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Dissertações |
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LETÍCIA SILVEIRA
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PRODUÇÃO DE BIOFILME ALGINATO ADITIVADO COM VANILINA PARA APLICAÇÃO COMO BIOCURATIVO
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Orientador : RENATA CAROLINA ZANETTI LOFRANO
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MEMBROS DA BANCA :
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RENATA CAROLINA ZANETTI LOFRANO
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CRISTIANE MEDINA FINZI QUINTAO
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MATEUS DE SOUZA AMARAL
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Data: 13/01/2022
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A utilização de polímeros de fontes renováveis é amplamente estudada e esses são, em geral, biodegradáveis, biocompatíveis e podem ser obtidos a custos relativamente baixos. O objetivo desse trabalho foi à síntese de um biopolímero de alginato e vanilina utilizando o glicerol como plastificante e o cloreto de cálcio como agente reticulante. Com o auxílio do planejamento de experimentos diferentes biopolímeros foram produzidos e mediante a análise de solubilidade e grau de intumescimento uma região ótima de acordo com a finalidade de aplicação foi encontrada, a qual corresponde a aquela em que se utiliza a vanilina em concentrações inferiores a 0,015g e o cloreto de cálcio, maiores do que 0,090 g. Obtendo assim, filmes com a solubilidade em torno de 30% e o grau de intumescimento variando de 100 a 120%, mas com valores fixos de 0,85g de alginato. Quanto à otimização do processo, conclui-se que o método NBI pode analisar regiões côncavas, prevendo os pontos ótimos e gerando o gráfico de Pareto com limites equidistantes. O teste antimicrobiano permitiu observar a atividade antimicrobiana dos filmes validados na otimização, bem como a solução de vanilina com cloreto de cálcio e glicerol, comparando os resultados com o filme controle, obtendo um halo de inibição apenas na presença de vanilina. A análise termogravimétrica e DSC demonstraram que o material possui estabilidade térmica. O biofilme produzido apresenta um potencial para aplicação como um biomaterial.
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The use of biopolymers from renewable resources is highly studied and they are, in general, biodegradable, biocompatible and can be obtained at low cost. Biopolymers have many applications, for instance in health, known as biomaterial. In this way, this work aims to synthesize a biopolymer of alginate and vanillin using glycerol and calcium chloride as plasticizer and crosslinking agent, respectively. Using design of experiments, different biopolymers were produced and analysing the solubility and the swelling degree, the best region, regarding the application, was found, corresponding to the one using vanillin at concentration up to 0.015 g, and the calcium chloride, values higher than 0.090 g, obtaining films with solubility around 30 % and the swelling degree between 100 and 120 %. Regarding the process optimization it is concluded that the NBI method can analyze concave regions, predicting the optimal points and generating the Pareto chart with equispaced boundaries. The antimicrobial test allowed to observe the antimicrobial activity of the validated films in the optimization, as well as vanillin solution with calcium chloride and glycerol, comparing the results with the control film, obtaining an innibition halo only in the presence of vanillin. Thermal analyses of thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry demonstrated that the material has thermal stability. The biofilm produced shows potential for application as a biomaterial.
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EDUARDO ZANITTI ÁVILA COUTO
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COMBUSTÃO DE ACRILONITRILA SOBRE CATALISADORES (Cu ou Ce)-ÓXIDO e (CuO ou CeO2)-BETA
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Orientador : MARCELO DA SILVA BATISTA PALADINI
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MEMBROS DA BANCA :
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ANDRÉ GUSTAVO SATO
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JORGE DAVID ALGUIAR BELLIDO
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MARCELO DA SILVA BATISTA PALADINI
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Data: 05/03/2022
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A emissão da acrilonitrila resultante da sua produção gera graves problemas ambientais e consequentemente à saúde humana. A oxidação catalítica seletiva vem mostrando ser um método pertinente para a solução desse problema, sendo mais eficiente que a combustão convencional. Esse método consiste na utilização de catalisadores capazes de diminuir a energia de ativação da reação e selecionar o produto desejado, minimizando ao máximo os danos causados no processo. Neste trabalho foram utilizados catalisadores CuO, CeO2, CuO-BETA na oxidação catalítica seletiva da acrilonitrila com o objetivo de diminuir a temperatura de operação (<800ºC) e produzir preferencialmente N2, mitigando os danos ambientais. Os catalisadores mássicos de CuO e CeO2 foram obtidos de forma comercial enquanto o suportado CuO-BETA foi preparado pelo método de impregnação incipiente. Posteriormente os quatro catalisadores foram caracterizados pelas técnicas de DRX, RTP-H2 e espectroscopia no UV-Vis. Os resultados de DRX mostraram picos característicos dos óxidos de cobre (CuO) e de cério (CeO2) nos catalisadores mássicos e suportados. A adição desses óxidos ao suporte pelo método de impregnação incipiente não alterou a morfologia da zeólita-BETA. Os perfis de RTP-H2 indicaram que a óxido de cobre suportado na zeólita BETA levou a diminuição da temperatura de redução das espécies de cobre. As análises de espectroscopia no UV-Vis identificaram a presença dos íons Cu2+, [Cu-O-Cu]2+ e Ce4+, além de nanopartículas de CuO no catalisador CuO-BETA. Os ensaios catalíticos mostraram que os catalisadores apresentam boa atividade para a oxidação seletiva de acrilonitrila, ocasionando em diminuição significativa da temperatura de reação, sendo o CeO2 o mais promissor dentre eles por apresentar menor temperatura de reação e maior seletividade para formação de N2 e CO2.
