Estudo da homogeneidade e discriminação de madeiras através de espectroscopia de imagens, imagens digitais e ferramentas quimiométricas

Tese (doutorado)–Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2016.A aplicação de métodos espectroscópicos tem demonstrado um grande potencial para caracterização, quantificação e classificação. Contudo, ainda são necessários trabalhos que investiguem a utilização destas técnicas aliadas à quimiometria e à análise de imagens para a obtenção de informações sobre a estrutura química com resolução espacial. Neste sentido, na primeira aplicação desta tese a imagem hiperespectral e a espectroscopia Raman foram utilizadas para o estudo da homogeneidade dos constituintes presentes nas espécies Eucalyptus grandis, Eucalyptus urophylla, um híbrido de Eucalyptus urophylla x Eucalyptus camaldulensis e Swietenia macrophylla King, sendo construídos mapas de concentração com a utilização da ferramenta quimiométrica Resolução Multivariada de Curvas com Mínimos Quadrados Alternantes (MCR-ALS), destacando a homogeneidade e a distribuição da holocelulose e da lignina total nas diferentes estruturas anatômicas presentes no plano transversal. Como resultado, os mapas de concentração foram coerentes com as interpretações esperadas para as estruturas anatômicas observadas nas imagens. Contudo, não foi possível a avaliação dos extrativos devido à sua fluorescência. Na segunda aplicação, a distribuição de holocelulose, lignina total e extrativos foi estudada nestas espécies com a utilização da imagem hiperespectral e espectroscopia no infravermelho próximo e MCR-ALS nos planos tangencial, transversal e radial, e um estudo mais detalhado da distribuição dos constituintes com a construção de mapas de concentração demonstrou a distribuição espacial destes compostos em diferentes estruturas anatômicas a nível microscópico. Os resultados foram mais precisos e concordantes com o esperado, quando comparados aos resultados obtidos com a espectroscopia Raman, além de ser possível estimar a concentração de extrativos. Na terceira aplicação, foram desenvolvidos modelos de discriminação das espécies de madeira Erisma uncinatum Warm., Cedrela odorata L., Micropholis melinoniana, Eucalyptus grandis Hill ex Maiden e Swietenia macrophylla King, utilizando um equipamento de baixo custo para a medida da fluorescência em imagens digitais para a obtenção de histogramas de frequência RGB gerados a partir das fotos dos corpos de prova de cada espécie no plano transversal. Foram construídos modelos com a análise discriminante por mínimos quadrados parciais (PLS1-DA) e foi possível discriminar corretamente 88,3 %, 85,6 %, 83,7 % e 95,9 % dos histogramas registrados para as espécies Cedrela odorata L., Micropholis melinoniana, Eucalyptus grandis Hill ex Maiden e Swietenia macrophylla King, respectivamente, e 100 % para Erisma uncinatum Warm.The application of spectroscopic methods to analyze wood has demonstrated promising potential in regards to its characterization, quantification, and classification. However, there is still remains a necessity to investigate the implementation of these techniques with chemometrics and analysis of the images to obtain necessary information with pertaining to chemical structure and spatial arrangement. In this sense, the first application in this thesis was the use of a hyperspectral image along with Raman spectroscopy utilized to study the homogeneity of the present constituents in the species Eucalyptus grandis, Eucalyptus urophylla, a hybrid cross between Eucalyptus urophylla and Eucalyptus camaldulensis and Swietenia macrophylla King. Moreover, they have constructed concentration maps via the employment of chemometrics, specifically, with use Multivariate Curve Resolution–Alternating Least Squares (MCR-ALS) with an emphasis for the uniformity and distribution of holocellulose and total lignin was present at different anatomical structures in the transverse plane. As a result, the concentration maps were consistent with the expected interpretations of the anatomical structures observed in the images. Nonetheless, it was not possible to accurately evaluate the extractives due to the presence of its fluorescence. In the second application, the distribution of holocellulose, total lignin, and extractives were studied within these species via the application of hyperspectral imaging by near infrared spectroscopy and MCR -ALS on the tangential, transversal and radial planes, and a more detailed study regarding the distribution of the constituents with building of concentration maps, which demonstrated the spatial distribution of these compounds in different anatomical structures and microscopic levels. The results were more precise and consistent with the expected results, when compared with Raman spectroscopy, moreover was possible to estimate the concentration of extractives. In the third application, discrimination models were developed on the wood species, Erisma uncinatum Warm., Cedrela odorata L., Micropholis melinoniana, Eucalyptus grandis Hill ex Maiden e Swietenia macrophylla King. These models were developed utilizing low cost equipment, to measure of fluorescence on digital images, in order to obtain frequency RGB histograms, generated from the photos of each species on the transverse plane. Models were developed using Partial Least Squares Discriminant Analysis (PLS1 -DA), and therefore it was possible to discriminate correctly 88.3 %, 85.6 %, 83.7 % and 95.9% of reported histograms for the species Cedrela odorata L., Micropholis melinoniana, Eucalyptus grandis Hill ex Maiden and Swietenia macrophylla King, respectively, and 100% for Erisma uncinatum Warm

