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TEXTILE INDUSTRIES AND FABRICS (34 journals)

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Cerâmica
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ISSN (Print) 0366-6913
Published by SciELO Homepage  [913 journals]
  • A review on additive manufacturing of ceramic materials based on extrusion
           processes of clay pastes

    • Abstract: Abstract This paper aims to present a state of the art of additive manufacturing (AM) of ceramic materials based on extrusion processes of clay pastes, reviewing the definitions and classifications of the AM field under current international standards. A general overview on the AM category ‘material extrusion’ is provided and the class ‘paste deposition modeling’ is proposed for those techniques based on the extrusion of pastes that are solidified by solvent vaporization, with the aim of distinguishing it from the class ‘fused deposition modeling’, which is applied to extruded polymers through temperature plasticization. Based on the survey of background information on 3D printing technology by ceramic paste extrusion, a classification and historization of the innovations in the development of this technology are proposed.Resumo O presente trabalho apresenta uma revisão do estado da arte de manufatura aditiva (MA) de materiais cerâmicos baseada nos processos de extrusão de massas à base de argilas, repassando as definições e a classificação do campo de MA de acordo com as normas internacionais. Descreve-se a categoria de MA ‘extrusão de material’ em aspectos gerais e propõe-se a classe ‘modelagem por deposição de pasta’ para as técnicas baseadas em extrusão de massas que solidificam por evaporação do solvente, com o intuito de diferenciar do termo ‘modelagem por deposição de material fundido’, que é utilizado para polímeros extrudados por meio de plastificação a quente. A partir do levantamento dos antecedentes da tecnologia de impressão 3D por extrusão de massas cerâmicas, propõe-se uma classificação e historização das inovações no desenvolvimento desta tecnologia.
       
  • Preparation, characterization and photocatalytic activity of activated
           charcoal from microalgae for photocatalytic degradation of rhodamine B dye
           

    • Abstract: Abstract The need to adopt measures that reduce the persistence of pollutants in the environment is notorious, in order to promote the correct disposal and treatment of effluents. This study aimed to prepare, characterize, and evaluate the photocatalytic activity of activated charcoal obtained from the residual biomass of Chlorella pyrenoidosa microalgae for Rhodamine B (RhB) dye degradation. The samples were characterized by X-ray diffraction, Fourier-transform infrared spectroscopy, N2 porosimetry, and zeta potential. To evaluate the photocatalytic activity, experiments were carried out in a stirred batch reactor. The activated charcoal prepared from microalgae biomass showed the better photocatalytic activity in the degradation of the RhB dye of 75.5% under ultraviolet radiation (k=0.0121 min-1), and 66.5% under visible radiation (k=0.0091 min-1), while the commercial ZnO achieved 92.5% (k=0.0158 min-1) and 16.6% (k=0.0032 min-1) for ultraviolet and visible radiation, respectively. Moreover, the activation/carbonization process used for the preparation of activated charcoal from microalgae biomass promoted changes in the structural, textural, and catalytic properties of the prepared samples.Resumo É notória a necessidade de adotar medidas que reduzam a persistência de poluentes no meio ambiente, a fim de promover o correto descarte e tratamento de efluentes. Este trabalho teve como objetivo preparar, caracterizar e avaliar a atividade fotocatalítica do carvão ativado obtido a partir da biomassa residual de microalga Chlorella pyrenoidosa para degradação do corante Rodamina B (RhB). As amostras foram caracterizadas por difração de raios X, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier, porosimetria de N2 e potencial zeta. Para avaliar a atividade fotocatalítica, os experimentos foram realizados em um reator em batelada agitado. O carvão ativado preparado a partir de biomassa de microalgas apresentou melhor atividade fotocatalítica na degradação do corante RhB de 75,5% sob radiação ultravioleta (k=0,0121 min-1) e 66,5% sob radiação visível (k=0,0091 min-1), enquanto o ZnO comercial atingiu 92,5% (k=0,0158 min-1) e 16,6% (k=0,0032 min-1) para radiação ultravioleta e visível, respectivamente. Além disso, o processo de ativação/carbonização utilizado na preparação de carvão ativado a partir de biomassa de microalgas promoveu mudanças nas propriedades estruturais, texturais e catalíticas das amostras preparadas.
       
  • XRD investigation of cement pastes incorporating concrete floor polishing
           waste

