Programa de Pós Graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais - PPGMQ-MG

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Análise crítica de ensaios com foco em adequação metrológica e levantamento de dados válidos para estimação da incerteza de medição
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2023-07-05) Soares, Amanda Alves; Souza, Patterson Patrício de; http://lattes.cnpq.br/1188190487447673; http://lattes.cnpq.br/4862280690650093; Souza, Patterson Patrício de; Rocha, Janice Cardoso Pereira; Magalhães, Welington Ferreira de
A Metrologia, a "ciência da medição e suas aplicações"(1), cresce em importância nos cenários acadêmico, industrial e econômico em todo o mundo. A versão mais atual da norma ISO/IEC 17025 de 2017, que trata dos requisitos gerais para avaliação da competência de laboratórios de ensaio e calibração, reforça essa tendência. Entre os seus requisitos, dois pontos principais têm chamado a atenção: a gestão do risco e a estimação da incerteza de medição, cruciais para as tomadas de decisão baseadas na conformidade de ensaios. Os principais objetivos desse trabalho, são, além de entender essas novas tendências, fazer uma revisão bibliográfica dessas definições e, por fim, a partir de um estudo de caso, aplicar esses conceitos, permitindo que resultados válidos sejam obtidos e usados para o seu devido propósito. Para o estudo de caso escolhido, um ensaio físico de tração uniaxial aplicado a polímeros, especificamente em produto acabado da produção de canudos biodegradáveis. Das diversas propriedades que podem ser obtidas através desse ensaio, foi estudado o módulo de Young, importante no estabelecimento da resistência do material à deformação. A primeira etapa, que trata da análise crítica do ensaio, permitiu que fossem realizadas as adaptações necessárias, baseadas nos requisitos de processo 7.2, 7.5, 7.6 e 7.7 da norma ISO/IEC 17025. Foram sugeridas mudanças no número de medições das dimensões dos corpos de prova, utilização de um formulário padrão para coleta e memória de cálculo dos dados, estimação da incerteza de medição e utilização de cartas controle para acompanhamento do desempenho do procedimento. A partir disso, os dados foram coletados em condições de precisão intermediária, permitindo a simulação do comportamento de uma amostra controle. No tratamento de dados, foi realizada a avaliação da correlação, da estatística descritiva e identificação de outliers. Nos cálculos tanto do valor do módulo quanto da estimativa da incerteza foram utilizadas diversas abordagens e desenvolvida a discussão em torno dos diversos resultados possíveis obtidos. Por fim, é mostrado como pode ocorrer a utilização dos resultados de incerteza de medição na avaliação de conformidade do produto, através de uma das ferramentas da qualidade, que são as cartas controle.
Aplicação de MOF de ferro e ácido tereftálico na remoção de fármacos em efluentes aquosos
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2022-02-21) Pires, Jaqueline Silva Evangelista; Mambrini, Raquel Vieira; Souza, Patterson Patrício de; http://lattes.cnpq.br/1188190487447673; http://lattes.cnpq.br/2859884193381045; http://lattes.cnpq.br/1483047713349138; Mambrini, Raquel Vieira; Souza, Patterson Patrício de; Lorençon, Eudes; Tristão, Juliana Cristina
A demanda crescente por água doce e a baixa eficiência na remoção dos fármacos por estações convencionais de tratamento de águas têm motivado diversas pesquisas na área e propiciado o desenvolvimento de vários materiais a serem utilizados em tratamentos alternativos em direção à sustentabilidade da água. Nesse contexto, as redes metalorgânicas, no inglês, metal-organic framework (MOF), surgem como materiais promissores para a remoção e degradação de fármacos presentes na água. Com o objetivo de avaliar a aplicação de MOFs à base de ferro e ácido tereftálico (MOF/FeBDC) nos processos de remoção e degradação eficaz de diclofenaco (DCF) presente nos corpos hídricos, este trabalho sintetizou a MOF/FeBDC e a partir da análise por difração de raios X, por espectroscopia na região do infravermelho e da análise termogravimétrica, verificou-se que o material sintetizado corresponde ao relatado na literatura. Em seguida, a partir da realização de testes para avaliar a cinética e a capacidade máxima de adsorção de DCF do material, verificou-se que o material atinge o equilíbrio rapidamente (10 min) e apresenta boa capacidade máxima de adsorção do DCF (308,6 mg g -1 ), apesar da área superficial específica BET relativamente baixa (130,54 m2 g -1 ). Testes de oxidação de DCF, na presença MOF/FeBDC e diferentes oxidantes foram feitos e verificou-se que, na presença de peroximonossulfato de potássio (PMS), a MOF/FeBDC aumentou a taxa de degradação do fármaco estudado de 57% para, aproximadamente, 91%, além de manter-se ativa, após 5 ciclos de reuso. Por último, a partir de testes de germinação de sementes de Lactuca Sativa (alface), observou-se que os produtos formados após a oxidação do DCF não apresentaram toxicidade ao meio ambiente. Esses resultados indicam que a MOF produzida nesse trabalho apresenta uma elevada capacidade para atuar como catalisador para a ativação do oxidante PMS em processos oxidativos avançados.
Avaliação das propriedades físico-químicas de nanoclusters de níquel e paládio e seu potencial como catalisador na produção de hidrogênio verde
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2025-08-04) Souza, Tiago Mendes de; Galvão, Breno Rodrigues Lamaghere; http://lattes.cnpq.br/7962146839706796; http://lattes.cnpq.br/9670276813114777; Galvão, Breno Rodrigues Lamaghere; Viegas, Luís Pedro; Lopes, Juliana Fedoce; Silva, Mateus Xavier; Trigueiro, João Paulo Campos
O hidrogênio verde consiste em uma alternativa aos combustíveis fósseis, no entanto, a sua produção a partir da água ainda é onerosa, empregando catalisadores de metais nobres. Tanto o níquel como o paládio têm propriedades catalíticas reconhecidas e a mistura desses dois metais pode fornecer propriedades termodinâmicas interessantes, assim como reduzir os custos no processo de produção de hidrogênio. Dado que o desenvolvimento de novos materiais se torna urgente para viabilizar a produção em larga escala desse gás, foram estudadas propriedades eletrônicas e estruturais de sistemas NimPdn−m. Sabendo que tanto a composição como o tamanho podem afetar as propriedades de clusters foram utilizados valores de n de 13, 27 e 41; e composições próximas à 0, 0%, 12, 5%, 25, 0%, 37, 5%, 50, 0%, 62, 5%, 75, 0%, 87, 5%, e 100, 0% de níquel. Para determinar a estrutura dos clusters unários, foram empregadas técnicas como o algoritmo genético (GA, do inglês genetic algorithm), e técnicas de mineração e clusterização de dados, como o k-means. Para a avaliação das propriedades dos clusters e nanoligas foram realizados cálculos DFT em dois níveis: um cálculo de triagem, menos preciso, e um cálculo final, mais acurado. Depois de finalizados os cálculos foram determinadas as propriedades eletrônicas e o coeficiente de Spearman foi calculado para determinar quais propriedades são responsáveis pela estabilização das ligas. Foi verificado que a formação das ligas é energeticamente favorável, ainda notamos que há variação das propriedades das partículas com o aumento do tamanho, por exemplo, o gap HOMO-LUMO tende a diminuir com o aumento do diâmetro da estrutura. Enfim, pela análise da correlação de Spearman notamos que as propriedades estruturais estão altamente correlacionadas com a estabilidade dos sistemas avaliados. Os clusters unários e binários (nanoligas) de 13 e 27 átomos mais estáveis obtidos na primeira parte desta tese foram selecionados para avaliação como eletrocatalisadores na reação de evolução do hidrogênio (HER, do inglês hydrogen evolution reaction). Esses sistemas já permitem avaliar os efeitos “core-shell” e da elevação do número de átomos sobre a HER. As configurações formadas pelo hidrogênio adsorvido aos clusters e ligas (NimPdn – mH) foram geradas e selecionadas com base em um novo protocolo, o qual empregou um algoritmo para gerar as estruturas iniciais combinado às técnicas de clusterização de dados para selecionar as estruturas mais representativas. Nesta parte foi empregada a correção de van der Waals nos cálculos DFT para descrever as interações intermoleculares. Além disso, a variação da energia de Gibbs (∆G) de cada configuração mais estável foi obtida por meio do modelo do eletrodo computacional de hidrogênio (CHE, do inglês computational hydrogen electrode). Se verificou que os clusters unários de 27 átomos e a liga Ni10Pd3 apresentaram os valores de ∆G mais próximos de zero (cerca −0, 44 eV e −0, 35 eV respectivamente) e, portanto, constituem os melhores catalizadores em reações de H2, dado que apresentam os valores de ∆G mais próximos de zero. Além disso, foi notado que há uma tendência de aumento em ∆G quando o tamanho dos clusters unários aumentou de 13 para 27 átomos, havendo uma tendência para valores próximos aos calculados para a fase bulk. O hidrogênio atômico se adsorve em sítios hollow e bridge nos clusters unários e binários (ligas) estudados. Por meio de uma análise de cargas parciais, verificou-se que os sítios nos quais o átomo H se ligou apresentam átomos com cargas parciais negativas, ou são formados por átomos de cargas parciais próximas a zero que estão ligados a átomos com cargas fortemente negativas. Este último caso foi observado apenas em clusters de geometria altamente simétrica. O valor de ∆G aumenta com a carga do átomo de hidro- gênio, o que implica em uma melhora da atividade catalítica em clusters que cederam pouca densidade eletrônica para o átomo H . Pode-se dizer que os protocolos adotados, tanto para os clusters isolados como para as configurações adsorvidas, permitiram a obtenção de amostras representativas que possibilitaram avaliar tanto as propriedades dos clusters e ligas como seus potenciais como catalisadores na HER.
