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.

Caracterização vibracional e térmica de compósitos de LLDPES modificados e sílica (OU) Caracterização vibracional e térmica de compósitos de lldpe\'s funcionallzados e sílica de superfície modificada

Compósitos de polímeros de polietileno linear de baixa densidade (LLDPE) possuem baixo desempenho mecânico devido principalmente à sua fraca interação, intermolecular, entre a cadeia polimérica e a carga. Uma maneira de minimizar esse baixo desempenho mecânico se faz com a mudança da estrutura química da poliolefina com a inserção de um grupo polar a sua cadeia, ou seja, faz-se a funcionalização das poliolefinas. O sistema de funcionalização adotado foi o processamento reativo, no qual foi utilizado para este sistema de processamento o misturador de dupla rosca acoplado a um reâmetro de torque. Neste trabalho, os grupos polares inseridos à cadeia dos polímeros de LLDPE\'s de copolímeros 1-buteno e 1-octeno (LLDPE-but e LLDPE-oct) foram o anidrido maléico (AM) e o anidrido tetrahidroftálico (ATF). Para a confecção dos compósitos foram utilizadas as cargas de microesferas de sílica modificada, no qual foi inserido compostos silanados em sua superfície (3-aminopropilsilano - APS - e trimetoxiclorosilano TMCISi) para estudo de interação com as poliolefinas funcionalizadas. Neste trabalho foram realizados ensaios de caracterização térmica, vibracional além de análises de torque do polímero fundido, análises do grau de reticulação e ensaios mecânicos de tração por elongação. Na caracterização térmica foram utilizadas as técnicas: termogravimetria (TG) e calorimetria exploratória diferencial (DSC). Na caracterização vibracional utilizou-se a espectroscopia fotoacústica no infravermelho (PAS-IR) e a espectroscopia de espalhamento Raman. Pela técnica PAS-IR foi possível comprovar a inserção dos anidridos à cadeia das poliolefinas assim como foi possível verificar a interação entre o polímero funcionalizado e a carga. Pelas técnicas térmicas de DSC e TG foi possível verificar mudanças das propriedades do compósito frente aos polímeros originais ou funcionalizados. Os ensaios mecânicos comprovaram que os compósitos de polímeros funcionalizados possuem maior elongação e tensão à ruptura comparada aos compósitos dos LLDPE\'s não funcionalizados

Caracterização físico-química e analítica de fibras capilares e ingredientes cosméticos para proteção

Com o aumento dos tratamentos químicos e/ou físicos nos cabelos aos quais são realizados mediante o uso de dispositivos térmicos, há uma maior preocupação a respeito dos danos causados aos cabelos por estes tipos de tratamentos. O conhecimento dos efeitos, benefícios e/ou malefícios, de ingredientes cosméticos em cabelos torna-se necessário, pois facilita a busca por produtos baseada no tipo de cabelo. O principal objetivo do trabalho foi a caracterização físico-química, analítica e térmica de mechas de cabelo de diferentes etnias (caucasiano, oriental e afro-étnico virgem e brasileiro virgem e descolorido) antes e após o uso de ingredientes cosméticos seguido de um tratamento térmico (utilizando piastra) e intercalando com lavagens. O estudo das amostras de cabelo e de uma amostra de queratina animal envolveu a utilização das técnicas de TG/DTG, DSC, análise elementar, FTIR, MEV e técnicas de avaliação de eficácia, como tensão/deformação, penteabilidade e quebra por escovação. A partir da TG/DTG, foi possível avaliar as etapas de decomposição térmica das amostras de cabelo virgem e de queratina animal e estas apresentaram um comportamento térmico semelhante entre si. O estudo cinético não isotérmico por TG mostrou que, dos diferentes tipos de amostras de cabelo virgem, o afro-étnico apresentou menor estabilidade térmica e o oriental foi o mais estável termicamente. Os resultados de DSC corroboraram os obtidos por TG, demonstrando que a amostra de cabelo afro-étnico apresentou temperatura de desnaturação térmica das cadeias de α-queratina menor (TD = 223°C) do que as amostras dos outros tipos de cabelo (TD = 236°C). As mechas de cabelo virgem e clareadas foram tratadas com formulações cosméticas contendo silicones e avaliadas quanto a eficiência destes na proteção térmica dos cabelos. Algumas delas mostraram eficiência na proteção térmica das cadeias de α-queratina, diminuindo o seu grau de desnaturação. Foi possível observar que a associação do calor da piastra com as lavagens sucessivas causou danos tanto à cutícula (conforme resultados de FTIR e MEV), como também, ao córtex dos cabelos (conforme resultados de DSC). Em alguns casos, os danos causados foram tão graves que as camadas mais superficiais da cutícula sofreram descamações. O estudo mostrou, também, que a eficiência da proteção térmica nos cabelos depende do tipo da formulação cosmética em que estes protetores estão incorporados e do estado em que os cabelos se encontram. A DSC permitiu a avaliação da modificação termicamente induzida das cadeias de α-queratina e sua posterior desnaturação. O estudo envolvendo a associação das diferentes técnicas apresentou-se viável na avaliação tanto dos danos causados aos cabelos quanto na eficiência dos ingredientes cosméticos na proteção térmica dos mesmos.

