Desenvolvimento e avaliação de métodos de extração e separação cromatográfica em colunas monolíticas e superficialmente porosas para determinação de herbicidas triazínicos em solos e águas

O uso de pesticidas levou ao aumento da produtividade e qualidade dos produtos agrícolas, porém o seu uso acarreta na intoxicação dos seres vivos pela ingestão gradativa de seus resíduos que contaminam o solo, a água e os alimentos. Dessa forma, há a necessidade do monitoramento constante de suas concentrações nos compartimentos ambientais. Para isto, busca-se o desenvolvimento de métodos de extração e enriquecimento de forma rápida, com baixo custo, gerando um baixo volume de resíduos, contribuindo com a química verde. Dentre estes métodos destacam-se a extração por banho de ultrassom e a extração por ponto nuvem. Após o procedimento de extração, o extrato obtido pode ser analisado por técnicas de Cromatografia a Líquido de Alta Eficiência (HPLC) e a Cromatografia por Injeção Sequencial (SIC), empregando fases estacionárias modernas, tais como as monolíticas e as partículas superficialmente porosas. O emprego de SIC com coluna monolítica (C18, 50 x 4,6 mm) e empacotada com partículas superficialmente porosas (C18, 30 x 4,6 mm, tamanho de partícula 2,7 µm) foi estudado para separação de simazina (SIM) e atrazina (ATR), e seus metabólitos, desetilatrazina (DEA), desisopropilatrazina (DIA) e hidroxiatrazina (HAT). A separação foi obtida por eluição passo-a-passo, com fases móveis compostas de acetonitrila (ACN) e tampão Acetato de Amônio/Ácido acético (NH4Ac/HAc) 2,5 mM pH 4,2. A separação na coluna monolítica foi realizada com duas fases móveis: MP1= 15:85 (v v-1) ACN:NH4Ac/HAc e MP2= 35:65 (v v-1) ACN:NH4Ac/HAc a uma vazão de 35 µL s-1. A separação na coluna com partículas superficialmente porosas foi efetivada com as fases móveis MP1= 13:87 (v v-1) ACN: NH4Ac/HAc e MP2= 35:65 (v v-1) ACN:NH4Ac/HAc à vazão de 8 µL s-1. A extração por banho de ultrassom em solo fortificado com os herbicidas (100 e 1000 µg kg-1) resultou em recuperações entre 42 e 160%. A separação de DEA, DIA, HAT, SIM e ATR empregando HPLC foi obtida por um gradiente linear de 13 a 35% para a coluna monolítica e de 10 a 35% ACN na coluna com partículas superficialmente porosas, sendo a fase aquosa constituída por tampão NH4Ac/HAc 2,5 mM pH 4,2. Em ambas as colunas a vazão foi de 1,5 mL min-1 e o tempo de análise 15 min. A extração por banho de ultrassom das amostras de solo com presença de ATR, fortificadas com concentrações de 250 a 1000 µg kg-1, proporcionou recuperações entre 40 e 86%. A presença de ATR foi confirmada por espectrometria de massas. Foram realizados estudos de fortificação com ATR e SIM em amostras de água empregando a extração por ponto nuvem com o surfactante Triton-X114. A separação empregando HPLC foi obtida por um gradiente linear de 13 a 90% de ACN para a coluna monolítica e de 10 a 90% de ACN para a coluna empacotada, sempre em tampão NH4Ac/HAc 2,5 mM pH 4,2. Em ambas as colunas a vazão foi de 1,5 mL min-1 e o tempo de análise 16 min. Fortificações entre 1 e 50 µg L-1 resultaram em recuperações entre 65 e 132%.

Síntese, caracterização e modificação de superfícies de sílicas mesoporosas ordenadas para captura de CO2