Avaliação das propriedades fotocalíticas de compósitos a base de poli(butileno adipato-co-tereftalato) e oxididroxidos de nióbio
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2024-12-04) Pinheiro, Maria Eduarda Soares; Patrício, Patrícia Santiago de Oliveira; Heitmann, Ana Pacheli; http://lattes.cnpq.br/7241610742965341; http://lattes.cnpq.br/5625112455084806; http://lattes.cnpq.br/3811545667901264; Patrício, Patrícia Santiago de Oliveira; Binatti, Ildefonso; Oliveira, Luiz Carlos Alves de
A busca por tecnologias e materiais para minimizar as consequências da contaminação de água tem sido tema de pesquisas nos últimos anos. A fotocatálise heterogênea tornou-se uma área amplamente estudada nas últimas décadas e se destaca como uma tecnologia pertinente a esta aplicação, visto que promove a degradação dos poluentes. O oxi-hidróxido de nióbio (NbO2OH) é um semicondutor promissor a ser utilizado em fotocatálise devido a sua estabilidade química, versatilidade e atividade fotocatalítica. Um fator limitante nos processos de fotocatálise heterogênea na forma livre reside na dificuldade de recuperação do catalisador. A utilização de polímeros como suporte para catalisadores vem se mostrando como uma alternativa para superar as limitações da recuperação do material. O Poli(butileno adipato-cotereftalato) – PBAT, derivado de fontes fósseis, é um marco na evolução dos materiais sustentáveis. O uso de amido termoplástico -TPS combinado com PBAT na fotocatálise oferece uma abordagem promissora para criar suportes de catalisadores sustentáveis e eficientes. A biodegradabilidade e o baixo custo do TPS, enquanto o PBAT contribui com propriedades mecânicas superiores e estabilidade. Essa combinação facilita a imobilização do catalisador, permitindo uma recuperação e reutilização mais simples após o processo fotocatalítico. O objetivo desse trabalho é a degradação fotocatalítica do corante orgânico azul de metileno (AM) que foi investigada utilizando o sistema PBAT/S2/UV. Esse nanomaterial é obtido pela dispersão de oxihidróxido de nióbio (S2) em uma matriz polimérico o PBAT e ativada pela radiação UV. Os testes de degradação do corante AM foram realizados e utilizou-se a espectrofotometria UV-VIS para acompanhar a remoção da molécula orgânica do meio aquoso. Os sistemas PBAT (100), PBAT/S2 (100), PBAT/S2 (99:1), PBAT/S2_S2 (99:1), PBAT/S2 (95:5) CASTING, PBAT/S2 (95:5), PBAT/S2_S2 (95:5) e PBAT/S2/TPS_S2 (95:5:20) foram obtidos e os valores observados de eficiência fotocatalítica para a fotodegradação do AM foram 10%, 25%, 10%, 66%, 65%, 17%, 80% e 83% respectivamente, após 120 tempo de reação. Com isso, podese inferir que o catalisador na superfície do filme foi mais favorável para a fotodegradação do AM. Por fim, as interações químicas entre PBAT, TPS e S2 foram observadas pelas técnicas de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Análise Termogravimétrica (TGA), infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR). Por meio dessas análises foi possível identificar que a incorporação do catalisador no PBAT (PBAT/S2) não afetou a estabilidade térmica e não demonstrou resultados significativos nas propriedades mecânicas. O compósito exibiu alta atividade catalítica para remoção do corante AM durante a fotocatálise.
Caracterização de canudos ambientalmente amigáveis produzidos a partir de amido de mandioca e poliéster biodegradável
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2024-11-04) Silva, Alexandro de Azevedo; Patrício, Patrícia Santiago de Oliveira; http://lattes.cnpq.br/5625112455084806; http://lattes.cnpq.br/9635231316620108; Patricio, Patrícia Santiago de Oliveira; Santos, Lucilaine Valéria de Souza; Pedroso, Emerson Fernandes
Nos últimos cinquenta anos, a indústria de materiais poliméricos cresceu significativamente, com os plásticos substituindo materiais tradicionais como papel, madeira e metal. Este aumento no uso de plásticos trouxe o desafio do acúmulo desses materiais no ambiente devido à sua resistência à degradação. Atualmente, a produção de polímeros sintéticos segue um modelo linear, caracterizado pela extração de matérias-primas, fabricação, utilização e muitas das vezes o descarte inadequado, o que pode levar a um cenário em que até 2050 os oceanos contenham mais resíduos plásticos do que peixes. Essa preocupação tem levado empresas e organizações a buscarem alternativas para minimizar os riscos ambientais, resultando em um aumento nos estudos sobre polímeros biodegradáveis. Esses materiais têm a capacidade de se decompor por processos naturais, gerando subprodutos como água, dióxido de carbono e biomassa. No entanto, embora essa decomposição ofereça uma alternativa promissora para mitigar o impacto ambiental dos polímeros convencionais, é importante destacar que, em condições reais, a biodegradação raramente atinge 100%, tornando essencial considerar cenários ideais para seu aproveitamento pleno. A pesquisa em polímeros biodegradáveis abrange desde a produção de novos materiais até a caracterização detalhada de polímeros baseados em fontes renováveis. Este trabalho visa analisar as propriedades térmicas, estruturais e morfológicas de canudos biodegradáveis produzidos a partir de amido de mandioca e poliéster biodegradável. Foram estudados três canudos biodegradáveis denominados de CA1, CA2 e CA3. As amostras foram caracterizadas por meio de espectroscopia de infravermelho (FTIR), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e testes de biodegradabilidade realizados de acordo com a norma OECD 301-B. Os resultados mostraram que os canudos com CA1 e CA2 apresentaram espectros de FTIR semelhantes, enquanto o CA3 exibiu variações. Com a análise de TGA também é possível analisar comportamento térmica entre os canudos, mostrando similaridade entre os canudos CA1 e CA2 e distinção térmica com o canudo CA3. A DSC indicou temperaturas de fusão para o Canudo CA1 entre 104 °C e 107 °C na primeira varredura e até 123 °C na segunda. O Canudo CA2 registrou temperaturas de fusão de 104 °C a 134 °C na primeira varredura e de 108 °C a 124 °C na segunda, com cristalização entre 32 °C e 57 °C. O CA3 apresentou uma faixa de cristalização mais alta, com fusão ocorrendo entre 106 °C e 124 °C. Nos testes de intumescimento, os canudos com maior teor de amido apresentaram maior absorção de água, com o Canudo CA1 apresentando intumescimento de 35,19%, o Canudo CA2 de 54,68% e o CA3 de 15,07%. As imagens de MEV revelaram que os canudos com CA1 e CA2 de amido tinham uma fase contínua e estruturas filamentosas, enquanto o CA3 apresentava uma superfície mais lisa e menos ductilidade. Os testes de biodegradabilidade mostraram que nenhuma das amostras atingiu o limite de 60% de degradação do carbono orgânico em 28 dias conforme a norma OECD 301-B, com valores de perda de massa percentual variando entre 52,80% e 54,59% para os canudos CA1 e CA2 e 22,73% para o CA3. Apesar do potencial de biodegradação dos canudos como alternativas aos plásticos convencionais, há necessidade de aprimoramentos para aumentar sua taxa de biodegradabilidade. As análises realizadas forneceram uma compreensão detalhada das diferenças estruturais, térmicas e de absorção de água entre os diferentes tipos de canudos, destacando a necessidade de otimização na composição e nas condições de teste para melhorar a performance biodegradável dos materiais.