    • Abstract: Abstract The X-ray diffraction (XRD) technique has been widely used in order to investigate anhydrous and hydrated cement phases. In this study, XRD was used in order to analyze the concrete floor polishing waste (CFPW) and cementitious paste containing CFPW. The diffractograms obtained were compared with literature data in order to identify the phases of analyzed materials. Rietveld refinement of XRD pattern of paste containing 12% of CFPW addition was also carried out, in order to analyze calcite and aragonite structures, as these phases are calcium carbonate polymorphs that contribute to matrix filling. XRD pattern of CFPW showed a high concentration of carbonate phases, indicating that the concrete waste was carbonated. The CFPW addition in the cementitious matrix changed the hydrate cement products, as it induced the formation of carboaluminate phases, such as hemicarbonate. Calcite, which is a stable phase, contributed better to the filler effect, as its particles have higher volume than aragonite.Resumo A técnica de difração de raios X (DRX) tem sido amplamente empregada para análise das fases anidras e hidratadas do cimento Portland. Neste estudo, a técnica de DRX foi empregada para análise do resíduo de polimento de pisos de concreto (RPPC) e de pasta cimentícia com adição de RPPC. Os padrões de DRX obtidos foram comparados com dados da literatura para identificação das fases dos materiais analisados. O refinamento Rietveld do padrão de DRX da pasta com adição de 12% de RPPC foi realizado com o objetivo de analisar as estruturas das fases calcita e aragonita, as quais são polimorfos do carbonato de cálcio que contribuem para o empacotamento de matrizes cimentícias. O padrão de difração do RPPC indicou elevada concentração de carbonatos, indicando a carbonatação do resíduo. A adição de RPPC em matriz cimentícia modificou os produtos de hidratação do cimento, uma vez que o resíduo induziu a formação de carboaluminatos, como o hemicarbonato. A calcita, que é uma fase estável, contribuiu melhor para o efeito de preenchimento, pois suas partículas têm maior volume que a aragonita.
       
  • Thermo-catalytic degradation of PE and UHMWPE over zeolites with different
           pore systems and textural properties

    • Abstract: Abstract The thermo-catalytic degradation of polyethylene (PE) and ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) was studied in the presence of zeolites (ZSM-5, ZSM-22, and ferrierite) with different pore systems and textural properties. The zeolites were physically mixed with polymers in the proportion of 30 wt% and submitted to thermogravimetric analysis at heating rates of 5, 10, 20, and 30 °C.min-1. The activation energy of the degradation process was determined using the Flynn-Wall-Ozawa method. The addition of zeolites to polymers has considerably reduced the temperature of degradation. ZSM-22 demonstrated greater efficiency in the degradation of PE because it has a smaller crystallite size, promoting a shorter diffusional path for the polymer fragments coming from the surface. Ferrierite showed a lower energy level in the degradation of UHMWPE, showing the need for synergy between the accessibility of the structure and acidity of the catalyst to promote the cracking of this polymer.Resumo A degradação termocatalítica do polietileno (PE) e do polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE) foi estudada na presença de zeólitas (ZSM-5, ZSM-22 e ferrierita) com diferentes sistemas de poros e propriedades texturais. As zeólitas foram misturadas fisicamente aos polímeros na proporção de 30% em massa e submetidas à análise termogravimétrica nas taxas de aquecimento de 5, 10, 20 e 30 °C.min-1. A energia de ativação do processo de degradação foi determinada pelo método de Flynn-Wall-Ozawa. A adição das zeólitas aos polímeros reduziu consideravelmente a temperatura de degradação. A ZSM-22 demonstrou maior eficiência na degradação do PE por apresentar menor tamanho de cristalito, promovendo um caminho difusional mais curto para os fragmentos de polímero provenientes da superfície. A ferrierita apresentou menor nível de energia na degradação do UHMWPE, mostrando a necessidade da sinergia entre a acessibilidade da estrutura e a acidez do catalisador para promover a quebra desse polímero.
       
  • Elaboration and properties of low-cost ceramic microfiltration membrane
           from local Tunisian clay for wastewater treatment

    • Abstract: Abstract This study focused on the development and preparation of a microfiltration membrane, based on a low-cost natural Tunisian clay powder, deposited on macro-porous ceramic support. The deposit was made through a dip-coating technique, followed by a drying process and sintering at 700 °C. Results revealed that the obtained membrane was characterized by a good adhesion between the membrane layer and the ceramic support, an average pore diameter of 0.34 mm, and a porosity of 39%. This membrane was applied in the treatment of wastewater generated by the wastewater treatment plant of Sfax, Tunisia. The performances in terms of permeate flux and efficiency were determined in order to reduce the pollutant content expressed in terms of turbidity, biochemical oxygen demand (BOD5), and suspended matter (MES). Results showed an MES retention value of about 15%, and turbidity and BOD5 retention rate of 99% and ~100%, respectively.Resumo Este estudo concentrou-se no desenvolvimento e na preparação de membrana de microfiltração, com base em pó de argila natural da Tunísia de baixo custo, depositado em suporte cerâmico macroporoso. O depósito foi aplicado pela técnica de dip-coating, seguida de processo de secagem e sinterização a 700 °C. Os resultados revelaram que a membrana obtida foi caracterizada por boa adesão entre a camada da membrana e o suporte cerâmico, diâmetro médio de poros de 0,34 μm e porosidade de 39%. Esta membrana foi aplicada no tratamento de efluente gerado pela estação de tratamento de esgoto de Sfax, Tunísia. Os desempenhos em termos de fluxo e eficiência do permeado foram determinados para reduzir o teor de poluentes expresso em termos de turbidez, demanda bioquímica de oxigênio (DBO5) e matéria em suspensão (MES). Os resultados mostraram um valor de retenção de MES de cerca de 15% e turbidez e taxa de retenção de DBO de 99% e ~100%, respectivamente.
       
