Estudo da desativação térmica de catalisadores à base de óxidos mistos de cério e zircônio

Em termos ambientais, os catalisadores automotivos se destacam pelos resultados altamente significativos alcançados após seu uso obrigatório em veículos leves. No entanto, as condições térmicas em que eles operam podem levar a um processo de perda de atividade significativa, após certo tempo de operação. Dentro desse contexto, este trabalho estudou o efeito da temperatura na desativação térmica de catalisadores automotivo modelo. Foram preparados catalisadores baseados em óxido misto de cério e zircônio na proporção 50% em mol de cério e zircônio (CZ). A partir dele foram produzidos os catalisadores Pd-CZ e Pd-CZ-LaAl. O catalisador Pd-CZ foi produzido pela impregnação do CZ com Pd na concentração de 0,5% m/m de CZ. O catalisador Pd-CZ-LaAl foi produzido a partir de uma mistura física do Pd-CZ com o suporte LaAl (alumina dopada com La na concentração de 1,9 % m/m de Al2O3), seguida de calcinação a 500˚C. Foram realizados envelhecimentos a 900C e 1200C em mufla com atmosfera oxidante por 12 e 36h. Os catalisadores foram caracterizados por um conjunto de técnicas físico-químicas. Foram realizadas análises de fisissorção de N2 para a medição da área específica e o estudo da evolução do diâmetro e volume de poros das amostras novas e envelhecidas. Análises de difração de raios X (DRX) foram feitas de forma a acompanhar possíveis transições de fases após o envelhecimento das amostras. Foi realizada análise química para validar a composição das amostras e ensaios de análise térmica para o catalisador CZ visando identificar a temperatura onde ocorre o fenômeno de segregação de fases. Realizaram-se ensaios de redução a temperatura programada (RTP) visando quantificar o consumo de hidrogênio e associá-lo à evolução da redutibilidade das amostras após o envelhecimento térmico. Finalmente, a avaliação catalítica foi realizada com base nas reações de oxidação do CO e do propano e de redução do NO pelo CO, através da obtenção de curvas de lightoff. As análises de DRX mostraram que o envelhecimento a 900C ocasionou alterações de fases da alumina, mas não foi verificada segregação de fases no CZ. Já a 1200C observou-se a referida segregação de fases, que coincide com a drástica queda na área específica das amostras, em alguns casos observando-se o colapso das propriedades texturais do catalisador. As análises de RTP mostraram que, em determinadas condições, o envelhecimento térmico promove a redutibilidade do sistema CZ e a introdução de Pd torna o catalisador mais facilmente redutível o que é evidenciado pelo deslocamento dos picos de redução para temperaturas mais baixas em comparação ao CZ puro. Os testes catalíticos mostraram que a introdução do Pd é um fator fundamental para a conversão do propano. Os catalisadores contendo Pd também converteram melhor o CO. Para os catalisadores envelhecidos a 1200C, o único resultado positivo foi no caso do Pd-CZ-LaAl que apesar deste tratamento térmico, ainda converteu o CO, propano e NO. Desta forma o catalisador Pd-CZ-LaAl apresentou resultados mais satisfatórios e isto evidencia que a mistura com LaAl melhora o desempenho e a estabilidade térmica do catalisador em altas temperaturas (acima de 300C).

Distribuição de tensões em próteses parciais fixas posteriores livres de metal com retentores intracoronários: análise em elementos finitos

