Projetos de Pesquisa

 

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Shirley Nakagaki

Ciências Exatas e da Terra

Química
  • preparação de sólidos catalíticos multifuncionais para transformações catalíticas únicas e/ou sequenciais por meio da imobilização de metaloporfirinas e enzimas em sólidos lamelares
  • A catálise heterogênea empregando metaloporfirinas (MP) vem sendo pesquisada nas últimas décadas, como alternativa para contornar os problemas enfrentados na catálise homogênea empregando esses complexos (falta de robustez das espécies catalíticas nas condições drásticas da reação; reações paralelas envolvendo as espécies catalíticas que possam levar a baixa eficiência da reação e a dificuldade na separação do catalisador para o seu posterior reuso) o que pode tornar o processo catalítico mais interessante e vantajoso para a idealização de produtos tecnológicos. Porém, a seletividade e a alta conversão alcançada na catálise homogênea por MP nem sempre são as mesmas alcançadas na catálise heterogênea e esses são os principais desafios a serem vencidos com o uso de complexos imobilizados. Apesar de todos os avanços nas pesquisas acadêmicas envolvendo MP, a maioria dos relatos se restringe a investigação desses compostos como catalisadores de reações únicas, seja em meio homogêneo seja heterogêneo. Além disso, o relato de catalisadores sólidos multifuncionais envolvendo MP bem como catalisadores capazes de atuar de forma eficiente e seletiva em reações sequenciais é raro. Nos últimos anos nosso grupo de pesquisa vem desenvolvendo catalisadores baseados em MP, principalmente de íons de Fe e de Mn, que foram estudados em processos homogêneos e heterogêneos em reações de oxidação de alcanos, de alcenos e de degradação de corantes orgânicos; sendo investigados mecanismos de reação e diferentes seletividades e atividades, dependendo da substituição na MP e do metal empregado. A heterogenização dessas MP em diferentes sólidos (sílicas, compostos lamelares diversos, vidros porosos, dentre outros) e até mesmo a construção de polímeros de coordenação baseados em blocos porfirínicos, promoveu a obtenção de catalisadores sólidos. A catálise heterogênea possibilitou aos compostos preparados maior tempo de vida do catalisador, sua recuperação do meio de reação e reuso. Além disso, em alguns casos levou a diferentes e inusitadas seletividades. Essa vasta gama de catalisadores, tanto do ponto de vista molecular como da química de materiais, assim como as informações obtidas nos usos catalíticos, aliadas a expertise do grupo na catálise, fizeram com que nosso horizonte pudesse ser ampliado nessa nova proposta de pesquisa. Nesse sentido, no presente projeto pretendemos ampliar e avançar no estudo catalítico e emprego de porfirinas e metaloporfirinas. Diante desse contexto, a proposta aqui apresentada tem como principal objetivo, acreditamos que de forma inédita no país e no exterior, preparar sólidos catalíticos baseados em compostos lamelares da família dos hidróxidos duplos lamelares (HDL) e dos hidroxissais lamelares (HSL) contendo enzimas e diferentes metaloporfirinas sintéticas imobilizadas, visando à utilização desses sólidos como catalisadores em reações únicas e sequenciais. Para tanto o grupo pretende contar com a colaboração de estudantes de graduação e pós-graduação, além de pesquisadores da UFPR especialistas em química de coordenação e preparação e caracterização de compostos lamelares. A imobilização de complexos porfirínicos e enzima em um mesmo sólido suporte e a adequada caracterização dos novos materiais resultantes é um desafio a ser vencido nesse projeto. No entanto, alguns resultados preliminares estimulantes já foram obtidos. Além disso, a investigação da atividade de cada complexo em reação única bem como em reações sequenciais one pot também serão investigadas. Alguns sistemas catalíticos prova-de-conceito são colocados no projeto mas outros poderão ser investigados no seu desenvolvimento. Devido ao ineditismo da proposta quanto aos aspectos científicos e de inovação e ao que tange a qualidade e originalidade do projeto, visto ser uma proposta desafiadora do ponto de vista de estabelecimento de condições ideais e de ferramenta de caracterização dos sólidos preparados; espera-se avanço em relação ao estado da arte da investigação catalítica de moléculas versáteis como são as metaloporfirinas. Sendo assim, as metas que se pretende alcançar com a execução desse trabalho são: - Obter suportes inorgânicos baseados em compostos lamelares das famílias dos hidróxidos duplos lamelares e hidroxissais lamelares para a imobilização de catalisadores envolvendo metaloporfirinas e enzimas. - Obter metaloporfirinas para fins catalíticos a partir de sais de Mn e Sn. - Desenvolver estratégias adequadas à imobilização de mais de uma metaloporfirina e uma enzima em um mesmo sólido lamelar (proposição ideal - Glucose oxidase), para estudar o desempenho catalítico em reações únicas, multifuncionais e sequenciais. A imobilização de enzimas em sólidos lamelares e a manutenção da atividade enzimática bem como a utilização de catalisadores baseados em enzimas em meio não completamente aquoso é uma das metas mais importantes desse trabalho, visto que são escassos os trabalhos catalíticos envolvendo essa família de sólidos. Nossa abordagem é totalmente inédita no país e os relatos internacionais são ainda poucos, o que nos estimula a propor a preparação e a investigação do uso desses sólidos nesse projeto. - Testar sólidos resultantes da imobilização de uma enzima, uma metaloporfirina, uma enzima e uma metaloporfirina e uma enzima e ao menos duas diferentes metaloporfirinas em reações únicas e reações sequenciais. Ressaltamos que a estratégia aqui proposta é original e inédita e desconhecemos o emprego dessa classe de sólidos a qual o projeto se propõe a preparar, em pelo menos três reações que podem vir a ocorrer em sequência dependendo dos catalisadores e condições otimizadas. - Investigar a capacidade de recuperação e re-uso dos sólidos catalíticos preparados. -Desenvolver estudos cinéticos dos processos catalíticos investigados. - Formar recursos humanos com habilidades e expertise em química inorgânica e catálise. - Reportar os resultados alcançados em revistas especializadas e em eventos científico
  • Universidade Federal do Paraná - PR - Brasil
  • 18/02/2019-28/02/2022
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Sibele Berenice Castellã Pergher