Desempenho eletroquímico de eletrodos compósitos baseados em redes metalorgânicas nanomateriais de carbono para aplicação em supercapacitores
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2024-03-08) Oliveira, Luana Sousa de; Trigueiro, João Paulo Campos; Lavall, Rodrigo Lassarote; http://lattes.cnpq.br/9658097765240301; http://lattes.cnpq.br/2697679778703686; http://lattes.cnpq.br/3029877291012397; Trigueiro, João Paulo Campos; Lavall, Rodrigo Lassarote; Matencio, Tulio; Freitas, Flavio Santos
Existe uma eminente necessidade do uso mais eficiente dos recursos energeticos, diminuindo dessa forma, a dependencia mundial de energia primaria nao renovavel para garantir a sustentabilidade economica e ambiental do planeta. Para isso, e necessario investir na utilizacao de fontes de energia renovavel como a solar, eolica e biocombustiveis. Entretanto, um dos problemas que precisa ser enfrentado e a natureza intermitente dessas fontes com a consequente necessidade de etapas de armazenamento, nivelamento e distribuicao mais eficientes, proporcionando assim, um melhor aproveitamento energetico. Os supercapacitores (SCs) sao dispositivos eletroquimicos de armazenamento de energia que tem se destacado por apresentarem propriedades cumulativas como alta densidade de potencia, baixo peso e alta ciclabilidade. Para maximizar o nicho de aplicacoes, muitas estrategias que visam aumentar sua densidade de energia tem sido desenvolvidas, como por exemplo, a incorporacao de especies ativas redox aos eletrolitos como e o caso do par Ce3+/Ce4+. Alem disso, com a crescente demanda por dispositivos eletronicos miniaturizados, o preparo de eletrolitos polimericos geis, amplia as aplicacoes praticas dos SCs, pois permite a montagem de celulas totalmente solidas, flexiveis e seguras que atendem a essas caracteristicas. A selecao de material do eletrodo tambem e outra importante estrategia para o aumento da densidade de energia. As Redes Metalorganicas, do ingles gMetal Organic Frameworksh (MOFs) sao materiais porosos e altamente ordenados, compostos por ions metalicos conectados por ligantes organicos que tem sido amplamente exploradas como materiais de eletrodo para supercapacitores. A rede metalorganica de Ce-UiO-66 apresenta caracteristicas especiais como alta area superficial, estabilidade termica e atividade redox, o que a torna um material atrativo para supercapacitores. Apesar das MOFs possuirem baixos valores de condutividade eletrica, essa limitacao pode ser superada atraves da preparacao de compositos com materiais condutores tais como nanotubos de carbono de parede multipla (conhecidos como MWCNT, do ingles multi- walled carbon nanotubes) e oxidos de grafeno reduzido (r-GO). Neste trabalho, foram preparados nanocompositos de Ce-UiO-66/MWCNT e Ce-UiO-66/r-GO para aplicacao como eletrodos de supercapacitores usando o eletrolito redox de sulfato de cerio IV. A MOF foi caracterizada termica, espectroscopica, textural e morfologicamente. O foco central da pesquisa foi direcionado a construcao e caracterizacao de um supercapacitor assimetrico hibrido (SCH) de estado solido, destacando suas notaveis propriedades eletroquimicas. Este dispositivo revelou uma expressiva capacitancia de 152,1 F g-1 em uma ampla faixa de potencial de -0,30 a +1,42V, operando sob densidade de corrente de 5 A g-1. Alem disso, apresentou uma baixa resistencia serie equivalente (RSE) de 1 ƒ¶, evidenciando sua eficiencia. O SCH tambem apresentou uma densidade de energia maxima de 41,8 W h kg-1 a 5 A g-1, juntamente com uma densidade de potencia notavel de 8566 W kg-1 a 25 A g-1. Esses resultados destacam a notavel capacidade do supercapacitor em armazenar e liberar energia de forma rapida e eficiente, alem das eficiencias coulombicas superiores a 94%, enfatizando sua alta capacidade de transferencia de carga. Este estudo oferece perspectivas valiosas para o desenvolvimento e aprimoramento de supercapacitores destinados a aplicacoes avancadas em armazenamento de energia.
Desenvolvimento de compósitos baseados em fibras de reforço e matriz de poliuretano para aplicações de revestimento
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2023-08-23) Ferreira, Venilton Menezes Vieira; Patrício, Patrícia Santiago de Oliveira; http://lattes.cnpq.br/5625112455084806; http://lattes.cnpq.br/0886862774372286; Patrício, Patrícia Santiago de Oliveira; Oliveira, Angelo Rocha de; Pedroso, Emerson Fernandes
Atualmente, a utilização de compósitos poliméricos reforçados com fibras (PRF) vem sendo cada vez mais observada nos mais diversos campos da engenharia, principalmente nas áreas de construção civil, aeroespacial, naval e de transportes e outros mais setores. Esse aumento da utilização se justifica pela combinação das elevadas propriedades mecânicas das fibras, aliada à baixa densidade dos materiais poliméricos, que fazem com que esses materiais compósitos ganhem um elevado custo-benefício para diversas aplicações. O presente trabalho tem como proposta o desenvolvimento de um material compósito a base de poliuretano (PU) reforçado com tecidos de diferentes fibras, incluindo a fibra de aramida oriunda de descartes da área de segurança, para atuar como reforço para concreto. Foram estudadas propriedades físico-químicas e mecânicas do material compósito aplicado no concreto de modo a compará-lo sem e com reforço de PRF. Foram realizados ensaios de flexão, impacto Charpy e adesividade do PRF. Também foram realizadas análises de espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR), de termogravimetria (TGA) e de calorimetria exploratória diferencial (DSC) do PU. Além disso, os materiais foram caracterizados por análises por microscopia eletrônica de varredura (MEV) na região de fratura dos corpos de prova ensaiados por impacto. Os resultados do trabalho indicaram que houve a cura completa do PU utilizado e também uma elevada estabilidade térmica das fibras utilizadas. Além disso, todas as fibras avaliadas no estudo aumentaram significativamente a resistência mecânica dos corpos de concreto, tanto à resistência à flexão quanto à tenacidade. Tais resultados mostram a viabilidade de se utilizar os revestimentos para o aumento de desempenho mecânico de estruturas de concreto.