Para reabilitar a ausência de um elemento dentário posterior, as próteses parciais fixas (PPF) com retentores intracoronários são uma alternativa aos implantes osseointegrados. O objetivo deste estudo foi avaliar a distribuição de tensões nessas próteses com três combinações de materiais: cerâmica de zircônia parcialmente estabilizada por ítria (ZPEI) revestida por cerâmica de fluorapatita (α), cerâmica de dissilicato de lítio (β) ou compósito fibrorreforçado (γ). Na composição α, foram analisadas a presença ou ausência da cerâmica de revestimento na parede cervical das caixas proximais e três variações na área total da seção transversal dos conectores (4 mm de largura x 3,2, 4,2 ou 5,2 mm de altura). Em 8 modelos bidimensionais de elementos finitos, uma carga vertical de 500 N foi aplicada na fossa central do pôntico e as tensões principais máximas (tração) e mínimas (compressão) foram apontadas em MPa. Inicialmente foram avaliados os 6 modelos com PPF de ZPEI e suas variações. Os maiores valores das tensões de tração foram encontrados no terço cervical dos conectores. Quando presente nestas regiões, a cerâmica de revestimento recebeu tensões acima do limite de sua resistência à flexão. Na comparação entre os modelos sem cerâmica de revestimento na parede cervical das caixas proximais, mesmo aquele com conectores de 3,2 x 4 mm, cuja infraestrutura apresentava 2,5 x 3 mm, poderia ser recomendado para uso clínico. Altos valores de tensões de compressão foram registrados entre o terço oclusal e médio dos conectores, correspondente à união entre as cerâmicas, o que poderia ocasionar, devido à flexão, falhas adesivas. Posteriormente, o modelo de ZPEI com a cerâmica de fluorapatita ausente da parede cervical das caixas proximais e área total dos conectores de 4,2 x 4 mm foi comparado aos dois outros materiais com conectores de mesma área. Na PPF de dissilicato de lítio, os valores representaram uma provável violação do limite de sua resistência à flexão. A PPF de compósito fibrorreforçado apresentou tensões bem abaixo do limite de resistência à flexão de sua infraestrutura, mas, como no modelo de ZPEI, tensões compressivas se concentraram com alto valor entre o terço oclusal e médio dos conectores, local de união entre a resina composta e a infraestrutura de fibras. Os resultados mostraram que a cerâmica de dissilicato de lítio e a presença da cerâmica de fluorapatita na parede cervical das caixas proximais deveriam ser contraindicadas para a condição proposta. Parece viável uma área de conectores na infraestrutura de ZPEI com no mínimo 2,5 x 3 mm. A PPF de compósito fibrorreforçado apresenta resistência estrutural para a situação estudada, mas, como também aquelas compostas de ZPEI, aparenta ter como pontos fracos a adesão entre a infraestrutura e o material de cobertura e a própria resistência deste último.

Dilution refrigeration and a calorimetric measurement of the quadruple coupling constant in rhenium metal

A dilution refrigerator has been constructed capable of producing steady state temperatures less than .075°K. The first part of this work is concerned with the design and construction of this machine. Enough theory is presented to allow one to understand the operation and critical design factors of a dilution refrigerator. The performance of our refrigerator is compared with the operating characteristics of three other dilution refrigerators appearing in the present literature.

The dilution refrigerator constructed was used to measure the nuclear contribution to the low temperature specific heat of a pure, single-crystalline sample of rhenium metal. Measurements were made in magnetic fields from 0 to 12.5 kOe for the temperature range .13°K - .52°K. The second part of this work discusses the results of these experiments. The expected nuclear contribution is not found when the sample is in the superconducting state. This is believed to be due to the long spin-lattice relaxation times in superconductors. In the normal state, for the temperature range studied, the nuclear contribution is given by A/T² where A = .061 ± .002 millijoules-K/mole. The value of A is found to increase to A = .077 ± .004 millijoules-K/mole when the sample is located in a magnetic field of 12.5 kOe.

From the measured value of A the splitting of the energy levels of the nuclear spin system due to the interaction of the internal crystalline electric field gradients with the nuclear quadrupole moments is calculated. A comparison is made between the predicted and measured magnetic dependence of the specific heat. Finally, predictions are made of future nuclear magnetic resonance experiments which may be performed to check the results obtained by calorimetery here and further, to investigate existing theories concerning the sources of electric field gradients in metals.

Studies of noble gases in meteorites and in the earth

The isotopic and elemental abundances of noble gases in the solar system are investigated, using simple mixing models and mass-spectrometric measurements of the noble gases in meteorites and terrestrial rocks and minerals.

Primordial neon is modeled by two isotopically distinct components from the interstellar gas and dust. Neon from the gas dominates solar neon, which contains about ten times more ²⁰Ne than ²²Ne. Neon from the dust is represented in meteorites by neon-E, with ²⁰Ne/²²Ne less than 0.6. Isotopic variations in meteorites require neon from both dust and gas to be present. Mixing dust and gas without neon loss generates linear correlation lines on three-isotope and composition-concentration diagrams. A model for solar wind implantation predicts small deviations from linear mixing, due to preferential sputtering of the lighter neon isotopes.

Neon in meteorites consists of galactic cosmic ray spallation neon and at least two primordial components, neon-E and neon-S. Neon was measured in several meteorites to investigate these end- members. Cosmogenic neon produced from sodium is found to be strongly enriched in ²²Ne. Neon measurements on sodium-rich samples must be interpreted with care so not to confuse this source of ²²Ne with neon-E, which is also rich in ²²Ne.

Neon data for the carbonaceous chondrite Mokoia show that the end member composition of neon-Si in meteorites is ²⁰Ne/²²Ne = 13.7, the same as the present solar wind. The solar wind composition evidently has remained constant since before the compaction of Mokoia.

Ca, Al-rich inclusions from the Allende meteorite were examined for correlation between neon-E and oxygen or magnesium isotopic anomalies. ²²Ne and ³⁶Ar enrichments found in some inclusions are attributed to cosmic- ray-induced reactions on Na and Cl, not to a primordial component. Neon-E is not detectably enriched in Allende.

