Síntese de materiais fotossensíveis baseados em corantes fluorescentes como meio ativo para dispositivos ópticos

Neste trabalho realizou-se a síntese e caracterização de novos derivados 2- (2’-hidroxifenil)benzazólicos. Estas moléculas apresentam um bom rendimento quântico de fluorescência, um grande deslocamento de Stokes (> 150 nm) e elevadas estabilidades térmica e fotofísica devido a um mecanismo de transferência protônica intramolecular que ocorre no estado excitado (TPIEE). Estes derivados contêm grupos funcionais suscetíveis a sofrer reações de polimerização com monômeros acrílicos e grupos trietoxissilanos capazes de ligarem-se covalentemente a polímeros inorgânicos como sílicas e zeolitas, com interesse na geração de materiais fotossensíveis. Estes fluoróforos apresentam bandas de absorção na região entre 300 - 360 nm do espectro, justamente onde se localizam os comprimentos de onda de emissão de alguns lasers de bombeamento, como por exemplo o laser de N2 (337 nm) e o terceiro harmônico do laser de Nd:Yag (355 nm). Além disso, sob excitação com luz ultravioleta, estes compostos emitem fluorescência entre 500 - 580 nm, região espectral de alto interesse tecnológico para aplicações em telecomunicações e medicina. A copolimerização dos novos corantes com metilmetacrilatos e a heterogeneização com sílica e zeolitas resultou em polímeros altamente fluorescentes com excelentes propriedades térmicas e ópticas. Além dos corantes benzazólicos foram utilizados outros corantes comercialmente disponíveis com emissão laser do azul até o vermelho. Foram eles: o Estilbeno 420, DPS (4,4’-difenilestilbeno), PBBO 2-(4-bifenilil)-6-fenilbenzoxazol- 1,3, as cumarinas C500, C503, C540A, C343, C440, C460, C480 e uma nova cumarina funcionalizada com um grupo acrilato C434+HEMA, os pirrometenos PM597 e PM650 e a rodamina Rh640. Com estes corantes foram sintetizados polímeros e copolímeros de metacrilato de metila e metacrilato de 2-hidroximetila e suas propriedades fotofísicas e laser foram avaliadas.

Síntese de novas bases de tröger, fluorescentes via transferência protônica intramolecular no estado excitado (ESIPT)

Neste trabalho, realizou-se a síntese e a caracterização de quatro novas bases de Tröger. Estes compostos pertencem à classe de heterociclos 2-hidroxifenibenzazóis, que caracterizam-se por apresentar uma forte emissão de fluorescência, devido à reação de transferência protônica intramolecular no estado excitado -ESIPT- por eles sofrrida quando excitados por luz ultravioleta. Os heterociclos sintetizadosapesentam ligações de hidrogênio intramolecular entrte o nitrogênio azólico e a hidroxila fenólica e um granded deslocamento de Stokes, características tíicas de compostos que sofrem a ESIPT. As bases de Tröger, que são quirais, são bem conhecidas como receptores moleculares devido a concavidade que estas moléculas apresentam, Os compostos obtidos são os primeiro exmeplos de bases de Tröger fluorescentes, via ESIP, na literatura, por isso, despertam grande interesse na síntese de sondas biológicas moleculares fluorescentes. A partir da resolução quiral das bases de Tröger, estas potencialmente podem vir a ser utilizadas como indutores quirais e/ou par ao reconhecimento enantiosseletivo do DNA. A resolução quiral foi feita para uma das bases de Tröger sintetizadas.

