Liana Alvares Rodrigues.

O projeto ?Oficinas de Engenharia? inclui a apresentação de experimentos das áreas: Engenharia das Reações Químicas, Operações Unitárias e Fenômenos de Transporte, para alunos do ensino médio, bem como a elaboração de projetos por parte desses alunos, visando encorajá-los a seguir carreira no campo da ciência e tecnologia.

A presente proposta aborda aspectos diretamente relacionados com a engenharia das reações químicas, tais como: design de reatores, associação de processos oxidativos avançados, desenvolvimento de catalisadores multifuncionais e de suportes catalíticos. Os sistemas fotocatalíticos serão projetados para maximizar a absorção de luz e a eficiência de reação, bem como o aumento de escala do processo. Para isso, diversas configurações de reatores e disposição de catalisadores serão consideradas para esse fim. Reatores em batelada serão utilizados para determinação dos parâmetros cinéticos da reação e para desenvolvimento e avaliação da atividade catalítica dos catalisadores multifuncionais, enquanto reatores de leito fluidizado e de leito fixo serão construídos para facilitar a aplicação industrial do processo e facilitar o processamento de efluentes em larga escala. A dispersão de luz ao longo do reator, a área disponível para reação, a fluidização e uso do catalisador em diversos ciclos de degradação são parâmetros importantes para o processo fotocatalítico. Dessa maneira, para esse fim, suportes catalíticos à base de polímeros naturais serão desenvolvidos para maximizar a eficiência do sistema e viabilizar a etapa de separação e recuperação do catalisador, aspectos essenciais para aplicação industrial e sustentabilidade do processo. Como a taxa de recombinação dos pares fotogerados na superfície do catalisador é um fator determinante em seu desempenho, estratégias avançadas, tais como engenharia de heterojunção e associação de processos oxidativos avançados (fotocatálise e ozonização), serão empregadas para minimizar seu efeito deletério e otimizar a eficiência do processo. Nesse contexto, serão desenvolvidos catalisadores ternários multifuncionais, cujos componentes serão selecionados visando a construção de um material com elevado poder de oxidação, melhor transferência de cargas/menor taxa de recombinação e elevado potencial para decomposição catalítica do O3. Assim, nesse projeto, será estudada a síntese e otimização da composição do compósito xerogel de carbono (XC)/ZnO/CeO2, com a finalidade de aumentar sua atividade catalítica por meio do controle de suas propriedades estruturais, ópticas, texturais e morfológicas. A ação catalítica do material será testada na degradação do poluente emergente ácido salicílico (AS), uma vez que esse poluente é amplamente utilizado como molécula modelo na literatura. A taxa de mineralização e a toxicidade do efluente sintético serão avaliadas por meio da análise de carbono orgânico total e por bioensaios de fitotoxicidade, respectivamente.

O estudo de geração eletroquímica de H2O2 deve abordar aspectos de síntese dos materiais eletródicos, entendimento da morfologia/composição e atividade desses materiais para geração de H2O2. Nesse sentido, o presente projeto pretende estudar esses dois aspectos, primeiramente, a obtenção de carbono ativo a partir de resíduos sólidos (bagaço de cana-de-açúcar e lodo de estação de tratamento de esgoto), sendo objeto de estudo a pirolise e ativação do carbono para aplicações eletroquímicas. Na sequência, os melhores materiais serão utilizados em estudos para estabelecer a melhor metodologia de geração eletroquímica de H2O2, em diferentes vazões com o objetivo de avaliar a estabilidade química e eletroquímicos dos eletrodos em diferentes condições de geração de H2O2, utilizando célula eletroquímica e novo reator eletroquímio. Os materiais sintetizados com melhores resultados para geração eletroquímica serão caracterizados morfo-estruturalmente para determinação da área superficia/porosidade (BET), morfologia (MEV/EDS), distribuição de tamanho de partículas (TEM), grupos funcionais na superfície (XPS) e estrutura cristalográfica de possíveis elementos oriundos do resíduo original (DRX). A partir das caracterizações será possível entender a relação entre o processo de síntese do carbono ativo, sua influência da estrutura/morfologia e a relação com a atividade eletroquímica para geração de H2O2. Ao final da execução do projeto de pesquisa deverá ser obtido resultados referentes a obtenção do carbono, geração de H2O2 em diferentes escalas, proporcionando informações importantes para a continuidade dos experimentos do grupo de pesquisa, principalmente no desenvolvimento de novos reatores eletroquímicos e o seu aumento de escala de aplicação

