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Apoio: Isabella Pereira - Bolsista (ICICT/CRBF); Açucena Lima - estagiária Rede de Bibliotecas Fiocruz. Projeto Gráfico: Luciana Rocha Mariz Clua - Multimeios|Icict|Fiocruz. Diagramação: Luciana Rocha Mariz Clua - Multimeios|Icict|Fiocruz; Isabella Pereira - Bolsista (ICICT/CRBF); Açucena Lima - estagiária Rede de Bibliotecas Fiocruz. Ilustração BiblioCovid: Luciana Rocha Mariz Clua - Multimeios|ICICT|FIOCRUZ. Imagens: Pixabay. Fundação Oswaldo Cruz. Casa de Oswaldo Cruz. Biblioteca de História das Ciências e da Saúde. Rio de Janeiro, RJ, Brasil. Fundação Oswaldo Cruz. Instituto de Comunicação e Informação Científica e Tecnológica em Saúde. Biblioteca de Saúde Pública. Rio de Janeiro, RJ, Brasil. Fundação Oswaldo Cruz. Instituto de Comunicação e Informação Científica e Tecnológica em Saúde. Rede de Bibliotecas da Fiocruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil. Boletim destinado a apresentação de estratégias e artigos científicos sobre temas relacionados à Covid-19.

The article discusses LGBTI+phobia in virtual environments, based on the virtual ethnography of two virtual communities on Facebook, “Brasil sem ideologia de gênero” [“Brazil without gender ideology”] and “Não à ditadura gay” [“No gay dictatorship”]. The silent observation (lurking) occurred between 2018 and 2019, in 75 posts. This was followed by a script to identify the characteristics of members, the interaction profile, the architecture of the communities, and also the members’ perception about expressions of sexuality and gender dissident of the heteronormativity. LGBTI+phobia starts to become more noticeable from hate speeches of an ultra-conservative and symbolic nature, using elements such as humor, politics, and scientific data misrepresentation, delegitimizing the xistence of the LGBTI+ population, justifying the withdrawal of rights, and minimizing their agendas. The need for observation of companies responsible for these digital environments was highlighted, in addition to pointing out the need for digital literacy of the population, in order to enable them to critically and responsibly use these digital environments. El artículo analiza la LGBTI+fobia en entornos virtuales, a partir de etnografía virtual en dos comunidades virtuales en Facebook, “Brasil sem ideologia de gênero” [“Brasil sin ideología de género”] y “Não à ditadura gay” [“No dictadura gay”]. La observación silenciosa (lurking) ocurrió desde 2018 hasta 2019, y resultó en 75 publicaciones. A esto le siguió un guión que identificó características de miembros, perfil de interacción, arquitectura comunitaria y la percepción sobre expresiones disidentes de sexualidad y género contrarias a la heteronormatividad. La LGBTI+fobia comienza a ser más notório desde que comenzó a produzirse discursos de odio de ultraconservadores y simbólicos, utilizando elementos como humor, política y tergiversación de datos científicos, con los objetivos de deslegitimar la existencia de la población LGBTI+, justificar la retirada de sus derechos y minimizar sus agendas. Se destacó la necesidad de observación de empresas responsables de estos entornos digitales, además de señalar la necesidad de la alfabetización digital de la población, con el fin de permitirles un uso crítico y responsable de estos. O artigo discute a LGBTI+fobia em ambientes virtuais, a partir de etnografia virtual realizada em duas comunidades virtuais no Facebook, “Brasil sem ideologia de gênero” e “Não à ditadura gay”. A observação silenciosa (lurking) ocorreu no período 2018 a 2019, sendo analisadas 75 postagens. Seguiu-se um roteiro que buscou identificar as características dos membros, o perfil de interação, a arquitetura das comunidades, e também a percepção dos membros sobre expressões de sexualidade e gênero dissidentes da heteronormatividade. A LGBTI+fobia começa a ficar mais perceptível a partir de discursos de ódio de natureza ultraconservadora e simbólica, que se utiliza de elementos como humor, política, desinformação, e deturpação de dados científicos, visando deslegitimar a existência da população LGBTI+, justificar a retirada de direitos, e minimizar suas pautas. Destacou-se a necessidade de observação das plataformas responsáveis por esses ambientes digitais, como também a importância de uma alfabetização digital da população, de modo a capacitá-la ao uso crítico e responsável desses ambientes digitais.

