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Portuguese to English: Scientific Paper - ECONOMIC OPTIMIZATION WITH RISK ANALYSIS IN AGRICULTURAL PRODUCTION
Source text - Portuguese OTIMIZAÇÃO ECONÔMICA COM ANÁLISE DOS RISCOS NA PRODUÇÃO AGRÍCOLA DE UMA PROPRIEDADE RURAL FAMILIAR DO OESTE PARANAENSE
RESUMO
Buscando atender as expectativas do mercado, os produtores agrícolas direcionam sua produção a poucas culturas agrícolas. Embora esta estratégia aparente-se vantajosa em relação a melhor remuneração de uma produção de maior qualidade, obriga os produtores a alocarem todos os recursos disponíveis em um único investimento, colocando em risco a sua capacidade financeira ou até mesmo a subsistência familiar em caso de quebra de safras. Em razão disto, buscou-se através de informações sobre o histórico econômico das atividades agrícolas, do clima da região em estudo e da situação econômica e operacional dos produtores, adaptar o Modelo de Minimização de Desvio Absoluto (MOTAD) ás condições dos produtores familiares do Oeste paranaense. A partir da coleta de dados, propuseram-se cinco diferentes cenários produtivos, dissemelhantes entre si em relação ao número de culturas e aos tratos culturais necessários, obtendo em uma primeira análise, a combinação de atividades que maximiza o retorno financeiro, sem a consideração do risco associado. Na sequencia, a partir da aplicação do MOTAD adaptado confeccionou-se onze planos produtivos para cada um dos cenários propostos, obtendo para cada nível de renda esperada, a combinação ótima que minimiza os riscos.Dos resultados, destaca-se que o cenário que abrange o cultivo de hortaliças, tubérculos e frutíferas apresentou valores de rentabilidade até539% do atualmente obtido na propriedade rural, com risco associado proporcionalmente inferior e retorno sobre investimento de 198%.
Introdução
Defronte a grande variedade de culturas, preços e produtividades, constantemente os produtores agrícolas ficam a mercê de inconsistências de sua renda, fato este intrinsicamente vinculado à interação dos sistemas de produção agrícola com as condições climáticas prevalecentes, as politicas setoriais e as instituições relacionadas (HAZELL E NORTON, 1986). Em razão da maior competitividade e do padrão tecnológico imposto com a modernização agrícola, os agricultores voltaram suas atenções à especialização em poucas culturas, objetivando fornecer um produto de maior qualidade a um mercado que melhor lhe remunere (SAMBUICHI et al., 2014). Souza et al. (2008) destacam que esta estratégia é particularmente perigosa para os pequenos produtores, pois devido aos limitados recursos financeiros que dispõem, em caso de redução acentuada da produtividade ou do preço da cultura implantada, coloca-se em risco não apenas a manutenção das atividades produtivas, mas também a própria subsistência familiar.
Sambuichiet al.(2014) afirmam que a policultura é a alternativa mais indicada para as pequenas propriedades, pois permite um uso mais eficiente das áreas disponíveis e da mão de obra familiar. Também é fundamental a correta determinação das atividades que otimizem a alocação dos recursos financeiros, de modo a atender as expectativas e necessidades desta classe de produtores. Em situações semelhantes a estas, Arenaleset al. (2015) recomendam a utilização de modelos matemáticos baseados em programação linear, já que são capazes de correlacionar diferentes restrições e formular soluções bastante eficientes do ponto de vista da alocação de recursos limitados.
Entre os trabalhos relacionados à otimização econômica de propriedades agrícolas, destaca-se os trabalhos de Castro et al. (2013) e Santos e Martins (2015), que buscaram por meio da programação linear encontrar as soluções que maximizassem o retorno financeiros de propriedades com características distintas. Em contraponto, Rozakiset al. (2016) e Dill et al. (2014) criticam a metodologia utilizada, destacando que a não consideração de possíveis riscos econômicos e as preferências dos produtores são pontos falhos nos modelos lineares mono objetivo.
Diante da importância dos fatores de risco no planejamento agrícola Mosciaro e Iorio (2013),Osaki e Batalha (2014),Karami (2014) e Wen e Li (2016) empregaram a metodologia de Minimização dos Desvios Absolutos (MOTAD), desenvolvida por Hazell (1971). Os autores apontam que esta metodologia possibilita a consideração da variação histórica da rentabilidade de cada cultura, permitindo ao tomador de decisão analisar de modo mais efetivo, a influência do mercado e das condições climáticas nos resultados financeiros de cada plano produtivo.
Desta maneira, o presente trabalho busca fornecer informações quanto à correta alocação dos recursos de propriedades familiares, otimizando os resultados econômicos destas. Para tal fim, dividiu-se o trabalho em duas etapas principais, a primeira buscou encontrar a combinação de atividades que maximizassem o retorno econômico. Em um segundo momento, partindo-se da incerteza quanto à rentabilidade dos produtos agrícolas, introduziu-se a análise de risco por meio do modelo matemático MOTAD, devidamente adaptado ao relacionamento entre as necessidades de cada atividade, os recursos disponíveis e a realidade desta classe de agricultores.
