Instituto Mauá de Tecnologia

Programa de Mestrado (stricto sensu):
ENGENHARIA DE PROCESSOS QUÍMICOS E BIOQUÍMICOS

José Thomaz Senise, PhD (Stanford), Eng. Eletricista (EPUSP)
Luiz Alberto Jermolovicius, Dr. (EPUSP), Eng. Químico (Escola de Engenharia Mauá)

MESTRADO em processos químicos incentivados por micro-ondas

Sua orientação é no desenvolvimento e otimização de processos químicos com ênfase em inovação tecnológica. O procedimento laboratorial consiste na realização de experimentos exploratórios, que orientam sobre o equipamento necessário para a aplicação de micro-ondas ao processo em estudo, e a realização de experimentos estatisticamente delineados para obtenção deinformações, principalmente de cinética química, que permitam avaliar oimpacto da inovação idealizada sobre o estado da técnica.

Até 2007, foram defendidas e aprovadas seis dissertações. Estão em curso outras três dissertações.

• Relação de Mestrados concluídos
  • Jacqueline Rêgo da Silva Rodrigues - Orientadora: Letícia Sune - UFBA. Co-orientador: Luiz Alberto Jermolovicius
    Dissertação: Estudo cinético de oxidação catalítica do fenol em fase aquosa incentivada pela irradiação de micro-ondas
    Defesa da dissertação: 05/06/2006
  • Wanderley da Costa - Orientador: Luiz Alberto Jermolovicius
    Dissertação: Estudo do condicionamento magnético da água para fins industriais
    Defesa da dissertação: 11/08/2006
  • Rogério da Costa - Orientador: Luiz Alberto Jermolovicius
    Dissertação: Estudo da aplicação de água magneticamente condicionada para fins de irrigação em floricultura de larga escala
    Defesa da dissertação: 11/08/2006
  • Edith Marie Malateaux de Souza - Orientador: Luiz Alberto Jermolovicius
    Dissertação: Contribuição ao conhecimento da resposta microbiana ao condicionamento magnético de água para fins de irrigação em floricultura de larga escala
    Defesa da dissertação: 22/12/2006
  • Deodato Mansano dos Santos - Orientador: Luiz Alberto Jermolovicius. Co-orientador: José Thomaz Senise
    Dissertação: Contribuição ao desenvolvimento de processos químicos incentivados por micro-ondas para o descarte final do resíduo sólido de tratamentos por lodos ativados
    Defesa da dissertação: 03/07/2007
  • Renato Augusto Covolato - Orientador: Luiz Alberto Jermolovicius. Co-orientador: José Thomaz Senise
    Dissertação: Contribuição ao desenvolvimento de processos químicos incentivados por micro-ondas para a manufatura de compósitos uréia-formol e resíduos de madeira
    Defesa da dissertação: 03/07/2007
• Relação de Mestrados em andamento
  • Marina Mucedola Cinquini – Orientador: Luiz Alberto Jermolovicius. Co-orientador: José Thomaz Senise.
    Dissertação: estudo do craqueamento de hidrocarbonetos incentivado por micro-ondas.
  • Marcos Azevedo - Orientador: Luiz Alberto Jermolovicius. Co-orientador: José Thomaz Senise.
    Dissertação: estudo da hidrólise ácida parcial de PET incentivada por micro-ondas e uso do hidrolisado como matéria prima para resinas.
  • Valdecir Jorge Aparecido Leonardo - Orientador: Luiz Alberto Jermolovicius. Co-orientador: José Thomaz Senise
    Dissertação: Contribuição ao desenvolvimento de processos químicos incentivados por micro-ondas para a cura de tintas de sinalização horizontal a base de resina acrílica

A aplicação industrial de micro-ondas remonta aos primórdios da utilização de micro-ondas, quando era vista apenas como uma alternativa para aquecimento de materiais. Porém, em 1986, com os trabalhos pioneiros de Gedye (Tetrahedron Letters. 1986, 27, 279) e Guiguere (Tet. Lett., 1986, 72, 4945), a aplicação de micro-ondas ganhou um novo e importante enfoque: a aceleração de reações químicas. Este é, atualmente, um dos ramos da ciência que apresenta grande evolução e oportunidades de estudo e aplicação comercial e é denominado de "química incentivada por micro-ondas" ou "sínteses incentivadas por micro-ondas".