  • Corrosion resistance of fly ash-based geopolymer in hydrochloric and
           sulfuric acid solutions

    • Abstract: Abstract Currently, there is a growing interest in the use of industrial waste as a raw material in obtaining and developing new products in order to meet technological and environmental demands. Fly ash, for example, when in contact with an alkaline medium, forms inorganic polymers or geopolymers, which have properties comparable to ordinary Portland cement (OPC), but are capable of reducing up to 95% of CO2 emission into the atmosphere. In this study, the corrosion resistance of a geopolymer produced by the alkaline activation of fly ash type F was evaluated in 3%, 6%, and 9% hydrochloric and sulfuric acid solutions for up to 28 days. The materials showed an average loss in terms of compressive strength of approximately 29,8% and 39,5% after 28 days of immersion in HCl and H2SO4, respectively. The immersion in HCl showed divergent results due to the formation of NaCl crystals around the microstructure of the material.Resumo Atualmente existe um interesse crescente no uso de resíduo industrial como matéria-prima na obtenção e desenvolvimento de novos produtos, a fim de atender as demandas tecnológicas e ambientais. As cinzas volantes, por exemplo, quando em contato com um meio alcalino formam polímeros inorgânicos ou geopolímeros, que possuem propriedades comparáveis com às do cimento Portland comum, mas são capazes de reduzir até 95% de emissão de CO2 na atmosfera. Neste trabalho, a resistência à corrosão de um geopolímero produzidos pela ativação alcalina de cinza volante tipo F foi avaliada em soluções de 3%, 6% e 9% de ácidos clorídrico e sulfúrico por até 28 dias. Os materiais apresentaram perda média total em termos de resistência à compressão de aproximadamente 29,8% e 39,5% após 28 dias de imersão em HCl e H2SO4, respectivamente. A imersão em HCl apresentou resultados divergentes devido à formação de cristais de NaCl em torno da microestrutura do material.
       
  • Synthesis and characterization of sodalite-type zeolite obtained from
           kaolin waste

    • Abstract: Resumo Produtos zeolíticos foram sintetizados a partir de um resíduo industrial do processo de beneficiamento de caulim. O material de partida foi submetido a tratamento térmico a 700 °C durante 2 h. As sínteses foram realizadas com a reação do resíduo com NaOH e uma fonte adicional de sílica, em condições hidrotermais, para relações molares de SiO2/Al2O3 de 2 a 4, tempos de cristalização de 24 a 72 h e temperaturas de 90 a 120 °C. A matéria-prima inicial foi caracterizada por FRX, DRX, MEV e TG/DSC, e os produtos sintetizados por meio de DRX, MEV, TG/DSC, FTIR, área específica BET e distribuição de diâmetro de poros. O ensaio realizado a 90 °C, com 48 h de cristalização e relação SiO2/Al2O3 igual a 3 revelou melhor resultado com a formação de sodalita como única fase cristalina. A partir das técnicas de caracterização, foi possível confirmar a formação da sodalita, observando-se os principais aspectos referentes a essa zeólita.Abstract Zeolite products were synthesized from industrial waste from kaolin processing. The starting material was submitted to thermal treatment at 700 °C for 2 h. Synthesis processes were carried out by reacting kaolin waste with NaOH and an additional source of silica, in hydrothermal conditions, for SiO2/Al2O3 molar ratios from 2 to 4, for 24 to 72 h of crystallization at 90 to 120 °C. The starting material was characterized by XRF, XRD, SEM, and TG/DSC, and the synthesized products were characterized by XRD, SEM, XRF, TG/DSC, FTIR, BET surface area, and pore diameter distribution. The product obtained at 90 °C for 48 h using the SiO2/Al2O3 ratio of 3 showed the best result, forming sodalite as the only crystalline phase. From the characterization techniques, it was possible to confirm the formation of sodalite, observing the main aspects related to this zeolite.
       
  • Utilization of discarded foundry sand (DFS) and inorganic waste from
           cellulose and paper industry for the manufacture of glass-ceramic
           materials

    • Abstract: Abstract Recycling has been pointed out as an alternative to the disposal of waste materials in industrial landfills. In the present study, the transformation of residues (discarded foundry sand - DFS, grits, and lime mud) in glass-ceramic materials is shown. The glasses were obtained by the melting/cooling method. The precursor materials, glasses, and glass-ceramics were characterized by X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF), and differential scanning calorimetry/thermal gravimetric analysis (DSC/TGA). The glassy materials were milled, pelleted, and thermally treated at the crystallization temperatures given by DSC data to obtain the glass-ceramics (885, 961, and 1090 ºC). The main formed phases were cristobalite, α-wollastonite (parawollastonite), and β-wollastonite (pseudowollastonite). The glass-ceramics showed very low water absorption and apparent porosity (0.26 to 0.88 wt% and 0.66 to 1.77 vol%, respectively). The results confirmed that the studied residues can be used as raw materials for the manufacture of vitreous and glass-ceramic materials.Resumo A reciclagem tem sido apontada como alternativa ao descarte de resíduos em aterros industriais. No presente trabalho é mostrada a transformação de resíduos (areia descartada de fundição - ADF, grits e lama de cal) em materiais vitrocerâmicos. Os vidros foram obtidos pelo método de fusão/resfriamento. Os materiais precursores, compostos vítreos e vitrocerâmicos foram caracterizados pelas técnicas de difração de raios X (DRX), fluorescência de raios X (FRX) e calorimetria exploratória diferencial/análise termogravimétrica (CED/ATG). Os materiais vítreos foram moídos, pastilhados e tratados termicamente nas temperaturas de cristalização obtidas por CED para preparar os materiais vitrocerâmicos (885, 961 e 1090 ºC). As fases obtidas foram cristobalita, α-wolastonita (parawolastonita) e β-wolastonita (pseudowolastonita). As vitrocerâmicas apresentaram baixa absorção de água e porosidade aparente (0,26 até 0,88 wt% e 0,66 até 1,77 vol%, respectivamente). Os resultados confirmaram que os resíduos estudados podem ser utilizados como matéria-prima na fabricação de materiais vítreos e vitrocerâmicos.
       