Translation - English ECONOMIC OPTIMIZATION WITH RISK ANALYSIS IN THE AGRICULTURAL PRODUCTION OF A RURAL FAMILY PROPERTY IN WEST PARANA
ABSTRACT
Agricultural producers direct their production to few agricultural crops in an effort to meet market expectations. Although this strategy appears to be advantageous in relation to better remuneration for higher quality production, it obliges producers to allocate all available resources to a single investment, putting their financial capacity or even family subsistence at risk in the event of a loss in crop. In view of this, an attempt was made to adapt the Minimization of Total Absolute Deviation (MOTAD) model to the conditions of family producers in West Parana, with information on the economic history of agricultural activities, the study region climate and the producers' economic and operational situation. Five different production scenarios were proposed from the data collection, each one with different numbers of crops and necessary cultural treatments, obtaining the combination of activities that maximizes the financial return on first analysis, without consideration of the associated risk. In sequence, eleven productive plans were prepared from the adapted MOTAD application for each of the proposed scenarios, obtaining the optimal combination that minimizes risks for each expected income level. From the results, it can be highlighted that the scenario including the cultivation of vegetables, tubers and fruit presented profitability values up to 539% of that obtained in rural property, with proportionally lower associated risk and a return on investment of 198%.
Introduction
Faced with such a wide variety of crops, prices and productivities, agricultural producers are constantly at the mercy of inconsistencies in their income, a fact which is intrinsically linked to the interaction of agricultural production systems with prevailing climatic conditions, sectoral policies and related institutions (HAZELL E NORTON, 1986). Due to the greater competitiveness and the technological standard imposed by the agricultural modernization, the producers turned their attention to specialization in few crops, aiming to provide a product of greater quality to a market that better remunerates them (SAMBUICHI et al., 2014). Souza et al. (2008) highlight that this strategy is particularly dangerous for small producers because, given the limited financial resources available, in the case of a marked reduction in productivity or in the price of the implanted crop, not only is the continuation of productive activities put at risk, but also the family subsistence itself.
Sambuichiet al. (2014) state that poly-culture is the most suitable alternative for small properties, since it allows a more efficient use of available areas and family labor. It is also fundamental to correctly determine the activities that optimize the allocation of financial resources, in order to meet this class of producers' expectations and needs. In similar situations, Arenaleset al. (2015) recommend the use of mathematical models based on linear programming, since they are able to correlate different restrictions and formulate very efficient solutions in terms of the allocation of limited resources.
Among the academic works related to the economic optimization of agricultural properties, the works of Castro et al. (2013) and Santos and Martins (2015), who sought to find solutions that maximize the financial return of properties with different characteristics through linear programming, stand out. As a counterpoint, Rozakiset al. (2016) and Dill et al. (2014) criticize the methodology used, emphasizing that the non-consideration of possible economic risks and the producers' preferences are flaws in the mono objective linear models.
Faced with the importance of risk factors in agricultural planning, Mosciaro and Iorio (2013), Osaki and Batalha (2014), Karami (2014) and Wen and Li (2016) used the Minimization of Total Absolute Deviation (MOTAD) methodology, developed by Hazell (1971). The authors point out that this methodology makes it possible to consider the historical variation of the profitability of each crop, allowing the decision maker to analyze the influence of the market and climatic conditions on the financial results of each production plan in a more effective way.
Thus, the present work seeks to provide information on the correct allocation of family property resources, optimizing their economic results. To this end, the work was divided into two main stages. The first sought to find the combination of activities that maximized the economic return. In a second moment, based on the uncertainty regarding the profitability of agricultural products, the risk analysis was introduced through the MOTAD mathematical model, duly adapted to the relationship between the needs of each activity, the available resources and the reality of this class of agricultural producers.
Portuguese to English: Scientific Paper - THERMAL PATTERNS IN HAND VASCULARIZATION AFTER COLD STRESS WITH THE AID OF THERMOGRAPHY
Source text - Portuguese RESULTADOS PRELIMINARES DE PADRÕES TÉRMICOS NA VASCULARIZAÇÃO DE MÃOS APÓS ESTRESSE AO FRIO COM AUXILIO DE TERMOGRAFIA
RESUMO
Background: Estudos sobre padrões térmicos da circulação podem representar um avanço para o diagnóstico de doenças como o Fenômeno de Raynaud. Este estudo teve como objetivo conduzir uma investigação preliminar sobre os padrões térmicos na vascularização de mãos após estresse ao frio com auxilío da termografia.
