SONIA REGINA HOMEM DE MELLO CASTANHO

SONIA REGINA HOMEM DE MELLO CASTANHO

(Fonte: Lattes)

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Resumo

Graduada em Engenharia de Materiais (UFSCar, Universidade Federal de São Carlos), Mestre em Tecnologia Nuclear (IPEN/USP, Universidade de São Paulo) e Doutora em Ciências Químicas-Cerâmicos (UAM/ES -ICV/CSIC, Universidad Autónoma de Madrid, Espanha e Instituto de Ceramica y Vidrio/CSIC de Espanha). Ela é Pesquisadora Senior e atualmente Gestora Adjunta em Pesquisa e Desenvolvimento do Centro de Ciências e Tecnologia de Materiais (CCTM) do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN/CNEN-SP). É Professora da Universidade de São Paulo (USP), no programa de posgraduação Tecnologia Nuclear - Materiais. Coordenadora do grupo de pesquisas (GP/CNPq) em Materiais e Meio Ambiente. Principais áreas de atuação: - Energias Renováveis (células a combustível, catalizadores e biomassa), - Ambiental (mitigação, inertização e requalificação de efluentes e subprodutos de processos extrativistas e industriais, diretivas ambientais (RhOS, WEEE)), - Cerâmicas Biocompatíveis (vidros, compósitos multifuncionais para a implantologia). Experiência em gestão de Centro de Pesquisas, gestão ambiental, gestão de projetos, planejamento composicional de materiais, processamento coloidal, reologia, vidros e vitroceramicos, compósitos multifuncionais e nanoestruturas naturais. (Texto extraído do Currículo Lattes em 27 dez. 2021)

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Obtenção de pós ceramicos dos sistemas c-Y2O3-ZrO2 e t–SiO2-ZrO2, atraves de técnicas de coprecipitação e sol-gel
2024 - YAMAGATA, C.; RODRIGUES, V.G.; MELLO-CASTANHO, S.
Dentre as zircônias estabilizadas, a YSZ, zircônia estabilizada com ítria, é uma das mais estudadas e testadas para futura aplicação na área nuclear. Devido suas excelentes propriedades mecânicas e resistência a danos de radiação, a YSZ torna-se um material interessante a ser utilizado como matriz cerâmica inerte para combustível nuclear, assim como em sistemas de imobilização de resíduos nucleares. Neste trabalho, foi sintetizado pó de zircônia estabilizada com ítria, a partir do hidróxido de zircônio puro proveniente do processo de obtenção de zircônia grau nuclear. O hidróxido foi solubilizado em ácido clorídrico para obtenção de solução de oxicloreto de zircônio. Esta solução juntamente com solução clorídrica de ítrio foram coprecipitadas como hidróxidos para obtenção do pó cerâmico. Calçinação a 550°C por 1h destes hidróxidos resultou YSZ estabilizada altamente cristalizada na fase cúbica. Para aplicação nuclear, é importante a obtenção de zircônia estabilizada na fase cúbica, além de caracteristicas físicas do pó ceramico que favoreçam a sinterização. O valor da área superficial especifica do pó, obtido por método B.E.T, pode indicar alta sinterabilidade do mesmo. Estudos recentes sugerem que a zircônia estabilizada com sílica é promissora, pois, diferente dos agentes estabilizadores mais utilizados, a sílica forma ligações Si–O–Zr que limitam a clivagem da zircônia com os hidróxidos, portanto garante maior estabilidade química do material. A estabilização da zircônia pela sílica reduz as tensões internas em até duas vezes, em comparação com as dopagens tradicionais, pois há formação de grãos mais arredondados, portanto diminuição na concentração de tensões no canto dos grãos. Além disso, a sílica induz a formação de formação de rede de oxigênio que estabiliza a fase tetragonal de ZrO2, através de ligações Si–O–Zr, o que poderia promover a propriedade bioativa que seria de interesse para aplicação na área biomédica. Pó de zircônia do sistema SiO2:ZrO2 foi sintetizada pelos métodos sol–gel seguido de precipitação. O pó obtido submetido ao tratamento térmico a 950°C por 3h resultou na fase cristalina tetragonal de ZrO2. A cerâmica obtida por sinterização deste a 1100 °C por 3 h foi estudada quanto à citotoxicidade e bioatividade.