Engenharias

Engenharia de Materiais e Metalúrgica
  • síntese eco-friendly de óxido de grafeno reduzido.
  • Compreendendo que o grafeno é uma tecnologia amplamente aplicada em diversas áreas, e que tem como gargalo o seu alto custo financeiro de produção, chegamos a proposta do processo para produção eco-friendly de óxido de grafeno reduzido, empregando um resíduo sólido industrial da fabricação de sucos em pó (a produção mensal desse resíduo é de 25 toneladas) para transformar este resíduo em um material de maior valor agregado que é o óxido de grafeno reduzido. Neste projeto será estudo a otimização do processo, bem como o desenvolvimento do plano de negócio e busca de parcerias empresariais.
  • Universidade Federal do Rio Grande do Norte - RN - Brasil
  • 22/10/2020-30/04/2021
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Sibele Berenice Castellã Pergher

Engenharias

Engenharia de Materiais e Metalúrgica
  • escalonamento de sínteses ecofriendly: das cinzas de carvão a peneiras moleculares
  • O presente projeto propõe o escalonamento da síntese de zeólitas a partir de cinzas de carvão através de sínteses eco-friendly. Inicialmente será realizado a síntese de várias zeólitas em escala laboratorial, as sínteses serão otimizadas e se escolherá quais materiais são promissores para o escalonamento. Estes materiais serão sintetizados em escala piloto, otimizando o rendimento com minimização de resíduos. Os materiais estudados serão caracterizados por várias técnicas complementares, especialmente Difração de raios X, Medidas de adsorção de gases para análise textural, Microscopia eletrônica de varredura e composição química. Contamos com a colaboração do PROCAT para o escalonamento e da UFSC para fornecimento das cinzas de carvão.
  • Universidade Federal do Rio Grande do Norte - RN - Brasil
  • 18/02/2019-28/02/2022