  • Tricalcium phosphate sheets with chitosan obtained via aqueous tape
           casting

    • Abstract: Abstract Tricalcium phosphate (TCP) is a biomaterial produced in several biomedical applications, in addition to having biocompatibility and osteoconductive capacity. Biodegradable polymers of natural or synthetic origin such as chitosan and polyvinyl alcohol (PVA) have been used for tissue engineering applications because they have the properties of the native organic phase of bone tissue. Thus, the objective of this study was to obtain ceramic tapes based on TCP, chitosan, and PVA through the tape casting method. The viscosity data for all suspensions were ideal for the chosen processing. The thermogravimetric curves showed similar profiles, and it was possible to observe that a greater total mass loss occurred with the increase in the chitosan content. XRD reflections related to the β-TCP phase of the orthorhombic structure were found, showing no phase transformation. SEM analysis showed degrees of roughness on the film surfaces with little influence from the increase in chitosan content.Resumo O fosfato tricálcico (TCP) é um biomaterial que está sendo produzido em diversas aplicações biomédicas, além de sua biocompatibilidade e capacidade osteocondutora. Polímeros biodegradáveis de origem natural ou sintética, como quitosana e poli(álcool vinílico) (PVA), vêm sendo utilizados para aplicações de engenharia de tecidos por apresentarem as propriedades da fase orgânica nativa do tecido ósseo. Desse modo, o objetivo deste trabalho foi a obtenção de filmes finos cerâmicos baseados em TCP, quitosana e PVA através do método de tape casting. Dados de viscosidade para todas as suspensões mostraram-se ideais para o processamento escolhido. As curvas termogravimétricas demonstraram perfis semelhantes e foi possível observar que com o aumento do teor de quitosana ocorreu maior perda de massa total. Reflexões de DRX relacionadas à fase β-TCP de estrutura ortorrômbica foram encontradas, evidenciando que não houve transformação de fases. A análise de MEV revelou graus de rugosidade nas superfícies dos filmes com pouca influência do aumento do conteúdo de quitosana.
       
  • Synthesis and characterization of SrO-containing bioglass-ceramic from
           rice husk silicon dioxide

    • Abstract: Abstract Rice husk is an abundant waste at the Rio Grande do Sul, Brazil, and it can be used to produce pure silicon dioxide, which is the main component of bioglass-ceramics. The addition of compounds, such as SrO, can improve the biocompatibility of these biomaterials. Therefore, the goal of this paper was to use rice husk silicon dioxide as a cheap precursor to obtaining bioglass-ceramics of the system 50%SiO2-25%Na2O-(25-x)%CaO-x%SrO (mol%) by sol-gel and investigate its potential use as a biomaterial. Two samples (BGC blank and BGC-5%Sr) were synthesized and characterized by X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and elemental carbon analysis by the combustion method. Scanning electron microscopy (SEM) was used to investigate the morphology of the bioglass-ceramics, while MTT assay of cell viability was used for in vitro characterization. The obtained silicon dioxide was amorphous and presented a small carbon content. Also, the bioglass-ceramics showed main phases with Si, Ca, Na, and Sr on their structure. Both samples were not cytotoxic against peripheral blood mononuclear cells (PBMC), and the incorporation of 5% SrO improved biocompatibility.Resumo A casca de arroz é um resíduo abundante no Rio Grande do Sul, Brasil, e pode ser utilizada para produção de sílica pura. As biovitrocerâmicas têm a sílica como principal componente. A biocompatibilidade desses materiais pode ser incrementada adicionando componentes, como SrO. Este trabalho objetivou o uso da sílica proveniente da casca de arroz como um precursor de baixo custo para se obter biovitrocerâmica do sistema 50%SiO2-25%Na2O-(25-x)%CaO-x%SrO (% em mol) via sol-gel e investigar seu potencial como biomaterial. Duas amostras (BGC branco e BGC-5%Sr) foram obtidas e caracterizadas por difração de raios X (DRX), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e determinação de carbono elementar por método da combustão. A microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi usada para investigar a morfologia das biovitrocerâmicas, enquanto o teste MTT de viabilidade celular foi usado para caracterização in vitro. A sílica obtida apresentou estrutura amorfa e pequena quantidade de carbono. As biovitrocerânicas apresentaram principalmente fases com Si, Ca, Na e Sr na sua estrutura. Ambas as amostras não apresentaram citotoxicidade frente às células mononucleares do sangue periférico (PBMC) e a incorporação de 5% de SrO aumentou a biocompatibilidade.
       