Vidros bioativos aprimorados com alumina e estrôncio
2023 - ARAUJO, M.S.; MELLO CASTANHO, S.R.
Vidros bioativos são materiais funcionais que evocam uma resposta biológica específica quando em contato com os organismos vivos. Desde a descoberta de Hench, a maioria das pesquisas conduzidas na área de vidros bioativos foi centrada na composição inicialmente estabelecida (45S5), conhecida como Biovidro®, com o intuito de tornar o material mais compatível de acordo com a aplicação requerida ou ainda viabilizar sua obtenção a partir de várias técnicas de fabricação. A complexidade em projetar composições novas como 45S5 Biovidro® é principalmente devido ao fato de que quanto mais componentes você possui, mais difícil é traçar a relação entre composição, estrutura e bioatividade. Embora os vidros bioativos tenham sido amplamente utilizados para superfícies de implantes ortopédicos e dentais, sua resistência mecânica limitada, baixa tenacidade e resistência ao desgaste além de alta tendência a cristalização, impediram seu uso como dispositivos de suporte de carga ou que necessitem passar por tratamento térmicos durante sua produção. Considerando que em semelhante material, mesmo uma pequena variação na composição pode modificar profundamente suas características levando a propriedades fisico-químicas ou mecânicas muito diferentes, a presente pesquisa foi conduzida modificando a rede de vidro 45S5 Biovidro® pela adição de Al2O3 e SrO a fim de obter um vidro altamente bioativo e com melhor desempenho mecânico, tribológico e térmico para aplicações biomédicas. Quatro composições foram calculadas e produzidas, entre elas o 45S5, para elucidar a influência de ambos os óxidos na estrutura e cristalização do vidro separadamente e sua sinergia quando juntos. Propriedades térmicas, tendência à cristalização e comportamento de sinterização foram avaliados por calorimetria diferencial de varredura, microscopia a quente e dilatometria. As alterações das estruturas de médio alcance foram caracterizadas por espectroscopia Raman de distribuição de Qn e avaliação dos ambientes 31P, 27Al, 23Na e 29Si obtidos por RMN-MAS. O material obtido, contendo ambos os óxidos, apresentou ampla janela de trabalho e maior resistência à cristalização. A avaliação do comportamento tribológico e bioativo revelou que a adição de 2% de Al2O3 e 2% de SrO promoveu um material denso, com módulo elástico em torno de 50 GPa semelhante ao 45S5. A resistência à flexão aumentou 60%, a tenacidade duplicou e a resistência ao desgaste triplicou quando comparada ao 45S5. Ainda, testes in-vitro mostraram eficácia antimicrobiana aumentada para bactérias Gram-negativas E.coli e maior bioatividade. Pelos motivos expostos, a composição proposta pode ser uma solução promissora para a reconstrução de defeitos ósseos, bem como para o tratamento e erradicação de infecções ósseas.
Efeito da adsorção de césio-133 e estrôncio-88 em zeólitas do tipo A sintetizadas a partir das cinzas do bagaço de cana-de-açúcar
2024 - SANCHES, G.O.; ARAUJO, M.S.; COSTA-SILVA, D.L.; FUNGARO, D.A.; MELLO-CASTANHO, S.
