Construção de um protótipo microfluídico e escalonamento de processos para a síntese em fluxo de nanomateriais carbonáceos utilizando reator tubular tipo PFR para aplicação na agricultura como nanofertilizante e/ou nanobioestimulante

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Faria, Rogério Gomes
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: https://repositorio.unb.br/handle/10482/42901
Resumo: Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2021.
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A nanopartícula produzida utilizando esse equipamento apresentou composição adequada e reprodutível, com distribuição de tamanho homogêneo em escala nanométrica, atóxica, com propriedades estimulantes e fertilizantes para ser aplicada no setor agroindustrial e contribuir para a intensificação agrícola e aliviar a pressão causada pela produção de alimentos para atender a crescente população e principalmente em quantidade elevada. Para tanto, construiu-se um protótipo de equipamento microfluídico semi-industrial utilizando um reator tubular para a síntese em fluxo contínuo, composto por um reator tubular acoplado a um vaso expansor, que proporcionaram condições adequadas para uma conversão elevada dos reagentes nos produtos desenvolvidos, apresentou uma taxa média de conversão superior à 70%, que é considerada satisfatória para nanomateriais. Uma bomba dosadora foi utilizada para injetar os reagentes na tubulação do reator, garantindo um fluxo pulsado dos reagentes em seu interior, e um trocador de calor conectado à saída do vaso expansor possibilitando condensar os vapores formados. Para formar os nanocompostos, aplicou-se aquecimento sobre o sistema por meio de uma estufa, que manteve a temperatura constante em toda extensão das tubulações e vaso fornecendo a energia de ativação necessária. Com esse protótipo e com a otimização do processo permitiu- se produzir e escalonar nanomateriais carbonáceos em um nível de produção de dezenas de gramas por hora, quantidade muito superior à obtida comparada à produzida por reator hidrotermal de batelada, possibilitando assim uma produção em escala industrial e vencendo as barreiras do escalonamento do processo produtivo de obtenção de nanomateriais. O conhecimento sobre nanomateriais as etapas de formação e os ajustes realizados na engenharia de processos como temperatura, vazão, proporção de entrada dos reagentes, dentre outros, permitiram maior homogeneidade dos produtos, aumentando a quantidade de materiais sintetizados, garantindo a qualidade desejada, com uma produção em fluxo ideal para a indústria. Para verificar o potencial da nanopartícula como nanofertilizante e/ou nanobioestimulante foram feitos testes agronômicos em cultivares nos laboratórios e campos experimentais da Universidade de Brasília, da Embrapa, da Universidade Federal do Rio de Janeiro e nos campos abertos do Grupo Phytus e de produtores parceiros. Os ensaios confirmaram as propriedades benéficas da nanopartícula quando aplicadas na agricultura, desenvolvendo e fortalecendo as culturas desde a germinação até a produção de grãos, frutos e tubérculos. Os trabalhos culminaram na criação de três patentes e de uma empresa produtora.Fundação de Apoio a Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF), Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).The present work was based on the synthesis of carbonaceous nanoparticles, with specific properties and capacity to perform as a nanofertilizer and/or nanobiostimulant, and on the construction of a prototype equipment for its production in continuous flow, enabling its application in agricultural production. The developed nanoparticles had an adequate and reproducible composition, with homogeneous size distribution on a nanometric scale, non-toxic with stimulant and fertilizer properties to be applied in the agro-industrial sector and contribute to agricultural intensification and alleviate the pressure caused by food production to meet the needs of growing population. For this purpose, a prototype of semi-industrial microfluidic equipment was built using a tubular reactor (PFR) for continuous flow synthesis, composed of a tubular reactor coupled to an expansion vessel, which provided conditions for a high conversion rate (above 70%) of the reagents into the developed products. A small dosing pump was used to inject the reagents into the reactor piping, ensuring a pulsed flow of reagents inside it, and a heat exchanger connected to the expansion vessel outlet enabled the vapors to condense. To build the nanocompounds, heating was applied to the system through a forced ventilation oven, which maintened a constant temperature throughout the pipes and vessel, providing the necessary activation energy. The prototype and the process optimization allowed the production and scheduling of carbonaceous nanomaterials at a production level of tens of grams per hour, a greater quantity than that obtained by hydrothermal batch reactor, enabling production on an industrial scale, overcoming the barriers to the scaling up of nanomaterials production process. The knowledge about nanomaterials, the building steps and adjustments made in the process engineering such as temperature, flow and input ratio of reagents, allowed greater homogeneity of the products, increasing quantity of synthesized materials, ensuring the desired quality, with an ideal production flow for industry. To verify the potential of the nanoparticle as a nanofertilizer and/or nanobiostimulant, agronomic tests were carried out on cultivars in the laboratories and experimental fields of University of Brasília - UnB, fields and greenhouse of Embrapa, laboratories and experimental fields of Federal University of Rio de Janeiro - UFRJ, fields of Phytus Institute and also with some partner producers. The tests confirmed the beneficial properties of the nanoparticle when applied in agriculture, developing and strengthening cultures from germination to the production of grains, fruits, leaves and tubers. The work culminated in the creation of three patents resulting from the combinations of the nanoparticle and a company that produces nanomaterials for the agricultural sector.Rodrigues, Marcelo OliveiraSilva, Fabricio MachadoFaria, Rogério Gomes2022-02-15T13:03:27Z2022-02-15T13:03:27Z2022-02-152021-11-25info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfFARIA, Rogério Gomes. Construção de um protótipo microfluídico e escalonamento de processos para a síntese em fluxo de nanomateriais carbonáceos utilizando reator tubular tipo PFR para aplicação na agricultura como nanofertilizante e/ou nanobioestimulante. 2021. 168 f., il. Tese (Doutorado em Química) — Universidade de Brasília, Brasília, 2021.https://repositorio.unb.br/handle/10482/42901A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2023-07-11T00:38:53Zoai:repositorio.unb.br:10482/42901Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2023-07-11T00:38:53Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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