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The emission of acrylonitrile resulting from its production generates serious environmental problems and consequently to human health. Selective catalytic oxidation has been shown to be a relevant method for solving this problem, being more efficient than conventional combustion. This method consists of the use of catalysts capable of reducing the activation energy of the reaction and selecting the desired product, minimizing as much damage as possible to the damage caused in the process. In this work, CuO, CeO2, CuO-BETA catalysts were used in the selective catalytic oxidation of acrylonitrile in order to decrease the operating temperature (<800ºC) and preferably produce N2, mitigating environmental damage. The mass catalysts of CuO and CeO2 were obtained commercially while the supported CuO-BETA was prepared by the incipient impregnation method. Subsequently, the four catalysts were characterized by XRD, TPR-H2 and UV-Vis spectroscopy. XRD results showed characteristic peaks of copper oxides (CuO) and cerium (CeO2) in the mass and supported catalysts. The addition of these oxides to the support by the incipient impregnation method did not alter the morphology of zeolite-BETA. TPR-H2 profiles indicated that the copper oxide supported in beta zeolite led to a decrease in the temperature of reduction of copper species. UV-Vis spectroscopy analyses identified the presence of Cu2+ions, [Cu-O-Cu]2+ and Ce4+, as well as CuO nanoparticles in the CuO-BETA catalyst. The catalytic assays showed that the catalysts present good activity for the selective oxidation of acrylonitrile, causing a significant decrease in reaction temperature, ceo2 being the most promising among them for presenting lower reaction temperature and higher selectivity for N2 and CO2 formation.
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MARCELA MAGALHAES DE PAULA
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INFLUÊNCIA DO PRECURSOR POLIMÉRICO NA SÍNTESE VIA POLIMERIZAÇÃO EM UMA ETAPA DE CATALISADORES CuO/CeO2 E AVALIAÇÃO NA OXIDAÇÃO CATALÍTICA SELETIVA DA ACETONITRILA
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Orientador : JORGE DAVID ALGUIAR BELLIDO
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MEMBROS DA BANCA :
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JORGE DAVID ALGUIAR BELLIDO
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MARCELO DA SILVA BATISTA PALADINI
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ADRIANO LOPES DE SOUZA
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Data: 29/06/2022
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Diante da crescente preocupação com a poluição atmosférica provocada pela emissão de gases do efeito estufa e compostos orgânicos voláteis, como amônia, monóxido de carbono e gases nitrilados, tem surgido diversas alternativas para contê-la. Frente as tecnologias já implementadas, no presente trabalho aplicou-se a oxidação catalítica seletiva para tratar a acetonitrila sobre os suportes CeO2 e catalisadores CuO/ CeO2 sintetizados pelo método de polimerização em uma etapa. No qual o enfoque foi avaliar a influência do agente complexante, variando-se os ácidos, em cítrico, málico e oxálico, e a presença do cobre II nas propriedades finais dos catalisadores. Bem como o desempenho catalítico durante a reação e as suas respectivas seletividades em produção de N2 e CO2. Por fim, os efeitos dessas variantes sobre os materiais formados foram averiguados através de técnicas de caracterização físicas, como Análise Termogravimétrica (ATG), Espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), Difração de raio X (DRX), Fisissorção com N2 (método B.E.T.), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Redução a Temperatura Programada (RTP-H2) e Dessorção a Temperatura Programada (DTP-CO2). A partir dos difratrogramas de DRX identificou-se a presença de CeO2 nos catalisadores preparados, notou-se ainda que a deposição de CuO nos materiais sintetizados não alterou a sua estrutura. As análises de fisissorção com N2 proporcionaram perfis de isotermas que variaram entre os suportes e os catalisadores, além de demonstrarem que aqueles sintetizados com ácido oxálico (CeOx e CeOxCu) tiveram as maiores áreas específicas, se comparados àqueles com ácido málico (CeMa e CeMaCu) e cítrico (CeCi e CeCiCu). Sendo que estes, apresentaram maiores volumes e tamanhos de poros como evidenciado no BET, propriedades estas, que foram relacionadas a estabilidade de suas cadeias poliméricas demonstrada pelo ATG. Ademais, nos testes catalíticos conduzidos no intervalo de 100-600 oC durante 1 hora, identificou-se 100% de conversão de acetonitrila para todos os suportes e catalisadores em temperaturas inferiores a 350 oC. Com elevada seletividade em N2 e CO2 para CeMa e CeMaCu.
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Given the growing concern about air pollution caused by the emission of greenhouse gases and volatile organic compounds, such as ammonia, carbon monoxide and nitrided gases, several alternatives have emerged to contain it. In view of the technologies already implemented, in the present work selective catalytic oxidation was applied to treat acetonitrile on CeO2 supports and CuO/CeO2 catalysts synthesized by the one-step polymerization method. In which the focus was to evaluate the influence of the complexing agent, varying the acids, in citric, malic and oxalic, and the presence of copper II in the final properties of the catalysts. As well as the catalytic performance during the reaction and their respective selectivities in N2 and CO2 production. Finally, the effects of these variants on the formed materials were investigated through physical characterization techniques, such as Thermogravimetric Analysis (ATG), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-Ray Diffraction (XRD), Physisorption with N2 (B.E.T. method), Scanning Electron Microscopy (SEM), Programmed Temperature Reduction (TPR-H2) and Temperature Programmed Desorption (TPD-CO2). From the XRD diffratrograms, the presence of CeO2 in the prepared catalysts was identified, it was also noted that the deposition of CuO in the synthesized materials did not change their structure. Physisorption analyzes with N2 provided isotherm profiles that varied between supports and catalysts, in addition to demonstrating that those synthesized with oxalic acid (CeOx and CeOxCu) had the highest specific areas, compared to those with malic acid (CeMa and CeMaCu). and citrus (CeCi and CeCiCu). Since these presented larger volumes and pore sizes as evidenced in the BET, these properties were related to the stability of their polymeric chains demonstrated by the ATG. Furthermore, in catalytic tests conducted in the range of 100-600 °C for 1 hour, 100% conversion of acetonitrile was identified for all supports and catalysts at temperatures below 350 °C. With high selectivity in N2 and CO2 for CeMa and CeMaCu.
