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Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química A parte aérea da mandioca (Manihot Esculenta Crantz), planta cultivada no Brasil, é pouco utilizada e muitas vezes descartada como resíduo. Em sua composição encontram-se lectinas e polifenois, compostos cuja estrutura química está relacionada a fenômenos de aglomeração, podendo, portanto, serem aproveitados em diversos campos tecnológicos. No presente trabalho, extratos aquosos e etanólicos de folhas e caule de mandioca foram aplicados ao tratamento de efluentes em escala de laboratório. Os extratos foram inicialmente avaliados quanto aos teores protéico e fenólicos, obtendo-se concentrações de proteína maiores nas folhas (0,44 mg?mL-1 de extrato). Os conteúdos de fenólicos também foram determinados, evidenciando uma alta percentagem de taninos condensados (90-100% do total de taninos). Quanto aos agentes extratores (água e etanol 70%), o etanol apresentou melhor rendimento tanto nas folhas (59%) como no caule (37%), porém com inconvenientes no seu uso no caso das folhas, pela extração de pigmentos indesejáveis. Foi avaliada a atividade hemaglutinante dos extratos em vários tipos de eritrócitos, detectando aglutinação em alguns deles (humano, bovino e de frango) com distintas intensidades, o que sugere a presença de uma lectina de caráter específico. Utilizando testes de significância e análise de variância, foram estabelecidas as condições de extração (25°C e 60 min) e armazenamento (10°C) sob as quais o fenômeno de aglutinação é maior. Posteriormente, os extratos foram testados na descoloração de soluções aquosas de azul de metileno, achando-se uma maior remoção de cor quando a fase aquosa proveniente da concentração do extrato etanólico do caule da mandioca era utilizada. Escolhido o extrato, foram conduzidos testes de coagulação para remover o corante e, usando um planejamento fatorial fracionário, foram avaliadas diferentes variáveis com objetivo de atingir a máxima remoção (0,10 mg corante?ml de extrato-1). O pH e a dosagem de extrato foram os fatores mais influentes. Posteriormente, testaram-se outros dois corantes catiônicos (Azul Maxilon GRL e Verde de Malaquita) atingido remoções máximas de 0,19 e 0,14 mg corante?ml de extrato-1respectivamente. pHs neutros e básicos, concentrações de corante baixas, dosagens de extrato em torno de 40 ml?L-1, ausência de NaCl e tempos de agitação de 5 e 30 min para as etapas de mistura rápida e lenta, favoreceram o processo de descoloração. Adicionalmente foi testada a adição de um alcalinizante o que permitiu aumentar a remoção até 90%. Finalmente foram avaliadas a demanda química de oxigênio e a toxicidade das soluções tratadas com o extrato. Houve um aumento da DQO e uma diminuição da toxicidade das amostras tratadas em 80%. A concentração letal do extrato em fase aquosa foi de 80 ml?L-1. Como as dosagens medidas nos testes de descoloração foram menores à dosagem letal determinada, os mesmos foram considerados inócuos

Dissertação [mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química Entre as várias tecnologias disponíveis para a remoção de poluentes da água, muitos pesquisadores consideram a adsorção como o método mais favorável devido à sua eficiência e baixo custo operacional. Sólidos de elevada área superficial e baixo custo estão sendo procurados como alternativas ao carvão como material adsorvente. As características dos óxidos e hidróxidos de ferro, tais como sua área superficial relativamente elevada e a carga elétrica desenvolvida na superfície como consequência do comportamento ácido-base dos sítios ativos, motivam seu estudo visando à aplicação no controle de poluentes. Estudos têm demonstrado a habilidade desses materiais para agirem como adsorventes e/ou catalisadores para a remoção de compostos perigosos das águas. O presente trabalho avaliou um lodo do tratamento ativo da drenagem ácida (DAM) da mineração do carvão como matéria prima para a produção de óxidos de ferro peletizados adequados para a remoção de íons de metais pesados (manganês, cobre, cromo) e fenol em solução aquosa. Análises morfológicas mostraram que os sólidos obtidos a partir do tratamento térmico do lodo da DAM são materiais cristalinos conformados por nanopartículas aciculares, com área superficial BET 88 m2·g-1 na forma de pó, que se mantém praticamente inalterada após a peletização. A análise elementar confirmou a presença de Fe como maior constituinte dos adsorventes (~80% w/w), acompanhado por traços de outros elementos típicos nas drenagens ácidas. As análises de difração de raios X evidenciaram que o tratamento térmico a 573 K conduz à mudança das fases cristalinas, sendo hematita a forma predominante. No pH neutro foram obtidas capacidades de adsorção na monocamada de 1,4; 2,6; 5,2 e 1,9 mg·g-1 para manganês, cobre, cromo e fenol respectivamente. A cinética de adsorção nos sólidos pulverizados é muito rápida, e foi descrita de acordo com o modelo de pseudo-segunda ordem. Foi empregada uma abordagem do ponto de vista da formação de complexos na superfície para descrever a remoção dos metais em função do pH. Os dados experimentais foram satisfatoriamente representados pelo modelo da dupla camada considerando as reações de especiação dos íons em solução em conjunto com as reações de formação de compostos de adsorção específica entre os grupos ativos na superfície e as espécies em solução. Estudos da adsorção dos poluentes selecionados em colunas de leito fixo também foram desenvolvidos. Um modelo matemático baseado numa aproximação de força motriz linear foi desenvolvido para reproduzir as curvas de ruptura obtidas experimentalmente. O coeficiente de dispersão no leito e o coeficiente global de transferência de massa foram determinados em cada caso.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química A crescente demanda energética mundial associada à preocupação acerca de questões ambientais faz com que conceitos de geração de energia sejam revistos. A combustão do lodo sanitário com uso da energia gerada pode ser uma alternativa viável ao seu destino final. Neste trabalho, três tipos de lodo sanitário, o do tratamento aeróbio (LCAE), o do tratamento anaeróbio (LCAN) e lodo digerido (LSC), foram caracterizados físico-quimicamente com o objetivo de realizar um teste de queima em combustor ciclônico de uma planta piloto. A análise elementar indicou a presença de altos teores de nitrogênio, e a presença de teores de enxofre e cloretos. Na análise imediata se verificou que a amostra de lodo digerido apresentou teor de cinzas superior ao da amostra aeróbia, porém ambas apresentaram elevado teor de voláteis, e teor de carbono fixo superior ao normalmente encontrado para amostras de lodo sanitário. O poder calorífico inferior das amostras foi da ordem de 3.600 kcal.kg-1 para LCAE, 3.300 kcal.kg-1 para LCAN e 2.000 kcal.kg-1 para LSC. A análise termogravimétrica mostrou que o lodo LSC é mais reativo e a decomposição de todos os lodos estudados é marcada por dois principais eventos ocorrendo quase que simultaneamente. A análise das cinzas de LCAE e LCAN indicou majoritária presença de óxidos de Al, Ca, Fe, P e Si e dentre os metais pesados, foi detectada a presença de Pb em concentrações abaixo do limite de quantificação e Ba em teores próximos a 0,15 %. A combustão dos dois lodos apresentou boa estabilidade térmica. Para ambos, as emissões de CO ficaram abaixo dos limites das legislações indicando uma boa condição de queima. As emissões de NOx foram superiores aos limites legais de emissão, porém a aplicação da recirculação dos gases no teste com LCAE reduziu os valores pela metade. As emissões de SO2 também foram acima dos limites, porém a etapa de lavagem dos gases removeu 86 % do SO2 para o teste com LCAE e 67 % para o teste com LCAN.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2011 A remoção de nitrogênio por processos biológicos é realizada, principalmente, através da nitrificação e desnitrificação convencionais. Porém, muitas vezes é necessária a adição de fontes externas de carbono para a eliminação completa deste nutriente, encarecendo o processo. Para reduzir custos estão sendo utilizados compostos sulfurosos, como o tiossulfato e sulfetos como doadores de elétrons para a desnitrificação autotrófica. Deste modo, este trabalho teve como principal objetivo otimizar o processo de nitrificação e desnitrificação autotrófica via tiossulfato, em reator SBR (Sequencing Batch Reactor), utilizando-se uma cultura mista de microrganismos, com aeração intermitente. Após um período de adaptação da biomassa nitrificante à condição de alimentação de 500 mgS_S2O3-2/L e 129mgN_NH4+/L sob aeração constante, iniciou-se a aeração intermitente, testando-se quatro diferentes formas de adicionar meio ao reator: em quatro, três e dois pulsos e continuamente, somando sempre 500 mL de meio nutritivo adicionados ao reator em cada ciclo. O processo de remoção de nitrogênio mostrou-se mais eficiente quando a alimentação foi dividida em 4 pulsos de 125 mL, atingindo 61% de remoção de nitrogênio. Para tentar elevar a eficiência do processo aumentou-se a relação mássica YS/N para 5,38 mgS/mgN. Desta maneira, a remoção de nitrogênio ficou próxima a 80%. Verificaram-se também duas relações estequiométricas propostas na literatura para a desnitrificação autotrófica via tiossulfato, em testes anaeróbios em batelada, as seguintes relações foram testadas: 2,86 e 3,86 mgS/mgN. Os valores de YS/N obtidos nos testes foram 3,13 e 3,33 mgS/mgN, diferentes dos propostos teoricamente, sendo necessários mais testes para definir qual estequiometria é a que melhor descreve o processo. Além disso, visando verificar a atividade aeróbia das bactérias oxidadoras de enxofre, foi medida e detectada a oxidação aeróbia de tiossulfato, a velocidade específica de consumo de oxigênio pelas BOS foi de 1,044 mgO2/L.min. Os resultados obtidos mostram que a desnitrificação autotrófica via tiossulfato é viável, porém o processo de nitrificação no mesmo reator prejudica a eficiência de remoção de nitrogênio, já que ocorre oxidação aeróbia do tiossulfato, inviabilizado sua utilização na desnitrificação. Nitrogen removal by biological processes is mainly done through the conventional nitrification and denitrification. However, it is often necessary to add external carbon sources for the complete elimination of this nutrient, increasing the costs of the process. To reduce costs, it has being used sulfur compounds such as thiosulfate and sulfide as electron donors for autotrophic denitrification. Thus, this study aimed to optimize the autotrophic nitrification and denitrification process via thiosulfate in SBR reactor (Sequencing Batch Reactor), using a mixed culture of microorganisms, with intermittent aeration. After an adjustment period of nitrifying biomass with full aeration at the feeding condition of 500 mgS_S2O3-2 and 129mgN_NH4+, it was started the intermittent aeration, testing four different ways to add the culture medium in the reactor: in four, three and two pulses and continuously adding 500 mL of nutrient medium to the reactor in each cycle. The process of nitrogen removal was more efficient when the medium was divided into four pulses of 125 mL each, reaching 61% nitrogen removal. To try to raise the efficiency, the mass ratio was increased to YS/N to 5.38 mgS/mgN. In this way, the nitrogen removal was close to 80%. It was also tested different stoichiometric ratios for autotrophic denitrification, via thiosulfate, in anaerobic batch tests with the following stoichiometric ratios: 2.86 and 3.86 mgS/mgN. The values obtained in the tests were 3.13 and 3.33 mgS/mgN, more tests are needed to define what is most appropriate stoichiometry. Furthermore, to verify the aerobic activity of sulfur-oxidizing bacteria, it was detected and measured aerobic oxidation of thiosulfate. The specific oxygen consumption rate by the SOB was 1.044 mgO2/L.min. The results have shown that autotrophic denitrification via thiosulfate is feasible, but the process of nitrification in the same reactor reduces the efficiency of nitrogen removal, since there is aerobic oxidation of thiosulfate, preventing its use in denitrification.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2011 A busca por melhoramentos e aplicações para os polímeros condutores vem sendo um grande foco de pesquisa na atualidade. Devido às propriedades especiais e à fácil síntese, a polianilina se mostra uma grande promessa tecnológica. Neste panorama o presente trabalho enfoca síntese, caracterização e utilização da polianilina dopada com três diferentes ácidos: ácido fluorídrico, clorídrico e sulfúrico, como elemento sensor ao gás de amônia. Para isso os três diferentes materiais foram sintetizados e submetidos a caracterizações elétricas, análise de espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR), difração de raios-X (DRX), microscopia elétrica de varredura (MEV) e energia dispersiva de raios-X (EDS), além de ciclos de resposta ao gás de amônia. Os resultados demonstraram que todos os ácidos utilizados deram origem a polímeros condutores, sendo que a maior condutividade foi obtida com o emprego do ácido H2SO4 no processo de dope da polianilina. As amostras avaliadas apresentaram-se sensitivas ao gás de amônia, sendo que tal sensibilidade se mostrou dependente do ácido utilizado. A morfologia e cristalinidade também se mostraram dependentes do tipo de ácido utilizado no processo de dope do material, sendo que a cristalinidade é maior para o polímero cujo contraíon empregado apresenta menor tamanho molecular, e maior eletronegatividade.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química A família Cactaceae conta com cerca de 100 gêneros e 2000 espécies. Muitas dessas espécies produzem frutos comestíveis, sendo a Opuntia o gênero mais difundido mundialmente. Outra espécie que vem ganhando destaque é o Cereus hildmaniannus K. Schum, que ocorre naturalmente na região do meio oeste de Santa Catarina, município de Zortéa, sendo popularmente conhecido como "Tuna". Produz um fruto comestível, de sabor doce e suave e ganha destaque pela presença de mucilagem, um composto de carboidratos que faz parte das fibras dietéticas. Este hidrocolóide é encontrado também nos cladódios, sendo estes muito utilizados para alimentação animal. Os frutos são uma fonte de compostos funcionais, entre eles se destacam as fibras, os hidrocolóides, os pigmentos, os minerais e algumas vitaminas. Por todas essas características, a mucilagem do fruto de C. hildmaniannus pode ser usada em diferentes segmentos industriais, desde a indústria de alimentos, farmacêutica e de cosméticos, até a construção civil. Muitos parâmetros podem influenciar na extração da mucilagem, tais como tempo, temperatura, proporção de água adicionada para facilitar a separação das sementes da polpa, entre outros. Para avaliar as condições de extração da mucilagem do fruto de C. hildmaniannus o emprego do planejamento estatístico se fez necessário, pois leva em consideração a interação desses vários fatores. Pode-se observar que o pH é a variável que exerce maior influência sobre a extração da mucilagem, seguido da proporção em massa de polpa/água e a temperatura um fator de baixa significância. Os resultados da caracterização físico-química da polpa do fruto de Cereus mostraram-se similar aos dos frutos produzidos e comercializados da Opuntia. Além disso, algumas proporções de nutrientes encontrados no Cereus podem ser comparadas com outras frutas tropicais. Esse fruto ganha destaque na indústria de sucos por sua capacidade antioxidante, razão pela qual se faz necessário o conhecimento das propriedades físicas e químicas da polpa submetida aos processos de industrialização. Por essa razão avaliou-se o comportamento reológico da mucilagem a diferentes condições como concentração, força iônica, pH, tratamento enzimático a diferentes temperaturas. Através de planejamentos experimentais, saturado e estrela, observou-se que a concentração da mucilagem, seguida do pH e da concentração de cloreto de cálcio são as variáveis que tem efeito sobre um aumento na viscosidades das soluções mucilaginosas. Verificou-se um comportamento não newtoniano dessas soluções, cuja viscosidade aparente decresce com o aumento da taxa de deformação. Os dados reológicos foram ajustados ao modelo de Mizrahi-Berk, sendo a escolha do modelo considerada adequada tendo em vista os valores de R2. Além disso, pode-se observar um caráter pseudoplástico, onde os valores de índice de comportamento do escoamento estão abaixo da unidade. Não foi encontrada uma tendência definida para o índice de consistência (KM) e comportamento do fluído com o aumento da temperatura. The Cactaceae family has about 100 sorts and 2000 species. Many of these species produce eatable fruit, the sort Opuntia is the most widespread worldwide. Another species that is emerging in the Cereus hildmaniannus K. Schum, which occurs naturally in the Midwest region of Santa Catarina, the city of Zortéa, being popularly known as "Tuna". It produces an eatable fruit, sweet and soft and is highlighted by the presence of mucilage, a carbohydrate compound that is a part of dietary fiber. This hydrocolloid is also found in the cladodes, being these used for animal feeding. The fruits are a source of functional compounds, including fiber, hydrocolloids, pigments, minerals and some vitamins. For all these characteristics, the mucilage of the fruit of C. hildmaniannus can be used in food industry, pharmaceutical and cosmetics until the civil construction. Many parameters can influence the extraction of mucilage, such as weather, temperature, rate of water added to get an easy separation of seeds from the pulp, among others. To evaluate the conditions of mucilage extraction the use of statistical was required, since it takes into account the interaction of these many factors. The pH is the variable that has the most influence on the mucilage extraction, followed by the proportion mass of pulp/ water and temperature a factor of low significance. The physical-chemical characterization results of pulp of Cereus shown to be similar to the fruits of Opuntia. In addition, some proportions of nutrients found in Cereus can be compared with other tropical fruits. This fruit is highlighted in the juice industry due its antioxidant capacity the reason why it´s necessary the knowledge of the physical and chemical properties of the pulp subjected to the industrialization processes. That´s why we evaluated the rheological behavior of the mucilage under different conditions such as concentration, ionic strength, pH, enzymatic treatment at different temperatures. Through experimental design, saturated and star, was observed that the mucilage concentration, followed by pH and the concentration of calcium of mucilaginous solutions. There was a non newtonian behavior of these solutions, whose viscosity decreases with increasing strain rate. The rheological data were fitted to the Mizrahi-Berk model, the choice of the model considered in view of the R2 values. Moreover, one pseudoplastic character can be observed, where the index values of behavior are below the unity. There was no definite trend found for a consistency index (KM ) and behavior of the fluid with increasing temperature.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2011 As diferentes substâncias químicas orgânicas presentes nas formulações das tintas constituem substratos para o crescimento microbiano. Diferentes tipos de micro-organismos podem crescer nesses substratos se houverem condições ambientes favoráveis, comprometendo as funções decorativas e protetoras das tintas. Para evitar o crescimento microbiano são adotadas medidas preventivas por meio do emprego de biocidas na composição dessas tintas. O objetivo principal desse trabalho é avaliar o efeito biocida de nanopartículas de prata em tinta de composição poliuretânica hidrossolúvel. As nanopartículas de prata em fase aquosa foram preparadas por redução química, com as concentrações teóricas de 300, 500 e 1000 ppm e estabilizadas por dois agentes poliméricos diferentes, PVA e PVP. A caracterização deste insumo nanoparticulado foi realizada por espectroscopia de UV-Vis, espectroscopia de massa com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS), espalhamento de luz dinâmico (DLS), análises do potencial zeta e microscopia de transmissão eletrônica (MET). As dispersões de nanopartículas de prata sintetizadas se mostraram totalmente compatíveis com a tinta testada. Nos ensaios de estabilidade, tanto de prateleira como acelerada, foi verificado que a adição das dispersões de nanopartículas na tinta não proporciona qualquer tipo de instabilidade ao sistema. No filme de tinta aplicado avaliou-se o efeito das nanopartículas de prata no amarelecimento e variação do brilho através da exposição dos corpos de prova à radiação UV-B e posterior análise de espectrofotometria de cor e medidas do brilho. Foi verificado que o insumo de nanopartículas de prata não tem efeito sobre o brilho do filme de tinta, porém induz ao amarelecimento do mesmo. Nas concentrações testadas, verificaram-se resultados positivos para os ensaios de proteção "in-can" e de resistência a bactérias, para ambas as tintas preparadas com nanopartículas de prata, tanto com encapsulantes PVA quanto PVP. No ensaio de resistência a fungos, porém, ambas as tintas não apresentaram efeito inibitório satisfatório. Através da análise por espectroscopia de massa da água residual da imersão de painéis aplicados com a tinta contendo as nanopartículas de prata verificou-se que as nanopartículas não tendem a lixiviar, não comprometendo, assim, o meio ambiente e fazendo com que a tinta mantenha as propriedades biocidas por mais tempo.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2011 Compostos orgânicos voláteis (COV) são substâncias que causam problemas para a saúde humana e dos animais, e são precursores na formação de poluentes de toxicidade elevada. Os catalisadores comerciais para a oxidação de COV geralmente são a base de Pd e/ou Pt, cujo custo é elevado devido á presença desses metais nobres. A substituição desses catalisadores por outros compostos por metais não-nobres tem sido objeto de estudo de vários trabalhos, e os óxidos de ferro têm se mostrado adequados. Os óxidos de ferro estão presentes em grande quantidade no lodo químico produzido no tratamento ativo da drenagem ácida de mina (DAM), e poderia constituir-se uma matéria-prima para a produção de catalisadores. Estima-se que são produzidos de 4 a 35 t/dia de óxidos de ferro em uma única mina de carvão do Estado de Santa Catarina. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de catalisadores contendo metais não-nobres, a partir da goetita proveniente do tratamento ativo da DAM para a oxidação de COV. Foram preparados catalisadores de óxido de ferro a partir de 2 precursores: goetita (PL) e goetita acicular (AG). Dois catalisadores foram preparados a partir do tratamento térmico do PL: PL450 e PL600. A partir do AG, 11 catalisadores foram preparados, por meio do tratamento térmico do precursor (HCat) ou impregnação via úmida de outros metais (X = Mn, Cu, Zn e Ag), seguida de tratamento térmico (HCat_XY; HCat_XYXY). Os catalisadores foram caracterizados quanto à área superficial específica BET, análise de espectroscopia fotoeletrônica de raios X, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e análises termogravimétricas. Testes de atividade catalítica mostraram que o catalisador PL450 alcança conversões de tolueno a CO2 de 27%, o PL600 de 17%, e o HCat de 32% em temperatura de 450 oC. A atividade dos catalisadores bimetálicos, HCat_X5, foi avaliada e da melhor para a pior atividade seguiram a ordem: HCat_Cu5 > HCat_Mn5 > HCat_Ag5 > HCat_Zn5. A avaliação da quantidade de manganês impregnada mostrou que quanto maior a quantidade, melhor o desempenho catalítico. Catalisadores trimetálicos foram preparados e mostraram efeito sinergético entre as fases ativas. A cinética do catalisador HCat_Mn30 foi estudada e somente o modelo da lei de potência se ajustou aos resultados experimentais. Os catalisadores preparados neste trabalho são boas opções para aplicação na destruição de COV, pois podem ser produzidos a partir de matéria-prima abundante e de baixo custo em relação a metais nobres.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química Compósitos e nanocompósitos poliméricos são materiais que agregam propriedades mecânicas e de barreira à permeação a gases superiores aos materiais poliméricos tradicionais. O polipropileno e polietileno são poliolefinas derivados da reação de polimerização do propeno e etileno. As poliolefinas tem um amplo campo de aplicação, em particular, o setor de embalagens, recipientes e componentes para o setor eletrônico, sendo em alguns setores de aplicação regulamentado por normas especificas como para o uso de aditivos que lhe confere propriedades anti-chamas. Agentes retardantes de chamas podem ser incorporados em matriz polimérica através de varias técnicas de incorporação ou rotas. No presente estudo, foram desenvolvidos compósitos e nanocompósitos através da técnica de incorporação do estado fundido (extrusão) com a incorporação de argilas e agentes retardantes de chamas. Foram analisadas metodologias de incorporação, propriedades de flamabilidade, degradação térmica e propriedades mecânicas dos compósitos, bem como a morfologia presente para os nanocompósitos. A investigação preliminar através do ensaio de UL-94 vertical permitiu obter resultados preliminares dos compósitos e nanocompósitos que apresentaram bom desempenho. As análises estruturais morfológicas dos nanocompósitos em relação ao polipropileno e polietileno confirmaram a obtenção de uma estrutura com um grau de intercalação com boa dispersão das lamelas de argila ao longo da matriz poliméricas e aditivadas com retardantes de chamas. Análises térmicas constaram a diminuição da taxa de calor liberado tempo de ignição e alta liberação de fumaça, devido à combustão incompleta do material. Os ensaios mecânicos de tração indicaram que a presença de argila ocasiona um aumento das propriedades mecânicas de tração (como força de ruptura, módulo) em comparação ao polímero virgem. Os compósitos obtidos apresentaram resultados satisfatórios de flamabilidade a teores de retardantes de chamas interessantes condizentes a literatura. As analises térmicas mostraram menores tempos de ignição em comparação ao polímero virgem e também menor taxa de calor liberado. Apesar das boas propriedades de flamabilidade, as propriedades mecânicas foram influenciadas negativamente com adição dos agentes retardantes de chamas, obtendo propriedades de tração inferiores em comparação ao polímero virgem. Composites and polymer nanocomposites are materials that add mechanical properties and barrier to permeation by gases superior to traditional polymeric materials. The polyolefin are polypropylene and polyethylene derived from the polymerization of propylene and ethylene. Polyolefin have a wide range of applications, in particular, the packaging industry-packing's, containers and components for the electronics sector, and in some application sectors regulated by specific rules as to the use of additives that give it special properties anti - throwers. Flame retardants can be incorporated into the polymer matrix through the incorporation of various techniques or routes. In this study, composites and nanocomposites were developed using the technique of incorporation of the melt (extrusion) with the addition of clay and flame retardants. Methodologies were analyzed for incorporation, flammability properties, thermal degradation and mechanical properties of composites, as well as the morphology gift for the nanocomposites. The preliminary investigation by testing UL-94 vertical possible to obtain preliminary results of composites and nanocomposites that showed good performance. Structural analysis of morphological nanocomposites compared to polypropylene and polyethylene confirmed to obtain a structure with a degree of intercalation with good dispersion of clay lamellae along the polymeric matrix and doped with flame retardants. Thermal analysis consisted of the reduction rate of heat release ignition timing and high release of smoke due to incomplete combustion of the material. The tensile test indicated that the presence of clay leads to an increase in tensile mechanical properties (such as tensile strength, modulus) compared to virgin polymer. The composites obtained satisfactory results of the flammability levels before Retard-consistent flame interesting literature. The thermal analysis showed me minors ignition times compared to the virgin polymer and lower rate of heat released. Despite the good flammability properties, mechanical properties were negatively impacted witch the addition of flame retardants, getting traction properties lower compared to virgin polymer.

Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2011 O objetivo desta tese foi determinar as propriedades termoquímicas de resíduos agroindustriais selecionados (serragem de madeira, lodos esultantes do tratamento de efluentes da indústria de processamento de carnes e misturas desses com serragem de madeira em diferentes roporções mássicas, resíduos da indústria de suco de maçã e de suco de laranja, bagaço de cana-de-açúcar, caroço de açaí, casca de castanha-decaju e casca de arroz) e avaliar a composição das emissões atmosféricas originadas de um combustor ciclônico piloto (Drako, Albrecht) durante a combustão de uma mistura de lodo resultante do tratamento de efluentes da indústria de processamento de carnes e serragem de madeira na proporção mássica de 1:3 (LFPS1:3). Como etapa complementar, avaliar o potencial de gaseificação de casca de arroz. As biomassas foram caracterizadas como combustíveis sólidos, incluindose entre as propriedades determinadas: composição imediata e elementar, conteúdo energético, comportamento térmico, composição e fusibilidade das cinzas. O poder calorífico inferior das biomassas variou entre 14,31 MJ.kg-1 e 29,14 MJ.kg-1, em base livre de umidade e cinzas (l.u.c.), todas apresentando alto teor de matéria volátil, entre 70,57% e 85,36% (l.u.c.), o que favorece sua conversão termoquímica. A tendência à formação de depósitos e incrustação das cinzas foi avaliada com base na composição das cinzas e em correlações teóricas apresentadas na literatura. As emissões de CO, SO2, NOx, benzeno, tolueno, etil-benzeno e xilenos (BTEX, dado como carbono orgânico total, COT), PAH e PCDD/PCDF foram medidas durante os ensaios realizados com a mistura LFPS1:3, relacionadas às propriedades da biomassa e às condições de operação do combustor ciclônico piloto e, finalmente, comparadas aos limites de emissão impostos por legislações nacionais e internacionais. O processo de combustão foi bem controlado, as concentrações de NOx foram reduzidas por meio da operação com recirculação dos gases de exaustão, e todas as emissões medidas foram menores que os limites de emissão considerados. Como etapa complementar, o potencial de gaseificação de casca de arroz foi verificado por meio da avaliação dos efeitos das condições de pirólise na formação do resíduo sólido carbonoso, na sua estrutura, composição e reatividade em ar sintético e em CO2. The main objective of this thesis was to determine the thermochemical properties of selected agroindustrial residues (wood sawdust, biosolids originating from the wastewater treatment process of a meat industry and mixtures of these with sawdust in different mass ratios, residues from apple and orange juice industries, sugarcane bagasse, açaí kernels (Euterpe oleracea), cashew nut husk (Anacardium occidentale L.) and rice husk) and to evaluate the composition of the atmospheric emissions originating from a pilot scale cyclone combustor (Drako, Albrecht) during the combustion of a mixture of biosolids originating from the wastewater treatment process of a meat industry and sawdust in a mass ratio of 1:3 (LFPS1:3). As a complementary step, the gasification potential of rice husk was evaluated. The biomasses were characterised as solid fuels and an evaluation of their properties, including proximate and ultimate composition, energy content, thermal behaviour, composition and fusibility of the ashes was performed. The lower heating value of the biomasses ranged from 14.31 MJ.kg-1 to 29.14 MJ.kg-1, on a dry and ash free basis (daf), all presenting high volatile matter content, varying between 70.57 wt% and 85.36 wt% (daf), what improves the thermochemical conversion of the solids. The fouling and slagging tendency of the ashes was predicted based on the fuel ash composition and ash fusibility correlations proposed in the literature. The emissions of CO, SO2, NOx, benzene, toluene, ethyl-benzene and xylenes (BTEX, given as total organic carbon, TOC), PAH and PCDD/PCDF were measured during the combustion tests performed with the mixture LFPS1:3, afterwards related to the biomass properties and to the operating conditions of the pilot plant and, finally, compared to the guideline limits established by Brazilian and international legislations. The combustion process was well controlled, the emissions of NOx were reduced through operation with flue gas recirculation, and all the concentrations measured remaining below the emission limits considered. A complementary part of this study aimed to assess the gasification potential of rice husk through the evaluation of the effects of the pyrolysis step on char formation, structure, composition and reactivity in synthetic air and in CO2.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química Partículas submicrométricas estruturadas apresentam grande potencial para aplicação em tintas e filmes de recobrimento como agente de opacidade, substituindo parcialmente o dióxido de titânio em suas formulações, além de aumentar a resistência dos filmes à umidade e à abrasão. A impregnação de um agente expansor em partículas poliméricas para posterior expansão é um processo bem estabelecido industrialmente para obtenção do poliestireno expansível (EPS), porém, há poucos relatos de seu emprego na obtenção de partículas submicrométricas expansíveis. Neste contexto, o presente trabalho trata da síntese de partículas polimé-ricas submicrométricas, através da polimerização em emulsão e minie-mulsão, e posterior expansão das mesmas. A etapa de síntese visou à obtenção de látices com partículas de diferentes tamanhos, massas mola-res, estruturas e composições. Os resultados mostram que, através das reações de polimerização em emulsão do estireno, foi possível obter partículas com diferentes tamanhos, mediante à manipulação da concen-tração de surfatante, e polímeros com baixa massa molar, através da presença de agente de transferência de cadeia. Nas reações de polimeri-zação em miniemulsão, nanocápsulas com núcleo de hexadecano e par-tículas com n-octano, n-heptano e cera de polietileno incorporado foram obtidas. Também foram obtidos polímeros reticulados, através da adição de divinilbenzeno, e polímeros com massa molar mais elevada, através da redução da concentração do iniciador peróxido de benzoíla. As partículas dos diferentes látices obtidos na etapa de síntese foram submetidas à impregnação de um agente expansor e posterior expansão. Os ensaios de impregnação e expansão foram realizados com teores de sólidos e agente expansor de 0,5% e 400%, em relação à massa total e de polímero, respectivamente. Os resultados obtidos mostram que apenas as partículas de PS com diâmetro abaixo de 100 nm apresentaram variação significativa de volume, independente da massa molar ou temperatura de transição vítrea dos polímeros. Para as partículas submicrométricas com diâmetro acima de 100 nm, foi possível observar o inchamento das mesmas com agente expansor após o processo de impregnação, porém, não se obteve indícios do aumento de volume das mesmas após os processos de expansão. Submicron structured particles have potential for application in paints and film coating as opacity agent, partially replacing titanium dioxide in their formulations, and increasing the abrasion and wet scrub resistance of the films. Impregnation of blowing agents in polymeric particles for later expansion is a well-established industrial process for the produc-tion of expandable polystyrene (EPS), but there are few reports of the use of this process in obtaining expandable submicron particles. In this work, polymeric submicron particles were synthesized using emulsion and miniemulsion polymerization techniques and subsequently ex-panded. The synthesis step aimed the formation of latex particles with different sizes, molar masses, structures and compositions. Results show that styrene emulsion polymerization reactions allowed the formation of particles with different sizes by changing surfactant concentration, and polymers with low molar mass with the addition of a chain transfer agent. In the miniemulsion polymerization reactions, nanocapsules with hexadecane cores and particles incorporating n-octane, n-heptane and polyethylene were obtained. Crosslinked polymers and polymers with higher molar masses were also obtained, with the addition of divinilben-zene and the reduction of the initiator, benzoyl peroxide, concentration, respectively. The particles of the different latexes obtained in the syn-thesis step were submitted to the impregnation with an expanding agent and subsequent expansion. Impregnation tests were performed with solid and blowing agent content of 0.5% and 400%, related to the total mass and of polymer, respectively. The results indicate that only the PS particles with diameters below to 100 nm show significant changes in the volume, independently of the polymer molar mass and glass transi-tion temperature. For submicron particles with diameter above 100 nm it was observed the swelling of the same with blowing agent after impreg-nation process, however, no evidence was obtained their expansion after the expansion process.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2010 Mynthostachys mollis (Kunth) é uma planta aromática membro da família botânica Lamiaceae que cresce naturalmente nos Andes da América do Sul, conhecida popularmente com o nome de Munha. Possui ação repelente e propriedades terapêuticas, entre elas carminativa, digestiva, anti-espasmódica, antifúngica, antiparasítica, vermífuga, também é utilizada para curar transtornos respiratórios como bronquite e asma. Na agricultura é amplamente utilizada no armazenamento de tubérculos para o combate de pragas, e na indústria cosmética representa um excelente fixador do aroma. No Peru e Argentina sua extração é feita em grande escala. Dentre os diferentes métodos de extração para óleos essenciais, pode-se destacar a extração supercrítica, um processo de separação a alta pressão, livre de resíduos tóxicos que não provoca degradação térmica e conserva as características organolépticas do produto, além das técnicas tradicionais conhecidas como a hidrodestilação e a extração com solvente via "soxleth". Assim, sendo que até o momento, não se achou registro de pesquisa de extração de óleo essencial de Munha com fluidos supercríticos o objetivo que norteia esta dissertação foi a avaliação do processo de extração de óleo essencial de Munha com CO2 supercrítico, comparado com as principais técnicas tradicionais de extração. Os critérios utilizados para atingir o objetivo foram o rendimento mássico e a composição química, buscando a pulegona e a mentona como os principais compostos do óleo. Na extração supercrítica utilizou-se pressões de 100, 115 e 125 bar, variando com temperaturas de 35, 45 e 55°C. Também trabalhou-se com a adição de etanol como co-solvente, nas mesmas condições de operação. A hidrodestilação foi realizada a uma temperatura de 95°C durante 240 minutos. E na extração via soxleth utilizou-se o metanol como solvente a 70°C de temperatura durante 180 minutos. Os resultados indicaram que a extração supercrítica com adição de co-solvente foi a técnica que apresentou as melhores concentrações de compostos característicos. Sendo que para a pulegona a melhor concentração obtida foi de 49,93%, a 115 bar e 35°C. Já para o caso da mentona a melhor condição foi a de 125 bar com 55°C,obtendo uma concentração de 36,96%.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química Neste trabalho foi realizado um estudo de análise de risco de um possível vazamento de Gás Natural em um gasoduto supostamente instalado no Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos da Universidade Federal de Santa Catarina. Este estudo foi conduzido analisando-se os efeitos das explosões de uma nuvem de gás utilizando o método Multi-Energia como ferramenta principal de análise. Este estudo é importante, pois os riscos envolvidos em vazamentos com gasodutos levam às leis ambientais cada vez mais rígidas. O processo de análise de riscos é muito utilizado nas indústrias para localizar as falhas nas operações, processos, edificações, que podem provocar liberações químicas acidentais, fogo ou explosão, e para prover organização, tomar decisões para melhorar a segurança e o manuseio dos riscos das operações. Esta análise garante que as instalações operem de acordo com os padrões de segurança requeridos pelos órgãos ambientais, normalização nacional e internacional e requisitos de segurança da empresa. A análise de riscos é baseada em três níveis de avaliação. A Análise Qualitativa de Riscos (AQR) envolve os riscos de todas as unidades, elaborada em atendimento ao processo de licenciamento ambiental. Este trabalho teve como principal objetivo utilizar ferramentas de análise de riscos como a APP (Análise Preliminar de Perigo) para identificar e analisar o cenário de risco significativo associado com os processos ou atividades executadas. Utilizou-se o software PHAST (versão 5.63.1) para a verificação dos alcances dos efeitos físicos de sobrepressão calculados pelo método Multi-Energia (através de utilização de curvas) e modelo de Vulnerabilidade de Eisenberg (equações de PROBIT). De acordo com os dados obtidos, conclui-se que a ferramenta utilizada para análise de riscos (APP) e a metodologia utilizada (Método Multi-energia) oferece uma avaliação das distâncias seguras para probabilidade de morte por hemorragia pulmonar, colapso de estruturas e ruptura dos tímpanos para 1%, 50% e 99% de letalidade. Utilizando o Método Multi-energia como ferramenta da análise de risco, para 1% de probabilidade de danos, obtém-se a distância segura de 338m, para construção de instalações. Para a permanência de pessoas na região, foi obtida uma distância segura de 74m, e a distância adequada para que não ocorra a ruptura de tímpanos é de 180m. Estes resultados estão dentro dos padrões estabelecidos pelo órgão ambiental (CETESB). In this work we carried out a risk analysis of a possible leak of Natural gas in relation to the effects of gas cloud explosions based on the Multi Energy methodology. This study carried out on a gas line near the facilities of the Chemical Engineering Department at the Federal University of Santa Catarina. The risks involved in gas lines leaks lead to more severe environment laws. The risks analysis process is very much used in industry to locate faults in the operation, processes, and buildings which may cause accidental chemical leaks, fire or explosion, and to provide organization, decision taking in order to improve safety and the handling of operation risks. This analysis guarantees that the facilities operate according to the safety standards required by the environmental institutions, national and international norms, and company safety requirements. Risk analysis is based on three levels of evaluation. The Qualitative Risk Analysis (AQR) involves risks of all the units, elaborated in attendance to the process of environmental licensing. This work had a principal objective to use risk analysis tools as the APP (Preliminary Analysis of Danger) to identify and analyze the significant risk scenario associated to the processes or activities executed in a specific gas line. The PHAST Software (version 5.63.1) was used for verification of the physical effect of overpressure calculated by the Multi-Energy method (through use of curves) and model of Vulnerability of Eisenberg (PROBIT equations). According to the data obtained, the conclusion of the tool used for the risk analysis (APP) and the methodology used (Method Multi-energy) offers an evaluation of the safe distances for the possibility of death due to lung hemorrhage, collapse of structures, and rupture of the ear drums to lethally 1%, 50% and 99%. Using the Multi-Energy method as a tool of risk analysis, for probability of 1%, the safety distance is 338 meters, of the build installations. To the permanence of people at the place, it was obtained the safety distance of 74 meters. The safety distance to do not to breach spandrels is 180 meters. These results are determined as the pattern established by ambient agency (CETESB).

