Desenvolvimento, caracterização e avaliação do ciclo de vida do portão-a-portão de aerogéis e biofilmes visando sua aplicação no meio ambiente

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rodrigues, Bárbara Cristina Batista
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)
Texto Completo: http://app.uff.br/riuff/handle/1/31389
Resumo: O trabalho foi submetido em versão reduzida, conforme termo de embargo em anexo.
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spelling Desenvolvimento, caracterização e avaliação do ciclo de vida do portão-a-portão de aerogéis e biofilmes visando sua aplicação no meio ambienteAerogel hidrofóbicoCelulose microfibriladaBiofilmeTPSACVSilanizaçãoCeluloseBiofilmeBiossensorAerogéis hidrofóbicosHydrophobic aerogelMicrofibrillated celluloseSilanizationBiofilmO trabalho foi submetido em versão reduzida, conforme termo de embargo em anexo.O interesse em uma produção mais sustentável com menores impactos ao meio ambiente é uma tendência dos últimos anos. A celulose apresenta-se como uma excelente alternativa devido às suas propriedades físicas e químicas que, em sua escala nano/micro, são promissoras. Devido às suas propriedades inerentes, tais como, alta hidrofilicidade diretamente relacionada ao grande número de grupos de hidroxila (OH) livres presentes em sua estrutura, que podem ser modificadas. O foco deste estudo é o desenvolvimento de aerogéis hidrofóbicos para aplicação em derramamentos de óleos em águas contaminadas, e em biofilmes para possíveis aplicações em biossensores para detecção de água contaminadas com metais pesados. Inicialmente, uma caracterização das celuloses microfibriladas branqueada e marrom foi realizada, de forma que o teor de umidade, a composição, a densidade e o pH foram determinados, além das demais caracterizações de forma comparativa com os materiais produzidos. Posteriormente, uma funcionalização do material pela adição de agentes silanos – MTMS e OTMS – foi empregada na busca por aerogéis hidrofóbicos. Através do planejamento de mistura entre a CMF, o MTMS e o OTMS para produção dos aerogéis foi determinada uma proporção ótima de 0,23, 0,278 e 0,493 para CMF, OTMS e MTMS, respectivamente. As capacidades de absorção encontradas foram: para CMF branqueada – 20,23 g/g para o óleo de cozinha, 15,58 g/g para óleo diesel, 13,34 g/g para petróleo, 5,17 g/g para água e 0,65 g/g para água do mar – e para CMF marrom – 16,06 g/g para óleo de cozinha,14,84 g/g para óleo diesel, 12,38g/g para petróleo, 0,47 g/g para água e 0,59 g/g para água do mar –, com ângulos de contato de 134,60º e 133,68º, respectivamente, comprovando a produção de aerogéis hidrofóbicos. Utilizando-se também da proporção do ponto ótimo dos componentes, um teste simulando um cenário real de uma água marinha contaminada com petróleo para observação do emprego do aerogel produzido visando a análise de sua funcionalidade para os objetivos ambientais de sua produção, através desse teste foi comprovada a absorção do petróleo pelo biomaterial desenvolvido. Tratando-se dos biofilmes, foi realizado um planejamento de mistura entre a CMF branqueada (aplicada como um reforço estrutural) e TPS (amido mais glicerol, sendo o glicerol aplicado como um plastificante), utilizando a maior absorção de água e a menor perda de massa como critérios de determinação dos pontos ótimos. A capacidade de absorção do biofilme de 1,79 g/g para água e a perda de massa de 9,74%, e sob esse ponto ótimo, cuja proporção é 0,64 de CMF e 0,36 de TPS. Caracterizações FTIR, MEV, TGA, XRD, AFM, ângulo de contato e Espectroscopia UV-Vis foram empregadas ao ponto ótimo da mistura para obtenção de aerogéis e biofilmes. Tendo isso em vista, uma compreensão do impacto ambiental torna-se a base para o sucesso sustentável a longo prazo desse material tão promissor, a celulose microfibilada. Nesse contexto, a avaliação do ciclo de vida, comumente conhecida por sua sigla, ACV, representa uma análise padronizada pela Organização Internacional de Normalização, conhecida por sua sigla ISO. As NBR ISO 14040 (2014a) e 14044 (2014b), estruturam um estudo de ACV em quatro fases distintas, são elas: