Resumo Membranas de compósitos Pd/α-Al2O3 com uma e duas camadas de Pd foram preparadas pelo processo electroless plating sobre tubos cerâmicos porosos. A análise de espectroscopia por dispersão de energia confirmou a composição química do suporte cerâmico (Al e O) e da membrana com Pd (Al, O e Pd), bem como a espessura da camada de Pd de 0,8 μm (uma camada) e 1,3 μm (duas camadas). As imagens de microscopia eletrônica de varredura mostraram que a superfície da membrana foi mais uniforme com uma camada do que duas camadas de Pd. O difratograma de raios X registrou picos referentes à fase α-alumina. A porosimetria por intrusão de mercúrio apresentou diâmetro de poro em torno de 5 nm e volume máximo de Hg intrudado de 0,0081 cm3.g-1. Os testes de permeabilidade aos gases mostraram que as membranas possuem seletividade α de 3,79 para o par H2/CO2 com um camada de Pd e de α=3,43 para o par H2/CH4 com duas camadas de Pd.

Abstract Composite membranes Pd/α-Al2O3 with one and two Pd layers were prepared by electroless plating process on porous ceramic tubes. The analysis by energy dispersive spectroscopy confirmed the chemical composition of the ceramic support (Al and O) and of the membrane with Pd (Al, O and Pd), as well the thickness of Pd layer of 0.8 μm (one layer) and 1.3 μm (two layers). Scanning electron microscopy images showed that the surface membrane was more uniform with one layer than two Pd layers. The X-ray diffraction pattern recorded peaks assigned to α-alumina phase. Mercury intrusion porosimetry showed a pore diameter around 5 nm and maximum intruded Hg volume of 0.0081 cm³.g-1. Gas permeability tests showed that the membranes had selectivity α of 3.79 for H2/CO2 pair with one Pd layer and α=3.43 for H2/CH4 pair with two Pd layers.

Abstract A microwave-assisted hydrothermal (MAH) method was employed to synthesize TiO2 nanotubes (TNTs) and these were compared to the conventional hydrothermal (CH) method. The nanotubes were characterized for their crystallinity, morphology, surface area and photocatalytic activity. The TiO2 P25 was used for comparison purposes and efficiently degraded both dyes. However, methylene blue was adsorbed on the nanotube surfaces, which can be attributed to the electrostatic interaction between the cationic methylene blue and the negatively charged TNT surface. On the other hand, all nanotubes had a photocatalytic performance with methyl orange (anionic dye). Additional degradation was observed for nanotubes synthesized via the MAH method at 150 °C. This can be directly related to their larger surface area. Adsorption mechanisms of TNTs were also discussed by applying the Langmuir and Freundlich isotherm. The results show an efficient dye wastewater treatment through the application of TNT photocatalyst.

Resumo Este trabalho teve como objetivo investigar a obtenção e a caracterização de espinélio MgAl2O4 nanoestruturado através de diferentes rotas de síntese por combustão em solução. O espinélio MgAl2O4 foi sintetizado utilizando os precursores químicos nitrato de alumínio e nitrato de magnésio como fontes dos cátions metálicos e a sacarose como combustível, em regime de combustão contínua (SCCS) e em batelada (CS), seguido de tratamento térmico. Na caracterização dos pós obtidos, foram utilizadas as técnicas de análise termogravimétrica, adsorção gasosa para a análise da área superficial, granulometria por difração de laser, difração de raios X, microscopia eletrônica de transmissão para análises cristalográficas, e morfologia por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Ambas as rotas apresentaram pós de elevada pureza e cristalitos nanométricos na forma de agregados micrométricos, cujas propriedades variaram em função da razão óxido/combustível. As análises por MEV confirmaram a agregação das partículas do pó, a partir de partículas com morfologia irregular e porosa. A rota SCCS resultou em pó com propriedades similares ao da rota CS com a vantagem de ser um processo contínuo com alto potencial para produção em escala industrial.