egundo a CONAB (Companhia Nacional de Abastecimento) a safra de 2022/23 de cana-de-açúcar teve uma produção 610 milhões de toneladas e prevê que a safra de 2023/24 tenha um aumento de 11%. Após a queima do seu bagaço para a geração de açúcar e etanol, são geradas as cinzas de biomassa de cana-de-açúcar, as quais representam até 4% do volume inicial e devem ser descartadas de maneira controlada no meio ambiente. Por outro lado, as zeólitas, ricas em silício e/ou alumínio e de estrutura porosa, são materiais versáteis para diversas aplicações, inclusive tratamento de água, que podem ser obtidas a partir de resíduos agroindustriais tais como as cinzas do bagaço de cana-de-açúcar. Suas propriedades de troca iônica e alta estabilidade térmica as tornam eficientes em processos como filtração e adsorção. Atentando-se aos objetivos da ONU de sustentabilidade e produção responsável, zeólita do tipo A foi produzida a partir do bagaço da cana-deaçúcar e submetida à adsorção em soluções de efluentes radioativos simulados contendo íons de césio e de estrôncio, separadamente. Posteriormente os materiais obtidos, denominados ZAC-Cs e ZAC-Sr, zeólita contaminada com césio e estrôncio, respectivamente, foram analisados por diferentes técnicas a fim de avaliar sua composição química, estrutura cristalina e estabilidade térmica. Os resultados confirmaram a obtenção de zeólita de alta pureza com boa capacidade de adsorção e integridade térmica após a troca iônica. Utilizando a mesma metodologia de adsorção para ambas as amostras, tanto a ZAC-Cs quanto a ZAC-Sr apresentaram um percentual de 28% dos íons adsorvidos em suas estruturas. Contudo, a partir dos resultados obtidos por meio da análise térmica diferencial (ATD), verificou-se uma diferença significativa de temperatura de transformação de fase e de fusão entre as amostras ZAC-Cs e ZAC-Sr. A zeólita contaminada com estrôncio atingiu a temperatura de transformação de fase em 867 ºC enquanto a contaminada com césio em 913 ºC, uma diferença de temperatura de 46 ºC. Ainda, as temperaturas de consolidação de fase também foram distintas, 990 e 1035 ºC para a ZAC-Sr e ZAC-Cs, respectivamente. Análises da difração de raios-X realizadas nas amostras tratadas termicamente nos picos de temperatura identificados apontam a formação da uma fase cristalina de aluminossilicato de estrôncio na amostra ZAC-Sr tratada a 990 ºC e de polucita sem sódio na amostra ZAC-Cs tratada a em 1035 ºC, o que indica que a zeólita contaminada com césio é termicamente mais estável. Deste modo, a capacidade da zeólita A sintetizada a partir das cinzas do bagaço da cana-deaçúcar em manter sua integridade estrutural após a troca iônica e aquecimento torna-a uma solução promissora para o tratamento de efluentes radioativos contaminados com ambos os íons de césio e de estrôncio.
PLA-BioAISr glass composite as a candidate for bone and tendinous regeneration applications
2023 - MENDONCA, D.O.; ARAUJO, M.S.; MELLO-CASTANHO, S.
Introduction and objective: Poly(lactic acid) (PLA) is currently one of the most promising biodegradable and biocompatible materials once it can be produced from renewable resources and used in packaging, biomedical and tissue engineering applications. In the past decade, composite materials combining biodegradable polymers with inorganic materials such as bioactive glasses are being studied showing remarkable improvements mostly in mechanical and thermal properties. Previous studies conducted by our research group proposed a bioactive glass composition containing strontium and alumina, BioAlSr, ensuring osteointegration and superior mechanical properties [1]. Here, a composite film of PLA and BioAlSr was proposed for bone tissue regeneration. Methodology: To produce the composite films chloroform was used as cast solvent. The PLA was dissolved in chloroform at 3,3g/ml and the BioAlSr particles was added in ratios of 15, 30, 50 and 70 wt%. The glass particles were submitted to ultrasonic treatment to permit more efficient dispersion in the PLA matrix. The obtained films were analysed for their microstructure with X-ray diffraction and Fourier transform infrared analysis, homogeneity by polarized light microscopy and and in vitro cytotoxicity by NCTC clone 929 cell line. Results and discussion: All XRD spectra showed predominantly amorphous state of the composite films. To examine the existence and type of interfacial interaction in the composites, FT-IR experiments were performed and compared with pure PLA and BioAlSr. The regions of interest were 1780 and 1680 cm-1 for the C=O stretch, and 3600–3000 cm-1 for the O–H stretch from PLA known bands [2] and the region of 800-1300 cm−1 corresponded to the stretching vibrations of the silica of the bioactive glass was analysed [1]. PLA characteristic bands were predominant even in samples containing 50 and 70 wt% of BioAlSr. The dispersive effect of the glass particles in the PLA matrix was also evaluated by polarized light microscopy and the results demonstrated an adequate homogenization. Also, cytotoxicity and cell viability obtained by using the NCTC clone 929 cell line did not show any significant loss of cell viability or cytotoxicity. Conclusions: Preliminary results of the proposed study indicate the obtention of a homogeneous composite film with adequate interaction between the matrix and the dispersed material, preserving the microstructure of both materials. Furthermore, the material obtained did not show cytotoxicity, indicating that it is a promising alternative for the application of bone and tendinous regeneration.