O presente projeto tem como objetivo desenvolver processos que empreguem tecnologias limpas e eficientes para a remediação da poluição ambiental, visando o tratamento de efluentes com elevado teor lipídico e a degradação de poluentes emergentes. Este objetivo será atingido a partir da busca por materiais alternativos que possam ser utilizados como matrizes de insolubilização de enzimas e suportes para impregnação de fotocatalisadores. O projeto será realizado em 4 etapas principais: 1) Síntese dos diferentes suportes; 2) Obtenção dos biocatalisadores a partir da imobilização das lipases; 3) Obtenção dos fotocatalisadores a partir da impregnação com híbrido de carbono, 4) Aplicação dos catalisadores heterogêneos produzidos no tratamento de efluentes e poluentes (efluentes com elevado teor lipídico e poluentes emergentes) em reatores tubulares operados continuamente

A proposta de Projeto Temático de Pesquisa prevê o incremento de conhecimento de ponta e a formação de recursos humanos altamente qualificados na área da Eletroquímica Ambiental, mais especificamente no desenvolvimento e na aplicação dos Processos Eletroquímicos Oxidativos Avançados (PEOA) e processos associados para a degradação dos compostos químicos considerado Poluentes Emergentes (PE), sendo esta uma área de interface entre a Química (Físico-Química, Química Analítica, Química Ambiental e Química de Materiais) e as Engenharias (Química, Sanitária, Materiais e Ambiental), atribuindo ao projeto um caráter transdisciplinar dentro da grande área das Ciências Exatas. Ainda de forma complementar ao caráter fortemente científico-tecnológico, o projeto de pesquisa prevê o desenvolvimento de pesquisas associadas às atividades de divulgação científica das pesquisas desenvolvidas no âmbito do Projeto Temático de Pesquisa junto à sociedade e, principalmente, junto a estudantes de 9 ano do ensino fundamental até estudantes de 3 ano do ensino médio de escolas públicas do Estado de São Paulo, principalmente da Região de São Carlos. Além dos estudantes, a divulgação científica junto aos docentes destas mesmas escolas é fundamental para aumentar a atratividade das carreiras da grande área de Ciências Exatas, assim como melhorar o ensino, tanto de Ciências quanto de Química, em escolas públicas paulistas. O Projeto Temático de Pesquisa pretende desenvolver, avaliar e aplicar novos materiais catalíticos em processos eletroquímicos e associados para a mitigação de compostos orgânicos (os chamados "Poluentes Emergentes"), em matrizes líquidas, avaliando-se a eficiência desses processos para o controle da poluição e a atenuação dos seus efeitos sobre o meio ambiente. Além disso, o projeto prevê o desenvolvimento de sensores eletroquímicos de análise para este tipo de compostos e a divulgação científica dos conhecimentos produzidos tanto no meio científico quanto para a sociedade em geral, com atenção especial para estudantes de escolas públicas. Esta proposta de Projeto Temático de Pesquisa visa, também, incrementar e fortalecer uma rede de pesquisa já iniciada em um projeto de pesquisa temático da FAPESP (2017/10118-0), anterior a esta proposta, envolvendo vários grupos de pesquisa de diferentes Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo com o intuito de desenvolver e adquirir "conhecimento de ponta" envolvendo: (a) desenvolvimento e avaliação de novos materiais catalíticos para a aplicação em sensores de análise e processos eletroquímicos e associados para a degradação de espécies poluentes de diferentes matrizes líquidas; (b) processos avançados para a degradação de poluentes orgânicos emergentes em matrizes aquosas e não-aquosas utilizando; (c) processos para a remoção de poluentes inorgânicos em matrizes aquosas e compostos orgânicos voláteis; (d) Novos sensores eletroquímicos para a detecção e/ou determinação de poluentes orgânicos emergentes e (e) promover a divulgação das pesquisas científico-tecnológicas junto à sociedade acadêmica e não-acadêmica. As inovações associadas à proposta não envolvem somente a aquisição do conhecimento científico-tecnológico em termos de "fronteira da ciência", mas a sua divulgação para um público além da comunidade científica: a sociedade como um todo. Esta proposta pretende ainda, atuar na formação de recursos humanos especializados e na produção de conhecimento científico-tecnológico a ser divulgado em teses, dissertações e monografias, periódicos nacionais e internacionais indexados e, quando couber, na forma de patentes. Além de publicações técnicas, o projeto prevê a divulgação dos resultados obtidos junto a estudantes do ensino médio de escolas públicas e à sociedade de forma geral.

