Aplicação de técnicas fototérmicas no estudo de materiais de interesse tecnológico e ambiental

Abstract

A poluição atmosférica é na atualidade um dos mais graves problemas ambientais. O uso dos combustíveis fósseis (petróleo, carvão, e gás natural) têm produzido quantidades consideráveis de gases estufa, que consequentemente provocam mudanças climáticas. O setor de transporte é apontado como um dos principais poluidores do meio ambiente a nível mundial, devido ao uso intensivo de combustíveis fósseis a partir da revolução industrial. Portanto, tem-se discutido no Brasil o papel do uso de biocombustíveis (biodiesel e etanol) no setor de transporte, a fim de minimizar os riscos provocados ao ambiente global. Desta forma, o estudo dos gases provenientes da combustão de motores com misturas diesel/biodiesel é de extrema importância para se avaliar a sustentabilidade ambiental desses combustíveis no país. Sendo assim, essa pesquisa teve como objetivo avaliar as emissões de gases poluentes (N2O, CO2, CO, NOx e NO) provenientes da combustão em motor diesel de bancada. Este motor foi abastecido com misturas binárias (blendas) de diesel/biodiesel de sebo bovino para diferentes concentrações volumétricas B7, B15, B20, B25, B35 e B50. Para a caracterização e detecção das emissões gasosas foi utilizada a espectroscopia fotoacústica e sensores eletroquímicos. Além disso, foram obtidas as propriedades de difusividade térmica dessas misturas binárias via técnica de lente térmica modo descasado. Também utilizou-se a técnica de lente térmica modo descasado otimizado que é uma variante da técnica convencional, porém com maior sensibilidade. Essa técnica foi usada durante o estágio de doutorado sanduíche no exterior para a realização de medidas de diferentes soluções de nanopartículas de ouro. O estudo das nanopartículas tem interesse científico e comercial para uma ampla variedade de aplicações em: biomedicina, sensores de detecção química e biológica, terapias fototérmicas em câncer e aplicações farmacêuticas, e também usada em estudos com biodiesel. Os resultados obtidos para as emissões de gases poluentes mostraram que houve emissão de N2O em todas as amostras para os dois modos de rotação. A mistura B15 apresentou a menor emissão com valor de 5,3 ppmv, no modo em baixa rotação. Enquanto a mistura B7 teve a maior emissão deste gás no valor de 7,4 ppmv, para alta rotação. Já os níveis da concentração de CO2 em baixa rotação variou entre os valores mínimo e máximo de 2,1 a 2,4%, e alta rotação, variando de 2,2 a 2,5%. Para as emissões de CO, com o motor no modo de baixa rotação obteve valores mínimo e máximo de 866,7 a 1333,3 ppmv, e em alta rotação, variando de 666,7 a 1000,0 ppm, respectivamente. As concentrações de NOx das amostras no modo de baixa rotação obteve uma variação de 87,0 a 114,5 ppmv e para alta rotação foram de 85,7 a 103,7 ppmv, respectivamente. As emissões de NO das amostras no modo de baixa rotação obteve uma variação de 83,0 a 109,5 ppm e para alta rotação foram de 81,7 a 98,7 ppm, respectivamente. Os resultados de difusividade térmica para as diferentes misturas, apresentaram valores variando entre (1,03 ± 0,03)x10-3cm-2/s e (0,87 ± 0,06)x10-3cm-2/s. Com a técnica de lente térmica modo descasado otimizado diferentes concentrações de nanopartículas de ouro foram estudadas, que ao adicionar 1 μL da solução 1,95x10-4 mg/ml de NPsAu 50 nm em uma cubeta de 0,1 cm com 0,24 ml de água desionizada, detectou-se 1 NP de Au, demonstrando assim a forte sensibilidade desta técnica de lente térmica no modo otimizado.