Espalhamento de luz estático e dinâmico em polímeros do tipo polimetacrilato, fluorescentes por transferência protônica intramolecular no estado eletrônico excitado (TPIEE)

As técnicas de espalhamento de luz estático e dinâmico foram utilizadas para a caracterização dos copolímeros de PMMA-benzazolas e do PMMA, em clorofórmio e THF nos regimes diluído e semi-diluído. Os copolímeros foram obtidos pela polimerização do metil-metacrilato na presença dos corantes orgânicos do tipo benzazolas, que caracterizam-se por apresentar uma intensa emissão de fluorescência através de um mecanismo de transferência protônica intramolecular no estado eletrônico excitado. Através da técnica de espalhamento de luz estático foram obtidos parâmetros macromoleculares como a massa molar ponderal média, o raio de giro e o segundo coeficiente virial, bem como o módulo osmótico reduzido e o parâmetro g, relacionado com a arquitetura do polímero em solução. Estes parâmetros indicam que os copolímeros e o PMMA em solução diluída comportam-se como cadeias lineares flexíveis e apresentam-se como esferas homogêneas em solução. Através da espectroscopia de correlação de fótons foram obtidas funções normalizadas de correlação temporal de intensidade correspondentes a um único processo dinâmico tanto para o PMMA como para os copolímeros em regime diluído, independentemente do solvente utilizado. Esta dinâmica corresponde à difusão das cadeias poliméricas em solução. Para as soluções em regime semi-diluído (5£c£30 g·L-1), as funções de correlação temporal de intensidade apresentaram um único decaimento exponencial correspondente a difusão cooperativa dos entrelaçamento das cadeias poliméricas em solução pode ser observado em ambos os solventes. O tempo de relaxação ( t) obtido sugere que o copolímero apresenta, neste regime de diluição, uma dinâmica diferente daquela observada para o PMMA. Portanto, a incorporação da benzazola na cadeia polimérica afeta a dinâmica do polímero tanto em THF como em clorofórmio. Para soluções contendo PMMA e o Copolímero 6 na concentração de 60 g·L-1 em THF observou-se o aparecimento de um segundo movimento, mais lento, nas funções normalizadas de correlação temporal de intensidade, sugerindo a formação de uma estrutura contínua em solução. O mesmo não ocorre utilizando-se clorofórmio como solvente.

Síntese, caracterização e estudo fotofísico de heterociclos fluorescentes por ESIPT e suas aplicações na preparação de novos materiais

Neste trabalho é apresentada a síntese e a caracterização de compostos do tipo 2-(2'-hidroxifenil)benzazólicos, fluorescentes e com um grande deslocamento de Stokes, devido a um mecanismo de transferência protônica intramolecular no estado excitado (ESIPT). Estes derivados possuem a função amino, de grande versatilidade sintética. A possibilidade de aplicação dos compostos sintetizados foi testada em cinco diferentes sistemas. Os derivados foram utilizados como monômetros vinilênicos e acriloilamida para a polimerização com metacrilato de metila para a produção de novos materiais poliméricos orgânicos fluorescentes; como sondas fluorescentes para proteínas, marcando com sucesso albumina sérica bovina, apresentando conjugados com maior fotoestabilidade em relação a sondas comerciais; como uma molécula com propriedades altamente não-lineares, possuindo o maior valor para a primeira hiperpolarizabilidade conhecido até hoje; como ligante para a complexação com metais de transição. com potencial aplicação em dispositivos orgânicos emissores de luz, e como derivados silifuncionalizados para a obtenção de materiais híbridos através de reação sol-gel, e a partir destes, obter os primeiros aerogéis de sílica fluorescentes por ESIPT.

Estudo comparativo dos processos eletroquímicos oxidativos avançados (PEOAs) no tratamento de efluentes contendo corantes orgânicos de difícil degradação

Organic dyes have been widely used in various branches of dyeing industries. These compounds are known to be very toxic, mutagenic, cancinogenic only cause aesthetic pollution and irreversible damage to aquatic ecosystems and human health. Are recalcitrant contaminants due to its high stability and resistance to photobleaching and bio. Given this context, the search for technologies that can minimize the effects of such pollutants is required. In recent decades the Electrochemical Oxidation Process Advanced (PEOAs) based on the generation of strongly oxidizing species (radicals ●OH) offer promising approaches for the prevention of problems caused by industrial effluents. This study analyzed the degradation and mineralization of textile dyes and the study of a real effluent in order to assess the feasibility of PEOAs: Electro-Fenton (EF), Photo Electro-Fenton (PEF) and anodic oxidation (AO), and these methods still was studied the Solar Fotoelectro-Fenton (SPEF) in a pre-pilot plant, in order to study the electrochemical treatment on an industrial scale. In the study has compared the effect of PEOAs in the removal of color, TOC and decay kinetics of degradation of the compounds, and also for using the Congo Red (CR) SPEF studies were performed mineralization current efficiency (MCE). The best results are given to the treatment of the PEF for all the studied dyes. From the results it was possible to choose the PEF as the most effective and promising for application of treatment when compared to other methods of treatment, and prove from SPEF that the process can be used in industrial scales, since this method PEF has been improved and solar irradiation replaced the UVA lamp.

