O uso de compostos em processos industriais para atender à demanda da população resultou na contaminação dos recursos hídricos. Essas substâncias não são removidas com eficiência pelo processo clássico de tratamento de água e esgoto. Para isso, é utilizada a tecnologia eletroquímica, que produz agentes oxidantes, como o percarbonato (C2O62-) e os radicais hidroxila (*OH), capazes de decompor os poluentes. Para superar as desvantagens do atual método industrial de produção desses agentes, estamos estudando maneiras de produzi-los de forma ecológica, sem o uso de solventes orgânicos. Essa produção alternativa é baseada em processos oxidativos avançados eletroquímicos (POAEs), que geram percarbonato por meio de oxidação anódica (OA) com eletrodos de alto sobrepotencial para evolução de oxigênio, enquanto o peróxido de hidrogênio é gerado por meio da reação de redução de oxigênio (RRO), que ocorre no cátodo do sistema. Com base nos estudos realizados até o momento, este projeto visa otimizar a produção dessas duas espécies oxidantes simultaneamente, em diferentes compartimentos, utilizando a mesma corrente, reduzindo assim os custos de energia do processo e tornando-o mais atraente. Os testes serão realizados com diferentes configurações de cátodo (eletrodos de difusão de gás - EDG) e ânodos (diamante dopado com boro - BDD e ânodo dimensionalmente estável - DSA), a fim de encontrar o método mais eficiente.

A busca por desenvolvimento de sensores eletroquímicos versáteis, baratos e reprodutíveis se tornou mais comum devido a esses sensores poderem ser adaptados às necessidades específicas da aplicação, variando a composição e o design desses sistemas. Nesse sentido, dispositivos concebidos como ferramentas eletroquímicas podem ser adaptados a necessidades específicas, ou seja, podem ser portáteis, descartáveis, vestíveis ou flexíveis. A versatilidade desses dispositivos é muito importante, pois a sociedade exige tecnologias fáceis de usar, em tempo real e no momento da necessidade. As tintas condutoras estão sendo cada vez mais usadas para fabricar sensores, principalmente devido à versatilidade de design, facilidade de fabricação e baixo custo em comparação com outros sensores. Os materiais à base de carbono podem ser uma excelente alternativa para o desenvolvimento de tintas condutivas, pois são econômicos e oferecem vantagens como maior condutividade elétrica e grande área eletroativa especifica. Negro de fumo Super P, do inglês Carbon Black Super P® (CBSP®) um material à base de carbono pouco estudado para a construção de sensores eletroquímicos descartáveis, que apresenta aditivos que melhoram a condutividade e otimizam as propriedades de transferência de elétrons. Portanto, suas propriedades são consideradas ideais para a produção de tintas condutivas. Além do material condutor, também é importante que a matriz polimérica a ser utilizada seja adequada. Alguns trabalhos mostram as vantagens do uso de matrizes vinílicas poliméricas com negro de fumo. Portanto, a preparação será otimizada em termos da melhor composição entre CBSP® e a matriz vinílica polimérica, buscando obter maior condutividade do eletrodo final. Ainda buscando melhoras nos sinais analíticos, o sensor também pode ser modificado com nanopartículas de ouro (AuNPs). Nesse sentido, o presente projeto visa desenvolver o sensor SPE feito de uma tinta condutiva CBSP® para uso no diagnóstico de distúrbios dos biomarcadores melatonina e triptofano. (AU)