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CARLA CRISTINA ARAUJO PARREIRA
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DESENVOLVIMENTO DE UM NOVO EQUACIONAMENTO PARA PREVISÃO DE PARÂMETROS DOS REATORES DE FISSÃO NUCLEAR A PARTIR DA MODELAGEM DINÂMICA E SIMULAÇÃO
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Orientador : JUAN CANELLAS BOSCH NETO
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MEMBROS DA BANCA :
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JUAN CANELLAS BOSCH NETO
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EDSON ROMANO NUCCI
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MARCELO CARDOSO
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Data: 07/07/2022
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A viabilidade dos reatores nucleares depende de um sistema de segurança eficiente na operação das unidades de processamento nucleares. Grande parte da segurança dos reatores de fissão nuclear está relacionada com a densidade de nêutrons que necessita de um balanço bem equilibrado entre os nêutrons emitidos e os nêutrons perdidos (via absorção ou fuga de nêutrons), a fim de evitar grandes danos como superaquecimento e possíveis explosões. No presente trabalho foi realizada uma revisão bibliográfica relativa à energia nuclear, à modelagem dinâmica e simulação de um reator nuclear, o desenvolvimento de um novo equacionamento (sistema de equações diferenciais não-lineares) para previsão da densidade de nêutrons, potência e frações mássicas dos grupos precursores de nêutrons atrasados, em um reator de fissão nuclear e aplicação da lógica fuzzy nestes reatores. De acordo com a bibliografia, o sistema de equações diferenciais não lineares proposto por Duderstadt e Hamilton é um dos mais representativos para a previsão da densidade de nêutrons, porém apresenta uma deficiência para o resultado da densidade de nêutrons em sistemas moderados. Neste trabalho foi desenvolvido um novo equacionamento para a previsão da densidade de nêutrons, potência e concentração dos grupos geradores de nêutrons atrasados, através da inserção de novos termos nas equações de Duderstadt e Hamilton. O sistema de oito equações diferenciais não lineares obtido na modelagem foi resolvido pelo método Runge Kutta de quarta ordem no software livre OCTAVE. Foram realizadas simulações dinâmicas dos reatores nucleares de fissão e a partir dos resultados foi possível prever o comportamento em regime transiente da densidade de nêutrons, potência do reator e das frações mássicas dos grupos precursores de nêutrons atrasados para reatores moderados. A validação do novo modelo proposto foi realizada por meio de superposição da plotagem dos resultados das simulações sobre os dados experimentais da literatura para o reator PWR TRIGA do CDTN/UFMG. O novo equacionamento resultou em uma compatibilidade adequada entre o modelo proposto e os dados experimentais, com um coeficiente de correlação de 0.9. O novo modelo proposto é uma ferramenta importante para os projetos de sistemas de controle dos reatores de fissão nuclear e pode ser aplicado em trabalhos futuros. Através da Lógica Fuzzy foi possível realizar uma estimativa numérica em relação aos percentuais de nêutrons no reator. Com essa análise, obteve-se um valor de aproximadamente 60% de nêutrons que devem ser emitidos pela fonte primária no Reator e 41% de nêutrons que devem ser absorvidos pelos moderadores.
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The viability of nuclear reactors depends on an efficient safety system in the operation of nuclear processing units. Much of the safety of nuclear fission reactors is related to the neutron density that requires a well-balanced balance between the emitted neutrons and the lost neutrons (via neutron absorption or leakage), in order to avoid major damage such as overheating and possible explosions. In the present work, a literature review on nuclear energy, dynamic modeling and simulation of a nuclear reactor and the development of a new equation (system of non-linear differential equations) for prediction of neutron density, power and fractions was carried out. delayed neutron precursor groups in a nuclear fission reactor and application of fuzzy logic. According to the literature, the system of nonlinear differential equations proposed by Duderstadt and Hamilton is one of the most representative for the prediction of neutron density, but it has a deficiency in the result of neutron density in moderate systems. In this work, the Duderstadt and Hamilton equation was modified with the insertion of new terms in the neutron density, power and concentration equations of the delayed neutron generator groups, generating a system of seven nonlinear differential equations that were solved by the Runge Kutta method. fourth order in the OCTAVE free software. From the proposed model, dynamic simulations of fission nuclear reactors were performed. The simulations resulted in the neutron density, the reactor power estimation and the estimation of the mass fractions of the late neutron precursor groups. The validation of the new proposed model was performed by superimposing the plotting of simulation results on the plotting of experimental data from the literature for the PWR TRIGA reactor at CDTN/UFMG. Through Fuzzy Logic, it was possible to perform a numerical estimate in relation to the percentages of neutrons in the Reactor. With this analysis, we obtained a value of approximately 60% of neutrons that must be emitted by the primary source in the Reactor and 41% of neutrons that must be absorbed by the moderators. The new equation proposed by the author resulted in an adequate compatibility between the proposed model and the experimental data. This new equation is an important tool for the design of control systems for nuclear fission reactors, representing an interesting suggestion for future work.