Há várias teorias que tentam explicar o fenômeno acima citado, um grupo o atribui a efeitos meramente térmicos de superaquecimento e outro a efeitos não térmicos fundamentados no desemparelhamento de spins de elétrons das moléculas sob campo de micro-ondas (Lidström, Tetrahedron, 2001, 57, 9225). As teorias que defendem efeitos não térmicos tiveram comprovação experimental (Breccia, et al, Procedures 7th International Conference on Microwave and High Frequency Heating, Valencia - Spain, September 1999, pp 279-282). Os pesquisadores do CEUN IMT descobriram a existência de um limiar de potência específica para a ocorrência de efeitos não térmicos (Jermolovicius, Schneiderman and Senise, Alteration of Esterification Kinetics Under Microwave Irradiation, in: Advances in Microwave & Radio-Frequency Processing, Springer, Germany, 2006, ISBN 3-540-43252-3).

Apesar de não haver, ainda, consenso sobre o mecanismo pelo qual as micro-ondas conseguem tornar as reações químicas mais rápidas, este conhecimento científico já é utilizado no desenvolvimento de processos químicos incentivados por micro-ondas, mais produtivos e mais limpos que os convencionais. Por exemplo, no LMO já foram desenvolvidos, entre outros, processos incentivados por micro-ondas para hidrólise de PET, produção de biodiesel, preparo de compósito a partir de resíduos de madeira, melhoria da qualidade de MDF. Há, no estado da técnica, vários outros exemplos de patentes, para a indústria química, de aplicações de micro-ondas.

O projeto de reatores químicos para este tipo de processos, que especificamente são aplicadores de micro-ondas, deve satisfazer simultaneamente as necessidades cinéticas da reação e as de absorção de micro-ondas. Aplicadores de micro-ondas são equipamentos que permitem otimizar a transferência de energia de micro-ondas de um gerador para o material em processamento com o melhor rendimento possível do consumo de energia. A equipe do Laboratório de Micro-ondas desenvolveu e patenteou equipamento para processamento contínuo de líquidos ou sólidos granulados, para processamento de reações reversíveis e melhorias na construção de magnetrons. Com esta tecnologia é possível incrementar a produtividade de indústrias químicas, por exemplo: sob irradiação por micro-ondas de 2,45 GHz, a polimerização em emulsão de estireno, que é de primeira ordem, reduz-se a uma ordem de 0,8 e, consequentemente, aumenta a produtividade do reator em 30% (Senise and Jermolovicius, IX International Macromolecular Colloquium, Gramado - Brazil, November, 2001).

Os estudos de desenvolvimento de processos químicos incentivados por micro-ondas têm três etapas bem características: 1) o conhecimento da reação química envolvida no processo (realização do processo de forma convencional para identificar a região de operação); 2) a seleção e desenvolvimento de aplicador de micro-ondas adequado ao meio reagente em estudo; e 3) o estabelecimento da cinética química dessa reação e a otimização das condições de irradiação por micro-ondas.