  • Characterization of phlogopite for processing porous ceramic filters using
           the replica method

    • Abstract: Resumo Descreve-se a caracterização da matéria-prima flogopita [KMg3(AlSi3O10)(OH)2] e o processo de fabricação de filtros cerâmicos porosos (FCPs) a partir desta, via método da réplica (esponja polimérica) de forma simples e eficaz. A flogopita foi caracterizada por difratometria de raios X (DRX), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier por reflexão total atenuada, espectroscopia no UV-vis, termogravimetria, análise térmica diferencial e dilatometria, e os FCPs por microscopia eletrônica de varredura acoplada por espectroscopia por energia dispersiva e pelo método de imersão para determinação da porosidade aparente (PA), absorção de água (AA) e densidade aparente (DA). DRX indicou, além da fase flogopita, as fases caulinita, biotita e goetita para a amostra sem tratamento térmico. A energia de band gap de 3,10 eV foi determinada por UV-vis. A partir das análises térmicas, encontrou-se a temperatura de queima do material entre 1000 e 1200 °C. Determinaram-se PA na faixa de 92% a 95%, AA de 84% a 89% e DA de 0,12 a 0,25 g.cm-3. Os FCPs apresentaram altos teores dos elementos oxigênio, alumínio, silício, ferro e magnésio, além de estruturas celulares interconectadas com perfis circulares e distribuição de tamanho dos poros na faixa de 0,25 a 0,40 mm.Abstract The characterization of the raw material phlogopite [KMg3(AlSi3O10)(OH)2] and the process of manufacturing porous ceramic filters (PCFs) from it, using the polymeric sponge method in a simple and effective way, are described. Phlogopite was characterized by X-ray diffraction (XRD), attenuated total reflection Fourier-transform infrared spectroscopy, UV-vis spectroscopy, thermogravimetry, differential thermal analysis, and dilatometry, and PCFs by scanning electron microscopy coupled by energy dispersive spectroscopy and the immersion method to determine apparent porosity (PA), water absorption (AA), and bulk density (DA). XRD indicated, in addition to the phlogopite phase, the kaolinite, biotite, and goethite phases for the sample without heat-treatment. The band gap energy of 3.10 eV was determined by UV-vis. From the thermal analysis, the firing temperature between 1000 and 1200 °C was found. PA in the range of 92% to 95%, AA from 84% to 89%, and DA from 0.12 to 0.25 g.cm-3 were determined. The PCFs presented high contents of oxygen, aluminum, silicon, iron, and magnesium, besides regular cellular structures with interconnectivity, and pore size distribution in the range of 250 to 400 µm.
       
  • Nanostructured titanium dioxide for use in bone implants: a short review

    • Abstract: Abstract Titanium dioxide (TiO2) based nanostructured materials have shown great potential for use in implants thanks to their excellent physicochemical properties, such as high specific surface area, ability to elicit positive cell response, and stability in body fluids. However, there are few studies in the literature that focus on the use of nanostructured TiO2 to support cell growth and bone regeneration. The purpose of this survey is to review the state of the art of TiO2 for use in bone implants, as well as provide insight into its characteristics and synthesis methods. Studies of the biological properties of nanostructured TiO2 are described, establishing its potential for the biomedical field.Resumo Os materiais nanoestruturados à base de dióxido de titânio (TiO2) têm demonstrado grande potencial para uso em implantes graças às suas excelentes propriedades físico-químicas, como alta área superficial específica, capacidade de provocar resposta celular positiva e estabilidade nos fluidos corporais. No entanto, existem poucos estudos na literatura que se concentram no uso de TiO2 nanoestruturado para fins de suporte ao crescimento celular e regeneração óssea. O objetivo desta pesquisa é revisar o estado da arte do TiO2 para uso em implantes ósseos, além de fornecer informações sobre suas características e métodos de síntese. São descritos estudos das propriedades biológicas do TiO2 nanoestruturado, estabelecendo seu potencial para o campo biomédico.
       