Semivolatile and Volatile Compound Evolution during Pyrolysis and Combustion of Colombian Coffee Husk

Thermal characterization of coffee husk (Coffea arabica) from Colombian coffee has been studied. Different products, mostly volatile and semivolatile compounds, were analyzed, paying special attention to 16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) classified by the United States Environmental Protection Agency (U.S. EPA) as priority pollutants, frequently used for checking toxicity in environmental samples. A fixed amount of raw material was exposed to different excess air ratios (λ = 0–2.33) and nominal temperature of 1123 K in a horizontal quartz reactor. The results show that coffee husk is a promising biomass for energetic exploitation with reduced formation of PAHs in a low air excess ratio. This implies reduction of carcinogenic potential in the limited presence of oxygen, demonstrated by calculating the carcinogenic potential (KE) for each experimental condition. Most volatile and semivolatile compounds followed different trends, with the oxygen presence prevailing their decomposition with increasing the air excess ratio.

Gelatinisation of starch in mixtures of sugars. I. Dynamic rheological properties and behaviours of starch-honey systems

Dynamic rheological behaviour of starch-honey systems was studied using a strain-controlled rheometer. A dynamic temperature (30-130 degreesC) ramp test was used at 10 rad s(-1) frequency, 1% strain, 2 degreesC min(-1) ramp rate, 25 mm parallel plate, and 1.5 min gap, using Wheaten cornflour(TM) and five honeys to generate 25 formulations (0.34-0.80 g water/g dry starch). G', G, and eta* increased upon gelatinisation, and they reduced as the honey content was increased. For all the formulations, G' was higher than G, and tan 6 was generally less than 1.0. Key gelatinisation characterising temperatures (onset, peak and end) ranged from 96.0 to 122.3 degreesC, but did not vary much (CV < 5%) for each honey irrespective of the concentration. The influence of water, fructose and glucose, singly and in combination, on gelatinisation indices (temperature and rheological parameters) was investigated. An exponential equation was employed to describe the relationship, and relevant parameters were obtained. The consequences of the observations in the study are discussed particularly as they relate to extrusion of such systems, and possible interactions between fructose and glucose in the starch-honey systems. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Caratterizzazione delle Prestazioni di Protezione al Fuoco di Vernici Intumescenti

Le pitture intumescenti sono utilizzate come protettivi passivi antincendio nel settore delle costruzioni. In particolare sono utilizzate per aumentare la resistenza al fuoco di elementi in acciaio. Le proprietà termiche di questi rivestimenti sono spesso sconosciute o difficili da stimare per via del fatto che variano notevolmente durante il processo di espansione che subisce l’intumescente quando esposto al calore di un incendio. Per questa ragione la validazione della resistenza al fuoco di un rivestimento presente in commercio si basa su metodi costosi economicamente e come tempi di esecuzione nel quale ciascuna trave e colonna rivestita di protettivo deve essere testata una alla volta attraverso il test di resistenza al fuoco della curva cellulosica. In questo lavoro di tesi adottando invece un approccio basato sulla modellazione termica del rivestimento intumescente si ottiene un aiuto nella semplificazione della procedura di test ed un supporto nella progettazione della resistenza al fuoco delle strutture. Il tratto di unione nei vari passaggi della presente tesi è stata la metodologia di stima del comportamento termico sconosciuto, tale metodologia di stima è la “Inverse Parameter Estimation”. Nella prima fase vi è stata la caratterizzazione chimico fisica della vernice per mezzo di differenti apparecchiature come la DSC, la TGA e l’FT-IR che ci hanno permesso di ottenere la composizione qualitativa e le temperature a cui avvengono i principali processi chimici e fisici che subisce la pittura come anche le entalpie legate a questi eventi. Nella seconda fase si è proceduto alla caratterizzazione termica delle pitture al fine di ottenerne il valore di conduttività termica equivalente. A tale scopo si sono prima utilizzate le temperature dell’acciaio di prove termiche alla fornace con riscaldamento secondo lo standard ISO-834 e successivamente per meglio definire le condizioni al contorno si è presa come fonte di calore un cono calorimetrico in cui la misura della temperatura avveniva direttamente nello spessore del’intumescente. I valori di conduttività ottenuti sono risultati congruenti con la letteratura scientifica e hanno mostrato la dipendenza della stessa dalla temperatura, mentre si è mostrata poco variante rispetto allo spessore di vernice deposto ed alla geometria di campione utilizzato.