Natural convection in trapezoidal cavities, especially those with two internal baffles in conjunction with an insulated floor, inclined top surface, and isothermal left-heated and isothermal right-cooled vertical walls, has been investigated numerically using the Element based Finite Volume Method (EbFVM). In numerical simulations, the effect of three inclination angles of the upper surface as well as the effect of the Rayleigh number (Ra), the Prandtl number (Pr), and the baffle’s height (Hb) on the stream functions, temperature profiles, and local and average Nusselt numbers has been investigated. A parametric study was performed for a wide range of Ra numbers (103 ≤ Ra ≤ 106) Hb heights (Hb = H*/3, 2H*/3, and H*), Pr numbers (Pr = 0.7, 10 and 130), and top angle (h) ranges from 10 to 20. A correlation for the average Nusselt number in terms of Pr and Ra numbers, and the inclination of the upper surface of the cavity is proposed for each baffle height investigated.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. No presente trabalho é avaliado o processo transiente de absorção de fluido refrigerante por óleo lubrificante quando submetido a diferentes condições de temperatura e pressão, buscando descrever o fluxo de massa através da interface gás líquido, e a convecção natural na fase líquida. O líquido é tratado como uma mistura formada pelo fluido refrigerante e óleo lubrificante. Dois tipos de mistura são considerados, fluido refrigerante R12 e óleo mineral SUNISO 1GS, e fluido refrigerante R134a e óleo éster EMKARATE RL10H. As solubilidades dos fluidos refrigerantes nos óleos lubrificantes são determinadas experimentalmente para uma ampla faixa de temperatura e pressão. No trabalho, diferentes modelos matemáticos são aplicados com o objetivo de descrever o processo transiente de absorção do fluido refrigerante pelo óleo lubrificante. Nestes modelos faz-se uso das equações de conservação que regem o fenômeno físico, e das relações de equilíbrio termodinâmico que são determinadas experimentalmente. É explorado inicialmente um modelo unidimensional e isotérmico assumindo uma altura da fase líquida variável, sendo esta função da quantidade de refrigerante absorvido pelo

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2022. A água produzida é o efluente industrial que representa um grande desafio para a indústria de petróleo e gás, devido ao seu grande volume de produção e composição química complexa. O descarte da água produzida é rigorosamente fiscalizado pela legislação brasileira, que, em plataformas marítimas, utiliza o teor de óleos e graxas (TOG) como principal parâmetro de adequação para o seu descarte no mar. Os ácidos naftênicos (AN) são componentes naturais do petróleo e são quantificados no TOG e sua remoção é de crítica importância. Nesta pesquisa, o processo de adsorção foi avaliado, em batelada e em coluna de leito fixo, para uma matriz de água produzida sintética, utilizando o ácido ciclohexanocarboxílico como composto modelo e o carvão ativado comercial, Norit® GAC 300, como adsorvente. Os experimentos incluíram estudos cinéticos, de equilíbrio e de dessorção. Além disso, também foi realizada a modelagem fenomenológica do processo de adsorção, através da aplicação de três modelos teóricos de crescente complexidade. Os modelos LDF (Linear Driving Force), HSDM (Homogeneous Surface Diffusion Model) e PVSDM (Pore Volume and Surface Diffusion Model) foram utilizados para estabelecer quais mecanismos de transferência de massa são predominantes e que melhor descrevem o processo de adsorção. Nos ensaios de adsorção, foram avaliados o equilíbrio e a cinética de adsorção em pH 4 e 8, nas temperaturas de 25 e 60 °C e em AN0 de 250 e 500 mg/L. A dessorção, foi estudada para dois eluentes: metanol/NaOH, em diferentes concentrações de NaOH, e metanol/água/NaOH, em diferentes concentrações de metanol. Nos ensaios de adsorção, foi observado que o pH 4 e temperatura de 60 °C afetaram predominantemente eficiência de adsorção (37,6 mg/g para concentração inicial de AN de 250 mg/L e 90 mg/g para a concentração inicial de AN de 500 mg/L). O eluente que apresentou a melhor recuperação percentual foi a mistura de metanol/água (80/20 v/v) e 0,1 M de NaOH, alcançando uma dessorção de 75 % do ácido naftênico. A isoterma de adsorção que apresentou o melhor ajuste aos dados experimentais em pH 4 foi a equação de Langmuir-Freundlich, por outro lado o modelo de Henry foi o que melhor representou os dados experimentais obtidos em pH 8. A discretização das equações diferenciais do processo de adsorção