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Matheus Furlan Pinheiro
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DESENVOLVIMENTO DE PROTÓTIPO GERADOR DE MICRO E NANOBOLHAS PARA PROCESSO DE FLOTAÇÃO ASSOCIADO AO DESENVOLVIMENTO DE DEPRESSOR A BASE DE AMIDO MODIFICADO
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Orientador : FABIANO LUIZ NAVES
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MEMBROS DA BANCA :
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EDUARDO PRADO BASTON
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FABIANO LUIZ NAVES
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JOSÉ IZAQUIEL SANTOS DA SILVA
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RENATA CAROLINA ZANETTI LOFRANO
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Data: 11/11/2022
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A redução de reservas de alto teor de ferro, junto à necessidade de aproveitamento econômico de todos os recursos minerais extraídos em lavras torna a separação de finos e ultrafinos de minério motivo de importantes recursos de pesquisa. A flotação é a operação unitária mais utilizada na separação das partículas de granulometria entre 10 μm e 300 μm, mas a cominuição presente nas etapas iniciais do beneficiamento produz particulado de menor tamanho, comumente descartado na forma de rejeito úmido ou seco. A utilização de micro e nanobolhas na flotação catiônica reversa, utilizando o amido modificado como depressor, é objetivo de pesquisa para melhorar a capacidade de recuperação dos finos por diferentes mecanismos. Este trabalho de dissertação busca avaliar a influência da utilização de micro e nanobolhas no processo de flotação catiônica reversa, de rejeito do beneficiamento do minério de ferro, junto à utilização de amido modificado por associação térmica e alcalina com Hidróxido de Amônio. Para a geração das bolhas foi confeccionado sistema de bombeamento, com utilização de tubo de venturi para aspiração de ar na sucção da bomba e posterior pressurização do sistema a 5 bar em vaso de saturação. Foi aplicado planejamento de experimentos (DOE), para modelagem utilizando metodologia de superfície de resposta Central Composite Design (CCD) e otimização do processo através do algoritmo Normal Boundary Intersection (NBI), obtendo parâmetros de máxima recuperação de finos de minério de ferro.
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The reduction of high iron content reserves and the need for economic use of all extracted mineral resources, makes the separation of fine and ultrafine ore a reason of important research resources. Flotation is the unit operation most used in the separation of particles of granulometry between 10 μm and 300 μm, but the comminution present in the initial stages of processing, produces smaller particles, commonly discarded in the form of wet or dry tailings. In this context, the use of micro and nanobubbles in reverse cationic flotation, with gelatinized starch as a depressant, has been tested in order to increase the recovery of this particulate by different mechanisms. This work seeks to evaluate the influence of the use of micro and nanobubbles in the reverse cationic flotation process, of iron ore processing waste, together with the use of starch modified by an association of thermal and alkaline treatment, with Ammonium Hydroxide. For the bubbles generation, a pumping system was built, using a venturi tube for air suction, in the pump suction, and subsequent pressurization of the system at 5 bar, in a saturation vessel. Design of experiments (DOE) was applied for modeling a Response Surface Designd CCD) and process optimization through the Normal Boundary Intersection (NBI) algorithm, obtaining parameters of maximum recovery of iron ore fines.
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Gabriela Martins de Paiva
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PRODUÇÃO DE NANOCELULOSE BACTERIANA A PARTIR DE LEVEDURA RESIDUÁRIA CERVEJEIRA PARA ADSORÇÃO DE Cu(II), Fe(III), Ni(II) e Co(II) DE EFLUENTES DE MINERAÇÃO
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Orientador : IGOR JOSE BOGGIONE SANTOS
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MEMBROS DA BANCA :
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IGOR JOSE BOGGIONE SANTOS
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EDSON ROMANO NUCCI
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FERNANDA PALLADINO PEDROSO
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RITA DE CASSIA SUPERBI DE SOUSA
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Data: 29/11/2022
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O Brasil é um dos principais produtores e exportadores mundiais de minério de ferro com uma produção de 358,0 milhões de toneladas no ano 2021. Devido ao grande volume de produção, há, consequentemente, a geração de um grande volume de resíduos líquidos que precisam ser tratados antes de serem descartados no meio ambiente, por apresentarem elevado teor de metais pesados. Todavia, os tratamentos, até então conhecidos, são onerosos e complexos. Uma alternativa econômica e ambientalmente viável para o tratamento desses resíduos é a utilização de nanocelulose bacteriana como adsorvente dos metais pesados presente na composição dos resíduos, devido às suas propriedades de biocompatibilidade e biodegradabilidade. No entanto, faz-se necessário maior estudo para o aumento da eficiência da produção, alterando parâmetros de fermentação e avaliando a utilização de substratos alternativos. A indústria cervejeira brasileira produz cerca de 14,0 bilhões de litros de cerveja ao ano e, com isso, um grande volume de resíduos ricos nutricionalmente. Com seu alto valor nutricional, os resíduos são excelentes candidatos a substrato para as bactérias produtoras de nanocelulose bacteriana, agregando valor a eles. Diante deste cenário, o presente projeto de pesquisa tem como objetivos (i) a produção estática de nanocelulose bacteriana utilizando como substrato os resíduos da indústria cervejeira, (ii) a obtenção de um adsorvente composto de nanocelulose bacteriana para o tratamento de resíduo da indústria mineradora e (iii) a recuperação de metais pesados e óxido de ferro dos efluentes da indústria mineradora para o reuso nas indústrias. Foi possível obter, aproximadamente, 1532 mg de nanocelulose bacteriana através do sistema em bateladas. Como adsorvente, o material se mostrou muito promissor, obtendo uma capacidade de adsorção máxima para os metais Co (II), Ni (II) e Cu (II) de, respectivamente, 0,0739, 0,2504 e 0,3945 mg·g-1. Para os mesmos metais, o índice de remoção das soluções sintéticas estudadas foi de, respectivamente, 62,56, 39,13 e 61,64%.