Processos como a purificação do metano (CH4) e a produção de hidrogênio gasoso (H2) envolvem etapas de separação de CO2. Atualmente, etanolaminas como monoetanolamina (MEA), dietanolamina (DEA), metildietanolamina (MDEA) e trietanolamina (TEA) são as substâncias mais utilizadas no processo de separação/captura de CO2 em processos industriais. Entretanto, o uso destas substâncias apresenta alguns inconvenientes devido à alta volatilidade, dificuldade de se trabalhar com material líquido, também ao alto gasto energético envolvido das etapas de regeneração e à baixa estabilidade térmica e química. Com base nessa problemática, esse trabalho teve por objetivo a síntese de um tipo de sílica mesoporosa altamente ordenada (SBA-15) de modo a utilizá-la no processo de captura de CO2. O trabalho foi dividido em quatro etapas experimentais que envolveram a síntese da SBA-15, o estudo do comportamento térmico de algumas etanolaminas livres, síntese e caracterização de materiais adsorventes preparados a partir de incorporação de etanolaminas à SBA-15 e estudo da eficiência de captura de CO2 por esses materiais. Novas alternativas de síntese da SBA-15 foram estudadas neste trabalho, visando aperfeiçoar as propriedades texturais do material produzido. Tais alternativas são baseadas na remoção do surfatante, utilizado como molde na síntese da sílica mesoporosa, por meio da extração por Soxhlet, utilizando diferentes solventes. O processo contribuiu para melhorar as propriedades do material obtido, evitando o encolhimento da estrutura que pode ser ocasionado durante a etapa de calcinação. Por meio de técnicas como TG/DTG, DSC, FTIR e Análise Elementar de C, H e N foi realizada a caracterização físico-química e termoanalítica da MEA, DEA, MDEA e TEA, visando melhor conhecer as características destas substâncias. Estudos cinéticos baseados nos métodos termogravimétricos isotérmicos e não isotérmicos (Método de Ozawa) foram realizados, permitindo a determinação de parâmetros cinéticos envolvidos nas etapas de volatilização/decomposição térmica das etanolaminas. Além das técnicas acima mencionadas, MEV, MET, SAXS e Medidas de Adsorção de N2 foram utilizadas na caraterização da SBA-15 antes e após a incorporação das etanolaminas. Dentre as etanolaminas estudadas, a TEA apresentou maior estabilidade térmica, entretanto, devido ao seu maior impedimento estérico, é a etanolamina que apresenta menor afinidade com o CO2. Diferentemente das demais etanolaminas estudadas, a decomposição térmica da DEA envolve uma reação intramolecular, levando a formação de MEA e óxido de etileno. A incorporação destes materiais à SBA-15 aumentou a estabilidade térmica das etanolaminas, uma vez que parte do material permanece dentro dos poros da sílica. Os ensaios de adsorção de CO2 mostraram que a incorporação da MEA à SBA-15 catalisou o processo de decomposição térmica da mesma. A MDEA foi a etanolamina que apresentou maior poder de captura de CO2 e sua estabilidade térmica foi consideravelmente aumentada quando a mesma foi incorporada à SBA-15, aumentando também seu potencial de captura de CO2.

Nanopartículas lipídicas sólidas e vesículas cataniônicas contendo ftalocianina de cloro alumínio aplicadas nos processos fotodinâmicos

O trabalho apresentado foi realizado em duas etapas independentes e baseou-se no estudo de diferentes sistemas nanométricos para viabilizar a aplicação da ftalocianina de cloro alumínio (ClAlPc) na terapia fotodinâmica (TFD) para o tratamento do câncer de pele do tipo melanoma. O fármaco fotossensibilizante (FS) utilizado apresenta propriedades físico-químicas que lhe permitem exercer sua atividade fotodinâmica com excelência, sem a interferência do cromóforo endógeno melanina existente nas células melanocíticas. Para driblar sua elevada hidrofobicidade, ClAlPc foi encapsulada em sistemas nanométricos para administração em meio fisiológico. Inicialmente nanopartículas lipídicas sólidas (NLS) foram desenvolvidas por emulsificação direta, após um estudo de elaboração do diagrama de fases. O compritol foi o lipídio sólido escolhido para compor as NLS, com diferentes concentrações de ClAlPc. Todas as formulações desenvolvidas foram devidamente caracterizadas, com tamanho médio entre 100 e 200 nm, baixa polidispersão, potencial zeta adequadamente negativo (~|30| mV), drug loading de ClAlPc entre 76-94% (com pequena redução após 24 meses) e alta eficiência de encapsulação (E.E.). A morfologia arredondada das nanopartículas foi confirmada por microscopia eletrônica de transmissão e de força atômica. A estabilidade das NLS foi de 24 meses. A avaliação da cristalinidade do lipídio revelou a integração da ClAlPc à matriz lipídica da NLS, presença de estruturas polimórficas e grau de cristalinidade adequado, sem alterações após 24 meses. Nos estudos de difusão in vitro, observou-se que ftalocianina encapsulada nas NLS acumulam-se preferencialmente na epiderme e derme do que no estrato córneo, sem traços de permeação do ativo. Foi confirmado o caráter biocompatível das NLS sobre fibroblastos NIH-3T3. A ftalocianina encapsulada nas NLS não foi tóxica na linhagem de melanoma B16-F10 na ausência de luz, porém, apresentou excelente efeito fototóxico (0,75 ?g mL-1 de ClAlPc nanoencapsulada e irradiação entre 0,5 e 2,0 J cm-2), com redução da viabilidade celular de 87%. O segundo sistema de veiculação estudado foram as vesículas cataniônicas (VesCat), que se formam espontaneamente em água com o tensoativo TriCat 12. A obtenção das vesículas contendo ClAlPc envolve uma etapa adicional, para remoção de solvente orgânico, que foi aprimorada, reduzindo o tempo de produção em 55%. As VesCat/ClAlPc obtidas mantiveram suas propriedades físico-químicas e morfologia arredondada (confirmada por microscopia eletrônica de varredura), drug loading de 47% e alta E.E. Os resultados comprovaram que a aplicação desses dois sistemas nanométricos é altamente eficiente para aplicação da TFD no tratamento do câncer de pele do tipo melanoma ou outras doenças cutâneas, apresentando características favoráveis para avanços nos estudos de fase clínica e pré-clínica.