Abstract This study aimed to investigate the synthesis and characterization of nanostructured MgAl2O4 spinel by different routes of combustion in solution. The MgAl2O4 spinel was synthesized using aluminum nitrate and magnesium nitrate as the sources of metal cations and sucrose as fuel in continuous combustion system (SCCS), and sequencing batch (CS), followed by heat treatment. The obtained powders were characterized by thermogravimetric analysis, gas adsorption for surface area analysis, laser diffraction for particle size measurement, X-ray diffraction, transmission electron microscopy for crystallographic analysis, and scanning electron microscopy (SEM) for powder morphology analysis. Both routes provided high purity powders and nanosized crystallites in the form of micrometric aggregates, whose properties varied depending on the oxide/fuel ratio. The SEM analyzes confirmed the aggregation of powder particles, as particles with irregular and porous morphology. The SCCS route resulted in a powder with similar properties to the CS route with the advantage of being a continuous process with high potential for industrial scale production.

This paper aims the morphological and structural characterization of ceramic membranes of mullite and their application in the removal of Escherichia coli. A complex irregular structure presented by the pores of the membrane was verified by scanning electron microscopy (SEM). The average pore size and distribution were determined by mercury intrusion porosimetry. The average pore size of the material presented was 0,39 µm. Microfiltration tests resulted in a protein retention of 46, 76 and 89% for trypsin (TR), egg albumin (EA) and bovine serum albumin (BSA), proving the efficiency of the membrane microfiltration tests for molecular weight of 69 kDa. The application of the membranes on the retention of gram-negative bacterium E. coliresulted in a 66% efficiency at a pressure of 200 kPa and a 98% efficiency when applied a pressure of 50 kPa. Therefore, the use of mullite membranes show limited efficiency towards bacteria retention. Nevertheless, they present fluxes similar to other materials proposed in the literature.

ResumoPorcelanas aluminosas contendo diferentes concentrações de Fe2O3 foram sinterizadas em atmosfera oxidante e redutora. A microestrutura e fases formadas foram investigadas com o auxílio de difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura. Espectroscopia de impedância foi utilizada para estudar as propriedades elétricas. Os resultados indicaram que todas as amostras apresentaram mulita e coríndon como fases majoritárias e pequenas frações de quartzo. A adição de Fe2O3 provocou o surgimento de hematita nas amostras sinterizadas em atmosfera oxidante e, ferro metálico nas amostras contendo > 3%p sinterizadas em atmosfera redutora. Os espectros de impedância indicam que as características da fase vítrea e interface entre fase vítrea /fases cristalinas regem o comportamento elétrico global das amostras. Não obstante, diferentes atmosferas de queima provocam efeitos opostos na resistividade elétrica das porcelanas contendo Fe2O3. A presença de hematita foi considerada a responsável pela diminuição da resistividade elétrica nas amostras sinterizadas em atmosfera oxidante, enquanto que o aumento na resistividade elétrica das amostras sinterizadas em atmosfera redutora foi atribuído à elevada quantidade de fase vítrea e porosidade. Estes resultados indicam que atmosfera redutora durante a queima pode favorecer o uso de matérias-primas com maiores concentrações de Fe2O3, desde que todo óxido de ferro tenha se dissolvido na fase liquida durante a queima.

AbstractAluminous porcelain containing different Fe2O3 concentrations were sintered in oxidizing and reducing atmosphere. The microstructure and crystalline phase formation were investigated by scanning electron microscopy and X-ray diffraction. Electrical properties were investigated by Impedance spectroscopy. The results indicated that all samples showed mullite and corundum as major phases and small fractions of quartz. The addition of Fe2O3 caused the appearance of hematite in samples sintered in oxidizing atmosphere and metallic iron for the samples containing > 3%wt. and sintered in reducing atmosphere. The impedance spectrum indicates that the glass phase and crystal/glassy phase interface govern the overall electrical behavior of the samples. However, different firing atmospheres cause opposite effect on the electrical resistivity of the porcelain containing Fe2O3. The presence of hematite was considered to be responsible for the decrease in resistivity for samples sintered in oxidizing atmosphere, whereas the increase in the resistivity of the sample sintered in a reducing atmosphere was attributed to the high amount of glassy phase and porosity. These results indicate that reducing atmosphere during firing may favor the use of raw materials with higher concentrations of Fe2O3, since all iron oxide have been dissolved into the melting phase during the sintering of porcelain bodies.

