Com a crescente cobertura de notícias sobre o aquecimento global, a poluição do ar, da água e do solo e, ao mesmo tempo, a pressão crescente sobre o ambiente seguro e o fornecimento de alimentos para uma população cada vez maior, a ciência ambiental e o saneamento estão recebendo cada vez mais atenção.

À medida que a consciência global cresce sobre as questões ambientais e de segurança, reconhecemos não só a necessidade de tomar medidas proativas para prevenir a poluição ambiental e proteger a saúde pública, mas também a necessidade de corrigir algumas decisões erradas tomadas há décadas. Hoje agradecemos às necessidades que ajudam a limpar o ar e a água contaminados, a limpar o solo e a substituir produtos químicos perigosos em brinquedos, roupas, cosméticos, produtos de cuidados da pele e alimentos ao nosso redor.

Nestes campos, onde as interações dos nanomateriais desempenham um papel fundamental, um conhecimento aprofundado desse campo contribuirá significativamente para a caracterização, avaliação, previsão e controle de riscos - para garantir a saúde e a segurança no futuro e para remover a poluição gerada no passado.

[Ambiente / Nanotoxicologia]

Hoje em dia, as nanopartículas estão em toda parte ao nosso redor. Essas minúsculas partículas entraram em produtos como protetores solares, embalagens de alimentos, medicamentos, roupas e revestimentos e estão constantemente entrando em novos campos. No entanto, os riscos potenciais da exposição intencional e involuntária a nanopartículas ainda não foram adequadamente avaliados. Isso também levou mais atenção à nanotoxicologia.

A nanotecnologia é um campo científico relativamente novo que aproveita o fato de que as propriedades dos materiais mudam à medida que o tamanho diminui de macro para nanoescala. As propriedades ideais dos nanomateriais de engenharia são aplicadas em muitas áreas diferentes, e eles estão sempre procurando novas aplicações. Não apenas o uso e a propagação de nanomateriais estão aumentando, objetos de tamanho nanométrico também podem ter efeitos colaterais de processos como queima e desgaste mecânico.

O resultado é que os nanomateriais continuamente se expandem e liberam em nosso ambiente e no meio ambiente, o que aumenta a exposição a nanopartículas. No entanto, essas novas propriedades satisfatórias do material estão acompanhadas de aspectos desconhecidos. Muitas vezes não se sabe como essas partículas interagem e se comportam ao longo do ciclo de vida. Muitos esforços e recursos estão focados na nanotoxicologia para avaliar os efeitos da exposição intencional e involuntária a nanomateriais para garantir que isso seja seguro para os seres humanos e o meio ambiente.

Caracterizar a interação das nanopartículas com o ambiente

Na avaliação de nanosegurança, é fundamental entender como as nanopartículas se comportam em ambientes expostos. Eles precisam pesquisar em ambientes biológicos relevantes, onde as interações entre as nanopartículas e as moléculas que encontram ao longo de todo o seu ciclo de vida podem ser monitoradas. A natureza da interação com o ambiente circundante depende do material, tamanho, carga e funcionalidade da superfície das nanopartículas e do ambiente circundante, como o pH. Uma vez liberadas, as nanopartículas começam a adsorber materiais orgânicos e inorgânicos, formando uma nova interface, chamada camada corona ou bioeletrônica, conferindo ao ambiente novas propriedades. O QSense QCM-D pode estudar essas interações entre as nanopartículas e o ambiente circundante, por exemplo, neste estudo foi avaliada a biotolerância das nanopartículas no sistema digestivo humano. Este post também analisa vários exemplos de interação com nanopartículas em contextos relevantes. O efeito das nanopartículas sobre a membrana fosfolipídica também foi estudado com sucesso com o tanque Langmuir.

[Limpeza do solo e da água]

Água e solo são os dois principais elementos necessários para garantir a saúde e o bem-estar dos seres humanos e outros organismos neste planeta. Essas duas áreas não fornecem apenas o ambiente para nossa sobrevivência e desenvolvimento, mas um solo saudável e água limpa são pré-requisitos para garantir a cadeia alimentar para nós e para as gerações futuras. No entanto, hoje, a poluição ambiental da água e do solo é cada vez mais preocupante.

A poluição ambiental é causada pelo homem e vem de várias fontes. A indústria libera subprodutos tóxicos e contamina as águas residuais, fertilizantes agrícolas e pesticidas no subsolo. Outras fontes são águas residuais não tratadas, vazamentos de petróleo, poluição radioativa e chuvas ácidas, todas as quais representam perigos para a saúde humana. Enquanto vemos o crescimento demográfico e o aumento da riqueza global, estamos testemunhando a degradação desses dois recursos naturais mais importantes. Mais pessoas no mundo e estilos de vida de alto consumo conduzidos por mais pessoas pressionam os recursos disponíveis para apoiar o consumo crescente e os hábitos de consumo em mudança. Para atender à demanda dos consumidores e garantir um solo saudável e abastecimento de água limpa, é necessário limpar a água e o solo contaminados.