foi feita através da formulação de métodos de volumes finitos. Para a fase líquida utilizou-se a função de interpolação WUDS (Weight Upstream Differencing Scheme) completamente implícita para o tempo, e para a fase sólida utilizou-se a formulação CDS (Central Differencing Scheme). O estudo da cinética de adsorção em batelada revelou que o modelo PVSDM é o modelo que melhor descreve a adsorção do ácido ciclohexanocarboxílico, para todas as condições de pH, temperatura e concentração inicial investigadas. A capacidade máxima de adsorção obtida em coluna de leito fixo empacotada com 50,6 g de carvão ativado (AN0 = 537 mg/L, altura do leito = 20 cm e vazão de alimentação = 7,5 mL/min) foi de 287 mg/g. Todos os modelos cinéticos propostos para a adsorção em leito fixo apresentaram boa correlação com os dados experimentais em sistema contínuo, e podem ser utilizados como ferramentas matemáticas para a otimização do processo de adsorção. O modelo PVSDM foi utilizado para uma análise de sensibilidade das variáveis do sistema contínuo, mostrando a influência da concentração, vazão e comprimento do leito sobre o tratamento da água produzida sintética. Abstract: Oilfield Produced water is the industrial effluent which represents a major challenge to the Oil and Gas industry, due to the vast volume produced and complex chemical composition. The discharge is thoroughly oversighted by Brazilian legislation, that uses the oil and grease (O&G) content as the main parameter to the adequate disposal of produced water, for offshore platforms. The naphthenic acids (NA) are a group of natural compounds in petroleum that are quantified within the O&G content and their removal is of critical importance. In this research, the adsorption process was evaluated, in batch and fixed bed column, for a matrix of synthetic oilfield produced water, utilizing cyclohexanecarboxylic acid as a model compound and commercial activated carbon, Norit® GAC 300, as the adsorbent. The experiments included kinetic, equilibrium and desorption studies. In addition, the phenomenological modeling of the adsorption process was also performed, employing three theoretical models of crescent complexity. The models LDF (Linear Driving Force), HSDM (Homogeneous Surface Diffusion Model) and PVSDM (Pore Volume and Surface Diffusion Model) were utilized to establish which mass transfer mechanism occurs in a predominant manner and which model better describes the adsorption process. For the adsorption runs, the equilibrium and kinetic were evaluated at pH 4 and 8, at temperatures of 25 and 60 °C in NA0 of 250 and 500 mg/L. The desorption was studied for two eluents: methanol/NaOH, for different concentrations of NaOH and methanol/water/NaOH, for different concentrations of methanol. In the adsorption tests, it was observed that the pH 4 and 60 °C temperature affected predominantly the adsorption efficiency (37,6 mg/g for NA initial concentration of 250 mg/L and 90 mg/g for NA initial concentration of 500 mg/L). The eluent that displayed the highest percentual recovery was the mixture of methanol/water (80/20 v/v) and 0.1 M of NaOH, reaching 75 % desorption of naphthenic acid. The adsorption isotherm that exhibited the best fit with the experimental data at pH 4 was the Langmuir-Freundlich equation, conversely, the Henry model represented the best fit for the experimental data obtained at pH 8. The discretization of the differential equation of the adsorption process was accomplished with the finite volume method formulation. For the liquid phase, the WUDS (Weight Upstream Differencing Scheme) interpolation function was used with a completely implicit formulation, and for the solid phase, the CDS (Central Differencing Scheme) formulation was applied. The kinetic study of batch adsorption revealed that the model PVSDM is the one that better describes the adsorption of cyclohexanecarboxylic acid, for all conditions of pH, temperature and initial concentration investigated. The maximum capacity of adsorption obtained in the fixed bed packed with 50.6 g of activated carbon (AN0 = 537 mg/L, bed height = 20 cm and feed flow rate = 7.5 mL/min) was 287 mg/g. Every kinetic model presented an appropriate correlation with the experimental data in the continuous system and can be used as a mathematical tool for the optimization of the adsorption process. The model PVSDM was also utilized for a sensibility analysis of the system variables, showing the influence of concentration, flow rate and bed length over the treatment of the synthetic oilfield produced water.

