que ataquem sua fase amorfa, como a hidrólise ácida, obtendo-se assim partículas cristalinas chamadas nanopartículas de celulose (NCs). Estas nanopartículas têm atraído enorme interesse científico, uma vez que possuem propriedades mecânicas, como módulo de elasticidade e resistência à tração, semelhantes a várias cargas inorgânicas utilizadas na fabricação de compósitos. Além disso, possuem dimensões nanométricas, o que contribui para menor adição de carga à matriz polimérica, já que possuem maior área de superfície, quando comparadas às cargas micrométricas. Nanocompósitos formados pela adição destas cargas em matrizes poliméricas podem apresentar propriedades comerciais atraentes, como barreira a gases, melhores propriedades térmicas e baixa densidade, quando comparados aos compósitos tradicionais. Como se trata de uma carga com dimensões nanométricas, obtida de fontes renováveis, uma das principais áreas de interesse para aplicação deste reforço é em biopolímeros biodegradáveis. O poli(ácido lático) (PLA), é um exemplo de biopolímero com propriedades mecânicas, térmicas e de processamento superiores a de outros biopolímeros comerciais. No presente trabalho foram obtidas nanopartículas de celulose (NCs), por meio de hidrólise ácida, utilizando-se três métodos distintos, com o objetivo de estudar o método mais eficiente para a obtenção de NCs adequadas à aplicação em compósitos de PLA. Os Métodos I e II empregam extração das NCs por meio do H2SO4, diferenciando-se apenas pela neutralização, a qual envolve diálise ou neutralização com NaHCO3, respectivamente. No Método III a extração das NCs foi realizada com H3PO4. As NCs foram caracterizadas por diferentes técnicas, como difração de raios X (DRX), análise termogravimétrica (TG), espectroscopia vibracional de absorção no infravermelho (FTIR), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e microscopia de força atômica (MFA). Os resultados de caracterização das NCs indicaram que, a partir de todos os métodos utilizados, há formação de nanocristais de celulose (NCCs), entretanto, apenas os NCCs obtidos pelos Métodos II e III apresentaram estabilidade térmica suficiente para serem empregados em compósitos preparados por adição da carga no polímero em estado fundido. A incorporação das NCs em matriz de PLA foi realizada em câmara de mistura, com posterior moldagem por prensagem a quente. Compósitos obtidos por adição de NCs obtidas pelo Método II foram caracterizados por calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise termogravimétrica, microscopia óptica, análises reológicas e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A adição de NCs, extraídas pelo Método II, em matriz de PLA afetou o processo de cristalização do polímero, o qual apresentou maior grau de cristalinidade. Além disso, a adição de 3% em massa de NCs no PLA foi suficiente para alterar seu comportamento reológico. Os resultados reológicos indicaram que a morfologia do compósito é, predominantemente, composta por uma dispersão homogênea e fina da carga na fase matriz. Micrografias obtidas por MEV corroboram os resultados reológicos, mostrando, predominantemente a presença de partículas de NC em escala nanométrica. Compósitos de PLA com NCs obtidas pelo Método III apresentaram aglomerados de partículas de NC em escala micro e milimétrica, ao longo da fase matriz, e não foram extensivamente caracterizados.

Catalytic effect of MCM-41 in the pyrolysis of tobacco and several substances used as additives in the preparation of commercial cigarettes

Comunicación presentada en forma de póster en el "12th Mediterranean Congress of Chemical Engineering", Barcelona (Spain), November 15-18, 2011.

Some examples of modeling in chemical engineering: thermal treatment of polymers, phase equilibrium calculations and process design

Presentation submitted to PSE Seminar, Chemical Engineering Department, Center for Advanced Process Design-making (CAPD), Carnegie Mellon University, Pittsburgh (USA), October 2012.

Active packaging for fresh food based on the release of carvacrol and thymol

Active packaging is becoming an emerging food technology to improve quality and safety of food products. One of the most common approaches is based on the release of antioxidant/antimicrobial compounds from the packaging material. In this work an antifungal active packaging system based on the release of carvacrol and thymol was optimized to increase the post-harvest shelf life of fresh strawberries and bread during storage. Thermal properties of the developed packaging material were determined by differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA). Volatile compounds in food samples contained in active packaging systems were monitored by using headspace solid phase microextraction followed by gas chromatography analysis (HS-SPME-GC-MS) at controlled conditions. The obtained results provided evidences that exposure to carvacrol and thymol is an effective way to enlarge the quality of strawberries and bread samples during distribution and sale.