Desenvolvimento de pastas cimentantes contendo nanossílica como material estendedor para aplicação em fases iniciais, de poços petrolíferos, submetidas à baixa temperatura (5°c ± 3ºc)

The improved performance of hydraulic binders, the base of Portland cement, consists in the careful selection and application of materials that promote greater durability and reduced maintenance costs There is a wide variety of chemical additives used in Portland cement slurries for cementing oil wells. These are designed to work in temperatures below 0 ° C (frozen areas of land) to 300 ° C (thermal recovery wells and geothermal); pressure ranges near ambient pressure (in shallow wells) to greater than 200 MPa (in deep wells). Thus, additives make possible the adaptation of the cement slurries for application under various conditions. Among the materials used in Portland cement slurry, for oil wells, the materials with nanometer scale have been applied with good results. The nanossílica, formed by a dispersion of SiO2 particles, in the nanometer scale, when used in cement systems improves the plastic characteristics and mechanical properties of the hardened material. This dispersion is used commercially as filler material, modifier of rheological properties and / or in recovery processes construction. It is also used in many product formulations such as paints, plastics, synthetic rubbers, adhesives, sealants and insulating materials Based on the above, this study aims to evaluate the performance of nanossílica as extender additive and improver of the performance of cement slurries subjected to low temperatures (5 ° C ± 3 ° C) for application to early stages of marine oil wells. Cement slurries were formulated, with densities 11.0;12.0 and 13.0 ppg, and concentrations of 0; 0.5, 1.0 and 1.5%. The cement slurries were subjected to cold temperatures (5 ° C ± 3 ° C), and its evaluation performed by tests rheological stability, free water and compressive strength in accordance with the procedures set by API SPEC 10A. Thermal characterization tests (TG / DTA) and crystallographic (XRD) were also performed. The use of nanossílica promoted reduction of 30% of the volume of free water and increased compression resistance value of 54.2% with respect to the default cement slurry. Therefore, nanossílica presented as a promising material for use in cement slurries used in the early stages of low-temperature oil wells

Análise energética em central fixa de produção de massas asfálticas

O consumo energético nas indústrias é algo que tem de ser monitorizado, avaliado e orientado, visando a eficiência energética e sustentabilidade, de modo não só a reduzir o consumo de combustíveis fósseis, mas também a auxiliar a redução da fatura económica. O presente trabalho teve como principal objetivo uma análise energética, e incorpora a caracterização térmica dos materiais utilizados na indústria de produção de massas asfálticas, e o desenvolvimento de um modelo térmico que preveja o comportamento dos mesmos, na produção de massas asfálticas, em central fixa com incorporação de material reciclado a frio. Primariamente o estudo passou pela análise dos consumos energéticos da instalação, caracterizando-a segundo o Decretolei 71/2008, de 15 de Abril, tendo-se constatado, que o consumo de gás natural se evidencia como uma das principais fontes de energia e um dos principais responsáveis pela emissão de GEE (Gases de Efeito de Estufa). Posteriormente o consumo de gás natural foi distribuído pelos pontos consumidores, o cilindro exsicador e a caldeira de aquecimento de óleo térmico. O cilindro exsicador é o principal consumidor energético, com um consumo próximo de 90% do gás natural total. Seguidamente foi realizada uma caracterização dos materiais utilizados na produção de massas asfálticas segundo o DSC (Differential Scanning Calorimetry). Os materiais analisados foram o reciclado/fresado, o calcário, o pó de calcário, o seixo, a areia e o granito. Os resultados dos materiais secos demonstraram que o material com maior cp (calor específico) foi a areia e o menor o calcário. Nos resultados dos materiais saturados observou-se que o seixo apresenta maior facilidade de remoção de humidade e o reciclado/fresado apresenta menor. Por último, foi realizado um modelo térmico com utilização de um balanço mássico e energético ao processo de secagem e sobreaquecimento dos agregados no cilindro exsicador. Conclui-se que as principais influências no consumo de gás natural, na produção de massas asfálticas com inclusão de material reciclado a frio, são: a necessidade energética de aquecimento em função da temperatura a obter, e a energia necessária para remover o conteúdo em humidade presente nos diversos materiais (fresado e agregados).

