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Aplicação de nanopartículas bimetálicas de Ni-Fe estabilizadas com sílica e quitosana para remediação de água contaminada com nimesulida
(UFVJM, 2016) Gonçalves, Andressa Aparecida; Franco, Débora Vilela; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Mesquita, João Paulo de; Fabris, José Domingos; Franco, Débora Vilela
Nanopartículas bimetálicas (bNPs) de Ni-Fe estabilizadas com sílica (Ni-Fe/SIL) e quitosana (Ni-Fe/QUI) foram sintetizadas e caracterizadas para aplicação em água contaminada para remoção da nimesulida (NMS). Para os ensaios em batelada em soluções aquosas, fatores que afetam a remoção NMS tais como a concentração inicial de NMS e a dosagem de Ni-Fe/SIL e Ni-Fe/QUI foram investigados sistematicamente. A remoção completa da NMS foi obtida em 15 min de reação ao utilizar-se as bNPs 8%Ni-Fe/SIL, na velocidade 250 rpm, dose de 0,6g e concentração inicial de 50 mg L-1. Já a remoção completa ao utilizar-se as bNPs 17%Ni- Fe/QUI foi obtida após 17,5 min de reação de 40 mg L-1 de NMS com 0,8 g de 17%Ni- Fe/QUI e agitação de 250 rpm. Como esperado para uma reação heterogênea realizada em batelada, sob vigorosa agitação, foi verificado que a taxa de remoção aumentou com o aumento da concentração inicial da NMS e da dosagem de 8%Ni-Fe/SIL e 17%Ni-Fe/QUI. Foi realizado um estudo do efeito da velocidade de agitação do sistema, verificando que este é um fator que influencia diretamente na taxa de remoção. O estudo de remoção na presença e na ausência de oxigênio dissolvido revelou que a presença deste último exerce uma pequena influência no processo de remoção. Um estudo comparativo da remoção utilizando a bNPs na presença e na ausência dos agentes estabilizantes foi realizado nas mesmas proporções, sendo verificado que os níveis de remoção foram superiores para o sistema em presença de estabilizantes. A análise do subproduto formado da NMS mostrou que este é menos tóxico que o composto original. O presente trabalho demonstra que o processo de tratamento redutivo alternativo fazendo uso de nanopartículas bimetálicas contendo Fe e Ni é muito promissor para a eliminação da NMS.
Avaliação da eficiência química de catalisadores heterogêneos baseados em minérios e rejeitos de mineração nas reações de transesterificação de triacilgliceróis de bio-óleo
(UFVJM, 2018) Rocha, Bárbara Gonçalves; Fabris, José Domingos; Roa, Juan Pedro Bretas; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Fabris, José Domingos; Nelson, David Lee; Pereira, Márcio César; Teixeira, Ana Paula de Carvalho; Cavalcante, Luis Carlos Duarte; Ferreira, Giovana Ribeiro
A diversificação da matriz energética, por razões econômicas, ambientais e da própria política energética das nações, tem suscitado foco especial nos biocombustíveis, particularmente no bioetanol e no biodiesel. Na indústria, o biodiesel (ésteres de ácidos graxos com um álcool de cadeia molecular curta) é, mais comumente, produzido pela transesterificação de triacilgliceróis de óleos vegetais ou gordura animal, com metanol ou etanol, sob catálise homogênea com uma base (KOH ou NaOH). Por representarem alternativas potencialmente mais sustentáveis, dos pontos de vistas econômicos e ambientais, o presente trabalho foi dedicado a avaliar a eficiência química de catalisadores heterogêneos baseados em materiais de minérios: (i) de nióbio, enriquecido em Nb2O5 (Geo.Nb2O5); (ii) de areia monazítica (Geo.Mona), uma fonte mineral de terras raras, e (iii) de rejeitos de mineração de fosfato, ricos em magnetita (Geo.Mag.CMT e Geo.Mag.CMA). Os materiais minerais foram preparados em mistura com componentes ácidos (H2SO4; HCl ou HF) ou básicos (KOH; , KBr, NaOH; CaO; KI; KF ou KCl). As reações de transesterificação foram conduzidas sob refluxo, com óleo de soja comercial e metanol, sob ação dos catalisadores sólidos. A razão molar padrão óleo:metanol foi de 1:100, com 10% de catalisador em relação ao óleo, a 60 ºC. Dos testes realizados com os materiais preparados com CaO sintético comercial, nas mesmas condições, a mistura calcinada a 800 ºC por 4 h rendeu ésteres metílicos sempre acima de 99%; o menor tempo de reação (2 h, para completar a transesterificação) foi conseguido com o catalisador baseado na Geo.Mona, em relação ao Geo.Nb2O5 (5 h), ao Geo.Mag.CMT (3 h) e o Geo.Mag.CMA também (2 h). Analisou-se o reuso consecutivo do catalisador. Após cada reação, o catalisador sólido era lavado com metanol e seco a 100 oC. O melhor resultado foi obtido com o rejeito magnético com CaO calcinados a 200 ºC por 4 h, para o que se conseguiu até 8 reações consecutivas. Nas impregnações com ácidos e bases, os melhores resultados foram com a mistura Geo.Nb2O5 e KOH calcinada a 600 ºC, para a qual conseguiu 8 reações consecutivas, com rendimento químico em ésteres metílicos de praticamente 100% e tempo reacional de 10 min, no primeiro uso. O efeito catalítico sinérgico mais significativo foi conseguido com o catalisador baseado em cada um dos três materiais avaliados em mistura com CaO: nenhum efeito catalítico significativo na reação de transesterificação de triacilglcieróis do óleo foi observado apenas com o material mineral puro calcinado. O CaO puro como catalisador, também calcinado e usado em reação, levou a rendimentos químicos pouco acima de 80%. A mistura individual do material mineral com CaO, nas mesmas condições de preparação anteriores, levaram a rendimentos químicos de efetivamente 100%. Os presentes resultados revelam a excepcional potencialidade, dos pontos de vista químico, econômico e ambiental, dos catalisadores mistos, dos materiais minerais com CaO, ora avaliados, nos processos de produção industrial de biodiesel.
