Resumo O principal objetivo do presente estudo foi sintetizar um nanocompósito usando grafeno e nanopartículas de ferrita de manganês (MnFe2O4-G) e avaliar sua atividade antibacteriana para aplicações em processos de tratamento de água. Suas características morfológicas foram avaliadas por técnicas instrumentais tais como microscopia eletrônica de varredura e microscopia eletrônica de transmissão. Os resultados de caracterização indicaram que o nanocompósito apresentou nanopartículas de aproximadamente 25 nm bem dispersas em nanofolhas de grafeno grandes (14 μm) e transparentes. A atividade antibacteriana foi avaliada em um experimento batelada usando uma concentração de 40 μg mL-1 de nanocompósito (MnFe2O4-G, nanopartículas de MnFe2O4 ou óxido de grafeno), 1x105 CFU mL-1 de Escherichia coli e 8 h de tempo de contato à temperatura ambiente. A maior capacidade antibacteriana foi observada para o nanocompósito híbrido (91,91%), decorrente do efeito sinérgico do grafeno e as nanopartículas de ferrita de manganês. Vários mecanismos foram propostos para explicar atividade antibacteriana efetiva do MnFe2O4-G, tais como aprisionamento, stress oxidativo, efeito de corte afiado, entre outros. Portanto, os resultados mostraram que MnFe2O4-G é uma alternativa em potencial para processes de tratamento de água como agente antibacteriano.

Abstract The main objective of this study was to synthesize a nanocomposite using graphene and manganese ferrite nanoparticles (MnFe2O4-G) and to evaluate its antibacterial activity for water treatment purposes. Its morphological characteristics were evaluated by instrumental techniques, such as scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The characterization results indicated that the nanocomposite presented nanoparticles of approximately 25 nm well dispersed in transparent and large (14 μm) graphene nanosheets. The antibacterial activity was evaluated in a batch experiment using a concentration of 40 μg mL-1 of nanocomposite (MnFe2O4-G, bare MnFe2O4 nanoparticles or graphene oxide), 1x105 CFU mL-1 of Escherichia coli, and 8 h of contact time at room temperature. The highest antibacterial capacity was observed for the hybrid nanocomposite (91.91%), due to the synergic effect of graphene and MnFe2O4 nanoparticles. Various mechanisms were proposed to explain the effective antibacterial activity of MnFe2O4-G, such as wrapping, oxidative stress, sharp-edge cutting effect, among others. The results showed that MnFe2O4-G is a potential alternative in water treatment processes as an antibacterial agent.

Resumo Nos últimos anos, o crescimento econômico e populacional causou um aumento na demanda de energia, o que, por consequência, impulsionou o desenvolvimento e as melhorias de sistemas de energia renovável, e em especial no Brasil, da energia proveniente de painéis fotovoltaicos. Diante deste cenário, este artigo objetivou otimizar o sistema de geração de energia solar fotovoltaica de uma empresa com a finalidade de contribuir com a matriz energética e o desenvolvimento sustentável urbano pela aplicação da modelagem matemática e simulação com o uso do software MATLAB® (versão 2018), por meio da análise de dados meteorológicos e das especificações do sistema de módulos, por um período de 12 meses. No total, foram apresentadas três simulações que otimizaram o sistema instalado. No entanto, foi possível ressaltar o melhor modelo proposto, que resultou em 75.220 kWh/ano de geração de energia e proporcionou um ganho de geração de 2,35%, correspondente a 8,58 dias a mais de geração em relação ao sistema instalado. Portanto, a simulação computacional como ferramenta de otimização na geração de energia solar fotovoltaica mostrou ser uma prática de gestão de recursos eficaz aplicada no contexto urbano, de modo a contribuir para o atendimento dos objetivos do desenvolvimento sustentável da Agenda 2030.

Abstract In recent years, economic and population growth has caused an increase in energy demand, which has consequently boosted the development and improvement of renewable energy systems and, especially in Brazil, of energy from photovoltaic panels. Given this scenario, this article aimed to optimize a company's photovoltaic solar energy generation system in order to contribute to the energy matrix and sustainable urban development through the application of mathematical modeling and simulation using the MATLAB® software (version 2018). The analysis of meteorological data and specifications of the module system were carried out for a period of 12 months. In total, three simulations were presented that optimized the installed system. However, it was possible to highlight the best model proposed, which resulted in 75,220 kWh / year of energy generation and provided a generation gain of 2.35% corresponding to 8.58 more days of generation in relation to the installed system. Therefore, computer simulation as an optimization tool in the generation of photovoltaic solar energy demonstrated to be an effective resource management practice applied in the urban context, in order to contribute to meeting the sustainable development objectives of Agenda 2030.