A região de Pântano Grande, RS, é conhecida pela qualidade de seus caulins. Nesta região, incluindo-se as cercanias das cidades de Gravataí e Viamão, encontra-se uma argila plástica de cor de queima clara, mas com característica refratária. Ressalva-se a importância desta argila, pela dificuldade de se obter argilas plásticas a distâncias convenientes para indústria cerâmica. Neste trabalho, foi realizada a caracterização tecnológica desta argila. As propriedades de queima foram avaliadas para a faixa de temperatura de 1200 ºC a 1400 ºC, incluindo-se uma mistura com uma argila refratária e queima a 1300 ºC. Após, investigou-se o comportamento de gresificação por meio de misturas com fundentes sódicos, potássicos e cálcicos, analisando-se também a resistência mecânica à flexão. Deste modo, obteve-se a completa caracterização da referida argila, destacando-se o potencial de aplicação da mesma.

The region of Pantano Grande, RS, Brazil, is known by the quality of its kaolins. In this region, including the nearby of the cities of Gravataí and Viamão, there is a plastic clay of clear firing color, but with refractory characteristic. The use of this clay is very attractive, since it is difficulty to get plastic clays at convenient distances for the ceramic industry. In this work, it was carried out the technological characterization of this clay. The firing properties have been evaluated for the temperature range 1200 ºC-1400 ºC, including a mixture with a refractory clay and fired at 1300 ºC. It was investigated the firing behavior of mixtures with Na, K, and Ca fluxes, including the analysis of the mechanical strength. In this way, it was performed a complete characterization of the related clay, and highlighted its potential of application.

Investigou-se o deslocamento dos íons SO4(2-) e Ca2+ em uma cerâmica vermelha, simulando o processo de eflorescência. Foram moldados corpos cerâmicos (70 x 27 x 9 mm³) por extrusão a vácuo, formulados com diferentes teores de CaSO4.2H2O (0, 2, 4, 8, 16% em peso) e queimados a diferentes temperaturas (800, 850, 900, 950 °C) por 12 h. A microestrutura foi avaliada quanto à absorção de água, porosidade aparente e distribuição de tamanho de poros. A eflorescência foi avaliada segundo a norma ASTMC67/2003 e por ensaios de solubilização dos íons SO4(2-) e Ca2+ após períodos de 1 h com os corpos cerâmicos imersos em água quente e por 7, 14 e 28 dias consecutivos com os corpos cerâmicos submersos em água fria. Também foram realizados testes de condutividade elétrica nos solubilizados dos corpos cerâmicos durante os períodos de 1 h e de 7 dias de ensaio e avaliou-se a potencialidade desses íons na formação do fenômeno em função da temperatura. Na quantificação do fenômeno de eflorescência foi desenvolvida uma metodologia por análise de imagem. Os resultados obtidos permitiram estabelecer uma relação entre a eflorescência dos íons investigados, propriedades físicas (absorção de água e porosidade aparente), distribuição do tamanho dos poros, solubilização e condutividade elétrica.

The displacement of SO4(2-) and Ca2+ ions in a red-clay ceramic, simulating the process of efflorescence, was studied. Ceramic bodies were molded (70 × 27 × 9 mm³) by vacuum extrusion formulated with different contents of CaSO4.2H2O (0%, 2%, 4%, 8%, and 16% in weight) and fired at different temperatures (800, 850, 900, and 950 °C) for 12 h. Ceramic bodies were characterized in terms of water absorption, apparent porosity and pore size distribution. Efflorescence was evaluated according to the norms of ASTMC67/2003. The solubilization of SO4(2-) and Ca2+ ions was tested after 1 h with the ceramic bodies immersed in hot water as well as after 7, 14 and 28 consecutive days with the ceramic bodies immersed in cold water. Electrical conductivity tests were also carried out in the solubilized material from ceramic bodies 1 h and 7 days after the beginning of the assay, where the potential of these ions in the formation of efflorescence as a function of temperature was evaluated. In the quantification of efflorescence, a new image analysis methodology was developed. The results allowed establishing a relationship between the efflorescence of the investigated ions, physical properties (water absorption and apparent porosity), pore size distribution, solubilization and electrical conductivity.

