Osmose inversa aplicada no reúso da água do rio Sarapuí em processos industriais

O objetivo deste estudo foi analisar o desempenho de um sistema de captação e tratamento de água do rio Sarapuí, por meio de uma estação de tratamento composta por um sistema de pré-tratamento convencional, ligado a um sistema de separação por membranas de osmose inversa, no Município de Belford Roxo RJ, instalado para fornecer água de processo a instalações industriais. Foi verificado que a água captada encontra-se em condição bastante degradada e que a unidade de tratamento removeu, em média, 97% do teor dos poluentes presentes na água, enquadrando-a nos parâmetros requeridos pelo processo industrial. Foi possível comprovar que o processo de separação por osmose inversa pode ser utilizado em escala industrial, proporcionando ganhos econômicos consideráveis, além de evitar o consumo de água potável para fins de processos industriais e, ainda, contribuir para a retirada de carga orgânica de uma fonte degradada

Síntese, caracterização e avaliação de materiais poliméricos com propriedades bactericidas

Nesta dissertação, foram preparados materiais poliméricos com atividade bactericida a partir de copolímeros de estireno (Sty) e divinilbenzeno (DVB) e de celulose bacteriana. Três copolímeros à base de Sty e DVB foram sintetizados através da técnica de polimerização em suspensão aquosa. Os copolímeros foram preparados com diferentes estruturas porosas, por meio da variação da composição do sistema diluente. Um copolímero comercial macrorreticulado, Amberlite XAD4, de elevada área superficial, também foi usado neste estudo com o objetivo de comparar sua estrutura polimérica e seu desempenho com o dos copolímeros sintetizados. Os copolímeros de Sty-DVB foram caracterizados por meio da densidade aparente, área específica, diâmetro médio de poros, volume de poros, microscopias ótica e eletrônica de varredura, grau de inchamento, espectrometria de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica e análise elementar. Os copolímeros de Sty-DVB foram modificados quimicamente através da reação de nitração, seguida da reação de redução do grupo nitro a amino e posterior reação de diazotação e hidrólise do grupo sal de diazônio. Os copolímeros modificados contendo os grupos NH2 e OH foram utilizados como suporte para a ancoragem das nanopartículas de prata. As partículas de prata foram obtidas pela redução dos íons Ag+ empregando-se cloridrato de hidroxilamina como redutor e PVP como protetor de colóide. O teor de prata impregnada foi determinado pelo método volumétrico. A celulose bacteriana (BC) foi empregada como uma matriz para impregnação de nanopartículas de prata. Membranas de BC foram impregnadas com solução aquosa de AgNO3, a seguir foi realizada a redução dos íons Ag+ com três diferentes agentes redutores (hidrazina, hidroxilamina e ácido ascórbico) empregando ou não protetor de colóide (PVP ou gelatina). As membranas de BC/Ag0 obtidas foram caracterizadas por difração de raios-X, análise termogravimétrica e microscopia eletrônica de varredura. A capacidade bactericida dos copolímeros de Sty-DVB, dos copolímeros funcionalizados e impregnados com prata e das membranas de BC/Ag0 foi avaliada através do método da contagem em placa contra suspensões de Escherichia coli, em diferentes concentrações (103 a 107 células/mL). Foi observado que os copolímeros de origem e os copolímeros modificados contendo os grupos NO2 e NH2 não apresentaram atividade bactericida contra suspensões de E. coli em nenhuma concentração. Por outro lado, os copolímeros modificados contendo o grupo OH apresentaram alguma atividade bactericida, embora abaixo do esperado devido à baixa incorporação de hidroxilas fenólicas. Os copolímeros modificados impregnados com Ag apresentaram maior ação bactericida do que os copolímeros modificados, o que comprova que a ação bactericida é devida às partículas de prata ancoradas nos copolímeros. Os copolímeros modificados contendo o grupo OH impregnados com Ag mesmo possuindo menores teores de prata apresentaram maior ação bactericida do que os copolímeros modificados contendo o grupo NH2 impregnados com Ag. A maior ação bactericida pode ser atribuída à combinação da atividade bactericida das partículas de prata com a atividade dos grupos hidroxilas fenólicas mesmo que estes grupos estejam pouco incorporados nos copolímeros. Os compósitos de BC/Ag0 exibiram atividade bactericida contra E. coli que foi atribuída à ação das nanoparticulas de prata obtidas quando foi empregada a hidroxilamina como agente redutor e a gelatina como protetor de colóide