Estudo comparativo dos processos eletroquímicos oxidativos avançados (PEOAs) no tratamento de efluentes contendo corantes orgânicos de difícil degradação

Organic dyes have been widely used in various branches of dyeing industries. These compounds are known to be very toxic, mutagenic, cancinogenic only cause aesthetic pollution and irreversible damage to aquatic ecosystems and human health. Are recalcitrant contaminants due to its high stability and resistance to photobleaching and bio. Given this context, the search for technologies that can minimize the effects of such pollutants is required. In recent decades the Electrochemical Oxidation Process Advanced (PEOAs) based on the generation of strongly oxidizing species (radicals ●OH) offer promising approaches for the prevention of problems caused by industrial effluents. This study analyzed the degradation and mineralization of textile dyes and the study of a real effluent in order to assess the feasibility of PEOAs: Electro-Fenton (EF), Photo Electro-Fenton (PEF) and anodic oxidation (AO), and these methods still was studied the Solar Fotoelectro-Fenton (SPEF) in a pre-pilot plant, in order to study the electrochemical treatment on an industrial scale. In the study has compared the effect of PEOAs in the removal of color, TOC and decay kinetics of degradation of the compounds, and also for using the Congo Red (CR) SPEF studies were performed mineralization current efficiency (MCE). The best results are given to the treatment of the PEF for all the studied dyes. From the results it was possible to choose the PEF as the most effective and promising for application of treatment when compared to other methods of treatment, and prove from SPEF that the process can be used in industrial scales, since this method PEF has been improved and solar irradiation replaced the UVA lamp.

Estudo da difusão de um corante orgânico em resinas compostas polimerizadas por duas fontes de luz: avaliação através de espectroscopia de fluorescência

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Polioxometalatos: dos agregados moleculares a redes e materiais

Esta dissertação teve como objectivo principal a preparação de novos materiais luminescentes contendo lantanopolioxometalatos. Foram utilizados polioxometalatos (POMs) do tipo Keggin, Wells-Dawson e [Ln(M5O18)2]9- com M (VI) = W, Mo contendo diferentes iões lantanídeo. Foram sintetizados materiais híbridos orgânico-inorgânicos com base em lantanopolioxometalatos e ligandos orgânicos. O efeito da coordenação destes ligandos orgânicos na luminescência dos iões lantanídeo (efeito de antena) foi investigado para os ácidos picolínico e 3-hidroxipicolínico. Os estudos de fotoluminescência destes materiais permitiram mostrar a existência de um processo de sensitização da emissão dos iões lantanídeo através de fenómenos de transferência de energia dos ligandos e do POM para o centro emissor. No caso particular dos materiais híbridos contendo POMs do tipo Wells-Dawson, a introdução do ligando orgânico levou à intensificação da absorção de energia através do POM, a qual era praticamente inexistente nos correspondentes lantanopolioxometalatos. Prepararam-se nanocompósitos do tipo “core/shell” contendo POMs e híbridos orgânico-inorgânicos como núcleo rodeados por uma camada de sílica. Os nanocompósitos preparados apresentam uma estrutura “core/shell” bem definida com um diâmetro médio de aproximadamente 35 nm. As técnicas de microscopia electrónica, nomeadamente o mapeamento por EDX, permitiram confirmar a presença dos POMs no núcleo das nanopartículas de sílica. A biofuncionalização destes nanocompósitos com um anticorpo foi estudada, com vista à potencial aplicação destes sistemas como biomarcadores ópticos. Os estudos de microscopia de fluorescência permitiram observar a emissão do Eu3+ presente nas nanopartículas biofuncionalizadas com o anticorpo, utilizando excitação na zona do ultravioleta. Estes resultados reforçam a viabilidade da aplicação destes sistemas como marcadores celulares em alternativa a “quantum dots” e corantes orgânicos. No âmbito dos nanomateriais, foi também preparado um material constituído por partículas de Na9[Eu(W5O18)2] de dimensões nanométricas, utilizando micelas invertidas como nanoreactores, de forma a limitar o tamanho das partículas. Foi realizada a preparação de novos materiais lamelares luminescentes por intercalação de POMs e respectivos materiais híbridos em argilas aniónicas de zinco e alumínio. A intercalação foi realizada através de um método de troca aniónica directa usando uma argila contendo nitrato como anião precursor. O estudo por difracção de raios-X revelou-se uma técnica fundamental na caracterização destes materiais, nomeadamente através da determinação da altura de galeria. A partir deste parâmetro foi possível verificar a orientação da espécie intercalada na argila. No caso da intercalação do anião do tipo Keggin, o estudo por RMN de 31P MAS permitiu identificar a espécie intercalada na argila. As propriedades de luminescência foram estudadas para a generalidade dos novos materiais preparados.