Apoio: Isabella Pereira - Bolsista (ICICT/CRBF); Açucena Lima - estagiária Rede de Bibliotecas Fiocruz. Projeto Gráfico: Luciana Rocha Mariz Clua - Multimeios|Icict|Fiocruz. Diagramação: Luciana Rocha Mariz Clua - Multimeios|Icict|Fiocruz; Isabella Pereira - Bolsista (ICICT/CRBF); Açucena Lima - estagiária Rede de Bibliotecas Fiocruz. Ilustração BiblioCovid: Luciana Rocha Mariz Clua - Multimeios|ICICT|FIOCRUZ. Imagens: Pixabay. Fundação Oswaldo Cruz. Instituto de Comunicação e Informação Científica e Tecnológica em Saúde. Rede de Bibliotecas da Fiocruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil. Fundação Oswaldo Cruz. Escola Politécnica de Saúde Joaquim Venâncio. Biblioteca Emília Bustamente. Rio de Janeiro, RJ, Brasil. Boletim destinado a apresentação de estratégias e artigos científicos sobre temas relacionados à Covid-19.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2021. Devido à crescente demanda por água doce mundial, há necessidade de se encontrar novas fontes de água, bem como a reutilização de água nos processos industriais. A utilização de membranas tem se mostrado interessante nos processos de purificação de água. Algumas vantagens dos processos de filtração são: construções compactas e menor custo, quando comparada aos processos convencionais de purificação. Entretanto, o grande desafio para os processos de filtração são as incrustações ocorridas nas membranas. Uma possibilidade de diminuir a incrustação é tornar a membrana mais hidrofílica, pois permite uma maior interação entre a superfície da membrana com as moléculas de água. Várias técnicas de modificação de membranas podem ser adotadas para diminuir a incrustação e melhorar o fluxo nas membranas como, por exemplo, enxerto, tratamento químico, revestimento, entre outros. Na sua maioria, as membranas poliméricas são produzidas pela técnica de inversão de fases, onde uma solução polimérica é convertida de maneira controlada a uma fase sólida. Uma alternativa que vem sendo explorada é o uso da técnica de eletrofiação para produção de membranas. As membranas produzidas por esta técnica são compostas por fibras ultrafinas sobrepostas umas nas outras. Estas membranas possuem características únicas, principalmente alta área superficial e alta porosidade. Entretanto, o grande desafio das membranas eletrofiadas é garantir a resistência mecânica, já que as membranas podem ser separadas durante o processo de filtração. Neste trabalho foi realizada a modificação da superfície de uma membrana de microfiltração de fluoreto de polivinilideno (PVDF) comercial, hidrofóbica, utilizando uma camada de fibras eletrofiadas de copolímero anfifílico, poli(vinilpirrolidona-co-metacrilato de metila) (PVP-co-PMMA). A escolha da PVP se deu por sua característica anti-incrustação de proteínas e por ser um polímero hidrofílico. Já o PMMA confere característica hidrofóbica, evitando que o copolímero seja lavado durante o processo de filtração. A síntese do copolímero ocorreu por meio de uma reação de polimerização em solução, utilizando dimetilformamida (DMF) como solvente a 80 ºC. Uma modificação superficial prévia da membrana com polidopamina (PDA) foi utilizada para conferir adesão da camada eletrofiada sobre a membrana hidrofóbica de PVDF. A membrana foi modificada com PDA por deposição durante 12 h. Logo após uma camada de PVP-coPMMA foi eletrofiada sobre a membrana de PVDF modificada com PDA. A membrana modificada PVDF/Eletrofiada apresentou uma superfície mais hidrofílica do que a membrana controle, bem como da membrana modificada com a deposição de PDA. A membrana de PVDF/Eletrofiada apresentou ainda, maior fluxo de água limpa e redução da incrustação durante o processo de filtração da emulsão óleo/água, quando comparada com a membrana controle de PVDF. Demonstrando que a utilização de uma modificação simples, frente as diversas técnicas convencionais para modificação do PVDF, formando uma membrana multicamadas, alcançou ótima recuperação de fluxo hidráulico, aumento de até 4 vezes o fluxo de água limpa, após o procedimento de limpeza da membrana, quando comparada a membrana controle. Abstract: Due to the growing demand for fresh water worldwide, there is a need to find new sources of water, as well as the reuse of water in industrial processes. The use of membranes is interesting in water purification processes. Some advantages of filtration processes are compact construction and lower cost when compared to conventional purification processes. However, the great challenge for filtration processes is the incrustations that occur on the membranes. One possibility to reduce encrustation is to make the membrane more hydrophilic, as it allows greater interaction between the membrane surface and the water molecules. Several membrane modification techniques can be adopted to reduce fouling and improve membrane flux, such as grafting, chemical treatment, coating, among others. Most polymeric membranes are produced by the phase inversion technique, where a polymeric solution is converted in a controlled manner to a solid phase. An alternative that has been explored is the use of the electrospinning technique to produce membranes. The membranes produced by this technique are composed of ultra-fine fibers superimposed on one another. These membranes have unique characteristics, mainly high surface area, and high porosity. However, the great challenge of electrospinning membranes is to ensure mechanical strength, as the membranes can be separated during the filtration process. In this work, the surface modification of a commercial, hydrophobic polyvinylidene fluoride (PVDF) microfiltration membrane was performed, using a layer of electrospinning fibers of an amphiphilic copolymer, poly(vinylpyrrolidone-co-methyl methacrylate) (PVP-co-PMMA) ). PVP was chosen because of its anti-fouling characteristic of proteins and because it is a hydrophilic polymer. PMMA, on the other hand, provides a hydrophobic characteristic, preventing the copolymer from being washed during the filtration process. The synthesis of the copolymer took place through a polymerization reaction in solution, using dimethylformamide (DMF) as a solvent at 80 °C. A previous surface modification of the membrane with polydopamine (PDA) was used to confer adhesion of the electrospinning layer on the hydrophobic PVDF membrane. The membrane was modified with PDA by deposition for 12 h. Soon after, a layer of PVP-co-PMMA was electrospinning onto the PDA-modified PVDF membrane. The modified PVDF/Electrospinning membrane had a more hydrophilic surface than the control membrane, as well as the membrane modified with PDA deposition. The PVDF/Electrospinning membrane also presented higher clean water flow and reduced scale during the oil/water emulsion filtration process, when compared to the PVDF control membrane. Demonstrating that the use of a simple modification, compared to the various conventional techniques for modifying the PVDF, forming a multilayer membrane, achieved excellent hydraulic flow recovery, an increase of up to 4 times the clean water flow, after the membrane cleaning procedure, when compared to the control membrane.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2021. Há décadas a demanda de recursos hídricos tem aumentado devido à expansão populacional e industrial. Juntamente com essa demanda, ocorreu o aumento de contaminantes em águas superficiais e subterrâneas. Dentre esses poluentes, aqueles encontrados em baixas concentrações, e, portanto, emergentes, vêm ganhando foco nas últimas décadas. Isso ocorre por que não existe uma legislação referente à toxicidade desses compostos e a eficiência de remoção por tratamentos convencionais é baixa. O ácido salicílico é um poluente emergente em ascensão, uma vez que é aplicado em produtos de cuidados pessoais e é um metabólito da aspirina. Desta forma, tratamentos alternativos vêm ganhando força no combate aos poluentes emergentes, a exemplo da fotocatálise heterogênea com catalisador imobilizado. Dentro desse contexto, esse trabalho realiza um estudo do processo fotocatalítico com catalisador imobilizado assistido por CFD e experimentação a fim de melhorar a eficiência dos reatores fotocatalíticos na degradação de poluentes hídricos. Para esse estudo foi realizada uma validação prévia dos modelos matemáticos do processo fotocatalítico (equações de Navier-Stokes, equações de transferência de radiação e equações de transferência de massa da espécie química com reação) com dados da literatura. Com intuito de melhorar a capacidade de predição do modelo matemático do processo fotocatalítico, avaliou-se a sensibilidade do número de Schmidt turbulento para sistemas com diferentes resistências à transferência de massa externa utilizando os modelos de turbulência k- e padrão, AKN e RSM. Em seguida, realizou-se a montagem de uma unidade experimental com um reator fotocatalítico diferencial projetado de forma assistida por CFD. A unidade foi desenvolvida para gerar dados experimentais a fim de validar os modelos matemáticos e obter a cinética intrínseca de degradação fotocatalítica do ácido salicílico em fase líquida utilizando TiO2 imobilizado. Antes de realizar a cinética, verificou-se a capacidade do processo fotocatalítico em mineralizar o ácido salicílico, avaliou-se um método de imobilização com boa eficiência de degradação e baixa lixiviação e verificou-se os efeitos da concentração inicial de poluente e da vazão de escoamento frente a eficiência de degradação. O modelo cinético obtido foi utilizado como condição de contorno de parede nas simulações de CFD com intuito de otimizar um reator anular com labirinto por meio de um planejamento estatístico Box Behnken e do método função desejabilidade. Os resultados referentes às validações dos modelos matemáticos laminar e turbulento do processo fotocatalítico fundamentados em dados da literatura mostraram que os mesmos são capazes de predizer os fenômenos de transferência de quantidade de momento, de transferência de massa da espécie química e de transferência da radiação. Com base no estudo de sensibilidade do número de Schmidt turbulento, verificou-se que esse tem um efeito significativo na predição em sistemas com alta limitação à transferência de massa e que o mesmo tem sensibilidade diferente dependendo do modelo de turbulência utilizado. Entre os modelos de turbulência, observou-se que o modelo AKN com Sct igual a 0,8 forneceu a melhor resposta na predição da transferência de massa nos processos fotocatalíticos com alta limitação a transferência de massa. No entanto, o modelo k-e padrão com Sct igual a 0,2 pode ser uma alternativa para simular casos complexos, uma vez que esse modelo apresentou menor custo computacional e maior estabilidade numérica em relação aos demais. Dos experimentos de imobilização, observou-se que o método de imobilização denominado calcinação foi o mais adequado para utilização nos experimentos de degradação do ácido salicílico, uma vez que teve boa eficiência e baixa lixiviação do catalisador. Ainda fundamentado nos experimentos de bancada, concluiu-se que o processo fotocatalítico com TiO2 imobilizado e luz UVC é capaz de realizar não só a degradação, mas também a mineralização do ácido salicílico