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Muitos compostos orgânicos tóxicos estão presentes nos efluentes das indústrias petroquímicas, especialmente hidrocarbonetos de difícil remoção, tais como os compostos BTX (benzeno, tolueno e o-xileno). Estes compostos apresentam um elevado potencial de contaminação, representando um sério risco ao meio ambiente e ao homem, sendo que o benzeno é considerado o mais tóxico, devido ao seu potencial carcinogênico e mutagênico. Atualmente o aumento da preocupação com as questões ambientais, bem como o maior rigor da legislação no despejo de contaminantes em corpos receptores tem incentivado a busca por novas tecnologias para o tratamento de efluentes industriais que contenham tais contaminantes. Destas tecnologias o método de adsorção oferece o método mais efetivo, pois este consegue alcançar o limite estabelecido pela resolução do CONAMA para a concentração do descarte nos corpos d'água. As condições favoráveis para operar plantas industriais que visam à adsorção de compostos químicos podem ser preditas através da modelagem matemática e simulação numérica dos fenômenos envolvidos. No presente trabalho é utilizado um modelo fenomenológico que descreve o processo de remoção dos compostos BTX através da adsorção em uma coluna de leito fixo, utilizando-se carvão ativado como adsorvente. Os parâmetros cinéticos e de equilíbrio termodinâmico foram obtidos experimentalmente em reatores batelada para os compostos BTX mono e multicomponente, onde a competitividade por sítio ativo de adsorção também foi investigada. Os ensaios experimentais mostraram que, dos três compostos estudados, o o-xileno é o contaminante mais competitivo pelo sítio ativo de adsorção. Este fato está ligado à interação com a superfície do material, peso molecular e solubilidade dos compostos. O modelo considera as resistências de transferência de massa interna e externa à partícula do adsorvente. As equações foram discretizadas utilizando o método de Volumes Finitos com função de interpolação UDS e CDS. Através do algoritmo computacional desenvolvido em linguagem FORTRAN, foi realizada uma análise de sensibilidade paramétrica das condições operacionais do processo de adsorção. Os resultados obtidos pela simulação apresentaram boa concordância quando comparados com dados experimentais encontrados na literatura. Os resultados das simulações mostraram que todos os parâmetros avaliados influenciam na adsorção dos compostos BTX, e que o modelo matemático e a metodologia numérica podem ser usados como uma ferramenta para prever o comportamento dinâmico e estacionário do processo de adsorção utilizados para determinar as condições economicamente ótimas de uma coluna de adsorção em leito fixo de adsorvente.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2009 Para aumentar a produtividade das plantações de espécies de Eucalyptus e Pinus, sem aumentar a pressão sobre os remanescentes de florestas nativas ou a quantidade de insumos químicos, existem várias estratégias de caráter biotecnológico. Uma delas é a inoculação das plantas com fungos ectomicorrízicos (fECM). Esses fungos beneficiam as plantas pelo aumento da captação de água e nutrientes e proteção contra fatores adversos. Essa prática exige, no entanto, o desenvolvimento de tecnologias de produção de inoculantes fúngicos. Demonstrou-se que é possível cultivar esses fungos em biorrreatores do tipo airlift, mas quando o micélio desses fungos é fragmentado, no início do processo de cultivo, ou na etapa final para veiculação do inoculante, ele perde grande parte de sua viabilidade. Nesse âmbito, este trabalho teve por principal objetivo identificar os metabólitos responsáveis por esse processo, através de técnicas de separação e análises cromatográficas, espectroscópicas e de infravermelho. Além disso, procurou-se investigar formas de atenuar esses efeitos e verificar a toxicidade desses metabólitos frente a outros microrganismos: Fusarium oxysporum, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Bacillus cereus e Candida albicans, através de testes em meio de cultura. Estudou-se se a manutenção do pH e a adição de carvão ativo influenciavam o crescimento desses fungos em meio líquido. Além disso, investigou-se o efeito da adição de ácido ascórbico e de oxigênio na viabilidade de suspensões Micelianas. Para esses estudos foram utilizados quatro isolados de fungos ctomicorrízicos: dois Pisolithus microcarpus (UFSC-Pt116 e UFSC-Pt188), de eucalipto, um isolado de Scleroderma sp (UFSC-Sc42) e um de Rhizopogon nigrescens (UFSC-Rh90), ambos de pínus. Por último, equipou-se um biorreator airlift com um sistema de controle da vazão de ar, de pH e de oxigênio dissolvido, instalou-se um software gerenciador, e realizou-se um cultivo controlado do isolado UFSC-Rh90. Nestes estudos, observou-se que a incorporação de carvão ativo em meio líquido, em frascos estáticos, aumentou a produção de biomassa pelo isolado UFSC-Pt116, mas não pelos isolados UFSC-Pt188, UFSC-Rh90 e UFSC-Sc42. Porém, a adição de carvão ativo à suspensão miceliana do isolado UFSCPt116 manteve a viabilidade do micélio por até 7 dias após a fragmentação, ao passo que a suspensão com ácido ascórbico manteve-se viável somente 48 h. A retirada do oxigênio na suspensão de micélio fragmentado evitou a oxidação de lipídeos, mas não aumentou a viabilidade. Não houve efeito benéfico da manutenção do pH no crescimento dos fungos. Para o isolado UFSC-Pt188 ficou claramente demonstrado que a maior produção de biomassa foi acompanhada pela maior variação de pH do meio. Os isolados UFSC-Rh90 e UFSC-Sc42 não formaram metabólitos inibidores não voláteis, quando cultivados em meio sólido. O filtrado de cultura do isolado UFSC-Pt188 não apresentou toxicidade ao fitopatógeno Fusarium oxysporum, nem ao próprio fungo, nas diferentes concentrações testadas. Em confrontação direta, o isolado UFSC-Rh90 inibiu Fusarium oxysporum, tanto na presença quanto na ausência de carvão ativo. Já o isolado UFSC-Pt188 inibiu o fitopatógeno apenas na ausência de carvão. Os metabólitos extracelulares dos isolados UFSCRh90 e UFSC-Sc42 não apresentaram toxicidade contra os microrganismos testados (bactérias e Candida albicans). Porém, a fração aquosa resultante da extração dos metabólitos intracelulares do isolado UFSC-Sc42, embora não tenha apresentado toxicidade contra o próprio fungo nem contra o fitopatógeno, foi tóxica para Staphylococcus aureus. A fração de acetato de etila apresentou toxicidade contra o próprio fungo. As análises das frações intra e extracelulares, através da espectroscopia de infravermelho, revelaram bandas de absorção características de ácidos graxos, ésteres, fenóis e carboidratos. O cultivo controlado do isolado UFSC-Rh90, após instrumentalização do biorreator airlift, foi considerado eficiente, pois proporcionou alta produtividade e alta conversão. Os dados obtidos, analisados por um software específico, permitiram uma melhor compreensão do cultivo e representarão uma importante ferramenta para o desenvolvimento de técnicas de produção de inoculantes.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química O agente de desinfecção mais comumente utilizado tanto na produção de água potável como em plantas de tratamento de efluentes é o cloro e seus compostos relacionados, como hipoclorito de sódio e de cálcio. Devido à formação dos subprodutos da desinfecção, têm-se buscado novas alternativas de processos com esta finalidade. Nos recentes anos, os processos de oxidação avançada têm merecido destaque entre os processos de degradação de contaminantes orgânicos e desinfecção de águas e efluentes líquidos. Dentre os processos de oxidação avançada, os processos catalíticos em fase homogênea ou heterogênea são aqueles que combinam um oxidante forte, como ozônio ou peróxido de hidrogênio, e um catalisador metálico ou de óxido metálico, para a geração de radicais livres oxidantes, capazes de decompor não seletivamente inúmeros compostos dissolvidos. O presente trabalho teve como objetivo avaliar a aplicação de filtração granular adsortiva e peroxidação catalítica para obtenção de água potável, utilizando catalisadores heterogêneos à base de óxidos metálicos. Ensaios pilotos de filtração granular adsortiva foram realizados e dois tipos de carvões e um tipo de zeólita natural foram avaliados. Um dos carvões, que possui aderido a sua superfície óxidos e hidróxidos de ferro, e a zeólita natural foram avaliados como catalisadores na peroxidação catalítica em leito fixo. Neste processo, foi avaliada a influência do tempo de residência, do diâmetro de partícula do catalisador e da dosagem de peróxido de hidrogênio. Foi avaliado o comportamento do sistema na ampliação de escala para o carvão testado e os custos envolvidos na aplicação de ambos os sólidos. Foi avaliada a capacidade adsortiva e a cinética de adsorção da bactéria E.coli sobre os sólidos, bem como a cinética de desinfecção da bactéria em reatores descontínuos utilizando uma solução sintética de E.coli ATCC 25922 livre de interferentes. Na aplicação na filtração granular adsortiva o sólido que apresentou melhores resultados foi a zeólita, seguida dos carvões. Na aplicação de oxidação catalítica utilizando o carvão que possui óxidos de ferro impregnados a sua superfície, a vazão de água aplicada foi o fator mais significante para o processo, a melhor condição experimental foi no tempo de residência de 2 minutos e dosagem de peróxido de hidrogênio de 60mg/L. O diâmetro de partícula do carvão não influenciou na eficiência de remoção de coliformes totais e fecais. O sistema apresentou estabilidade em 24 horas de operação e os resultados foram reproduzidos na ampliação de escala. Na aplicação da zeólita em leito fixo combinada com peróxido de hidrogênio, a melhor condição operacional foi no tempo de residência de 2 minutos e dosagem de peróxido de hidrogênio de 50mg/L. A zeólita apresentou capacidade adsortiva para a bactéria E.coli, sendo o equilíbrio de adsorção descrito pelo modelo de Freundlich. No estudo cinético de adsorção, os dados experimentais ajustaram-se ao modelo de adsorção de pseudo-segunda ordem. Quando utilizada a mesma instalação, os custos envolvidos na aplicação de zeólita e um dos carvões em leito fixo combinados com peroxidação para obtenção de água potável, foram de R$ 1,70 e R$ 0,29 por metro cúbico tratado, respectivamente. Esta diferença é resultado das características operacionais dos sistemas, quando aplicados os diferentes sólidos. Os resultados obtidos indicaram que ambos os sólidos podem ser utilizados no processo de obtenção de água potável, que nas condições experimentais otimizadas atenderam aos parâmetros de potabilidade estipulados na Portaria n° 518/2004 do Ministério da Saúde. The disinfecting agent must commonly used both in the production of potable water as well as in effluent treatment plants is chlorine and its related compounds, such as sodium hypochlorite and calcium hypochlorite. Due to the formation of subproducts of disinfection, new alternatives of processes with this purpose have been sought for. In recent years, the processes of advanced oxidation have merited highlighting among the processes of degradation of organic contaminants and water and wastewater disinfection. Within the processes of advanced oxidation, the catalytic processes in a homogeneous or heterogeneous phase are those that combine a strong oxidant, such as ozone or hydrogen peroxide, and a metallic or metallic oxide catalyzer for the generation of free radical oxidants, capable of non-selective decomposition of innumerable dissolved compounds. The objective of the present study was evaluate the application of adsorptive granular filtration and catalytic peroxidation for obtaining potable water, using heterogeneous catalyzers with a metallic oxide base. Pilot trials of adsorptive granular filtration were undertaken and two types of carbon media and one type of natural zeolite were evaluated. One of the carbon media, which has oxides and iron hydroxides bound to its surface, and a natural zeolite were evaluated as catalyzers in the catalytic peroxidation in a fixed bed. In this process, the influence of residence time, the particle diameter of the catalyzer and the dosage of hydrogen peroxide were analyzed. The behavior in the scale amplification of the system for the carbon media tested and the costs involved in the application of both solids were evaluated. The adsorptive capacity and the kinetics of adsorption of the bacteria E.coli on the solids was evaluated, as well the kinetics of disinfection of bacteria in discontinuous reactors using a synthetic solution of E.coli ATCC 25922 free of interferents. In application in adsorptive granular filtration, the solid that presented the best results was zeolite, followed by the carbon media. In the application of catalytic oxidation using the carbon media, which has iron oxides impregnated on its surface, the inlet flow of water applied was the most significant factor for the process; the best experimental condition was in time of residence of 2 minutes and dosage of hydrogen peroxide of 60mg/L. The particle diameter of the carbon media did not have an influence on the efficiency of removal of total and fecal coliforms. The system presented stability in 24 hours of operation and the results were reproduced in amplification of scale. In application of the zeolite in a fixed bed combined with hydrogen peroxide, the best operational condition was in the time of residence of 2 minutes and a dosage of hydrogen peroxide of 50mg/L. The zeolite presented adsorptive capacity for the E.coli bacteria, with the adsorption equilibrium being described by the Freundlich model. In the kinetic study of adsorption, the experimental data were adjusted to the model of adsorption of pseudo- second order. When the same installation was used, the costs involved in the application of zeolite and one of the carbon media in a fixed bed combined with peroxidation for obtaining potable water were of R$ 1.70 and R$ 0.29 per cubic meter treated respectively. This difference is a result of the operational characteristics of the systems, when the different solids are applied. The results obtained indicated that both solids may be used in the process of obtaining potable water, which in the optimized experimental conditions met the potability parameters stipulated in Government Directive no. 518/2004 from the Ministry of Health.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2009 A área de pesquisa de materiais nanoestruturados tem recebido destacada atenção nos últimos anos por parte da comunidade científica. Os nanocompósitos de argila/polímero tem sido igualmente bastante estudados, visando o completo conhecimento de todos os fenômenos que envolvem a síntese e propriedades destes novos materiais. Na presente Tese de Doutoramento é apresentada a síntese de nanocompósitos de argila/poliestireno para a obtenção de um material com propriedades realçadas frente ao poliestireno puro. Para se alcançar este objetivo, foram selecionadas e estudadas diversas argilas organofílicas comerciais, assim como algumas argilas foram preparadas a partir de argilas hidrofílicas. As argilas foram devidamente caracterizadas e empregadas na obtenção dos nanocompósitos de argila/poliestireno via polimerização in situ. Entre as técnicas empregadas em reações de polimerização de monômeros orgânicos, foram utilizadas neste estudo, para a obtenção dos nanocompósitos, a polimerização via radicais livres em massa, em suspensão e em meio supercrítico. A polimerização via radicais livres em massa permitiu a obtenção de híbridos de argila/poliestireno. Estes híbridos foram devidamente caracterizados, e pôde-se comprovar que foram obtidos nanocompósitos exfoliados, intercalados e parcialmente intercalados, dependendo da argila organofílica utilizada. Também foi verificado que para algumas argilas não foi possível obter-se um nanocompósito, tendo em vista a não intercalação das cadeias de polímero entre as camadas interfoliares das argilas. Foi também mostrado que os nanocompósitos obtidos apresentaram uma maior estabilidade térmica quando comparados ao poliestireno puro. A polimerização in situ de nanocompósitos via radicais livres em suspensão foi estudada com o intuito de se mapear uma rota de obtenção de nanocompósitos particulados. A vantagem de se obter polímeros particulados consiste na facilidade de transformação posterior, bem como na possibilidade de impregnação de um agente de expansão física, para a obtenção de nanocompósitos expansíveis. Esta etapa apresentou muitos desafios para o estabelecimento e manutenção da estabilidade das reações de polimerização em suspensão com a presença de argilas organofílicas. Foi possível realizar a síntese de nanocompósitos em reações em suspensão para algumas das argilas estudadas. Para completar o trabalho foram obtidos nanocompósitos em meio supercrítico. As reações foram conduzidas em dióxido de carbono supercrítico e foram obtidos nanocompósitos exfoliados e parcialmente exfoliados de argila/poliestireno. A polimerização em meio supercrítico é uma técnica que permite a obtenção de polímeros sem a utilização de solventes orgânicos, particularidade muito explorada atualmente para o obtenção de polímeros para aplicação biomédica. Nestas reações, foi possível a obtenção de nanocompósitos expandidos de argila/poliestireno, pois o dióxido de carbono supercrítico apresentou papel duplo: primeiramente como meio reacional e ao final da reação como agente de expansão física, com a simples despressurização controlada do sistema reacional, permitindo a obtenção de espumas sem o uso de agentes físicos ou químicos de expansão. The nanostructured materials research area has received great attention in the last years from the world scientific community. At the same time, polymer/clay nanocomposites has been studied to achieve the complete knowledge about all the phenomena that involves the new materials attainment and its properties. In this Doctorate study, is presented the polystyrene/clay nanocomposites synthesis to obtain a material with better properties when compared to the pure polystyrene. To reach this objective, were selected and studied different commercial organophilic clays and some clays were prepared from hydrophilic clays. These clays were characterized and used to obtain polystyrene/clay nanocomposites by in situ polymerization. Among the techniques used in organic monomers polymerization reactions, in this study were used to obtain the nocomposites, bulk and suspension free radical polymerization and polymerization in supercritical carbon dioxide. The free radical bulk polymerization provided to obtain polystyrene/clay hybrids. These hybrids were characterized, and was possible to confirm that exfoliated, intercalated end partially intercalated nanocomposites were gotten, depending on the organophilic clay used. Also was verified that some clays were not possible to obtain a nanocomposites, because the polymer chains were not intercalated between the clays sheets. It was showed that all nanocomposites obtained presented higher thermal stability when compared to pure styrene. The free radical suspension polymerization was studied to describe a way of obtaining particle nanocomposites. The advantage in producing particle polymer is the easier later transformation, as well as the possibility of blowing agent impregnation, resulting in expandable nanocomposites. This step represented many challenges to establish and keep the suspension reaction stability with organophilic clays. It was possible to lead the nanocomposites synthesis in suspension reactions only to some of the clays studied. To complete this research, were studied the nanocomposites polymerization attainment in supercritical media. The reactions were carried on in supercritical carbon dioxide and were obtained exfoliated and partially exfoliated polystyrene/clay nanocomposites. The supercritical polymerization is a technique that allows obtaining polymers without using organic solvents, peculiarity required in polymers to medical applications. It was possible to obtain expanded polystyrene/clay, due to the double function of supercritical carbon dioxide: first as a reaction medium and after, at the end of the reaction, as blowing agent with a simple depressurization controlled system, allowing expanded nanocomposites attainment without using physics or chemicals growth agents.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química O presente trabalho teve como objetivo estudar o cultivo de Pycnoporus sanguineus e a produção do antibiótico cinabarina em meio líquido, e a utilização de resíduos lignocelulósicos como meio de cultivo, em estado sólido, para a produção da cinabarina. Foi realizada a análise do crescimento radial e avaliada a produção de cinabarina de três diferentes cepas de P. sanguineus (MIP 95001, MIP 95002 e MIP 20001). O modelo que melhor representou o crescimento das cepas foi o modelo exponencial, sendo selecionada a cepa MIP 20001 como melhor produtora de cinabarina. Foi proposta neste trabalho uma nova metodologia para o doseamento da cinabarina, em sua forma purificada, através de método espectrofotométrico visando obter um método confiável, mais rápido e prático de doseamento. O método espectrofotométrico mostrou-se adequado para a finalidade pretendida, produzindo resultados semelhantes aos obtidos com o método microbiológico. A cinética de crescimento do P. sanguineus e a produção de cinabarina foram estudadas em caldo de batata dextrose (CBD) com pH inicial 5,6 e 9,0 e também combinando-se as fontes de carbono (glicose, maltose e glicerol), o CBD e as fontes de nitrogênio (peptona, extrato de levedura e uréia). Os cultivos em CBD com pH inicial 5,6 e 9,0 não apresentaram diferenças quanto a produção de cinabarina, sendo que o fungo apresentou maior crescimento em pH inicial 5,6. O meio contendo glicose e extrato de levedura propiciou a maior produção de biomassa, sendo que o meio em que houve a maior produção de cinabarina foi o meio CBD sem a adição de fontes de nitrogênio. Foi avaliada a produção de cinabarina utilizado como substrato os resíduos lignocelulósicos: serragem de Pinus sp. e de Eucalyptus sp. e casca de arroz, enriquecidos com farelo de arroz. A utilização da serragem de Pinus sp., devido ao seu elevado teor de lignina, resultou na maior produção de cinabarina, (1,6 vezes mais do que em CBD). A estabilidade da cinabarina foi avaliada até 60 dias após sua extração e os resíduos foram armazenados em geladeira a 2 ºC de três maneiras: seco, diluído em DMSO e diluído em DMSO com EDTA. O resíduo armazenado seco manteve sua estabilidade pelo período analisado, o resíduo diluído em DMSO apresentou-se estável por um mês e a adição de EDTA aumentou a estabilidade do resíduo em solução por pelo menos 60 dias. This work has as main objective to study the growth of Pycnoporus sanguineus in liquid medium broth, following their cinnabarin antibiotic production. Besides this, it is aimed to produces the cinnabarin by utilizing wood wastes by growing the broth in solid state of the Pycnoporus sanguineus. We performed the radial growth analysis and evaluated the cinnabarin production starting from three different strains of P. sanguineus (MIP 95001, MIP 95002 and MIP 20001). Among the strains, those which presented the exponential model growth showed the best results. We choose the strains of MIP 2001 as the better cinnabarin producer. In this work, we proposed a new routine for measuring the cinnabarin content in their pure state via spectrometric method aiming a more reliable, fast and practical method. The spectrometric method fit to the existing procedures, with same results as the microbiological method ones. The P. sanguineus kinetic growth and the cinnabarin production were performed in a potato dextrose broth (PDB), having an initial p-H's of 5.5 and 9.0. It is composed of a carbon source as glucose, maltose, and glycerol, the PDB, and the nitrogen source as (peptone, yeast extract and urea). The growing of PBD at initial p-H's of 5.6 and 9.0 presented nor differences in cinnabarin production, whereas the yeast presented more rate of growing at initial p-H of 5.6. Most biomass production was obtained with the broth plus glucose and yeast extract; whereas most cinnabarin production was obtained with the PBD without nitrogen addition. Further, the cinnabarin production was evaluated utilizing wood waste as substrate: Pinus sp. and Eucalyptus sp. sawdust and bark of rice with addition of milled rice. The Pinus sp. sawdust, due to its high content of lignin, presented more cinnabarin production than others ones (1.6 times more than in CBD). After the cinnabarin extraction, their stability after drying was evaluated by three methods for periods of time performing a total of 60 days. The extracts were put onto a freezer at temperature of 2 oC in three forms: dried (1) diluted on DMSO (2) and diluted on DMSO plus EDTA (3). The method (1) presented stability for the analyzed period of 60 days, the method (2) the method presented stability for a period of 30 days, and the method (3) presented stability for 60 days. We conclude that the EDTA addition enhanced the stability of the dried cinnabarin extract for at least 60 days.