Desenvolvimento de membranas de poli(éter imida) sultonada para a permeacão de gases

A busca por membranas com propriedades adequadas a separação de gases em escala industrial tem levado a modificação e sIntese de polImeros de engenharia, com objetivo de obter membranas com propriedades adequadas. Uma das modificaçoes que tem se apresentado promissora é a inserção de grupos sulfônicos em polImeros comerciais. Espera-se que o polImero sulfonado apresente um aumento na permeação de gases polares, em relação a gases apolares, devido a sua estrutura mais polar e flexIvel. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho é a sIntese e caracterização de membranas de poli(éter imida) sulfonada para a permeação de gases. Um planejamento experimental foi desenvolvido, em diferentes condiçoes reacionais de temperatura, tempo e excesso de um dos reagentes (ácido acético), para a sIntese de poli(éter imida) sulfonada (SPEI). Através deste planejamento, constatou-se que as variáveis que mais influenciam o grau de sulfonação são a temperatura e o tempo. O polImero com o maior grau de sulfonação, determinado por capacidade de troca iônica (IEC= 92 mEq H+/g), foi utilizado para o preparo da membrana de SPEI, obtida pela técnica de inversão de fase por evaporação do solvente, utilizando-se clorofórmio como solvente. Este filme foi caracterizado a partir das seguintes análises: espectroscopia de infravermelho (FTIR), calorimetria diferencial de varredura (DSC), análise termogravimétrica (TGA) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), a fim de avaliar a influência da inserção do grupo sulfônico na matriz polimérica. O espectro de infravermelho de SPEI apresentou bandas relacionadas as vibraçoes assimétricas em 1240 cm-1 (ligação O=S=O), ligação simétrica em 1171 cm-1 (O=S=O) e ligação S-O entre 1010-1024 cm-1. Isto indica a presença de grupos sulfônicos. A análise de DSC foi realizada entre 150-250C. Nesta faixa, não foram observadas alteraçoes na temperatura de transição vItrea (Tg) do polImero modificado (217C). Acredita-se que a decomposição do grupo sulfona aconteça antes da temperatura atingir o Tg do polImero. Esta suposição é confirmada na análise de TGA. As imagens de MEV mostraram que foram obtidos filmes livres de poros e defeitos. A membrana da SPEI foi utilizada no ensaio de permeaçao dos gases 02, N2 e C02, a fim de determinar a permeabilidade e seletividade da membrana. As permeabilidades encontradas para o gas oxigênio foram de 0,76 barrer para a PEI e 0,46 barrer para a SPEI. A seletividade do dióxido de carbono em relaçao ao oxigênio aumentou de 3,5, na membrana de PEI, para 4,83, na membrana de SPEI. Em relaçao ao nitrogênio, as permeabilidades medidas foram 0,064 barrer e 0,043 barrer, para a PEI e para a SPEI, respectivamente, enquanto a seletividade em relaçao ao C02 aumentou de 41,1 para 55,5. Estes resultados indicam que o efeito de sorçao predominou devido ao aumento das interaçöes moleculares, reduzindo assim o volume livre, o que tornou a membrana sulfonada mais compacta, com permeabilidade menor e maior seletividade. Estes resultados corroboram com a premissa de que a sulfonaçao é um processo promissor para o desenvolvimento de membranas mais eficientes.

Heteroepitaxy of Group IV and Group III-V semiconductor alloys for photovoltaic applications

Photovoltaic energy conversion represents a economically viable technology for realizing collection of the largest energy resource known to the Earth -- the sun. Energy conversion efficiency is the most leveraging factor in the price of energy derived from this process. This thesis focuses on two routes for high efficiency, low cost devices: first, to use Group IV semiconductor alloy wire array bottom cells and epitaxially grown Group III-V compound semiconductor alloy top cells in a tandem configuration, and second, GaP growth on planar Si for heterojunction and tandem cell applications.

