Preparação e Avaliação da Atividade Catalítica de Polímeros de Condensação de Metilpiridinas e Tereftalaldeído em Reações de Nitroaldol e Cicloadição Heterodipolar [3+2]

Nesse estudo, foram preparadas bases poliméricas derivadas de 2,6-dimetilpiridinas e tereftaladeído utilizando a 2,4,6-trimetilpiridina como agente de reticulação. As resinas foram sintetizadas sob aquecimento convencional e purificadas por precipitação em metanol, apresentando rendimentos variando de 59 a 95%. Os copolímeros produzidos foram caracterizados por análise termogravimétrica (TGA), ressonância nuclear magnética de núcleo de hidrogênio (RMN-1H) e espectroscopia na região do infravermelho com técnica de ATR (FTIR - ATR), além de sua atividade básica. A capacidade catalítica do material produzido foi avaliada em reações nitroaldólicas, do tipo Henry, tanto em aquecimento convencional quanto com o uso de reator de micro-ondas. Não sendo observada atividade catalítica significativa para as resinas testadas, nestas reações. O material polimérico produzido também foi testado como suporte para cobre na catálise de reações de cicloadição heterodipolar do tipo [3+2] com benzilazida e propiolato de etila, para a formação de triazóis, processadas em reator de micro-ondas e sob aquecimento convencional. A reação mostrou-se regiosseletiva e processos de reciclo do catalisador se mostrou eficiente em reações consecutivas

Caracterização da microbiota envolvida nos processos aeróbios (lodos ativados) e anaeróbios (UASB) de uma indústria de alimentos.

O aumento da concentração de nutrientes nos corpos receptores, principalmente nitrogênio e fósforo oriundos de efluentes sanitários e industriais pode gerar o fenômeno da eutrofização. Para que isto não ocorra é necessário que este efluente passe por um tratamento adequado, no entanto, o papel desempenhado por diversos grupos de microrganismos encontrados nos sistemas de tratamento de efluentes não é completamente compreendido devido à complexidade das interações. Este trabalho teve como objetivo caracterizar a estrutura e dinâmica da comunidade microbiana (bactérias envolvidas no ciclo do nitrogênio e microfauna) e avaliar a atividade biológica dos reatores aeróbio e anaeróbio de uma indústria de alimentos. Os parâmetros físico-químicos da estação de tratamento foram monitorados, bem como foi feita a avaliação da estrutura e dinâmica da comunidade bacteriana envolvida no ciclo do nitrogênio por meio da técnica de Hibridização in situ Fluorescente. A microfauna do reator aeróbio foi caracterizada e classificada conforme o Índice Biótico do Lodo. A atividade biológica do lodo foi avaliada através do Teste de Respirometria e foram feitas correlações entre a microbiota encontrada no reator aeróbio e parâmetros físico-químicos. Os parâmetros físico-químicos analisados estiveram dentro dos limites permitidos pelas legislações federais e estaduais e os parâmetros Demanda Bioquímica de Oxigênio, Demanda Química de Oxigênio e Nitrogênio Kjeldahl foram reduzidos de 99,8%, 99,6% e 74,9%, respectivamente. Foi possível observar a presença tanto de bactérias oxidadoras de nitrito quanto de amônia em ambos os reatores analisados, bem como em cada ponto de coletas dentro dos reatores. A bactéria Pseudomonas fluorescens também ocorreu em todos os pontos de coleta dos dois reatores. Dentre os grupos que compõem a microfauna do lodo ativado, os ciliados rastejantes foram os mais frequentes, seguido pelas tecamebas, rotíferos, ciliados sésseis, ciliados livre natantes, flagelados e outros invertebrados. Além disso, não houve diferença entre as densidades dos grupos encontradas nos Pontos 1 e 2 do reator aeróbio e o Índice Biótico do Lodo encontrado foi igual a 8 (classe I). A semelhança apresentada entre a Taxa de Consumo de Oxigênio dos pontos 1 e 2, bem como a Taxa de Consumo de Oxigênio específica entre os pontos 1 e 2 sugere que o oxigênio é distribuído de forma homogênea dentro do tanque de aeração, fazendo com que os microrganismos tenham condições semelhantes de crescimento. Os ciliados livre natantes apresentaram correlação positiva com a DQO e DBO5 e os ciliados sésseis apresentaram correlação negativa com a DQO e com a DBO5. Os rotíferos apresentaram correlação negativa com Sólidos Suspensos Voláteis do reator aeróbio. Os ciliados rastejantes, tecamebas e rotíferos apresentaram correlação positiva com a microfauna total encontrada no reator aeróbio. Os ciliados livre natantes apresentaram correlação negativa com os ciliados sésseis, bactérias totais, Nitrobacter e outras bactérias; e correlação positiva com outros invertebrados. Os flagelados apresentaram correlação negativa com as bactérias totais, enquanto as outras bactérias apresentaram correlação positiva. Os outros invertebrados apresentaram correlação negativa com Nitrobacter.