Bio-synthesis of nanosized semiconductors using mine wastes as material sources

This work describes the synthesis of nanosized metal sulfides and respective SiO2 and/or TiO2 composites in high yield via a straightforward process, under ambient conditions (temperature and pressure), by adding to aqueous metals a nutrient solution containing biologically generated sulfide from sulfate-reducing bacteria (SRB). The nanoparticles‘ (NPs) morphological properties were shown not to be markedly altered by the SRB growth media composition neither by the presence of bacterial cells. We further extended the work carried out, using the effluent of a bioremediation system previously established. The process results in the synthesis of added value products obtained from metal rich effluents, such as Acid Mine Drainage (AMD), when associated with the bioremediation process. Precipitation of metals using sulfide allows for the possibility of selective recovery, as different metal sulfides possess different solubilities. We have evaluated the selective precipitation of CuS, ZnS and FeS as nanosized metal sulfides. Again, we have also tested the precipitation of these metal sulfides in the presence of support structures, such as SiO2. Studies were carried out using both artificial and real solutions in a continuous bioremediation system. We found that this method allowed for a highly selective precipitation of copper and a lower selectivity in the precipitation of zinc and iron, though all metals were efficiently removed (>93% removal). This research has also demonstrated the potential of ZnS-TiO2 nanocomposites as catalysts in the photodegradation of organic pollutants using the cationic dye, Safranin-T, as a model contaminant. The influence of the catalyst amount, initial pH and dye concentration were also evaluated. Finally, the efficiency of the precipitates as catalysts in sunlight mediated photodegradation was investigated, using different volumes of dye-contaminated water (150 mL and 10 L). This work demonstrates that all tested composites have the potential to be used as photocatalysts for the degradation of Safranin-T.

'Ti''O IND.2'/'Sn''O IND. 2 modificado com 'Ag IND. 2''O', para obtenção de fotocatalisadores

Pós-graduação em Química - IQ

Célula solar de SnO2/TiO2 preparada por spray - pirólise ativada com corante orgânico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo do processo SOL-GEL para a obtenção de xerogéis e aerogéis monolíticos

O presente trabalho descreve uma pequena parte da história do Processo Sol-Gel e sua implantação em nosso Departamento. É dedicado ao estudo do processo para a preparação de Xerogéis e Aerogéis monolíticos de Sílica, puros e dopados. O processo compreende a hidrólise ácida do Tetraethoxisilano estimulada por ultra-som e subseqüente policondensação, envelhecimento e secagem em condições normais (Xerogéis) e via extração hipercrítica do CO2, (Aerogéis). Também descreve de maneira sucinta, a química do processo Sol-Gel dos alcooxisilanos e os possíveis produtos, sua nomenclatura, algumas vantagens e desvantagens. Apresenta um método original que permite identificar os parâmetros que influenciam as reações de hidrólise dos alcooxisilanos e determinar as melhores condições experimentais para a obtenção de amostras monolíticas. Descreve também a técnica de preparação de aerogéis via extração hipercrítica do CO2 e caracterizações óticas e térmicas de várias amostras obtidas em nosso laboratório. O processo Sol-Gel, não é um método adequado para a produção de grandes quantidades de produtos de uso comum. Também não substitui os processos industriais convencionais, mas torna-se particularmente interessante para a preparação de materiais vítreos impossíveis de serem preparados por técnicas convencionais de fusão, como é o caso das matrizes de SiO2 dopadas com polímeros e corantes orgânicos.