  • Visible-light photocatalytic activity and recyclability of N-doped TiO2
           films grown by MOCVD

    • Abstract: Abstract Nitrogen-doped TiO2 films were grown on borosilicate glass substrates at 400 °C by the metallorganic chemical vapor deposition (MOCVD) for removing dye from water under visible light. The effect of N-doping on the structural, surface, and photocatalytic properties of films was evaluated. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analyses revealed that 1.56 and 2.44 at% of nitrogen were incorporated into the films by varying the NH3 flux during the growth. Methyl orange dye degradation experiments showed that the N-doped films presented photoactivity under visible light. The film containing 2.44 at% of nitrogen exhibited the best photocatalytic behavior, with 55% of efficiency. Recyclability tests under visible light showed that the film efficiency dropped gradually after each test. N-TiO2 films grown by MOCVD have the potential to be used in environmental applications by removing pollutants using a green method under sunlight or even under internal illumination, although its reuse is limited.Resumo O crescimento de filmes de TiO2 dopados com nitrogênio sobre vidro borossilicato foi efetuado a 400 °C por deposição química de organometálicos em fase vapor (MOCVD) visando a remoção de corantes da água sob luz visível. O efeito da dopagem nas propriedades estruturais, morfológicas e fotocatalíticas dos filmes foi avaliado. Análises por espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS) revelaram teores de 1,56 e 2,44 at% de nitrogênio nos filmes, ao variar o fluxo de NH3 durante o crescimento. Experimentos de degradação do corante alaranjado de metila mostraram que os filmes dopados apresentaram fotoatividade em luz visível. O filme contendo 2,44 at% de nitrogênio apresentou o melhor desempenho fotocatalítico, com 55% de eficiência. Os testes de reutilização demonstraram que a eficiência dos filmes diminuiu gradativamente após cada ensaio. Os filmes de N-TiO2 têm potencial para serem utilizados em aplicações ambientais, removendo poluentes a partir de uma tecnologia verde sob luz solar ou iluminação interna, embora sua reutilização seja limitada.
       
  • Molybdenum carbide doped with nanostructured nickel for application in
           degradation of reactive dyes

    • Abstract: Abstract Carbide-type ceramic materials such as nickel-doped molybdenum carbide have promising photocatalytic degradation activity. The addition of nickel to the molybdenum carbide aims to increase its reaction yield and also its characteristics. The objective of this paper was to study the photocatalytic activity of Mo2C and 5% and 10% nickel-doped Mo2C materials used for the degradation of the Maxilon Blue GRL 300 textile dye. The structural properties were characterized by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. For the determination of band gap energy, diffuse reflectance spectroscopy was used. The samples of the photocatalysis tests were analyzed by UV-visible spectroscopy. The best reaction yield was observed for the 5% nickel-doped molybdenum carbide sample in photocatalytic tests, reaching a yield of around 92% in the final concentration of the dye solution.Resumo Materiais cerâmicos do tipo carbeto, como carbeto de molibdênio dopado com níquel, têm promissora atividade de degradação fotocatalítica. A adição de níquel ao carbeto de molibdênio visa aumentar seu rendimento de reação e também suas características. Este trabalho teve por objetivo estudar a atividade fotocatalítica dos materiais Mo2C e Mo2C dopado com 5% e 10% de níquel para a degradação do corante têxtil Maxilon Blue GRL 300. As propriedades estruturais foram caracterizadas por difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura. Para a determinação da energia de band gap, foi utilizada espectroscopia de refletância difusa. As amostras dos testes de fotocatálise foram analisadas por espectroscopia UV-visível. O melhor rendimento de reação foi observado para a amostra de carboneto de molibdênio dopado com 5% de níquel em testes fotocatalíticos, atingindo um rendimento em torno de 92% na concentração final da solução de corante.
       
  • CaFe2O4 ferrite nanofibers via solution blow
           spinning (SBS)

    • Abstract: Abstract CaFe2O4 nanofibers were successfully synthesized via solution blow spinning (SBS), and the influences of heat-treatment on morphological, microstructural, magnetic, and optical properties of the nanofibers were evaluated. In the synthesis process, stoichiometric amounts of iron and calcium nitrates were dissolved in an aqueous solution containing polyvinylpyrrolidone (PVP) and, after that, hybrid nanofibers (PVP/precursors) were produced by SBS. The hybrid nanofibers were calcined and then subjected to microstructural, morphological, and magnetic characterizations. The results evidenced that the fibers presented the crystalline nature of the single-phase CaFe2O4, with a crystallite size of 32.7 and 34.4 nm for the samples calcined at 800 and 1000 °C, respectively. The CaFe2O4 fibers calcined at 600 and 800 °C presented a homogeneous morphology, without beads, and mean diameters of 521 and 427 nm, respectively. The results also revealed nanofibers with low band gaps of approximately 1.98 eV and characteristics of soft magnetic materials.Resumo Nanofibras de CaFe2O4 foram sintetizadas com sucesso via solution blow spinning (SBS) e as influências do tratamento térmico nas propriedades morfológicas, microestruturais, magnéticas e óticas das nanofibras foram avaliadas. No processo de síntese, quantidades estequiométricas de nitratos de ferro e cálcio foram dissolvidos em solução aquosa contendo polivinilpirrolidona (PVP) e, em seguida, nanofibras híbridas (PVP/precursores) foram produzidas por SBS. As nanofibras híbridas foram calcinadas e depois submetidas às caracterizações microestrutural, morfológica e magnética. Os resultados evidenciaram que as nanofibras apresentaram natureza cristalina de fase única CaFe2O4, com tamanho de cristalito de 31,7 e 34,4 nm para as amostras calcinadas a 800 e 1000 °C, respectivamente. As fibras de CaFe2O4 calcinadas a 600 e 800 °C apresentaram morfologia homogênea, sem beads e com diâmetros médios de 521 e 427 nm, respectivamente. Os resultados também revelaram nanofibras com baixos gaps de energia de aproximadamente 1,98 eV e características de materiais magnéticos macios.
       
