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    Resumo IPEN-doc 30296
    Using TiO2-biocharcoal for photodisinfection in water contaminated with Escherichia coli
    2023 - FERRO, D.M.; KOTANI, P.O.; PAVARIN, L.; AFFONSO, R.; ORTIZ, N.
    Introdução: Along the years water availability reduced as the population increased, polluted hydric bodies became a very alarming problem. Due to the water availability and quality decay cientists developed disinfection procesess as Advanced Oxidation Process (AOP). The use of a catalyst with photocatalytic activity can enhance hydroxyl radicals (OH?) production for disinfection and pollutants degradation. In this present work the TiO2-Biocharcoal is used to promote inactivation of Escherichia coli on water; experiments proved that this disinfection system is sucessfull, indicating that this can be a good alternative to existing water treatments. Objetivos: Evaluate the use of TiO2-Biocharcoal in the photodisinfection process in water contaminated by Escherichia coli. Métodos: TiO2 synthesis using sol-gel process with titanium isopropoxide and Biocharcoal powder as a biotemplate, after the acid hydrolisys the material suffered a drying process that lasted overnight at a 100°C. The photodisinfection test occurred with the Escherichia coli strain DH5a grown in the laboratory and 0.05 g of TiO2-Biocharcoal; both were added to a suspension in the experimental reactor. The total reaction lasted for 60 minutes in the solar chamber with all parameters controlled. The collected suspension aliquots started in the minute 0 before the reaction, the others in the minutes 15, 30, 45 and 60 of agitation and light exposure. The Petri plated aliquots were on LB Agar and after 16 hours of incubation the counting of the emerged colonies was made by the software (OpenCFU). For bacterial counts and kinetic calculations 6 samples were selected for this work. Resultados: The Scanning Electron Microscopy (SEM) micrograph presented the TiO2-Biocharcoal enhanced surface area and microstructure obtained by biotemplate addition in the synthesis of the catalyst, also, the X-Ray Difratometry (XRD) indicated that the crystalline structure of the material correspond with the anatase form which is the most suitable structure for photocatalysis. The bacterial inactivation percentage was above 90% for 1 hour of solar radiation exposure. Kinetics models indicated better correspondence with the Hom model. Conclusão: The inactivation of the Escherichia coli strain DH5a was sucessfull with the adition of 0.05 g of TiO2- Biocharcoal in the sample; this was confirmed by the photodisinfection kinetics studies. The use of solar energy to promote disinfection is a sustainable alternative and generates less toxic products than treatments based on the use of chlorine, representing an option for remote areas that do not have infrastructure and access to conventional water treatments.
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    Dissertação IPEN-doc 30082
    Utilização do TiO2-Diatomito em processos de fotodesinfecção em águas contaminadas por bactérias
    2023 - KOTANI, PALOMA O.
    A água é essencial para a existência da vida, e um direito fundamental para o ser humano. Porém, sua qualidade e disponibilidade são reduzidas por atividades humanas no meio ambiente. Atualmente ainda existem muitos territórios sem saneamento básico ou com instalações para fornecimento de água precárias que favorecem o contato da população com águas contaminadas por microrganismos, como a bactéria Escherichia coli (E. coli), acarretando uma série de doenças e problemas de saúde pública. O fornecimento de água de qualidade para a população é um dos principais objetivos de desenvolvimento sustentável (ODS) da Organização das Nações Unidas (ONU), sendo o Brasil um dos signatários. Devido à preocupação com a saúde pública e saneamento básico, torna-se necessário o estudo e desenvolvimento de tecnologias econômicas e ecologicamente viáveis para a desinfecção de corpos d'água contaminados, como os processos oxidativos avançados (POA). O estudo teve como objetivo a avaliação do material fotocatalisador dióxido de titânio (TiO2) sintetizado com o biotemplate diatomito (Dt) em processos de fotodesinfecção solar em amostras com E. coli e de água de lavagem de máquinas de lavar roupa doméstica. Após a síntese do TiO2-Dt preparado com 0,05 g de Dt, foi realizada a análise da estrutura cristalina por Difratometria de raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), análise térmica (TGA), análise de área superficial por BET, e determinação do potencial zeta. Os experimentos de fotodesinfecção foram realizados em uma câmara solar sob condições controladas, empregando lâmpadas solares incandescente e LED, e foram realizados experimentos na área externa do laboratório, com exposição à radiação do Sol. Todas as coletas das amostras foram realizadas alterando-se o tempo de exposição à radiação, de 60 a 180 minutos. O material sintetizado apresentou estrutura cristalina correspondente ao TiO2 na forma anatase e manteve a microestrutura característica do diatomito, com elevada área superficial (217 m.g-1) e carga negativa predominante nas partículas. Os ensaios com inóculo da bactéria E. coli apresentaram inativação bacteriana no processo de fotodesinfecção após 60 minutos de radiação, em amostras contendo 0,5 g/L de TiO2-Dt. Os ensaios realizados com amostras de água de lavagem apresentaram desinfecção no primeiro tempo de coleta, após 30 minutos sem exposição à radiação, com porcentagem de inativação bacteriana acima de 90%. Após a otimização dos parâmetros de processo, diminuindo-se o tempo de coleta e sem a agitação prévia no escuro, foi possível verificar a fotodesinfecção de amostras com água de lavagem contendo 0,05 g de TiO2-Dt, com porcentagem de inativação acima de 96%. Os resultados obtidos no estudo cinético apresentaram uma regressão curvilínea com a presença de uma cauda ou ombro, indicando maior correspondência com o modelo de Hom. Os experimentos realizados sem luz, sob as mesmas condições e parâmetros, apresentaram crescimento bacteriano em todo tempo, confirmando o processo de fotodesinfecção e evidenciando a importância da presença da radiação solar no processo. Estes resultados permitiram também a verificação da baixa toxidez do material TiO2-Dt, confirmando tratar-se de um processo com geração de radicais livres desinfetantes. O estudo apresentou resultados promissores para o desenvolvimento acessível e eficiente de fotoesterilização de águas contaminadas por microrganismos, empregando a energia solar, abundante em todo território nacional.