Measurements were made to determine the noble gas contents of various terrestrial rocks and minerals, and to investigate the cycling of noble gases between different terrestrial reservoirs. Beryl crystals contain a characteristic suite of magmatic gases including nucleogenic ²¹Ne and ²²Ne from (α,n) reactions, radiogenic ⁴⁰Ar, and fissiogenic ^131-136Xe from the decay of K and U in the continental crust. Significant concentrations of atmospheric noble gases are also present in beryl.

Both juvenile and atmospheric noble gases are found in rocks from the Skaergaard intrusion. The ratio ⁴⁰Ar/³⁶Ar (corrected for in situ decay of ⁴⁰K) correlates with δ¹⁸O in plagioclase. Atmospheric argon has been introduced into samples that have experienced oxygen-isotope exchange with circulating meteoric hydrothermal fluids. Unexchanged samples contain juvenile argon with ⁴⁰Ar/³⁶Ar greater than 6000 that was trapped from the Skaergaard magma.

Juvenile and atmospheric gases have been measured in the glassy rims of mid-ocean ridge (MOR) pillow basalts. Evidence is presented that three samples contain excess radiogenic ¹²⁹Xe and fission xenon, in addition to the excess radiogenic ⁴⁰Ar found in all samples. These juvenile gases are being outgassed from the upper-mantle source region of the MOR magma. No isotopic evidence has been found here for juvenile primordial noble gases accompanying the juvenile radiogenic gases in the MOR glasses. Large argon isotopic variations in a single specimen provide a clear indication of the late-stage addition of atmospheric argon, probably from seawater.

The Skaergaard data demonstrate that atmospheric noble gases dissolved in ground water can be transferred into crustal rocks. Subduction of oceanic crust altered by seawater can transport atmospheric noble gases into the upper mantle. A substantial portion of the noble gases in mantle derived rocks may represent subducted gases, not a primordial component as is often assumed.

The Design and Synthesis of Transition Metal Complexes Supported by Non-innocent Ligand Scaffolds for Small Molecule Activation

This dissertation focuses on the incorporation of non-innocent or multifunctional moieties into different ligand scaffolds to support one or multiple metal centers in close proximity. Chapter 2 focuses on the initial efforts to synthesize hetero- or homometallic tri- or dinuclear metal carbonyl complexes supported by para-terphenyl diphosphine ligands. A series of [M₂M’(CO)₄]-type clusters (M = Ni, Pd; M’ = Fe, Co) could be accessed and used to relate the metal composition to the properties of the complexes. During these studies it was also found that non-innocent behavior was observed in dinuclear Fe complexes that result from changes in oxidation state of the cluster. These studies led to efforts to rationally incorporate central arene moieties capable managing both protons and electrons during small molecule activation.

Chapter 3 discusses the synthesis of metal complexes supported by a novel para-terphenyl diphosphine ligand containing a non-innocent 1,4-hydroquinone moiety as the central arene. A Pd⁰-hydroquinone complex was found to mediate the activation of a variety of small molecules to form the corresponding Pd⁰-quinone complexes in a formal two proton ⁄ two electron transformation. Mechanistic investigations of dioxygen activation revealed a metal-first activation process followed by subsequent proton and electron transfer from the ligand. These studies revealed the capacity of the central arene substituent to serve as a reservoir for a formal equivalent of dihydrogen, although the stability of the M-quinone compounds prevented access to the PdII-quinone oxidation state, thus hindering of small molecule transformations requiring more than two electrons per equivalent of metal complex.

Chapter 4 discusses the synthesis of metal complexes supported by a ligand containing a 3,5-substituted pyridine moiety as the linker separating the phenylene phosphine donors. Nickel and palladium complexes supported by this ligand were found to tolerate a wide variety of pyridine nitrogen-coordinated electrophiles which were found to alter central pyridine electronics, and therefore metal-pyridine π-system interactions, substantially. Furthermore, nickel complexes supported by this ligand were found to activate H-B and H-Si bonds and formally hydroborate and hydrosilylate the central pyridine ring. These systems highlight the potential use of pyridine π-system-coordinated metal complexes to reversibly store reducing equivalents within the ligand framework in a manner akin to the previously discussed 1,4-hydroquinone diphosphine ligand scaffold.

Chapter 5 departs from the phosphine-based chemistry and instead focuses on the incorporation of hydrogen bonding networks into the secondary coordination sphere of [Fe₄(μ₄-O)]-type clusters supported by various pyrazolate ligands. The aim of this project is to stabilize reactive oxygenic species, such as oxos, to study their spectroscopy and reactivity in the context of complicated multimetallic clusters. Herein is reported this synthesis and electrochemical and Mössbauer characterization of a series of chloride clusters have been synthesized using parent pyrazolate and a 3-aminophenyl substituted pyrazolate ligand. Efforts to rationally access hydroxo and oxo clusters from these chloride precursors represents ongoing work that will continue in the group.