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Adsorção dos corantes reativos laranja 16 (RO16), vermelho 120 (RR120) e azul 4 (RB4) pelo sal quartenário de quitosana (SQQ) ou cloreto de trimetil amônio N-2 hidroxipropril quitosana foi usada como modelo para demonstrar a remoção dos corantes reativos de efluentes têxteis. O polímero foi caracterizado por análises de IV, ATG, EDX e quantidade de grupos de amônios quaternários. Os experimentos de adsorção foram conduzidos em diferentes valores de pH e a adsorção mostrou ser ligeiramente dependente do pH da solução. Dois modelos de cinética de adsorção foram testados: pseudo primeira-ordem e pseudo segunda-ordem. Os dados experimentais de cinética se ajustaram melhor ao modelo de pseudo segunda-ordem. Os efluentes têxteis raramente envolvem apenas um componente, consequentemente, os modelos de adsorção devem ser capazes de tratar dados de equilíbrio de multicomponentes. Então, experimentos de equilíbrio dos corantes reativos RO16, RR120 e RB4 foram testados individualmente e em soluções ternárias. As isotermas de adsorção dos corantes individuais foram conduzidas nas temperaturas de 25ºC e 50ºC e a capacidade de adsorção do adsorvente aumentou com o aumento da temperatura. O modelo de isoterma de Langmuir forneceu o melhor ajuste dos dados de equilíbrio na faixa de concentração investigada, exceto o corante reativo RB4 a 50ºC, para o qual a isoterma linear mostrou o melhor ajuste. Foi observado o comportamento de adsorção dos corantes reativos em soluções ternárias. Para determinar a concentração de cada corante na solução foram utilizadas equações lineares expandidas para três termos. Foram utilizadas soluções multicomponentes dos corantes na faixa de 40 - 340 mg L-1 em pH 4 e pH 12,4 para simular um efluente têxtil industrial. Os dados foram mais bem ajustados empregando a isoterma de Langmuir. Com objetivo de estudar a possibilidade de reciclagem do adsorvente, foram realizados estudos de dessorção dos corantes RO16 e RR120 com vários eluentes. Os experimentos foram divididos em três etapas: adsorção, lixiviação e dessorção, e a solução NaNO3 3,0 mol L-1 foi o melhor eluente para a dessorção dos corantes. A partir dos estudos de pH e dessorção, foi concluído que a interação iônica é o principal mecanismo de adsorção dos corantes pelo sal quaternário de quitosana. Os resultados mostraram que o sal quaternário de quitosana pode ser usado como alternativa de tratamento de efluentes da indústria têxtil independente do pH do meio aquoso. Adsorption of reactive dyes orange 16, red 120 and blue 4 by quaternary chitosan salt (QCS) or chitosan-N-2-hydroxypropyl trimethyl ammonium chloride was used as model to demonstrate the removal of reactive dyes from textile effluents. The polymer was characterized by IV, ATG, EDX analysis and amount of quaternary ammonium groups. The adsorption experiments were conducted at different pH values and the adsorption showed slightly dependence of the solution pH. Two kinetic adsorption models were tested: pseudo first-order and pseudo second-order. The experimental data best fit at the pseudo second-order model. Textile effluents rarely involve only one component. Consequently, the adsorption projects must be able to deal with multi component equilibrium data. So, the equilibrium experiments of the reactive dyes were tested both individually and in ternary solutions. The isotermic adsorption analysis of each individual dye was conducted at temperatures of 25 oC and 50 oC and the temperature increased the adsorbent capacity adsorption. The Langmuir isotherm model provided the best fit for the equilibrium data in the concentration range investigated. Excepting the reactive dye RB4, at 50 oC temperature, for which the linear isotherm showed the best fit. The adsorption behavior of the dyes in ternary solutions was then observed. To determinate the concentration of each dye in solution, linear equations expanded for three terms were utilized. Multicomponent solution dyes in the range of 40 - 340 mgL-1 were investigated in pH 4 and pH 12.4 to simulate industrial textiles effluent. The experimental data were best fit by the Langmuir isotherm. To investigate the possibility of recycling adsorbent was studied the desorption of the reactive dyes RO 16 and RR 120 with several eluents. The experiments were divided into three parts: adsorption, washing and desorption, and the solution NaNO3 3 mol L-1 was the best elluent for dyes desorption. From studies of pH and the desorption was concluded that the ionic interaction is the main mechanism of adsorption for dyes by quaternary chitosan salt (QCS). The results showed that quaternary chitosan salt (QCS) can be used as an alternative for the treatment of effluent from the textile industry independent of the pH of the aqueous environment.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Os efluentes gerados nos mais diversos segmentos de indústrias contêm uma série de compostos orgânicos e, dentre eles, substâncias químicas altamente perigosas, os chamados compostos persistentes de difícil degradação, também conhecidos como recalcitrantes, altamente prejudiciais ao meio-ambiente e que apresentam elevada toxicidade e bioacumulação. Esses compostos não são degradados nos sistemas de tratamento biológico normalmente aplicados nas indústrias, o que faz com que seja de fundamental importância que as indústrias busquem formas de melhorar a qualidade de seus efluentes por meio de modificações no processo ou nos sistemas de tratamento utilizados. Os processos de oxidação química e oxidação avançada têm se destacado como forte alternativa para o tratamento desses efluentes que contêm compostos persistentes. No presente trabalho, o efluente de estudo foi originário de um incubatório de aves e contém uma série de compostos persistentes. Numa primeira etapa, o efluente foi caracterizado e submetido a diferentes tipos de tratamento físico-químicos, como a coagulação-floculação, Fenton, foto-Fenton e foto-peroxidação. Dentre os processos investigados, o tratamento do efluente pelo processo foto-Fenton foi o que se mostrou mais adequado, resultando nas melhores eficiências de remoção de matéria orgânica, de aproximadamente 92% DQO. Posteriormente, o efluente foi submetido a análises de cromatografia líquida acoplada a espectrometria de massas (LC/MS), onde a presença de compostos persistentes foi investigada. Dentre os compostos detectados, confirmou-se a presença no efluente de um composto organoclorado, o pesticida imazalil, que é um fungicida utilizado nas atividades de limpeza da indústria, sobre o qual não há dados na literatura relacionados ao seu tratamento e degradação, sendo, portanto, definido como composto alvo desta etapa do trabalho. A cinética de degradação do pesticida imazalil pelo processo de oxidação avançada, foto-Fenton foi estudada. Paralelamente, investigou-se o tratamento do imazalil pelo processo de ozonização, em uma faixa de pH determinada, onde tert-butanol (t-BuOH) foi utilizado como agente seqüestrante de radicais hidroxilo, para que se pudesse avaliar a ação do ataque direto do ozônio molecular sobre o imazalil. Procederam-se, para ambos os processos, aos estudos de investigação, detecção e identificação dos produtos de degradação resultantes desses processos oxidativos, pelo emprego de LC/MSn (cromatografia líquida acoplada a espectrometria de massas tandem), bem como a avaliação da toxicidade causada por eles. Para cada processo detectou-se a presença de quatro produtos de degradação, antes desconhecidos, cujas estruturas foram elucidadas. As análises de toxicidade resultaram em um decréscimo na toxicidade no decorrer de ambos os tratamentos, indicando que os produtos de degradação formados não são mais tóxicos que sua molécula original, o imazalil. O presente trabalho resultou em uma importante contribuição por apresentar opções de tratamento para efluentes que contêm compostos persistentes, e em especial pelo estudo de degradação do pesticida imazalil, composto não estudado até então e, identificação de produtos de degradação originados nesses tratamentos, antes desconhecidos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. O atual crescimento industrial gera um aumento na quantidade dos resíduos e dos efluentes provenientes dos processos químicos utilizados. A importância dada à questão ambiental leva-nos a cada vez mais buscar recursos que minimizem a degradação do meio físico onde vivemos. Assim, o presente trabalho tem como objetivo principal a síntese de zeólitas tipo 5A, obtidas por troca iônica com a zeólita NaA, sintetizadas a partir de caulim para adsorver metais pesados de soluções aquosas. Os metais pesados são conhecidos pela sua toxicidade, mesmo em quantidades muito pequenas. Quando descartados com os efluentes das indústrias, podem inviabilizar os sistemas públicos de água, uma vez que as estações de tratamento destes efluentes encontrados na própria indústria não os removem eficientemente e os tratamentos convencionais nas estações de tratamento de água também não possuem aparatos adequados para tal finalidade. A separação desses metais por processos adsortivos tem crescido consideravelmente com o desenvolvimento de adsorventes altamente seletivos como as zeólitas. O propósito deste trabalho foi de usar zeólitas tipo 5A para adsorver estes metais pesados. A zeólita sintetizada foi caracterizada química e fisicamente para aplicação em purificação de soluções contaminadas com elementos perigosos, tais como os metais pesados. Os testes de remoção dos íons metálicos em solução foram realizados através de ensaios de adsorção em banho termostático, à temperatura ambiente, sob agitação, em diferentes tempos de duração, para posterior análise dos resultados. Os resultados obtidos foram satisfatórios, sendo possível utilizar zeólitas tipo 5A, obtidas através de troca iônica com zeólitas NaA, para remoção de metais pesados de efluentes líquidos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. A contaminação das águas pela indústria petroquímica, que gera contaminantes de alta toxicidade, como os fenóis, desperta interesse em relação ao seu tratamento. O ozônio é uma alternativa para o tratamento de efluentes, mostrando-se eficaz na descontaminação ambiental, reduzindo a DQO e degradando os fenóis. A adsorção também tem se mostrado muito eficiente na remoção de fenóis da água; por isso, a combinação dos processos de ozonização e adsorção, de forma seqüencial e simultânea, pode aumentar ainda mais a eficiência de degradação-remoção do fenol, bem como diminuir custos de tratamento. Este trabalho objetivou investigar a eficiência de remoção de compostos fenólicos presentes em efluentes petroquímicos sintéticos, mediante ao uso de processos combinados de oxidação, utilizando ozônio como agente oxidante, e adsorção com carvão ativado. O sistema de ozonização foi constituído de um gerador de ozônio, uma coluna de transferência de ozônio com difusores porosos, um rotâmetro para gás e cilindro de gás oxigênio; um carvão ativado derivado de cascas de coco foi utilizado como adsorvente. Verificou-se que, em pHs ácidos, o ozônio apresenta maior estabilidade. No processo de ozonização, a degradação de fenol foi mais rápida em meio alcalino (pH=10), onde em 15 min de tratamento 99,7% do fenol foi consumido e a remoção de DQO foi de 87,8% em 30 min. O maior percentual de adsorção de fenol ocorre num período de 4 horas, sendo o modelo cinético de Pseudo 2ª ordem o que melhor se ajustou aos dados experimentais . Pela curva de Breakthrough o tempo de ruptura obtido foi de 19,55 horas, com q = 61,04 mg.g-1. No tratamento seqüencial pode-se concluir que a combinação que apresenta maior eficiência na degradação-remoção do fenol e DQO é para o efluente em pH 10, pré-tratado com ozônio durante 3 min, seguido do processo de adsorção por 3 horas. A combinação dos processos de ozonização e adsorção de forma simultânea mostrou-se muito eficiente, pois se observou que, para alcançar o limite permitido de concentração de fenol para descarte de efluentes, segundo resolução 397/08 do CONAMA, foram necessárias 17 horas. The water contamination by the petrochemical pollutants with high toxicity, such as phenols, is a subject of interest of several researchers. The ozone is an alternative for the effluents treatment, being effective in environmental decontamination, reducing the COD and degrading the phenols. The adsorption has also been very efficient in the removal of phenols from water; so the combination of ozonation and adsorption processes of simultaneous and sequential manner, may further increase the efficiency of phenol degradation-removal, and reduce costs of treatment. This study aimed to investigate the efficiency of removal of phenolic compounds in synthetic petrochemical effluent through oxidation processes using ozone as oxidizing agent and adsorption with activated carbon. The ozonation system consisted of an ozone generator, a column for ozone transfer with porous diffusers, a flowmeter for gas and oxygen gas cylinder; an activated carbon derived from coconut shells was used as adsorbent. It was found that at acidic pH, the ozone stability has increased. In the process of ozonation, the degradation of phenol was faster in alkaline (pH = 10), where in 15 minutes of treatment 99.7% of phenol was consumed and the removal of COD was of 87.8% in 30 min. The largest percentage of adsorption of phenol occurs in a time of 4 hours and the kinetic model that best fits the experimental data was the Pseudo 2nd order. The curve of Breakthrough pointed to a time of rupture of 19,55 hours with a q = 61,04 mg.g-1. In the sequential treatment it can be concluded that the combination shows great efficiency in degradation-removal of phenol and COD in an effluent pH 10 with pre-treated with ozone for 3 min, then followed for a process of adsorption for at least 3 hours. The combination of ozonation and adsorption processes at the same time was very efficient, since it was observed that to achieve the maximum permissible concentration of phenol for disposal of effluents, according to resolution 397/08 CONAMA, it was necessary 17 hours.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Quimica. As condições severas do processo de purga empregado tradicionalmente em fibras celulósicas ocasionam um ataque generalizado, especificamente em tecidos 100% algodão, resultando em elevada perda de massa e diminuição da resistência das fibras. A substituição do processo de purga alcalina pela enzimática, além de permitir menor agressão química às fibras, devido à elevada especificidade das enzimas às substâncias que necessitam serem removidas como gorduras, proteínas, entre outras. Também possibilitam produtos acabados com melhores características de toque e resistência. Muitas enzimas já foram testadas para a remoção das substâncias hidrofóbicas das fibras, entretanto poucos são os estudos para a remoção dos fragmentos das cascas do capulho e gravetos presentes nas malhas produzidos por fios de algodão cardado. Neste trabalho foram avaliados a termoestabilidade do caldo bruto centrifugado de Bacillus pumilus CBMAI 0008 e a influência da interação entre a enzima e substâncias químicas frequentemente utilizadas no processamento têxtil tais como os agentes tensoativos, ácidos e bases utilizados para a correção de pH, a adição de polióis para a estabilização enzimática e também o efeito de inibição ou ativação da atividade enzimática na presença de íons que comporiam as fibras de algodão. Utilizou-se como parâmetro de comparação à preparação comercial Pulpzyme HC (Novozymes), que possui o mesmo tipo de atividade de endoxilanase. Os efeitos inibitórios decorrentes dos íons presentes na fibra de algodão poderiam impossibilitar a utilização da purga enzimática de substratos têxteis, especificamente malha de fio cardado 100% algodão. Dentre os reagentes testados, o KCl, NaCl and (NH4)2SO4 promoveram aumento na atividade quando utilizados na concentração de 5,0 mM. Dentre as diversas condições testadas constatou-se que o sorbitol 1,0 M, em tampão glicina-NaOH 0,01 M, com 5,0 g/L de umectante e 37,5 minutos de incubação são condições capazes de manter 62,94% da atividade inicial da enzima, e que o emulsificante não tem efeito significativo sobre a atividade da enzima. O agente umectante apresentou efeito significativo, provavelmente por ser composto por álcoois alifáticos. Os resultados da biopurga com xilanase mostraram que a enzima não apresentou o efeito desejado como agente de biopurga, considerando-se os padrões de qualidade exigidos pela indústria.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química Polímeros naturais e sintéticos são amplamente usados no desenvolvimento de sistemas para liberação controlada e direcionada de fármacos e diversas técnicas podem ser utilizadas para produção de nanocápsulas poliméricas. A síntese de nanocápsulas via polimerização em miniemulsão apresenta como vantagem a possibilidade de se obter nanocápsulas em uma única etapa de reação e se baseia nas diferenças de tensão interfacial e do processo de separação de fases durante a polimerização. Neste trabalho foi realizado um estudo das reações de polimerização em miniemulsão visando a formação de nanocápsulas poliméricas biocompatíveis e avaliando a possibilidade de nanoencapsulação da quercetina, um antioxidante forte com capacidade de reagir com radicais livres. Inicialmente foram comparadas as reações para síntese de nanocápsulas e de nanoesferas poliméricas de poli(metacrilato de metila), respectivamente, com e sem núcleo de Miglyol 812, realizadas a diferentes temperaturas e com diferentes concentrações de iniciador. Foi observado que as reações para síntese de nanocápsulas apresentam velocidades de reação iguais as das reações para formação das nanoesferas, porém o diâmetro médio destas últimas é consideravelmente menor. Além disso, foi verificado que o aumento da temperatura e da concentração de iniciador levam a um aumento da velocidade de reação sem afetar o diâmetro médio e o número de partículas poliméricas, indicando que a formação das partículas poliméricas ocorre predominantemente pelo mecanismo de nucleação das gotas submicrométricas de monômero. Em seguida foi realizado um estudo comparativo entre as reações de polimerização de metacrilato de metila e de acetato de vinila em miniemulsão usando Miglyol 812 ou óleo de rícino como coestabilizador e como núcleo das nanocápsulas poliméricas biocompatíveis. Foi observado que, apesar da constante cinética de propagação do acetato de vinila ser dez vezes maior que a constante cinética de propagação do metacrilato de metila, as velocidades de reação das reações com acetato de vinila foram muito menores do que as das reações com metacrilato de metila. As reações na presença do óleo de rícino foram mais lentas do que na presença de Miglyol 812 e não resultaram na formação de partículas com a formação preferencial da morfologia de nanocápsulas. As reações com Miglyol 812 chegaram a formar em torno de 75% de partículas com a morfologia de nanocápsulas. Na etapa seguinte foi estudado o efeito do uso de diferentes tipos de iniciadores: 2,2'- azo-bis-isobutironitrila (solúvel na fase orgânica), persulfato de potássio e o par redox (peróxido de hidrogênio e ácido ascórbico), os dois últimos solúveis na fase aquosa, sobre a morfologia das partículas formadas nas reações de polimerização de metacrilato de metila, usando lecitina como sufatante e miglyol 812 como coestabilizador. Foi observado que a formação preferencial da morfologia de nanocápsulas foi alcançada com os três sistemas de iniciação avaliados. As reações realizadas com Quercetina apresentaram velocidades de reação inferiores àquelas realizadas com formulações análogas, porém sem Quercetina, indicando que provavelmente a presença da Quercetina inibe e/ou retarda as reações de polimerização e, consequentemente, pode estar sendo parcialmente consumida nas reações. Nas reações realizadas com o par de oxi-redução composto por peróxido de hidrogênio e ácido ascórbico na presença de Quercetina foi observado que o incremento da concentração de ácido ascórbico resulta num aumento considerável da velocidade de reação sem afetar outras propriedades como o diâmetro médio, visto que o ácido ascórbico age como um redutor da oxidação da Quercetina. Este resultado é um indicativo da possibilidade de incorporação de Quercetina nas nanocápsulas sintetizadas via polimerização de metacrilato de metila miniemulsão, usando Miglyol 812 como coestabilizador das nanocápsulas e como carreador da Quercetina e o sistema de iniciação via reações de oxi-redução composto por peróxido de hidrogênio e ácido ascórbico peróxido. Natural and synthetic polymers are widely used in the development of controlled and targeted drug release systems and several techniques might be used for the production of the polymeric nanocapsules. The synthesis of nanocapsules via miniemulsion polymerization shows as advantage the possibility of forming nanocapsules in one single reaction step and is based on the differences of the interfacial tensions and on the phase separation process during the polymerization. In this work a study of miniemulsion polymerization reactions aiming the formation of biocompatible polymeric nanocapsules was carried out and the possibility of nanoencapsulation of quercetin, a strong antioxidant and radical scavenger, was verified. Initially reactions for the synthesis of poly(methyl metacrylate) nanocapsules and nanospheres, respectively, with and without a core of Miglyol 812, were compared. These reactions were conducted at different temperatures and with different initiator concentrations. It was observed that the reactions for the synthesis of nanocapsules showed the same reaction rates as the reactions for the formation of the nanoespheres, but the latter had a substantially lower average diameter. Furthermore, it was verified that the increase of temperature and of initiator concentration enhance the reaction rate without affecting the average particle diameters and numbers, indicating that the formation of polymer particles occurs predominantly by the nucleation of the submicrometric monomer droplets. In sequence, a comparative study between methyl methacrylate and vinyl acetate miniemulsion polymerization reactions using miglyol 812 or castor oil as costabilizer and as the core of biocompatible polymeric nanocapsules was carried out. It was observed that despite the kinetic propagation constant of vinyl acetate being ten times higher than that of methyl methacrylate, the reaction rates of the vinyl acetate reactions were much smaller than those of methyl methacrylate. Reactions in the presence of castor oil were slower than those with Miglyol 812 and did not result in the preferential formation of particles with the nanocapsule morphology. Reactions with Miglyol 812 resulted in the formation of around 75% of particles with the nanocapsule morphology. In the following step the effect of different types of initiator: 2,2'-azo-bis-isobutironitrile (soluble in the organic phase), potassium persulfate and a redox initiation pair (hydrogen peroxide and ascorbic acid), these last two soluble in the aqueous phase, on the morphology of the nanoparticles formed in methyl methacrylate miniemulsion polymerization reactions, using lecithin as surfactant and miglyol 812 as costabilizer was studied. The preferential formation of the nanocapsule morphology was achieved with all the three evaluated initiation systems. Reactions conducted in the presence of quercetin showed lower reaction rates than those carried out with similar formulations, but without quercetin, indicating that probably the presence of quercetin inhibits and/or retards the polymerization reaction and, consequently, quercetin may be partially consumed in the reactions. In the reactions using the redox pair composed by hydrogen peroxide and ascorbic acid in the presence of quercetin it was observed that the increment of the concentration of ascorbic acid resulted in a considerable increase of the reaction rate without influencing other properties as average diameter, due of the fact that ascorbic acid acts as a reducer of the oxidation of quercetin. This result is an indicative of the possibility of incorporating quercetin in nanocapsules synthesized via methyl methacrylate miniemulsion polymerization, using miglyol 812 as costabilizer and as quercetin carrier and the redox initiation system composed by hydrogen peroxide and ascorbic acid.