Análise da Eficiência de Nitrificação em Reatores Biológicos de Leito Móvel (MBBR) em escala de bancada utilizando efluente de Refinaria de Petróleo.

As atividades industriais petroquímicas, incluindo as refinarias de petróleo, são grandes consumidoras de água e, consequentemente, grandes geradoras de efluentes industriais contendo uma infinidade de contaminantes. No caso das refinarias de petróleo brasileiras, o nitrogênio amoniacal tem se tornado um componente crítico a ser tratado, o que tem sido feito através de processos de tratamento biológicos que utilizam a nitrificação como base. Neste trabalho, foi avaliada a operação de um reator de leito móvel (MBBR), em escala de bancada, utilizando suportes de polietileno com área específica de 820 m2.m-3, para tratar um efluente proveniente de uma refinaria brasileira com alta concentração de nitrogênio amoniacal. O efluente bruto apresentou demanda química de oxigênio entre 100 e 300 mg.L-1, teores de nitrogênio amoniacal entre 60 e 90 mg.L-1 e condutividade elétrica entre 1 e 2 mS.cm-1. Mesmo com variações da qualidade da alimentação da planta ao longo do estudo, como o aumento das concentrações de contaminantes, incluindo inibidores da nitrificação típicos dos efluentes de refinaria, a planta atendeu à Resolução CONAMA 430/2011 (BRASIL, 2011), que limita a concentração de descarte em 20 mg.L-1 para o contaminante nitrogênio amoniacal, em 93% das medições. Para o caso de uma fictícia legislação mais restritiva, que exigisse limite de 5 mg.L-1 desse contaminante, houve sucesso no tratamento em 83% do tempo, com eficiência média de nitrificação de 93,1%, evidenciando que há uma possibilidade real de utilização do processo MBBR em refinarias brasileiras.

Proposta de metodologia para operação estável de reatores anaeróbios em indústrias de refrigerantes.

Embora seja crescente a utilização de reatores anaeróbios no tratamento de efluentes nas indústrias de refrigerantes, algumas características desta tecnologia ainda comprometem o desempenho, a estabilidade e a confiabilidade do processo, acarretando no aumento dos custos operacionais necessários para garantir a qualidade do efluente tratado, em adequação à todas as exigências legais. Dentre estas características destaca-se a vulnerabilidade do lodo anaeróbio a choques de produtos químicos. O presente trabalho propõe uma metodologia, baseada no método PDCA, com o objetivo de prevenir impactos negativos sobre o reator anaeróbio, através da identificação dos resíduos químicos gerados pela fábrica de refrigerantes, assim como a sua classificação, quanto a frequência de descartes e a severidade do impacto sobre a atividade dos microorganismos anaeróbios. O estudo mostrou, através da redução de DQO (Demanda Química de Oxigênio), quais produtos químicos apresentaram maior inibição sobre o lodo anaeróbio, possibilitando à fábrica direcionar ações de controle e contingência, além de pré-requisitos operacionais.

Avaliação de um biorreator piloto de lodo ativado no controle de odores.