Investigou-se a atuação de uma rocha com espodumênio como fundente em massas cerâmicas, analisando-se sua reatividade com outras matérias-primas, como quartzo e caulim. Primeiramente, caracterizou-se petrograficamente o pegmatito de onde se extrai esse fundente. Posteriormente avaliou-se o comportamento de moabilidade, fundência e deformação piroplástica da rocha com espodumênio. Analisou-se então sua influência nas propriedades tecnológicas finais das peças, principalmente em relação à temperatura de queima, às fases e à microestrutura. Comparou-se a gresificação com outros fundentes comerciais como a albita e o feldspato. O espodumênio mostrou maior capacidade de reduzir a temperatura de gresificação das peças que os fundentes tradicionais, promovendo a densificação por fluxo viscoso.

A spodumene rock was used as a flux in ceramic bodies, analyzing its reactivity to other raw materials such as quartz and kaolin. The petrology properties of the pegmatite (parent rock) from which the flux is extracted was characterized. The grindability, fluxing strength and pyroplastic deformation of the spodumene rock were investigated. The influence on technological properties of the final pieces, mainly in relation to the firing temperature, phases formation and microstructure were also further analyzed. The firing behavior to other commercial flux such as albite and feldspar were then compared. The spodumene rock was considered an effective flux, capable of reducing the firing temperatures of the tested bodies by viscous flow.

O uso de revestimentos compósitos de matriz polimérica e reforço cerâmico capazes de manter a flexibilidade e a elasticidade das fibras poliméricas, agregando propriedades típicas dos materiais cerâmicos (como ação bactericida ou fotocatalítica, resistência à chama, ao desgaste e à abrasão), tem atraído interesse da indústria têxtil. Baseado na técnica dip coating e usando fibras sintéticas de poliamida como substrato, foram produzidas suspensões de poliéster-uretana com partículas de alumina (tamanho médio de partícula 2,2 μm) para obtenção de revestimentos uniformes e espessos sobre o material base, poliamida 6. A viscosidade das suspensões foi controlada pela adição de carboximetilcelulose e avaliada por reometria rotacional. A distribuição granulométrica das suspensões também foi determinada. Os parâmetros operacionais do dip coating, i.e., velocidade de bobinamento e temperatura dos fornos, foram mantidos constantes em todas as amostras. O processo mostrou viabilidade para deposição uniforme do recobrimento avaliado, com espessura adequada, indicando ser promissor para revestir fibras, agregando propriedades de interesse tecnológico.

Ceramic reinforced polymer composite coatings that can retain the flexibility and elasticity of the polymeric fibers, being also able to incorporate the functionality of ceramic materials (e.g. fire, wear, or abrasion resistance, antibacterial performance, photocatalytic effect) are interesting to the processing of textile materials. In this work, polyester-urethane slurries with alumina particles (mean particle size: 2.2 μm) were developed based on the dip coating technique and using polyamide-6 synthetic fibers as the substrate, seeking to obtain an uniform and thick coating. The viscosity of the slurries was varied using carboxymethylcellulose as a rheological agent and evaluated by rotational rheometry. Particle size distribution of the slurries was also analyzed. The developed process successfully deposited a thick and homogeneous composite coating on the fibers, which has the potential of enhancing the original fiber properties and the technological interest towards this material.

No presente trabalho estudou-se a influência da adição de alumina nas propriedades da espuma vítrea. A alumina foi empregada com a finalidade de proporcionar uma maior refratariedade para os corpos cerâmicos. Foram investigados corpos cerâmicos à base de vidro sodo-cálcico moído, oriundo de embalagens de vidro transparente, calcário dolomítico e alumina. Os corpos cerâmicos foram formulados com teores de 3% e 5% em peso de calcário dolomítico, ambos sem e com 4% em peso de alumina, conformados por prensagem uniaxial e queimados entre 600 ºC e 1000 ºC, com uma taxa de aquecimento de 150 K/h. A caracterização tecnológica dos corpos cerâmicos envolveu a determinação da expansão volumétrica. A microestrutura foi avaliada por meio de microscopia óptica e eletrônica de varredura. Os resultados experimentais mostraram que a adição de alumina influencia a expansão volumétrica dos corpos cerâmicos, reduzindo a espumação significativamente.