Desenvolvimento de nanossistemas poliméricos para liberação controlada de ácido ascórbico, niacinamida e ácido ferúlico livres e complexados ao zinco para fins dermocosméticos
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2024-11-08) Dantas, Kele Cristina Ferreira; Caldeira, Priscila Pereira Silva; http://lattes.cnpq.br/0625884615720897; http://lattes.cnpq.br/6462010366094894; Caldeira, Priscila Pereira Silva; Patrício, Patrícia Santiago de Oliveira; Pedroso, Emerson Fernandes; Goulart, Gisele Assis Castro; Silva, Klaudia Maria Machado Neves
Neste trabalho foram desenvolvidas duas nanoformulações para encapsulamento de princípios ativos para uso como dermocosmético. Na primeira nanoformulação foram empregados os polímeros alginato de sódio e poloxamer 407 para carrear os ativos niacinamida (NA), ácido ascórbico (AA) e um complexo de zinco (II) inédito contendo esses ativos como ligantes (complexo 1). A presença dos ativos e do complexo nas nanopartículas (NPs), que variaram de 261 a 476nm, foi confirmada através da espectrometria vibracional. O estudo desse sistema indicou limitações importantes em relação à estabilidade da nanoformulação devido a valores de potencial Zeta abaixo de 30mV em módulo e em relação a quantificação do ativo ácido ascórbico nas NPs. Assim, um estudo para avaliação da degradação do AA em soluções aquosas foi realizado, sendo desenvolvido um método colorimétrico com íons Fe3+ e 1,10-fenantrolina para quantificação direta de AA nas NPs. Objetivando superar as limitações do sistema anterior, um segundo nanossistema à base dos polímeros quitosana, alginato e poloxamer 407 foi preparado. Para formação das NPS, um complexo polieletrolítico de alginato-quitosana foi usado para recobrir o ativo disperso em micelas de poloxamer. Esse sistema foi usado para carrear o ativo AA e ácido ferúlico (FcA). As NPs foram obtidas empregando-se diferentes quantidades de AA no preparo (1 a 20mg) e apresentaram tamanho médio entre 291 e 399nm, potencial Zeta superior a 34mV e índice de polidispersão menor que 0,32, parâmetros adequados à administração tópica, indicativos de homogeneidade e boa estabilidade das NPs em solução. Os valores de encapsulamento variaram de 10 a 27%, que é esperado para ativos instáveis e altamente solúveis como o AA. A cinética de liberação de AA a partir das NPs foi monitorada em sistemas que simulam condições fisiológicas relevantes (pele pH 5,5 e sangue pH 7,4). Para ambas as condições, o modelo cinético que melhor se ajustou aos dados experimentais foi o de Korsmeyer-Peppas com um expoente difusional que denotou um transporte super caso II. Em relação ao FcA, os resultados de eficiência de encapsulamento foram inferiores a 4% e, portanto, optou-se por sintetizar um complexo de FcA e zinco (complexo 2), a fim de avaliar um possível encapsulamento futuro desse complexo no nanossistema desenvolvido. Neste trabalho também foi abordado o processo de modificação química do polímero biodegradável poloxamer 407 para conjugá-lo ao FcA. Devido à atividade antioxidante, maior estabilidade térmica e maior tempo de prateleira, o polímero modificado apresentou potencial para encapsulamento de ativos sensíveis à oxidação em formulações de produtos farmacológicos e/ou cosméticos.
Desenvolvimento de sistema polímerico a base de amido e colágeno para liberação controlada de nutrientes no solo
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2022-08-08) Couto, Maíra Lopes Silva do; Patrício, Patrícia Santiago de Oliveira; http://lattes.cnpq.br/5625112455084806; http://lattes.cnpq.br/6869887709138145; Patrício, Patrícia Santiago de Oliveira; Oliveira, Luiz Carlos Alves de; Souza, Patterson Patrício de
O emprego de polímeros biodegradáveis provenientes de fontes renováveis nos mais diversos setores industriais e comerciais vêm sendo motivado pela necessidade de minimizar os impactos ambientais ocasionados pelos resíduos e descartes associados aos polímeros derivados de combustíveis fósseis (popularmente denominados de plásticos). Por consequência, a necessidade de substituição dos polímeros convencionais impulsiona as pesquisas voltadas para o desenvolvimento de materiais baseados em polímeros biodegradáveis e controle de suas propriedades. Especialmente, no setor agrícola, a aplicação de polímeros biodegradáveis na elaboração de sistemas de liberação controlada de fertilizantes vem recebendo cada vez mais atenção. Um grupo extenso de materiais é estudado para tal aplicação, dentre estes o amido tem apresentado um crescente interesse no que se refere ao uso de polímeros biodegradáveis. Já em relação aos fertilizantes nitrogenados, destaca-se o uso de fontes de nitrogênio proveniente de compostos orgânicos diferentes da uréia, que é comercialmente usada para esse fim, mas ainda apresenta algumas limitações. Neste contexto, o presente trabalho teve por objetivo desenvolver um sistema polimérico a base de amido para liberação controlada de nutrientes no solo, incluindo nitrogênio de fonte orgânica, que promoverá a liberação dos componentes de forma lenta e contínua. Destaca-se como vantagens do sistema proposto o atendimento da demanda de nutrientes para determinadas culturas de plantas em um período adequado, evitando a ocorrência de sobredosagens e de perdas dos nutrientes para o ambiente e consequentemente o aumento na eficiência da fertilização. Como diferencial destaca-se, a presença do colágeno como fonte de nitrogênio aliada a biodegradabilidade dos polímeros envolvidos e a minimização dos danos ambientais causados pelas práticas agrícolas que demandam uso de fertilizantes. Em tal sistema polimérico se utilizou, além do colágeno, o fosfato de potássio (K2HPO4) como fonte de fósforo e potássio. Foram produzidos diferentes sistemas poliméricos via extrusão variando-se a composição ou o tipo de processamento, que pode ser reativo ou não. Para fins comparativos, foi realizado também o desenvolvimento de sistemas poliméricos com a incorporação de uréia. A caracterização dos materiais desenvolvidos ocorreu por meio da análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR), difração de raio-X (DRX) e ângulo de contato. A avaliação da biodegradabilidade no solo foi realizada por meio da análise da percentagem de perda de massa. O aspecto físico macroscópico dos sistemas poliméricos desenvolvidos, se apresentaram semelhantes, com exceção aos sistemas nos quais houve a incorporação de uréia, apresentando coloração amarelada e integridade física no sentido do comprimento. A TGA indicou que a modificação do amido promove um aumento na estabilidade térmica; enquanto a incorporação do colágeno ocasiona uma redução na temperatura de ocorrência da decomposição do material. Na análise de FTIR detectou-se as bandas de absorção características do amido termoplástico, assim como aquelas formadas de ligações relativas às interações formadas entre a cadeia de amido e os compostos adicionados. O DRX evidenciou alterações no padrão cristalográfico das amostras desenvolvidas, de maneira que a modificação resulta em um aumento na cristalinidade e a incorporação dos compostos nutrientes em uma redução da cristalinidade. A incorporação dos compostos nutrientes, assim como a modificação do amido, ocasionou alterações estruturais que refletiram em mudanças nas propriedades térmicas, na cristalinidade e na hidrofilicidade do sistema polimérico e, consequentemente, na taxa de biodegradação. O sistema polimérico a base de amido para liberação controlada de nutriente se mostrou ser promissor, sendo atestado pela avaliação do desenvolvimento de mudas de pimenta malagueta em solos contendo tal sistema.