Methods: Foi utilizada uma câmera térmica (Fluke Ti400) para fotografar a temperatura da pele após um protocolo de estresse ao frio. O ambiente de coleta de dados foi mantido com temperatura de 23°C. Em seguida, as mãos foram imersas até o nível do carpo em recipiente com água a 10°C durante 60 segundos. As imagens foram registradas imediatamente após a emersão e a cada 5 minutos, até que se completasse 20 minutos pós-imersão. Para a análise de dados foram traçados os histogramas normalizados para definição da função de densidade de probabilidade da temperatura absoluta e da DDD (Diferença Distal Dorsal). Os melhor dedo e tempo de análise foi definido pela razão entre variância e chi-quadrado de forma a encontrar o melhor trade-off entre ajuste ao modelo e separação dos dados em dois clusters.
Results: Foram avaliados 100 indivíduos com idade média de 28,7±8,9 anos. Observou-se que os dados se aproximavam de um modelo de mistura Gausiana. A melhor relação entre separabilidade dos dados e ajuste ao modelo foram observadas para o dedo indicador em 20 minutos, considerando a análise da temperatura absoluta, e dedo anelar em 15 minutos, considerando a DDD.
Conclusion: Os achados indicaram a possibilidade de criação de grupos de indivíduos com padrões de aquecimento distintos. Os dados de temperatura absoluta apresentam maior variância da população em relação à DDD, o que mostra que esse parâmetro é mais adequado para a finalidade de classificação e determinação de protocolos.
INTRODUÇÃO
A vasoconstrição éum mecanismo natural de proteção do corpo humano inerente ao processo de termorregulação[1]. Partes periféricas do corpo, como os dedos das mãos, pés e o nariz são áreas comumente atingidas por esse processo fisiológico. Principalmente quando submetidos ao frio. Uma patologia estreitamente relacionada com esse mecanismo é o Fenômeno de Raynauld (FR).
O FR é caracterizado como uma desordem na vascularização das extremidades corporais em resposta ao frio ou stress emocional, resultando em alteração na coloração, formigamento, amortecimento e dor [2-4].Um estudo de revisão sistemática envolvendo 33 pesquisas e mais de 30 mil participantes reportou que a prevalência do FR está na ordem de 2,1-15,8% em mulheres e 0,8-6,5% para homens [5]. Em soma, o FR pode ser caracterizado como primário, sem doenças subjacentes ou secundário em associação com doenças reumáticas autoimunes [4, 6]. O FR primário é mais comum e representa cerca de 89% dos casos [7] e tende a não apresentar sintomas em regiões de clima quente. No entanto, recomenda-se acompanhamento para verificar a evolução para secundário ou se está acompanhado por esclerodermia [8].
Historicamente, o Colégio Americano de Reumatologia (ACR) avalia o FR através de questionário clínico [9], podendo ser aprofundado com avaliações como a capillaroscopy, antinuclear antibodies test e erythrocyte sedimentation rate. Apesar dos questionários e as técnicas complementares representarem um avanço para a avaliação clínica do FR, tecnologias auxiliares têm sido testadas no diagnóstico auxiliar, entre elas a termografia (TM)[10]. Isso ocorre principalmente em países em desenvolvimento, onde o diagnóstico tende a ser eminentemente clínico
A TM consiste na avaliação da radiação infravermelha emitida pela pele. A técnica tornou-se um importante instrumento em pesquisas médicas por avaliar pacientes de forma não invasiva e segura [2]. Suas imagens apresentam-se de forma bidimensional e os sensores detectam a quantidade de radiação infravermelha da superfície do corpo convertendo-as em informações elétricas [11]. A associação da TM com a avaliação da vascularização periférica tem sido amplamente difundida na literatura, uma vez que locais de maior circulação sanguínea aparecem como pontos quentes e estão comumente relacionados à inflamação aguda. Por outro lado, pontos frios, representam baixa vascularização, indicando, por exemplo, necroses, tromboses ou inflamações crônicas [3, 10, 12, 13].
Além disso, autores citam que a utilização da temperatura distal dorsal (DDD) em mãos após uma situação de estresse ao frio pode recriar o ambiente que desencadeia problemas de circulatórios, tais como os encontrados no FR e sensíveis a avaliação por TM[14, 15]. Entretanto não há um consenso quanto as características a serem analisadas nos parâmetros termográficos quanto ao mecanismo na vasoconstrição e vascularização de microcirculação periférica após estresse o frio. Desta maneira, o objetivo deste estudo foi conduzir uma investigaçãopreliminar sobre os padrões térmicos da vascularização de mãos após estresse ao frio com auxilío da TM.
Translation - English PRELIMINARY RESULTS OF THERMAL PATTERNS IN HAND VASCULARIZATION AFTER COLD STRESS WITH THE AID OF THERMOGRAPHY
ABSTRACT
Background: Studies on thermal circulation patterns may represent a breakthrough for the diagnosis of diseases such as Raynaud's Phenomenon. This study aimed to conduct a preliminary investigation into the thermal patterns in hand vascularization after cold stress, with the aid of thermography.