Remoção de césio-137 em efluentes por adsorção em zeólita A sintetizadas a partir das cinzas do bagaço de cana-de-açúcar
2023 - ARAUJO, M.S.; COSTA E SILVA, D.L.; IZIDORO, J.; MELLO-CASTANHO, S.; FUNGARO, D.A.
Em decorrência do uso crescente de tecnologias com atividade nuclear, está a geração de rejeitos contaminados, em particular, os efluentes os quais representam grandes volumes de água contendo radionuclídeos ainda ativos em dispersão. Dentre os radionuclídeos gerados, o césio-137 (137Cs) está entre os mais preocupantes pelo fato de ser um emissor de raios gama e, ser também, um dos isótopos mais abundantes nos rejeitos radioativos da atividade nuclear e possuir meia-vida relativamente longa (30,4 anos). Atualmente, a adsorção é um dos métodos mais atraentes para a retenção de 137Cs em termos do bom desempenho de remoção de maneira segura. Vários materiais adsorventes inorgânicos têm sido amplamente utilizados, tendo destaque as zeólitas, que devido ao seu alto grau de cristalinidade, garantem maior seletividade e eficiência na adsorção em comparação a outros materiais como alumina, sílica gel e carvão ativo. Ainda, a possibilidade de ser sintetizada a partir de resíduos como as cinzas de bagaço de cana-de-açúcar, a torna um material de baixo custo. Desta forma, a presente pesquisa foi conduzida por meio do estudo da adsorção de uma solução de cloreto de césio por zeólita A sintetizada a partir das cinzas do bagaço de cana-de-açúcar e do impacto dos íons de Cs+ adsorvidos em sua estrutura cristalina. As amostras foram caracterizadas por diferentes técnicas a fim de avaliar sua composição química, tamanho de partícula, estrutura cristalina e comportamento térmico. Os resultados indicam a obtenção de zeólita tipo NaA de alta pureza e com elevada capacidade de adsorção. Ainda, o teor de sódio presente na zeólita foi completamente substituído pela troca iônica de íons de Na+ por íons de Cs+. Portanto, o material sintetizado é uma solução promissora para o tratamento e remoção de césio-137 em efluentes gerados contaminados.
Influência do nióbio na estrutura de vidros borossilicatos para uso nuclear
2022 - MELLO-CASTANHO, S.; SILVA E COSTA, D.L.; FUNGARO, D.A.; VICENTE, R.; BORTOLOME, J.F.
A imobilização de rejeitos radioativos em vidros é uma técnica utilizada em muitos países que possuem programas de energia nuclear, constituindo uma importante rota de tratamento dos rejeitos radioativos de alta atividade, resultantes do reprocessamento do combustível nuclear. Este trabalho estuda a utilização de uma matriz vítrea com a adição de óxido de nióbio para a aplicação futura em imobilização de rejeitos radioativos de média e alta atividade. O estudo foi conduzido a partir de formulações de composições contendo teores de até 8,0 % em mol de Nb2O5 no sistema SiO2-Na2O-CaOB2O3-Al2O3. A funcionalidade do nióbio na estrutura de rede foi avaliada por meio de técnicas espectrométricas, de ensaios de irradiação ? e ? e de resistência hidrolítica, os quais forneceram informações importantes sobre a atuação do óxido na estrutura vítrea. Os resultados obtidos demonstram que a composição selecionada apresenta as especificações adequadas para incorporar e imobilizar elementos de radionuclídeos em sua estrutura de rede em nível atômico. Estas considerações foram obtidas utilizando-se as técnicas: espectroscopia vibratória no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia por ressonância magnética nuclear com rotação em ângulo mágico (MAS-RMN), análise térmica diferencial (ATD), irradiação por fontes de 241Am e por acelerador de feixe de elétrons (60Co) e ensaios de resistência hidrolítica. Os materiais vítreos obtidos são perfeitamente compatíveis com a aplicação proposta de imobilização de rejeitos radioativos por possuírem:superior estabilidade à radiação nuclear e notável resistência química. As pesquisas aqui desenvolvidas tiveram o apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, projeto n. 2018/10114-7.