Abordagem tecnológica da síntese de carbonato de glicerila: ensaios físico-químicos, espectroscópicos e viabilidade econômica

Este trabalho trata da proposta para a produção carbonato de glicerila como continuação de trabalho de Mestrado. Propõe-se estabelecer uma sequência para a obtenção e a purificação do produto, que envolve remoção e o aproveitamento de amônia e a remoção de eletrólitos, bem como a utilização de novos catalisadores. De maneira geral, análises espectrofotométricas demonstraram que o produto purificado apresentou características semelhantes às da especificação constante de produto já existente no mercado cedido para comparação (JEFFSOL®, Huntsman). Além disso, foi calculado o custo de produção tanto em escala laboratorial como em escala industrial. Análises de Ressonância Magnética Nuclear e Cromatografia a Gás, aliadas à Espectrofotometria no Infravermelho permitiram avaliar tanto a evolução das reações, bem como os rendimentos reacionais. Foi demonstrada a aplicabilidade das técnicas de RMN 1H e 13C para o cálculo dos rendimentos reacionais, bem como para a elucidação dos mecanismos reacionais. A partir de análises em escala laboratorial, foi possível verificar que, para as condições reacionais estudadas foram obtidas baixas conversões da glicerina e baixas seletividades para o carbonato de glicerila. E ainda, o sulfato de zinco apresentou o melhor desempenho. É importante salientar que, mesmo para baixas conversões, sua produção ainda é economicamente viável devido ao seu elevado valor de mercado. O estudo da produção em escala industrial contemplou a síntese de fluxograma de processo e posterior simulação, incluindo o dimensionamento dos principais equipamentos de processo para fins de análise econômica, via calculo de custos de capital (CAPEX) e operacionais (OPEX). Os resultados indicaram viabilidade econômica do projeto, sendo demonstrado que a implantação de uma nova unidade de produção de carbonato de glicerila pode ser bastante rentável mesmo para baixos rendimentos. O produto obtido possui diversas e interessantes aplicações cosméticas e farmacêuticas, principalmente por ser um tensoativo não iônico, de baixa toxicidade, biodegradável e produzido a partir de fontes renováveis. Assim, o carbonato de glicerila produzido é uma interessante forma de aproveitamento da glicerina proveniente da fabricação de biodiesel.

Investigating the influence of surfactants on the stabilization of aqueous reduced graphene oxide dispersions and the characteristics of their composite films

The stabilization of reduced graphene oxide (RGO) sheets in aqueous dispersion using a wide range of surfactants of anionic, non-ionic and zwitterionic type has been investigated and compared under different conditions of pH, surfactant and RGO concentration, or sheet size. The observed differences in the performance of the surfactants were rationalized on the basis of their chemical structure (e.g., alkylic vs. aromatic hydrophobic tail or sulfonic vs. carboxylic polar head), thus providing a reference framework in the selection of appropriate surfactants for the processing of RGO suspensions towards particular purposes. RGO-surfactant composite paper-like films were also prepared through vacuum filtration of the corresponding mixed dispersions and their main characteristics were investigated. The composite paper-like films were also electrochemically characterized. Those prepared with two specific surfactants exhibited a high capacitance in relation to their surfactant-free counterpart.

Combined effects of cellulose nanocrystals and silver nanoparticles on the barrier and migration properties of PLA nano-biocomposites

Poly(lactic acid) (PLA)-based high performance nano-biocomposites were prepared to be used in active food packaging. Pristine (CNC) and surfactant modified cellulose nanocrystals (s-CNC) with silver (Ag) nanoparticles were used as the matrix modifiers. Binary and ternary systems were prepared. Morphological investigations revealed the good distribution of silver nanoparticles in PLA ternary systems. The combination of s-CNC and Ag nanoparticles increased the barrier effect of the produced films while the results of overall migration for the PLA nano-biocomposites revealed that none of the samples exceeded the overall migration limit, since results were well below 60 mg kg−1 of simulant.

