Entender a formação de fases cristalinas é essencial para o projeto de materiais funcionais avançados visando aplicações industriais. Os cristais possuem arranjos ordenados de átomos, moléculas, íons ou até mesmo nanoestruturas, como partículas coloidais, exibindo propriedades anisotrópicas únicas. Embora a cristalografia seja uma técnica experimental comum para determinar estruturas cristalinas, as simulações moleculares fornecem informações sobre a dinâmica e a termodinâmica dos sólidos. Além disso, as simulações moleculares podem ser usadas para explorar a formação de cristais que não foram observados experimentalmente e podem ser usadas para projetar novos materiais. O chamado método Monte Carlo de caixa flexível (FBMC) é uma técnica poderosa para determinar candidatos para representar a fase cristalina de sólidos, mas não consegue indicar qual estrutura é termodinamicamente mais estável. Para esse propósito, o método do cristal de Einstein, desenvolvido por Frenkel e Ladd (FL), pode ser usado para encontrar a energia livre absoluta de candidatos da fase cristalina usando integração termodinâmica. Quando combinadas, as técnicas experimentais e de simulação melhoram o entendimento dos materiais cristalinos, possibilitando a síntese de materiais com propriedades personalizadas para várias áreas. Este estudo se concentrará em partículas duras não convexas formando estruturas cristalinas semelhantes às dos microcristais de fulereno ($C_{60}$ e $C_{70}$) obtidos via coprecipitação de soluções de fulereno-tolueno em 2-propanol. Essas partículas têm potencial como cristais fotônicos em diversas aplicações, incluindo a manipulação/transmissão de ondas eletromagnéticas, recepção/emissão de luz e sensoriamento cromático. Neste trabalho, o objetivo é prever e validar a estrutura cristalina dos microcristais de fulereno usando os métodos FBMC e FL, respectivamente. Além disso, o equilíbrio de fase fluido-sólido dessas substâncias também será estudado por meio de simulação molecular.

Este projeto foca na otimização de estratégias de controle avançadas para o cultivo de microalgas, dando especial ênfase à sustentabilidade. Com um alvo principal nos fotobiorreactores, o controle preciso da irradiância fotossinteticamente ativa é crucial. As variações nesta irradiância, tanto qualitativa como quantitativamente, podem afetar significativamente as vias de biossíntese, influenciando indicadores críticos como a eficiência, a produtividade e a sustentabilidade. Isto realça a intrincada interação entre os fatores ambientais e os resultados dos processos biotecnológicos, destacando a importância da precisão na gestão destes parâmetros na obtenção de resultados otimizados. Neste contexto, o projeto visa estabelecer uma estrutura computacional para analisar a viabilidade e sustentabilidade dos fotobiorreatores, fornecendo orientações para a viabilidade e implementação destes sistemas biotecnológicos. O estudo de caso para esta pesquisa é a produção da microalga Scenedesmus, conhecida por sua alta produtividade de biomassa e abundância de bioprodutos específicos como proteínas, carotenóides e carboidratos. A execução deste projeto desenvolve-se através de uma sequência sistemática de passos principais. A primeira etapa consiste em desenvolver um modelo matemático híbrido, combinando equações fundamentais com modelos baseados em aprendizagem de máquina. A fase subsequente envolve a formulação de novas funções objetivo alinhadas com critérios de viabilidade e sustentabilidade, incorporando a estrutura GREENSCOPE da EPA dos EUA. Estas funções são meticulosamente elaboradas para encapsular os principais aspectos do processo, com o objetivo de derivar perfis dinâmicos que orientem estratégias de controle ótimo como objetivo final.