A contaminação de águas e esgotos por interferentes endócrinos, como antibióticos, se tornou um grave problema ambiental. Isso porque, além de causar vários problemas aos seres humanos e à biota animal, pode levar ao aumento da resistência microbiana em ambientes aquáticos e, consequentemente, a uma menor eficiência dos tratamentos convencionais de efluentes. Por isso, a tecnologia eletroquímica se destaca pela degradação de compostos orgânicos em água, já que permite a eletrossíntese in situ de agentes oxidantes, como o percarbonato (C2O62-) e o radical hidroxila (-OH). Além disso, essa tecnologia também é ambientalmente correta e uma alternativa viável para os métodos convencionais de tratamento. A eletrogeração do percarbonato pode ser realizada pela oxidação anódica (OA) utilizando o diamante dopado com boto (DDB) como anodo, e do peróxido de hidrogênio (H2O2, precursor comum do radical hidroxila) pela reação de redução do oxigênio, usando um eletrodo de difusão gasosa (EDG) como cátodo. Atualmente, vários estudos na literatura apontam para o uso de um reator eletroquímico para a eletrogeração destes compostos separadamente. Dessa forma, para otimizar o processo de degradação de antibióticos, como o Sulfametoxazol (SFX), o presente trabalho visa investir e avaliar a eletrogeração simultânea do percarbonato, no ânodo, e do peróxido de hidrogênio, no cátodo. O monitoramento dos agentes oxidantes será realizada por cromatografia iônica (IC) e espectrofotômetro UV/VIS. A degradação será avaliada utilizando cromatografia líquida de alto desempenho (HPLC) e carbono orgânico total (TOC). (AU)

O desenvolvimento da sociedade permitiu diversos avanços e maior acesso a produtos industrializados. Essa evolução produziu um efeito adverso importante e recentemente identificado, a evolução da indústria intensificou a produção e uso de compostos químicos que, além de serem poluentes no meio ambiente, interferem na atividade metabólica de seres humanos e animais, conhecidos como disrruptores endócrinos. Esse é um problema de saúde pública e deve estar no foco das atenções dos estudos de controle de poluentes. Nesse sentido, o presente projeto visa aplicar os processos de oxidação por peróxido de hidrogênio e foto-degradação, associados em um único processo, para degradação do di-butil ftalato. Para monitorar o processo de degradação serão utilizados cromatografia liquida, analisador de carbono orgânico e espectrometria de massas e nesse sentido, os principais resultados esperados podem apresentar parâmetros que permitam o sinergismo entre o uso do H2O2 e foto-catalisadores para de obter processos de degradação com o menor consumo de energia. (AU)

O consumo global de pesticidas tem aumentado paralelamente à atividade agrícola. Vários pesticidas aplicados aos campos de cultivo são reconhecidos como poluentes emergentes com efeitos tóxicos, cancerígenos e interferentes endócrinos na saúde humana, mesmo em baixas concentrações na água. A maioria desses produtos químicos é projetada para ser altamente persistente no ambiente, dificultando assim a sua remoção da água por tratamentos convencionais. Recentemente, a tecnologia eletroquímica tem sido evidenciada como uma estratégia altamente eficiente para a remoção de compostos orgânicos recalcitrantes baseados nos processos oxidativos avançados eletroquímicos (POAE). Como resultado do alto custo envolvido nos processos eletroquímicos, alguns avanços tecnológicos têm sido elaborados para torná-los mais econômicos; por exemplo, a radiação solar foi introduzida como uma alternativa às lâmpadas UV, dando origem ao chamado processo solar fotoeletro-fenton (SPEF). Entretanto, alguns desafios ainda devem ser superados para o desenvolvimento completo desta tecnologia antes de se chegar à sua aplicação em larga escala. O conceito de desenvolver catodos versáteis com alto desempenho para a produção de H2O2, com uso adicional no tratamento de matrizes aquosas complexas em escala piloto, é um desafio que deve ser cuidadosamente estudado. Assim, este projeto visa produzir uma nova configuração de eletrodo de difusão gasoda (EDG), com tecido de carbono como substrato, aplicado em um reator filtro-prensa para a remoção da terbutilazina. O desempenho em termos de produção de H2O2 será estudado pela modificação dos eletrodos com catalisadores produzidos durante a bolsa de doutorado no Brasil. O comportamento eletroquímico dos melhores EDGs serão avaliados a partir da remoção do pesticida presente em uma matriz real de água doce utilizando os processos eletro-Fenton (EF), PEF e SPEF em uma planta piloto solar. (AU)