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Brazil is one of the main producers and exporters of iron ore in the world, with a production of 358.0 million tons in the year 2021. Due to the large volume of production, there is, consequently, the generation of a large volume of liquid waste that needs be treated before being disposed of in the environment, as they have a high content of heavy metals. However, the treatments, hitherto known, are expensive and complex. An economical and environmentally viable alternative for the treatment of these residues is the use of bacterial nanocellulose as an adsorbent of the heavy metals present in the composition of the residues, due to its properties of biocompatibility and biodegradability. However, further studies are needed to increase production efficiency, changing fermentation parameters and evaluating the use of alternative substrates. The Brazilian brewing industry produces around 14.0 billion liters of beer a year and, with that, a large volume of nutritionally rich waste. With its high nutritional value, the residues are excellent substrate candidates for bacteria producing bacterial nanocellulose, adding value to them. Given this scenario, the present research project aims to (i) the static production of bacterial nanocellulose using the brewing industry waste as a substrate, (ii) the obtainment of an adsorbent composed of bacterial nanocellulose for the treatment of waste from the mining industry and (iii) recovery of heavy metals and iron oxide from mining industry effluents for reuse in industries. It was possible to obtain approximately 1532 mg of bacterial nanocellulose through the batch system. As an adsorbent, the material showed to be very promising, obtaining a maximum adsorption capacity for the metals Co (II), Ni (II) and Cu (II) of, respectively, 0.0739, 0.2504 and 0.3945 mg· g-1. For the same metals, the removal rate of the synthetic solutions studied was, respectively, 62.56, 39.13 and 61.64%
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Fernanda Carlos Monteiro
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AVALIAÇÃO DA INTEGRAÇÃO ENERGÉTICA DE UMA BIORREFINARIA VISANDO À PRODUÇÃO DE ETANOL DE SEGUNDA GERAÇÃO UITLIZANDO ANÁLISE PINCH
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Orientador : BOUTROS SARROUH
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MEMBROS DA BANCA :
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BOUTROS SARROUH
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RENATA CAROLINA ZANETTI LOFRANO
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FERNANDO MASARIN
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Data: 30/11/2022
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O presente trabalho foi realizado, a partir de um estudo da integração energética, utilizando a metodologia de análise Pinch em um biorrefinaria, visando à produção de etanol de segunda geração, tendo como matéria-prima o bagaço da cana-de-açúcar, resíduo gerado pela produção de açúcar e álcool. Para comprovar a eficiência da análise Pinch, foi comparado o cenário, utilizando análise Pinch com outros dois diferentes cenários, um cenário no qual a integração energética é na presença de um ciclo com quatro unidades de trocadores de calor e o outro cenário sem nenhum tipo de integração energética. O objetivo deste estudo é avaliar a viabilidade da produção de etanol de segunda geração, por meio da integração energética, utilizando a metodologia de análise Pinch. Primeiro foi elaborado um fluxograma de uma biorrefinaria produtora de E2G, sem integração energética e o cálculo do balanço de massa. Em seguida, as correntes foram selecionadas, de acordo com sua necessidade de aquecimento e resfriamento. As correntes quentes, de saída do filtro prensa, rica em xilose e a de saída do concentrador, contendo concentrado de glicose precisaram ser resfriadas e as correntes frias, contendo solução ácida utilizada para a hidrólise ácida e a de saída da primeira centrifuga, presente no processo, precisaram ser aquecidas. Com as correntes selecionadas, os trocadores de calor para o cenário de integração energética por clico foram posicionados e o balanço de energia e a área de transferência de calor foram calculados. Para a aplicação da análise Pinch, utilizaram-se as mesmas correntes do cenário anterior. Foi possível a elaboração dos gráficos da curva composta e da grande curva composta, como também as utilidades quentes (vapor) e frias (água) requeridas, juntamente com a nova configuração dos trocadores de calor necessários ao processo. Logo, foi possível analisar e comparar as duas metodologias de integração energética. A redução no consumo de utilidade quente foi de 24,46% e de utilidade fria 44,74%, quando utilizada a metodologia por ciclo de trocadores de calor e de 62,20% de utilidades quentes e 92,80% com utilidades frias, quando utilizada a análise Pinch. Logo os resultados obtidos confirmam a viabilidade da integração energética e enfatiza que o uso da análise Pinch é, nesse caso, o melhor método, pois o processo com a implementação da análise Pinch reduziu não só os números de trocadores de calor pela metade, quando comparado ao processo com a presença do ciclo de trocadores de calor, como também os custos com utilidades, e a redução dos impactos ambientais causados pelas grandes industrias deste ramo.
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The use of sugarcane bagasse for the production of second-generation ethanol is a viable alternative for the destination of bagasse that is not all used within a sugarcane plant, as it adds value to this residue. About 280.33kg/h of sugarcane bagasse generates a total of 886.23kg of ethanol after
12 hours of operation. With the addition of heat exchangers in the second generation ethanol production flowchart proposed in this work, it was possible to reduce the consumption of hot and cold utilities by 23.60% and 48.84%,
respectively. With the reduction of utilities, production costs and environmental impacts are also reduced, making production more advantageous when compared to production in which there is no heat exchanger
present to help preheat or pre-cool system equipment.