Methods: A thermal camera (Fluke Ti400) was used to photograph skin temperature following a cold stress protocol. The data collection environment was maintained at a temperature of 23°C. The hands were then immersed up to the carpal level in a container with water at 10°C for 60 seconds. Images were recorded immediately after the emersion and every 5 minutes, until 20 minutes post-immersion. For the data analysis, normalized histograms were mapped to define the probability density function of absolute temperature and DDD (Distal Dorsal Difference). The best finger and analysis time was defined by the ratio between variance and chi-square, in order to find the best trade-off between fit to the model and data separation in two clusters.
Results: We evaluated 100 individuals with a mean age of 28.7 ± 8.9 years. It was observed that the data approximated a Gaussian mixture model. The best relationship between data separability and fit to the model was observed for the index finger at 20 minutes, considering the analysis of absolute temperature, and ring finger at 15 minutes, considering the DDD.
Conclusion: The findings indicated the possibility to create groups of individuals with distinct heating patterns. The absolute temperature data presents a greater population variance in relation to the DDD, which shows that this parameter is more suitable for the purpose of protocol classification and determination.
INTRODUCTION
Vasoconstriction is a natural protection mechanism of the human body, inherent to the process of thermoregulation [1]. Peripheral parts of the body - such as the fingers, toes and nose - are areas commonly affected by this physiological process, especially when subjected to cold. One pathology closely related to this mechanism is the Raynauld’s Phenomenon (RP).
RP is characterized as a disorder in the vascularization of the body extremities in response to cold or emotional stress, resulting in discoloration, internal friction, tingling and pain [2-4]. A systematic review study, involving 33 surveys and more than 30,000 participants, reported that RP prevails in around 2.1 - 15.8% of women and 0.8 - 6.5% of men [5]. In short, RP can be characterized as primary, without underlying diseases, or secondary, associated to autoimmune rheumatic diseases [4, 6]. Primary RP is more common; it represents around 89% of cases [7] and tends not to show symptoms in hot climate regions. However, monitoring is advised to check for progression to secondary or in cases accompanied by scleroderma [8].
Historically, the American College of Rheumatology (ACR) evaluates RF by clinical questionnaire [9], which can be further developed with assessments such as capillaroscopy, antinuclear antibodies test and erythrocyte sedimentation rate. Although questionnaires and complementary techniques represent a breakthrough for the clinical evaluation of RP, auxiliary technologies have been tested in auxiliary diagnosis, including thermography (TM)[10]. This mainly occurs in developing countries where the diagnosis tends to be eminently clinical.
TM consists of the evaluation of the infrared radiation emitted by the skin. The technique has become an important tool in medical research for evaluating patients in a non-invasive and safe way [2]. Images are presented in a two-dimensional way and the sensors detect the amount of infrared radiation from the body surface, converting it into electrical information [11]. Associating TM with the evaluation of peripheral vascularization has been widely disseminated in the literature, since sites of greater blood circulation appear as hot spots and are commonly related to acute inflammation. Cold spots, on the other hand, represent low vascularization, indicating, for example, necrosis, thrombosis or chronic inflammation [3, 10, 12, 13].
In addition, authors cite that the use of distal dorsal temperature (DDD) on the hands after a cold stress situation can recreate the environment that triggers circulatory problems, such as those found in RP and sensitive to TM evaluation [14, 15]. However, there is no consensus on the characteristics to be analyzed in the thermographic parameters regarding the vasoconstriction and vascularization of peripheral micro-circulation after cold stress. Thus, the objective of this study was to conduct a preliminary investigation into the thermal patterns of vascularization after cold stress with the aid of TM.
Portuguese to English: Scientific Paper - HETEROGENEOUS PHOTOCATALYSIS USING IMMOBILIZED TIO2 FOR THE TREATMENT OF DENIM LAUNDRY EFFLUENT
Source text - Portuguese FOTOCATÁLISE HETEROGÊNEA UTILIZANDO TIO2 IMOBILIZADO PARA O TRATAMENTO DE efluente de lavanderia de jeans
Resumo
A indústria de lavanderia de jeans é um segmento têxtil de grande importância economica visto que o jeans é a peça de roupa mais comercializada no mundo todo. Para agregar valor e diferenciação nas peças confeccionadas com denim, são realizadas operações físicas, químicas e biológicas, tanto a seco como a úmido (em banho) proporcionando mudança nas características visuais da peça. Essas operações geram um volume muito alto de efluente com características danosas ao ambiente. Com base no volume de efluente gerado, na dificil tratabilidade e no seu potencial poluidor, existe a demanda por novas tecnologias que além de tratar adequamente o efluente gerado possibilite a sua reutilização. Sendo assim, o presente artigo reporta a utilização da fotocatálise heterogênea no tratamento de efluentes de lavanderia de jeans, utilizando TiO2 imobilizado em tecido de algodão. Os parâmetros utilizados para monitoramento das características físicas e químicas do efluente foram a cor, turbidez, espectro de máxima absorbância, descoloração, odor e presença de titânio. O processo utilizado para o tratamento desse efluente têxtil removeu mais de 98% da cor e 96% de turbidez, eliminou ainda totalmente o odor presente no efluente. Além disso, proporcionou o reuso do efluente em processos de tingimento e de enobrecimento de peças confeccionadas de jeans.