O desenvolvimento de novas tecnologias com a aplicação de materiais que atuam como sorventes de dióxido de carbono (CO2) é de extrema importância. A aplicação da tecnologia de CaL é promissora para o sequestro de carbono que permitirá o uso continuado dos combustíveis fósseis na geração de eletricidade, como o uso de gás natural. No processo de CaL, o CO2 é capturado por meio de reações gás-sólido com um sorvente de base de cálcio (CaO) durante a carbonatação. Subsequentemente, o CO2 é liberado durante o processo de calcinação. Este processo permite o estabelecimento de um fluxo de CO2 com alta pureza que pode ser prontamente sequestrado. Uma das limitações associada ao processo de CaL, refere-se ao baixo número de ciclos de calcinação/carbonatação. A determinação da desativação do sorvente é, normalmente, estudado em sistemas de análise térmica, porém para aplicações em maiores escalas o reator de leito fluidizado é o mais promissor. Nessa pesquisa será analisada a sustentabilidade ambiental ao aplicar o processo CaL na geração de energia. A avaliação do ciclo de vida será aplicada considerando uma usina termelétrica convencional a gás natural com sistema de captura de carbono por CaL. Ensaios de CaL serão realizados para investigar os efeitos dos principais parâmetros do processo CaL em um leito fluidizado duplo interconectado (DIFB, Dual Interconnected Fluidized Bed). Os resultados em escala laboratorial (DIFB) serão utilizados para avaliar a mitigação de CO2, considerando aplicações em escalas mais realistas. Os resultados obtidos a partir dessa pesquisa contribuirão para o mapeamento dos impactos ambientais decorrentes da implantação da tecnologia CaL na geração de termeletricidade a gás natural.

O objetivo do projeto é utilizar microesferas de hidrogeis de nanofibras de celulose TEMPO-oxidadas, reticuladas por cálcio, para desenvolver sistemas sustentávies e comercialmente viáveis em larga escala para a remoção de íons metálicos da água por meio de adsorção, tanto em batelada quanto em coluna.

Esta proposta de colaboração internacional visa avançar no desenvolvimento e na otimização de catalisadores de óxidos mistos derivados de hidróxidos duplos lamelares (HDL) para a hidrogenação de etano em compostos BTX utilizando CO2 como um oxidante moderado. Estudos preliminares focados na conversão de etano em etileno demonstraram que átomos de Ga, em comparação com V e Mn, são significativamente mais ativos na etapa de desidrogenação oxidativa. Consequentemente, o gálio foi selecionado como um componente de um compósito tandem formado por óxidos mistos de Ga, Zn e Mg derivados de HDL, que serão ancorados em uma zeólita do tipo ZSM-5. Esta estratégia visa aumentar a produção de BTX. No entanto, alguns desafios nesta pesquisa incluem, por exemplo, a determinação da proporção mássica ideal entre os componentes de óxidos mistos e zeólita para maximizar o rendimento de BTX e controlar a distribuição dos produtos. A interação entre esses óxidos e a estrutura da zeólita é crucial, pois influencia a atividade catalítica e a estabilidade do catalisador nas condições de reação. Espécies de Zn, particularmente na forma de (Zn-O-Zn)2+, são cruciais no processo catalítico, mas também representam desafios relacionados à desativação nas condições redutivas da reação, operada sob alta temperatura. Além disso, o comportamento redutivo dos átomos de gálio em diferentes métodos de síntese e a influência de diferentes espécies de Ga ainda estão em debate. Nesse contexto, a experiência e os recursos disponíveis no grupo do Prof. Dr. Miller serão essenciais para a realização de várias técnicas avançadas de caracterização para examinar o efeito das fases ativas do catalisador e identificar as condições ideais para a preparação dos catalisadores, visando aumentar a atividade catalítica, obtendo-se alta seletividade para compostos aromáticos.

Neodímio (Nd), praseodímio (Pr) e disprósio (Dy) são classificados como elementos de terras raras (ETRs), que são componentes cruciais no desenvolvimento de tecnologias como turbinas eólicas e baterias de veículos híbridos para enfrentar as mudanças climáticas. Apesar da sua importância, a disponibilidade limitada destes elementos e a posição predominante da China nos processos de purificação realçam a necessidade de explorar fontes alternativas. Os resíduos de equipamentos elétricos e eletrônicos (REEE) apresentam-se como uma promissora fonte secundária de ETRs, apresentando concentrações superiores aos minérios e alinhando-se aos princípios da economia circular para a conservação ambiental. A reciclagem de ímãs obsoletos de neodímio-ferro-boro (NdFeB) compostos por 25% de ETRs ganharam destaque. Ao contrário das técnicas convencionais de recuperação que envolvem lixiviação em ácidos inorgânicos, a incorporação de ácidos orgânicos como substituto sustentável oferece vantagens como seletividade e minimização de resíduos. Este estudo tem como objetivo desenvolver um processo hidrometalúrgico para recuperação de Nd, Pr e Dy de ímãs NdFeB obsoletos e posterior purificação dos elementos através de extração por solvente com soluções de ácidos orgânicos.