Metal catalyzed vapor-liquid-solid grown microwire arrays are an intriguing alternative for wafer-free Si and SiGe materials which can be removed as flexible membranes. Selected area Cu-catalyzed vapor-liquid solid growth of SiGe microwires is achieved using chlorosilane and chlorogermane precursors. The composition can be tuned up to 12% Ge with a simultaneous decrease in the growth rate from 7 to 1 μm/min^-1. Significant changes to the morphology were observed, including tapering and faceting on the sidewalls and along the lengths of the wires. Characterization of axial and radial cross sections with transmission electron microscopy revealed no evidence of defects at facet corners and edges, and the tapering is shown to be due to in-situ removal of catalyst material during growth. X-ray diffraction and transmission electron microscopy reveal a Ge-rich crystal at the tip of the wires, strongly suggesting that the Ge incorporation is limited by the crystallization rate.

Tandem Ga_1-xIn_xP/Si microwire array solar cells are a route towards a high efficiency, low cost, flexible, wafer-free solar technology. Realizing tandem Group III-V compound semiconductor/Si wire array devices requires optimization of materials growth and device performance. GaP and Ga_1-xIn_xP layers were grown heteroepitaxially with metalorganic chemical vapor deposition on Si microwire array substrates. The layer morphology and crystalline quality have been studied with scanning electron microscopy and transmission electron microscopy, and they provide a baseline for the growth and characterization of a full device stack. Ultimately, the complexity of the substrates and the prevalence of defects resulted in material without detectable photoluminescence, unsuitable for optoelectronic applications.

Coupled full-field optical and device physics simulations of a Ga_0.51In_0.49P/Si wire array tandem are used to predict device performance. A 500 nm thick, highly doped "buffer" layer between the bottom cell and tunnel junction is assumed to harbor a high density of lattice mismatch and heteroepitaxial defects. Under simulated AM1.5G illumination, the device structure explored in this work has a simulated efficiency of 23.84% with realistic top cell SRH lifetimes and surface recombination velocities. The relative insensitivity to surface recombination is likely due to optical generation further away from the free surfaces and interfaces of the device structure.

Finally, GaP has been grown free of antiphase domains on Si (112) oriented substrates using metalorganic chemical vapor deposition. Low temperature pulsed nucleation is followed by high temperature continuous growth, yielding smooth, specular thin films. Atomic force microscopy topography mapping showed very smooth surfaces (4-6 Å RMS roughness) with small depressions in the surface. Thin films (~ 50 nm) were pseudomorphic, as confirmed by high resolution x-ray diffraction reciprocal space mapping, and 200 nm thick films showed full relaxation. Transmission electron microscopy showed no evidence of antiphase domain formation, but there is a population of microtwin and stacking fault defects.

O uso de células-tronco na regeneração dos tecidos dentários e periodonto

Os estudos abordando a regeneração dos tecidos dentários ganharam uma nova perspectiva com a utilização das células-tronco. E novas perspectivas têm surgido com a bioengenharia tecidual e as terapias periodontais e pulpares regeneradoras. O objetivo deste trabalho foi desenvolver o modelo experimental de autotransplante em ratos visando compará-lo à técnica de reimplante e estudar a capacidade terapêutica das células da medula óssea em diferentes biomateriais utilizados como matriz para a terapia de células-tronco no reparo dos tecidos dentais. Foram utilizados 23 ratos Wistar divididos em grupos de 1, 3, 15 e 60 dias para as técnicas de reimplante e autotransplante. Os grupos com injeção de células-tronco (CT) foram: (1) grupo de 3 dias, combinado à técnica de reimplante; (2) grupo de 15 dias com ambas as técnicas. Blocos contendo os três dentes molares superiores de cada lado dos ratos foram removidos, feitas radiografias periapicais e as peças foram processadas para inclusão em parafina. Foram avaliadas a espessura do ligamento periodontal (LPD) comparada entre os diferentes grupos e a morfologia celular e matriz extracelular relacionadas à superfície radicular, ao osso alveolar e à porção média do LPD, além das células da polpa dental de cada grupo. As células isoladas a partir da medula-óssea foram incubadas por 24h, 48h, e 72h em placas de cultura contendo membranas de colágeno bovino tipo I - CollaTape (Integra LifeSciences Corporation, Plainsboro, NJ, USA), enxerto ósseo - Extra Graft XG-13 (Silvestre Labs Quimica e Farmaceutica LTDA, RJ, Brazil) ou um dente molar de rato. Os espécimes foram observados em um microscópio invertido para contagem de células e processadas para observação no microscópio eletrônico de varredura (MEV). Os grupos de 1 e 3 dias apresentaram medidas de LPD significativamente maiores para a técnica de autotransplante quando comparadas ao reimplante. O grupo de 3 dias com CT não apresentou alterações pulpares significativas, diferente do controle (sem CT) O grupo de 15 dias com CT apresentou as mesmas características histológicas do grupo sem injeção de CT. A observação ao MEV dos biomateriais revelou que as células apresentaram pouca adesão e proliferação no enxerto ósseo e no cemento dentário quando comparados à membrana colágena. A técnica de reimplante associada à injeção de células-tronco sugere alguma influência da terapia com as células-tronco sobre a polpa. As distâncias aumentadas no LPD com a técnica de autotransplante podem não influenciar tanto o sucesso da técnica. As células mesenquimais da medula óssea possuem grande potencial para colonizarem a membrana colágena CollaTape que mostrou vantagens sobre o enxerto ósseo Extra Graft XG-13 como biomaterial para a aderência e a proliferação de células mononucleares da medula óssea, permitindo a diferenciação destas células.