Bactérias multirresistentes a antibióticos são consideradas a próxima ameaça global à saúde. Assim, o desenvolvimento de novos dispositivos para monitoramento e diagnóstico são considerados emergências para prevenir e limitar sua propagação. Sensores eletroquímicos e biossensores são uma das abordagens mais promissoras para esse problema, por serem seletivos e sensíveis, mesmo quando considerados os desafios das aplicações em Point-of-Care. Outras vantagens claras são tempos de resposta rápidos e baixo custo. O desenvolvimento de novas arquiteturas de eletrodos nanoestruturados para aplicações em biossensores se encontram na fronteira do conhecimento e são capazes de permitir a detecção em baixa concentração de analitos de alto interesse. Nos últimos anos, o DNA chamou a atenção da comunidade científica por seu potencial para a nanoconstrução de dispositivos altamente organizados, usando abordagens de DNA origami. Além de ser um elemento promissor para dispositivos nanoestruturados, o DNA e o RNA podem ser usados como elemento de reconhecimento do sensor, usando uma única fita para a detecção complementar da fita (genossensor) ou sequências com alta afinidade para um substrato específico, os aptâmeros (aptasensores). De qualquer forma, o uso de uma abordagem envolvendo apenas ácidos nucleicos para uma nova geração de sensores é de grande interesse, pois ainda é pouco explorado e não totalmente compreendido.Aqui, propomos montar via self-assembling de aptâmeros com alta seletividade para o organismo modelo, a Escherichia coli em eletrodos de ouro para uma detecção bacteriana quantitativa e qualitativa altamente seletiva e rápida e estudar os mecanismos de resposta para o sensor. (AU)

O desenvolvimento de métodos sensíveis para amostras complexas é um desafio atual, visto que alguns procedimentos estabelecidos apresentam limitações quanto à seletividade e à morosidade, sendo ainda necessários equipamentos com alto custo de aquisição e de manutenção. Além disso, o preparo de amostras em batelada influencia na exatidão dos resultados. A biodisponibilidade de espécies metálicas em águas naturais, como o manganês, varia com a sua forma química, tornando o fracionamento importante. A recuperação de águas de despejo industrial contendo pesticidas, como o glifosato, também é importante considerando a toxicidade crônica. Procedimentos para degradação do glifosato, portanto, devem ser avaliados visando a obtenção de resíduos que não comprometam a qualidade das águas. Ambos os temas merecem atenção pelos impactos na saúde pública e ambiental. Neste projeto, serão desenvolvidos procedimentos mecanizados com conversões fotoquímicas em linha e detecção eletroanalítica visando ao fracionamento de manganês em águas naturais e ao tratamento de águas residuais contendo glifosato. Serão construídos sensores eletroanaliticos dedicados com adequadas sensibilidade e seletividade e de baixo custo. O fracionamento de Mn em linha evitará a reconversão de uma espécie química noutra. Em ambos os casos, os resultados obtidos serão comparados com os dados da literatura onde estejam descritas estratégias alternativas para a resolução dos problemas analíticos.

Compostos orgânicos voláteis (COVs) podem ocasionar diversos riscos ambientais e para a saúde humana. Neste contexto, sensores químicos têm sido propostos como uma alternativa adequada para monitorar COVs, devido às características de sensibilidade, seletividade e portabilidade. O emprego de eletrodos flexíveis como substratos para sensores químicos baseados em compósitos (polímeros condutores/cerâmicos) fornecem vantagens adicionais a estes tipos de dispositivos, permitindo a fabricação de sensores de menor custo que operam em temperatura ambiente. Este projeto tem como finalidade o desenvolvimento de sensores baseados em substratos flexíveis, produzidos com diferentes materiais, modificados nanomateriais cerâmicos (0D e 1D) e polímeros condutores. O nanomaterial cerâmico 1D será obtido através do processo de eletrofiação e o 0D através de rota de síntese química. Para analisar a melhor performance dos nanocompósitos sobre as plataformas flexíveis, serão testada diferentes técnicas de deposição de solução. As plataformas após preparo serão caracterizadas por métodos físico-químicos, morfológicos e elétricos. Parâmetros como limite de detecção, seletividade e sensibilidade serão investigados em relação aos compostos orgânicos voláteis. (AU)

