PPG - Engenharia e Ciência dos Materiais
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- ItemArgila bentonítica aplicada na clarificação de óleos vegetais: influência do tempo e da temperatura na eficiência da ativação com H 2SO4(Universidade Federal de São Paulo, 2024-04-12) Ribeiro, Junia Cristina Rogante de Carvalho [UNIFESP]; Trichês, Eliandra de Sousa [UNIFESP]; Quinteiro, Eduardo [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/6643955871083588; http://lattes.cnpq.br/1619405333024881; http://lattes.cnpq.br/0142211266010329A argila conhecida como bentonita é composta principalmente por minerais argilosos do grupo das esmectitas, que possuem um conjunto de propriedades únicas devido a sua alta capacidade de trocar cátions, como consequência das substituições isomórficas correlacionadas às características de suas estruturas de ordenação atômica. Essa alta capacidade de trocar cátions possibilita utilizar a argila bentonítica na remoção das toxinas e pigmentos presentes nos óleos vegetais e, para potencializar a capacidade de troca, submete-se a argila a um processo prévio denominada ativação ácida. Nesse processo, o tempo e a temperatura são variáveis a serem controladas para otimização da remoção das toxinas e pigmentos, e o entendimento da influência dessas variáveis no processo é o objetivo principal desse projeto de pesquisa. Para o desenvolvimento do projeto, diferentes amostras de uma mesma jazida de argila bentonítica foram caracterizadas química e mineralogicamente, e aquela com maior teor do argilomineral montmorilonita foi selecionada para o processo de ativação ácida. Utilizou-se a ferramenta estatística de Planejamento de Experimentos (do inglês, DOE - Design of Experiments) para determinar o efeito das variáveis temperatura e tempo na eficiência do processo de ativação ácida e, consequentemente, na eficiência do processo de clarificação dos óleos vegetais. A partir da análise de DRX (Difratometria de Raios X), FRX (Espectroscopia por Fluorescência de Raios X), MEV (Microscopia Eletrônica por Varredura) e distribuição granulométrica das diferentes amostras de argilas, selecionou-se uma dessas amostras para dar prosseguimento ao processo de ativação ácida. Com o plano de experimentos desenvolvido (DOE), submeteu-se essa amostra ao processo de ativação ácida, sob diferentes combinações de tempo e temperatura, e quantificou-se os efeitos das diferentes combinações no processo de clarificação do óleo, analisando-se a capacidade de remoção da clorofila. Adicionalmente, a argila ativada foi caracterizada por DRX, FRX, MEV, densidade aparente e acidez. Os resultados obtidos evidenciaram que as condições ótimas para o processo de ativação ácida foram tempo de 14 horas e temperatura de 100ºC, possibilitando aumento da produtividade e manutenção da elevada qualidade de clarificação do óleo obtido. A metodologia utilizada de planejamento de experimentos (DOE) e determinação laboratorial das condições que otimizem o processo de clarificação representam ganhos em termos produtividade industrial, consumo de vii reagentes e minimização da utilização de recursos naturais, qualificando-se como um controle de recebimento para as argilas neste setor industrial.
- ItemEstudo da produção e reciclagem de blendas de polietileno e amido termoplástico visando aplicações no setor de embalagens(Universidade Federal de São Paulo, 2022-10-31) Santos, Natali Bomfim [UNIFESP]; Lemes, Ana Paula [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/4529102387970131; https://lattes.cnpq.br/8019096371841292Nesse trabalho, blendas de polietileno de baixa densidade (LDPE) e amido termoplástico (TPS) foram produzidos variando-se a proporção entre esses componentes, sem e com a utilização do LLDPE-g-MA como agente compatibilizante. Primeiramente o TPS foi preparado realizando-se a plastificação do amido com glicerol, em uma extrusora dupla rosca. As blendas de LDPE e TPS também foram preparadas em uma extrusora dupla rosca. As blendas com e sem adição de agente compatibilizante foram preparadas variando a proporção do TPS de 10 a 70% em massa. As blendas LDPE/TPS e LDPE/LLDPE-g-MA/TPS foram caracterizadas com relação a suas propriedades mecânicas por meio de ensaios de tração e impacto, propriedades térmicas, por meio de análise termogravimétrica (TGA) e calorimetria exploratória diferencial (DSC), ensaio de difração de raio-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR) e avaliação da molhabilidade dos filmes pelo método da gota séssil. Também foi realizado um estudo sobre a reciclagem das blendas de LDPE/TPS e LDPE/LLDPE-g-MA/TPS, utilizando-se duas rotas. Na primeira as blendas produzidas foram submetidas a dois novos ciclos de reprocessamento em extrusora com obtenção de corpos de prova por moldagem por compressão com aquecimento. Na segunda rota foi realizada uma etapa de lavagem para remoção do amido, e avaliado a viabilidade de reinserção do LDPE pós lavagem num novo processamento.