e que esse processo segue uma cinética de primeira ordem, tanto em relação à concentração quanto em relação à intensidade de luz. Por fim, concluiu-se que a combinação de ferramentas estatísticas e de fluidodinâmica computacional pode ser uma boa alternativa para realização de projetos e otimizações de reatores fotocatalíticos, uma vez que o reator fotocatalítico anular otimizado neste trabalho apresentou um tempo de degradação e um valor energético operacional 53% inferior do que os valores de tempo e energia de um reator anular convencional. Abstract: For decades, the demand for water resources has increased due to population and industrial expansion. Along with this demand, there was an increase in contaminants in surface and groundwater. Among these pollutants, those found in low concentrations, and therefore emerging, have been gaining focus in recent decades. This focus is due to the fact that there is no legislation on the toxicity of these compounds and the removal efficiency by conventional treatments is low. Salicylic acid is an emerging pollutant on the rise, as it is applied in personal care products and it is a metabolite of aspirin. Thus, alternative treatments are gaining power in the fight against emerging pollutants, such as heterogeneous photocatalysis with immobilized catalyst. Within this context, this work carries out a study of the photocatalytic process with immobilized catalyst assisted by CFD and experiments in order to improve the efficiency of photocatalytic reactors in the degradation of water pollutants. For this study, a previous validation of the mathematical models of the photocatalytic process (Navier-Stokes equations, radiation transfer equations and chemical transfer mass equations with reaction) was performed with data from the literature. In order to improve the predictive capacity of the mathematical model of the photocatalytic process, the sensitivity of the turbulent Schmidt number for systems with different resistance to external mass transfer was evaluated using the standard k-e, AKN and RSM turbulence models. Then, an experimental unit was assembled with a differential photocatalytic reactor designed in a CFD-assisted manner. The unit was developed to generate experimental data to validate the mathematical models and obtain the intrinsic kinetics of photocatalytic degradation of salicylic acid in liquid phase using immobilized TiO2. Before performing the kinetics, the capacity of the photocatalytic process to mineralize salicylic acid was verified. Also, the immobilization method, the initial pollutant concentration and the flow rate of the process were verified with aim of obtain a good degradation efficiency and low leaching. The kinetic model obtained was used as a wall boundary condition in CFD simulations in order to optimize an annular reactor with labyrinth through Box Behnken statistical planning and the desirability function method. The results from the validations of the laminar and turbulent mathematical models of the photocatalytic process based on data from the literature showed that they are capable of predicting the phenomena of momentum quantity transfer, chemical mass transfer and radiation transfer. Based on the sensitivity study of the turbulent Schmidt number, it was found that this has a significant effect on the prediction in systems with high limitation to mass transfer and that it has different sensitivity depending on the turbulence model selected. Among the turbulence models, it was observed that the AKN model with Sct equal to 0.8 provided the best response in the prediction of mass transfer in photocatalytic processes with high limitation to mass transfer. However, the standard k-e model with Sct equal to 0.2 can be an alternative to simulate complex cases, since this model presented lower computational cost and greater numerical stability in relation to the others. From the immobilization experiments, it was observed that the immobilization method called calcination was the most suitable for use in degradation experiments of salicylic acid, since it had good efficiency and low leaching of the catalyst. Still based on bench experiments, it was concluded that the photocatalytic process with immobilized TiO2 and UVC light is capable of performing not only the degradation, but also the mineralization of salicylic acid and that this process follows a first order kinetics, both in relation to concentration as to light intensity. Finally, it was concluded that the combination of statistical tools and computational fluid dynamics can be a good alternative to perform projects and optimizations of photocatalytic reactors, since the annular photocatalytic reactor optimized in this work presented a degradation time and an energy value operational 53% lower than the time and energy values of a conventional annular reactor.