Carvacrol and thymol for fresh food packaging

Active packaging is becoming an emerging food technology to improve quality and safety of food products. One of the most common approaches is based on the release of antioxidant/antimicrobial compounds from the packaging material. In this work an antifungal active packaging system based on the release of carvacrol and thymol was optimized to increase the post-harvest shelf life of fresh strawberries and bread during storage. Thermal properties of the developed packaging material were determined by differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA). Volatile compounds in food samples contained in active packaging systems were monitored by using headspace solid phase microextraction followed by gas chromatography analysis (HS-SPMEGC-MS) at controlled conditions. The obtained results provided evidences that exposure to carvacrol and thymol is an effective way to enlarge the quality of strawberries and bread samples during distribution and sale.

Structure and mechanical properties of sodium and calcium caseinate edible active films with carvacrol

Edible active films based on sodium caseinate (SC) and calcium caseinate (CC) plasticized with glycerol (G) at three different concentrations and carvacrol (CRV) as active agent were prepared by solvent casting. Transparent films were obtained and their surfaces were analysed by optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). The influence of the addition of three different plasticizer concentrations was studied by determining tensile properties, while Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR) and thermogravimetric analysis (TGA) were used to evaluate the structural and thermal behavior of such films. The addition of glycerol resulted in a reduction in the elastic modulus and tensile strength, while some increase in the elongation at break was observed. In general terms, SC films showed flexibility higher than the corresponding CC counterparts. In addition, the presence of carvacrol caused further improvements in ductile properties suggesting the presence of stronger interactions between the protein matrix and glycerol, as it was also observed in thermal degradation studies. FTIR spectra of all films showed the characteristic bands and peaks corresponding to proteins as well as to primary and secondary alcohols. In summary, the best results regarding mechanical and structural properties for caseinates-based films containing carvacrol were found for the formulations with high glycerol concentrations.

Polyaniline/Montmorillonite Nanocomposites Obtained by In Situ Intercalation and Oxidative Polymerization in Cationic Modified-Clay (Sodium, Copper and Iron)

Polyaniline/montmorillonite nanocomposites (PANI/M) were obtained by intercalation of aniline monomer into M modified with different cations and subsequent oxidative polymerization of the aniline. The modified-clay was prepared by ion exchange of sodium, copper and iron cations in the clay (Na–M, Cu–M and Fe–M respectively). Infrared spectroscopy confirms the electrostatic interaction between the oxidized PANI and the negatively charged surface of the clay. X-ray diffraction analysis provides structural information of the prepared materials. The nanocomposites were characterized by transmission electron microscopy and their thermal degradation was investigated by thermogravimetric analysis. The weight loss suggests that the PANI chains in the nanocomposites have higher thermal stability than pure PANI. The electrical conductivity of the nanocomposites increased between 12 and 24 times with respect to the pure M and this increase was dependent on the cation-modification. The electrochemical behavior of the polymers extracted from the nanocomposites was studied by cyclic voltammetry and a good electrochemical response was observed.

A review of thermochemical conversion of microalgae

Microalgae are very effective microorganisms for CO2 capturing and a promising source of lipids for biodiesel as well as other interesting compounds. Many different ways of exploitation of these organisms are being tested. This work presents a review of the state of the art of the research and development of thermochemical conversion of microalgae with a special focus on pyrolysis and hydrothermal liquefaction. Aspects related to the type of reactors, the products obtained and the analytical applications are covered. The actual reaction scheme of pyrolysis of microalgae is extremely complex because of the formation of over hundreds of intermediate products. Various kinetic models reported in the literature and in a previous study with experimental validations are presented in this review to provide the current status of the study.