Resumo O presente estudo consistiu em avaliar a eficiência dos processos de coagulação/floculação, sedimentação e filtração, utilizando a associação do coagulante natural obtido de Moringa oleifera Lam (MO) e do coagulante sintético policloreto de alumínio (PAC) para tratamento de água. Foi utilizada água bruta proveniente da bacia do Rio Pirapó, Maringá, PR, Brasil. Os ensaios de coagulação/floculação e sedimentação foram realizados em Jar Test. Na etapa de filtração utilizou-se um filtro rápido de camada dupla de areia e antracito. A qualidade da água e a eficácia do processo foram avaliadas por meio da análise de parâmetros físicos, químicos e bacteriológicos, além da determinação do tamanho dos flocos e potencial zeta. A utilização da MO contribuiu para a redução da demanda requerida do coagulante sintético PAC. A associação dos coagulantes com 80%/20% ou 60%/40% de MO/PAC garantiram a melhoria dos parâmetros de qualidade, tais como cor aparente, turbidez e UV254nm, assim como a possibilidade de produção de água com o padrão de potabilidade adequado.

Abstract This study evaluated the efficiency of coagulation/flocculation, sedimentation and filtration processes using the combination of natural coagulant from Moringa oleifera Lam (MO) and synthetic coagulant aluminum polychloride (PAC) for water treatment. Raw water was obtained from the Pirapó River Basin, Maringá, Paraná State, Brazil. Coagulation/flocculation and sedimentation assays were carried out in a Jar Test. A two-layer rapid filter filled with sand and anthracite was used in the filtration stage. Water quality and therefore the efficiency of the process were determined by means of the analysis of physical, chemical and bacteriological parameters, including the determination of floc size and zeta potential. The utilization of MO contributed to the reduction of the required demand of synthetic coagulant PAC. The association of coagulants, with 80%/20% or 60%/40% of MO/PAC, ensured an improvement of water quality parameters, such as apparent color, turbidity and UV254nm, as well as the possibility of water production with adequate potability standard.

Resumo Neste estudo, uma membrana polimérica combinada com carvão ativado granular (CAG) impregnado com nanopartículas de óxido de cobre foi avaliada em um processo híbrido com membrana. A avaliação do sistema gravitacional proposto visando a melhoria da qualidade da água destinada ao consumo humano em países em desenvolvimento foi realizada avaliando-se o fluxo permeado, pH, remoção de Escherichia coli, cor, turbidez e a remoção de cloro livre. Técnicas instrumentais tais como adsorção de N2 a 77 K, microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e análises de espectroscopia de raios-x por dispersão em energia (EDX) foram utilizadas para caracterizar o sistema proposto de membrana e adsorvente. O CAG garantiu maiores remoções de cloro, e também maior fluxo permeado. Além disso, o CAG impregnado com nanopartículas de óxido de cobre exibiu maior remoção de E. coli. Portanto, o sistema de membrana gravitacional híbrido utilizando CAG impregnado com óxido de cobre pode ser considerado como um tratamento potencial alternativo pontual para melhorar a qualidade da água destinada ao consumo humano.

Abstract This study evaluates the application of a polymeric microfiltration membrane in a gravitational filtration module and its combination with granular activated carbon (GAC) impregnated with copper, resulting in a hybrid process. The proposed system would be used to improve the quality of water for human consumption in developing countries. Permeate flux, pH, Escherichia coli removal, color, turbidity and free chlorine removals were evaluated in the applied process. Instrumental techniques, such as N2 adsorption at 77 K, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) analyses were used to characterize the proposed membrane and adsorbent. The GAC ensured higher chlorine removals, as well as higher permeate flux. Furthermore, the GAC impregnated with copper oxide nanoparticles exhibited higher Escherichia coli removal. Therefore, the hybrid gravitational membrane system applying GAC impregnated with copper oxide could be considered as a potential alternative point-of-use treatment to improve the quality of water for human consumption.