Avaliação da qualidade geoquímica ambiental da água superficial do Rio Jequitinhonha sob impacto de atividade garimpeira
(UFVJM, 2017) Freitas, Mariana de Oliveira; Cambraia, Rosana Passos; Baggio Filho, Hernando; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Cambraia, Rosana Passos; Prat, Bernat Vinolas; Fabris, José Domingos; Moura, Lúcio do Carmo
O garimpo denominado Areinha está inserido na bacia hidrográfica do Rio Jequitinhonha, bacia que se estende desde a porção nordeste do Estado de Minas Gerais até o sul do Estado da Bahia (foz), cujas águas drenam áreas urbanas, latifúndios, minifúndios e áreas de garimpos que afetam diretamente as características ambientais do recurso hídrico. A modificação das atividades de garimpo, anteriormente manuais e atualmente predominantemente mecanizadas, intensificou os impactos ambientais negativos nessa região, em consequência da necessidade de remoção de grandes quantidades de sedimentos do fundo do rio para a extração do diamante. Tendo em vista as particularidades naturais e as características antrópicas, esta pesquisa tem como objetivo geral avaliar a situação ambiental em que se encontra esse segmento da bacia. Dentre os objetivos específicos, analisar parâmetros físico-químicos de qualidade da água, como temperatura, pH, turbidez, condutividade elétrica, oxigênio dissolvido, cor aparente, sólidos totais dissolvidos e composição química para os seguintes elementos: Cu, Cd, Ni, Pb, Zn, Fe e Mn. Tem também como objetivo específico analisar a concentração, distribuição e a provável origem desses metais nas águas superficiais, visando associar o possível risco ambiental para a saúde humana da população. O segmento do rio delimitado para estudo possui extensão de aproximadamente 9 km, referenciado pelas coordenadas geográficas -17°54'21''48 S e - 43°30'01''57 W. As análises realizadas neste trabalho estabeleceram que as concentrações dos elementos Cu, Fe, Mn e Zn encontradas estão muito acima do permitido pelo CONAMA 357/05, o que pode apresentar um risco direto à saúde dos garimpeiros, e indireto para a população localizada à jusante do rio, bem como para o equilíbrio dos recursos naturais. Os valores dos parâmetros físico-químicos cor, turbidez, condutividade elétrica e oxigênio dissolvido estão bem acima do preconizado pelo CONAMA 357/05, e pode ocasionar prejuízos para os organismos aquáticos e para flora local, e na maior disponibilidade dos elementos químicos identificados. Dentre as amostras coletadas, os pontos que apresentaram os maiores valores dos elementos químicos e parâmetros físico-químicos foram aqueles que estavam localizados nas bacias de retenção. Estes dados indicam que os rejeitos provenientes do processo de garimpagem contribuem significativamente para a contaminação da área. Estes resultados alertam para o comprometimento da qualidade da água do Rio Jequitinhonha, indicando que a atividade garimpeira na área de estudo exerce um risco potencial para o equilíbrio dos sistemas naturais, bem como para a saúde dos seres humanos. Dessa forma, recomenda-se que os recursos hídricos, as áreas no entorno do garimpo e as condições de uso da bacia de rejeitos sejam monitoradas periodicamente pelos órgãos oficiais, e que seja ainda realizado um plano de recuperação de áreas degradadas, uma vez que, a retirada da vegetação para abertura de catas e o revolvimento do solo comprometeram toda a dinâmica ambiental.
Avaliação do potencial da torta de buriti (Mauritia flexuosa L.) para obtenção de bioetanol de segunda geração
(UFVJM, 2016) Gomes, Pedro Henrique de Oliveira; Fidêncio, Paulo Henrique; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Fidêncio, Paulo Henrique; Silvério, Flaviano Oliveira; Santos, Alexandre Soares dos; Fabris, José Domingos
O bioetanol pode ser produzido a partir de materiais lignocelulósicos, que são constituídos de carboidratos complexos na forma de celulose, hemicelulose e amido, ampliando as possibilidades de fontes de energias alternativas. Uma dessas são os resíduos agrícolas, como as tortas, coprodutos de processos de extração mecânica de óleos de frutos, sementes e cereais (oleaginosas), que representam um desafio por muitas vezes não possuírem um destino viável ou até rentável que atenda as exigências ambientais. Um desses é o buriti (Mauritia flexuosa L.), fonte de um óleo com alto teor de carotenóides representando, assim, aplicações em indústrias alimentícias, cosméticas e farmacológicas e resultando em acúmulo de seu material. O trabalho foi desenvolvido a partir da torta de buriti obtida após extração mecânica de seu óleo. Foi verificado que a torta é constituída por aproximadamente 44% de sua massa por carboidratos livres ou polimerizados. Foram realizados tratamentos químicos com soluções de ácido diluído e base em duas etapas distintas, a fim de promover a remoção da hemicelulose e lignina. Por fim, foi feita a hidrólise com complexo enzimático de celulases, enzimas que hidrolisam cadeias celulósicas em monossacarídeos de glicose, substrato utilizado por microrganismos como a levedura Saccharomyces cerevisiae no metabolismo celular, tendo como produto excretado o etanol. Após a hidrólise enzimática, obteve teores de 53,58% (m/m) de glicose liberada do farelo tratado, apresentando um rendimento em torno de 60% (m/m). Com a fermentação do hidrolisado, obtido após o tratamento enzimático, foi verificada a obtenção de etanol em rendimento (fator de conversão de substrato em produto, Yp/s) de 0,43 em relação à quantidade de substrato utilização na hidrólise enzimática. O produto obtido foi analisado em cromatógrafo a gás acoplado ao espectrômetro de massa, confirmando a obtenção de bioetanol. Além disso, foram realizadas medidas de microscopia eletrônica por varredura e difratometria de raios-X, verificando alterações na estrutura física e morfológica do material ao longo do processo. Por fim, ratificou-se a possibilidade de aplicar a torta de buriti na obtenção de etanol de segunda geração.