O presente projeto tem como objetivo avaliar o potencial do Biochar microalgal como suporte para imobilização de enzimas visando à obtenção de biocatalisadores mais sustentáveis que possam competir do ponto de vista industrial e econômico com os processos clássicos tradicionais. Propõe-se o estudo de uma biorrefinaria à base de microalgas, que visa diferentes aplicações biotecnológicas, atuando-se em duas frentes: i) utilização de uma nova fonte de suporte, de origem microbiana, para imobilização de lipases visando à obtenção de biocatalisadores que possam ser aplicados em reações de biotransformação, em especial na síntese de biocombustíveis; ii) obtenção de bioprodutos de interesse industrial, tais como biocombustíveis (biodiesel), ácidos graxos essesciais (ômegas 3 e 6) e corantes naturais a partir dos constituintes celulares da biomassa microalgal. Estas duas frentes deverão convergir ao final do projeto para o estabelecimento de uma tecnologia de produção biotecnológica tecnicamente viável, permitindo a integração de processos e sustentabilidade que visa o aproveitamento total da biomassa microalgal dentro do conceito de biorrefinaria. Para alcançar essa finalidade, inicialmente a microalga será cultivada em fotobiorreatores "homemade" dos tipos tubular e coluna de bolhas, utilizando lâmpadas de LEDs como fonte de luz durante os cultivos, empregando condições previamente estabelecidas para a obtenção de biomassa. Após a etapa de cultivo será realizada a colheita da biomassa e extração dos constituintes celulares de interesse. E, por fim, a biomassa residual será submetida ao processo de pirólise para obtenção do biochar, que será previamente caracterizado e avaliado como suporte para imobilização de lipases. Nessa etapa do trabalho, serão testados diferentes métodos, como adsorção, ligação covalente, dentre outros, visando selecionar o melhor sistema catalítico para a condução de reações de transesterificação visando à obtenção de biocombustíveis. Ao final da execução do projeto, espera-se obter uma nova fonte mais sustentável como suporte para imobilização de enzimas, além de contribuir para a substituição de produtos sintéticos por bioprodutos ambientalmente mais favoráveis, obtidos a partir de microalgas. Vale ressaltar ainda que, a aplicação do biochar microalgal como suporte para imobilização de lipases é uma pesquisa ainda inédita no contexto nacional.