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KEIVY EVILÁZIO GOMES
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APLICAÇÃO DA LÓGICA FUZZY NO CONTROLE DE QUALIDADE NA PRODUÇÃO DE CERVEJA
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Orientador : EDSON ROMANO NUCCI
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MEMBROS DA BANCA :
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EDSON ROMANO NUCCI
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JUAN CANELLAS BOSCH NETO
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ALESSANDRA COSTA VILACA
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ANDRE AGUIAR MENDES
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Data: 01/12/2022
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O setor cervejeiro, devido ao aumento da atividade produtiva e ao gosto mais exigente do consumidor, tem buscado melhorar a qualidade da cerveja produzida, tendo inclusive utilizado metodologias de inteligência artificial para lidar com a incerteza, a subjetividade e a complexidade associada a esse tipo de problema de engenharia de bioprocessos. O sistema Fuzzy é uma dessas metodologias que, além da generalidade, do poder expressivo e da capacidade para modelar problemas do mundo real, atuam no sentido de contornar a imprecisão implícita em problemas de tomada de decisão. Assim, esta pesquisa teve por objetivo desenvolver dois sistemas de apoio de decisão por meio de um sistema Fuzzy. O primeiro sistema Fuzzy foi desenvolvido para avaliar a qualidade da cerveja Pilsen utilizando três critérios de defuzzificação; e o segundo sistema Fuzzy teve como objetivo identificar diferentes tipos de cerveja. A metodologia envolveu a coleta de informações de usuário sobre os seguintes tipos de cerveja: Pilsen, Trigo, Stout e IPA. O sistema foi desenvolvido nos softwares SCILAB® e INFUZZY e as variáveis de entrada para o primeiro sistema de apoio de decisão foram o CO2, cor, densidade, pH e o teor alcoólico, e a variável de resposta foi a qualidade da cerveja. O sistema desenvolvido teve uma taxa de acerto acima de 90% referente a qualidade da cerveja considerada aprovada, além de ser possível ,pelas superfícies de respostas, identificar as melhores regiões quando se tem o produto considerado aprovado, aprovado com alteração ou reprovada. Além disso, considerando cenários simulados, o segundo sistema Fuzzy previu corretamente, em mais de 99% das vezes, o teor alcoólico, cor e a densidade da cerveja produzida, indicando ao usuário o tipo de cerveja escolhido.
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Mostrar Abstract
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The brewing sector, due to the increase in production activity and the more demanding taste of the consumer, has sought to improve the quality of the beer produced, having even used artificial intelligence methodologies to deal with the uncertainty, subjectivity and complexity associated with this type of bioprocess engineering problem. The Fuzzy system is one of those methodologies that, in addition to generality, expressive power and the ability to model real-world problems, act to circumvent the imprecision implicit in decision-making problems. Thus, this research aimed to develop two decision support systems through a Fuzzy system. The first Fuzzy system was developed to evaluate the quality of Pilsen beer, and the second Fuzzy system aimed to identify different types of beer. The methodology involved collecting user information about the following types of beer: Pilsen, Wheat, Stout and IPA. The system was developed using Scilab® and INFUZZY Software and the input variables for the first decision support system were CO2, color, density, pH and alcohol content, and the response variable was beer quality. . The developed system had a hit rate above 90% for beer approved for consumption and 85% for beer that was not approved. In addition, considering simulated scenarios, the second Fuzzy system correctly predicted, more than 99% of the time, the alcohol content, color and density of the beer produced, indicating to the user the type of beer chosen.
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Lívia Mara Cândido
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RECUPERAÇÃO DO NIÓBIO A PARTIR DOS REJEITOS GERADOS ATRAVÉS DO PROCESSAMENTO DOS MINÉRIOS APATÍTICOS
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Orientador : JUAN CANELLAS BOSCH NETO
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MEMBROS DA BANCA :
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JUAN CANELLAS BOSCH NETO
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DEMIAN PATRICK FABIANO
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EDSON ROMANO NUCCI
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MARCELO CARDOSO
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Data: 02/12/2022
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O Brasil possui uma das maiores reservas mundiais de nióbio. Nos processos de beneficiamento da apatita os minerais de nióbio são frequentemente encontrados e possuem uma granulometria extremamente fina e comumente são dispostos em uma barragem. Os objetivos deste trabalho foram: avaliar através do estudo cinético da flotação, os índices de recuperação metalúrgica do minério de nióbio para diferentes faixas granulométricas e utilizar as técnicas de superfície de resposta e de planejamento estatístico de experimentos. Neste contexto, foram coletadas amostras nos fluxos dos rejeitos do processamento de apatita que possuem elevado teor de nióbio e incorporados às amostras para a flotação do nióbio. Realizou-se os ensaios de flotação em bancada e um posterior ajuste cinético, a partir dos dados de recuperação metalúrgica acumulada. Empregou-se, inicialmente um planejamento experimental do tipo Delineamento Composto Central Rotacional (CCRD; Central Composite Rotational Design), que faz parte da metodologia de superfície de resposta (RSM; Response Surface Methodology), com a proposta de encontrar os pontos ótimos das principais variáveis, dada a análise simultânea das três variáveis respostas. Obteve-se como resultados que o maior valor encontrado para a constante cinética foi de 0.0195 s-1, correspondente a granulometria abaixo de 37μm. Ao se utilizar a técnica de superfície de resposta, com a otimização das variáveis, obteve-se uma recuperação metalúrgica de 70% para a faixa granulométrica abaixo de 37μm. Conclui-se que para a otimização do processo de flotação do nióbio, deve-se manter a granulometria, abaixo de 37μm e acima de 5μm, para que não aconteça perdas significativas no processo. A otimização dos resultados e os fatores dosagem de coletor, pH e partição tensoativo/coletor a serem consideradas ótimas foram 881 g/ton, 6,7 e 24%/76%, respectivamente.