Microcantilever sensors for biochemical detection and analysis

Biochemical agents, including bacteria and toxins, are potentially dangerous and responsible for a wide variety of diseases. Reliable detection and characterization of small samples is necessary in order to reduce and eliminate their harmful consequences. Microcantilever sensors offer a potential alternative to the state of the art due to their small size, fast response time, and the ability to operate in air and liquid environments. At present, there are several technology limitations that inhibit application of microcantilever to biochemical detection and analysis, including difficulties in conducting temperature-sensitive experiments, material inadequacy resulting in insufficient cell capture, and poor selectivity of multiple analytes. This work aims to address several of these issues by introducing microcantilevers having integrated thermal functionality and by introducing nanocrystalline diamond as new material for microcantilevers. Microcantilevers are designed, fabricated, characterized, and used for capture and detection of cells and bacteria. The first microcantilever type described in this work is a silicon cantilever having highly uniform in-plane temperature distribution. The goal is to have 100 μm square uniformly heated area that can be used for thermal characterization of films as well as to conduct chemical reactions with small amounts of material. Fabricated cantilevers can reach above 300C while maintaining temperature uniformity of 2−4%. This is an improvement of over one order of magnitude over currently available cantilevers. The second microcantilever type is a doped single crystal silicon cantilever having a thin coating of ultrananocrystalline diamond (UNCD). The primary application of such a device is in biological testing, where diamond acts as a stable, electrically isolated reaction surface while silicon layer provides controlled heating with minimum variations in temperature. This work shows that composite cantilevers of this kind are an effective platform for temperature-sensitive biological experiments, such as heat lysing and polymerase chain reaction. The rapid heat-transfer of Si-UNCD cantilever compromised the membrane of NIH 3T3 fibroblast and lysed the cell nucleus within 30 seconds. Bacteria cells, Listeria monocytogenes V7, were shown to be captured with biotinylated heat-shock protein on UNCD surface and 90% of all viable cells exhibit membrane porosity due to high heat in 15 seconds. Lastly, a sensor made solely from UNCD diamond is fabricated with the intention of being used to detect the presence of biological species by means of an integrated piezoresistor or through frequency change monitoring. Since UNCD diamond has not been previously used in piezoresistive applications, temperature-denpendent piezoresistive coefficients and gage factors are determined first. The doped UNCD exhibits a significant piezoresistive effect with gauge factor of 7.53±0.32 and a piezoresistive coefficient of 8.12×10^−12 Pa^−1 at room temperature. The piezoresistive properties of UNCD are constant over the temperature range of 25−200C. 300 μm long cantilevers have the highest sensitivity of 0.186 m-Ohm/Ohm per μm of cantilever end deflection, which is approximately half that of similarly sized silicon cantilevers. UNCD cantilever arrays were fabricated consisting of four sixteen-cantilever arrays of length 20–90 μm in addition to an eight-cantilever array of length 120 μm. Laser doppler vibrometry (LDV) measured the cantilever resonant frequency, which ranged as 218 kHz−5.14 MHz in air and 73 kHz−3.68 MHz in water. The quality factor of the cantilever was 47−151 in air and 18−45 in water. The ability to measure frequencies of the cantilever arrays opens the possibility for detection of individual bacteria by monitoring frequency shift after cell capture.