Projeto aprovado na CHAMADA PÚBLICA Nº 09/2021 - PROGRAMA PESQUISA BÁSICA E APLICADA da Fundação Araucária. O cenário de contaminação/poluição dos mananciais de abastecimento tem se agravado ao longo do tempo devido ao crescimento populacional e às inserções pontuais e difusas decorrentes das atividades antrópicas, especialmente dos setores agrícola e industrial. Dentre os contaminantes, destacam-se os considerados emergentes, compostos químicos, naturais ou sintéticos que se apresentam em geral em pequenas concentrações, porém, com sérios riscos à saúde pública e ao ambiente, à curto e longo prazo, como os agrotóxicos, fármacos e resíduos de produtos de cuidado pessoal e limpeza. A situação é agravada devido às limitações técnicas, em relação à remoção desses contaminantes, do tratamento de esgoto e de águas, havendo a necessidade premente de se investigar tecnologias complementares de tratamento a serem implantados aos sistemas já existentes, a fim de assegurar a produção de água com qualidade apropriada ao consumo humano. Nesse contexto, este projeto tem como objetivo principal avaliar o desempenho de tecnologias de tratamento complementar de águas por adsorção e por filtração por membranas visando a remoção de contaminantes emergentes (agrotóxicos, fármacos e produtos de cuidado pessoal) e obtenção de parâmetros técnicos de projeto e operacionais viáveis de aplicação em sistemas de abastecimento em escala real. Assim, esta pesquisa é composta por: Subprojeto 1: Tratamento complementar de águas por adsorção em CAP funcionalizado ? escala de bancada. Objetivo: obter e avaliar o desempenho de um carvão ativado pulverizado ? CAP funcionalizado para promover a adsorção de contaminantes emergentes presentes em águas, a separação do lodo e a dessorção/regeneração visando o reuso; Subprojeto 2: Tratamento complementar de águas por filtração em membranas ? escala piloto. Objetivo: avaliar em regime contínuo de escoamento e instalação piloto de filtração por membranas ? IPFM (microfiltração - MF seguida de nanofiltração ? NF ou de osmose inversa ? OI), o desempenho de variáveis operacionais, bem como a eficiência em relação à remoção de contaminantes emergentes, fornecendo subsídios técnicos visando a aplicação em sistemas de abastecimento em escala real. Os experimentos e análises serão conduzidos no Laboratório de tratamento de águas e resíduos ? labTAR do Centro de Tecnologia e Urbanismo ? CTU. Primeiramente serão definidas as condições de preparo de amostras e posteriormente, será feita a implementação e validação do método, segundo as prescrições estabelecidas por ANVISA (2017) e INMETRO (2016), para os contaminantes emergentes por análise cromatográfica. A infraestrutura física e de equipamentos para análises, necessárias para o desenvolvimento do projeto, já foram adquiridos e se encontram disponíveis para uso nesta pesquisa. O desenvolvimento do CAP funcionalizado e do modelo experimental de recuperação será viabilizado por meio de parcerias de pesquisa já firmadas com outros profs. pesquisadores e consultores. O projeto visa o desenvolvimento e transferência de conhecimento tecnológico, ambientalmente sustentável, viável técnica e financeiramente, para aplicação no setor produtivo de águas. Adicionalmente, os recursos solicitados condicionará a continuidade das pesquisas no tema, a capacitação técnica e científica, o fortalecimento do grupo de pesquisa e do Programa de Pós-graduação em Engenharia civil da UEL.

Projeto aprovado na CHAMADA PÚBLICA Nº 09/2021 - PROGRAMA PESQUISA BÁSICA E APLICADA da Fundação Araucária. O projeto proposto, de pesquisa aplicada, se insere num cenário nacional de crise hídrica e energética com consequente intensificação da busca por fontes alternativas e renováveis e a projeção crescente da geração de resíduos sólidos urbanos ? RSUs incluindo os resíduos orgânicos ? ROs, que são subaproveitados e em grande parte, dispostos em aterros sanitários/lixões, gerando sérios impactos ambientais. Assim, o projeto propõe a continuidade das pesquisas iniciadas no Sistema de biodigestão anaeróbia em escala real (reator de 40 m3 de volume útil) já existente e implantada por ocasião do desenvolvimento do Projeto de P&D PD2866-0472/2017 - GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA POR METANIZAÇÃO E GASEIFICAÇÃO A PARTIR DE RESÍDUOS SÓLIDOS ORGÂNICOS, financiado pela ANEEL/COPEL e finalizado em 12/2020. O projeto teve como foco norteador a valorização energética e agronômica dos ROs (do restaurante universitário, de poda vegetal e da granja suína da Fazenda escola) gerados no campus universitário da UEL, com visão global do processo de tratamento (biodigestão com produção e purificação de biogás e compostagem), visando a gestão sustentável destes resíduos. Mais especificamente, o projeto proposto tem como objetivo geral, dar continuidade às pesquisas relacionadas à co-digestão anaeróbia de resíduos orgânicos visando a produção de metano, considerando diferentes abordagens desde a escala de bancada à aplicação em escala real, de forma a subsidiar técnica e cientificamente a cadeia e o mercado do biogás em nível nacional. É composto por 2 subprojetos e tem como resultados esperados, o fornecimento de subsídios técnicos e científicos sobre o desempenho e robustez do sistema de biodigestão anaeróbia em escala real operado sob diferentes cenários passíveis de ocorrência e a proposta de um modelo experimental de co-digestão de resíduos orgânicos, tecnicamente inovador, otimizado em relação à produção de metano, sustentável sob os aspectos ambiental, econômico e financeiro, conceitualmente fundamentado e portanto, robusto e passível de replicação inclusive para outros substratos orgânicos.