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2019 A contaminação de águas devido à presença de arsênio é relatada em diversas partes do mundo e ocorre sobretudo devido a combinações de processos naturais, como reações de intemperismo, emissões vulcânicas e atividade biológica. Entretanto, as atividades antrópicas, através da utilização de pesticidas, herbicidas e, especialmente, mineração, também são fontes representativas. Os principais efeitos prejudiciais do arsênio ao meio ambiente e à saúde humana dependem de sua forma e estado de oxidação, sendo o As(III) inorgânico cerca de 70 vezes mais tóxico do que o As(V). Além disso, o As(III) é mais difícil de ser removido da água por processos de precipitação ou adsorção, geralmente necessitando da oxidação prévia à As(V). Dos processos oxidativos utilizados para a oxidação de As(III) para As(V), a fotocatálise heterogênea utilizando TiO2 como catalisador, destaca-se frente aos demais pela facilidade de operação, utilização de fótons ao invés de produtos químicos e pela diminuição de subprodutos gerados com a reação de oxidação. Porém, uma das principais desvantagens desse método, quando o fotocatalisador é utilizado em suspensão, é o uso de quantidades massivas de nanopartículas dispersas que são difíceis de recuperar após o tratamento da água e potencialmente nocivas para os humanos devido ao seu tamanho muito pequeno. Portanto, a estabilização das nanopartículas em um suporte inerte adequado é uma boa estratégia para superar tais limitações. No presente trabalho, foi desenvolvida uma nova e simples metodologia para a imobilização de TiO2 em estruturas poliméricas inertes altamente porosas aplicando-se o método de planejamento de experimentos do tipo Taguchi com arranjo ortogonal L9 para serem utilizadas em processos fotocatalíticos heterogêneos aplicados à oxidação de arsênio trivalente (em solução aquosa) a arsênio pentavalente. Visando superar as limitações de transferência de massa e fótons, diferentes tipos de materiais poliméricos baratos e fáceis de se obter foram testados como suporte, como monólitos de acetato de celulose, fibra sintética abrasiva verde, esponja de poliuretano comercial azul aplicada na limpeza doméstica e espuma de poliuretano automotiva cinza, que foi a que apresentou maior afinidade com o fotocatalisador. Com o melhor material escolhido, o efeito das condições de imobilização, como a concentração de TiO2 na solução de imobilização, o uso de aditivos (Triton X, Glutaraldeído e Ácido Cítrico) e a influência da sonicação acústica aplicada à dispersão das nanopartículas foram avaliados. O método de Taguchi mostrou que as melhores condições de imobilização no processo de revestimento devem ser 5% de TiO2 (m/m), 3% de Triton X (m/m), sem o uso de cavitação acústica e aplicação de tratamento térmico a 220 ºC, que está no intervalo de transição vítrea da espuma de acabamentos de automóveis cinza. As reações de oxidação foram conduzidas em um fotoreator tubular UVA de fácil manuseio. As condições ótimas de operação foram determinadas por reações com o fotocatalisador em suspensão, variando sua concentração e posteriormente o pH. Em seguida, com o pH ideal determinado em 8, temperatura média de 20 °C e o fotoreator tubular UVA preenchido com a estrutura imobilizada com TiO2 através do método desenvolvido, foi possível observar a oxidação total de As(III) (abaixo do limite de detecção analítico) em 240 min, com 97,2% de As(V) presente em solução no final da reação e 3,8% de AsTotal adsorvido no catalisador. O suporte preparado sob condições ótimas foi utilizado em 5 ciclos consecutivos, cada ciclo com novas soluções de As(III), com completa oxidação do poluente e lixiviação insignificante do TiO2 imobilizado. Abstract: Contamination of natural waters due to the presence of arsenic is reported in several parts of the world, and occurs mainly due to natural processes combinations, such as weathering reactions, volcanic emissions and biological activity. However, anthropic activities, using pesticides, herbicides and, especially, mining, are also representative sources. The arsenic major detrimental effects depend on its form and oxidation state, being the inorganic As(III) approximately 70 times more toxic than As(V). In addition, the As(III) is more difficult to remove from the water, usually requiring a previous oxidation to As(V) for an efficient removal. Of the oxidative processes used for the oxidation of As(III) to As(V), the heterogeneous photocatalysis using TiO2 as a catalyst, stands out in front of the others due to the ease of operation, the use of photons instead of chemical products and the reduction of by-products generated with the oxidation reaction. The major drawback of TiO2 based advanced oxidation processes is the use of massive amounts of dispersed nanoparticles that are hard to recover after the water treatment and potentially harmful for humans due to their very small size. Therefore, the stabilization of the nanoparticles in an adequate inert support is a good strategy to overcome such limitations. In the present work, a simple novel methodology for the immobilization of TiO2 in inert highly porous polymeric structures was developed using Taguchi experimental design method with L9 orthogonal array to be used in heterogeneous photocatalytic processes applied to the oxidation of trivalent arsenic (in aqueous solution) to pentavalent arsenic. Aiming to overcome mass and photon transfer limitations, different types of cheap and easy to obtain polymeric materials were tested as support, such as cellulose acetate monoliths, green abrasive synthetic fiber, blue commercial polyurethane sponge applied in domestic cleaning and gray automotive polyurethane foam, which was the one that presented more affinity with the photocatalyst. With the best material chosen, the effect of the immobilization conditions such as the TiO2 concentration in the coating solution, the use of agents (Triton X, glutaraldehyde and citric acid), and the influence of acoustic sonication applied to the dispersion of the nanoparticles were evaluated. The Taguchi method showed that the best immobilization conditions in the coating procedure should be a 5% TiO2 (w/w) concentration, 3% of Triton X (w/w) without the use of acoustic cavitation and application of a 220 ºC heat treatment, which is in the glass transition range of the gray foam. The oxidation reactions were conducted in an easy to handle UVA tubular photoreactor. The optimum operating conditions were determined by reactions with the photocatalyst in slurry, varying its concentration and then the pH. Following, with the ideal pH determined at 8, medium temperature of 20°C and the UVA tubular photoreactor packed with the developed TiO2 coated structure, it was possible to observe the As(III) total oxidation (below the analytical detection limit) in 240 min, with 97.2% of As(V) present in solution at the end of the reaction and 3.8% of AsTotal adsorbed in the catalyst. The support prepared under optimum conditions was used in 5 consecutive cycles, each cycle with new solutions of As(III), with complete oxidation of the pollutant and insignificant leaching of the immobilized TiO2.