Apesar da importância das estações de tratamento de efluentes industriais (ETEIs) na conservação dos ecossistemas, estas podem ser geradoras de gases com maus odores contendo compostos orgânicos voláteis - COVs. Os maus odores têm sido motivos de protestos e reclamações por parte da população circunvizinha às fontes emissoras. Em virtude da conscientização ambiental, e dos impactos sobre a saúde do homem, o objetivo geral deste trabalho é avaliar a eficiência de um biorreator aeróbio piloto no controle de gases odoríferos emitidos em estação de tratamento de efluentes de indústrias de alimentos. Foi desenvolvido um sistema de difusão de ar odorífero em um reator aeróbio de lodo ativado, hermeticamente fechado, operado no regime de batelada sequencial, durante os dias 14, 21, 23, e 30 do mês de julho.Foram realizadas análises dos parâmetros físico-químicos do lodo ativado utilizado no reator aeróbio piloto, como determinação dos sólidos, DBO5, DQO, OD, pH, temperatura e IVL. A atividade da biomassa do lodo ativado foi avaliada por meio do teste de Respirometria. A eficiência do reator quanto à redução da DQO dos gases foi analisada por meio da absorção dos gases em solução de dicromato de potássio. Para avaliação da mensuração dos odores utilizou-se o método de cromatografia gasosa e espectrometria de massa, quantificando amostras de gases odorantes adsorvidas em tubos de carvão ativado, na entrada e na saída dobiorreator. Os resultados obtidos confirmaram o potencial do sistema de difusão em lodos ativados para o tratamento de gases odoríferos em ETEI, com eficiência de remoção dos COV`s variando de 97,3% a 98,9%.

Condições de contorno tipo albedo para cálculos globais de reatores nucleares com o modelo de dois grupos de energia na formulação de transporte SN em geometria bidimensional cartesiana

Os eventos de fissão nuclear, resultados da interação dos nêutrons com os núcleos dos átomos do meio hospedeiro multiplicativo, não estão presentes em algumas regiões dos reatores nucleares, e.g., moderador, refletor, e meios estruturais. Nesses domínios espaciais não há geração de potência nuclear térmica e, além disso, comprometem a eficiência computacional dos cálculos globais de reatores nucleares. Propomos nesta tese uma estratégia visando a aumentar a eficiência computacional dessas simulações eliminando os cálculos numéricos explícitos no interior das regiões não-multiplicativas (baffle e refletor) em torno do núcleo ativo. Apresentamos algumas modelagens e discutimos a eficiência da aplicação dessas condições de contorno aproximadas tipo albedo para uma e duas regiões nãomultiplicativas, na formulação de ordenadas discretas (SN) para problemas de autovalor a dois grupos de energia em geometria bidimensional cartesiana. A denominação Albedo, palavra de origem latina para alvura, foi originalmente definida como a fração da luz incidente que é refletida difusamente por uma superfície. Esta denominação latina permaneceu como o termo científico usual em astronomia e, nesta tese, este conceito é estendido para reflexão de nêutrons. Estas condições de contorno tipo albedo SN não-convencional substituem aproximadamente as regiões de baffle e refletor no em torno do núcleo ativo do reator, desprezando os termos de fuga transversal no interior dessas regiões. Se o problema, em particular, não possui termos de fuga transversal, i.e., trata-se de um problema unidimensional, então as condições de contorno albedo, como propostas nesta tese, são exatas. Por eficiência computacional entende-se a análise da precisão dos resultados numéricos em comparação com o tempo de execução computacional de cada simulação de um dado problema-modelo. Resultados numéricos considerando dois problemas-modelo com de simetria são considerados para ilustrar esta análise de eficiência.

Estimativa de fontes externas uniformes de nêutrons em regiões combustíveis para uma distribuição prescrita de potência

Projetos de reatores nucleares foram classificados em quatro gerações (Gen) pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos da América (DOE), quando o DOE introduziu o conceito de reatores de geração IV (Gen IV). Reatores Gen IV são um conjunto de projetos de reator nuclear, em sua maioria teóricos, atualmente sendo pesquisados. Entre os projetos Gen IV, incluem-se os projetos dos ADS (Accelerator Driven Systems), que são sistemas subcríticos estabilizados por fontes externas estacionárias de nêutrons. Estas fontes externas de nêutrons são normalmente geradas a partir da colisão de prótons com alta energia contra os núcleos de metais pesados presentes no núcleo do reator, fenômeno que é conhecido na literatura como spallation, e os prótons são acelerados num acelerador de partículas que é alimentado com parte da energia gerada pelo reator. A criticalidade de um sistema mantido por reações de fissão em cadeia depende do balanço entre a produção de nêutrons por fissão e a remoção por fuga pelos contornos e absorção de nêutrons. Um sistema está subcrítico quando a remoção por fuga e absorção ultrapassa a produção por fissão e, portanto, tende ao desligamento. Entretanto, qualquer sistema subcrítico pode ser estabilizado pela inclusão de fontes estacionárias de nêutrons em seu interior. O objetivo central deste trabalho é determinar as intensidades dessas fontes uniformes e isotrópicas de nêutrons, que se deve inserir em todas as regiões combustíveis do sistema, para que o mesmo estabilize-se gerando uma distribuição prescrita de potência elétrica. Diante do exposto, foi desenvolvido neste trabalho um aplicativo computacional em linguagem Java que estima as intensidades dessas fontes estacionárias de nêutrons, que devem ser inseridas em cada região combustível para que estabilizem o sistema subcrítico com uma dada distribuição de potência definida pelo usuário. Para atingir este objetivo, o modelo matemático adotado foi a equação unidimensional de transporte de nêutrons monoenergéticos na formulação de ordenadas discretas (SN) e o convencional método de malha fina diamond difference (DD) foi utilizado para resolver numericamente os problemas SN físicos e adjuntos. Resultados numéricos para dois problemas-modelos típicos são apresentados para ilustrar a acurácia e eficiência da metodologia proposta.