Obtenção da fase tetragonal na cerâmica do sistema SiO2-ZrO2 para aplicação biomédica
2022 - YAMAGATA, C.; RODAS, A.C.; ERETIDES, G.T.; MELLO CASTANHO, S.R.; RODRIGUES, V.G.
O vasto campo de aplicação das cerâmicas à base de zircônia se deve à estabilização em temperatura ambiente, da estrutura tetragonal e cúbica, por adição controlada de óxidos dopantes como ítria, magnésia, cálcia, céria e algumas terras raras. Dentre os biomateriais cerâmicos, a zircônia tetragonal policristalina estabilizada com ítria (Y-TZP) se destaca por suas propriedades químicas e mecânicas. Importantes aplicações da Y-TZP estão em materiais ortopédicos, tais como, em cabeças femorais, em próteses de quadril, de joelho e de ombro. Na odontologia, a Y-TZP é também largamente empregada como material de infra-estrutura de coroas e próteses parciais fixas. Os biomateriais cerâmicos podem ser classificados de acordo com a sua interação com o tecido hospedeiro como bioinertes, bioativas e bioreabsorvíveis. A Y-TZP, amplamente aplicada como biomaterial, é inerte. Isto significa que quando implantada, além de manter suas propriedades químicas e mecânicas, é bem tolerada pelo organismo e não provoca resposta dos tecidos. As cerâmicas bioativas interagem com o tecido circundante estimulando o sistema tissular a reconhecer o material implantado como se este fosse natural e assim auxilia a cura. Como exemplos de cerâmicas bioativas, destacam-se a hidroxiapatita, os biovidros e as vitrocerâmicas. Recentemente, estuda-se a estabilização da fase tetragonal da zircônia por adição de sílica. Isto porque a presença de sílica na zircônia poderia auxiliar na osteointegração quando implantada, conferindo ao material a propriedade bioativa. Neste trabalho, sintetizou-se a zircônia estabilizada com adição de sílica, com a composição molar SiO2: ZrO2 de 60: 40. Utilizou-se soluções de Na2SiO3 e ZrOCl2, como matérias primas de Si e Zr, respectivamente. Estas soluções são provenientes da fusão alcalina da zirconita, processo já estudado e padronizado no IPEN. Inicialmente, gel de sílica foi obtido por catálise ácida por adição de HCl na solução de Na2SiO3. Suspensão homogênea deste gel juntamente com solução de ZrOCl2 foi alcançada por agitação mecânica e ultrassom. Solução de NH4OH foi acrescida à suspensão, sob agitação mecânica, para precipitar os óxidos distribuídos no gel. O produto resultante foi filtrado, lavado com água, seco a 80 °C e calcinado a 900ºC por 3h, obtendo-se o pó cerâmico que, por compactação e sinterização a 1500ºC por 2h, resultou no corpo cerâmico. Os produtos obtidos foram caracterizados por técnicas de análise térmica diferencial (ATD), FTIR, MEV e DRX. Resultados de DRX confirmaram a presença da fase tetragonal da zircônia na cerâmica e teste in vitro com células de ovário de hamster chinês (CHO) mostrou que o material não é citotóxico.
Surface activation of Palygoskite nanotubes for wastewater treatment
2020 - MELLO-CASTANHO, S.; PARRA SILVA, J.; YAMAGATA, C.