Copper-Free Oxime–Palladacycle-Catalyzed Sonogashira Alkynylation of Deactivated Aryl Bromides and Chlorides in Water under Microwave Irradiation

Palladium-catalyzed Heck alkynylation cross-coupling reactions between terminal alkynes and deactivated aryl chlorides and aryl bromides can be performed in the absence of copper cocatalyst with water as solvent at 130 °C under microwave irradiation. An oxime-derived chloro-bridged palladacycle is an efficient precatalyst for this transformation with 2-dicyclohexylphosphanyl-2′,4′,6′-triisopropylbiphenyl (XPhos) as ancillary ligand, pyrrolidine as base, and SBDS as surfactant. All of the reactions can be performed under air and with reagent-grade chemicals under low loading conditions (0.1–1 mol-% Pd).

Sol–Gel Coordination Chemistry: Building Catalysts from the Bottom-Up

The development of synthetic routes for the tailoring of efficient silica-based heterogeneous catalysts functionalized with coordination complexes or metallic nanoparticles has become a important goal in chemistry. Most of these techniques have been based on postsynthetic treatments of preformed silicas. Nevertheless, there is an emerging approach, so-called sol–gel coordination chemistry, based on co-condensation during the sol–gel preparation of the hybrid material of the corresponding complex or nanoparticle modified with terminal trialkoxysilane groups with a silica source (such as tetraethoxysilane) and in the presence of an adequate surfactant. This method leads to the production of new mesoporous metal complex-silica materials, with the metallic functionality incorporated homogeneously into the structure of the hybrid material, improving the stability of the coordination complex (which is protected by the silica network) and reducing the leaching of the active phase. This technique also offers the actual possibility of functionalizing silica or other metal oxides for a wider range of applications, such as photonics, sensing, and biochemical functions.

Metal-complex ionosilicas: Cationic mesoporus silica with Ni(II) and Cu(II) complexes in their framework

Metal-complex ionosilicas with cationic complexes into the mesoporous silica framework were prepared using anionic surfactants. The electrostatic interaction between the anionic surfactant and the cationic metal complexes incorporated in the silica framework allows for the fine tuning of the mesoporous structure. The gentle procedure of synthesis developed and mild ion-exchange extraction of the surfactant, allowed a cleaner route for the immobilization of homogeneous cationic catalysts in mesoporous silica, while protecting the structural and chemical integrity of the metal complexes.

Microwave-assisted palladium-catalyzed highly regio- and stereoselective head to head dimerization of terminal aryl alkynes in water

A highly regio- and stereoselective oxime palladacycle/imidazolinium-catalyzed head to head dimerization of terminal aryl alkynes in water is presented. The reaction, which is carried out at 130 °C under microwave irradiation in the presence of 1,3-bis-(2,6-diisopropylphenyl)imidazolinium chloride as ligand, triethylamine as base, and TBAB as surfactant, allows the synthesis of (E)-1,4-enynes as single stereoisomers in good isolated yields.

Evidence of Intracrystalline Mesostructured Porosity in Zeolites by Advanced Gas Sorption, Electron Tomography and Rotation Electron Diffraction

The small size of micropores (typically <1 nm) in zeolites causes slow diffusion of reactant and product molecules in and out of the pores and negatively impacts the product selectivity of zeolite based catalysts, for example, fluid catalytic cracking (FCC) catalysts. Size-tailored mesoporosity was introduced into commercial zeolite Y crystals by a simple surfactant-templating post-synthetic mesostructuring process. The resulting mesoporous zeolite Y showed significantly improved product selectivity in both laboratory testing and refinery trials. Advanced characterization techniques such as electron tomography, three-dimensional rotation electron diffraction, and high resolution gas adsorption coupled with hysteresis scanning and density functional theory, unambiguously revealed the intracystalline nature and connectivity of the introduced mesopores. They can be considered as molecular highways that help reactant and product molecules diffuse quickly to and away from the catalytically active sites within the zeolite crystals and, thus, shift the selectivity to favor the production of more of the valuable liquid fuels at reduced yields of coke and unconverted feed.