Projeto aprovado na Chamada Pública 17/2021. PROGRAMA PARANAENSE DE PESQUISAS EM SANEAMENTO AMBIENTAL (PPPSA) Fundação Araucária / Sanepar. Considerando o aumento da população e o desenvolvimento de atividades relacionadas aos setores agropecuário e industrial com consequente deterioração da qualidade de água, a presença crescente de contaminantes emergentes constitui um desafio para a saúde pública uma vez que além de nocivos, podem ser de difícil degradação química e biológica e susceptíveis à bioacumulação, com destaque aos agrotóxicos, fármacos de diferentes classes e resíduos de produtos de cuidado pessoal e limpeza. Dentre as tecnologias de tratamento complementar tem-se a adsorção em carvão ativado pulverizado ? cap, que tem apresentado resultados promissores em relação à adosrção destes contaminantes, sendo o tipo de adsorvedor mais utilizado no tratamento de águas, especialmente em casos excepcionais devido à ocorrência de eventos relacionados à presença de contaminantes potencialmente prejudiais à saúde ou mesmo de compostos que alteram as características organolépticas da água. No entanto, o material e a forma de aplicação utilizada na prática não possibilita o uso da capacidade máxima adsortiva do material, pois após a mistura, o carvão é incorporado no lodo na unidade de sedimentação, e tampouco a sua recuperação/separação para posterior regeneração e reutilização. Nesse viés, apresenta-se a pesquisa proposta que tem como objetivo principal propor um modelo inovador de tratamento complementar de águas, ambientalmente sustentável, viável técnica e financeiramente, fundamentado na adsorção com um carvão ativado pulverizado funcionalizado - CAPF com nanopartículas magnetizadas e em parâmetros técnicos (de projeto e operação) visando aplicação em escala real, pontos importantes a serem considerados em investigações desta natureza.

À medida que a expectativa de vida humana aumenta e as doenças ósseas degenerativas se tornam mais comuns, especialmente em pessoas idosas, a necessidade do desenvolvimento de biomateriais sintéticos para o reparo e regeneração óssea está se tornando cada vez mais importante. Inserido neste contexto, cimentos à base de wollastonita (CaSiO3) tem-se mostrado como uma alternativa viável de biomaterial em virtude de características como biocompatibilidade, bioatividade e osteocondutividade. Os cimentos baseados em CaSiO3 são formados a partir de uma reação entre uma solução contendo íons fosfato (HPO4-) e pó de CaSiO3, formando uma pasta que endurece espontaneamente a temperatura ambiente precipitando hidroxiapatita e um silicato vítreo. No entanto, as propriedades mecânicas destes materiais ainda não são satisfatórias, o que é muitas vezes um fator limitante para a utilização de cimentos de wollastonita em diversas aplicações. Com o intuito de melhorar as propriedades mecânicas dos cimentos, estudos têm sido direcionados à aplicação de vários materiais como agentes de reforço através da formação de um material compósito, como fibras de carbono e fibras de vidro. No entanto, muitas dessas fibras se mostraram tóxicas às células, impedindo sua aplicação clínica. Um material capaz de contornar tais restrições são os nanocristais de celulose (NCCs). Os NCCs são a parte cristalina dos materiais celulósicos, que podem ser extraídos de árvores e uma variedade de plantas. Como material de reforço, os NCCs possuem algumas vantagens, incluindo biodegradabilidade, biocompatibilidade, alta abundância, baixo custo e excelentes propriedades mecânicas. Sendo assim, o objetivo principal desse projeto é incorporar NCCs em cimento de wollastonita com o intuito de promover uma alteração nas propriedades mecânicas finais deste cimento, sem que haja perda de biocompatibilidade e bioatividade visando aplicações em reparos de tecido ósseo de uma forma mais abrangente, reduzindo o risco à fratura. Desta forma, este trabalho apresenta um estudo inovador no que diz respeito a produção de um cimento à base de wollastonita com boa biocompatibilidade e propriedades mecânicas adequadas através da inserção de uma pequena quantidade de NCCs no cimento.