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Brazil has one of the world's largest reserves of niobium. In apatite beneficiation processes, niobium minerals are often found and have an extremely fine granulometry and are commonly disposed in a dam. The objectives of this work were: to evaluate, through the kinetic study of flotation, the metallurgical recovery rates of niobium ore for different granulometric ranges and to use the response surface techniques and statistical design of experiments. In this context, samples were collected from the apatite processing tailings streams that have a high niobium content and incorporated into the samples for niobium flotation. Bench flotation tests were carried out and a subsequent kinetic adjustment was carried out, based on the accumulated metallurgical recovery data. An experimental design of the type Central Composite Rotational Design (CCRD; Central Composite Rotational Design) was initially used, which is part of the response surface methodology (RSM; Response Surface Methodology), with the proposal of finding the optimal points of the main variables, given the simultaneous analysis of the three response variables. As a result, the highest value found for the kinetic constant was 0.0195 s-1, corresponding to granulometry below 37μm. When using the response surface technique, with the optimization of the variables, a metallurgical recovery of 70% was obtained for the granulometric range below 37μm. It is concluded that for the optimization of the niobium flotation process, the granulometry must be kept below 37μm and above 5μm, so that significant losses do not occur in the process. The optimization of the results and the collector dosage factors, pH and surfactant/collector partition to be considered optimal were 881 g/ton, 6.7 and 24%/76%, respectively
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Paula Maricele da Silva
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SÍNTESE DE GEOPOLÍMEROS PRODUZIDOS A PARTIR DE ALUMINOSSILICATO PROVENIENTE DE ANFIBOLITOS PARA APLICAÇÃO NA CONSTRUÇÃO CIVIL
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Orientador : FABIANO LUIZ NAVES
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MEMBROS DA BANCA :
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FABIANO LUIZ NAVES
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GISELLA ROSSANA LAMAS SAMANAMUD
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MARIANA ARRUDA PEREIRA
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MATEUS DE SOUZA AMARAL
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RENATA CAROLINA ZANETTI LOFRANO
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Data: 07/12/2022
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Os geopolímeros são macromoléculas inorgânicas produzidas pela ativação alcalina de materiais de aluminossilicato. Sua utilização na construção civil é uma alternativa promissora para a substituição do cimento Portland (CP), cuja fabricação é responsável por 7% das emissões de CO2 no planeta. Além disso, a produção de geopolímeros é ambientalmente sustentável, pois tem como matéria-prima resíduos industriais que podem ser utilizados e valorizados, em vez de serem descartados. Para o desenvolvimento do geopolímero é necessário um precursor, a exemplo de um mineral aluminossilicato, e um ativador alcalino, como NaOH ou silicato de sódio. Este trabalho teve como objetivo analisar as propriedades mecânicas de um geopolímero produzido a partir dos resíduos de mineração de nióbio, especialmente a rocha anfibolito, usada como precursor. De acordo com a metodologia de arranjo experimental Extreme Vertice de mistura, foram preparados corpos de prova com diferentes razões molares de SiO2/Al2O3, Na2O/SiO2 e H2O/ Na2O, em condições de cura na temperatura ambiente. As amostras foram submetidas a ensaios de resistência à compressão axial e de resistência de aderência à tração. Os resultados obtidos na região de contorno da superfície de resposta variaram de 0,04 a 0,26 MPa para resistência de aderência à tração e de 0,7 a 1,96 MPa para resistência à compressão. A interpretação do modelo de respostas geradas indicou valores ótimos de proporções de NaOH, SiO2 e água para o experimento realizado. Os valores se aproximaram daqueles estabelecidos por normas técnicas para argamassas e cimentos (ABNT, 2005). Portanto, argumenta-se em torno da viabilidade do anfibolito como geopolímero e matéria-prima na construção civil.
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Geopolymers are inorganic macromolecules produced by alkaline activation of aluminosilicate materials. Its use in civil construction is a promising alternative to replace Portland cement (PC), whose manufacture is responsible for 7% of CO2 emissions on the planet. In addition, the production of geopolymers is environmentally sustainable, as its raw material is industrial waste that can be used and recovered, rather than being discarded. For the development of the geopolymer, a precursor is needed, such as an aluminosilicate mineral, and an alkaline activator, such as NaOH or sodium silicate. This work aimed to analyze the mechanical properties of a geopolymer produced from niobium mining waste, especially the amphibolite rock, used as a precursor. According to the Extreme Vertices mixture experimental design methodology, specimens were prepared with different molar ratios of SiO2/Al2O3, Na2O/SiO2 and H2O/Na2O, under curing conditions at room temperature. The samples were submitted to axial compressive strength and tensile strength tests. The results obtained in the response surface contour region ranged from 0.04 to 0.26 MPa for tensile bond strength and from 0.7 to 1.96 MPa for compressive strength. The interpretation of the generated response model indicated optimal values of proportions of NaOH, SiO2 and water for the experiment performed. The values were close to those established by technical standards for mortars and cements (ABNT, 2005). Therefore, it is argued that viability of amphibolite as a geopolymer and raw material in civil construction.
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Renan Gabriel Condé Santos
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SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DE MATERIAL MISTO DE CARVÃO DE EUCALIPTO E ALUMINIO PELO MÉTODO SOL-GEL
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Orientador : ALEXANDRE BOSCARO FRANCA
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MEMBROS DA BANCA :
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ALEXANDRE BOSCARO FRANCA
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EDUARDO PRADO BASTON
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FABIANO LUIZ NAVES
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MATEUS DE SOUZA AMARAL
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Data: 14/12/2022
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O carvão vegetal tem uma flexibilidade em suas aplicações, podendo compor desde componentes para pigmentação de tintas até, ao passar por um processo de ativação, ser aplicado em processos catalíticos e adsortivos. Posteriormente, o carvão pode passar por tratamentos térmicos e químicos, como calcinação e impregnação, para otimizar ainda mais suas características. Um processo de síntese estudado atualmente é o processo sol-gel, na qual é utilizada uma solução coloidal que precipita rapidamente formando um gel e sendo tratado termicamente pode gerar um material micro ou meso-poroso, elevando sua área específica. Esse trabalho teve como objetivo desenvolver um suporte para catalisador com base em carvão vegetal e alumina, a qual foi sintetizada nos poros do carvão por meio do método sol-gel utilizando vapor d'água na etapa de hidrólise. A síntese dentro dos poros pode ser verificada por um conjunto de análises tais como: DRX, onde foi possível assumir a presença de estruturas da pseudoboemita e γ-alumina; Termogravimetria indicou uma redução na perda de massa para o carvão tratado devido à estabilidade térmica da alumina; Fisissorção de N2 indicou aumento da área específica (8,97%) e volume total de poro aumentou (9,48%) em relação ao carvão não tratado; MEV/EDS confirmou a presença de óxido de alumínio no interior das paredes dos poros do carvão, bem como em sua superfície, podendo ser observado devido ampliação da amostra e por espectroscopia de energia dispersiva de raios X . Portanto, nos testes realizados há forte indício da produção do material misto de carvão/alumina sol-gel objeto de estudo deste trabalho.