- ItemSíntese e caracterização de cerâmicas dielétricas de alta permissividade para produção de dispositivos armazenadores de energia para aplicação em linhas de transmissão não linear.(Universidade Federal de São Paulo, 2024-02-16) Aredes, Rangel Graudiston [UNIFESP]; Antonelli , Eduardo; Silva Neto, Lauro Paulo; http://lattes.cnpq.br/3979447098275675; http://lattes.cnpq.br/8535325155568005; https://lattes.cnpq.br/5690544073624456Cerâmicas ferroelétricas de estrutura cristalina tipo Perovskita de baixa perda dielétrica, alta permissividade, elevada variação da permissividade em função da variação do campo elétrico (Tunability) e elevada ruptura dielétrica são essenciais para o desenvolvimento de materiais ferroelétricos não lineares empregados na construção de capacitores aplicados em Linha de Transmissão Não Linear (LTNL). As LTNLs têm o potencial de gerar oscilações no sinal elétrico (sólitons) em aplicações de micro-ondas de alta potência (>1000W). Os sinais elétricos gerado em uma LTNL podem ser utilizados em sistemas de comunicação via satélite, radares, sinal de interferência para interrupção de comunicação e tratamentos biomédicos. Neste trabalho, cerâmicas dos sistemas (1−x)Ba(Zr0,2Ti0,8)O3–x(Ba0,7Ca0,3)TiO3 representadas por (xBCZT) e (Ba(1-x)Sr(x)(Zr0,2Ti0,8)O3 por (xBSZT), foram sintetizadas por reação em estado sólido e caracterizadas em função da aplicação, quanto à suas propriedades dielétricas e de variação da permissividade elétrica em função da variação do campo elétrico. Os resultados dos ensaios de permissividade em função da variação do campo elétrico, da temperatura e da frequência foram observados em regiões de transição de fase polimórfica (TFP) e de contorno de fase morfotrópico (CFM). As cerâmicas 0.36BCZT, 0.44BCZT e 0.49BCZT apresentaram elevadas permissividades (0.36BCZT, permissividade >11000) e uma variação da permissividade de 37,3 %, 35,1 % e 27,9 % respectivamente, avaliados em temperaturas próximas da transição de fase tetragonal-cubica (T-C), em uma variação do campo elétrico de 8 kV/cm). As composições cerâmicas xBSZT, foram projetadas e desenvolvidas com o objetivo de apresentar transições de fases polimórficas próximas à temperatura ambiente atingindo um equilíbrio entre a baixa perda dielétrica, alta permissividade e uma elevada variação da permissividade. A composição (Ba(0,97)Sr(0,03)(Zr0,2Ti0,8))O3 apresentou uma elevada permissividade (>12200), baixa perda dielétrica (<0,01) e uma elevada variação da permissividade de 79 % em função da variação do campo elétrico de 10 kV/cm. Capacitores com propriedades não lineares, com base em um material ferroelétrico de alta performance, foram desenvolvidos e aplicados em uma LTNL, gerando sinais oscilatórios pulsados em RF, em uma frequência de 315 kHz.
- ItemReciclagem de embalagens multicamadas como matéria-prima secundária para a produção de blendas com PEAD(Universidade Federal de São Paulo, 2024-02-20) Carvalho, Nathan Kevin [UNIFESP]; Lemes, Ana Paula [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/4529102387970131; http://lattes.cnpq.br/1725838151831391Os impactos ambientais decorrentes do acúmulo de resíduos no meio ambiente têm impulsionado a reciclagem, especialmente de materiais poliméricos, que consiste em uma ferramenta extremamente importante para o desenvolvimento da economia circular. Neste contexto, as embalagens multicamadas são dificilmente recicladas por causa da mistura de materiais em suas composições. Por esse motivo, neste trabalho foi estudada a utilização de embalagens multicamadas como matéria-prima secundária para a produção de blendas com polietileno de alta densidade (PEAD). As embalagens foram coletadas, higienizadas e caracterizadas por dissolução seletiva e precipitação, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), e calorimetria exploratória diferencial (DSC) para a identificação dos polímeros que as compõem. Em seguida, as embalagens foram fragmentadas em um moinho de facas e processadas com PEAD nas proporções de 0:100, 25:75, 35:65 e 50:50, com 0%, 0,25% e 1% (m/m) de polietileno de alta densidade enxertado com anidrido maleico (PEAD-g-MA), como agente compatibilizante, em um homogeneizador termocinético, seguido por uma prensa sob pressão e temperatura. Os materiais produzidos foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV), ensaio de tração, impacto Charpy, dureza Shore D e DSC. A composição das embalagens foi verificada em torno de 1,5-10% (m/m) de copolímero de etileno e álcool vinílico (EVOH) e poliamida (PA), e de 77-93% (m/m) de PEAD e polietileno de baixa densidade (PEBD). A análise morfológica mostrou que o agente compatibilizante melhorou a adesão das embalagens na matriz de PEAD. Contudo, a baixa concentração de EVOH e PA não alterou as propriedades das blendas significativamente, o que permite a reciclagem de concentrações ainda maiores de embalagens. A blenda PEAD/25EMB/0,25PEAD-g-MA apresentou a maior resistência à tração (19,3 MPa) e módulo elástico (921 MPa), e a blenda PEAD/50EMB/1PEAD-g-MA obteve a maior resistência ao impacto (12,39 kJ m-2). Após a reciclagem, as blendas preservaram as suas propriedades, confirmando a possibilidade de produção de blendas recicláveis a partir de embalagens multicamadas pós-consumo, com grande potencial de aplicação na indústria moveleira, construção civil e setor de embalagens, e contribuindo para a circularidade do ciclo de vida destes materiais.