UHMWPE/SBA-15 nanocomposites synthesized by in situ polymerization

Different nanocomposites have been attained by in situ polymerization based on ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) and mesoporous SBA-15, this silica being used for immobilization of the FI catalyst bis [N-(3-tert-butylsalicylidene)-2,3,4,5,6-pentafluoroanilinato] titanium (IV) dichloride and as filler as well. Two distinct approaches have been selected for supporting the FI catalyst on the SBA-15 prior polymerization. A study on polymerization activity of this catalyst has been performed under homogenous conditions and upon heterogenization. A study of the effect of presence of mesoporous particles and of the immobilization method is also carried out. Moreover, the thermal characterization, phase transitions and mechanical response of some pristine UHMWPEs and UHMWPE/SBA-15 materials have been carried out. Relationships with variations on molar mass, impregnation method of catalyst and final SBA-15 content have been established.

Comb-like acrylic-based polymer latexes containing nano-sized crystalline or liquid crystalline domains

306 p.

Comparative physical-chemical characterization of encapsulated lipid-based isotretinoin products assessed by particle size distribution and thermal behavior analyses

Isotretinoin is the drug of choice for the management of severe recalcitrant nodular acne. Nevertheless, some of its physical-chemical properties are still poorly known. Hence, the aim of our study consisted to comparatively evaluate the particle size distribution (PSD) and characterize the thermal behavior of the three encapsulated isotretinoin products in oil suspension (one reference and two generics) commercialized in Brazil. Here, we show that the PSD, estimated by laser diffraction and by polarized light microscopy, differed between the generics and the reference product. However, the thermal behavior of the three products, determined by thermogravimetry (TGA), differential thermal (DTA) analyses and differential scanning calorimetry (DSC), displayed no significant changes and were more thermostable than the isotretinoin standard used as internal control. Thus, our study suggests that PSD analyses in isotretinoin lipid-based formulations should be routinely performed in order to improve their quality and bioavailability. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Characterization and voltammetric behavior of Pt(y)Mo(z)O(x)/C electrodes prepared by the thermal decomposition of polymeric precursors

Carbon-supported catalysts containing platinum and molybdenum oxide are prepared by thermal decomposition of polymeric precursors. The Pt(y)Mo(z)O(x)/C materials are characterized by energy dispersive X-ray spectroscopy, transmission electron microscopy, and X-ray diffraction. The catalysts present a well-controlled stoichiometry and nanometric particles. Molybdenum is present mainly as the MoO(3) orthorhombic structure, and no Pt alloys are detected. The voltammetric behavior of the electrodes is investigated; a correlation with literature results for PtMo/C catalysts prepared by other methods is established. The formation of soluble species and the aging effect are discussed. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Potential of Amaranthus cruentus BRS Alegria in the production of flour, starch and protein concentrate: chemical, thermal and rheological characterization

BACKGROUND: Amaranth is a little-known culture in Brazilian agriculture. Amaranthus cruentus BRS Alegria was the first cultivar recommended by Embrapa for the soil of the Brazilian scrubland. In order to evaluate the potential of this species in the production of flour, starch and protein concentrates, the latter products were obtained from A. cruentus BRS Alegria seeds, characterized and compared with the products obtained from the A. caudatus species cultivated in its soil of origin. RESULTS: The seeds of A. cruentus BRS Alegria furnished high-purity starch and flour with significant content of starch, proteins, and lipids. The starch and flour of this species presented higher gelatinization temperatures and formed stronger gels upon cooling compared with those obtained from the A. caudatus species. This is due to their greater amylose content and a difference in the composition of the more important fatty acids, such as stearic, oleic and linoleic acids, which indicates that they have greater heat stability. Sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis and differential scanning calorimetry revealed the presence of albumins, globulins, glutelins and prolamins in the protein concentrate, which was obtained as a byproduct of starch production. CONCLUSION: Amaranthus cruentus BRS Alegria has potential application in the production of flour, starch and protein concentrates, with interesting characteristics for use as food ingredients. (C) 2010 Society of Chemical Industry

Synthesis, characterization and thermal decomposition of [Pd2 (C²-dmba) (µ-SO4) (SO2)2]

The bridged sulphate complex [Pd2 (C²,dmba) (µ-SO4) (SO2)2] has been obtained by reacting a saturated solution of SO2 in methanol and the cyclometallated compound [Pd(C²,N-dmba)(µ-N3)] 2; (dmba = N,N-dimethylbenzylamine), at room temperature for 24 h. Reaction product was characterized by elemental analysis, NMR comprising 13C{¹H} and ¹H nuclei and I.R. spectrum's measurements. Thermal behavior has been investigated and residual products identified by X-ray powder diffraction.