In this work, the influence of the alumina addition on the properties of foam glass was studied. Alumina was introduced to the mixture in order to increase the refractoriness of the final product. Ceramic bodies were composed by ground soda-lime glass from transparent glass bottles, dolomitic lime and alumina. The ceramic bodies were formulated with 3 and 5 wt.% of dolomite lime, both without alumina and with 4 wt.% of this material, uniaxially pressed, and fired in the temperature range from 600 ºC to 1000 ºC at a heating rate of 150 K/h. The technological characterization of the ceramic bodies involved the determination of the volume expansion. The microstructure was investigated by optical microscopy and scanning electron microscopy. The experimental results show that the addition of alumina influenced the volume expansion of the ceramic bodies, decreasing the foaming.

Este trabalho propõe a deposição química de vapor assistida por chama como uma técnica alternativa para a obtenção de recobrimentos cristalinos de hidroxiapatita sobre substratos metálicos de aço inoxidável 316L. Esta é uma técnica recente, apresentando um enorme potencial na deposição de óxidos, principalmente pelo baixo custo de equipamentos e precursores. Neste trabalho, acetato de cálcio e fosfato de amônio, diluídos em etanol, foram utilizados como sais precursores. A razão molar Ca/P na solução precursora foi de 1,66, equivalente à da hidroxiapatita biológica. Os parâmetros de deposição variados foram: temperatura do substrato (500 e 550 ºC), fluxo da solução precursora (4, 8 e 12 mL/min) e tempo de deposição (5, 10 e 20 min). Os recobrimentos obtidos foram porosos, variando a espessura entre 66 e 757 µm em função dos parâmetros de deposição. Análises por difração de raios X identificaram a fase majoritária hidroxiapatita e indícios de fosfato tricálcico. Por espectroscopia de infravermelho foi possível identificar carbonatos, bem como os grupos hidroxila e fosfato, característicos da hidroxiapatita.

This work proposes the flame assisted chemical vapor deposition as an alternative technique to obtain crystalline hydroxyapatite coatings on AISI 316L stainless steel substrates. This is a novel technique that shows enormous potential for oxides deposition, mainly due to the low cost of equipment and precursors. In this work calcium acetate and ammonium phosphate, diluted in ethanol, were employed as precursor salts. A precursor solution with Ca/P molar ratio of 1.66, equivalent to biological hydroxyapatite, was used. The evaluated deposition parameters were: substrate temperature (500 and 550 ºC), precursor solution flux (4, 8 and 12 mL/min) and deposition time (5, 10 and 20 min). The coatings obtained were porous, and thickness varying between 66 and 757 µm as a function of deposition parameters. Analysis with X ray diffraction identified crystalline coatings, with the presence of a major phase hydroxyapatite, and traces of tricalcium phosphate (beta-TCP). Carbonates were identified by infrared spectroscopy, as well as phosphate and hydroxyl that are characteristic groups of hydroxyapatite.

A porcelana de cinza de ossos é amplamente aceita e alcança alto valor de mercado, entretanto, sua produção ainda é pouco difundida, de modo que sua fabricação e pesquisa são restritas a poucos países. Sendo o Brasil grande produtor de gado, apresenta grande potencial para a reciclagem de ossos, podendo-se encontrar aplicação destes em materiais cerâmicos. Neste trabalho foi feita uma análise comparativa das características técnicas entre uma formulação de porcelana obtida com cinzas de ossos conforme a receita tradicional inglesa e uma formulação de porcelana tradicional. Os resultados mostraram que a sinterização de porcelana de cinzas de ossos requer cuidados extras em ciclos rápidos de queima quando comparada à porcelana tradicional, devido a um menor intervalo de gresificação. No entanto, a maior resistência mecânica e as qualidades estéticas, destacando-se a elevada alvura, fazem desta porcelana bastante atrativa em termos de potencial de aplicações industriais.