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2018. O fenol é uma das substâncias predominantes em efluentes de refinarias de petróleo e, além de ser considerado um composto tóxico, é recalcitrante no meio ambiente. Diversos métodos para a redução de compostos fenólicos em efluentes industriais têm sido estudados e, dentre eles, o processo Fenton tem sido amplamente empregado. O processo Fenton homogêneo atua eficientemente na oxidação decompostos, porém apresenta algumas desvantagens como a produção de lodo metálico. Face a esta problemática, o ferro pode ser imobilizado em suportes dando a origem a um catalisador para o processo Fenton heterogêneo. Muitos trabalhos foram realizados com o objetivo de encontrar catalisadores ativos e estáveis à lixiviação de ferro. Contudo, a maioria deles, apresentou perda do metal relativamente alta devido ao baixo pH de operação. O lodo têxtil, por sua vez, tem indicadocaracterísticas físico-químicas que podem ser vantajosas se aplicadas nesse processo. Portanto, neste trabalho foram preparados catalisadores de ferro a partir do material carbonoso resultante da pirólise do lodo físico-químico do tratamento do efluente têxtil, para o tratamento do fenol em água. O lodo têxtil foi caracterizado por análises físico-químicas e de composição de metais. Foi avaliada a influência da temperatura de pirólise e da concentração de Sulfato Ferroso no teor de ferro dos catalisadores obtendo-se dois catalisadores com 1,5 e 5,6 % de ferro. Esses catalisadores foram caracterizados por análise de área superficial BET, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia Dispersiva de Raios-X (EDX) e Difração de Raios-X (DRX). Avaliou-se a influência de fatores determinantes na peroxidação catalítica do fenol e, com base nos resultados, encontrou-se uma condição ótima: pH 3, temperatura 60 ºC, 3 g·L-1 do catalisador contendo 5,6 % de ferro e 11,8 mmol·L-1 de H2O2. A análise de metais indicou que o lodo têxtil possui metais de interesse como o alumínio, ferro e cobre em sua composição. A caracterização dos catalisadores indicou uma área superficial com microporosidade bem desenvolvida e a presença de estruturas de hematita na matriz carbonosa. O processo de degradação alcançou uma conversão de 98,2 % de fenol com 68,2 % de mineralização, 88,2 % de eficiência do consumo de oxidante e 2,11 mg·L-1 de ferro lixiviado em 150 min de reação. O catalisador apresentou atividade por até 5 ciclos de uso, porém com perda na eficiência. Abstract : Phenol is one of the predominant substances in the petroleum refineries wastewaters. It is considered toxic and recalcitrant to the environment. Several methods for the phenol removal in industrial wastewater have been studied and among them, Fenton process has been widely used. The homogeneous Fenton system acts efficiently in the removal of organic compounds, but it has some disadvantages such as the production of chemical sludge. Based on these considerations, the iron can be immobilized over a support, giving rise to the heterogeneous Fenton catalysts. Several studies were devoted to search stable catalysts with no or very low iron leaching under the operational conditions of the process. However, most of them showed relatively high iron loss due to the low pH. Alternatively, the textile sludge has indicated physicalchemical properties that can be advantageous if applied to this process. Therefore, in this work, iron catalysts were prepared from the physicalchemical textile sludge for the treatment of phenol in water. The textile sludge was characterized by physical-chemical and metal composition analyses. The influence of the pyrolysis temperature and the ferroussulfate concentration on the catalysts iron content was evaluated, obtaining two catalysts with 1.5 and 5.6 %. These catalysts were characterized by BET surface area, Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Dispersive Spectroscopy (EDS) and X-ray Diffraction (XRD). The determinant factors on phenol catalytic peroxidation were evaluated, and an optimal condition was found at pH 3, 60 ºC, 3 g·L-1 of the catalyst containing 5.6 % of iron and 11.8 mmol·L-1 of H2O2. The metal analysis indicated that the textile sludge has metals of interest for the heterogeneous Fenton process such as aluminum, iron, and copper in its composition. The catalysts characterization indicated a reasonable surface area with a well-developed microporosity and the presence of Hematite structures in the carbonaceous matrix. The degradation process achieved 98.2 % of phenol conversion, 68.2 % of mineralization, 88.2 % of the efficiency of oxidant consumption and 2.11 mg·L-1 of iron leaching in 150 min of reaction. The catalyst presented activity for up to 5 cycles of use, but with loss of efficiency.