The oxidation of CH2O in the intermediate temperature range (943-995 K)

New atmospheric pressure flow reactor data on the oxidation of formaldehyde in the temperature range 943-995 K and over equivalence ratios from 0.013 to 36.7 are reported and discussed. A detailed mechanism assembled from previously published results produced acceptable agreement with the experimental data for the fuel-lean conditions, but failed to predict results for oxidative pyrolysis. Analysis or the very fuel-lean conditions, but failed to modelling results are principally sensitive to CH2O+HO2→HCO+H2O2 (6) and H2O2 +M→OH+OH+M (33). Whereas the specific rate of each reaction cannot be independently determined, it is found that the product k33.k6 is a well defined function of temperature: (3.4±3.0).1028 exp(-(26,800±400)/T). Inadequacies in the mechanism which may be responsible for the disagreement under fuel-rich conditions are discussed. © 1991 Combustion Institute.

Effects of gelatin on mechanical properties of hydroxyapatite-gelatin nano-composltes

A biomimetic reactor has been developed to synthesize hydroxyapatite- gelatin (HAP-GEL) nanocomposites that mimic ultra-structures of natural bone. We hypothesize that in the reactor, gelatin concentration controls morphology and packing structures of HAP crystals. To test the hypothesis, three types of mechanical tests were conducted, including nanoindentation, compression, and fracture tests. Nanoindentation tests in conjunction with computer modeling were used to assess effects on gelatin-induced microstructures of HAP. The results showed that increasing gelatin content increased both the plane strain modulus and the fracture toughness. The gelatin appeared to shorten the HAP crystal distance, which consolidated the internal structure of the composite and made the material more rigid. The fracture toughness KIC increased partially due to the effect of fiber bridging between gelatin molecules. The highest fracture toughness (1.12 MPa·1/2) was equivalent to that of pure hydroxyapatite. The compressive strength of the HAP-GEL (107.7±26.8 MPa) was, however, less sensitive to microstructural changes and was within the range of natural cortical bone (human 170 MPa, pig: 100 MPa). The compression strength was dominated by void inclusions while the nanoindentation response reflected ultra-structural arrangement of the crystals. The gelatin concentration is likely to modify crystal arrangement as demonstrated in TEM experiments but not void distribution at macroscopic levels. © 2006 Materials Research Society.

A novel method for rapid comparative quantitative analysis of nuclear fuel cycles

One of the greatest obstacles facing the nuclear industry is that of sustainability, both in terms of the finite reserves of uranium ore and the production of highly radiotoxic spent fuel which presents proliferation and environmental hazards. Alternative nuclear technologies have been suggested as a means of delivering enhanced sustainability with proposals including fast reactors, the use of thorium fuel and tiered fuel cycles. The debate as to which is the most appropriate technology continues, with each fuel system and reactor type delivering specific advantages and disadvantages which can be difficult to compare fairly. This paper demonstrates a framework of performance metrics which, coupled with a first-order lumped reactor model to determine nuclide population balances, can be used to quantify the aforementioned pros and cons for a range of different fuel and reactor combinations. The framework includes metrics such as fuel efficiency, spent fuel toxicity and proliferation resistance, and relative cycle performance is analysed through parallel coordinate plots, yielding a quantitative comparison of disparate cycles. © 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The effect of beam interruptions on the integrity of ADSR fuel pin cladding: A thermo-mechanical analysis