Neste projeto, pretende-se explorar o desenvolvimento de fotocatalisadores híbridos semicondutor/ZnO/xerogel de carbono, visando aumentar a eficiência quântica do processo de degradação de poluentes orgânicos, sendo esta, a maior inovação tecnológica, considerando que o efeito catalítico deste sistema ternário nunca foi estudado na literatura. O ZnO foi escolhido por possuir elevado desempenho na descontaminação de efluentes aquosos, devido a sua eficiente geração de H2O2, maiores taxas de reação e mineralização, maior numero de sítios ativos e alta reatividade superficial. Contudo, sua absorção de radiação na região visível é limitada e o tempo de recombinação das cargas fotogeradas é baixo, ocasionando uma baixa eficiência fotocatalítica. Com isso, para melhorar a eficiência do ZnO tem-se que intensificar a excitação do semicondutor sob irradiação visível e diminuir a recombinação do par h+/e-. Uma maneira eficaz de aumentar sua fototividade é acoplá-lo a outro semicondutor por meio de heterojunções do tipo II ou de esquema Z. Nestes tipos de heterojunções, o potencial das bandas de condução e de valência dos semicondutores são diferentes, promovendo a transferência de carga fotogenerada entre eles, aumentando o tempo de recombinação e, consequentemente, a atividade fotocatalítica do material. No caso deste projeto, o semicondutor a ser acoplado ao ZnO deverá possuir banda condução (BC) mais negativa do que a do material supracitado, sendo o ZnS e o g-C3N4 selecionados para tal fim. No entanto, estes sistemas binários possuem área superficial e tempos de recombinação baixos, o que reduz substancialmente suas atividades fotocatalíticas. Adicionalmente, o problema da baixa área superficial será suprimido pelo acoplamento do (g-C3N4 ou ZnS)/ZnO com xerogel de carbono (XC), pois este apresenta excelente condutividade elétrica, elevada área superficial e porosidade, além de sua estrutura porosa ser facilmente manipulada por modificações nos parâmetros de síntese. Será usado tanino ao invés de resorcinol como precursor do XC, o que irá diminuir os custos e impactos ambientais, além de acrescentar valor à inovação tecnológica proposta. A espectroscopia por refletância difusa será a técnica empregada para determinação da energia de gap das amostras e da quantidade de poluente orgânico persistente adsorvido nas mesmas. A morfologia, a análise elementar, e a estrutura cristalina dos materiais obtidos serão determinadas por microscopia eletrônica de varredura, espectrômetria de energia dispersiva, e difratometria de raios X, respectivamente. A ação fotocatalítica do material será avaliada através da decomposição de 4-clorofenol em reator em batelada e reator de leito fluidizado.

As resinas acrílicas de polimetilmetacrilato (PMMA) são o principal material utilizado na fabricação de próteses dentárias, em especial de base de próteses totais (dentaduras). O PMMA apresenta muitas vantagens, como fácil processamento, reparos simples, baixo custo e estética adequada. Apesar do grande avanço das pesquisas desde a sua introdução no mercado comercial, algumas limitações ainda persistem, como a aderência de microrganismos e quebra por impacto e fadiga. Para tornar esse material ainda mais vantajoso, muitos trabalhos estão focados em avaliar como a adição de nanopartículas na matriz polimérica de PMMA influenciam nas propriedades mecânicas e antimicrobianas dessa resina. A prata é um metal com excelentes propriedades microbianas. Existem diversos trabalhos envolvendo a adição de nanopartículas em materiais de uso odontológicos. Porém, esses trabalhos utilizam partículas esféricas de prata. As partículas esféricas devem proporcionar uma excelente ação antimicrobiana no nanocompósitos, porém a sua ação como reforço mecânico fica comprometida devido ao formato esférico das partículas. Até onde sabemos nenhum trabalho foi feito utilizando nanofios de prata como agente de reforço. Devido ao seu caráter fibrilar, os nanofios de prata devem aumentar significativamente a resistência mecânica dos nanocompósitos, mantendo intacta a sua excelente propriedade antimicrobiana. O objetivo deste trabalho é estudar a influência da adição de nanofios de prata em PMMA, verificando analisando as suas propriedades mecânicas e na ação antimicrobiana, com potencial para a aplicação na confecção de próteses dentárias.