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    Resumo IPEN-doc 29548
    Using TiO2-Diatomite for photodisinfection in contaminated wastewater
    2022 - KOTANI, PALOMA O.; FERRO, DAPHNE M.; TAVARES, LAURA P.; AFFONSO, REGINA; ORTIZ, NILCE
    INTRODUCTION: The urban pressure reduced water availability and quality through the years, promoting the development of water treatment and disinfection processes such as the Advanced Oxidation Process (AOP). A highly efficient catalyst with Diatomite as biotemplate and solar energy can enhance hydroxyl radicals (OH) production for disinfection and pollutants degradation. Preliminary TiO2-Diatomite experiments with Escherichia coli provided valuable insights on its photodisinfection efficiency, legitimating its usage in the wastewater samples presented in this study. OBJECTIVES: Evaluate the use of TiO2-Diatomite in photodisinfection process in contaminated wastewater. MATERIALS AND METHODS: TiO2 synthesis used titanium isopropoxide sol-gel process with Diatomite powder, the filtration step followed the mixed water suspension, and the drying process lasted overnight. The wastewater samples were collected from a household washing machine and 0.05 g of TiO2-Diatomite were added in the photodisinfection reactor. The total reaction lasted for 90 minutes in the solar chamber with all parameters controlled. The suspension aliquots were collected after 30 minutes of agitation and plated on LB agar at Petri plates. After incubation, the emerged colonies were counted through software (OpenCFU) and the data processed using R programming language. DISCUSSION AND RESULTS: The Scanning Electron Microscopy (SEM) micrograph of TiO2-Diatomite presented enhanced surface area and microstructure obtained by biotemplate addition. The bacterial inactivation percentage was above 75 % for 1 hour of solar radiation exposure. Kinetics models indicated better correspondence with interparticle reaction. CONCLUSION: Photodisinfection kinetics studies provided more efficient bacterial inactivation with the addition of 0.05 g of TiO2-Diatomite in the sample. The study presents an affordable and sustainable treatment using a viable renewable energy source for application in distant areas with contaminated effluents with the addition of a reagent easily obtained by government agencies.
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    Resumo IPEN-doc 29152
    Utilização de TiO2 microestruturado com biocarvão para desinfecção solar catalítica de efluentes contaminados por microorganismos
    2022 - FERRO, DAPHNE; KOTANI, PALOMA; PAVARIN, LAURA; AFFONSO, REGINA; ORTIZ, NILCE
    No Brasil, o Novo Marco Legal do Saneamento Básico demanda que 99% dos cidadãos brasileiros devem ter acesso à água potável até 2033. Neste sentido, muitos processos de tratamento de água estão sendo desenvolvidos empregando diversas tecnologias, incluindo a fotocatálise, a radiação solar e a ultravioleta. Estes processos de tratamento e desinfecção solar são favoráveis principalmente considerando a localização geográfica brasileira empregando a luz solar que causa danos severos no DNA de patógenos. O semicondutor escolhido para a fotocatálise heterogênea foi o dióxido de titânio, que apresenta baixa toxicidade e possui reservas abundantes no Brasil. Este composto é um dos mais empregados em fotocatálise porque promove eficientemente a produção de sítios oxidantes e redutores na superfície, facilitando o surgimento de radicais HO• e H•. No entanto, para a utilização como catalisador é necessário que o dióxido de titânio possua a estrutura cristalina anatase e microestruturas estáveis que conferem elevados valores de área superficial e porosidade. A estrutura catalítica porosa foi obtida com a adição do biocarvão de eucalipto reflorestado como biotemplate, na moldagem do dióxido de titânio no processo de síntese sol-gel e resultou em uma estrutura de elevada porosidade. Desta forma, foi obtido os sítios de adsorção e interação, com significativo aumento do efeito sinérgico para a fotodesinfecção. A eficiência do processo de fotodesinfecção foi avaliada por meio da contagem do número de colônias da bactéria Escherichia coli, sendo essa onipresente nos efluentes domésticos. Processos de fotodesinfecção realizados com água de lavagem contendo esta bactéria se mostram promissores, com o emprego de 0,05g de dióxido de titânio microestruturado com biocarvão a porcentagem de redução no número de colônias de bactérias foi acima de 80% em uma hora de exposição. A otimização do processo de fotodesinfecção pode viabilizar uma nova alternativa aos métodos de desinfecção utilizados no país.