Mesostructured zeolites: bridging the gap between zeolites and MCM-41

Surfactant-templating is one of the most versatile and useful techniques to implement mesoporous systems into solid materials. Various strategies based on various interactions between surfactants and solid precursors have been explored to produce new structures. Zeolites are invaluable as size- and shape-selective solid acid catalysts. Nevertheless, their micropores impose limitations on the mass transport of bulky feed and/or product molecules. Many studies have attempted to address this by utilizing surfactant-assisting technology to alleviate the diffusion constraints. However, most efforts have failed due to micro/mesopore phase separation. Recently, a new technique combining the uses of cationic surfactants and mild basic solutions was introduced to synthesise mesostructured zeolites. These materials sustain the unique characteristics of zeolites (i.e., strong acidity, crystallinity, microporosity, and hydrothermal stability), including tunable mesopore sizes and degrees of mesoporosity. The mesostructured zeolites are now commercially available through Rive Technology, and show superior performance in VGO cracking. This feature article provides an overview of recent explorations in the introduction of mesoporosity into zeolites using surfactant-templating techniques. Various porous materials, preparation methods, physical and catalytic properties of mesostructured zeolites will be discussed.

Potential of Cu–saponite catalysts for soot combustion

H– and Na–saponite supports have been prepared by several synthesis approaches. 5% Cu/saponite catalysts have been prepared and tested for soot combustion in a NOx + O2 + N2 gas flow and with soot and catalyst mixed in loose contact mode. XRD, FT-IR, N2 adsorption and TEM characterization results revealed that the use of either surfactant or microwaves during the synthesis led to delamination of the saponite support, yielding high surface area and small crystallite size materials. The degree of delamination affected further copper oxide dispersion and soot combustion capacity of the Cu/saponite catalysts. All Cu/saponite catalysts were active for soot combustion, and the NO2-assisted mechanism seemed to prevail. The best activity was achieved with copper oxide supported on a Na–saponite prepared at pH 13 and with surfactant. This best activity was attributed to the efficient copper oxide dispersion on the high surface area delaminated saponite (603 m2 g−1) and to the presence of Na. Copper oxide reduction in H2-TPR experiments occurred at lower temperature for the Na-containing catalysts than for the H-containing counterparts, and all Cu/Na–saponite catalysts were more active for soot combustion than the corresponding Cu/H–saponite catalysts.

Titania–Silica Materials for Enhanced Photocatalysis

Mesoporous titania–organosilica nanoparticles comprised of anatase nanocrystals crosslinked with organosilica moieties have been prepared by direct co-condensation of a titania precursor, tetrabuthylortotitanate (TBOT), with two organosilica precursors, 1,4-bis(triethoxysilyl) benzene (BTEB) and 1,2-bis(triethoxysilyl) ethane (BTEE), in mild conditions and in the absence of surfactant. These hybrid materials show both high surface areas (200–360 m2 g−1) and pore volumes (0.3 cm3 g−1) even after calcination, and excellent photoactivity in the degradation of rhodamine 6G and in the partial oxidation of propene under UV irradiation, especially after the calcination of the samples. During calcination, there is a change in the TiIV coordination and an increase in the content of Si[BOND]O[BOND]Ti moieties in comparison with the uncalcined materials, which seems to be responsible for the enhanced photocatalytic activity of hybrid titania–silica materials as compared to both uncalcined samples and the control TiO2.

CIMBNC- Combination and interactions of three kinds of nanoclays structural modifiers, for the colored bio-nanocomposites optimization

Biopolymers do not have competitive prices, which has prevented their industrial exploitation on a global scale so far. In this context, Using nanoclays, improvements in certain biopolymer properties, mainly mechanical and thermal, have been achieved. However, research has been much less focused on changing optical properties through the incorporation of nanoclays. At the same time, current research has focused on obtaining nanopigments, by organic dyes adsoptions into different nanoclays in order to achieve sustainable colouring and high performance materials. By combining advances in these lines of research, biodegradable composites with optimal mechanical and optical properties can be obtained. The aim of this work is to find the optimal formulation of naturally sourced nanopigments, incorporate them into a biological origin epoxy resin, and obtain a significant improvement in their mechanical, and optical properties. We combine three structural modifiers in the nanopigment synthesis: surfactant, silane and mordant salt. The latter was selected in order to replicate the mordant textile dyeing with natural dyes. Using a Taguchi’s desing L8, we look for the effect of the presence of the modifiers, the pH acidification, and the interactions effect between the synthesis factors. Three natural dyes were selected: chlorophyll, beta-carotene, and beetroot extract. Furthermore we use two kinds of laminar nanoclays, differentiated by the ion exchange charge: montmorillonite, and hydrotalcite. Then the thermal, mechanical and colorimetric characterization of the bionanocomposite materials was carried out. The optimal conditions to obtain the best bionanocomposite materials are using acid pH, and modifying the nanoclays with mordant and surfactant.