Desenvolvimento de um preparador amostral automático para análise cromatográfica
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2022-02-03) Lopes, Fabiane Carla; Pedroso, Emerson Fernandes; Cardeal, Zenilda de Lourdes; http://lattes.cnpq.br/0821156703012194; http://lattes.cnpq.br/2158176306442308; http://lattes.cnpq.br/4357726414236592; Pedroso, Emerson Fernandes; Cardeal, Zenilda de Lourdes; Souza, Patterson Patrício de; Rezende, Patricia Sueli de; Menezes, Helvecio Costa
O avanço tecnológico tem trazido benefícios para o dia a dia das pessoas e das empresas permitindo a automação de atividades antes manuais. Essa inovação contínua, impacta a rotina dos laboratórios que demandam por análises cada vez mais rápidas, simples e sustentáveis. Isso induziu a mudança da etapa de preparo de amostras com a inclusão de equipamentos automatizados para miniaturização de sistemas, redução de riscos humanos, de erros aleatórios e, de tempo e custos dos tratamentos amostrais. Apesar do diminuto investimento financeiro às Instituições de pesquisas públicas brasileiras, o que tem atrasado o avanço tecnológico no Brasil na última década, as plataformas de robótica de código-aberto e a integração multidisciplinar têm possibilitado a construção de instrumentos laboratoriais automatizados a baixo custo. Foi construído um robô cartesiano com propriedades capazes de preparar soluções e amostras líquidas. Todo o equipamento é controlado por um software escrito em Python 3 que roda em um computador e por dois microcontroladores Atmel 328P programados em linguagem C. O software é responsável pelo deslocamento da microseringa nos eixos cartesianos que são movidos por motores. O objetivo é fazer com que os motores de passos desloquem corretamente a microseringa até a posição desejada dos frascos e reatores, e realize as funções de pipetar ou verter o volume almejado. O software também é responsável pelo funcionamento do bloco reacional: sistemas de aquecimento e agitação. Um motor de eixo desbalanceado é responsável pela agitação do bloco (2965 rpm). O equipamento é composto por: A) um bloco reacional (contém 7 reatores) com controle de temperatura (isolados termicamente por placas de isopor) e agitação; B) por uma microseringa, e; C) por suportes para colocar frascos de reagentes e descarte. Utilizou-se metodologias de validação para a temperatura do bloco (temperatura ambiente até 84,9 ± 0,54 °C) e para o volume da microseringa (até 159,0 ± 0,34 µL), e os resultados dos coeficientes de determinação foram: R²TEMPERATURA = 0,9994 e R²VOLUME = 0,9999. O preparador amostral desenvolvido foi utilizado para o preparo de curvas de calibração de soluções e de reações de derivatização seguida de análise cromatográfica: 1) Soluções com padrão de esteroides (30,0 – 180,0 mg L -1 ): 0,9925 < R² < 0,9944 – GC; 2) Solução padrão de diclofenaco de sódio (25,0 – 125,0 mg L -1 ): R² = 0,9995 – HPLC; 3) Curvas com padrões de aminoácidos derivatizados (10,0 – 35,0 mg L - 1 ) com propil cloroformato: 0,9678 < R² < 0,9995 – GC. Todos os resultados das curvas de linearidade das análises cromatográficas foram avaliados por testes estatísticos de normalidade e homoscedasticidade. A versatilidade desse preparador amostral automático vai além das aplicações desenvolvidas neste trabalho, pois ele executa funções que são responsáveis pelos principais parâmetros de estudos de otimização de processos. Podendo garantir maior repetibilidade/precisão de resultados.
Desenvolvimento e validação de método analítico de extração sortiva automático para análise em cromatografia gasosa multidimensional
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2023-05-02) Novaes, Gabriel Silveira; Souza, Patterson Patrício de; http://lattes.cnpq.br/1188190487447673; http://lattes.cnpq.br/3149838356918071; Souza, Patterson Patrício de; Pedroso, Emerson Fernandes; Amorim, Leiliane Coelho Andre
Com os grandes avanços tecnológicos referentes aos métodos de análise e detectores utilizados para determinação dos analitos de uma amostra complexa, fezse cada vez mais necessário a utilização de novos métodos de preparo de amostra para auxiliar o processo analítico. Dentro do processo de preparo de amostras, é possível destacar o desempenho dos métodos automatizados, que apresentam menor erro estatístico comparado aos tradicionais, além de poupar o analista, evitando o seu contato direto com reagentes e a longos períodos de trabalho. Para avaliar a credibilidade destes novos métodos, garantindo que eles servirão a função proposta, é realizada uma validação analítica, determinando as características de performance deles. Esse trabalho traz a proposta de automatizar, otimizar e validar um método recente de extração e pré-concentração, a extração sortiva em parede de vial (VWSE), sendo um método eficiente, miniaturizado e limpo. Para as análises escolheu-se trabalhar com um cromatógrafo gasoso multidimensional, pois, a sua utilização traz como vantagens a sensibilidade em baixas concentrações, resolução e nível de informações obtidas. O presente trabalho teve como objetivo secundário desenvolver o melhor procedimento de confecção dos dispositivos de VWSE e avaliar a equivalência estatística dos dispositivos preparados, além de avaliar a possibilidade do seu uso em uma metodologia automatizada utilizando um protótipo de amostrador automático disponibilizado no laboratório do Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais. No estudo foi utilizado um padrão de alcanos de concentração conhecida em soluções de tetraidrofurano puro e em mistura com água Mili-Q®. Os dispositivos de VWSE foram preparados em cinco diferentes condições utilizando um torno mecânico e um protótipo desenvolvido para rotacionar os vials e revesti-los por spin coating. A metodologia se mostrou eficiente e a sua automatização viável, com os dispositivos VWSE confeccionados em torno mecânico a 250 rpm, horizontalmente com secagem forçada por soprador de calor, apresentando os melhores resultados dentre todos os dispositivos confeccionados. Diferentes vials preparados nessas mesmas condições apresentaram ótimos resultados, tendo equivalência estatística atestada pelos testes T e F realizados para cada alcano. A partir da avaliação da viabilidade do método VWSE automático, foi realizado a otimização dos parâmetros envolvidos no processo, adotando então as condições ótimas de 50 °C durante o todo o preparo da amostra, 10 minutos de tempo de contato entre amostra e fase extratora, 5 minutos de tempo de dessorção líquida e 100 µL de solvente extrator utilizado. Com o método então definido, foi realizada a validação parcial do método de VWSE automático para avaliar a sua eficiência, determinando a sua linearidade, precisão (repetibilidade e reprodutibilidade), recuperação (exatidão) e limites de detecção e quantificação. O método se mostrou com resposta linear, preciso e exato para a série de alcanos de decano a octadecano, atigindo valores baixos de limite de detecção e quantificação na faixa de µg L -1 .
Desenvolvimento e validação de metodologia analítica aplicada na determinação de maleato de clorfeniramina residual de processos de limpeza no contexto farmacêutico
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2023-11-14) Santos, Jefferson Samuel; Souza, Patterson Patrício de; http://lattes.cnpq.br/1188190487447673; http://lattes.cnpq.br/6143240916720630; Souza, Patterson Patrício de; Mambrini, Raquel Vieira de; Binatti, Ildelfonso
A produção de fármacos deve seguir rigorosos critérios estabelecidos por normas nacionais e internacionais. O cumprimento desses critérios visa garantir a qualidade e a segurança do produto, de modo que os consumidores tenham acesso a formas eficazes de tratamentos contra diversos tipos de doenças. Algumas anomalias podem comprometer toda produção de um fármaco, como é o caso da contaminação cruzada, que ocorre, por vezes, devido a um processo de limpeza malsucedido que resulta da remoção incompleta de resíduos de medicamentos produzidos anteriormente na mesma linha de produção. A fim de evitar esse tipo de problema, pode-se lançar mão de ferramentas que auxiliem no controle de qualidade de todos os processos que envolvam a preparação de um fármaco, incluindo a fase de limpeza de equipamentos e utensílios. Tendo isso em vista, objetivou-se neste trabalho validar um método analítico capaz de detectar e quantificar, de forma exata e precisa, o ativo maleato de clorfeniramina, presente na composição de um medicamento antigripal muito utilizado no tratamento de gripes e resfriados, e que pudesse ser utilizado para averiguar a eficiência do procedimento de limpeza na remoção desse fármaco. Para tanto, empregou-se a técnica de cromatografia líquida em fase reversa, uma coluna cromatográfica m), fase móvel em eluição por gradiente composta por metanol Zorbax SB-CN (250 x 4,6 mm, 5 e uma solução aquosa de ácido perclórico 0,07% (v/v) ajustada em pH 2,0 e fluxo de 1,8 mL min- 1 . Utilizou-se ainda um detector na região do ultravioleta em comprimento de onda de 271 nm para detectar o analito de interesse. O fármaco maleato de clorfeniramina foi satisfatoriamente eluído com tempo de retenção de aproximadamente 6,20 minutos. O método mostrou-se linear (R igual a 0,9998 e R2 igual a 0,9996), preciso (DPR% entre a repetibilidade e a precisão intermediária na faixa de 2,8%), exato (médias de recuperações entre 91,48% e 94,24%), seletivo e robusto (exceto para os parâmetros alteração de coluna cromatográfica e estabilidade de solução). Os limites de detecção e quantificação foram iguais a 0,15 µg mL-1 e 0,46 µg mL-1 , respectivamente. Com isso, o método desenvolvido foi considerado validado, podendo ser aplicado para avaliar a qualidade de limpeza dos equipamentos e utensílios após a produção do medicamento estudado.