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Charcoal has flexibility in its applications, being able to compose from components for pigmentation of paints to, when going through an activation process, to be applied in catalytic and adsorptive processes. Subsequently, the coal can undergo thermal and chemical treatments, such as calcination and impregnation, to further optimize its characteristics. A synthesis process currently studied is the sol-gel process, in which a colloidal solution is used that rapidly precipitates forming a gel and, being heat treated, can generate a micro or meso-porous material, increasing its specific area. This work aimed to develop a support for a catalyst based on charcoal and alumina, which was synthesized in the charcoal pores by the sol-gel method using steam in the hydrolysis step. The synthesis inside the pores can be verified by a set of analyzes such as: XRD, where it was possible to assume the presence of structures of pseudoboehmite and γ-alumina; Thermogravimetry indicated a reduction in mass loss for the treated coal due to the thermal stability of the alumina; Physisorption of N2 indicated an increase in specific area (8.97%) and total pore volume increased (9.48%) in relation to untreated coal; SEM/EDS confirmed the presence of aluminum oxide inside the walls of the pores of the coal, as well as on its surface, which could be observed due to the magnification of the sample and by energy dispersive X-ray spectroscopy. Therefore, in the tests carried out, there is a strong indication of the production of the mixed material of coal/alumina sol-gel object of study of this work.
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Bruna Paloma Ribeiro
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IMOBILIZAÇÃO DE MICRORGANISMOS EM ESFERAS DE CARRAGENA
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Orientador : DEMIAN PATRICK FABIANO
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MEMBROS DA BANCA :
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DEMIAN PATRICK FABIANO
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EDSON ROMANO NUCCI
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JUAN CANELLAS BOSCH NETO
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CÍNTHIA MARIA FELÍCIO
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Data: 22/12/2022
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O presente trabalho teve como objetivo sintetizar a esferas de carragena e de imobilizar microrganismos em sua estrutura polimérica. Foram escolhidas duas leveduras Saccharomyces pastorianus e Saccharomyces cerevisiae com microrganismos imobilizados. As leveduras imobilizas foram testadas na fermentação utilizando três substratos diferentes: o açúcar mascavo, o açúcar cristal e a D(+)sacarose. A síntese da esfera de carragena foi alcançada quando houve uma combinação das concentrações de duas soluções: da solução de carragena, na concentração de 10 g.L-1 e da solução de KCl, na concentração de 0,848 mol. L-1. Nessas mesmas concentrações foi possível imobilizar as leveduras na matriz polimérica da carragena e formar esferas. Os resultados das fermentações com as leveduras imobilizadas mostram que o consumo do açúcar ocorre por dois fatores: pela adsorção do açúcar na matriz polimérica da carragena, devido às interações eletrostáticas ocorrido entre eles e também pelo consumo do açúcar pelas leveduras imobilizadas. A sacarose foi o melhor açúcar para utilizar como substrato. Em relação aos microrganismos pode-se notar que Saccharomyces cerevisiae obteve resultados mais satisfatórios, devido à maior velocidade e maior de consumo de açúcar, em comparação com a outra levedura. Esse maior consumo, podem ser explicados pela maior quantidade de células viáveis presentes dentro das esferas. Além disso, foram realizadas a secagem das esferas com as leveduras imobilizadas no dessecador, em estufa e naturalmente. Entretanto, as células após a reidratação das esferas não se mostram viáveis. Em vista de tudo isso pode-se concluir que células de microrganismos podem ser imobilizadas em esferas de carragena, entretanto, deve-se refinar o processo de imobilização para aumentar a viabilidade celular. Além disso, as células imobilizadas podem ser usadas e reutilizadas em processos biotecnológicos para produção de produtos de interesse.
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The present work aimed to synthesize carrageenan spheres and to immobilize microorganisms in their polymeric structure. Two yeasts Saccharomyces pastorianus and Saccharomyces cerevisiae with immobilized microorganisms were chosen. The immobilized yeasts were tested in fermentation using three different substrates: brown sugar, crystal sugar and D(+)sucrose. The synthesis of the carrageenan sphere was achieved when there was a combination of the concentrations of two solutions: the carrageenan solution, at a concentration of 10 g.L-1, and the KCl solution, at a concentration of 0.848 mol. L-1. At these same concentrations, it was possible to immobilize the yeasts in the carrageenan polymeric matrix and form spheres. The results of the fermentations with immobilized yeasts show that the consumption of sugar occurs by two factors: by the adsorption of sugar in the polymeric matrix of the carrageenan, due to the electrostatic interactions between them and also by the consumption of sugar by the immobilized yeasts. Sucrose was the best sugar to use as a substrate. Regarding the microorganisms, it can be noted that Saccharomyces cerevisiae obtained more satisfactory results, due to the greater speed and greater consumption of sugar, in comparison with the other yeast. This higher consumption can be explained by the greater amount of viable cells present within the spheres. In addition, the spheres were dried with immobilized yeasts in the desiccator, in an oven and naturally. However, the cells after rehydration of the beads are not viable. In view of all this, it can be concluded that microorganism cells can be immobilized in carrageenan spheres, however, the immobilization process must be refined to increase cell viability. In addition, immobilized cells can be used and reused in biotechnological processes to produce products of interest.
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