Catalisadores químicos heterogêneos à base de areia monazítica para a reação de transesterificação de triacilgliceróis de bio-óleos com alcoóis de cadeias moleculares curtas para a produção de monoésteres de ácidos graxos (biodiesel)
(INPI, 2020-03-31) Rocha, Bárbara Gonçalves Rocha; Fabris, José Domingos; Cavalcante, Luis Carlos Duarte; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG); Fundação Universidade Federal do Piauí
A presente invenção trata do processo para produção de biodiesel, uma mistura de ésteres de ácidos graxos, obtido por transesterificação de triacilgliceróis com alcoóis de cadeia molecular relativamente curta, por uso de catalisadores heterogêneos derivados de um minério de terras raras, diferentes dos tradicionalmente encontrados no estado da técnica: o catalisador consiste da fração pesada de areia monazítica, proveniente da mineração de terras raras, misturada com óxido de cálcio e submetida à calcinação.
Desenvolvimento de dispositivos fotoeletroquímicos à base de BiVO4/Bi4V2O11 para conversão de energia solar em energia elétrica ou energia química a partir de resíduos líquidos industriais
(UFVJM, 2017) Santos, Wayler Silva dos; Pereira, Márcio César; Fabris, José Domingos; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Pereira, Márcio César; Monteiro, Douglas Santos; Coelho, Jakelyne Viana; Silva, Adilson Cândido da; Baêta, Bruno Eduardo Lôbo
A conversão da energia da radiação solar em H2(g), combustível verde, usando-se células fotoeletroquímicas (PEC) é uma estratégia atraente para armazenar energia e minimizar o uso extensivo de combustíveis fósseis. Neste trabalho, foram fabricados fotoeletrodos por deposição spray pyrolysis de um compósito de BiVO4/Bi4V2O11 puro ou dopado com W, depositado diretamente sobre um substrato condutor FTO (sigla para fluorine-doped tin oxide) ou sobre uma camada de SnO2 previamente depositada sobre o substrato FTO. Inicialmente, os materiais foram testados na clivagem molecular da água. Verificou–se a formação de uma camada de inversão de buracos induzida pela perovskita ferroelétrica Bi4V2O11 na interface com BiVO4 de tipo–n criando uma junção p–n virtual. A fotovoltagem de saída elevada da junção, em relação a uma heterojunção p–n convencional, que pode ser ainda aumentada alterando-se a polarização e dopando-se o material ferroelétrico com tungstênio, acarreta diminuição da recombinação dos pares elétron–buracos fotogerados na superfície e aumenta a fotocorrente em até 180%. O comportamento de semicondutores de tipo–p e n quando iluminados sugere o uso potencial da heterojunção como fotoanodo e fotocatodo em uma célula PEC (ou photoelectrochemical cell) com dois fotoeletrodos. Este conceito foi comprovado pela conexão do fotoanodo BiVO4/Bi4V2O11 dopado com 1% em massa de tungstênio com o fotocatodo BiVO4/Bi4V2O11 não dopado. O sistema formado pelo acoplamento fotoanodo-fotocatodo produziu uma fotovoltagem de 1,54 V, e 0,36% de eficiência STH (solar-to-hydrogen efficiency). Um fotoeletrodo BiVO4/Bi4V2O11 dopado com 2% em massa de W foi otimizado. Evidenciou-se a formação da camada de inversão de buracos na interface semicondutora no filme mais denso. Este último foi testado em diferentes soluções, obtendo-se elevadas densidades de corrente em NaAc 0,5 mol L-1, à medida que se adicionou glicerina e vinhaça. Obteve–se a menor resistência na transferência de cargas na interface eletrodo/eletrólito 1,16 kΩ sob iluminação, utilizando a solução NaAc 0,5 mol L-1 contendo 20 %v/v de vinhaça. Nessas condições, a eficiência da conversão de energia foi aumentada em aproximadamente 100%, e dependendo do potencial aplicado a eficiência aumentou cerca de 30% em solução contendo 10 %v/v de glicerina, com relação à solução NaAc 0,5 mol L-1 pura, demonstrando que glicerina e vinhaça atuam como agentes de sacrifício eficazes no sequestro de buracos eletrônicos, para evitar a recombinação dos pares de elétron–buraco, no processo de foto–oxidação acionado por buracos.
Hematitas nanoparticuladas como fotocatalisadores potenciais para degradação química de contaminantes orgânicos em meio aquoso e a produção de hidrogênio por fragmentação molecular da água e da amônia
(UFVJM, 2017) Melo, Edilailsa Januário de; Fabris, José Domingos; Pereira, Márcio César; Mesquita, João Paulo de; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Fabris, José Domingos; Melo, Rogerio Alexandre Alves de; Cavalcante, Luis Carlos Duarte
O desenvolvimento de novos semicondutores fotocatalisadores, em particular os ativos na produção de hidrogênio por fragmentação molecular da água e da amônia (presente no lixiviado de biodigestores ou de aterros sanitários e em efluentes industriais), tem dominado a ordem prioritária de interesse nas tecnologias avançadas para a geração de energia limpa. Este trabalho teve como objetivo principal avaliar a produção fotocatalisada de hidrogênio gasoso, a partir da fragmentação molecular da água ou da amônia, por uso da hematita pura ou da hematita dopada com os cátions metálicos cobalto, níquel, cobre e zinco como materiais semicondutores. Os materiais preparados por coprecipitação foram caracterizados pelas técnicas de EDX, MEV, DRX, espectroscopia Mössbauer, FTIR, BET e XPS. A taxa da produção de hidrogênio foi avaliada por medidas de densidade da corrente gerada pelo H2(g) evoluído da fragmentação molecular da água ou da amônia, em célula fotoeletroquímica (PEC). Foram também realizados testes fotocatalíticos, sob luz visível, com as hematitas, pura e com dopantes, como fotocatalisadores para degradação do corante índigo de carmim, utilizado como molécula modelo, simulando a decomposição de substrato orgânico poluente em água presente em efluentes industriais. Os resultados dos testes de degradação do corante mostraram que as hematitas dopadas com cobre e zinco tiveram relativamente alta atividade na degradação do corante; os melhores resultados foram obtidos com a hematita com zinco. Na evolução do hidrogênio da fotocatálise da água, a dopagem com cátions metálicos não alterou significativamente a atividade fotoeletroquímica da hematita. Ainda assim, a amostra de hematita dopada com níquel foi a que apresentou um discreto aumento da densidade de corrente, maior proporção de hidrogênio gasoso produzido, sob radiação com comprimento de onda maior do que 450 nm. A densidade de corrente gerada da degradação da amônia foi maior, se comparada à fragmentação da água. No entanto, a dopagem também não alterou de forma significativa a atividade PEC dos materiais. Das amostras de hematitas dopadas, a com cobre foi a que apresentou os melhores resultados fotoeletroquímicos, ainda que abaixo da eficiência fotoeletroquímica da hematita pura.