Thermogravimetry and Py–GC/MS techniques as fast qualitative methods for comparing the biochemical composition of Nannochloropsis oculata samples obtained under different culture conditions

Microalgae have many applications, such as biodiesel production or food supplement. Depending on the application, the optimization of certain fractions of the biochemical composition (proteins, carbohydrates and lipids) is required. Therefore, samples obtained in different culture conditions must be analyzed in order to compare the content of such fractions. Nevertheless, traditional methods necessitate lengthy analytical procedures with prolonged sample turn-around times. Results of the biochemical composition of Nannochloropsis oculata samples with different protein, carbohydrate and lipid contents obtained by conventional analytical methods have been compared to those obtained by thermogravimetry (TGA) and a Pyroprobe device connected to a gas chromatograph with mass spectrometer detector (Py–GC/MS), showing a clear correlation. These results suggest a potential applicability of these techniques as fast and easy methods to qualitatively compare the biochemical composition of microalgal samples.

Disintegrability under composting conditions of plasticized PLA–PHB blends

The disintegration under composting conditions of films based on poly(lactic acid)–poly(hydroxybutyrate) (PLA–PHB) blends and intended for food packaging was studied. Two different plasticizers, poly(ethylene glycol) (PEG) and acetyl-tri-n-butyl citrate (ATBC), were used to limit the inherent brittleness of both biopolymers. Neat PLA, plasticized PLA and PLA–PHB films were processed by melt-blending and compression molding and they were further treated under composting conditions in a laboratory-scale test at 58 ± 2 °C. Disintegration levels were evaluated by monitoring their weight loss at different times: 0, 7, 14, 21 and 28 days. Morphological changes in all formulations were followed by optical and scanning electron microscopy (SEM). The influence of plasticizers on the disintegration of PLA and PLA–PHB blends was studied by evaluating their thermal and nanomechanical properties by thermogravimetric analysis (TGA) and the nanoindentation technique, respectively. Meanwhile, structural changes were followed by Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR). The ability of PHB to act as nucleating agent in PLA–PHB blends slowed down the PLA disintegration, while plasticizers speeded it up. The relationship between the mesolactide to lactide forms of PLA was calculated with a Pyrolysis–Gas Chromatography–Mass Spectrometry device (Py–GC/MS), revealing that the mesolactide form increased during composting.

De novo synthesis of brominated dioxins and furans

On the basis of laboratory experiments with model mixtures (active carbon + CuBr2 at different loads), this work studies the formation of polybrominated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans (PBDD/Fs) by de novo synthesis. For the different samples, the temperature of the maximum carbon oxidation rate was determined by thermogravimetric analysis, and a kinetic model was proposed for the degradation of the materials in an oxidizing atmosphere (synthetic air). The effect of the addition of different amounts of CuBr2 was studied, finding that its presence accelerates the degradation of the carbonaceous structure in the presence of oxygen. The thermal degradation of the samples in air is satisfactorily described by a first-order single-reaction model. In addition, combustion runs of one of the mixtures (consisting of activated carbon + 50 wt % CuBr2, pyrolyzed at 700 °C) were performed in a quartz horizontal laboratory furnace. The analysis of the emissions and the solid residue proved the formation of brominated dioxins and furans at 300, 400, and 500 °C, with a maximum yield at 300 °C (91.7 ng/g of total PBDD/Fs) and a higher bromination degree with increasing temperature.

Activated Carbons Impregnated with Na2S and H2SO4: Texture, Surface Chemistry and Application to Mercury Removal from Aqueous Solutions

The effects of treatment of an activated carbon with Sulphur precursors on its textural properties and on the ability of the complex synthesized for mercury removal in aqueous solutions are studied. To this end, a commercial activated carbon has been modified by treatments with aqueous solutions of Na2S and H2SO4 at two temperatures (25 and 140 °C) to introduce sulphur species on its surface. The prepared adsorbents have been characterized by N2 (-196 °C) and CO2 (0 °C) adsorption, thermogravimetric analysis, temperature-programmed decomposition and X-ray photoelectron spectroscopy, and their adsorption capacities to remove Hg(II) ions in aqueous solutions have been determined. It has been shown that the impregnation treatments slightly modified the textural properties of the samples, with a small increase in the textural parameters (BET surface area and mesopore volumes). By contrast, surface oxygen content was increased when impregnation was carried out with Na2S, but it decreased when H2SO4 was used. However, the main effect of the impregnation treatments was the formation of surface sulphur complexes of thiol type, which was only achieved when the impregnation treatments were carried out at low temperature (25 °C). The presence of surface sulphur enhances the adsorption behaviour of these samples in the removal of Hg(II) cations in aqueous solutions at pH 2. In fact, complete Hg(II) removal is only obtained with the sulphur-containing activated carbons.