Introdução
As lavanderias industriais pertencem ao segmento de beneficiamento/enobrecimento e trabalham na área dos efeitos visuais, os quais tem o objetivo de alterar a textura da peça, de forma a trabalhar a linguagem definida pela indústria da moda. Atualmente as lavanderias industriais visam agregar valor às peças confeccionadas, por meio de processos físicos, químicos e biológicos, dividindo-se em dois grupos: o de tingimento de roupas e o de lavagem de peças confeccionadas (jeans).
O tingimento de peças confeccionadas visa à colorir as peças de acordo com as características físicas e químicas da fibra, ou seja, de acordo com os grupos químicos que proporcionarão a ligação fibra-corante e também da aplicação final do produto.
A etapa de lavagem tem por finalidade agregar características diferenciadas por meio de interações físicas ou químicas às peças confeccionadas de jeans. Essas operações são possíveis devido à classe de corante empregada no processo de tingimentodo de fios com corante índigo, que tinge o substrato têxtil de forma superficial e com ligações fracas, liberando o corante quando o material entra em contato com uma força física, biológica ou com agentes químicos oxidantes.
Para realização dos processos de beneficiamento e acabamento dos substratos têxteis são utilizados produtos químicos de diferentes formulações, tais como, tensoativos, corantes de diferentes estruturas, enzimas, ácidos, bases, sais etc., os quais, depois de cumprirem a sua função são descartados juntamente com o banho residual e seguem para a estação de tratamento de efluentes.
Segundo Souza et al. (2004) são gastos aproximadamente 50 litros de água por quilo de material têxtil processado. Para Vandevivere, Bianchi & Verstraete (1998) o consumo de água para o processamento de artigos de algodão pode variar de 100 a 300 L.Kg-1 de substrato têxtil. Rosa, Tambourgi, Baptista & Santana (2011) afirmam que o consumo mundial médio anual de água na indústria têxtil é cerca de 130 bilhões de m3.
Dessa forma, os efluentes provindos das indústrias têxteis apresentam características qualitativas e quantitativas que variam de acordo com a natureza do substrato têxtil (origem), com os produtos químicos e com os maquinários utilizados nos processos de preparação, tingimento e acabamento do material, tornando difícil o dimensionamento de um sistema de tratamento de efluentes, que remova além da cor, os demais poluentes.
Pesquisadores tais como Hassemer & Sens (2002), Beltrame et al. (2004), Salem (2010) afirmam que a problemática ambiental associada a tais efluentes é bastante conhecida devido a sua própria natureza. A presença de corantes, mesmo em concentrações baixas, é facilmente detectada e visível, portanto, quando lançados nos corpos receptores hídricos, mesmo em baixas quantidades alteram a coloração natural dos rios, resultando em graves problemas estéticos, além da redução de processos fotossintéticos.
Gutiérrez et al. (2007) afirmam que mesmo quando os corantes não são tóxicos ao ambiente, eles podem impedir que parte da luz solar penetre nos rios e chegue ao fundo, o que implicará na sobrevivência das espécies vegetais e animais que habitam a região, podendo provocar um desequilibrio do sistema.
Devido às características dos corantes empregados, alguns com metais pesados em sua composição e estrutura aromática, da grande quantidade de compostos orgânicos recalcitrantes, de surfactantes e de auxiliares empregados nos processos de tingimento, existe grande dificuldade em se tratar os efluentes têxteis por métodos convencionais, tais como os processos físico-químicos e biológicos.
Apesar dos processos convencionais apresentarem bons resultados de remoção de cor dos efluentes, estes apenas transferem o poluente da fase líquida para a fase sólida, sendo assim, este novo resíduo, chamado de lodo têxtil, deverá ser caracterizado e destinado de forma correta, pois os poluentes contidos na sua massa podem também causar vários danos ao ambiente.
Diante disso, a pesquisa por novas tecnologias empregadas no tratamento de efluente da indústria têxtil tem se mostrado necessária. Dentre as tecnologias que vem sendo estudadas no tratamento de efluentes têxteis encontram-se os processos oxidativos avançados, os quais apresentam como principal atrativo a mineralização completa da molécula de corante e minimização do resíduos sólido gerado no processo.