Monitoramento químico da composição e da ação do biodiesel do óleo de amêndoa da macaúba (Acrocomia aculeata (Jacq.) Lodd. ex Mart.) no contato direto com aço carbono e aço carbono galvanizado
(UFVJM, 2018) Batista, Cláudia Eliane Dias; Fabris, José Domingos; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Fabris, José Domingos; Cavalcante, Luis Carlos Duarte; Santos, Sandro Luis Barbosa dos; Macedo, Alice Lopes
O biodiesel é uma importante fonte alternativa de energia, pois é derivado da biomassa fotossintética de plantas oleaginosas. Óleos de muitas espécies de plantas têm sido investigados por serem material precursor para a produção de biodiesel. Macaúba (Acrocomia aculeata) é uma palmeira nativa do Brasil, cuja fruta tem uma proporção significativa de óleo, com potencial real para a produção industrial de biodiesel. Existe uma ampla gama de questões ainda a serem sistematicamente exploradas, a fim de se obter uma visão adequada do manejo racional da cultura da palma, extração e processamento do óleo para a produção e armazenamento comercial do biodiesel. O comportamento químico dos ésteres metílicos de ácidos graxos do óleo da amêndoa de macaúba e a lixiviação de elementos metálicos por contato dos aços carbono usados na construção de tanques e dutos são o foco principal deste trabalho experimental. A composição em ésteres metílicos do biodiesel obtido da reação de transesterificação de triacilgliceróis do óleo de amêndoa da macaúba com metanol, em contato direto com os aços carbono ASTM A283 grau C e API X65 galvanizados e não galvanizados foi monitorada. A lixiviação de elementos químicos da estrutura dos aços carbono foi também investigada. Os resultados obtidos por espectroscopia Mössbauer neste trabalho também mostraram que o contato com o biodiesel de macaúba confere proteção aos aços não galvanizados contra a corrosão oxidativa no contato direto com o ar. Além disso, observou-se ainda a formação de espécies químicas contendo ferro, nomeadamente magnetita (Fe3O4) e wüstita (Fe1-xO), na superfície das barras de aço não galvanizado quando em contato direto com o ar, mas sem contato com o biodiesel; nenhum óxido de ferro foi detectado nas barras de aço usadas no biodiesel, monitoradas até 105 dias de armazenamento. As taxas de corrosão são baixas, de acordo com a norma NACE-RP0775, Standard Recommended Practice: Preparation, Installation, Analysis, and Interpretation of Corrosion Coupons in Oilfield Operations. O biodiesel do óleo da amêndoa da macaúba tem 63,44 massa% de ésteres de ácidos graxos saturados. Uma condição que assegura relativamente alta estabilidade oxidativa do combustível, mesmo em contato (na presente experiência, por imersão) com o aço carbono API ou ASTM, galvanizado ou não.
Novo catalisador heterogêneo magnético SiO2/KI/γFe2O3 para reação de transesterificação em óleos vegetais para produção de biodiesel
(UFVJM, 2017) Macedo, Alice Lopes; Fabris, José Domingos; Pereira, Márcio César; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Fabris, José Domingos; Roa, Juan Pedro Bretas; Cavalcante, Luis Carlos Duarte; Pasa, Vânya Márcia Duarte; Verly, Rodrigo Moreira; Nelson, David Lee
A crescente demanda global por combustíveis líquidos para transporte, geração de eletricidade, atividade industrial e produção agropecuária tem imposto planejamento de ações direcionadas ao uso de fontes ambientalmente limpas de energia. Os derivados da biomassa são alternativas econômica e tecnicamente viáveis aos de origem fóssil, não renovável, ora dominantes na matriz energética global. O biodiesel, líquido formado por uma mistura de ésteres de ácidos graxos, é adequado à operação em motores de combustão interna de ciclo Diesel, em substituição ou em complemento ao petrodiesel, ou em outras máquinas térmicas. O propósito central do presente trabalho foi o desenvolvimento de um catalisador sólido economicamente viável, quimicamente eficiente e ambientalmente limpo para a produção de biodiesel via processos de transesterificação de triacilgliceróis dos óleos de macaúba ou de soja, com metanol. Foi preparado o catalisador heterogêneo baseado em iodeto de potássio impregnado em sílica amorfa (SiO2; derivada de areia da construção civil) e misturada a um componente magnético sintético (maghemita, γFe2O3). As estruturas química, cristalográfica e hiperfina essenciais e as propriedades magnéticas dos materiais precursores e do catalisador sólido foram investigadas. O teor de ésteres e a composição dos biodieseis produzidos foram determinados por cromatografia de fase gasosa acoplada a espectrômetro de massa. A composição química do catalisador, verificada por espectroscopias de energia dispersiva sob feixe de elétrons e por fluorescência de raios X (FRX), confirmou a ocorrência de Si, Fe, K, e I. As áreas específicas BET