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2009 O uso de irradiação micro-ondas em processos de polimerização em emulsão foi investigado e comparado com o aquecimento convencional com banho de água. Além disso, estudos sobre reações de decomposição de iniciador - persulfato de potássio, dicloridrato de 2,2'-azobis(2-metilpropionamidina) (V50) ou peróxido de hidrogênio - aquecidas por micro-ondas foram realizados a fim de melhor avaliar os efeitos micro-ondas sobre a cinética das polimerizações. Os resultados mostram que as micro-ondas elevaram a constante da taxa de decomposição, para os dois iniciadores iônicos avaliados. Foi observado aumento de aproximadamente 3 a 5 vezes nas constantes da taxa de decomposição do KPS e do V50, quando utilizado aquecimento micro-ondas. O uso de irradiação micro-ondas de alta potência, em reações realizadas com ciclos de aquecimento e resfriamento, promoveu elevadas decomposições dentro de intervalos curtos de irradiação. A influência dos níveis de potência nessas reações também foi avaliada, não sendo observado efeito da potência aplicada sobre a porcentagem de decomposição do iniciador. Nas reações de polimerização em emulsão, maiores taxas de reação foram obtidas para as reações aquecidas com micro-ondas, em comparação com as convencionais. Nas reações conduzidas com método de ciclos de aquecimento e resfriamento, obtiveram-se reações de polimerização rápidas e não se observou influência do nível de potência aplicada sobre a conversão. Diferentes efeitos foram observados para cada sistema monomérico (metacrilato de metila, estireno ou acrilato de butila). Este fato foi atribuído às diferentes propriedades físicas e constantes cinéticas dos monômeros. Os efeitos micro-ondas observados nas reações avaliadas foram atribuídos principalmente aos efeitos térmicos, podendo resultar da presença de pontos superaquecidos dentro da amostra.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. A utilização de processos de elevada eficiência de remoção de materiais sólidos é um dos principais requisitos para a diminuição da carga orgânica nos efluentes das indústrias de processamento de carnes. Como tratamento primário, processos de flotação por ar dissolvido (FAD) utilizando coagulação-floculação são geralmente utilizados. De maneira complementar, processos de oxidação avançada (POAs) podem ser usados para eliminar grande parte dos poluentes orgânicos presentes no efluente. No entanto, alguns procedimentos analíticos como os métodos físico-químicos e cromatográficos, além da análise da biodegradabilidade e toxicidade, são de fundamental importância para garantir que esses líquidos contenham baixos níveis de contaminantes, possibilitando o descarte de efluentes que atendam à legislação. O presente estudo aborda o tratamento físico-químico de efluentes de indústrias de carnes por FAD seguido de POAs a fim de promover uma elevada eliminação dos contaminantes orgânicos presentes no efluente tratado, entre eles resíduos de drogas veterinárias, ftalatos e resíduos de poliacrilamida (PAM) utilizados no processo de floculação. Os resultados mostraram que os POAs aplicados ao efluente após o tratamento por FAD apresentaram elevados percentuais de eliminação de matéria orgânica, além da redução da contagem de coliformes e toxicidade. Entre os POAs aplicados ao efluente, o processo foto-Fenton apresentou os melhores resultados, o que foi confirmado através de métodos cromatográficos. Além disso, a análise cromatográfica por GC-MS detectou a presença de ftalatos e compostos fenólicos no efluente, e antibióticos e nitrosamina foram detectados por LC-MS. Por outro lado, a caracterização dos sólidos (lodo) gerados na estação de tratamento de efluentes da indústria de carnes verificou que estes resíduos sólidos podem ser dispostos na agricultura sem acarretar danos significativos ao meio ambiente. Para a degradação das PAMs, os processos foto-Fenton e H2O2/UV apresentaram maior eficiência de eliminação comparados aos processos Fenton e oxidação com ferrato de potássio. A partir dos resultados obtidos e da análise das condições de oxidação, um novo mecanismo de degradação da PAM foi proposto, levando em consideração a ação conjunta das diferentes reações que atuam na degradação da molécula, como a fotólise, a hidrólise e a oxidação química pelos radicais ?OH. The use of wastewater treatment processes with high efficiency of organic matter removal is considered one of the most important steps to achieve lower pollution loads in meat processing industries. As a primary treatment, dissolved air flotation processes (DAF) using coagulation-flocculation are generally applied. Additionally, the utilization of high efficiency procedures as advanced oxidation processes (AOP) has become an alternative for high elimination rate of degradation of the organic contaminants present in these wastewaters. Nevertheless, analytical practices as physicochemical and chromatographic methods, as well as biodegradability and toxicity analysis, might play an important role to guarantee pollution limits under control, allowing the discharge of these liquids according to the restricted environmental regulations. This work approaches the physicochemical treatment of the meat industry wastewater by dissolved air flotation and advanced oxidation processes, to promote the elimination of organic contaminants in the wastewater, including residues of veterinary drugs, phthalates, and polyacrylamide polymers (PAM) used as coagulation aids for flotation purposes. The results showed that the treatment with DAF and AOPs presented high elimination rates of organic matter, and significant reduction of toxicity and coliform bacteria. Among the AOPs applied to the wastewater, the photo-Fenton process present the best elimination results, confirmed by the chromatographic methods. Besides, the chromatographic analysis detected the presence of phthalates and phenolic compounds on the effluent by GC-MS, and antibiotics and nitrosamine by LC-MS. On the other hand, the characterization of the sludge generated in the wastewater treatment verified that theses solid wastes might be disposed onto land for agricultural purposes without significant damage to the environment. For the degradation of PAMs, the processes photo-Fenton and H2O2/UV achieved better elimination efficiencies compared to Fenton reaction and potassium ferrate oxidation. From these results, considering the oxidation conditions investigated, a new mechanism for PAM degradation was proposed, including the simultaneous reactions that degrade the molecules, such as photolysis, hydrolysis and chemical oxidation by the ?OH radicals.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Este trabalho reúne ferramentas computacionais de biologia de sistemas num aplicativo chamado GEnSys (Genomic Engineering System), desenvolvido usando o MATLAB®, e que é formado por um conjunto de módulos interdependentes que permite a análise e simulação de redes de reações bioquímicas. Os módulos implementados realizam as seguintes tarefas: simulação dinâmica determinística, análise de controle metabólico, análise de fluxo metabólico, análise de balanço de fluxo e determinação de modos elementares. Uma característica importante do GEnSys é que não há a necessidade da entrada direta da matriz estequiométrica que representa o modelo biológico, pois existe um módulo que lê um arquivo contendo as reações da rede metabólica, escritas em uma sintaxe específica. Este procedimento gera automaticamente a matriz estequiométrica da rede. Para tanto, foi criada uma linguagem formal batizada de Linguagem de Reações Bioquímicas (LRB), flexível e intuitiva. Por exemplo, os nomes dos reagentes e produtos de uma reação podem conter caracteres especiais, tais como +, -, espaço e apóstrofo. Esses símbolos são comuns nos nomes dos compostos bioquímicos. Da forma como foi projetado, o GEnSys pode ser facilmente extendido para outros tipos de métodos de análise envolvendo a matriz estequiométrica. A partir de dados da literatura foram modeladas e simuladas diversas redes metabólicas. Para a Clostridium acetobutylicum foram consideradas todas as reações usadas para a produção de ácidos, solventes e hidrogênio molecular a partir de dois substratos distintos: glicose e glicerol. A rede modelada captura importantes aspectos qualitativos, de acordo com padrão de distribuição de fluxos (velocidades de reação) desta bactéria. Em um dos casos analisados foi possível obter valores quantitativos próximos aos valores reportados na literatura. Foram determinados 29 modos elementares de fluxo para a produção de hidrogênio molecular pela C. acetobutylicum. Destes, há 13 modos distintos envolvidos na produção de H2: seis a partir da glicose, seis a partir do glicerol e um relativo ao NADH, o qual foi considerado externo. Um estudo de caso em que a regulação da expressão gênica é importante foi conduzido comparando-se as simulações estocástica e determinística da via de biossíntese do triptofano da Escherichia coli. Todos os mecanismos de regulação conhecidos do operon trp (transcrição, tradução e inibição enzimática) foram considerados nas simulações estocástica e determinística. Em ambas, o comportamento da atividade da enzima antranilato sintase foi avaliado e comparado aos valores experimentais para uma E. coli selvagem. This work considers a set of computational systems biology tools, written as a MATLAB® toolbox called GEnSys (Genomic Engineering System). GEnSys comprises several interdependent modules that allow analysis and simulation of biochemical reaction networks. The developed implemented modules perform the following tasks: deterministic dynamic simulation, metabolic control analysis, metabolic flux analysis, flux balance analysis and determination of elementary modes. An important GEnSys feature is that the stoichiometric matrix representing the biological model does not have to be supplied directly. A module that reads an external file describing the metabolic network, in a specified, proposed syntax (the Biochemical Reaction Language - LRB), automatically produces the stoichiometric matrix. LRB is a flexible but intuitive language, that also allows the use of common biochemical symbols such as +, -, blank space and primes. Due to its design strategy, GEnSys may be easily extended for other analytical methods involving the stoichiometric matrix. Several metabolic networks were modeled from literature data and simulated using the developed tools. For Clostridium acetobutylicum all important reactions involved in the production of acids, solvents and molecular hydrogen, using two substrates, glucose and glycerol, were considered. The modeled network captures essential qualitative behavior, according to expected flux distribution from that bacterium. In one of the analysed cases, good quantitative agreement with literature data was found. Twenty-nine flux elementary modes for the molecular hydrogen production were found, thirteen of them involved in the H2 biosynthesis: six from glucose, six from glycerol, and one regarding NADH production. NADH was considered an external metabolite. A comparison between stochastic and deterministic simulation was carried out using a model where genetic regulation is important, the tryptophan biosynthesis by Escherichia coli. All known regulatory mechanisms for the trp operon (transcription, translation and enzymatic inhibition) were taken into account. In both cases, the catalytic behavior of the anthranilate synthase enzyme was evaluated and compared to experimental values reported to wild type E. coli.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. A ocorrência de fármacos no meio ambiente tem se tornado um assunto de interesse nos últimos anos. Grande número desses compostos têm sido detectados em efluentes de estações de tratamento de esgoto (ETEs) municipais, águas superficiais e, menos frequentemente, em águas subterrâneas e água potável em todo o mundo. Alguns dos efeitos adversos causados por fármacos incluem toxicidade aquática, desenvolvimento de resistência em bactérias patogênicas, genotoxicidade, e desregulação endócrina. Diferentes fontes podem ser indicadas para explicar o aparecimento de fármacos no ambiente aquático. Atualmente, é amplamente reconhecido que a principal fonte de poluição são os efluentes de ETEs. Portanto, o descarte de resíduos farmacêuticos nos efluentes de ETEs deve ser minimizado o máximo possível. A remoção de poluentes orgânicos recalcitrantes como fármacos na água e em efluentes pode ser obtida utilizando tecnologias avançadas de tratamento, tais como bioreatores com membranas (BRMs), processos oxidativos avançados (POAs) e adsorção em carvão ativado. O objetivo deste trabalho é avaliar a eficiência de remoção de fármacos por meio de BRMs de ultrafiltração, POAs e adsorção em carvão ativado, identificar metabólitos ou produtos de degradação de fármacos originados durante os tratamentos bem como realizar um estudo cinético de degradação desses compostos. Os fármacos usados neste estudo, três antiinflamatórios não-esteroidais (AINEs) (acetaminofeno, cetoprofeno e naproxeno) e três antibióticos (roxitromicina, sulfametoxazol e trimetoprima), foram adquiridos da Sigma-Aldrich. A primeira etapa do trabalho consistiu em utilizar dois BRMs, com idade de lodo de 15 (BRM-15) e 30 (BRM-30) dias, para avaliar a degradação dos fármacos adicionados no efluente proveniente do tanque de equalização da estação de tratamento de esgoto doméstico (ETE) da cidade de Aachen (Alemanha), que servia de alimentação para os BRMs. Os fármacos foram adicionados diariamente numa concentração de 50 µg/L/d em cada BRM, durante aproximadamente quatro semanas. Em uma segunda etapa de trabalho, compostos farmacêuticos dissolvidos em água Milli-Q ou no permeado dos BRMs a uma concentração de 100 µg/L foram tratados por POAs. Os tratamentos por meio de POAs (radiação UV, O3, H2O2/UV, Fenton e foto-Fenton) foram realizados em um reator cilíndrico de vidro (500 mL) ao longo de 30 minutos. A radiação UV foi proporcionada por uma lâmpada a vapor de mercúrio de média pressão de 15 W. A agitação do sistema foi proporcionada pelo uso de um agitador magnético. Sulfato ferroso heptahidratado foi utilizado como fonte de íons de ferro para o processo Fenton e foto-Fenton. A determinação e a quantificação dos fármacos e seus metabólitos, presentes no permeado dos BRMs, e dos produtos de degradação, originados durante o tratamento por POAs, foram realizadas por meio de um sistema de cromatografia líquida acoplado a um sistema de espectrometria de massa (LC-MS) e espectrometria tandem de massa (LC-MSn), aplicando ionização por electrospray nos modos positivo (IES(+)) (para acetaminofeno, roxitromicina, sulfametoxazol e trimetoprima) e negativo (IES(-)) (para cetoprofeno e naproxeno). Em uma terceira etapa de trabalho, avaliou-se a eficiência de remoção dos fármacos em solução aquosa por meio de adsorção em carvão ativado. Soluções aquosas de fármacos (300 mL) com diferentes concentrações iniciais (1-10 mg/L) foram colocadas em contato com diferentes dosagens de carvão ativado (1; 1,5; 2; 2,5, 3 g/L) por 6h a 25oC, e a concentração dos fármacos foi determinada usando um espectrofotômetro UV-vis. Com relação aos resultados obtidos por meio do tratamento por BRMs, observou-se que os AINEs foram removidos com maior eficiência do que os antibióticos para ambos os BRMs e quando se comparou a eficiência de remoção média entre os dois BRMs, observou-se que o BRM-30 apresentou uma eficiência de remoção maior para todos os compostos em relação ao BRM-15. Metabólitos de acetaminofeno, cetoprofeno e naproxeno foram identificados no permeado de ambos os BRMs. Com relação aos resultados obtidos pelo tratamento utilizando POAs, os compostos cetoprofeno e sulfametoxazol mostraram-se bastante sensíveis à radiação UV. Apesar do tratamento com O3 ter apresentado as maiores eficiências de remoção, não se pôde concluir que foi o melhor tratamento, uma vez que apresentou produtos de degradação desconhecidos cuja polaridade e toxicidade não foram avaliadas. Com relação aos resultados obtidos por adsorção em carvão ativado, observou-se uma eficiência de remoção maior do que 90% para todos os compostos. A adsorção dos compostos alcançou estado de equilíbrio após 6h e foi descrita por meio do uso de isotermas lineares. A cinética de adsorção dos fármacos foi discutida usando 3 modelos cinéticos e verificou-se que o modelo cinético de pseudo-segunda ordem pode descrever a adsorção dos fármacos sobre o carvão ativado.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química Polihidroxialcanoatos (PHAs) são polímeros sintetizados por vários microrganismos e armazenados na forma de reserva de energia e carbono. Sua produção se dá sob condições desfavoráveis de crescimento, como limitação de nitrogênio ou fósforo, e na presença de excesso de fonte de carbono. Poli(3-hidroxibutirato) (P(3HB)) é o polímero mais estudado dentre os PHAs, possuindo características próximas às encontradas no polipropileno. Os PHAs chamam atenção devido à sua biodegradabilidade e possibilidade de substituição dos plásticos petroquímicos. Embora os PHAs apresentem vantagens ambientais sobre os plásticos de origem petroquímica, a sua principal desvantagem é o alto custo de produção, principalmente relativo ao substrato, recuperação e extração do polímero. Neste trabalhou teve-se por objetivo a melhoria das condições de cultivo para o crescimento e produção de P(3HB) por R. eutropha em diferentes temperaturas, seguido de um estudo de extração, caracterização e recuperação do polimero obtido. Os experimentos foram conduzidos em culturas em biorreator utilizando como microrganismo produtor a bactéria Ralstonia eutropha DSM 545. O processo foi dividido em duas fases sendo a primeira um crescimento balanceado e a segunda um crescimento desbalanceado com carência de nitrogênio para acúmulo intracelular do polímero. Primeiramente, a modelagem matemática do crescimento da bactéria foi utilizada para estimar os parâmetros: velocidade específica de crescimento ( max), tempo da fase lag ( ) e aumento logarítmico da população (A), posteriormente definiu-se a melhor temperatura de cultivo para o crescimento e produção de P(3HB) por Ralstonia eutropha. Os modelos de Gompertz Modificado e o Logístico foram ajustados às curvas de crescimento. O modelo que melhor se ajustou aos dados experimentais foi o Modelo de Gompertz Modificado. Não foi possível a obtenção de um modelo secundário que descrevesse a influência da temperatura sobre os parâmetros de crescimento µ, e A, nas diferentes temperaturas de cultivo testadas. A temperatura que proporcionou as melhores condições de cultivo tanto para o crescimento quanto para a produção de P(3HB) foi a temperatura de 32,5ºC, onde nesta condição obteve-se uma produção de P(3HB) de 70,3% em 26,5 horas de cultivo, com uma produtividade de 0,47 g.L-1h-1. O estudo da respirometria como alternativa para definição do estado fisiológico da célula e como ferramenta indicativa de limitações de nutrientes durante a produção de P(3HB) também foi realizado deste trabalho. Foi observado que, para concentrações de substrato inferiores a 12g/L, a cultura começa a sofrer uma desaceleração na sua velocidade específica de respiração (QO2), tornamdo-se um fator limitante na produção de P(3HB). Foi possível visualizar também, através do acompamamento da velocidade específica de respiração, o momento em que começa a ocorrer a limitação de nitrogênio e, consequentemente, o início da produção de P(3HB), isto é indicado através do início da sua desaceleração, o que passa a ser mais acentuado a partir do momento em que ocorre a exaustão do nitrogênio no meio. Como última parte deste estudo, foram realizados testes em diferentes condições de pré-tratamentos celular antes da extração, e testes durante a extração variando-se o tempo e a temperatura, utilizando como solvente o carbonato de propileno. Nesta etapa, observou-se que o melhor resultado foi obtido nas extrações realizadas com pré-tratamento de pH e temperatura de extração a 130ºC/30 min onde obte-se um peso molecular de 1,3.106g/mol, com uma recuperação e pureza de 96,3% e 94,6%. O conjunto de dados obtidos neste trabalho é bastante relevante para a melhoria do processo de produção de P(3HB) Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are polymers synthesized by various microorganisms and stored as reserve of energy and carbon. Their production occurs under unbalanced growth conditions, such as limitation of nitrogen or phosphorus and excess of carbon source. Polyhydroxybutyrate (P(3HB)) is the most studied polymer among the PHAs since its physical properties are remarkably similar to those of polypropylene. The PHAs are important due to their biodegradability and also because the possibility to use them rather than petrochemical plastics. Although PHAs show ecological advantages over petrochemical plastics, their main disadvantage is the high cost of production, mainly due to the polymer substrate, recovery and extraction. In this work, the target was to improve the culture conditions for growth and production of P(3HB) by Ralstonia eutropha in different temperatures, following by the study of extraction, characterization and recovery of the polymeric obtained. The experiments were carried out in a bioreactor using Ralstonia eutropha DSM 545. The process was divided in two phases. The first phase was characterized by balanced growth conditions and the second one occurred under unbalanced growth conditions such as limitation of nitrogen in order to produce intracellular polymer accumulation. Firstly, the mathematical modeling of bacteria growth was used to estimate the following parameters: maximum specific growth rate ( max), time of lag phase ( ) and logarithmic increase of population (A). After, the best cultivation temperature was defined in order to produce P(3HB) by Ralstonia eutropha. The growth models "Modified Gompertz" and "Logistic" was fit to the growth curves. The best model fitted to the experimental data was Modified Gompertz. It was not possible to find a secondary model able to describe the influence of temperature over growth parameters µmax, and A in the different cultivation temperatures tested. The best cultivation temperature for growth and for P(3HB) production was 32.5°C, in which 70.3% of P(3HB) was produced in 26.5 hours of cultivation, with productivity of 0.47 g.L-1h-1. The respirometry study, as a alternative for definition of the physiologic state of the cell and also as a toll which give indication of nutrients limitation during the P(3HB) production, was done in this work too. It was observed that when the concentration of substrate was under 12g/L, the culture start to suffer a slowdown of its specific respiration rate (QO2), becoming itself a limiting factor of P(3HB) production. It was also possible to see, following the specific respiration rate, the exactly moment when begins the nitrogen limitation and, consequently, the P(3HB) production phase. This phase is indicated by the decrease of QO2 value, followed by the acceleration of this diminution when the exhaustion of nitrogen occurs in the media. In the last step of this study, tests were made in different conditions of cellular pre-treatment before extraction and tests were made during the extraction under different time and temperature conditions, using propylene carbonate as a solvent. In this step, it was observed that the best results was found when the extractions were made with pre-treatment of pH and temperature of extraction at 130°C/30 min which was obtained molecular weight of 1.3 x 106g/mol and recuperation and purity of the 96.3% and 94.6%, respectively. The set of the data obtained in this work is enough relevant to the improvement of the P (3HB) production process. .