The ion exchange / sorption method is one of the most popular and attractive methods used to treat effluents containing heavy metals. The peculiar chemical characteristics, associated to the nanoscale of the structural network with the presence of natural nanotubes, as is the case of paligorsquita, makes it a potential candidate to meet the requirements of high sensitivity and selectivity in the extraction of heavy ions in wastewater. In the process of developing materials with sorption properties for the incorporation and subsequent immobilization of heavy ions in the same matrix, the most important steps are the generation of active sites, together with increased specific surface area. The parameters and conditions for the activation process of the natural Palygorskite nanotubes aiming to the sorption and immobilization of nickel ions present in wastewater from industrial activities were determined. Paligoskite from Piaui State Brazil, was used as raw material. The characterized and the acid activation process were selected for this development. Subsequent heat treatments were carefully selected conditions by thermal analysis (ATD/TG) to avoid collapse of the nanotubes. The results obtained of maximum sorption capacity for nickel on activated natural nanotubes were very promising. Structural folding observed in the clay may surely important contribution for the heavy metal immobilization processes. Finally, the optimization of the acid activation process is fundamental to improve the sorption’s capacities in solid-liquid medium for extraction specifics metals by activated natural nanotubes.
Synthesis and characterization of a bioactive silicate ceramic from SiO2 nanoparticles
2020 - YAMAGATA, C.; RODAS, A.C.; HIGA, O.Z.; MELLO-CASTANHO, S.
Sol-gel and co-precipitation techniques have been used for synthesis of multiphase silicate ceramic from SiO2 nanoparticles. Non-aggregated colloidal SiO2 nano particles were initially prepared from a sodium silicate solution, by surfactant template sol-gel method. Afterward, calcium and magnesium hydroxides were co-precipitated on colloidal SiO2 nanoparticles surface. CaO-MgO-SiO2 sintered ceramic obtained from the synthesized powders were characterized by SEM,XRD and FTIR. In vitro tests were performed by soaking the sintered samples in the simulate blood fluid (SBF, at pH 7.25 and 37 ?C) to observe its bioactivity. After 7 days of immersion in SBF, the FTIR spectra analysis revealed that the material is bioactive, by the formation of hydroxyapatite on the surface of the sample. No toxic effect was found in the cytotoxicity tests with CHO (Chinese hamster ovary) cells.
New sol-gel method for synthesis of Dy-doped yttrium disilicate phosphor not from TEOS but sodium silicate solution
2019 - YAMAGATA, CHIEKO; MORAIS, VINICIUS R.; MELLO-CASTANHO, SONIA R.H.
Yttrium disilicate/pyrosilicate (Y2Si2O7), which occurs naturally as yttrialite, is a mixture of rare earth silicates that displays interesting structural properties because of its high refractoriness (mp = 1775 °C) and stability in oxidizing environments. Yttrium disilicate offers a wide band gap and excellent thermal and chemical stability compared to other well-studied phosphors such as ZnS and CdS. It has been shown to be one of the most efficient host lattices for rare earth ions, which substitute Y3+ ions [1, 2]. Yttrium silicates doped with different metallic ions exhibit attractive luminescent properties for potential applications, such as plasma displays, laser materials and high-energy phosphors [3]. The synthesis methods frequently used to obtain Y2Si2O7 are the conventional solid-state reaction, sol-gel and hydrothermal process. The sol–gel process is based on the polycondensation of hydrolyzed alkoxides or colloidal dispersions, therefore non-substituted and substituted silicon alkoxides are used as source of Si, typically Si(OC2H5)4 (TEOS) or CH3–Si(OC2H5)3 (MTEOS). In the present work, a new method to synthesize Dy-doped yttrium disilicate (Dy0,05Y1,95Si2O7) phosphors is proposed using a combination of sol-gel and coprecipitation techniques. The gel of silica particles were obtained by surfactant-assisted sol-gel process [4], from sodium silicate solution, an unusual precursor of Si. Then yttrium and dysprosium were co-precipitated over these particles. Pure α-phase and β-phase of Y2Si2O7 were obtained after calcining the synthesized precursor at 1100°C and 1400°C respectively (Fig. 1). β-phase showed superior luminescence efficiency (Fig. 2).