encontradas para os componentes individuais, SiO2, γFe2O3 e do catalisador SiO2/KI/γFe2O3, foram 352, 102, e 19 m2 g-1, respectivamente. A significativa redução da área específica do catalisador aponta que os componentes foram efetivamente impregnados no suporte. A morfologia das partículas visualizadas por microscopias eletrônicas de varredura e de transmissão revela a textura esponjosa do catalisador SiO2/KI/γFe2O3, similarmente ao suporte de sílica; o óxido de ferro magnético aparece como material altamente organizado, cristalino, disperso no suporte. Os dados Mössbauer e da magnetometria do óxido de ferro magnético puro e no catalisador confirmam ser a maghemita, resultando em uma magnetização de saturação do catalisador de 4,6 emu g-1. O catalisador SiO2/KI/γFe2O3, usado na transesterificação de triacilgliceróis, na proporção em massa em relação ao óleo da amêndoa de macaúba de 4,5% e razão molar óleo:metanol de 1:35, levou à produção de 94,3 massa% de ésteres, após 8 h de reação. Foi experimentalmente observado que a maghemita tem comportamento químico-catalítico sinérgico com os demais componentes do catalisador. O SiO2/KI/γFe2O3 foi reutilizado em seis reações consecutivas com óleo de soja, na mesma proporção do catalisador e razão molar óleo:metanol de 1:35, com rendimentos de 94,5% e tempo reacional de 110 min, para o primeiro ciclo, e de 61,2% e 150 min, para o último ciclo. O catalisador, antes e após cada ciclo de reuso, e as alíquotas das reações foram analisados por FRX, que mostrou que não há perda significativa dos componentes do catalisador. Os resultados demonstram uma perspectiva tecnológica que permite redução substantiva do volume de efluentes poluentes e utilização de diferentes matérias-primas oleaginosas de alto potencial para a produção de biodiesel.
Populações, matrizes e idade da planta na expressão de variáveis físicas, químicas e físico-químicas em frutos do pequizeiro (Caryocar brasiliense Camb.).
(2011) Lima e Silva, Fernando Higino de; Fernandes, José Sebastião Cunha; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Fernandes, José Sebastião Cunha; Fabris, José Domingos; Esteves, Elizabethe Adriana; Titon, Miranda
O objetivo do presente trabalho foi estimar os efeitos de populações, matrizes e idade da planta na expressão de variáveis físicas, químicas e físico-químicas de frutos de pequizeiro. Colheram-se frutos oriundos de 15 matrizes em Curvelo e 15 em São Gonçalo do Rio Preto, Minas Gerais. A amostragem foi feita de maneira a se ter, em cada população, matrizes com diferentes diâmetros de tronco, sendo este último uma estimativa da idade da planta. Para todas as variáveis foram tomados dez frutos por matriz e as variáveis químicas e físico-químicas foram avaliadas em cinco matrizes de cada população. Avaliaram-se, em cada fruto, as variáveis físicas: peso total; peso do mesocarpo externo; peso total dos putâmens; peso médio dos putâmens; nº de putâmens; peso total de polpa; e peso médio de polpa. As variáveis químicas e físico-químicas, avaliadas na polpa, foram: umidade; cinzas; lipídeos; proteínas; carboidratos totais; pH; sólidos solúveis totais; e acidez total titulável. O efeito de matrizes foi altamente significativo para todas as variáveis avaliadas (P<1%), enquanto o de populações foi apenas para duas variáveis (5%
Processo para obtenção e estabilização de nanopartículas de Magnetita, produtos e uso
(INPI, 2017-10-31) Fabris, José Domingos; Andrade, Ângela Leão; Pereira, Márcio César; Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG); Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP); Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM)
"A presente invenção descreve o processo de obtenção e estabilização de nanoparticulas de magnetita (Fe304), com tamanho e formato controlados, através do aquecimento de amostras sintéticas ou naturais, de óxidos ou oxidróxidos de ferro (III), como hematita (a-Fe203), maghemita (y-Fe203 ), lepidocrocita (y-FeOOH), goethita (a-FeOOH), akaganeita (13-FeOOH), feroxita (S-FeOOH), com sacarose ou outros hidratos de carbono com fórmula C,,(H2O)n , como glicose, frutose, lactose, maltose, celobiose, amido, glicogênio, celulose, todos os componentes no estado sólido. O carvão produzido pela queima do hidrato de carbono forma uma película na superfície da magnetita, consequentemente prevenindo sua oxidação a hematita. Essa camada de carbono pode ser removida posteriormente de forma simples para uso em processos que exijam a superfície exposta da magnetita. As nanoparticulas de magnetita obtidas podem ser utilizadas em processos catalíticos que exijam pequenos tamanhos de partículas ou em processos de hipertermia magnética, como carreadores de fármacos em sistemas de liberação controlada e como agentes de contraste em imagens de ressonância magnética."