Os seguintes assuntos são alvo destes estudos:

1. em processos químicos / petroquímicos:
   1. Reações químicas incentivadas por micro-ondas.
   2. Processos de hidrólise incewntiovada por micro-ondas.
   3. Processos de craqueamento de hidrocarbonetos incentivado por micro-ondas.
   4. Processos de oxidação química incentivada por micro-ondas.
   5. Processos de esterificação (destilação reativa) incentivada por micro-ondas.
   6. Processo para fabricação de biodiesel incentivado por micro-ondas.
   7. Processos de polimerização incentivada por micro-ondas.
   8. Processos de redução carbotérmica incentivada por micro-ondas.
   9. Processos de fabricação de compósitos.
2. em desenvolvimento de equipamentos para processo químico:
   1. Reatores químicos tubulares contínuos irradiados por micro-ondas.
   2. Reatores químicos contínuos tipo tanque agitado irradiados por micro-ondas.
   3. Fornos com micro-ondas para processamento de materiais e de reações em temperturas superiores a 1000ºC.
3. em operações da indútria química:
   1. Fusão de vidro com micro-ondas.
   2. Secagem de produtos químicos com micro-ondas.
   3. Sinterização de materiais cerâmicos e vitrocerâmicos com micro-ondas.

Laboratório com 300 m² equipado com reatores químicos contínuos e de batelada irradiados por micro-ondas de 2,45 GHz para processamento de produtos químicos em escala de bancada (500 mL) e em escala piloto (forno estático de 1 m3 e forno contínuo de 5m de comprimento), e equipamentos para medições de micro-ondas. O acompanhamento analítico dos experimentos é baseado em espectrometria no infravermelho próximo (NIR) e UV-Vis, com leitura por sensor de imersão. (ver memorial descritivo do LMO).

Com apoio da Oficina Mecânica do IMT, o Laboratório de Micro-ondas desenvolve equipamentos de processo necessários à implementação das inovações idealizadas.

(ver a produção do LMO)

Jermolovicius, L. A., Schneiderman, B. and Senise, J. T. Alteration of Esterification Kinetics Under Microwave Irradiation, in: Advances in Microwave & Radio-Frequency Processing, Springer, Germany, 2006, ISBN 3-540-43252-3).

Senise, J. T. and Jermolovicius, L. A. Microwave Chemistry - A Fertile Field For Scientific Research And Industrial Applications. J. Microwaves and Optoelectronics, 3(5), July 2004, 97-112.

Desde a década de 1970, o LMO receba da FAPESP auxílios para pesquisas na área de aplicações industriais de micro-ondas. Os projetos mais recentes são:

PROJETO FAPESP – IMT (iniciado em 2006, em andamento)
Reações Químicas Incentivadas por Micro-ondas - Fase II
Validação das equações obtidas no primeiro projeto e expansão dos dados para a freqüência de 5,8 GHz.

PROJETO FAPESP – IMT (encerrado em 2005)
Reações Químicas Incentivadas por Micro-ondas - Fase I
Estudos de esterificação industrial, que resultaram no procedimento de determinação de equações cinéticas completas e na identificação de limiar de energia de micro-ondas de 2,45 GHz para efeito não térmico das micro-ondas.

PROJETO TEMÁTICO FAPESP - USP/IPT/IMT (em andamento)
Requer o desenvolvimento de reator de alta temperatura para estudar o processo de redução incentivada por micro-ondas de minérios por meio de carvão coque ou vegetal.

BOLSAS DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA DA FAPESP

• CINTHIA TIEMI MURANAKA (2003): resultou em patente depositada pela FAPESP relativa a hidrólise de PET.
• CAMILA BUENO (2004): resultou em modelo de reator químico contínuo tubular irradiado por micro-ondas.
• NATÁLIA R. MARQUES (2005): resultou em modelo de reator químico contínuo tipo tanque agitado irradiado por micro-ondas.

BOLSA DE ESTÁGIO TÉCNICO DA FAPESP

• PATRÍCIA AZZI (2005/6): bolsa relacionada com o projeto temático, para suporte operacional das atividades laboratoriais.

• HEITOR A. DUARTE (2004)
  Desenvolveu processo incentivado por micro-ondas para a produção de sulfato cúprico a partir de cobre metálico.
• GUSTAVO MOKAITIS (2005)
  Desenvolvimento de protótipo de equipamento para processamento de reações catalíticas heterogêneas.