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    Artigo IPEN-doc 29059
    Possible approachs to Generation IV reactors
    2022 - ALMEIDA, MADISON C. de; PAIXAO, CLAUDIA M.; ARQUINTO, JULIANA; KOTANI, PALOMA O.; MARINHO, THAYNA C.; ALONSO, VANESSA M.; ANDRADE, DELVONEI A. de
    World is changing in terms of pursuing new energy technologies, and nothing different happens with nuclear. The Generation IV initiative depicts a new revolution in terms of electricity supply for the future. The proof of concept originated in the Generation IV forum, which listed six possible technological routes for a future of nuclear generation based on fissile material, which includes safety requirements, nuclear energy efficiency and less waste generation, in terms of new reactors concepts. These are the very high temperature reactor (VHTR); supercritical water-cooled reactor (SCWR); molten salt reactor (MSR); gas-cooled fast reactor (GFR); sodium cooled fast reactor (SFR); and lead-cooled fast reactor (LFR). The present study explored the possibilities, the obstacles, as well as the challenges to be overcome, for the Very High Temperature Reactor (VHTR). Despite other technological paths have their benefits, VHTR technology seems to be versatile; it originates on the advancement of another type, the High Temperature Reactor (HTR). USA, Germany and UK were main countries in this avant-garde research. In addition to generating electrical energy, VHTR can provide heat for industrial sectors and other applications. Like any nuclear technology, challenges regarded to safety and the environment are key points in the implementation of the system. VHTR was here prospected, with its “pros and cons”; as a promising way to a safe nucleoelectric energy. Summarizing, VHTR is shown as a possible alternative, as long as studies of high-strength materials go ahead. In short, the reactor becomes a viable source of thermonuclear generation, also associated with hydrogen production.
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    Artigo IPEN-doc 28821
    Very high temperature reactor (VHTR)
    2022 - ANDRADE, DELVONEI A. de; ALMEIDA, MADISON C. de; ALONSO, VANESSA M.; PAIXAO, CLAUDIA M.; ARQUINTO, JULIANA; KOTANI, PALOMA O.; MARINHO, THAYNA C.
    The Generation IV reactors depict a revolution in terms of electricity supply for the future. The proof of concept originated in the Generation IV forum, which listed six possible technological routes for a future of nuclear generation based on fissile material, which includes safety requirements, nuclear energy efficiency and less waste generation. These are the very high temperature reactor (VHTR); supercritical water-cooled reactor (SCWR); molten salt reactor (MSR); gas-cooled fast reactor (GFR); sodium cooled fast reactor (SFR); and lead-cooled fast reactor (LFR). The present study explored the possibilities, the obstacles, as well as the challenges to be overcome, for the Very High Temperature Reactor (VHTR). VHTR technology seems to be versatile; it originates on the advancement of another type, the High Temperature Reactor (HTR). USA, Germany and UK were main countries in this avant-garde research. In addition to generating electrical energy, VHTR can provide heat for industrial sectors and other applications. Like any nuclear technology, challenges regarded to safety and the environment are key points in the implementation of the system. VHTR was here prospected, with its “pros and cons”; as a promising way to a safe nucleoelectric energy. Summarizing, VHTR is shown as a possible alternative, as long as studies of high-strength materials go ahead. In short, the reactor becomes a viable source of thermonuclear generation, also associated with hydrogen production.
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    Artigo IPEN-doc 28304
    Very High Temperature Reactor (VHTR)
    2021 - ALMEIDA, MADISON C. de; PAIXAO, CLAUDIA M.; ARQUINTO, JULIANA; KOTANI, PALOMA O.; MARINHO, THAYNA C.; ALONSO, VANESSA M.; ANDRADE, DELVONEI A. de