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

Study of ion movements in isolated chicken retinas during spreading depression

Spreading depression (SD) is a phenomenon observed in several sections of vertebrate central nervous system. It can occur spontaneously or be evoked by a variety of stimuli, and consists of a wave of depression of the normal electrical activity of the nervous tissue which spreads slowly in all directions in the tissue. This wave of depression is accompanied by several concomitants including ion movements. All the concomitants of SD can be explained by an increase in the sodium permeability of the plasma membranes of cellular elements involved in this phenomenon.

In the chicken retina, SD is accompanied by a transparency change which can be detected with the naked eye. The isolated retina is a thin (0.1 mm) membrane in which the extracellular fluid quickly and completely equilibrates with the incubation solutions. This preparation was therefore used to study the ion movements during SD by measuring and comparing the ion contents and the extracellular space (ECS) of retinas incubated in various solutions of which some inhibited SD, whereas others allowed this phenomenon to occur.

The present study has shown that during SD there is a shift of extracellular sodium into the intracellular compartment of the retina, a release of intracellular K and a decrease in the magnitude of ECS. These results are in agreement with previous postulates about SD, although the in vitro experimental condition makes the ion movements appear larger and the loss of ECS smaller than observed in the intact cortical tissue. The movements of Na and K, in opposite directions, are reversible. The development and magnitudes of SD is very little affected by deprivation of the oxygen supply.

It was established that the inward sodium shift is not a consequence of an arrest of the Na-pump. It can be prevented, together with SD by the membrane stabilizers, magnesium and procaine. Spreading depression and the ion movements are incompletely inhibited by tetrodotoxin, which blocks the sodium influx into nerve fibers during the action potential. The replacement of Na in the bathing solution by Li does not prevent SD, which is accompanied by Li accumulation in the intracellular compartment. From these experiments and others it was concluded that the mechanism underlying SD and the ion shifts is an increase in the sodium permeability of cell membranes.

Fraccionamiento del licor gastado en pasteado al sulfito ácido mediante ultrafiltración

Lignosulphonates (LS) and fermentable sugars are the main components of spent sulphite liquors (SSL) produced in acid sulphite pulping. In spite of different methods have been used for spent liquor fractionation such as precipitation or vaporization; membrane technology allows the separation of these components from the SSL due to their different size molecular weight, offering great advantages with regards to the traditionally methods (less energy consumption, high selective separation, and many others). In the present study, ceramic membranes with different cut-offs (15 kDa, 5 kDa and 1 kDa) were used to achieve the sugar purification and the LS concentration. The membranes were evaluated according to their efficacy and efficiency properties. Different series system were tested in order to improve the aptitudes of a singular membrane. The system with the three membranes in series (15, 5 and 1 kDa respectively) obtained the most purified permeate stream, referred to the sugar content. Also, a characterisation of the LS contained in the different streams produced in this system was carried out in order to know in a more precise manner the valorisation potential of these components by means of biorefinery processes.