Semicondutores heteroestruturados de BiVO4/V2O5 como fotoanodo para baterias aquosas de zinco-iodo
(UFVJM, 2023) Souza, Rafael Rodrigues de; Pereira, Márcio César; Fabris, José Domingos; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Pereira, Márcio César; Fabris, José Domingos; Lavall, Rodrigo Lassarote; Santos, Wayler Silva dos
O desenvolvimento de dispositivos capazes de armazenar energia vem, gradualmente, se tornando tema de relevância notável para a sociedade atual. As baterias redox são alternativas interessantes, sobretudo na construção de sistemas químicos potenciais para a conversão em eletricidade. Mais especificamente, as baterias aquosas redox de zinco-iodo (ZIRB) têm relativamente baixo custo, alta estabilidade química, segurança ao manuseio e pode ser concebível em projeto tecnológico ambientalmente amigável. O sistema das ZIRBs funciona através dos processos reversíveis de oxidação e redução das espécies Znº /Zn(OH)²-4 e I-/I-3. Durante a carga, o ânion I- é oxidado e promove a redução do Zn(OH)²-4; o processo reverso ocorre durante a descarga elétrica. Neste trabalho, a heterojunção BiVO4/V2O5 foi empregada como fotoanodo, para governar o processo de carga fotoassistida da bateria. Sob iluminação, as cargas fotogeradas induzem a oxidação do I- na interface eletrodo/eletrólito, proporcionando a queda de potencial da carga. As estruturas e as morfologias dos materiais sintetizados foram determinadas por difratometria de raios X, reflectância difusa UV-Vis, microscopia eletrônica de transmissão e microscopia eletrônica de varredura. O desempenho da carga do sistema foi monitorado por voltametria, cronopotenciometria e impedância potenciostática. A fim de simular a excitação energética do espectro pela luz solar, a iluminação da fotobateria foi irradiada com luz de Xe. O carregamento da bateria com a densidade de corrente de 0,34 mA cm-², realizado no escuro, demandou um potencial de 2,43 V, ao passo que ocorreu redução de ~11,9% do potencial para a mesma carga sob luz, alcançando uma capacidade especifica de carga de 500 mA h g-¹. Os presentes resultados da fotoeletroquímica contribuem substantivamente ao desenvolvimento tecnológico e a novos estudos fundamentais sobre sistemas baseados na estocagem química de eletricidade, destinados a sistemas geradores renováveis de energia.
Separação seletiva de ésteres metílicos de ácidos graxos para a produção de biocombustíveis destinados à aviação
(UFVJM, 2019) Damasceno, Sandra Matias; Fabris, José Domingos; Nelson, David Lee; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Fabris, José Domingos; Macedo, Alice Lopes; Santos, Sandro Luiz Barbosa dos; Arrudas, Sônia Ribeiro; Meira, Juliana Rocha
A crescente demanda energética mundial tem contribuído para o desenvolvimento de combustíveis a partir de fontes alternativas, que reduzam a dependência de combustíveis fósseis e a redução das emissões de gases poluentes, como COx, SOx e NOx, minimizando o impacto negativo ao ambiente. O biodiesel obtido pela reação de transesterificação de óleos e gorduras é uma alternativa ao uso do diesel de petróleo e, muitos estudos apontam para o seu uso em misturas com o diesel para o transporte aéreo. Assim como os combustíveis em geral, os combustíveis para aviação devem cumprir uma série de requisitos e padrões de qualidade estabelecidos por órgãos regulatórios como American Society of Testing and Materials (ASTM) e Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP). O objetivo deste estudo foi avaliar procedimentos de separação de ésteres de ácidos graxos leves (número de carbonos, C, da cadeia molecular do ácido graxo na composição do éster metílico, 5 ≤ C ≤ 12) do biodiesel da amêndoa da macaúba, por adsorção para a produção de misturas com o querosene mineral, em proporções volumétricas que assegurem o cumprimento das recomendações técnicas estabelecidas na Resolução ANP Nº 37, para QAV-1, ou na ASTM D1655, para o JET A1. Para a separação das frações de ésteres leves do biodiesel por adsorção foram testados como adsorventes: (i) carvão ativado preparado da torta da amêndoa da macaúba prensada, e (ii) zeólitas comerciais, também com expressiva capacidade específica de adsorção. Ambos os materiais foram testados para adsorção em batelada e em leito fixo. As características técnicas avaliadas do biodiesel produzido estão de acordo com os limites estabelecidos pela Resolução ANP Nº 45. Os resultados dos testes de separação do biodiesel leve mostram que os adsorventes utilizados funcionam como adsorventes e são eficientes na separação das frações mais leves da mistura total dos ésteres que formam o biodiesel. Os dados analisados indicam, de fato, a adsorção e a retenção na coluna sobretudo dos ésteres dos ácidos graxos C8, C10 e C12. O carvão ativado, de formas variadas de preparação tem sido usado como adsorvente em muitos outros processos de separação, mas não há citação na literatura científica sobre a retenção seletiva de ésteres de ácidos graxos de cadeias moleculares relativamente mais curtas sobre carvão ativado; as zeólitas, especificamente as dos tipos X e Y, têm sido reportadas para processos de separação de misturas de ácidos graxos saturados e insaturados. Os dados quantitativos das concentrações foram numericamente ajustados para o modelo de isoterma de Langmuir; os ensaios em coluna de leito fixo foram avaliados a partir das curvas de ruptura. Os resultados mostram que as frações de ésteres leves derivados do óleo da amêndoa da macaúba podem ser seletivamente obtidas por adsorção, abrindo perspectivas reais para a otimização da eficiência desta operação unitária para a análise de balanço do custo de produção e para o escalonamento da tecnologia, na preparação industrial de biodiesel de ésteres leves, destinado ao uso, em misturas com o querosene parafínico mineral, na propulsão de aeronaves.