definição do objetivo e escopo, análise de inventário, avaliação de impacto e interpretação. A análise escolhida foi a abordagem do portão-ao-portão, onde somente a fase de produção dos biomateriais foi consideradaThe interest in more sustainable production with lower environmental impacts has been a trend in recent years. Cellulose is an excellent alternative due to its physical and chemical properties that are promising on its nano/micro scale due to its inherent properties, such as high hydrophilicity directly related to a large number of free hydroxyl (OH) groups present in its structure, which can be modified. This study focuses on developing hydrophobic aerogels for application in oil spills in contaminated waters and biofilms for possible applications in biosensors for detecting water contaminated with heavy metals. Initially, a characterization of the bleached and brown microfibrillated celluloses was performed so that the moisture content, composition, density, and pH were determined, in addition to other characterizations, in a comparative manner with the materials produced. Subsequently, functionalization of the material by adding silane agents – MTMS and OTMS – was employed in the search for hydrophobic aerogels. The mixture planning between MCF, MTMS and OTMS to produce the aerogels determined an optimum ratio of 0.23, 0.278 and 0.493 for MCF, OTMS and MTMS, respectively. The absorption capacities found were for bleached MCF – 20.23 g/g for cooking oil, 15.58 g/g for diesel oil, 13.34 g/g for petroleum, 5.17 g/g for water and 0.65 g/g for seawater – and brown MCF – 16.06 g/g for cooking oil,14.84 g/g for diesel oil, 12.38 g/g for petroleum, 0.47 g/g for water and 0.59 g/g for seawater –, with contact angles of 134.60° and 133.68°, respectively, proving the production of hydrophobic aerogels. Also, using the proportion of the optimum point of the components, a test simulating a real scenario of seawater contaminated with oil was performed to observe the use of the aerogel produced, aiming at the analysis of its functionality for the environmental objectives of its production, through this test it was proven the absorption of oil by the developed biomaterial. Regarding the biofilms, a mixture planning between bleached MCF (applied as a structural reinforcement) and TPS (starch plus glycerol, with glycerol applied as a plasticizer) was performed, using the highest water absorption and the lowest mass loss as criteria for determining the optimum points. The biofilm absorption capacity of 1.79 g/g for water and mass loss of 9.74%; under this optimum point, the ratio is 0.64 for MCF and 0.36 for TPS. FTIR, SEM, TGA, XRD, AFM, contact angle and UV-Vis Spectroscopy characterizations were employed at the optimum mixing point to obtain aerogels and biofilms. With this in mind, understanding the environmental impact becomes the basis for the long-term sustainable success of this promising material, microfibrillated cellulose. In this context, life cycle assessment, commonly known by its acronym, LCA, represents an analysis standardized by the International Organization for Standardization, known by its acronym ISO. The NBR ISO 14040 (2014a) and 14044 (2014b) structure an LCA study in four distinct phases: definition of the objective and scope, inventory analysis, impact assessment and interpretation. The analysis chosen was the gate-to-gate approach, where only the biomaterials production phase was considered48 p.Bojorge-Ramirez, Ninoska Isabelhttp://lattes.cnpq.br/6887508341701455Souza, Troner Assenheimer dehttp://lattes.cnpq.br/0138391880961720Hüther, Cristina Mollhttp://lattes.cnpq.br/5164391381813344Calado, Verônica Maria de Araújohttp://lattes.cnpq.br/7950388015437635http://lattes.cnpq.br/8224018736493687Rodrigues, Bárbara Cristina Batista2023-12-10T23:55:42Z2023-12-10T23:55:42Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfRODRIGUES, Bárbara Cristina Batista. Desenvolvimento, caracterização e avaliação do ciclo de vida do portão-a-portão de aerogéis e biofilmes visando sua aplicação no meio ambiente. 2023. 48 F. 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