Porcelains from bone ash are widely accepted and present high market value, however, their manufacture and research are still restricted to few countries. As a great producer of cattle, Brazil presents great potential for the recycling of cattle bone into ceramic materials. In this work, it was realized a comparative investigation of technical properties of a typical porcelain composition manufactured from bone ash according to English traditional composition and a traditional porcelain. The results revealed that it is more difficult to sinter bone porcelain in fast firing cycles, once it showed shorter firing intervals compared to traditional porcelains. However, the higher mechanical strength and better aesthetic qualities, especially its whiteness, make bone porcelains very attractive materials in terms of industrial applications potential.

A microestrutura de uma porcelana tradicional, queimada a diferentes temperaturas, foi analisada e relacionada com suas propriedades técnicas. Investigou-se por ceramografia a morfologia de fases, determinando-se a presença de quartzo, mulita primária e mulita secundária. Este estudo foi apoiado por análise de microssonda EDX e difratometria de raios X. As propriedades dos corpos-de-prova sinterizados mostram-se fortemente influenciadas pela fase vítrea e pelas fases cristalinas presentes, estas últimas preponderantes na definição da resistência mecânica final e tenacidade das peças.

The microstructure of traditional porcelain sintered at different temperatures was analyzed and related to technical parameters. The morphology of the phases was investigated. Quartz, primary mullite and secondary mullite were found. The results were supported with experimental data using EDX and X-ray diffraction analysis. The properties of the sintered samples show to be strongly affected by vitreous phases, and this determine the quality of the ceramic pieces. The best sintering temperature was also a consequence of vitreous phase properties, like porosity. The crystalline phases were found responsible for the achieved strength .

As propriedades finais de uma porcelana tradicional, incluindo sua resistência mecânica, são conseqüência do processamento cerâmico que lhe deu origem, desde as matérias-primas e suas características, processo de conformação e temperatura, tempo, tipo e atmosfera de queima. Estes fatores determinam a complexidade da microestrutura, a partir do desenvolvimento de fases que promovem. São na sua maioria variáveis de difícil controle, tornando difícil a previsão das propriedades finais e, dentre essas, a resistência mecânica do corpo cerâmico. Desde o século passado, várias teorias surgiram na tentativa de se explicar os fenômenos que governam a resistência mecânica. Algumas dessas foram recentemente revisadas devido à disponibilidade de novas técnicas analíticas. Este trabalho apresenta um overview da literatura sobre resistência mecânica de porcelanas, utilizando trabalhos de vários pesquisadores e acrescendo dados de investigações próprias e recentes sobre o tema.

The properties of traditional porcelain, including its mechanical strength, are a consequence of the ceramic processing that formed the piece, and then, raw materials and their characteristics, forming process, firing atmosphere, time and temperature. These parameters determine the complexities of microstructure and phase development, which are difficult to be controlled and makes almost impossible to predict porcelain final properties. Since the last century, many theories have been developed to explain the strength of porcelain, and some have recently been revised and improved due to the development of new analytical techniques. This work shows an overview on the literature, which comprises new discussions and theories about porcelain strength, including authors´ own investigations.

A técnica de conformação eletroforética é apresentada como uma alternativa viável para a produção de monolitos cerâmicos de cordierita. A matriz utilizada para a conformação das estruturas cerâmicas contém 109 condutos em paralelo. Os monolitos produzidos foram ensaiados quanto à área superficial, porosidade e resistência mecânica. Demonstra-se que a produção de monolitos por esta via é possível não só quanto sua facilidade de construção como também pela suas características adequadas para a utilização em substratos catalíticos.

The use of the eletrophoretic phenomena is presented as na alternative forming technique to produce cordierite ceramic monolite is presented as an alternative of conformation technique. An equipment contained 109 channels was used to manufacture the pieces. The monolits produced by means of eletrophoretic technique were tested and analyzed, showing the possibilities of this technique.