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. A conhecida versatilidade do método sol-gel para a obtenção de materiais de distintas composições e aplicações apresenta-se como uma via propícia para o desenvolvimento de materiais com propriedades biocidas. Este trabalho descreve o desenvolvimento de materiais biocidas inorgânicos e híbridos pela técnica sol-gel com a incorporação de íons metálicos. Os sóis inorgânicos foram obtidos através da hidrólise e condensação do tetraetoxissilano (TEOS) em meio ácido. Os íons incorporados neste sistema foram a prata, cobalto, cobre, zinco, cromo e manganês. Foram preparados sóis híbridos a partir de tetraetoxissilano (TEOS), 3-3-metacrilóxi-propiltrimetoxissilano (MPS), metiltrietoxissilano (MTES) e suspensão de sílica coloidal em meio ácido. Nestes sóis a prata foi introduzida no sistema na forma de nitrato de prata. A estabilidade dos diferentes tipos de sóis foi avaliada pela medida de viscosidade, apresentando um comportamento Newtoniano. O efeito de envelhecimento foi insignificante após um mês de preparação. Com os sóis desenvolvidos foram obtidos recobrimentos através da técnica de imersão com diferentes velocidades de extração, seguido do tratamento térmico entre 130 e 400 ºC. Pós foram obtidos pela secagem e tratamento térmico dos sóis desenvolvidos. A evolução dos sóis, recobrimentos e pós foi avaliada por Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR). Foram obtidos também vidros de borossilicato de sódio dopados com prata, os quais foram introduzidos nos recobrimentos através de partículas de vidro com tamanho de aproximadamente 20 µm. As partículas de vidro foram caracterizadas pelas técnicas de Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Difração de Raios X (DRX), Distribuição do Tamanho de Partículas (DTP) e liberação de íons em meio aquoso. A propriedade biocida dos pós e recobrimentos foi analisada em Staphylococcus aureus e Escherichia coli, mediante a técnica de difusão em ágar. Os recobrimentos desenvolvidos apresentam capacidade de liberar íons biocidas impedindo o crescimento de bactérias. Deste modo, possuem aplicações potenciais para prevenir e eliminar a contaminação por microorganismos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Química O processo Fenton Clássico tem se mostrado altamente eficiente na oxidação de corantes e de uma grande variedade de poluentes orgânicos resistentes, mas possui em desvantagem o elevado custo do peróxido de hidrogênio (H2O2), pH restrito e a formação de lodo devido à precipitação do ferro, na etapa de coagulação. O processo foto-Fenton Homogêneo tem maior velocidade de degradação dos poluentes que o Fenton Clássico, porém a quantidade de H2O2 requerida para alcançar a completa mineralização ainda permanece alta, tornando o processo não muito atrativo do ponto de vista econômico, além de ainda permanecer o problema da formação do lodo. O processo Fenton Heterogêneo surge como alternativa para contornar algumas dessas desvantagens. O processo consiste na utilização de um catalisador sólido composto, eliminando assim a etapa de coagulação do lodo e diminuindo a dependência do pH presente no foto-Fenton homogêneo, além de poder ser facilmente recuperado ao final do processo. A injeção de oxigênio molecular também pode ajudar na mineralização de corantes dissolvidos em água através das reações Fenton e foto-Fenton, atuando como aceptor de elétrons e substituindo, pelo menos parcialmente, o peróxido de hidrogênio. A quantidade de O2 parece ser dependente do pH, da temperatura e da concentração inicial de peróxido de hidrogênio. Este trabalho tem como objetivo avaliar duas alternativas para redução do consumo de H2O2 e da formação de lodo no processo Foto-Fenton. Para isso, ar atmosférico foi injetado no sistema reacional, como oxidante adicional, e um catalisador insolúvel de ferro, a pirita (FeS2) foi utilizado como fonte de ferro. Uma solução aquosa contendo o corante Lurazol SN (Direct Black38), foi usada como sistema modelo para o estudo da cinética de degradação. A pirita (FeS2) foi escolhida por ser um catalisador com alto teor de ferro, pela sua estrutura química bem conhecida e pelo baixo custo, além de ser abundante em ambientes superficiais. A cinética de degradação foi avaliada em reator descontínuo sob diferentes condições de pH, concentração de H2O2, dosagem de catalisador, concentração de corante e adição ou não de ar dissolvido. Em intervalos regulares de tempo, alíquotas da solução foram retiradas e filtradas em membrana 0,22 m e a concentração de corante não convertido foi determinada espectrofotometricamente a 590nm. Foram avaliados os efeitos dos parâmetros operacionais acima descritos sobre o processo de degradação do corante. Os resultados mostraram que a cinética de degradação do Lurazol SN através dos processos Fe(II)/H2O2/UV, Fe(II)/H2O2/Ar/UV pode ser descrito por um modelo de pseudo-primeira ordem, e que a adição de ar atmosférico não altera a velocidade de descolorização apreciavelmente. As energias de ativação dos processos de oxidação Fe(II)/H2O2/UV e Fe(II)/H2O2/Ar/UV são, respectivamente, 12,6 e 8,6 kJ/mol. A degradação do corante através do processo heterogêneo usando Pirita/H2O2/UV e Pirita/H2O2/Ar/UV é mais lenta do que nos processos homogêneos, devido às limitações difusionais características dos processos heterogêneos e devido à lenta liberação de ferro para a fase líquida. Entretanto, observou-se que o peróxido de hidrogênio é cataliticamente decomposto para formar radicais hidroxila tanto pelas reações em fase homogênea (pelo Fe(II) lixiviado para a fase líquida), como pelas reações heterogêneas na superfície da pirita. A decomposição do corante obedeceu a uma lei cinética de ordem zero e acontece apenas em fase aquosa. A energia de ativação da reação de degradação do corante através do processo Pirita/H2O2/UV é 18,5 kJ/mol, valor muito próximo ao encontrado para os sistema Fe(II)/H2O2/UV. Os resultados indicam que as reações homogêneas de degradação de corante têm maior importância do que as reações que ocorrem na superfície do sólido, mas nos sistemas heterogêneos, estas reações são limitadas pela liberação do ferro para a solução, tornando o processo mais lento e mais eficiente na remoção de cor. The Fenton process has been shown highly efficient for the degradation of dye and a variety of recalcitrant organic pollutants, but some disadvantages have been pointed out as the high cost of hydrogen peroxide (H2O2) and the sludge generated due to iron coagulation/precipitation. The photo-Fenton process is faster than Fenton process for pollutants degradation, however the amount of H2O2 required in the oxidation is not reduced enough to make the process industrially feasible, besides, the sludge generation is still a problem. The Heterogenous Fenton process has emerged as alternative to solve these disadvantages. This process uses a solid catalyst, therefore the sludge coagulation step can be eliminated and the pH-dependecy reduced, besides, this kind of catalyst can be easily recorvered in the end of the process. When Fenton and photo-Fenton are used to mineralize dye solutions, molecular oxygen (O2) can play an important role as electrons acceptor and replacing, at least partially, the hydrogen peroxide. The amount of O2 seems to be independent of pH, temperature and initial concentration of H2O2. This work aims to evaluate two alternatives to reduce of H2O2 consumption and sludge generation in the photo-Fenton process. For that, atmospheric air was bubbled into reactional system, as an extra oxidant, and pyrite (FeS2) was used as a solid catalyst. A dye solution with Lurazol SN (Direct Black38) was used as a model system to evaluate the decolouration kinetics. The Pyrite (FeS2) has been chosen for being a high iron content catalyst, for its well known chemical structure and its low-cost, besides it can be easily founded in surface environments. The reaction was carried out in a batch reactor under different conditions of pH, H2O2 concentration, catalyst dose, dye concentration and with or without bubbling of atmospheric air. Some samples was taken and filtrated with membrane 0,22 m and the non-converted dye concentration was measured in spectrophotometer, at 590 nm. The influence of operational parameters in dye degradation was investigated. The results show that the degradation of Lurazol SN through the processes Fe(II)/H2O2/UV, Fe(II)/H2O2/Air/UV can be described by pseudo first order model, and the bubbling of atmospheric air do not affect the rate of degradation, in a short time. The activation energy (Ea) for both processes are 12,6 and 8,6 kJ/mol, respectively. The dye degradation through heterogeneous processes, Pyrite/H2O2/UV and Pyrite/H2O2/Air/UV, is slower than the homogenous one. This is due to the difusional limitations, a common characteristic of the heterogeneous systems, and due to the slow leaching of iron. However, it was observed that H2O2 is catalytically decomposed by the catalyst surface and by the soluble iron. The dye degradation obeys zero order model and it takes place only in aqueous phase. The Ea = 18,5 kJ/mol was very close to the one achieved for homogeneous systems. The results show that homogeneous reactions seems to be more important than the reactions that takes place in the catalyst surface, but in the heterogeneous system, these reactions are controlled by the release of the iron in the solution, which makes the process a slightly slower in the beginning and more efficient in the color removal.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química A inulina tem sido utilizada como um ingrediente alimentício, atualmente fazendo parte dos alimentos funcionais. Quando incorporada à dieta, a inulina atua como "prebiótico", promovendo o desenvolvimento seletivo de microrganismos benéficos. Além dessa ação, apresenta também outras funções na saúde, agindo como fibras dietéticas. O consumo de inulina também contribui para o melhoramento do equilíbrio mineral do cálcio, magnésio e ferro. A inulina também apresenta interesse tecnológico/funcional. Pode ser considerada um ingrediente alternativo que permite substituir gorduras com sucesso, produzindo sensação similar na boca. Também pode ser utilizada como fonte natural e alternativa de açúcar (frutose) com baixo teor calórico. Além das propriedades já referidas, a inulina exibe outras propriedades interessantes como a da ação estabilizante de espumas e emulsões. Este trabalho tem por objetivo o estudo de diferentes condições e alternativas para a extração da inulina do alho (Allium sativum L. var. Chonan), seguido da modelagem e simulação dos dados experimentais. Os efeitos da temperatura sobre o rendimento de extração de inulina do alho foi analisado em batelada, a qual foi realizada por imersão de alho cortado em água, na proporção de 1:5 (M/V) por 1 hora, sob agitação, a 25, 45, 60, 75 e 90°C, seguido de filtração. O processo em fluxo contínuo foi realizado em coluna de leito fixo com passagem única e com recirculação do solvente, variando a vazão em 0,59; 2,4; e 4,7 cm3/min para ambos os casos, na temperatura de 60°C. O sistema de extração foi formado de uma coluna cilíndrica de vidro com capacidade interna de 60 cm3, recheada com alho fatiado e pérolas de vidro na proporção de 1:2 (inerte:alho) em massa. Em todas as condições de estudo foi realizado a cinética de extração de inulina e esgotamento dos açúcares do alho até o equilíbrio. Extraiu-se inulina por maceração até formação de pasta, seguido de processos de lavagem e peneiramento em cada etapa, a temperatura ambiente. Dentre os processos estudados, a extração em coluna com passagem única de solvente demonstrou-se mais vantajosa, no que se refere ao conteúdo de inulina extraído, tempo de extração e economia de energia e equipamentos para o sistema. Na simulação do processo em batelada, o modelo difusivo de duas resistências consegue descrever satisfatoriamente a cinética de extração de inulina do alho em batelada com agitação constante e para diferentes temperaturas. Para a simulação em coluna, apesar da dispersão nos dados experimentais, o modelo descreveu de forma satisfatória as diferentes configurações estudadas.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química A indústria têxtil consome quantidade considerável de água durante os processos de tingimento e acabamento. Os corantes são extensivamente usados e os efluentes descarregados em rios ou plantas de tratamento público são altamente contaminados. A introdução de cor nos corpos receptores pode provocar, além de poluição visual, forte interferência nos processos fotossintéticos naturais. O objetivo do presente trabalho foi investigar a remoção dos corantes reativos, Preto Reativo 5 e Laranja Reativo 16, através do processo combinado de tratamento coagulação/adsorção em carvão ativado. Um carvão ativado derivado de cascas de coco foi utilizado como adsorvente e cloreto de alumínio foi escolhido como coagulante. Visando obter as melhores condições de remoção dos corantes, verificou-se a influência dos seguintes parâmetros: dosagens de coagulante e alcalinizante, condições operacionais ótimas de agitação e sedimentação, pH da solução aquosa, agitação do banho, granulometria do adsorvente, temperatura da mistura e adição de sal (cloreto de sódio). Espectrofotometria foi a técnica de análise utilizada para medir a concentração do corante remanescente na fase fluida. Os modelos de isotermas de Langmuir, Freundlich e Radke & Prausnitz foram utilizados para correlacionar os resultados experimentais, tendo apresentado boa correlação. A eficiência de remoção foi de aproximadamente 90% e 84% para o Preto 5 e Laranja 16, respectivamente. Para a avaliação final do efluente obtido após o processo de coagulação e adsorção, foram realizados testes de toxicidade aguda com Artemia salina e Daphnia magna, verificando-se que o efluente final não era tóxico. O processo combinado coagulação/adsorção mostrou-se uma excelente opção para a remoção de corantes reativos. The textile industry consumes considerable amounts of water during the dyeing and finishing operations. Dyes are extensively used and hence wastewaters discharged in rivers or public sewage treatment plants are highly contaminated. The introduction of color in rivers can provoke, beyond visual pollution, strong interference in the natural photosynthetic processes. The aim of the present work was to investigate the removal of reactive dyes, Reactive Black 5 and Reactive Orange 16, through of combined process coagulation/adsorption in activated carbon. A coconut-based powdered activated carbon was used as an adsorbent and aluminum chloride was chosen as a coagulant. In order to get the best removal condition for these dyes, it was verified the influence of the lkalinity, optimal operating conditions of agitation and sedimentation, aqueous solution pH, agitation, adsorbent particle size, temperature of mixture and addition of sodium chloride. Spectrofotometry was the entration of the dye remained in the fluid phase. Adsorption results of reactive dyes were analyzed by Langmuir, Freundlich and Radke & Prausnitz isotherms models and showed good correlation. The dye removal efficiencies were approximately 90% and 84%, for Black 5 and Orange 16, respectively. For the final evaluation of the effluent, obtained after the coagulation and adsorption process, acute toxicity tests were carried out with Artemia salina and Daphnia magna, and the results obtained showed that the final effluent was not toxic. The combined coagulation/adsorption process was an excellent option for removal of reactive dyes.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química A polimerização em semi-suspensão é um processo realizado em duas etapas: no primeiro estágio é realizada uma pré-polimerização em massa e no segundo, a reação prossegue como uma suspensão convencional. Esse processo em relação à polimerização em suspensão convencional permite um melhor controle da distribuição do tamanho de partículas (DTP) além de produzir polímeros com baixa dispersão de tamanho. Dessa forma, no momento do estabelecimento da suspensão, quanto maior a viscosidade da mistura, maiores serão os tamanhos das gotas, pois a energia necessária para promover o quebramento e dispersão em diâmetros menores deve ser grande o suficiente para vencer as forças viscosas. Portanto, como a freqüência de agitação é mantida constante, a quantidade de energia necessária para promover o quebramento não é suprida pelo sistema. A DTP do polímero influencia diretamente na aplicação do produto final. Partículas com tamanho muito pequeno influenciam a classificação granulométrica, contaminam a atmosfera do ambiente fabril e geralmente possuem baixo valor comercial, principalmente no caso da produção de poliestireno expansível (EPS). As partículas que possuem diâmetro acima de um determinado tamanho causam problemas na transformação e nas propriedades mecânicas do produto final. Neste trabalho foram realizadas polimerizações em semi-suspensão ex situ e in situ do estireno para avaliar a influência do tempo de pré-polimerização e a concentração do agente estabilizante sobre a DTP. Paralelamente, a caracterização do polímero (determinação da conversão, massa molar e a morfologia) foi realizada visando avaliar a influência do período de pré-polimerização nas propriedades finais do material. Os resultados obtidos mostraram que a semi-suspensão possibilita estreitar a DTP e adequá-la à faixa de aplicação, sem alterar as características do polímero final. Adicionalmente, a modelagem matemática foi realizada com o objetivo de estimar o comportamento cinético da polimerização via radicais livres do estireno e descrever a DTP, sendo que mostrou boa concordância com os dados experimentais.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química A remoção de corantes presentes em efluentes industriais tem recebido enorme atenção nos últimos anos. Isto se deve ao aumento da conscientização e ao maior rigor das leis ambientais. A adsorção é uma das técnicas que tem sido empregada com sucesso para uma remoção efetiva da cor. Devido ao alto custo de alguns adsorventes convencionais, pesquisas vêm sendo direcionadas para o uso de adsorventes alternativos como cinzas de fundo, lodo, lamas vermelhas, "fly ashes", lodo de fornalha de explosão, etc. Neste trabalho, utilizou-se o lodo ativado residual de uma indústria de tratamento de efluentes têxteis como adsorvente alternativo na remoção de corantes reativos mono e bifuncionais. Este lodo passou por um processo de ativação térmica e química tornando-se um adsorvente com grande capacidade de adsorção podendo ser comparado a carvões ativados comerciais. Os corantes utilizados no presente trabalho foram o corante reativo Vermelho C. I. RR2 e corante Reativo Vermelho C. I RR141. Visando obter as melhores condições de remoção destes corantes foi investigada a influência dos parâmetros como temperatura e adição de eletrólitos (Cloreto de Sódio ou Sulfato de Sódio) à solução. As melhores condições obtidas para a adsorção destes corantes, mediante ensaios cinéticos e de equilíbrio, foram empregadas para a adsorção em contínuo, a qual teve por finalidade, estabelecer parâmetros de projeto de colunas de adsorção em leito fixo. A obtenção destes parâmetros operacionais permitiu o escalonamento dos dados laboratoriais para um sistema em planta industrial. Os modelos de Langmuir, Freundlich e Radke & Prausnitz foram utilizados para ajustar os dados experimentais da variação da concentração do soluto adsorvido na fase sólida (adsorvente) em função da concentração de equilíbrio na fase fluida e apresentaram boa correlação. De acordo com os dados experimentais, para ambos os corantes, há uma redução da capacidade de adsorção do lodo adsorvente quando o sistema opera em temperaturas superiores a 40°C. Comparando ambos os corantes a 25°C, percebe-se uma maior eficiência do adsorvente para a remoção do corante RR141 e, quando se adicionou 10% de Cloreto de Sódio em massa ao adsorbato RR141, a capacidade máxima de adsorção passou de 66,67 mg/g para 78,74 mg/g. Para os ensaios em contínuo, um aumento na vazão de operação das colunas provoca uma diminuição no tempo de ruptura e, para um aumento da altura de leito, há um aumento no tempo de ruptura para ambos os corantes estudados. Os resultados obtidos para o escalonamento dos dados laboratoriais para as colunas de adsorção permitiram concluir que quando a coluna opera na adsorção de corantes reativos bifuncionais, o tempo de operação da mesma aumenta 43,5% em relação aos corantes reativos mono funcionais. Contudo, a remoção de corantes reativos presentes em efluentes têxteis utilizando lodo ativado termicamente e quimicamente como adsorvente apresentou ótimos resultados, podendo este ser empregado como alternativa para o tratamento dos efluentes aquosos da indústria têxtil. The removal of dyes present in industrials wastewaters has received enormous attention in recent years. This is due the increasing awareness and the tightening of the environmental laws. The adsorption is one of the techniques that have been successfully used for effective remove color. Due to the high cost of some conventional adsorbents, researches are being directed to use alternative adsorbents like bottom ash, slag, red muds, fly ashes, blast furnace sludge, etc. In this work, the activated sludge residual of an industry of treatment of wastewater textiles was used as adsorbent alternative in the removal of reactive azo and diazo dyes. This sludge passed through a process of thermal and chemical activation becoming one adsorbent with great capacity of adsorption and can be compared against commercial activated carbons. The dyes used in the present work were Reactive Red dye C. I. RR2 and Reactive Red dye C. I. RR141. To obtain the best conditions for removal of these dyes it was investigated the influence of parameters such as temperature and addition of electrolytes (Sodium Chloride and Sodium Sulphate) to the solution. The best obtained conditions for the adsorption of these dyes, with tests kinetics and equilibrium, were used in continuous adsorption, which had the purpose to establish parameters of project of columns of adsorption in fixed bed. Obtaining those operational parameters enabled the scaling of laboratory data to a system in industrial plant. The Langmuir, Freundlich e Radke & Prausnitz models had been used to adjust the experimental data of the variation of the concentration of solute adsorbed on the solid phase (adsorbent) in function of the concentration of balance in the fluid phase and showed good correlation. According to the experimental data, for both dyes, there is a reduction in capacity for adsorption of the sludge adsorbent when the system operates at temperatures above 40°C. Comparing both dyes at 25°C, it is perceived to be a greater efficiency of adsorbent for the removal of dye RR141, and when 10% of Sodium Chloride was added in mass to adsorbate RR141, the maximum capacity of adsorption increased from 66.67 mg/g to 78.74 mg/g. For the continuous tests, an increase in the flow of operation of the columns causes a decrease in the rupture time, and to an increase in the height of bed, there is an increase in the rupture time of for both dyes studied. The results for the scaling of laboratory data for the columns of adsorption have concluded that when the column operates on the adsorption of reactive diazo dyes, the time of operation of the same increases 43.5% in relation to reactive azo dyes. However, the removal of reactive dyes present in textiles wastewater using waste sludge chemically and thermally activated as adsorbent showed excellent results, it can be used as an alternative for the treatment of aqueous wastewater from the textile industry.