Efeito da metodologia de incorporação de aditivos no amido via processos de extrusão
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2025-01-16) Coura, Ítalo Rocha; Patrício, Patrícia Santiago de Oliveira; http://lattes.cnpq.br/5625112455084806; http://lattes.cnpq.br/9993910989096502; Patrício, Patrícia Santiago de Oliveira; Binatti, Ildefonso; Caldeira, Priscila Pereira Silva; Silva, Mercês Coelho da; Ayres, Eliane
O amido é um polímero natural de fácil obtenção e baixo custo que apresenta dificuldades de processamento e resistências químicas e mecânicas que impossibilitam sua aplicação como plástico de commodities. Por isso, diversas pesquisas visam modificar as estruturas do amido para aumentar seu leque de aplicações. Um dos reagentes de modificação do amido é o ácido cítrico (AC), diferentes publicações apresentam resultados variados da combinação desses dois materiais sem aprofundamento dos motivos que direcionam essas interações. Com o objetivo de desenvolver novos materiais ambientalmente amigáveis e conhecer a atividade do ácido cítrico e da glicerina na matriz de amido de mandioca, foram produzidos amidos modificados por duas metodologias distintas, estudou-se os produtos finais (filamentos e filmes) e intermediários (em determinadas etapas de processamento), por análises estruturais (teor de amilose:amilopectina, espectroscopia de Infravermelho, cromatografia), térmicas (termogravimetria, DSC), mecânicas (tração) e comportamento hidrofílico (molhabilidade e intumescimento). Ambas as metodologias resultaram em reações químicas e formação de ésteres pela adição de AC ao amido, confirmada pela presença de bandas em 1730 cm-1 nos espectros de FTIR. A mudança de ordem de adição dos agentes modificantes ao amido resultou em materiais distintos em relação as propriedades mecânicas e hidrofílicas que sugeriram que o AC, aplicado via Metodologia 1, promoveu plastificação do amido, reduzindo sua resistência mecânica e aumentando a hidrofilicidade, enquanto que, aplicado via Metodologia 2, promoveu a reticulação parcial do amido, aumentando sua resistência mecânica e reduzindo sua hidrofilicidade. Os resultados apresentados indicaram que, a partir da adição dos mesmos reagentes, é possível produzir diferentes polímeros amigáveis ao meio ambiente, de baixo custo e que apresentem propriedades adequadas às propostas de aplicação.
Estudo comparativo de biodegradabilidade e de propriedades físico-químicas de canudos baseados em PBS e amido
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2025-01-17) Hipólito, Thaís Munique Sales Leite; Patrício, Patrícia Santiago de Oliveira; http://lattes.cnpq.br/5625112455084806; http://lattes.cnpq.br/1996033342313137; Santos, Lucilaine Valéria de Souza; Alves, Márcio Oliveira
Na busca por soluções para reduzir o descarte de plástico no meio ambiente e cumprir normas e critérios de certificação de produtos, é cada vez mais comum o desenvolvimento de materiais que atendam a testes de biodegradabilidade, como o “Ready Biodegradability” da Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OECD). Neste estudo, três amostras de canudos poliméricos foram comparadas quanto ao seu "potencial de biodegradabilidade" com o suporte de técnicas analíticas convencionais, tais como FTIR, TGA/DTG, DRX, DSC, e SEM- EDS, além do teste de intumescimento e, principalmente, o teste de biodegradação respirométrico. Esta pesquisa foi fundamental para implementar a metodologia OECD 301-B adaptada no laboratório, contribuindo para o entendimento dos processos de degradação em materiais poliméricos. Os resultados obtidos, apesar de preliminares, são cruciais para a evolução de práticas sustentáveis e para o desenvolvimento de produtos que possam ser mais facilmente integrados a um ciclo ambientalmente responsável. Uma compreensão aprimorada desses processos de degradação possibilita avanços na criação de polímeros que atendam aos critérios de biodegradabilidade, ajudando a mitigar o impacto ambiental do descarte de plásticos. Embora os valores de biodegradação medidos pelo CO2 evoluído tenham sido baixos (cerca de 6%), valores promissores obtidos pela perda de massa (cerca de 40%) sugerem que, com adaptações na metodologia original e correções de erros na execução do teste, especialmente o aumento padronizado da área superficial da amostra, essa metodologia poderia ser adequada para avaliar a biodegradabilidade de polímeros com foco na certificação de produtos. Investigações adicionais são necessárias, incluindo testes em amostras com maiores áreas superficiais.
Estudo da compatibilidade eletroquímica de aditivos redox com eletrodos de IF-67nanotubos de carbono aplicados em supercapacitores
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2023-02-17) Oliveira, Sarah Gabriela Guimarães de; Ortega, Paulo Fernando Ribeiro; Lavall, Rodrigo Lassarote; http://lattes.cnpq.br/9658097765240301; http://lattes.cnpq.br/5477183227065922; http://lattes.cnpq.br/2086577317262871; Ortega, Paulo Fernando Ribeiro; Lavall, Rodrigo Lassarote; Mambrini, Raquel Vieira; Trigueiro, João Paulo Campos; Matencio, Tulio
A ZIF-67 é uma rede metalorgânica formada por centros metálicos de cobalto(II) coordenados à quatro átomos de nitrogênio de quatro ligantes 2-metilimidazol, em geometria tetraédrica e gerando uma estrutura de sodalita. É um material interessante para a aplicação como eletrodos de supercapacitores (SC) devido a sua alta área superficial específica, alta estabilidade eletroquímica e por possuir seu centro metálico redox ativo. Porém, sua baixa condutividade elétrica limita a capacitância específica (Cesp) das células e o desempenho em altas densidades de corrente. Uma excelente estratégia para aumentar os valores de Cesp consiste no uso de eletrólitos que contém espécies capazes de transferir elétrons na superfície dos eletrodos. Entretanto, não há estudos que exploram a compatibilidade de diferentes espécies redox ativas com eletrodos baseados em ZIF-67. Neste trabalho, eletrodos compostos por ZIF-67/nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTC) foram estudados em células contendo três aditivos redox ativos em meio aquoso alcalino: p-fenilenodiamina (PPD), hexacianoferrato de potássio(II) (K4[Fe(CN)6]) e iodeto de potássio (KI). Medidas voltamétricas e galvanostáticas de carga/descarga foram empregadas para o estudo do mecanismo de acúmulo de carga, das capacitâncias específicas, eficiência e ciclabilidade das células. Os resultados eletroquímicos revelaram uma pequena extensão das reações redox de espécies de iodo sobre os eletrodos de ZIF-67/NTC. Por outro lado, o aditivo redox que opera em potencial formal positivo (K4[Fe(CN)6]) tem a maior capacidade de acúmulo de carga, com valores de Cesp de 747,1 F g-1 a 5,0 A g-1. Com a PPD são obtidos menores valores de Cesp (148,0 F g–1 a 5,0 A g–1). Entretanto, com esse aditivo, as células possuem maior eficiência coulômbica e melhor ciclabilidade, devido às interações intermoleculares favoráveis entre PPD/ZIF-67.