A obtenção de catalisadores com sensibilidade fotocatalítica e com características morfológicas definidas, apresentando tamanho e distribuição uniformes, demanda a utilização de equipamentos que permitam garantir que essas características sejam alcançadas e que também possam aumentar a escala do processo. A proposta de mudança na etapa de secagem no processo de obtenção de catalisadores, que é em sua maioria realizada em estufa convencional, para a secagem por atomização, em spray dryer, pode ser uma alternativa para melhorar as propriedades físico-químicas de fotocalisadores à base de nióbio, uma vez que este equipamento pode interferir na morfologia de suas partículas, e, portanto, aumentar sua sensibilidade, estabilidade e aplicação. A avaliação do desempenho, eficiência e condições de operação do equipamento pode trazer informações relevantes em relação à viabilidade de produção em maior escala e constitui um dos objetivos desse projeto de pesquisa. Ainda assim, para quantificar como esse equipamento pode interferir nas propriedades do material, a caracterização das propriedades físico-químicas, tais como: viscosidade, densidade, conteúdo de umidade, morfologia, entre outras, tanto da alimentação como do pó obtido, se faz necessário. De fundamental importância é o conhecimento e estudo profundo das propriedades de transporte de calor e massa para futuramente, desenhar, modelar e simular o processo, visando à aplicação industrial dos fotocalisadores a base de nióbio.
Resumo em Inglês

O desenvolvimento de semicondutores a base de óxido de zinco é uma boa alternativa para a substituição do TiO2 como fotocatalisador, pois este absorve uma fração maior de espectro UV e possui menor resistência elétrica, aumentando a eficiência do processo fotocatalítico. Entretanto, a fotocorrosão do ZnO é um empecilho para sua ampla aplicação em processos fotocatalíticos. Uma forma de resolver o problema da necessidade de fontes artificiais de radiação UV e da fotocorrosão é através da modificação do fotocatalisador por acoplamento semicondutor-matriz carbonosa. Assim, o ponto principal dessa pesquisa será o desenvolvimento do nanocompósito ZnO-xerogel de carbono. Serão realizadas variações nos parâmetros do processo, tais como, natureza e quantidade de catalisador, concentração de reagentes e pH para obtenção de géis de carbono com porosidade e características (coloidal ou polimérico) distintos. Diferentes métodos de preparação do compósito serão utilizados a fim de melhorar a dispersão da fase inorgânica na fase orgânica, melhorando assim a eficiência quântica do mesmo na degradação de corantes orgânicos.

O projeto visa o desenvolvimento de diversos fotocatalisadores e métodos de modificação, visando aumentar a eficiência quântica do processo de degradação de corantes orgânicos através da fotocatálise heterogênea. Especificamente, almeja-se avaliar a viabilidade do uso do óxido de nióbio na fotodegradação de corantes orgânicos em substituição ao TiO2, semicondutor mais utilizado na fotocatálise heterogênea. Adicionalmente, através da deposição de partículas metálicas nos semicondutores preparados, deseja-se diminuir a energia de gap destes, aumentando a sensibilidade dos mesmos à luz visível, melhorando a eficiência quântica do processo fotocatalítico. Em especial, será estudada a preparação do compósito Nb2O5-xerogel de carbono, sendo esta, a maior inovação tecnológica deste projeto, considerando que o efeito catalítico deste compósito nunca foi estudado na literatura. A escolha do tanino como precursor do xerogel visa à diminuição de custos e impactos ambientais, além de acrescentar valor à inovação da proposta. A ação fotocatalítica do material será avaliada através da decomposição de azul de metileno, que será determinada através da espectroscopia no UV-Visível. A espectroscopia por refletância difusa será a técnica empregada para determinação da energia de gap das amostras, da quantidade de corante adsorvido nas mesmas e para a verificação do efeito da da deposição de metais na superfície do catalisador e em sua eficiência catalítica. A porosidade, a morfologia, a análise elementar, o teor de metal, e a estrutura cristalina dos materiais obtidosserão determinadas por isotermas de adsorção-dessorção de nitrogênio, microscopia eletrônica de varredura, espectrômetria de energia dispersiva, espectrometria de emissão ótica com plasma indutivamente acoplado e difratometria de raios X, respectivamente. Com o presente projeto será possível nuclear uma nova linha de pesquisa para a EEL/USP e contribuir para a geração de conhecimentos científicos e para formação de recursos humanos que possam fornecer meios para aumentar a competitividade e a base tecnológica da EEL/USP no desenvolvimento de novos materiais fotocatalíticos. No que se refere ao estado-da-arte, não há trabalhos nacionais publicados enfocando a produção de compósitos Nb2O5/xerogel de carbono, da forma como proposto