A engenharia de tecidos para regeneração óssea é fundamental para melhorar a saúde e a qualidade de vida das pessoas. Entretanto, a criação de biomateriais para essa finalidade ainda é um desafio significativo devido à complexidade de sua fabricação, aos altos custos e às dificuldades de produção em larga escala. Felizmente, a biofabricação usando celulose bacteriana (CB) e sua modificação por meio da impregnação de partículas suspensas surge como uma técnica promissora e vantajosa para a produção de andaimes devido à sua simplicidade, baixo custo e escalabilidade. Este projeto tem como objetivo desenvolver um novo biomaterial para a regeneração óssea por meio da preparação in vitro e da avaliação de aerogéis de CB para uso potencial como andaimes. O processo começa com a preparação de hidrogéis de BC, seguida da fosforilação de sua superfície e da impregnação de partículas de hidroxiapatita (HAP) e óxido de cálcio (CaO). Por fim, os hidrogéis resultantes serão liofilizados para formar aerogéis e submetidos a uma série de análises biológicas, conduzindo análises in vitro de citocompatibilidade, adesão, proliferação celular e biomineralização, bem como análises para determinar as propriedades antimicrobianas do biomaterial, investigando o efeito da incorporação de HAp e CaO na CB.

O impacto da coloração do produto na aceitação do consumidor é um fenômeno bem estabelecido, principalmente no setor têxtil. Atualmente, a maioria das empresas desse setor emprega colorantes sintéticos em seus bens de consumo. Entretanto, surgiram preocupações com relação aos problemas de saúde relatados e à contaminação ambiental associada ao uso desses corantes sintéticos. Visando resolver esse problema, uma solução alternativa envolve a utilização de colorantes naturais derivados de fontes como microrganismos e plantas. Os corantes naturais se distinguem não apenas por sua origem, mas também por sua notável biodegradabilidade e possíveis propriedades biológicas. Apesar de seu potencial, a exploração de agentes biocolorantes no setor têxtil continua limitada, atribuída a algumas adversidades, como a menor estabilidade dos corantes naturais em comparação com seus equivalentes sintéticos. Consequentemente, medidas adicionais como o uso de mordentes ou modificações estruturais verdes, tornam-se necessárias em certos casos. Este projeto busca superar esses desafios, concentrando-se na aplicação de colorantes naturais azafilona em diversas matrizes têxteis, incluindo a incorporação de etapas adicionais de fixação, se necessário, com uma avaliação abrangente dos resultados em diferentes parâmetros. O objetivo final é avaliar a viabilidade e a possibilidade de integrar colorantes naturais azafilona ao processo de produção têxtil.

O uso incessante e majoritário de combustíveis fósseis tem gerado consequências inegáveis ao meio ambiente, principalmente com a liberação de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera. O crescimento do setor da aviação influenciou as relações sociais e comerciais em todo o mundo. Diante deste contexto, tem havido uma demanda crescente por melhorias na eficiência dos processos de obtenção de combustíveis à base de hidrocarbonetos capazes de abastecer a frota aérea. Portanto, a busca por alternativas ao excesso de CO2 produzido, e muitas vezes descartado na atmosfera, ainda permanece. Uma solução que procura abranger ambos os problemas é abordada pelo projeto internacional 4AirCRAFT, através do qual permite a contribuição de conhecimento e material científico entre cientistas de 7 países. A alternativa criada é a produção de hidrocarbonetos através da transformação do CO2 num processo multicatalítico, sendo uma das etapas marcada pela síntese Fischer-Tropsch (FTS). O problema a resolver é desenvolver um catalisador barato, eficiente e industrialmente viável para esta transformação, evitando ao mesmo tempo a sua deterioração e desativação. Para tanto, este trabalho de doutorado foi dedicado ao desenvolvimento de materiais catalíticos. O projeto de intercâmbio BEPE, sob supervisão do Prof. Grunwaldt, será essencial para investigar características como estrutura e morfologia dos materiais sintetizados. Para tanto, serão exploradas técnicas avançadas de caracterização de materiais, como XAS, XRD, XPS, TEM, XRD, DRIFTS. Adicionalmente, será desenvolvida uma simulação conceitual da reação via cinética e abordagem de modelagem.