Estudo da influência do grau de funcionalização de óxidos de grafeno sobre a adsorção de moléculas modelo em processos de remoção e em células de Li-S para armazenamento de energia
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2024-12-20) Justino, Danielle Diniz; Ortega, Paulo Fernando Ribeiro; Trigueiro, João Paulo Campos; Lavall, Rodrigo Lassarote; http://lattes.cnpq.br/2697679778703686; http://lattes.cnpq.br/9658097765240301; http://lattes.cnpq.br/5477183227065922; http://lattes.cnpq.br/6882150825707542; Ortega, Paulo Fernando Ribeiro; Trigueiro, João Paulo Campos; Amaral, Fábio Augusto do; Ferreira, Guilherme Max Dias; Siqueira Júnior, José Roberto; Santos Júnior, Garbas Anacleto dos
Os Materiais grafênicos, como óxidos de grafeno (GO) e óxidos de grafeno reduzido (rGO), têm se destacado como adsorventes promissores devido às suas propriedades únicas, incluindo alta resistência mecânica, condutividade elétrica e versatilidade óptica. Esses materiais vêm sendo amplamente explorados para a remoção de contaminantes em meio aquoso, com foco na maximização da capacidade de adsorção. No entanto, a presença de grupos funcionais oxigenados introduz defeitos na estrutura e reduz a densidade eletrônica do sistema ?-conjugado, alterando o mecanismo de adsorção, especialmente para adsorvatos aromáticos. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo investigar como o grau de funcionalização dos rGOs influencia o mecanismo de adsorção de corantes orgânicos, como o índigo carmim (IC) e o azul de metileno (AM), e avaliar a aplicação desses materiais na adsorção de polissulfetos em baterias de lítio-enxofre (Li-S). Os rGOs foram sintetizados por redução térmica em diferentes temperaturas (300, 700 e 1000 °C), resultando em materiais com teores variados de grupos funcionais oxigenados. Para os estudos com corantes, as isotermas de adsorção foram ajustadas por um modelo de multicamadas finitas (MCF) baseado em mecânica estatística. Os resultados demonstraram que a interação rGO-corante ocorre predominantemente via empilhamento ?-?, formando entre uma e duas camadas de adsorção. A remoção de grupos funcionais da superfície dos rGOs favoreceu a maximização da capacidade de adsorção dos corantes, atingindo 208 mg g?¹ para AM e 320 mg g?¹ para IC, além de reduzir a energia de adsorção e aumentar a fração de moléculas adsorvidas em orientação paralela. Em relação às baterias Li-S, a célula sem membrana alcançou uma capacidade específica de 866 mA h g?¹ a 0,1C, com perda média de 6 C g?¹ por ciclo. A incorporação de membranas à base de rGOs aumentou as capacidades específicas, com destaque para o rGO300@FWCNT, que atingiu 1143 mA h g?¹ a 0,1C e 618 mA h g?¹ a 4C, com perda média de 4 C g?¹ por ciclo. Os separadores funcionais à base de grafeno demonstraram eficácia na retenção de capacidade, com os rGOs mais funcionalizados adsorvendo maiores quantidades de polissulfetos polares, minimizando a autodescarga, o envenenamento do ânodo e maximizando a capacidade específica das células
Estudo e desenvolvimento de amido termoplástico com diferentes ácidos orgânicos
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2024-10-06) Santos, Luan Mendonça; Patrício, Patrícia Santiago de Oliveira; http://lattes.cnpq.br/5625112455084806; http://lattes.cnpq.br/1201547111212969; Patrício, Patrícia Santiago de Oliveira; Roa, Juan Pedro Bretas; Souza, Ívina Paula de Souza
O amido é um polímero natural que pertence à classe dos polímeros biodegradáveis. Além disso, está amplamente disponível e tem boa relação custo-benefício, o que o torna um candidato atraente para substituir polímeros de base fóssil. A adição de plastificantes é necessária para processar o amido, resultando na formação de amido termoplástico (TPS). O amido termoplástico é considerado um material biodegradável e sua produção envolve modificações nas interações intramoleculares e intermoleculares. No entanto, suas propriedades mecânicas ainda são consideradas insuficientes para ampla aplicabilidade. Como resultado, extensas pesquisas têm se concentrado na modificação química desse material por meio de reações químicas utilizando ácidos orgânicos naturais ou derivados de vias metabólicas, visando obter um material com melhores propriedades físicas, químicas e mecânicas. Para o desenvolvimento deste trabalho, foram utilizados fécula de mandioca comercial, glicerina e diferentes tipos de ácidos orgânicos para o processo de extrusão reativa. As amostras foram preparadas utilizando 30% m/m de glicerina, teores de 1%, 3%, 7% e 15% m/m de ácido cítrico, ácido tartárico e ácido succínico. Todas as amostras foram submetidas às análises de espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR), análise termogravimétrica (TGA), ensaio mecânico de tração, índice de fluidez (MFI) e difratômetro de raios X (DRX). Os resultados obtidos pela análise de espectroscopia na região do infravermelho sugerem que houve esterificação no material processado e formação de novas ligações entre as cadeias, além de elucidar uma proporcionalidade relativa entre a esterificação com os respectivos percentuais de ácidos adicionados. Observou-se uma relação de proporcionalidade entre o percentual do ácido adicionado e a fluidez do material processado, corroborando a hipótese da fragmentação da cadeia do amido. Os ensaios mecânicos mostraram uma maior resistência à tração e diminuição da deformação da maioria dos materiais modificados, o que pode estar vinculado às características das moléculas de cada ácido estudado. Observou-se uma diminuição na cristalinidade nos materiais processados com os respectivos ácidos, além da modificação da cristalinidade quando comparados com o amido de mandioca em pó. Através dos resultados obtidos neste trabalho, têm-se a possibilidade de utilização do processamento de extrusão reativa para modificação do amido, além de possibilitar uma análise qualitativa dos materiais obtidos provenientes de cada ácido e suas respectivas características.
Influência do tipo de amido e reticulação nas propriedades de blendas biodegradáveis contendo poli (butileno-adipato-co-tereftalato)
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2023-08-18) Matusinho, Ingrid Amélia dos Santos; Patrício, Patrícia Santiago de Oliveira; http://lattes.cnpq.br/5625112455084806; http://lattes.cnpq.br/5066280693876071; Patrício, Patrícia Santiago de Oliveira; Eliane Ayres; João Paulo Campos Trigueiro
A preocupação com questões ambientais na sociedade tem aumentado, principalmente, em relação aos resíduos plásticos e à poluição ambiental associada a eles. Esses resíduos podem ocasionar grandes impactos ao meio ambiente devido à contaminação do solo, dos recursos hídricos e dos danos aos ecossistemas. O desenvolvimento de materiais totalmente biodegradáveis tem sido motivado pela necessidade de minimizar os impactos ambientais desses resíduos. Uma alternativa em longo prazo para contornar esse problema é substituir polímeros convencionais por polímeros biodegradáveis na fabricação de embalagens descartáveis e materiais de curta vida útil. Portanto, pesquisas relacionadas ao desenvolvimento de materiais baseados em polímeros biodegradáveis têm sido crescentes. Um grupo extenso de materiais está sendo estudado para essa aplicação, e entre eles, os polímeros a base de amido tem apresentado um interesse crescente. Um exemplo disso, é a elaboração de blendas à base de amido e poli (butileno-adipato-co-tereftalato)-PBAT, no que se refere ao uso de polímeros biodegradáveis. No entanto, o amido em sua forma nativa apresenta várias limitações e baixa processabilidade, que podem ser superadas por meio de modificações, que possibilitam a conversão do amido em um material termoplástico. Porém, esse material é altamente hidrofílico e possui baixo desempenho mecânico. Para superar essas características, diversas técnicas têm sido empregadas, incluindo reações de reticulação, adição de carga e mistura com polímeros menos polares. Ademais, é importante compreender as diferenças entre fontes de amido distintas, a influência dos seus principais componentes, amilose e a amilopectina, e as alterações que estes e outros constituintes podem proporcionar nas suas propriedades e características. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo avaliar o efeito da origem do amido nas propriedades de blendas poliméricas à base de amido reticulado e PBAT, bem como seu impacto em algumas características morfológicas, estruturais, térmicas e mecânicas. As blendas foram produzidas por extrusão, variando-se o tipo de amido e a quantidade de PBAT. No sistema polimérico em questão, foram utilizadas fécula de mandioca e fécula de batata doce como fonte de amido. Destaca-se como vantagens do sistema proposto a compreensão do tipo de amido e a sua influência nas propriedades das blendas. As caracterizações dos materiais desenvolvidos foram realizadas por análise termogravimétrica, Espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR), Espectroscopia UV-visível, difração de raios-X (DRX), ângulo de contato, ensaio de tração e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Em relação à análise comparativa dos grânulos de amido de mandioca e batata doce, os resultados revelaram diferenças significativas, incluindo o teor de amilose, tamanho e forma. A presença do ácido cítrico desencadeou uma reação de reticulação, como indicado pelas alterações observadas no espectro de FTIR do Amido Termoplástico Reticulado (TPSR) em comparação com o do Amido Termoplástico não reticulado (TPS). Além disso, os resultados obtidos forneceram informações importantes sobre a influência da fonte de amido nas propriedades das blendas de Amido termoplástico reticulado (TPSR) e poli (butilenoadipato-co-tereftalato)-PBAT. A adição de PBAT aumentou a estabilidade térmica, com exceção das amostras com 10% de PBAT, que mostraram comportamento distinto. As blendas TPSR apresentaram maior intumescimento em comparação com o TPS não reticulado, enquanto o aumento do teor de PBAT resultou em menor intumescimento e inchamento, sendo que as blendas elaboradas com amido de batata doce apresentam um menor grau de intumescimento quando comparadas com pares de blendas elaboradas com amido de mandioca com o mesmo teor de PBAT. A fonte de amido exerceu influência nas propriedades mecânicas, resultando em maior resistência à tração e rigidez nas blendas elaboradas com amido de batata doce. Em conclusão, os resultados obtidos neste estudo revelaram alterações nas propriedades das blendas TPSR/PBAT em relação à fonte de amido e o teor de PBAT. As blendas elaboradas com amido de batata doce, demonstraram melhores resultados em termos de absorção de água e propriedades mecânicas. Especialmente aquelas com 30%m/m de PBAT, exibiram menor grau de intumescimento e inchamento, além de maior rigidez e resistência em comparação às blendas TPSR-M/PBAT produzidas com 30 e 40%m/m de PBAT. Essas características tornam este material atrativo, considerando a influência direta do teor de PBAT no preço final e nas aplicações. Diante do interesse crescente em alternativas com menor teor desse componente, buscando equilibrar desempenho e viabilidade econômica das blendas biodegradáveis para aplicações na fabricação de embalagens descartáveis e materiais de curta vida útil.