- ItemMateriais à base de carvão ativado proveniente de resíduos lignocelulósicos para suporte de fotocatalisadores com aplicação em remediação ambiental(Universidade Federal de São Paulo, 2024-02-06) Meirelles, Mariana Rodrigues [UNIFESP]; Gonçalves, Maraísa [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/8790738991069110; http://lattes.cnpq.br/9433470556620835Este trabalho propôs o aproveitamento de resíduos lignocelulósicos para preparação de carvão ativado (CA) e posterior impregnação com TiO2 para avaliação na degradação do paracetamol. O CA foi preparado a partir de resíduos de casca de café (CACC), borra de café (CABCF) e bagaço de cana de açúcar (CABC). A caracterização por adsorção/dessorção de nitrogênio mostrou que o CA preparado com bagaço de cana apresentou a maior área superficial,1596 m2.g-1, seguido do CA de borra de café com área superficial de 1465 m2.g-1, e o CA preparado com casca de café apresentou área superficial de 990 m2.g-1. A preparação dos fotocatalisadores de TiO2 foi dividida em duas etapas: 1) via sol-gel sem a presença de peróxido de hidrogênio (H2O2) e 2) via sol gel com H2O2 (gel de peróxido). Na primeira etapa, os materiais obtidos via sol gel foram calcinados por 2 h em diferentes temperaturas. Os resultados evidenciaram a mudança de fase anatase para rutilo em temperaturas elevadas (a partir de 650 ºC). Verificou-se que há correlação entre temperatura de calcinação, área superficial e tamanho de cristalito. Os materiais calcinados a 350, 400 e 450 ºC apresentaram maior fotoatividade, apresentando constante de velocidade de 0,0084, 0,0071 e 0,0063 min-1, respectivamente. Na segunda etapa, foi acrescentado H2O2 na preparação, estes materiais foram calcinados em 350 e 450 ºC. Para a temperatura de 350 ºC, variou-se o tempo de calcinação em 2, 4 e 6 h. Todos os TiO2-H2O2 preparados apresentaram eficiência fotocatalítica na degradação do paracetamol com remoção de 92 a 98%. O TiO2 calcinado a 350 ºC durante 4 h (TiO2-H2O2-350_4) demonstrou a maior eficiência fotocatalítica, com 98% de degradação do PCT e constante de velocidade igual a 0,0109 min-1. As caracterizações evidenciaram mudanças estruturais e morfológicas ao comparar a preparação com e sem a presença de H2O2. As heteroestrutras de Nb2O5-TiO2 foram preparadas com Nb2O5 comercial. O TiO2 foi sintetizado na superfície do Nb2O5 pelo método de gel de peróxido. Os materiais de Nb2O5-TiO2 não apresentaram bons resultados quando comparadas com o TiO2 preparado pelo método de gel de peróxido. Já as heteroestruturas preparas de CAs-TiO2 demonstraram melhores resultados quando comparadas com o fotocatalisador puro (TiO2-H2O2). Os materiais CABC-85TiO2, CABCF-85TiO2, CACC-85TiO2 apresentaram valores de constante de velocidade de 0,0045, 0,0053 e 0,0052 min-1, representando acréscimo na taxa de degradação do paracetamol de 7, 26 e 26%, respectivamente, quando comparadas ao TiO2. Todas as heteroestruturas de CAs-TiO2 evidenciaram capacidade de reaproveitamento até o sexto ciclo fotocatalítico. Sendo assim, as heteroestruturas de CAs-TiO2 apresentaram eficiência na degradação do paracetamol e foram preparados por meio de rota econômica e sustentável. O trabalho mostrou a viabilidade de produção de CAs proveniente de diferentes resíduos para utilização de suporte de fotocatalisadores.