Efficiency of sewage treatment with septic tanks followed by constructed wetlands with different support materials

O presente trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência de uma estação de tratamento de esgoto composta por um conjunto de três tanques sépticos compartimentados e dispostos em série seguidos por três leitos cultivados com Typha sp e construído com fluxo subsuperficial horizontal e preenchidos com cascalho natural, brita # 2 e cascalho lavado. A estação tratou o esgoto sanitário gerado na Unidade Universitária de Ciências Exatas e Tecnológicas (UnUCET) da Universidade Estadual de Goiás em Anápolis-GO (UEG). Foram coletadas amostras de esgoto sanitário para avaliar a eficiência do tratamento no período de novembro a dezembro de 2010 e de março a abril de 2011, totalizando 20 amostras. Os pontos de coleta foram na entrada do primeiro tanque (esgoto bruto), saída do terceiro tanque séptico e saída dos três leitos cultivados. As eficiências totais de remoção foram: 65,40% para demanda química de oxigênio; 79,01% para demanda bioquímica de oxigênio; 59,79% para sólidos totais; 87,12% para sólidos suspensos totais; 92,0% para coliformes totais; 95,71% para E. coli e 82,54% para turbidez. O sistema avaliado mostrou-se eficiente para o tratamento de esgoto, atendendo à legislação vigente para os parâmetros pH, turbidez, sólidos totais e demanda bioquímica de oxigênio. Os resultados demonstraram que não existe diferença significativa entre os três diferentes meios de suporte utilizados, concluindo-se que há potencialidade do uso da brita, cascalho natural e cascalho lavado para preenchimento dos leitos cultivados.This study seeks to assess the efficiency of a sewage treatment plant comprised of three compartmentalized septic tanks installed in series followed by three parallel wetlands and seeded with species Typha sp. with subsurface flow, filled with support material of natural gravel, gravel # 2 and washed gravel, respectively. The station treats sewage generated at Unity University for Science and Technology, State University of Goiás - UnUCET/UEG. A total of 20 sewage samples were collected in order to evaluate treatment efficiency from November to December 2010 and March to April 2011. The points of analysis were at the input of the first tank (raw sewage), the output of the third septic tank and the outputs of each of the three wetlands. The total removal efficiencies were: 65.40% for chemical oxygen demand; 79.01% for biochemical oxygen demand; 59.79% for total solids; 87.12% for the total suspended solids; 92.00% for total coliforms; 95.71% for E. coli and 82.54% for turbidity. The system was effective for the treatment of sewage, within the current legislative parameters for pH, turbidity, total solids and biochemical oxygen demand. No significant difference was observed between the three different means of support, suggesting that gravel, natural gravel and washed gravel may potentially be used to fill wetlands

QUÍMICA NO COTIDIANO: APROXIMANDO ESCOLA E UNIVERSIDADE

Este trabalho tem o intuito de realizar uma aproximação entre escola e universidade, incentivando alunos do 1º ano do ensino médio a compreenderem melhor a química através da inserção de experimentos em conjunto com as aulas teóricas. Para isso, foi desenvolvido um material de apoio (Apostila), contendo alguns experimentos simples para execução em sala de aula, a fundamentação teórica dos experimentos selecionados e curiosidades cotidianas relacionas com o conteúdo. Post para divulgação online também foram desenvolvidos