Investigação computacional das barreiras de reação para a redução de CO2 em nanoclusters de cobre
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2025-08-25) Souza, André Corrêa; Galvão, Breno Rodrigues Lamaghere; http://lattes.cnpq.br/7962146839706796; http://lattes.cnpq.br/5504559603433181; Galvão, Breno Rodrigues Lamaghere; Alves, Márcio Oliveira; Neto, Marionir Macêdo Castelo Branco
O aquecimento global é um problema que tem se agravado com a constante liberação de CO2 na atmosfera. Com o intuito de minimizar isso, é possível realizar sua conversão para produtos de interesse por meio de um processo eletroquímico catalisado. Entretanto, tal processo demanda melhora na eficiência dos catalisadores utilizados e, para isso, é importante que sejam conhecidos os mecanismos da reação de redução do CO2 (CO2RR). Nesse sentido, a química teórica é utilizada como ferramenta para a elucidação do mecanismo de reação. Em geral, o estudo da CO2RR é desenvolvido utilizando cálculos de DFT em condições periódicas com funções de base do tipo ondas-planas e com funcional PBE. Todavia, para estudar as barreiras de reação, o uso do funcional ωB97X-D3 é preferível devido ao seu maior grau de precisão, visto que se trata de um funcional híbrido. O objetivo do trabalho é realizar a comparação entre os dois funcionais tomando como referência a etapa determinante da CO2RR que é a hidrogenação do monóxido de carbono (CO). O sistema utilizado para essa comparação foi um nanocluster contendo 55 átomos de cobre, 5 águas de solvatação e os adsorbatos de interesse (CO+H, CO e CHO). Com os resultados obtidos verificou-se que o grau de precisão do PBE em relação ao ωB97X-D3 depende da configuração do sistema de solvatação com o adsorbato. Observou-se uma tendência de diminuição das energias de reação à medida que o grau de solvatação aumentou. Além disso, ao comparar os valores de energia da barreira de reação em várias possíveis configurações, identificou-se significativas diferenças para PBE, enquanto para ωB97X-D3 os valores mantiveram-se próximos. Para a configuração mais estável, o valor de barreira encontrado foi de 0,72 eV para PBE e 0,60 eV para ωB97X-D3, representando um desvio de aproximadamente 20%. O PBE acompanha o perfil de variação energética quando comparado com o ωB97X-D3 em relação a todos os sistemas, apesar disso os resultados demonstram que o PBE não detecta com precisão as variações de solvatação e estabilização das moléculas. Em contrapartida, para as energias de barreira, em alguns casos, o PBE tem resultados que não seguem o padrão de comportamento energético do ωB97X-D3 gerando resultados qualitativamente incoerentes.
Mechanisms and kinetics of neutral-neutral gas-phase reactions involving phosphorus-bearing species of astrochemical interest
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2025-08-29) Gomes, Alexandre Coelho Rodrigues; Galvão, Breno Rodrigues Lamaghere; http://lattes.cnpq.br/7962146839706796; http://lattes.cnpq.br/4487211577813266; Galvão, Breno Rodrigues Lamaghere; Silva, Mateus Xavier; Patricio, Patrícia Santiago de Oliveira; Viegas, Luís Pedro
Este trabalho apresenta um amplo estudo da estabilidade de vários polinitrogênios (poliN) moleculares neutros, com nuclearidades seis, oito e dez, tendo como enfoque a predição teórica do potencial que essas estruturas possuem em atuar como materiais de alta densidade de energia (HEDMs, da sigla em inglês, High-energy-density materials). Se suficientemente estáveis para serem sintetizados e armazenados, esses sistemas podem ser utilizados como fontes verdes de energia. No entanto, é muito difícil obter essas estruturas em condições experimentais brandas. Um dos principais fatores que podem ajudar esse tipo de análise é a previsão das barreiras de ativação que essas estruturas possuem em direção à decomposição unimolecular. Esse fator foi a base das discussões apresentadas ao longo do texto. A metodologia de cálculo baseou-se na teoria do funcional da densidade (DFT, da sigla em inglês, Density Functional Theory) utilizando funcionais de troca e correlação conhecidos pelas suas altas precisões no cálculo de barreiras de energia (M06-2X e SOGGA11-X). Isso tornou possível uma comparação direta e justa entre todas as moléculas analisadas. O caminho escolhido para alcançar os objetivos do presente trabalho teve início com a busca dos estados de transição (TSs, da sigla em inglês, Transition states) que conectam as estruturas iniciais com os seus produtos de decomposição unimolecular. Depois de encontrados, cálculos dos caminhos intrínsecos de reação (IRC, da sigla em inglês, Intrinsic reaction coordinate) para cada sistema foram realizados, a fim de confirmar os mecanismos de decomposição obtidos. Para as estruturas que apresentaram os resultados mais promissores, um estudo das dinâmicas das reações foi feito, a fim de checar outras possíveis rotas de decomposição. Para essa parte inicial e exploratória, o nível de cálculo SOGGA11-X/def2-SVP foi utilizado. Um refinamento dos resultados foi então realizado utilizando dos níveis de cálculo M06-2X,SOGGA11-X/def2-TZVPP, sendo nesse ponto, as energias corrigidas com as suas respectivas energias de ponto zero. Para uma análise estrutural e eletrônica dos poliN, foram calculados os tamanhos médios de ligação, as ordens médias de ligação, os gaps HOMO-LUMO e as esfericidades de cada estrutura. A partir desses cálculos, foi possível classificar estruturalmente os sistemas em cadeias, anéis, "jaulas" e "jaulas prismáticas" e obter uma correlação entre os seus conteúdos energéticos. No entanto, não foi possível obter uma correlação clara entre as barreiras de decomposição com as propriedades estruturais e eletrônicas calculadas. Os resultados indicaram que os poliN que possuem estruturas do tipo "jaulas prismáticas" são os mais prováveis de possuírem maiores densidades de energia e serem mais estáveis em condições ambientes. Por fim, pôde-se selecionar estruturas específicas como potenciais candidatos para uso como HEDMs.

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