Estudo da biodegradação de corantes azóicos por inóculo proveniente de biodigestor anaeróbio de alimentos

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Métodos eletroanalíticos e cromatográficos aplicados na análise de corantes usados como marcadores em combustíveis

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Evaluación del comportamiento productivo de tilapias (Oreochromis niloticus) utilizando cuatro tipos de fertilizantes orgánicos

El presente trabajo se desarrolló dentro del marco del proyecto UNA•IFS, financiado por la lntemational Foundation for Science. Este tuvo como objetivo general: Evaluar cuatro tipos de fertilizantes orgánicos provenientes de cerdos alimentados con concentrado y desperdicios de cocina en la producc1ón de Tilapia (Oreochromis niloticus). Contribuyendo a reducir la contaminación ambiental los siguientes objetivos específicos: l. Evaluar el comportamiento de la ganancia media diaria (G. M.D), peso vivo y talla de las Tilapias producidas en estanques fertilizados con cuatro tipos de fertilizante orgánico. 2. Determinar la relación entre las, variables talla y peso. de acuerdo a los cuatro tipos de fertilizante. 3. Evaluar los parámetros de calidad del agua (OD, pH, T°) en función de los cuatro tipos de fenili.zante orgánico. 4. Evaluar económicamente los cuatro tipos de fertilizantes utilizados en la producción de Tilapia. El experimento se llevó a cabo en la hacienda “ Las Mercedes" de la Universidad Nacional Agraria Se utilizaron cuatro estanques de cemento ya establecidos (4.75x3.55x0.90 m). En cada W10 se sembraron 25 tilapias macho (dos peces/m 1 representc.tdo 2 tilapias; una unidad experimental. El recambio de agua se dio de forma natural. Se midió diariamente –T°, pH, OD. Los muestreos se realizaron cada 14 días. Los tratamientos evaluados fueron: T1= Efluente de biodigestores que procesaron estiércol de cerdos alimentados con concentrado; T2= Estiércol fresco de cerdos alimentados con concentrado: T3= Efluente de biodigestores que procesaron estiércol de cerdos alimentados con desperdicios de cocina; T4= Estiércol fresco de cerdos alimentados con desperdicios de cocina. Las variables e.valuadas fueron: peso. talla G.M.D, Calidad del agua (OD, T°, pH). El ensayo se montó y se analizó como un D.C.A. en arreglo bifactorial donde: Factor A== Periodo o muestreo (cada 14 días;) y Factor B: Tipo de Fertilizante. Los cuatro tratamientos orgánicos evaluados constituyen potenciales fertilizantes para el cultivo de tilapia por su buen comportamiento productivo y económico. Para todas las variables analizadas (peso, talla, GMD) el tratamiento que mejor comportamiento presentó fue el T2.seguido del T4. Asimismo el peso y la talla fueron aumentando conforme el tiempo de muestreo. El peso de las tilapias utilizadas en el ensayo se \lo afectado en un 91 %por el comportamiento de la talla. Todos los parámetros de calidad del agua (0.D, pH y T°), estuvieron dentro de los parámetros recomendados para la producción de tilapias. Económicamente considerando el proceso de los tratamientos, tanto el que procedió de animales alimentados con concentrados como el que procedió de desperdicios de cocina. repor1ó mayores utilidades aplicar el estiércol fresco directamente a los estanques, que al procesarlo por biodigestión. Considerando el origen de los tratamientos, tanto utilizando los efluentes como estiércol fresco. El productor obtiene más utilidades cuando provienen de cerdos alimentados con desperdicios de cocina.