Este projeto tem como objetivo o estudo da influência da presença do grafeno (G), do óxido de grafeno (GO), funcionalizado ou não, na atividade sonocatalítica do nanocomposto grafeno/TiO2. Além do mais, este projeto é uma sequência dos trabalhos anteriormente desenvolvidos visando fortalecer uma importante linha de pesquisa do Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA).Especificamente, pretende-se contribuir para o estudo do aumento catalítico de dióxido de titânio, através do desenvolvimento de novos materiais composto por grafeno e dióxido de titânio quando excitados por ultrassom de 20 kHz. O procedimento de síntese é baseado na hidrólise e condensação do tetraetilortotitanato. A ação sonocatalítica do material composto será avaliada através da decomposição de azul de metileno, que será determinada através da espectroscopia no UV-Vis. A porosidade do material obtido será determinada por BET. A ligação química entre o G e o GO e o óxido de titânio será estudada por espectroscopia FT-IR. A dispersão de dióxido de titânio na matriz de carbono, e vice-versa, será analisada por microscopia eletrônica. A presença de fases cristalinas será analisada por difratometria de raios X. A presença de fase grafítica será analisada por espectroscopia RAMAN e a quantificação dos grupos funcionais por XPS. Este tema apresenta uma correlação direta com outros projetos FINEP, CNPq e FAPESP coordenados por este pesquisador e por outros pesquisadores do ITA. A atuação dos pesquisadores neste projeto será pautada por uma abordagem fundamental, porém irá fomentar os estudos relacionados aos gargalos tecnológicos relacionados aos processos catalíticos, atingindo os objetivos mediante o emprego consistente da metodologia científica.

Este projeto tem por objetivo garantir a geração de conhecimento científico que possa fornecer meios para aumentar de competitividade, a base tecnológica e de crescimento no ITA em temas relacionado ao desenvolvimento de materiais. Especificamente, pretende-se contribuir para o estudo do aumento do efeito fotocatalítico de dióxido de titânio, através do desenvolvimento de novos materiais composto à base de carbono e dióxido de titânio. O aumento da atividade catalítica se dará pelo aumento do tempo de recombinação elétron-lacuna e pela excitação por ultrassom com frequência de 20 kHz e potencia variada. A ação fotocatalítica do material composto será avaliada através do estudo cinético da foto-decomposição do azul de metileno. A porosidade do material obtido será determinada por BET. A ligação química entre o xerogel de carbono e o óxido de titânio será estudada por espectroscopia Raman e espectroscopia no infravermelho. A concentração de azul de metileno será determinada por espectroscopia no UV-Visível. A dispersão de dióxido de titânio na matriz de carbono, e vice-versa, será analisada por microscopia eletrônica. A presença de fases cristalinas será analisada por difratometria de raios X. Este tema apresenta uma correlação direta com outros projetos FINEP, CNPq e FAPESP coordenados por outros pesquisadores do ITA. A atuação dos pesquisadores a este projeto será pautada por uma abordagem fundamental, porém irá fomentar os estudos relacionados aos gargalos tecnológicos relacionados aos processos de fotocatálise, atingindo os obtidos mediante o emprego consistente da metodologia científica.