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Com o objetivo de comprovar a viabilidade técnica e econômica de um modelo de reutilização de água na indústria de frango se desenvolveu o referido estudo. A viabilização do presente estudo é extremamente atrativa pelo aspecto econômico e principalmente na atual situação mundial onde os recursos naturais estão cada vez mais limitados como a água potável, portanto é possível adotar tecnologias como retratadas no trabalho colaborando para preservação das águas servidas. O emprego de uma peneira, subsequentemente um tratamento físico químico para redução de material disperso no efluente e uma posterior degerminação com emprego de sistemas de lâmpadas ultravioletas associado à adição de cloro suficiente para atender aos requisitos normativos e promover o residual germicida foi o modelo de trabalho adotado. In order to prove the technical feasibility and cost of a model for the reuse of water in the chicken industry has developed this study. The feasibility of this study is extremely attractive by the economic aspect and particularly in the current world situation where natural resources are increasingly limited so it is possible to adopt technologies as portrayed in the work collaborating for preservation of water served. The use of a micro screen, then a treatment for physical chemical reduction of material dispersed in the effluent and a subsequent microbial death with employment systems, ultraviolet lamps associated with the addition of chlorine sufficient to meet the regulatory requirements and promote the residual effect would the germicidal type of work done.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química No presente trabalho são determinados os valores das constantes da taxa de propagação através da técnica de polimerização por pulso de laser (PLP) para dois sistemas, estireno puro e estireno na presença de diferentes frações molares de d-limoneno, conforme a metodologia recomendada pela IUPAC. Os valores obtidos mostraram que a constante da taxa de propagação para o experimento de polimerização do estireno na presença de d-limoneno tem o mesmo valor da constante da taxa de propagação do estireno puro, ambos em concordância com valor publicado pela IUPAC para a polimerização do estireno puro. Os dados obtidos das reações de polimerização em massa do estireno na presença do d-limoneno foram utilizados em conjunto com a equação de Mayo para obter o valor da constante de transferência de cadeia para a molécula de d-limoneno, apresentando um valor bem superior ao da transferência de cadeia para a molécula de estireno, conforme valores retirados da literatura. Também são realizadas algumas polimerizações em massa do d-limoneno puro via radicais-livres, onde a conversão não ultrapassou um valor de 3%, porém comprova a possibilidade desta polimerização. The aim of this work is to evaluate the chain transfer rate constant and propagation rate constant for the styrene polymerization in the d-limonene presence. The chain transfer constant to d-limonene (Ccta) was evaluated by Mayo procedure using both the number-average molecular weight (Mn) and the weight-average molecular weight (Mw), where Ccta = kcta/kp. Results allowed us to conclude that different initiator concentrations and temperatures have no influence on the Ccta value. Pulsed-laser-polymerization was carried out for the styrene pure and styrene/d-limonene system in a temperature range of zero to 30°C. Propagation constant rate values were evaluated as well as the Arrhenius number (A) and the Activation Energy (Ea) and compared to the IUPAC work values. Results showed that the d-limonene molar fraction had no influence on the propagation rate constant for the styrene polymerization.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2008. A Síndrome do X Frágil (SXF) é a forma de retardo mental herdado mais comum encontrada, afetando um entre 4000 homens e uma entre 8000 mulheres. Ela é causada devido a alterações do nível de transcrição e tradução do gene FMR1, que nos humanos e em vários outros mamíferos se encontra na região Xq27.3 do cromossomo X humano. Este gene codifica a proteína FMRP, cuja falta de expressão está associada ao retardo mental e a outros fenótipos característicos da SXF. A função da proteína FMRP no organismo ainda não é totalmente conhecida, porém acredita-se que ela esteja intimamente ligada ao transporte de mRNA do núcleo para o citoplasma dos neurônios e na sua condução até os ribossomos, onde faz parte dos complexos de ribonucleoproteínas (RNP) e controla a tradução de determinados mRNA. Diante deste contexto, este trabalho tem o objetivo de contribuir para a compreensão dos elementos reguladores da expressão do gene FMR1 e também incrementar os estudos sobre as funções desempenhadas pela proteína FMRP. Uma análise da região à montante do códon de início do gene FMR1, utilizando técnicas de genômica comparativa, gel shift e espectrometria de massa mostrou potenciais sítios de interação para proteínas de transcrição. Foram identificadas várias proteínas que interagiram com os segmentos de DNA conservados estudados in vitro, com especial significância para as proteínas Pur-a, Pur-b e as ribonucleoproteínas heterogêneas A2/B1 (hnRNP A2/hnRNP B1). O papel da Pur-a e Pur-b como elemento na regulação da transcrição do gene FMR1 nunca foi demonstrado, sendo esse o primeiro trabalho que propõe esta relação. No estudo sobre a função da proteína FMRP utilizou-se análise de fluxos metabólicos para calcular os fluxos intracelulares dos complexos envolvidos na regulação da tradução de mRNA nos dendritos neuronais, onde a FMRP é uma proteína chave. O uso de modelos estequiométricos das reações ou interações e a aplicação de balanços de massa permitiram a estimativa de alguns fluxos importantes no papel biológico da FMRP em nível celular. Esses resultados poderão auxiliar no diagnóstico e tratamento da Síndrome do X-Frágil e doenças relacionadas. Fragile X Syndrome (FXS) is the most common form of inherited mental retardation with the incidence of 1:4000 in males and 1:8000 in females. The syndrome occurs as an effect of the lack of expression of the fragile X mental retardation protein (FMRP) codified by the FMR1 gene located in the q27.3 region of the X chromosome. Absence of the FMRP results in mental retardation and other characteristics of the Fragile X phenotypes. Some FMRP functions in the organism are still unknown; however, structural evidences of the protein suggest that it is involved in nuclear export, cytoplasmic transport, and/or translation control of target mRNA. In this work, we combined in silico comparative genomics tools with proteomic analysis to investigate regulatory elements in the upstream region of the FMR1 gene transcription start site. We identified proteins that interact with studied DNA conserved sequences, particularly Pur-a, Pur-b and heterogeneous nuclear ribonucleoproteins A2/B1 (hnRNP A2/hnRNP B1). To our acknowledge this is the first work that correlate those proteins to the FMR1 gene transcription. We used Metabolic Flux Analysis (MFA) to estimate turnovers of molecules and complexes involved in mRNA transport to dendrites and its translation at synapses. Stoichiometric models of biochemical reactions or interactions and mass balances may be useful in diagnosis and future treatment of the Fragile X Syndrome and related diseases.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Química A suinocultura é uma atividade importante no estado de Santa Catarina. Sabe-se, no entanto, que é bastante impactante no que se refere ao meio ambiente. Em média, o efluente apresenta concentração de amônio da ordem de 1000 mgN.L-1, DQO da ordem de 60000 mgO2.L-1 ou 7000 mgO2.L-1 quando já pré tratado em decantador primário. Baseado nos princípios dos novos processos biotecnológicos de eliminação de nitrogênio, realizados via nitrito, estabeleceu-se uma remoção combinada de N-NH4+ e DQO para um efluente proveniente do decantador primário da estação de tratamento de efluentes (ETE) da Embrapa - Suínos e Aves (Concórdia - SC). Para tanto, construíram-se dois reatores com capacidade de 2 litros (R1 e R2) que foram operados em batelada seqüencial (SBR), com aeração intermitente e TRH de 2 dias. Ambos os reatores foram inoculados com cultura mista, oriunda do sistema de lodos ativados da Companhia de Saneamento do Estado de Santa Catarina (CASAN), que inicialmente passou pelo processo de "lavagem", visando a seleção de Bactérias Oxidadoras de Amônio (BOA). Após este processo as células passaram por um período de adaptação com meio sintético contendo 500mgN-NH4+.L-1 e 2000mgDQO.L-1 no R1 e 500mgN-NH4+.L-1 e 1000mgDQO.L-1 no R2. Após atingido estado estacionário foram realizadas substituições progressivas com 25, 50, 75, 100% de efluente real, tendo como base a concentração de amônio. Durante a primeira etapa de adaptação, contando somente com o amônio no meio sintético de alimentação, obteve-se valores de velocidade específica de consumo de amônio em torno de 39 mgN-NH4+.gSST-1.h-1. Neste período a concentração celular não aumentou significativamente, mantendo-se próximo a 1,26gSST.L-1. Com a adição de acetato como fonte de matéria orgânica, além do alto crescimento celular, que atingiu valores de 7gSST.L-1, a velocidade específica de consumo de amônio reduziu para 5,5 mgN-NH4+.gSST-1.h-1. Este valor foi praticamente mantido durante todo o período de substituição por efluente real. A remoção média apresentada pelo sistema ao final do processo de substituição, contando com 500 mgN-NH4+.L-1 proveniente do efluente real, foi de 95,5% para o nitrogênio e de 90,5% para a matéria orgânica. The swine production is an important activity of Santa Catarina State. However, the high COD (7000 mgO2.L-1) and ammonium (1000 mgN-NH4+.L-1) concentration of these wastewaters can make this activity very harmful if it is not treated properly. Based on new biotechnological process principles for nitrogen elimination, conducted via nitrite, the combined removal of ammonium and COD was established for a pre-treated wastewater, coming from a primary settler. A two liter Sequencing Batch Reactor (SBR) was built, and operated with intermittent aeration and HRT of 2 days. A mixed culture, from an activated sludge system, was adapted to a synthetic medium, containing 500 mgN-NH4.+.L-1and COD 2000 mgO2.L-1, and progressive substitution to the natural pre-treated wastewater in proportions of 25, 50, 75, 100%. During first step, medium with ammonium only, specific velocity of 39 mgN-NH4+.gSST-1.h-1 was obtained. On this step, cellular concentration did not increase significantly, maintained in values around 1,26 gSST.L-1. With sodium acetate addiction, besides the high cellular growth (about 7 gSST.L-1), the specific velocity of ammonium consumption decreased to 5,5 mgN-NH4+.gSST-1.h-1. This value was maintained during all substitution to swine wastewater step. In the end of the experiments the system presented an average removal of 95,5% for nitrogen and 90,5% for COD.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. A microencapsulação é capaz de aumentar o tempo de vida útil de compostos voláteis, presentes em produtos alimentícios e cosméticos. No presente trabalho são apresentados os resultados da microencapsulação do óleo essencial de capim limão (Cymbopogom citratus) com poli(álcool vinílico) reticulado com glutaraldeído através da técnica de coacervação simples ou salting out. Foram avaliados quatro tipos de PVA com diferentes massas molares e graus de hidrólise. Os resultados experimentais mostraram que PVAs de elevado grau de hidrólise apresentam baixa ativação superficial, não estabilizando o óleo essencial e não formando microcápsulas. A distribuição de tamanho das microcápsulas apresentou estreitamento e deslocamento para faixas de diâmetro menores com o aumento da temperatura de reação, com a diminuição da fração volumétrica e com o aumento da taxa de agitação. A absorção de água, ou intumescimento, das microcápsulas foi diminuída com o aumento da razão de reticulação utilizada. A adição de nitrogênio ao meio de reação foi avaliada e os resultados indicaram que a taxa de reação foi maior. Foram testados um estabilizante, poli(pirrolidona vinílica) e um surfactante, dodecil sulfato de sódio, para evitar a reticulação entre as microcápsulas. Somente o dodecil sulfato de sódio mostrou-se eficiente. O óleo essencial de capim limão foi avaliado antes e após ser microencapsulado quanto a sua composição e atividade antimicrobiana, avaliada por concentração mínima inibitória. Não foram observadas alterações que pudessem comprometer a sua atividade antimicrobiana. A liberação do óleo essencial microencapsulado foi avaliada por hidrodestilação das microcápsulas e foi comparada à hidrodestilação do óleo essencial puro mostrando que o óleo encapsulado é liberado a uma taxa menor. Por fim o glutaraldeído foi quantificado através de HPLC em função do tempo de reação, mostrando que sua maior parte é consumida na primeira hora de reação.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Quimica. O setor têxtil é um dos segmentos de maior geração de empregos no segmento industrial, e assume papel relevante entre as indústrias no consumo de água e geração de efluentes. Esses efluentes, de matriz complexa e de elevado potencial poluidor, contêm elevada carga orgânica, cor acentuada e compostos químicos tóxicos ao homem e ao meio ambiente. Os processos têxteis são caracterizados por um grande número de operações e usos de equipamentos contínuos e em bateladas, utilizando um grande número de substâncias químicas, como os corantes, que variam em função da fibra que compõe os tecidos e da tendência da moda. Numerosas operações são necessárias a fim de dar ao tecido o máximo de propriedades, gerando assim, em cada etapa, diferentes despejos. A demanda por maior responsabilidade social e ecológica, a pressão dos órgãos ambientais e os custos de produção, têm levado as indústrias têxteis a adotarem estratégias ambientais preventivas, desenvolverem novas tecnologias e melhorarem as existentes para que possam gerar um diferencial competitivo. Portanto, novas tecnologias têm sido buscadas para a degradação ou eliminação dos efluentes aquosos. A redução do volume de efluentes através de recirculação e reaproveitamento de água e recuperação de produtos químicos e subprodutos, sem comprometimento da qualidade do produto acabado, constitui no maior desafio enfrentado pela indústria têxtil. Considerando este contexto, o presente trabalho tem como foco central apresentar um modelo de redução do consumo de água industrial através de reúso de água nos lavadores contínuos da indústria têxtil. Com esse objetivo, foi desenvolvida uma metodologia baseada no Método do Diagrama de Fontes de Água, DFA, visando à redução do consumo de água industrial, com uma estratégia para o reúso de efluentes oriundos da lavanderia têxtil. Os resultados preliminares demonstraram a eficácia na aplicação da metodologia proposta, onde nos estudos de casos apresentados foram geradas alternativas com redução significativa no consumo de água. The textile sector is one of the segments which produce more jobs in the industry and plays a relevant role among industries in terms of water consumption and effluents' generation. These complex matrix and high polluting effluents have an elevated organic charge, accentuated color, and chemical compositions which are toxic to humankind and to the environment. The textile processes are characterized by a large number of operations and handling in terms of continuous equipments, using plenty of chemical substances, such as colorings, which vary according to the fiber's function in the fabrics and also according to fashion trends. Numerous operations are necessary in order to give the fabric the maximum of the properties, thus generating in each step different dumps. The demands for higher social and ecological responsibilities, the pressure by the environmental organs and the costs of production have led the textile industries to adopt preventive environmental strategies, developing new technologies and improving the existing ones in order to generate a competitive differential. Therefore, new technologies have been researched for the degradation or elimination of aqueous effluents. The reduction of effluents through recirculation and reuse of water and recovery of chemical products and sub-products without compromising the final product is the greatest challenge faced by textile industries. Considering this context, this study is aimed at presenting a model for reduction of industrial water consumption through water reuse in the continuous washings from the industries. A methodology based on the Method of Water Supply Diagram was developed, aiming at the reduction of industrial water consumption, with a strategy for the reuse of effluents originated in the textile laundries. The preliminary results have shown the effectiveness in the application of this proposed methodology, where in case studies, alternatives with meaningful reductions in terms of water consumption were presented.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química O presente trabalho teve como objetivo avaliar a incorporação do resíduo sólido (lodo) da estação de tratamento de efluente proveniente da etapa de pintura da indústria automobilística para obtenção de um produto cerâmico. A grande quantidade de lodo formado por empresas do ramo desperta preocupação em relação ao descarte destes resíduos, tendo em vista os efeitos nocivos que podem causar quando dispostos de forma inadequada no meio ambiente. O processo de queima conjunta do rejeito sólido com materiais argilosos retém os elementos metálicos e inorgânicos potencialmente perigosos contidos no rejeito. Além disso, aproveita a energia química contida na fração orgânica do rejeito, com economia de energia na queima; produzindo um produto com retorno econômico. O lodo foi adicionado à argila em percentuais de 0, 5 e 10%. Corpos-de-prova foram elaborados por prensagem manual em 3 diferentes pressões de compactação (300 Kgf/cm2, 350 Kgf/cm2 e 400 Kgf/cm2) e posteriormente submetidos ao processo de queima em temperaturas de 800 ºC, 1000 ºC e 1200 ºC, seguindo um planejamento fatorial parcial de 3 fatores e 3 níveis. O estudo da influência destas variáveis sobre as propriedades que indicam a qualidade do material cerâmico foram avaliadas através da análise de variância (ANOVA) e visualizadas com o auxílio de gráficos de curvas de nível. Com base nos resultados, verificou-se que é perfeitamente possível construir materiais cerâmicos com até 10% de adição do resíduo na massa sem alterar significativamente a qualidade das propriedades físicas do material (retração linear, densidade aparente, absorção de água e resistência mecânica à flexão), sendo que em algumas delas a adição de 5% do resíduo mostrou ser equivalente àqueles materiais produzidos com 100% de argila (sem resíduo). Para a produção de telhas, apenas materiais queimados acima de 1000 ºC são capazes de atender as especificações exigidas, podendo estes ser compostos por até 10% de resíduo. The present work has as goal evaluate the incorporation of the residual solid part (mud) of an treatment station into the affluent stage of automobilist painting industry on clay for the production of a ceramic product. The great quantity of mud formed for enterprises from the same line of business brings out concern related with the discard of those residual forms, considering the harmful environment effects when incorrectly discarded. The process of jointly burning of solid rejects with clay material holds the metallic elements and inorganic potentially dangerous inserted into the reject material. Moreover, it makes use of the chemical energy inserted into the organic fraction of the reject material, with a reduction of energy in the burning process; producing a product with economical return. The mud was added on the clay with a chemical content of 0%, 5% and 10%, sampling were elaborated for manual pressure in three different press of compactation (300Kgf/cm2, 350Kgf/cm2 e 400 Kgf/cm2) and afterward submitted to the burning process on temperatures spotted in 800 ºC, 1000ºC and 1200 ºC, following an partial factorial planning of 3 factors and 3 levels. The study of the influence of those variables on the attributes which indicate the quality of the ceramic material were evaluated through the analysis of variants (ANOVA) and visualized with the support of surface graphics of answer. Based on those results, it was verified that it is perfectly possible build ceramic materials with until 10% on addition of residual into the mass without significantly alter the quality of physical attributes of the material (linear retraction, apparently density, absorption of water and mechanical flexion resistance), being that in some of them the 5% adding of the residual form demonstrated be equivalent at the materials produced with 100% of clay (with no residual form). To produce roofing tiles, only materials burned over a 1000 ºC are able to fill the demanded specifications, being those composed up to 10% of residue.