  • Development of nickel and silver ceramic filters supported on K10
           montmorillonite clay for water disinfection

    • Abstract: Abstract This study aimed to obtain ceramic filters with bactericidal action for water disinfection. For this, aqueous suspensions of montmorillonite K10 clay were prepared at concentrations of 48%, 50%, and 52%. Later, these were impregnated into polymeric sponges in order to form the ceramic skeletons by using the replica technique. The ceramic filters were submerged in nickel resins doped with 0.25 and 0.50 mol% silver. These resins were obtained by the Pechini method and heat-treated at 600 and 700 ºC for 2 h. Moreover, techniques such as X-ray diffraction, particle size analysis, scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy, compressive strength, water absorption, and apparent porosity were used to characterize the filters, and their performance was analyzed by a bactericidal test. The bactericidal test results showed that the filters impregnated with the resin containing 0.50 mol% of silver promoted the total elimination of the Staphylococcus aureus and Escherichia coli bacteria.Resumo Este trabalho visou a obtenção de filtros cerâmicos com ação bactericida para desinfecção de água. Para isto, suspensões aquosas de argila montmorilonita K10 foram preparadas nas concentrações de 48%, 50% e 52% e impregnadas em esponjas poliméricas para formação dos esqueletos cerâmicos por meio do método de réplica. Os filtros cerâmicos foram submersos nas resinas de níquel dopadas com 0,25 e 0,50 %mol de prata obtidas pelo método Pechini, e tratadas termicamente a 600 e 700 ºC por 2 h. Os filtros foram caracterizados por difração de raios X, análise de tamanho de partícula, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia por energia dispersiva, resistência à compressão, absorção de água, porosidade aparente e teste bactericida. Os resultados do teste bactericida mostraram que os filtros impregnados com a resina contendo 0,50 %mol de prata promoveu a eliminação total das bactérias Staphylococcus aureus e Escherichia coli.
       
  • Mineralogical characterization of clay mineral assemblages from Rio de
           Janeiro pegmatites to identify kaolinite and/or halloysite deposits

    • Abstract: Abstract This study reports the mineralogical characterization of kaolin occurrences in the State of Rio de Janeiro, Brazil, to identify new kaolinite and halloysite deposits. Samples were collected in 10 pegmatites with varying sizes for X-ray diffractometry, chemical analysis by X-ray fluorescence, and scanning electron microscopy studies. The results indicated that the kaolin occurrences were of weathered origin, wherein some places there were occurrences of tubular halloysite. Concerning the regolith stratigraphy, samples located in the saprock zone were found to contain kaolinite and/or halloysite contents from 0 to 10.1%, while those located in the saprolite zone contained kaolinite and/or halloysite contents from 16.3% to 34.9%. Kaolinite and/or halloysite-7Å were formed from plagioclase weathering instead of K-feldspar or mica, and the halloysite-7Å occurrence was related to samples in regions with a higher degree of weathering.Resumo Este estudo reporta a caracterização mineralógica de ocorrências de caulim no estado do Rio de Janeiro, Brasil, com enfoque na identificação de depósitos de caulinita e/ou halloysita. Amostras foram coletadas em 10 pegmatitos de dimensões variadas para estudos de difratometria de raios X, análise química por fluorescência de raios X e microscopia eletrônica de varredura. As ocorrências de caulim nos corpos pegmatíticos foram de origem intempérica, onde em alguns locais houve ocorrência de halloysita tubular. Dentro da estratigrafia do regolito, as amostras localizadas na zona de saprock apresentaram teores de caulinita e/ou halloysita entre 0 e 10,1%, enquanto aquelas localizadas no saprólito apresentaram maiores teores de caulinita entre 16,3% e 34,9%. A caulinita e/ou halloysita foram formadas a partir da alteração de plagioclásio e não de K-feldspato ou mica, estando a ocorrência de halloysita associada a locais de grau de intemperismo mais elevado.
       
  • Numerical analysis of the thermal profile inside the wall of a rotary
           cement kiln