QUÍMICA NA WEB E NA PRÁTICA: DIVULGANDO A QUÍMICA NAS ESCOLAS E NAS REDES SOCIAIS

A inserção e divulgação da Universidade com as escolas tem como objetivo promover o encontro entre a ciência, a metodologia científica e alunos, no sentido de auxiliar o processo de ensino/aprendizagem visando à integração entre diferentes áreas da química e o currículo regular. Neste contexto, abre a possibilidade de contribuir para a formação interdisciplinar de alunos e professores de Ciências, Química e Biologia de escolas de ensino fundamental e médio. Assim, o presente projeto tem como objetivo realizar a divulgação da Química e do Curso de Química Ambiental da Universidade Federal do Tocantins (UFT) Campus Gurupi, na forma de exposições e divulgação nas redes sociais, ainda realizando ações que aproximam a comunidade científica da comunidade externa. Para tal, foi utilizado a rede social do Instagram para tais exposições, tendo aumento significativo de seguidores e publicações desde abril/2021; um alcance de mais de três mil visualizações; ações como rodas de conversa, que promoveram a interação e divulgação do curso de Química Ambiental com alunos do ensino médio. Mostrando assim, que as redes sociais são ferramentas, aos quais além de ajudarem na propagação da ciência produzida no meio científico, colaboram de forma abrangente a aproximação da população com a Universidad

Exploratory analysis of the distribution of lignin and cellulose in woods by raman imaging and chemometrics

The determinations of cellulose and lignin are important in wood analysis from both perspectives: chemistry composition, commercial and industrial application of woods. In this context, Raman image spectroscopy was applied in the determination of cellulose and lignin distribution in wood surfaces of Swietenia macrophylla King (Mahogany) and Eucalyptus hybrid (E. urophylla × E. camaldulensis). The relative concentration maps were obtained by applying a multivariate curve resolution procedure. The estimated Raman spectra for cellulose and lignin agrees with the ones available in the literature. The cellulose concentration maps showed similar variations for both studied species with an average value of nearly 85% as obtained by the reference method. The lignin concentration maps were somewhat different. The Eucalyptus hybrid presents a broader distribution (20 to 45%) while for Mahogany it is nearly constant, around 25%, with localized regions presenting contents of 45 to 65% of lignin. The reference method showed that the mean lignin content of both species is 27%. The cellulose and lignin concentration maps agree with the biological functions of the anatomic structures observed in the images

Biodiesel and Bioplastic Production from Waste-Cooking-Oil Transesterification: An Environmentally Friendly Approach

Alternative sources of fuel have been a concern in the last few decades. The growth of urbanization and industrialization will lead to the exhaustion of fossil fuels, attracting studies on alternative routes. The main aim of this study was to produce biodiesel from waste cooking oil (WCO) by methyl transesterification using sodium hydroxide as a catalyst. For this, the physicochemical parameters of biodiesel were studied in triplicate (density, acidity, saponification, viscosity, corrosiveness to copper, visual appearance, and cloud point). An analysis by thin layer chromatography and infrared spectrometry was also performed. The increase in yield (83.3%) was directly proportional to the increase in the catalyst (0.22 g of NaOH). The infrared absorption spectra of WCO and biodiesel showed the presence of common and singular bands of each material. Furthermore, a simple and low-cost mechanism was proposed for purifying glycerol. The spectra of glycerol versus purified glycerin showed that the glycerin produced was pure, being used in the formulation of bioplastic. The product was checked for biodegradation and photodegradation, with incredible soil-degradation times of 180 days and photodegradation of only 60 days. In this way, biodiesel production from WCO showed environmentally friendly proposals and applicability. As the next steps, it is necessary to test the biodiesel produced in combustion engines and improve the bioplastic production, including a spectroscopic characterization and extensive biodegradation testing