The propagation of nerve pulses: From the Hodgkin-Huxley model to the soliton theory

The present project aims to describe and study the nature and transmission of nerve pulses. First we review a classical model by Hodgkin-Huxley which describes the nerve pulse as a pure electric signal which propagates due to the opening of some time- and voltage-dependent ion channels. Although this model was quite successful when introduced, it fails to provide a satisfactory explanation to other phenomena that occur in the transmission of nerve pulses, therefore a new theory seems to be necessary. The soliton theory is one such theory, which we explain after introducing two topics that are important for its understanding: (i) the lipid melting of membranes, which are found to display nonlinearity and dispersion during the melting transition, and (ii) the discovery and the conditions required for the existence of solitons. In the soliton theory, the pulse is presented as an electromechanical soliton which forces the membrane through the transition while propagating. The action of anesthesia is also explained in the new framework by the melting point depression caused by anesthetics. Finally, we present a comparison between the two models.

Efeitos de diferentes dietas hiperlipídicas na via L-arginina-óxido nítrico e no stress oxidativo em eritrócitos de camundongos C57BL/6

Introdução: o óxido nítrico (NO) é um gás inorgânico com uma meia-vida curta e tem um papel crítico na manutenção da homeostase vascular e fluidez sanguínea. O NO é sintetizado a partir do aminoácido L-arginina por uma família de enzimas NO sintases (NOS). Estudos têm mostrado que eritrócitos expressam NOS endotelial (eNOS) funcional, que serve como uma fonte de NO intraluminal. Além disso, eritrócitos participam da defesa antioxidante removendo os radicais livres e prevenindo o dano oxidativo às membranas biológicas e a destruição do NO. Dietas hiperlípidicas estão associadas a um risco aumentado de doença cardiovacular e síndrome metabólica, mas os exatos mecanismos não estão completamente esclarecidos. O objetivo deste estudo foi investigar os efeitos de diferentes dietas hiperlípidicas na via L-arginina-NO e o estresse oxidativo em eritrócitos de camundongos. Metodologia: camundongos machos C57BL/6 de três meses de idade receberam diferentes dietas por 10 semanas: dieta normolipídica ou dieta hiperlipídica contendo banha de porco (HB), óleo de oliva (HO), óleo de girassol (HG) ou óleo de canola (HC). Foram analisados o transporte de L-arginina mediado pelos transportadores catiônicos y+ e y+L, a atividade da NOS, a expressão da eNOS e da NOS induzível (iNOS), a formação de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) e a atividade das enzimas antioxidantes catalase (CAT) e superóxido dismutase (SOD). Resultados: o transporte total de L-arginina estava aumentado no grupo HO em comparação aos controles e aos outros grupos com dieta hiperlipídica. Quando o transporte foi fracionado, o sistema y+ estava mais ativado no grupo HO em relação aos controles e outros grupos que receberam dieta hiperlipídica. O transporte de L-arginina via sistema y+L estava maior nos grupos HO, HG e HC comparados aos grupos controle e HB. Adicionalmente, a atividade basal da NOS e a expressão de eNOS estavam aumentadas em eritrócitos independente do tipo de dieta hiperlípidica insaturada. Observou-se uma maior expressão da iNOS no grupo HO comparado ao controle. Em contraste, o grupo HB apresentou uma inibição da via L-arginina-NO. A análise da peroxidação lipídica, através da formação de TBARS, e da atividade da enzima antioxidante CAT não revelou diferenças entre os grupos, ao contrário do grupo HO, que induziu uma ativação de outra enzima antioxidante, a SOD. Conclusões: o presente estudo proporciona a primeira evidência de que os sistemas y+ e y+L regulam o transporte aumentado de L-arginina em eritrócitos de camundongos do grupo HO. Além disso, todas as dietas hiperlipídicas insaturadas induzem um aumento da atividade basal da NOS associada a uma expressão elevada da eNOS. É possível que diferentes mudanças na composição lipídica da membrana plasmática induzidas pelas dietas possam afetar transportadores e enzimas nos eritrócitos. Além disso, a inibição da via L-arginina-NO no grupo HB pode contribuir para o desenvolvimento da aterosclerose, enquanto dietas hiperlipídicas insaturadas podem ter um efeito protetor via aumento da geração de NO.

Effect of the A cation size disorder and synthesis conditions on the properties of an iron perovskite series

Póster presentado en The Energy and Materials Research Conference - EMR2015 celebrado en Madrid (España) entre el 25-27 de febrero de 2015