Purificação e filtração da água

A água limpa é um recurso cada vez mais escasso. A demanda por água de alta qualidade não é apenas para fornecer água potável a um número crescente de pessoas no planeta, mas também para apoiar a produção e a agricultura de alimentos e roupas para um estilo de vida de alto consumo. Para garantir que as gerações futuras tenham um abastecimento sustentável de água e um habitat seguro para a vida aquática, precisamos aumentar a utilização dos recursos e reciclar a água que usamos. Também precisamos limpar as fontes de água contaminadas, como rios, lagos e oceanos. Em áreas com abastecimento insuficiente de água doce, a reciclagem e a desalinização podem fornecer soluções para a demanda dos consumidores.

Uma maneira eficaz de tratar os poluentes da água é a filtragem de membrana, que pode ser usada para a recuperação, reutilização e desalinização da água do mar. O QSense QCM-D pode ser usado para o desenvolvimento e avaliação de membranas de filtragem, caracterizando a inflação e o desempenho de filtragem de membranas, como membranas de osmose inversa para desalinização e tratamento de águas residuais e poluição de membranas.

Limpeza do solo

A reparação do solo é o processo de remoção ou purificação do solo contaminado por diferentes métodos. A bioreparação é uma das formas mais significativas de limpeza do solo. Na bioreparação, os micróbios são usados ​​para decompor os poluentes no solo. A bioreparação é frequentemente usada para lidar com poluentes orgânicos como petróleo e combustíveis à base de petróleo.

A principal dificuldade para a bioreparação é a disponibilidade de poluentes, porque esses compostos hidrofóbicos se ligam às partículas do solo e têm baixa solubilidade em água. Para aumentar o contato dos poluentes com os micróbios e, portanto, a degradação, geralmente, o surfactante é usado. Os tensioativos podem ser usados para melhorar a desabsorção e a solubilidade dos hidrocarburos de petróleo, facilitando assim sua assimilação por micróbios.

A maioria dos surfactantes comercializados são sintetizados a partir de subprodutos petrolíferos. No entanto, um número crescente de problemas ambientais levou ao desenvolvimento de surfactantes naturais alternativos para substituir os produtos existentes. Estes biostensioativos são geralmente polimeros de glicolípidos, lipoproteínas, fosfolípidos, ácidos graxos ou suas propriedades químicas. Em baixas concentrações, o biostensioativo é solúvel em água, mas quando as concentrações são mais altas, um aglomerado é formado. O ponto de formação do feixe é chamado de ponto de concentração crítica do feixe (CMC). As concentrações críticas de aglomerados em soluções de biostensioativos são geralmente medidas porque a dissolução de hidrocarbonetos de petróleo geralmente ocorre acima do CMC. Do ponto de vista econômico e ambiental, é importante usar a menor quantidade possível de surfactantes.

[Arquivo ambiental/carbono]

Com a crescente atenção ao aquecimento global e seus efeitos sobre o planeta, o armazenamento de gases de efeito estufa, principalmente dióxido de carbono, tornou-se o tema de muitas equipes de pesquisa. A captura segura do dióxido de carbono e o armazenamento em aquíferos salinos profundos são considerados meios viáveis ​​para controlar as emissões de carbono para a atmosfera.

Um dos sistemas subterrâneos potenciais para serem considerados para o armazenamento geológico envolve aquíferos salinos profundos. Para ter sucesso no armazenamento de CO2, é necessário garantir a captura de CO2 a longo prazo. Isso requer a compreensão de todos os mecanismos de captura física e química que podem preservar o dióxido de carbono. A captura de dióxido de carbono sob uma camada fechada impenetrável ou a fixação de dióxido de carbono nos poros do aquífero tem o maior e mais direto efeito. A eficácia de ambos os mecanismos de captura depende da pressão capilar, portanto, as propriedades de tensão de interface entre dióxido de carbono-água salgada e dióxido de carbono-rocha desempenham um papel importante. Compreender essas interações requer medições a altas temperaturas e pressões para simular as condições de armazenamento de água.

Interação CO2-água salina (rocha) sob alta pressão

A relação funcional entre a tensão da interface CO2-água salina e a pressão, temperatura, composição salina e concentração foi estudada. A Figura 1 mostra os dados típicos de medição da tensão da interface, mostrando que o valor da tensão da interface é equilibrado sob uma pressão de cerca de 120 bar.

Relação funcional entre a tensão de interface entre CO2-água e CO2-água salgada (35.000 ppm) e a pressão (45°C)

Umididade é geralmente definida como a tendência de um fluido se espalhar e aderir a uma superfície sólida na presença de outro fluido incompatível. No caso do aquífero, é necessário considerar o sistema salino-dióxido de carbono-rochoso. Se a rocha estiver úmida, a água salgada ocupará pequenos buracos e entrará em contato com a maior parte da rocha. Da mesma forma, se o CO2 injetado acabar molhando a rocha, ocupará pequenos buracos e entrará em contato com a maior parte da rocha. As mudanças na umidificação foram estudadas medindo o ângulo de contato do CO2 na superfície do mineral na água salina a altas pressões e temperaturas.