A presente proposta de projeto tem como objetivo realizar um estágio de pesquisa no exterior por um período de quatro meses, associado ao projeto de iniciação científica atualmente em execução pelo aluno interessado. No projeto desenvolvido na EEL-USP, sob a supervisão da Profa. Dra. Simone F. M. Sampaio, o aluno aplica um polímero à base de pululana, pululana-DEAE-g-poli(Z-L-lisina) (PULL-DEAE-g-PZLL), previamente sintetizado pelo grupo de pesquisa (Processo FAPESP 2019/12940-4), para a produção de partículas contendo Erlotinib (ERL) utilizando o método de nanoprecipitação em diálise. ERL, atualmente disponível comercialmente na forma de comprimidos Tarceva®, é um ativo farmacêutico anticâncer pertencente à classe de inibidores de tirosina quinase (TKI) que tem como alvo o receptor de fator de crescimento epidérmico (EGFR). O fármaco apresenta uma desvantagem para o tratamento do câncer oral devido à sua baixa solubilidade em pH neutro, o que afeta sua biodisponibilidade após a administração. A encapsulação do agente quimioterápico em partículas poliméricas é proposta como uma alternativa para melhorar suas propriedades físico-químicas e farmacocinéticas. Uma vez que o copolímero à base de pululana tem a capacidade de auto-agregar-se em meios aquosos formando partículas biodegradáveis, ele é um candidato interessante para estudar a encapsulação e liberação controlada de ERL, modificando assim sua solubilidade, perfil de dissolução e eficácia, bem como potencialmente reduzindo os efeitos colaterais causados pela quimioterapia. Essas partículas podem ser administradas em rotas alternativas e diferentes formas de formulação, como parenteralmente ou oralmente, e como a encapsulação de ERL em partículas à base de pullulan ainda é pouco estudada, a avaliação do perfil de liberação do fármaco e bioabsorção dessas formulações precisa ser mais explorada. Neste contexto, os objetivos desta proposta de estágio no exterior são avaliar o perfil de dissolução in vitro de ERL a partir das formulações sólidas em meios que simulam a absorção gastrointestinal, bem como aplicar os dados obtidos para simular a absorção do fármaco in vivo, utilizando o software gPROMS®. O projeto foi incentivado pelo contato do aluno e seu orientador com a Profª. Dra. Maria Inês Ré e a Profª. Fabienne Espitalier, professoras do Centro RAPSODEE da IMT Mines Albi. A Profª. Maria Inês também é diretora de uma plataforma de tecnologia em formulações farmacêuticas avançadas para apoiar a indústria (plataforma GALA). Uma vez que o Centro RAPSODEE possui a licença de software e pessoal treinado para desenvolver simulações de liberação in vivo, e ambas as professoras já demonstraram interesse em orientar um aluno para trabalhar com a simulação de ERL, o Centro RAPSODEE tornou-se uma grande oportunidade para o aluno aprofundar seus conhecimentos em seu projeto de iniciação científica e aprender mais sobre a simulação matemática no contexto de formulações farmacêuticas. A instituição anfitriã, IMT Mines Albi, França, é uma escola bem estabelecida, especialmente quando se trata de estabelecer cooperação entre a indústria e excelentes universidades na França e no exterior, proporcionando ótimas oportunidades para o desenvolvimento de pesquisa no campo de interesse deste projeto. É importante ressaltar que a Profª. Maria Inês e Profª Fabienne também possuem ampla experiência no campo da tecnologia farmacêutica aplicada a processos de geração de partículas poliméricas. Esta bolsa BEPE, se aprovada, irá agregar muito ao projeto já desenvolvido pelo aluno no Brasil, uma vez que fornecerá ao aluno acesso à licença do software e pessoal treinado, não disponíveis atualmente no Brasil. Além disso, será uma oportunidade para aprimoramento do conhecimento a respeito da avaliação da liberação e comportamento de Erlotinib na rota de administração oral. Por fim, o estágio de pesquisa terá uma contribuição muito significativa para a vida profissional e pessoal do aluno.