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Síntese, monitoramento e modelagem da formação de partículas poliméricas porosas ocas com casca reticulada.

Torraga, Maria Giuliana Fontanelli

Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP; Universidade de São Paulo; Escola Politécnica 2021-06-07

Acesso online

  • Título:
    Síntese, monitoramento e modelagem da formação de partículas poliméricas porosas ocas com casca reticulada.
  • Autor: Torraga, Maria Giuliana Fontanelli
  • Orientador: Giudici, Reinaldo
  • Assuntos: Anidrido Maleico; Divinilbenzeno; Estireno; Polimerização; Monitoramento; Adsorption; Polymerization; Monitoring; Methylene Blue; Mathematical Modeling; Maleic Anhydride; Infrared Spectroscopy; Divinylbenzene; Styrene
  • Notas: Tese (Doutorado)
  • Notas Locais: Programa Engenharia Química
  • Descrição: As propriedades das partículas geradas em reações de polimerização estão intimamente associadas às condições de sua síntese. Desta forma, a síntese de partículas poliméricas porosas e ocas foi estudada sob o ponto de vista cinético, associando as propriedades finais das partículas à formulação da reação que as originou. As partículas ocas foram geradas em etapas, primeiro a formação do núcleo, da casca e, por fim, a remoção do núcleo. O núcleo foi sintetizado por copolimerização por dispersão sem estabilizantes entre anidrido maleico (MAH) e estireno (ST), utilizando o éster isopentil acetato (IPA) como fase contínua. O invólucro foi formado por polimerização por precipitação, com os agentes reticulante (divinilbenzeno, DVB) e porogênico (n-heptano). A combinação de técnicas de polimerização permitiu formar partículas ocas e porosas de poli(divinilbenzeno-co-anidrido maleico). A polimerização em dispersão sem estabilizantes utilizada na síntese do núcleo permitiu formar partículas esféricas em um meio orgânico, sem estabilizantes. Existem poucos estudos investigando o mecanismo de formação de partículas e a estabilidade desse sistema, que apresenta um rápido mecanismo de nucleação. Por isso, nessa tese também foi estudado o monitoramento da formação do núcleo utilizando a sonda NIR como sensor, coletando espectros ao longo da reação. Foram construídos modelos de calibração multivariada (PLS), combinando os resultados obtidos por amostragem com os respectivos espectros. A técnica se mostrou válida para monitorar a polimerização por dispersão, que apresenta um rápido crescimento de partículas nos primeiros minutos da reação. Os modelos de predição para conversão de monômeros e para o diâmetro das partículas apresentaram resultados satisfatórios quando comparado aos dados da validação externa. Seguindo uma outra abordagem, foi proposta uma modelagem fenomenológica para a polimerização em dispersão sem estabilizantes, utilizando balanços de massa e populacionais para a nucleação e o crescimento das partículas desse sistema. O modelo matemático representou a formação e crescimento das partículas, e permitiu obter informações sobre o tamanho e número de partículas formadas a partir da temperatura e da formulação da reação. Os resultados indicam que um modelo com poucos parâmetros pode ser útil na investigação da nucleação. Finalmente, tendo em vista a versatilidade dos materiais poliméricos para aplicação como adsorventes, este trabalho avaliou a funcionalização, caracterização (diâmetro, morfologia, área superficial e potencial zeta) e a aplicação das partículas para remoção de azul de metileno de um efluente sintético. O material apresenta uma rápida remoção do corante, e cinética limitada por difusão externa e interna aos poros. O aumento do pH do meio aumenta a capacidade de adsorção das partículas, sendo os melhores resultados obtidos em pH igual a 10. O modelo de isoterma de equilíbrio de Langmuir se mostrou representativo, com KL 151,24 mL.mg-1 e qmax 1069,13mg.g-1. Os materiais poliméricos são muito interessantes para aplicação em operações como a adsorção, pois a polimerização permite a síntese de materiais cuja especificidade, eficiência de remoção e resistência química e mecânica podem ser moldadas.
  • DOI: 10.11606/T.3.2021.tde-25102021-120824
  • Editor: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP; Universidade de São Paulo; Escola Politécnica
  • Data de criação/publicação: 2021-06-07
  • Formato: Adobe PDF
  • Idioma: Português
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