Os POAs são divididos em duas categorias: os sistemas homogêneos e os sistemas heterogêneos. Em ambos, os radicais podem ser gerados com ou sem irradiação ultravioleta. Nogueira & Jardim (1998) reportam que os sistemas que contam com a presença de catalisadores sólidos são chamados heterogêneos enquanto os demais são chamados homogêneos.
A fotocatálise heterogênea é baseada na irradiação de partículas de catalisadores denominados como semicondutores inorgânicos de partículas microcristalinas ou nanocristalinas, que podem ser empregados no sistema de degradação de contaminantes e poluentes em forma de fino filme ou em dispersão. A escolha do catalisador ideal é extremamente necessária para a eficiência do processo, pois assim, é possível controlar o grau de conversão dos poluentes e selecionar diferentes vias de reação, controlando assim, a formação de subprodutos (BRITTO & RANGEL, 2008; KOPRIVANAC & KUSIC, 2009; ZHANG & HU, 2011).
Quando utilizado em dispersão, existe a dificuldade de separação do catalisador no final do processo devido a essa limitação inúmeros estudos acerca da melhor forma de sua imobilização vem ganhando atenção dos pesquisadores. De acordo com Wang et al. (2013) os suportes que vem sendo mais estudados são matrizes de fibra de vidro, fibra ótica, sílica, fibra de algodão, substratos poliméricos e zeólitas.
Rego et al. (2009) trabalharam na descoloração de solução corante com o TiO2 e ZnO imobilizado em material cerâmico, utilizando fonte de energia natural. Ambos os catalisadores foram imobilizados em vidro poroso em uma concentração aproximada de 50 gm-2. Foram tratados 2 L de uma solução de corante Orange II e o pH do meio foi ajustado para 10. Os melhores resultados foram obtidos com o emprego do TiO2, concluindo que o processo se mostrou eficiente e que o catalisador não perdeu atividade, podendo ser reutilizado em outros processos, diminuindo o custo do tratamento.
Gao et al. (2014) afirmam que os suportes de catalisadores a base de celulose para tratamento de efluentes são promissores devido às características de ser abundante e apresentar alta afinidade para vários reagentes. As fibras celulósicas, segundo Aguiar Neto (1996) são polímeros lineares construídos pela combinação de milhares de unidades de anidro-glucose. São carbohidratos que contém 44,4% de carbono, 6,2% de hidrogênio e 49,4 % de oxigênio. As moléculas de celulose formam pequenos feixes de cadeias moleculares, que se combinam em grupos para compor as fibras celulósicas. Certos grupos de fibras podem ter moléculas paralelas (formando regiões cristalinas) enquanto outros podem ter moléculas distribuídas aleatoriamente (regiões amorfas).
Salem (2010) e Kadolph & Langford (1998) relatam que a celulose possui um grupo químico reativo que é chamado de unidade hidroxil (OH), responsável pela característica de reagir facilmente com vários outros compostos, apresenta excelente resistência às soluções alcalinas, é absorvente, lavável e resistente a detergentes fortes, a temperaturas elevadas (até 180º C) e a alvejantes.
O grupo de pesquisa de Wang et al. (2013) carbonizou fibras de algodão, ainda em plumas, em temperatura que variou de 400 à 1000ºC durante 1 hora. Com a fibra carbonizada, foi formado um composto com o TiO2 e teflon, por meio de uma solução hidrotérmica à 180ºC por 12 horas. Na sequência o compósito passou por secagem à 60ºC por 2 horas, antes de ser aplicada nos ensaios de fotocatálise. A atividade catalítica foi avaliada por meio da degradação de 100 mL de uma solução contendo 5 mgL-1 de corante azul de metileno sem ajuste de pH, sendo imerso nesta solução 120 mg do compósito de TiO2-CCFs. A radiação foi fornecida por meio de lâmpada de xenônio de 300 W. Os resultados apontaram 92% de remoção da cor, a qual se manteve constante mesmo após 5 ciclos de utilização. Os autores concluíram que a alta atividade catalítica está relacionada à boa fixação do catalisador nas cinzas de algodão e classificaram o processo como vantajoso e de baixo custo.
Outro trabalho utilizando fibras de algodão como suporte foi publicado por Harrelkas et al. (2008), neste trabalho, os pesquisadores utilizaram como matriz uma amostra de não-tecido 100% algodão para suportar uma mistura de TiO2, zeólita e SiO2, utilizando a compressão como processo de fixação do catalisador. Os ensaios fotocatalíticos se deram em reator de placa inclinada de alumínio com 30 X 30 cm, no qual o tecido foi fixado e a solução contendo corante ficou em um reservatório, sendo bombeada continuamente e passando várias vezes sobre o não tecido. A solução de corante utilizada continha 5 gL-1 de corante e a radiação foi fornecida por lâmpadas de vapor de mercúrio que emitem comprimento de onda na faixa dos 365 nm. O experimento foi realizado durante 14 horas e os autores não relataram a correção pH antes do ensaio. Os resultados obtidos na descoloração de diversas classes de corantes apontaram, em todos os casos, eficiência acima de 90% no final do experimento, levando os autores a concluir que ocorreu a clivagem dos corantes e que o processo de suporte do catalisador mostrou-se promissor.