Atualmente, existe uma grande preocupação mundial com as alternações climáticas ocasionadas pelo efeito estufa. Este fenômeno ocorre principalmente devido à alta emissão de CO2 no meio ambiente. Neste contexto, o uso de processos eficientes para conversão de CO2 a compostos de alto valor agregado como CO, CH4, CH3OH, HCHO e HCOOH, entre outros, é uma boa alternativa para diminuir as concentrações e os efeitos causados por este gás na atmosfera. Assim, o grande objetivo deste projeto será produzir eletrodos com boa estabilidade e eficiência para redução de CO2 utilizando processos como fotocatálise (FC), fotoeletrocatálise (FEC) e eletrocatálise (EC). A nossa proposta de pós-doutorado visa (i) desenvolver novos materiais de p-Cu/Cu2O, n-Ti/TiO2 e fibra de carbono modificados com polímero de microporosidade intrínseca (PMI) para utilização na conversão de CO2 (ii) avaliar o desempenho destes eletrodos na seletividade, captura, armazenamento e catálise de moléculas de CO2 e (iii) identificar e quantificar os possíveis produtos gerados, bem como elucidar o mecanismo de redução de CO2 para os diferentes eletrodos. A produção destes materiais será realizada nas instalações laboratoriais do grupo do Prof. Frank Marken, que possui grande conhecimento e experiência na área. O desempenho desses eletrodos será avaliado utilizando reatores com fonte de irradiação (FC), fonte de irradiação e potencial de polarização (FEC) e somente potencial de polarização (EC). A caracterização dos eletrodos será realizada por microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão, difração de raios X e outros parâmetros físicos. Este projeto colaborativo consolidará uma nova linha de pesquisa iniciada em nosso grupo no Brasil compreendendo o estudo de eletrodos modificados com materiais capazes de aumentar a adsorção e a catálise de CO2 em sua superfície melhorando a conversão de CO2 para compostos de alto valor agregado utilizando processos como FC, FEC e EC. (AU)

O biodiesel, combustível derivado de óleos vegetais ou de gorduras animais, é uma alternativa aos combustíveis derivados do petróleo e seu uso apresenta vantagens ambientais e econômicas para o Brasil. O biodiesel é produzido pela transesterificação do óleo vegetal ou animal com um álcool, tem como catalisador um ácido ou base. A base é mais eficaz por apresentar maior taxa de conversão, ser mais rápida e não precisar de aquecimento, os catalisadores mais usados são os hidróxidos de sódio e potássio. Contudo, resíduos de catalisadores podem estar presentes no produto final e a presença de glicerol pode danificar os motores dos veículos, logo determinar a quantidade deste composto é importante para garantir a qualidade do biocombustível. Porém, as técnicas utilizadas para esta finalidade requerem equipamentos de altos custos. Uma alternativa para o desenvolvimento de metodologias para a determinação dos álcoois em questão é o emprego de técnicas eletroanalíticas utilizando eletrodos quimicamente modificados. Os hexacianoferratos de alguns metais são sensores eletroquímicos para a determinação destes álcoois por serem bons seletivos para os componentes em tese. Visando a grande importância da determinação de glicerol em biodiesel e a necessidade de desenvolver métodos de determinação rápidos, sensíveis e de baixo custo, o atual projeto tem como objetivo desenvolver uma língua eletrônica composta por eletrodos quimicamente modificados com oxihidróxido de níquel (NiOOH), óxido de cobre (CuO) e oxihidróxido de ferro (FeOOH) ancorados em óxido de grafeno (GO) para determinação voltamétrica de glicerol em biodiesel na presença de interferentes como metanol e etanol. (AU)