Appendix A discusses attempts to access [Fe₃Ni]-type clusters as models of the enzymatic active site of [NiFe] carbon monoxide dehydrogenase. Efforts to construct tetranuclear clusters with an interstitial sulfide proved unsuccessful, although a (μ₃-S) ligand could be installed through non-oxidative routes into triiron clusters. While [Fe₃Ni(μ₄-O)]-type clusters could be assembled, accessing an open heterobimetallic edge site proved challenging, thus prohibiting efforts to study chemical transformations, such as hydroxide attack onto carbon monoxide or carbon dioxide coordination, relevant to the native enzyme. Appendix B discusses the attempts to synthesize models of the full H-cluster of [FeFe]-hydrogenase using a bioinorganic approach. A synthetic peptide containing three cysteine donors was successfully synthesized and found to chelate a preformed synthetic [Fe₄S₄] cluster. However, efforts to incorporate the diiron subsite model complex proved challenging as the planned thioester exchange reaction was found to non-selectively acetylate the peptide backbone, thus preventing the construction of the full six-iron cluster.

Systematic Studies on 3d- and 4f-Metal Containing Polyoxometalates Suitable for Organic Derivatization

232 p.

Processo de separação por membranas para remoção de sulfato de níquel e zinco de efluente sintético de indústrias metal-mecânicas

O objetivo do presente trabalho foi investigar o desempenho de membranas comerciais e funcionalizadas na remoção de metais pesados de efluentes sintéticos, simulando os efluentes gerados pelas indústrias metal-mecânicas. As membranas funcionalizadas foram preparadas em laboratório a partir de diferentes poli (éter imidas) sulfonadas, SPEI, que apresentavam alta hidrofilicidade e capacidade de troca iônica. As permeabilidades hidráulicas das membranas de SPEI aumentaram com o grau de sulfonação. Porém, as rejeições foram ainda muito baixas comparadas as membranas comerciais. Por esta razão, algumas membranas comerciais (NF-90, SW30, HRP98PP e BW30LE) foram investigadas e avaliadas quanto ao comportamento da permeabilidade de água e o grau de rejeição a metais pesados. Os resultados mostraram que a membrana de osmose inversa de baixa energia (BW30LE) tinha o melhor fluxo de água (48,44 L/h.m2) e grau de rejeição a cádmio (98%). Logo, ela foi selecionada para o tratamento dos efluentes sintéticos de indústrias metal-mecânicas contendo níquel e zinco. As indústrias da região de Valencia, na Espanha, forneceram amostras de seus efluentes para análise quantitativa, possibilitando o prepararo de soluções sintéticas modelos. Os resultados foram obtidos variando algumas condições de permeação, tais como a força motriz, o pH e a concentração dos metais na solução de alimentação. Os resultados indicaram que o processo de osmose inversa com a membrana BW30LE é altamente adequado para o tratamento de efluentes contendo metais pesados

Invertible dark-center diffraction of the metal film induced by femtosecond laser

We found reversible dark-center diffraction of the transmitted probe beam passing through the chromium film. which is induced by the pump femtosecond laser. The dark-center diffraction of I he transmitted probe beam appears and disappears with and without the pump beam. A view of diffractive optics with binary phase plate is put forward, which explains the reversible dark-center diffractive optical phenomenon. The pre-ablated hole on the metal film can be regarded as a uniform light filed without phase modulation, the Surrounding Circular part around the pre-ablated hole can be regarded as "phase modulated". Therefore, this diffraction optic view might be helpful for us to understand the phase change of the metal film introduced by the femtosecond laser pulse. (C) 2008 Elsevier B.V, All rights reserved.

A metal-mirror-based reflecting polarizing beam splitter

We theoretically investigated the design of a metal-mirror-based reflecting polarizing beam splitter (RPBS). The metal mirror is a silver slab, which is embedded in the substrate of a rectangular silica transmission grating. By using a modal analysis and rigorous coupled-wave analysis, an RPBS grating is designed for operation at 1550 nm. When it is illuminated in Littrow mounting, the transverse electric (TE) and transverse magnetic (TM) waves will be mainly reflected in the minus-first and zeroth orders, respectively. Moreover, a wideband RPBS grating is obtained by adopting the simulated annealing algorithm. The RPBS gratings exhibit high diffraction efficiencies (similar to 95%) and high extinction ratios over a certain angle and wavelength range, especially for the minus-first-order reflection. This kind of RPBS should be useful in practical optical applications.