Silagens de cana-de-açúcar com coprodutos provenientes da produção de biocombustíveis
(UFVJM, 2018) Bonfá, Caroline Salezzi; Evangelista, Antônio Ricardo; Magalhães, Marcela Azevedo; Santos, Alexandre Soares dos; Pantoja, Lílian de Araújo; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Evangelista, Antônio Ricardo; Lopes, Emerson Delano; Vieira, Flavia Campos; Fabris, José Domingos; Silva, Leandro Diego da
Objetivou-se avaliar a matéria seca (MS), pH, proteína bruta (PB), matéria mineral (MM), carboidratos solúveis (CHOS), nitrogênio amoniacal, em porcentagem do nitrogênio total (NNH3/ NT), fibra em detergente neutro (FDN), fibra em detergente ácido (FDA), produção de etanol (ET) e de ácidos orgânicos (lático, acético e butírico), e quantificar a população microbiana (bactérias ácido láticas – BAL; enterobactérias – ENTERO; fingos leveduriformes – FL; fungos filamentosos – FF) de silagens de cana-de-açúcar com diferentes níveis de inclusão (NI) (0, 3, 10, 17 e 20%) da torta de macaúba (TM), do farelo de girassol (FG) e do farelo de crambe (FC), e avaliados em diferentes tempos de abertura dos silos (TA) (0, 3, 7, 12, 24, 36, 41 e 60 dias), em relação à matéria seca da cana-de-açúcar. O material foi ensilado em silos laboratoriais, que foram abertos de acordo com os tempos de abertura supracitados. Para a análise estatística, utilizou-se a metodologia de superfície de resposta, com dois fatores independentes (NI e TA) e as variáveis respostas, que são os fatores dependentes. De acordo com os dados estatísticos e considerando 5% de significância, a inclusão da TM elevou os teores de MS e favoreceu o padrão fermentativo das silagens de cana-de-açúcar, através do desenvolvimento de microrganismos benéficos ao processo fermentativo. Como consequência, houve o aumento na concentração de ácido lático e acético, o que contribuiu para reduzir o número populacional de leveduras, resultando em menor produção de etanol nas silagens de cana-de-açúcar. Quanto aos tempos de armazenamento das silagens de cana aditivadas com este coproduto, recomenda-se que as silagens permaneçam armazenadas por, no mínimo, 36 dias. A inclusão de diferentes níveis do FG também contribuiu para melhorar o padrão fermentativo das silagens, estimulando os microrganismos benéficos ao processo fermentativo com maior produção de ácido lático e redução das fermentações secundárias, o que resultou em menor concentração de etanol nas silagens. O FG também contribuiu para elevar o valor nutricional das silagens de cana-de-açúcar, visto que se aumentou o aporte de proteína e minerais das silagens aditivadas com este coproduto. Todavia, para que a inclusão do FG seja satisfatória na ensilagem da cana-de-açúcar, as silagens devem permanecer armazenadas por, no mínimo, 60 dias. A inclusão do FC na ensilagem de cana-de-açúcar também favoreceu o padrão fermentativo das silagens, aumentando os teores de MS e estimulando os microrganismos benéficos ao processo fermentativo dentro dos silos. A produção de ácido lático e acético foi estimulada com os maiores níveis de inclusão do FC, reduzindo assim a atividade das leveduras, também resultando em menores concentrações de etanol nas silagens. Para silagens de cana-de-açúcar aditivadas com este coproduto, recomenda-se abrir os silos após 60 dias de armazenamento. Portanto, os parâmetros avaliados permitem concluir que a inclusão da torta de macaúba, em até 10%, e do farelo de girassol e de crambe, em até 20%, à ensilagem da cana-de-açúcar, pode ser uma alternativa para melhorar o padrão fermentativo das silagens e reduzir a produção de etanol, o que viabiliza o uso da cana-de-açúcar na forma de silagem, além de destinar os coprodutos provenientes da produção de biocombustíveis, com elevado valor nutricional, para a alimentação de animais ruminantes.
Síntese de ésteres metílicos de ácidos graxos (biodiesel) e de ésteres benzílicos por reação química com catalisadores heterogêneos baseados em NbCl5 e SiO2-Nb
(UFVJM, 2017) Lima, Camila Diana; Santos, Sandro Luiz Barbosa dos; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Santos, Sandro Luiz Barbosa dos; Clososki, Giuliano Cesar; Fabris, José Domingos
O presente trabalho descreve o estudo de novas metodologias para obtenção de ésteres benzílicos e ésteres metílicos de ácidos graxos (biodiesel) utilizando o NbCl5 sólido e catalisadores heterogêneos ácidos. No estudo, o NbCl5 sólido foi utilizado como reagente, e nos outros métodos foi empregado um catalisador de nióbio enxertado em sílica e um catalisador de grupos sulfônicos imobilizado em sílica. Nos processos heterogêneos a SiO2 (507 m2g-1, área específica) utilizada como suporte dos catalisadores, foi produzida a partir de areia construção e carbonato. O NbCl5 e os grupos –SO3H foram imobilizados diretamente à temperatura ambiente na SiO2, formando respectivamente o SiO2-Nb, com 412 m2g-1 de área específica e o SiO2-SO3H, com 115 m2g-1 de área específica. Nas esterificações utilizando NbCl5 sólido foi determinado que para a obtenção de rendimentos razoáveis de ésteres de benzílicos (>85%) e ésteres metílicos (>70%) em reações a temperatura ambiente, a proporção mínima em moles de NbCl5:álcool benzílico deve ser 1,5:1,0 e para obtenção dos ésteres metílicos a proporção de 1,5:6,0. Nas metodologias aplicando os catalisadores heterogêneos foi utilizada uma quantidade de 7% (m/m) do catalisador SiO2-SO3H para catalisar a esterificação de diferentes ácidos carboxílicos com álcool benzílico. E para as mesmas reações com o catalisador SiO2-Nb foi utilizada uma razão de 10% (m/m) do catalisador. Ambos os processos foram realizados sob refluxo na ausência de um solvente; rendimentos muito semelhantes foram obtidos apesar do catalisador SiO2-SO3H possuir uma área superficial muito menor que o catalisador SiO2-Nb.