    • Abstract: Abstract The present study aimed to evaluate the temperature profile along the inside of the wall of a clinker kiln from a cement industry. The problem was modeled by the equation of transient heat conduction in cylindrical coordinates, considering radial symmetry. Being the wall composed of different materials, even adopting constant physical properties, there is no analytical solution to the problem. The method of the lines was used, being the radial and axial directions discretized by finite differences and the resulting system of ordinary differential equations integrated in time until obtaining the temperature field in steady state. The obtained field was compatible with heat transfer fundamentals and presented a good fit in relation to industrial data. The main limitations of the modeling performed in this study include the fact that the gases and solids contained in the kiln have not been modeled, and the variation in thicknesses of the layers of the kiln wall has not been considered. The program developed in this study can be used to evaluate the performance of different refractories or to infer the refractory wear level from experimental kiln surface temperature profiles.Resumo O presente trabalho buscou avaliar o perfil de temperatura ao longo do interior da parede de um forno de clínquer de uma indústria de cimento. O problema foi modelado pela equação da condução transiente de calor em coordenadas cilíndricas, considerando-se simetria radial. Sendo a parede composta de diferentes materiais, mesmo adotando-se propriedades físicas constantes, não há solução analítica para o problema. Empregou-se o método das linhas, sendo as direções radial e axial discretizadas por diferenças finitas e o sistema de equações diferenciais ordinárias resultante integrado no tempo até a obtenção do campo de temperaturas em regime permanente. O campo obtido foi compatível com fundamentos de transferência de calor e apresentou bom ajuste em relação a dados industriais. As principais limitações da modelagem realizada incluem o fato de os gases e sólidos contidos no forno não terem sido modelados e a variação nas espessuras das camadas da parede do forno não ter sido considerada. O programa desenvolvido pode ser empregado na avaliação do desempenho de diferentes refratários ou na inferência do nível de desgaste dos refratários a partir de perfis experimentais de temperatura na superfície do forno.
       
  • Influence of dusty material content (

    • Abstract: Resumo Agregados reciclados possuem grande quantidade de material pulverulento em sua constituição, que em excesso causa prejuízos às propriedades de argamassas. Neste trabalho é proposto o estudo da influência do material pulverulento de agregado miúdo provindo de resíduos de construção e demolição (RCD) nas propriedades do próprio material e em argamassas. Para tanto, foi realizada a caracterização do agregado e foram adicionados teores de 0, 12%, 20% e 30% de material pulverulento de RCD às argamassas. Realizaram-se os ensaios de consistência, resistência à compressão, densidade de massa, absorção (capilaridade e imersão) e variação dimensional. Os resultados demonstraram que o material pulverulento de RCD não interferiu significativamente nas propriedades de consistência, absorção por imersão e índice de vazios para adições de até 12%. No entanto, a partir da fração limite da norma NBR 15116 de 20%, quanto maior foi o teor de material pulverulento utilizado, maior foi o prejuízo às propriedades das argamassas. Para o teor de 30% de material pulverulento, observou-se queda de 40% da resistência à compressão e aumento de 28% da absorção por imersão em relação ao teor de adição de 20%.Abstract Recycled aggregates have a large amount of dusty material in their constitution, which in excess causes damages to the mortar properties. Here, the study of the influence of the dusty material contained in the fine recycled aggregate, from construction and demolition waste (CDW), on the properties of aggregate and mortars, is proposed. For that, the aggregate was characterized, and the contents of 0, 12%, 20%, and 30% of dusty material of CDW were added to the mortars. Tests were done for the determination of consistency, compressive strength, mass density, absorption (capillarity and immersion), and dimensional variation. The results showed that the CDW dusty material did not interfere significantly in the properties of consistency, immersion absorption, and void index for additions of up to 12%. However, from the limit value of 20% of the NBR 15116 standard, the higher the content of dusty material used, the greater was the damage of the mortar properties. It was observed for the content of 30% of dusty material, a 40% drop in the compressive strength, and an increase of 28% in the immersion absorption in relation to the dusty content of 20%.
       
  • Use of calcined clay as cementitious addition in mortars to immobilize
           heavy metals

    • Abstract: Abstract The aim of this study was to examine the use of calcined clay (CC), which is a pozzolanic material, as a substitute for 10% by weight of the amount of cement, for the stabilization/solidification (S/S) of hazardous waste using a hydraulic binder. For comparison, an ordinary Portland cement was used. The standard toxicity characteristic leaching procedure (TCLP) test showed that the average concentrations of heavy metals in the raw hazardous waste far exceeded those of the required standards. Leaching of heavy metals from the mortar was evaluated by the monolithic leaching test (MLT) under dynamic leaching conditions for 64 days in sulfated and neutral media. Tests of compressive strength, setting times, and X-ray diffraction were carried out. The addition of CC considerably improved the strength of the mortar specimens containing hazardous waste. Following the MLT test, CC cement-made mortar was more efficient in the S/S of heavy metals than mortar made without CC.Resumo O objetivo deste estudo foi examinar a utilização de argila calcinada (CC), que é um material pozolânico, em substituição a 10% em massa da quantidade de cimento, para a estabilização/solidificação (S/S) de resíduos perigosos usando um ligante hidráulico. Para comparação, foi usado um cimento Portland comum. O teste padrão de procedimento de lixiviação de característica de toxicidade (TCLP) mostrou que as concentrações médias de metais pesados no resíduo perigoso excederam em muito as dos padrões exigidos. A lixiviação dos metais pesados da argamassa foi avaliada pelo teste de lixiviação de monolito (MLT) sob condições de lixiviação dinâmica por 64 dias em meio sulfatado e neutro. Testes de resistência à compressão, tempos de pega e difração de raios X foram realizados. A adição de CC melhorou consideravelmente a resistência das amostras de argamassa contendo resíduo perigoso. De acordo com o ensaio MLT, a argamassa com CC cimentícia foi mais eficiente no S/S de metais pesados do que a argamassa feita sem CC.
       
 
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