Apesar de inúmeras pesquisas acerca da estrutura dos catalisadores, métodos de obtenção e de estudos envolvendo a imobilização de catalisadores, a fotocatálise ainda encontra-se em escala laboratorial e aplicada, na maioria das vezes, em soluções sintéticas, necessitando ainda, de métodos e técnicas que venham garantir seu sucesso em matrizes reais e a certeza de que a ampliação da escala seja realmente vantajosa e confiável, levando o segmento industrial a adotá-la como forma de tratamento dos efluentes líquidos.
Translation - English HETEROGENEOUS PHOTOCATALYSIS USING IMMOBILIZED TIO2 FOR THE TREATMENT OF DENIM LAUNDRY EFFLUENT
Abstract
The denim laundry industry is a textile segment of great economic importance, since jeans are the most commercialized garment in the world. Physical, chemical and biological operations, both dry and wet (in a bath) are carried out to add value and differentiation to denim-made garments, providing a change in the visual characteristics of the garment. These operations generate a very high volume of effluent with characteristics that are harmful to the environment. Based on the volume of effluent generated, the difficulty in treating and its polluting potential, there is a demand for new technologies that, in addition to adequately treating the generated effluent, enables its reuse. Therefore, the present article reports the use of heterogeneous photocatalysis in the treatment of denim laundry effluents, using immobilized TIO2 on cotton fabric. The parameters used to monitor the physical and chemical characteristics of the effluent were the color, turbidity, maximum absorbance spectrum, discoloration, odor and presence of titanium. The process used to treat this textile effluent removed more than 98% of the color and 96% of turbidity, and also totally eliminated the odor present in the effluent. In addition, it allowed the reuse of the effluent in dyeing and ennoblement processes of denim garments.
Introduction
Industrial laundries belong to the processing/ennoblement segment and work in the area of visual effects, aiming to change the texture of the garment in order to address the language defined by the fashion industry. Industrial laundries currently aim to add value to the garments, through physical, chemical and biological processes which are divided into two groups: dyeing clothes and washing ready-made garments (jeans).
The dyeing of ready-made garments aims to color the garments according to the physical and chemical characteristics of the fiber, that is, according to the chemical groups that will provide the dye-fiber bond, and also according to the final application of the product.
The purpose of the washing step is to add differentiated characteristics through physical or chemical interactions to the denim garments. These operations are possible because of the class of dye employed in the process of yarn dyeing with indigo dye, which dyes the textile substrate in a superficial and weakly bonded manner, releasing the dye when the material comes into contact with a physical or biological force, or with oxidizing chemical agents.
To perform the processing and finishing processes of the textile substrates, chemical products of different formulations are used, such as surfactants, colorants of different structures, enzymes, acids, bases, salts etc. After fulfilling their function, these chemicals are discarded along with the residual bath and proceed to the effluent treatment plant.
According to Souza et al. (2004), approximately 50 liters of water is used for every kilogram of processed textile material. For Vandevivere, Bianchi & Verstraete (1998) the consumption of water for the processing of cotton articles can vary from 100 to 300 L.Kg-1 of textile substrate. Rosa, Tambourgi, Baptista & Santana (2011) state that the average annual world consumption of water in the textile industry is about 130 billion m3.
Effluents from the textile industries present qualitative and quantitative characteristics that vary according to the nature of the textile substrate (origin), the chemicals and the machinery used in the preparation, dyeing and finishing processes of the material, making it difficult to design an effluent treatment system that removes other pollutants besides color.
Researchers such as Hassemer & Sens (2002), Beltrame et al. (2004), and Salem (2010), state that the environmental problem associated with such effluents is well known due to its very nature. The presence of dyes, even in low concentrations, is easily detected and visible; so, when released into water bodies, even in low quantities, they alter the natural coloration of the rivers, resulting in serious aesthetic problems, as well as impacting photosynthetic processes.
Gutiérrez et al. (2007) state that even when dyes are not toxic to the environment, they may prevent part of the sunlight from entering the rivers and reaching the bottom, which will influence the survival of the plant and animal species that inhabit the region and may cause an imbalance of the system.
Due to the characteristics of the dyes employed, some of which have heavy metals in their composition and aromatic structure, the large quantity of recalcitrant organic compounds, surfactants and auxiliaries employed in the dyeing processes, it is very difficult to treat the textile effluents by conventional methods, such as physical-chemical and biological processes.
Although conventional processes have good results in removing color from the effluents, they only transfer the pollutant from the liquid phase to the solid phase, so this new waste, called textile sludge, must be characterized and destined correctly, since the pollutants contained in its mass may also cause various types of damage to the environment.