Síntese de solketal a partir de glicerol e seu uso como precursor na síntese de ésteres de solketila e monoacilglicerídeos
(UFVJM, 2016) Santos, Maísa da Costa; Santos, Sandro Luiz Barbosa dos; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Santos, Sandro Luiz Barbosa dos; Hurtado, Gabriela Ramos; Fabris, José Domingos
O presente estudo descreve a síntese do catalisador heterogêneo SiO2-SO3H, obtido através da imobilização dos grupos sulfônicos em SiO2, produzida a partir de uma mistura contendo área de construção e carbonato. A imobilização do -SO3H foi confirmada, através da caracterização inicial da sílica e do catalisador por IV, MEV, DRX, TGA e isotermas de adsorção/dessorção BET, que demonstrou haver modificação da estrutura da sílica após a imobilização dos grupos sulfônicos, ocasionando diminuição da área superficial específica (SBET) de 507 para 115 m2 g−1, e uma diminuição do volume dos poros 0,78 para 0,38 cm3 g-1. Inicialmente, avaliou o desempenho catalítico da mistura SiO2-SO3H em reações de esterificação do ácido acético e do ácido graxo (octanóico) com o 2,2-dimetil-1,3-dioxolano-4-metanol, conhecido como “solketal”, que possui uma cadeia carbônica grande, além de ter outro grupo funcional na sua estrutura. Os resultados obtidos demonstram a eficiência do SiO2-SO3H para a síntese do acetato 2,2- dimetil-1,3-dioxolan-4-il metil, em que utilizou-se inicialmente, como reagentes, glicerol bruto, acetona e a mistura catalítica, após 2 hora de reação, foi adicionado no mesmo reator, o ácido acético em um processo “one pot”, sem a prévia extração e a purificação do solketal (reagente intermediário). Pelo o mesmo procedimento, foi obtido, em excelente rendimento, o octanoato de solketila. Nesses processos reacionais não houvera a necessidade do uso de solvente ou aparelhos auxiliares, como clevenger ou dean-stark, para remoção da água formada durante o processo que envolve 2 reações (cetalização e esterificação), sendo dessa forma resistente ao processo de lixiviação. Diante dos excelentes resultados, partiu para reações de esterificação com outros ácidos graxos, com até 18 átomos de carbono na cadeia, tais como o ácido linoleico e oleico. Contudo não foi observado a formação de produtos nessas reações. Acredita-se que esse fato esteja relacionado com a grande afinidade que o solketal apresenta pelo SiO2-SO3H, devido a sua alta polaridade, fazendo com que fique retido dentro dos poros do catalisador. Outro ponto importante foi o tamanho da cadeia carbônica dos ácidos graxos utilizados, visto que quanto maior o tamanho da molécula, maior a hidrofobicidade, isso faz com que eles sofram repulsão do catalisador. Acredita-se que esses dois fatores contribuíram para que não ocorresse a interação entre os reagentes e o catalisador, levando, em alguns casos, à formação de ésteres de solketila com rendimentos moderados. Essa hipótese foi comprovada, quando utilizou-se um álcool de cadeia carbônica menor, como o metanol, o qual reagiu com o ácido linoleico e oleico na presença da mistura catalítica SiO2-SO3H, para produção de ésteres metílicos. Os resultados obtidos comprovam a síntese do oleato de metila e do linoleato de metila no tempo de 15 min, com rendimento em torno de 96 a 98%. Isso demonstrou que é de fundamental importância o escoamento dos reagente para os poros do catalisador. O que sugere que para garantir o sucesso das reações do solketal com ácidos de cadeia carbônica maior o escoamento desse reagentes devem ser facilitado e isso pode ser obtido através do uso de solvente.
Uso de glicerina, rejeito da indústria do biodiesel, produzida por transesterificação de triglicerídeos de óleo vegetal em reação catalizada por KOH como fonte de potássio para a cultura da soja.
(2011) Hizuka, Elton Nobuyuki; Grazziotti, Paulo Henrique; Silva, Enilson de Barros; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Silva, Enilson de Barros; Grazziotti, Paulo Henrique; Fabris, José Domingos
O objetivo do trabalho foi avaliar os efeitos da aplicação de glicerina proveniente da transesterificação de triglicerídeos de óleo vegetal por catalisador básico KOH como fonte de potássio (“glicerina potássica”), na produtividade e na nutrição da soja e atributos químicos e microbiológicos do solo. Foram realizados quatro experimentos, sendo dois em condições de campo, em Diamantina e Curvelo no estado de Minas Gerais em dois tipos de solo: Neossolo Quartzarênico Órtico típico (NQ) e Latossolo Vermelho distrófico (LVd), respectivamente; e os outros dois experimentos em casa de vegetação em Diamantina, com os mesmos dois solos. Os tratamentos foram três doses de “glicerina potássica” correspondentes 50, 100 e 200 % da dose recomendada de K para a soja e 100 % da dose recomendada de K na forma de cloreto de potássio (KCl) e sulfato de potássio (K2SO4) e um tratamento sem aplicação de K (Controle). Realizou-se a análise química do solo (pH, P, K, Ca, Mg, Al, H + Al, CO e SO4-2) na colheita da soja e microbiológica (respiração microbiana basal (RB), carbono da biomassa microbiana (CBM) e quociente metabólico (qCO2)) do solo no início da emergência das sementes e colheita da soja e os teores foliares dos nutrientes no florescimento da soja nos quatro experimentos, a produtividade da soja nos experimentos de campo e a produção por vaso e matéria seca nos experimentos na casa de vegetação. A produtividade no experimento de campo apresentou diferença apenas no NQ, devido ao teor baixo de K no início do período experimental, diferentemente do LVd que apresentava teor médio, enquanto no experimento na casa de vegetação a “glicerina potássica” promoveu produção de grãos igual ao do KCl, porém abaixo de K2SO4 e não proporcionou aumento na matéria seca da parte aérea da soja em comparação às outras fontes inorgânicas (KCl e K2SO4). Na parte química do solo no experimento de campo a “glicerina potássica” aumentou os teores de K em ambos os solos, porém não alterando os demais atributos e o estado nutricional da soja, o “glicerina potássica” supriu parte do K quando este era limitante no solo e no experimento na casa de vegetação a “glicerina potássica” proporcionou aumento nos teores de K no solo e nos teores foliares de K e S na soja cultivada no NQ. O efeito sobre a microbiota do solo do experimento de campo foi variável, sendo que na primeira avaliação foi alta e na última estes valores diminuíram, mostrando que o meio é capaz de consumir a “glicerina potássica” e os fertilizantes minerais (KCl e K2SO4). No experimento de casa de vegetação, a “glicerina potássica” ao final do período experimental apresentou tendência de se equilibrar no solo NQ e chegando ao equilíbrio no LVd na atividade microbiológica do solo. Porém são necessários estudos para avaliar a utilização da glicerina potássica em longo prazo para entender melhor a dinâmica deste no solo.