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Esta tese de doutorado objetivou o estudo da pirita contida nos rejeitos piritosos da região sul catarinense, considerados os grandes responsáveis pela profunda degradação ambiental nesta região. São abordados os temas sobre oxidação do dissulfeto de ferro (pirita) e principalmente a formação de sulfato ferroso mono e hepta hidratados. A metodologia adotada para a produção de sulfato ferroso a partir da pirita envolveu o estudo térmico em forno adequado com variação de temperatura, tempo, tamanho de partícula e atmosfera como variáveis independentes e conversão à sulfato ferroso como variável dependente. Os resultados demonstraram, a partir de análise fatorial 2k-p , que as principais variáveis significantes para este processo foram a temperatura e o tamanho de partícula. This doctorate thesis goaled the study of the pyrite inside pyrite wastes from de south Catarina state (Brazil), this wastes are considered the great responsibly for the environmental degradation in this place. Oxidation of the iron disulphide (pyrite) and the formation of iron mono and hepta hydrated sulfate. The methodology adopted for the production of iron sulfate from pyrite evolved the thermal study in a furnace with temperature, time, particle size and atmosphere being independent variables and the conversion in iron sulfate the dependent variable. The results demonstrated, with a factorial 2k-p analysis, that the principal variables for this process were the temperature and the particle size.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Aloe barbadensis Miller, planta também conhecida como Aloe vera L., uma espécie originária do Continente Africano, possui diversas propriedades medicinais determinadas por metabólitos encontrados no extrato do parênquima clorofiliano e no parênquima de reserva, este último denominado insumo farmacêutico, rico em polissacarídeos, principalmente a acemanana. Estas atividades medicinais incluem a promoção da cicatrização de feridas, atividade antifúngica, hipoglicemiantes ou antidiabéticas, efeitos antiinflamatório, antineoplásicos e imunomoduladores. Este trabalho contemplou a determinação das características físico-químicas do insumo farmacêutico através de duas metodologias diferenciadas de extração, uma a temperatura ambiente e outra a quente. Determinou-se a viabilidade técnica, econômico-financeira, de produção e comercialização para o processo de extração a temperatura ambiente, uma vez que este apresentou características físico-químicas do insumo bastante semelhantes aos extraídos a quente. As análises realizadas na determinação das características físico-químicas dos insumos farmacêuticos mostraram teores de glicídios e proteínas proeminentes, porcentagem de insumo extraído da planta compatível com a literatura, baixo teor de cinzas totais e pH na faixa fisiológica. A utilização da espectroscopia de FT-IR permitiu determinar a eficiência dos processos de extração adotados, uma vez que permitiu a comparação das estruturas moleculares dos insumos extraídos, à temperatura ambiente e à quente, à estrutura da acemanana. A análise econômico-financeira do negócio revelou taxas de lucratividade e rentabilidade atrativas, indicando valores que proporcionam suporte ao investimento produtivo. Os indicadores financeiros TIR (27,27%) e payback (dois anos e nove meses) corroboram a atratividade do negócio. Logo, para as condições estudadas, o processo de extração e comercialização de um insumo farmacêutico à base de polissacarídeos extraídos da Aloe barbadensis M. consiste em uma atividade viável.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. O fracionamento do óleo essencial de patchouli [Pogostemon cablin (Blanco) Benth.] extraído com dióxido de carbono supercrítico (CO2_SC) foi estudado. Este óleo essencial é muito usado pela indústria de cosméticos e perfumaria como excelente fixador de aromas. Adotando-se pressão e temperatura de trabalho em 100 bar e 32°C, respectivamente, foram estudados alguns parâmetros nunca antes averiguados para o patchouli. O trabalho se dividiu em quatro frentes de estudo: aumento de rendimento variando o tempo de extração e tempo estático; análise do tamanho ideal de partícula; épocas de colheita; composição química do óleo essencial. O tempo estático combinado com o tempo de coleta de amostras foi estudado com o objetivo de aumentar o rendimento do processo, resultando em um tempo ideal de 20 minutos de tempo estático e de tempo para coleta de amostras. Três tamanhos "médios" de partículas foram estudados à duas diferentes vazões de solvente. O tamanho de partícula ideal para a extração supercrítica do óleo essencial de patchouli foi de 0,346 mm à vazão de 1,2 L/min de CO2. Lotes de folhas de patchouli colhidas em diferentes épocas do ano foram usados para extração de seu óleo essencial. A época do ano nas quais se obtiveram melhores rendimentos foi no inverno. A composição química do óleo essencial de patchouli foi estudada com a intenção de saber a que tempo de processo os principais compostos de interesse (patchoulol e a-bulneseno) são extraídos. As amostras de óleo essencial analisadas forneceram resultados suficientes para se traçar o perfil de concentração destes compostos com o tempo de extração. Sabendo-se o tempo ideal de coleta de amostras, pode-se estabelecer um método de fracionamento para óleo essencial de patchouli. The fractionation of the essential oil of patchouli [Pogostemon cablin (Blanco) Benth.] extracted with supercritical carbon dioxide (CO2_SC) was studied. This oil is widely used by industries of cosmetics and fragrances. Bringing up of work pressure and temperature at 100 bar and 32 ° C, respectively, were studied some parameters never before investigated for the patchouli. The work was divided into four subjects of study: increasing yield varying the static period and the total time of extraction; analysis of the optimal particle size; harvest period; chemical composition of the essential oil. The static period combined with the time of collection of samples was studied with the objective of increasing the yield of the process, resulting in an ideal time of 20 minutes of static period and time for collection of samples. Three "averages" particles sizes were studied for two different flows of solvent. The ideal particle size for the supercritical extraction of essential oil of patchouli was 0.346 mm, at flow rate of 1.2 L / min of CO2. Lots of patchouli leaves harvested at different times of the year were used for extraction of its essential oil. The time of the year which it was obtained better yield is the winter. The chemical composition of the essential oil of patchouli was studied with the intention of knowing that process time the main compounds (patchoulol and a-bulnesene) are extracted. Samples of essential oil analyzed results provided sufficient to trace the profile of concentration of these compounds. Knowing the perfect time of collection of samples, can be possible to establish a method for the fractionation of patchouli essential oil.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Aloe barbadensis, uma espécie originária do continente africano adaptada no Brasil, possui diversas propriedades medicinais determinadas por metabólitos encontrados nos extratos dos parênquimas de reserva e clorofiliano. Este último é rico em antraquinonas, sendo constituído majoritariamente de aloína. No presente trabalho, foram estudados os efeitos do extrato do parênquima clorofilano (EPC) e da aloína sobre a viabilidade de células tumorais da linhagem B16F10 in vitro e a formação de vasos sangüíneos de embriões de Gallus domesticus in vivo. Na análise in vitro, células incubadas a 37ºC em atmosfera contendo 5% de CO2, foram tratadas em diferentes concentrações de aloína e de EPC. Tanto a aloína (0,01 a 230 µg?mL-1) como o EPC (0,01 a 100 µg?mL-1) reduziram a viabilidade das células tumorais. Os dados experimentais foram representados através de um modelo matemático, evidenciando que o EPC mostrou-se 2,3 vezes mais citotóxico para as células tumorais do que a aloína. Ao contrário do verificado sobre a atividade antitumoral, a aloína (10 a 320 µg?mL-1) e o EPC (10 a 320 µg?mL-1) estimularam de modo dose-dependente a vasculo/angiogênese na membrana vitelínica (MV) em 154 e 177% e a angiogênese na membrana corioalantóica (MC) em até 131 e 164%, respectivamente. Verificou-se ainda que o efeito da aloína e do EPC superaram o efeito do fator angiogênico FGFb na formação de vasos primordiais na MV (135%), sendo que para a angiogênese, na MC, apenas o EPC foi mais efetivo que o FGFb (164% versus 158%). Os tratamentos não modificaram o padrão de crescimento e a morfogênese dos embriões, com base nas medidas de comprimento total e percentual de comprimento cefálico de embriões com quatro dias de desenvolvimento. Os resultados demonstram que a aloína e o EPC exerceram efeito citotóxico especificamente nas células tumorais, mas promoveram atividade pró-vasculogênica e pró-angiogênica, superior a do fator angiogênico FGFb, sem qualquer evidência de embriotoxicidade. Com base nos resultados é possível concluir que o EPC e a substância isolada, sob estudo, mostraram concomitantemente um potencial efeito antitumoral e uma atividade estimulante em processos fisiológicos como a vascularização de tecidos normais.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química O estudo de sistemas água-óleo é de fundamental importância para diversos processos industriais. Procedimentos como a recuperação secundária de petróleo e o bombeamento de óleos de viscosidade elevada, mediante a injeção conjunta de água, exemplificam situações na indústria petrolífera em que o comportamento da interface água-óleo traz importantes conseqüências para a eficiência da produção. Também nos casos de vazamentos a partir de dutos submersos, e na contaminação de águas subterrâneas pela proximidade de uma fase óleo, os aspectos fenomenológicos desse sistema imiscível devem ser conhecidos a fim de que medidas adequadas de remediação e quantificação dos danos ambientais possam ser postos em prática. O fato de o petróleo ser, de um modo geral, mais viscoso e menos denso que a água faz com que, no escoamento simultâneo desses dois fluidos, a água apresente a tendência de se deslocar com maior velocidade em relação ao óleo. Como conseqüência, dependendo das diferenças de viscosidades e densidades entre os dois fluidos, além das forças de tensão interfacial, pode vir a ocorrer o fenômeno de digitação viscosa. Assim, no deslocamento de óleo por injeção de água, fingers gerados a partir da fase água podem penetrar na fase óleo, ocasionando um retardamento no deslocamento do óleo com saída antecipada da água, o que representa um prejuízo para a operação. Uma ferramenta de simulação fluidodinâmica, apta a descrever corretamente os fenômenos e padrões de escoamento de um sistema águaóleo, sob diferentes condições operacionais, pode se constituir em notável instrumento para aprofundar conhecimentos da fenomenologia envolvida e, também, gerar elementos de inovação tecnológica para as diferentes aplicações Neste trabalho, explora-se o comportamento de um sistema água-óleo através de um modelo tridimensional de uma célula de Hele-Shaw. Esse modelo reproduz uma célula real carregada com água e óleo com dimensões de 100 cm de comprimento por 30 cm de largura, com espaçamento típico entre as placas de 0,10 cm. Uma série de ensaios computacionais foram realizados para validar o modelo, além dos critérios usuais de estabilidade numérica e fechamento de balanços. O modelo computacional da célula de Hele-Shaw, possibilitou a observação do comportamento da interface. As propriedades dos fluídos (densidade, viscosidade e tensão superficial) e fenômenos físicos (temperatura, capilaridade, força gravitacional e velocidade de injeção do fluído) influenciaram diretamente na resposta do sistema. Através de simulações computacionais foi possível estudar individualmente a importância e efeito que cada fator exerce sobre o sistema, desde as propriedades dos fluidos até as condições de contorno aplicadas, foi possível também, identificar o grau de atuação das forças interfaciais, gravitacional e do arraste viscoso, levando ao surgimento do fenômeno de digitação viscosa. Comprovou-se que o aumento das forças capilares costuma levar a um aumento da instabilidade, com conseqüente aumento no número de fingers desenvolvidos, aumentando a área de óleo em atraso e reduzindo a eficiência do processo. The study of systems water-oil is of fundamental importance for several industrial processes. Procedures as the secondary recovery of petroleum and the pum situations in the industry of petroleum where the behavior of the interface wateroil brings important consequences for the efficiency of the production. Also in the cases where happen leaks starting from ducts submerged, and in cases of contamination of underground waters for the proximity of a phase oil, the aspects of phenomena of that system immiscible should be known so that appropriate measures of recovery and quantification of the environmental damages can be put into practice. The fact of the petroleum to be, in general, more viscous and less dense than the water does with that, in the simultaneous drainage of those two fluids, the water presents the tendency of moving with larger speed in relation to the oil. As consequence, depending on the differences of viscosities and densities among the two fluids, besides the forces of interface tension, it can come to happen the phenomenon of viscous fingering. Like this, in the oil displacement with injection of water, fingers generated starting from the phase water can penetrate in the phase oil, causing retardation in the displacement of the oil with premature exit of the water, what represents damage for the operation. A tool CFD # Computational Fluid Dynamics, capable to describe the phenomena and patterns of drainage of a system water-oil correctly, under different operational conditions, it can be constituted in notable instrument to deepen knowledge of the involved phenomenology and, also, to generate elements of technological innovation for the different applications. In this work, the behavior of a system water-oil is explored through a 3D model of a cell of Hele-Shaw. That model reproduces a real cell loaded with water and oil with dimensions of 100 cm of length for 30 cm of width, with typical spacing among the plates of 0,10 cm. A series of rehearsals computation was accomplished to validate the model, besides the usual criteria of numeric stability and closing of swingings. The computational model of the cell of Hele-Shaw, made possible the observation of the behavior of the interface. The properties of those flowed (density, viscosity and tension surface) and physical (temperature, capillarity, forces gravitational and speed of injection of the flowed) phenomena influenced directly in the answer of the system. Through computational simulations it was possible to study the importance and effect that each factor exercises on the system individually, from the properties of the fluids to the outline conditions applied, it was possible also, to identify the degree of performance of the interface forces, gravitational and of the it drags viscous, taking to the appearance of the phenomenon of viscous fingering. To prove that the increase of the capillary forces take the an increase of the instability, with consequent increase in the number of developed fingers, increasing the oil area in delay and reducing the efficiency of the process.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química A utilização dos processos convencionais da nitrificação e desnitrificação oferece algumas limitações quando se objetiva o tratamento de efluentes contendo elevadas concentrações de nitrogênio e baixa DQO, dentre estas estão a dificuldade de transferência de altas quantidades de oxigênio necessárias à nitrificação, bem como na necessidade de grande quantidade de matéria orgânica na etapa de desnitrificação. Novos processos de remoção de nitrogênio têm sido desenvolvidos para possibilitar a remoção sustentável de elevadas concentrações de nitrogênio por via biológica. Tais Processos utilizam a nitrificação parcial, ou seja, a oxidação da amônia a nitrito, e a maior parte deles, não utiliza matéria orgânica, utilizando o próprio amônio como doador de elétrons. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi estabelecer um processo de remoção de nitrogênio em altas concentrações utilizando um Reator de Biodiscos Rotativos. O sistema era constituído por três reatores de biodiscos independentes, diferindo entre si apenas nos diferentes materiais suporte utilizados na confecção dos discos, os quais foram: cloreto de polivinila (PVC), poliestireno (PS) e poliuretano (PU). Os reatores foram inoculados com lodo proveniente de uma estação de tratamento de esgotos domésticos e foram alimentados diariamente com meio sintético contendo amônio (NH4+). Durante um período de 913 dias as cargas aplicadas aos reatores PVC e PS variaram de 519 a 6670 mg N-NH4+.m-2.d-1. Para o reator PU, as variações na carga foram de 1206 até 8280 mg N-NH4+.m-2.d-1. Nas cargas mais elevadas, os reatores apresentaram alta capacidade de oxidação do amônio apresentando valores de 4902, 5403, 5336 mg N-NH4+.m-2.d-1 oxidados, para os reatores PVC, PS e PU, respectivamente. Uma remoção de N de 29% sob condições completamente aeróbias foi observada para os três reatores na carga mais baixa aplicada. Nas cargas mais elevadas, condições limitantes de OD foram estabelecidas em torno de 0,4 a 0,6 mg O2.L-1 para os reatores PVC e PS, e mais baixas para o reator PU variando entre 0,08 e 0,3 mg O2.L-1, gerando acúmulo de nitrito. Os testes FISH confirmaram a presença de vários tipos de BOA, entre elas: Nitrosomonas sp, Nitrosolobus multiformis, Nitrosospira briensis, Nitrosovibrio tenuis, as quais apareceram nas etapas com cargas mais elevadas, além de Nitrosococcus mobilis. Entretanto, verificou-se a diminuição da população de BON nos reatores. Os testes de eliminação de nitrogênio realizados em batelada com as biomassas retiradas dos reatores, apresentaram velocidades específicas de remoção de 18,4; 16,4 e 28,3 mg N.gSST-1.d-1, respecivamente, para os reatores de PVC, PS e PU, demonstrando que a biomassa removida do reator PU foi a que apresentou a mais alta velocidade específica de remoção de nitrogênio sob condições limitantes de oxigênio, assim como, foi a única que apresentou remoção anaeróbia. Além disto, o reator PU apresentou um camada de biofilme mais homogênea, uma maior adesão dos microrganismos, e também uma maior remoção de nitrogênio, em torno de 50%, correspondendo a 3340 mg N.m-2.d-1. A alta remoção, juntamente com condições limitantes de OD e a detecção de bactérias anammox através do teste FISH, assim como a constatação de atividade anaeróbia, evidenciam o estabelecimento do processo ANAMMOX neste reator.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Este trabalho apresenta estudos referentes a produção e caracterização microbiológica de um material compósito do tipo poIímero-madeira com propriedade bactericida (BWPC), agregada pela adição de um agente biocida, o triclosan, no processo de extrusão. Durante as etapas de processamento foram realizados ajustes nas temperaturas de máquina e nas velocidades de rotação da rosca de extrusão e avaliado o efeito destes parâmetros na eficiência bactericida do compósito. Além da definição de formulações e ajustes dos parâmetros de processamento foi realizada a caracterização microbiológica do BWPC empregando testes de Difusão em Agar com bactérias Escherichia co/i (EC) e Staphylococcus aureus (SA) , sendo avaliado o seu efeito bactericida após sua exposição em condições consideradas de degradação; em ambientes com diferentes temperaturas e contendo radiação ultravioleta. Para a avaliação do efe~to de tais fatores foram produzidas amostras de BWPC com diferentes percentuais de aditivo bactericida (triclosan), diferentes percentuais de polipropileno e expostas por diferentes períodos de tempo em ambiente com diferentes valores de temperatura e em ambientes contendo radiação ultravioleta. Os experimentos realizados indicaram a presença do efeito bactericida no compósito dependente do percentual do aditivo triclosan, da temperatura do meio de exposição e do tempo de exposição nos ambientes com diferentes temperaturas e nos ambientes contendo radiação ultravioleta. Quanto aos parâmetros de processo e o percentual da matriz polimérica tais fatores não apresentaram efeitos significativos na propriedade bactericida agregadã ao compósito BWPc.