During its lifetime in the core, the cladding of an Accelerator Driven Subcritical Reactor (ADSR) fuel pin is expected to experience variable stresses due to frequent interruptions in the accelerator proton beam. This paper investigates the thermal fatigue damage in the cladding due to repetitive and unplanned beam interruptions under certain operational conditions. Beam trip data was obtained for four operating high power proton accelerators, among which the Spallation Neutron Source (SNS) superconducting accelerator was selected for further analysis. 9Cr-1Mo-Nb-V (T91) steel was selected as the cladding material because of its proven compatibility with proposed ADSR design concepts. The neutronic, thermal and stress analyses were performed using the PTS-ADS, a code that has been specifically developed for studying the dynamic response to beam-induced transients in accelerator driven subcritical systems. The lifetime of the fuel cladding in the core was estimated for three levels of allowed pin power and specific operating conditions. © 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Safety implications of reactivity variations in fast thorium ADSRs

Nuclear power generation offers a reliable, low-impact and large-scale alternative to fossil fuels. However, concerns exist over the safety and sustainability of this method of power production, and it remains unpopular with some governments and pressure groups throughout the world. Fast thorium fuelled accelerator-driven sub-critical reactors (ADSRs) offer a possible route to providing further re-assurance regarding these concerns on account of their properties of enhanced safety through sub-critical operation combined with reduced actinide waste production from the thorium fuel source. The appropriate sub-critical margin at which these reactors should operate is the subject of continued debate. Commercial interests favour a small sub-critical margin in order to minimise the size of the accelerator needed for a given power output, whilst enhanced safety would be better satisfied through larger sub-critical margins to further minimise the possibility of a criticality excursion. Against this background, this paper examines some of the issues affecting reactor safety inherent within thorium fuel sources resulting from the essential Th90232→Th90233→Pa91233→U92233 breeding chain. Differences in the decay half-lives and fission and capture cross-sections of 233Pa and 233U can result in significant changes in the reactivity of the fuel following changes in the reactor power. Reactor operation is represented using a homogeneous lumped fast reactor model that can simulate the evolution of actinides and reactivity variations to first-order accuracy. The reactivity of the fuel is shown to increase significantly following a loss of power to the accelerator. Where the sub-critical operating margins are small this can result in a criticality excursion unless some form of additional intervention is made, for example through the insertion of control rods. © 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Local synthesis and alignment of zinc oxide nanowires in aqueous solution using microheaters

A bottom-up technique for synthesizing transversely suspended zinc oxide nanowires (ZnO NWs) under a zinc nitrate (Zn(NO 3) 2· 6H 2O) and hexamethylenetetramine (HMTA, (CH 2) 6·N 4) solution within a microfabricated device is reported in this paper. The device consists of a microheater which is used to initially create an oxidized ZnO seed layer. ZnO NWs are then locally synthesized by the microheater and electrodes embedded within the devices are used to drive electric field directed horizontal alignment of the nanowires within the device. The entire process is carried out at low temperature. This approach has the potential to considerably simplify the fabrication and assembly of ZnO nanowires on CMOS compatible substrates, allowing for the chemical synthesis to be carried out under near-ambient conditions by locally defining the conditions for nanowire growth on a silicon reactor chip. © 2012 IEEE.

Thermal plasma synthesis of superparamagnetic iron oxide nanoparticles

Superparamagnetic iron oxide nanoparticles were synthesized by injecting ferrocene vapor and oxygen into an argon/helium DC thermal plasma. Size distributions of particles in the reactor exhaust were measured online using an aerosol extraction probe interfaced to a scanning mobility particle sizer, and particles were collected on transmission electron microscopy (TEM) grids and glass fiber filters for off-line characterization. The morphology, chemical and phase composition of the nanoparticles were characterized using TEM and X-ray diffraction, and the magnetic properties of the particles were analyzed with a vibrating sample magnetometer and a magnetic property measurement system. Aerosol at the reactor exhaust consisted of both single nanocrystals and small agglomerates, with a modal mobility diameter of 8-9 nm. Powder synthesized with optimum oxygen flow rate consisted primarily of magnetite (Fe 3O 4), and had a room-temperature saturation magnetization of 40.15 emu/g, with a coercivity and remanence of 26 Oe and 1.5 emu/g, respectively. © Springer Science+Business Media, LLC 2011.