[Avaliação de Poluição Ambiental/Biológica e Biofilme]

A poluição biológica e a formação de biofilmes fora dos ecossistemas que ocorrem naturalmente são um perigo. A acumulação de colônias de bactérias (geralmente em ambientes industriais) degrada o material de fundo, causando corrosão e falhas de materiais.

Isso resulta em perdas de produção e aumento de custos. Além disso, pode causar riscos à saúde, como reduzir o desempenho da membrana de filtragem, afetar o fluxo da membrana e, portanto, afetar a qualidade da água potável.

Os biofilmes são abundantes como parte de um ecossistema maior, mas esses feixes de micróbios também podem sobreviver e se reproduzir em edifícios artificiais que fornecem ambientes úmidos e nutritivos para os micróbios. As saídas de águas residuais, instalações de produção que usam tubulações refrigeradas por água, outros sistemas de tubulação, como tubulações de água ou oleodutos, e sistemas de membrana, como biorreatores de membrana e membranas de osmose inversa para filtragem de águas residuais, geralmente são afetados. Os custos das perdas causadas pela poluição biológica são enormes e as consequências para a vida e a saúde humana são extremamente graves. Portanto, é muito significativo entender e prevenir a poluição biológica.

Biopoluição, formação de biofilme e caracterização de revestimentos anti-poluição

Os biofilmes são o principal obstáculo à eficácia dos processos de membrana e filtragem. Por exemplo, um dos fatores mais importantes que afetam o desempenho do biorreator de membrana é a poluição de membrana causada por substâncias poliméricas extracelulares secretas por micróbios. Embora a limpeza de membranas tenha sido amplamente estudada, as formas de prevenir a poluição são mais atraentes. Assim, para garantir o melhor desempenho a longo prazo da membrana, faz sentido entender e caracterizar como minimizar e prevenir as condições de poluição e formação de biofilmes. Informações que podem ajudar a entender melhor a relação entre as propriedades da superfície da membrana e a propensão à poluição podem ser coletadas através da medição da adesão e do crescimento das bactérias com o QSense QCM-D, uma técnica que pode ser usada para caracterizar processos de escamação e poluição e detectar a formação de biofilmes. A tecnologia também pode ser usada para avaliar soluções de abrasadores e anti-poluição, bem como para ajudar a projetar revestimentos anti-poluição.

Ángulo de contato para a caracterização de membranas

A poluição da membrana é causada por substâncias orgânicas como inorgânicos (sal, sedimentos como hidroóxidos metálicos e carbonatos), colóides (partículas em suspensão como dióxido de silício), poluentes microbianos e partículas que bloqueiam os poros na superfície da membrana ou através da sujeira formada por blocos. Como a maioria dos poluentes são essencialmente hidrofóbicos, geralmente se pensa que uma membrana hidrofílica é necessária. O uso de diferentes tipos de revestimentos e tratamentos de superfície torna a membrana mais hidrofílica. Normalmente, a medição do ângulo de contato é usada para avaliar a hidrofilidade da superfície.

[Ambiente / Destintagem]

Destintagem é um processo industrial de remoção de tinta das fibras de papel reciclado para a produção de papel destintado.

Processo de flutuação no desentintamento

Flutuação de espuma é um processo de desentintagem comumente usado. É derivado de um processo flutuante comumente usado na indústria de mineração. O princípio do processo de flutuação é simples: em um tanque flutuante, pequenas bolhas se espalham na celulose. As bolhas irão subir e acumular partículas de tinta hidrofóbica. Assim, as partículas de tinta são levantadas para o topo do tanque para serem selecionadas e a celulose desentintada é coletada do fundo do tanque.

As bolhas dispersas desempenham um papel fundamental neste processo. Suas propriedades são fortemente influenciadas por componentes de meios fluidos compostos por água e reagentes flutuantes, como agentes espumantes, coletores, inibidores, etc. Entre todos esses reagentes, os agentes espumantes são substâncias tensioativas que afetam a formação e o comportamento da espuma. As moléculas de espuma são adsorvidas na superfície da bolha para formar uma camada de adsorção. Durante o processo de adsorção, a tensão superficial diminui até atingir o equilíbrio. Em condições dinâmicas, a dinâmica da adsorção do surfactante a partir da solução e da adsorção reconciliada tem um impacto importante no comportamento das bolhas. Compreender as propriedades flutuantes das camadas de adsorção é importante para a caracterização de surfactantes comerciais.

Download Application Abstract: Aplicação da técnica de gotas oscilantes na caracterização do comportamento do surfactante durante a flotação.