Therefore, the research for new technologies used in the treatment of effluent from the textile industry has proved necessary. Among the technologies that have been studied in the treatment of textile effluents are advanced oxidation processes, having the complete mineralization of the dye molecule and minimization of solid waste generated in the process as main attractions.
Advanced oxidation processes are divided into two categories: homogeneous systems and heterogeneous systems. In both, the radicals can be generated with or without ultraviolet irradiation. Nogueira & Jardim (1998) report that systems that rely on the presence of solid catalysts are called heterogeneous, while the others are called homogeneous.
Heterogeneous photocatalysis is based on the irradiation of catalyst particles, as inorganic semiconductors of micro-crystalline or nanocrystalline particles, which can be used in the degradation of contaminants and pollutants in the form of a thin film or in dispersion. The choice of the ideal catalyst is extremely important for the efficiency of the process, as it makes it is possible to control the degree of conversion of the pollutants and to select different reaction paths, thereby controlling the formation of by-products (BRITTO & RANGEL, 2008; KOPRIVANAC & KUSIC, 2009; ZHANG & HU, 2011).
When used in dispersion, there is the difficulty of separating the catalyst at the end of the process. Due to this limitation, numerous studies on the best way to fix it have been gaining researchers’ attention. According to Wang et al. (2013) the most studied substrates are fiberglass, fiber optic, silica, cotton fiber, polymer substrates and zeolites.
Rego et al. (2009) worked on the discoloration of dye solution with immobilized TIO2 and ZnO in ceramic material using a natural energy source. Both catalysts were immobilized in porous glass at a concentration of approximately 50 gm-2. Two liters of an Orange II dye solution were treated, and the pH of the medium was adjusted to 10. The best results were obtained with the use of TIO2, concluding that the process was efficient and that the catalyst did not lose activity and can be reused in other processes, reducing the treatment cost.
Gao et al. (2014) state that cellulose-based catalyst supports for effluent treatment are promising, because they are abundant and have high affinity for various reagents. According to Aguiar Neto (1996), cellulosic fibers are linear polymers constructed by combining thousands of anhydroglucose units. They are carbohydrates containing 44.4% carbon, 6.2% hydrogen and 49.4% oxygen. The cellulose molecules form small bundles of molecular chains, which combine in groups to make the cellulosic fibers. Certain groups of fibers may have parallel molecules (forming crystalline regions) while others may have randomly distributed molecules (amorphous regions).
Salem (2010) and Kadolph & Langford (1998) report that the cellulose has a reactive chemical group called the hydroxyl (OH) unit, responsible for the characteristic of reacting easily with several other compounds, presents excellent resistance to alkaline solutions, is absorbent, washable and resistant to strong detergents, at high temperatures (up to 180°C), and to bleach.
The research group of Wang et al. (2013) carbonized cotton fibers, still in bolls, at a temperature ranging from 400 to 1000°C for 1 hour. With the carbonized fiber, a compound of TIO2 and Teflon was formed by means of a hydro-thermal solution at 180ºC for 12 hours. The composite was then dried at 60°C for 2 hours before being applied in the photocatalysis experiments. The catalytic activity was evaluated by the degradation of 100 mL of a solution containing 5 mgL of methylene blue dye without pH adjustment, and 120 mg of the TIO2-CCFs composite was immersed in this solution. The radiation was supplied by a 300 W xenon lamp. The results indicated 92% color removal, which remained constant even after 5 cycles of use. The authors concluded that the high catalytic activity is related to the good binding of the catalyst to the cotton ashes and classified the process as advantageous and low cost.
Another study using cotton fibers as a support was published by Harrelkas et al. (2008). In this work, the researchers used a 100% cotton non-woven sample as a matrix to support a mixture of TIO2, zeolite and SiO2, using compression as the catalyst fixation process. The photocatalytic tests were performed in a 30 x 30 cm aluminum slant plate reactor in which the fabric was fixed and the dye containing solution remained in a reservoir, being pumped continuously and passing over the non-woven fabric several times. The dye solution used contained 5 gL of dye and the radiation was supplied by mercury vapor lamps emitting wavelengths in the 365 nm range. The experiment was performed over 14 hours and the authors did not report a pH correction prior to the test. The results obtained in the discoloration of several classes of dyes indicated, in all cases, efficiency above 90% at the end of the experiment, leading the authors to conclude that the dye cleavage occurred and that the catalyst support process was promising.
Despite extensive research on the catalysts structure, methods of obtaining and studies involving the immobilization of catalysts, photocatalysis can still be found in a laboratory scale and is applied, in most cases, in synthetic solutions, also requiring methods and techniques that will guarantee its success in real matrices and ensure that the scale expansion is really advantageous and reliable, leading the industrial segment to adopt it as a form of liquid effluent treatment.
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Bachelor's degree - University of Leeds
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Years of experience: 15. Registered at ProZ.com: Oct 2016.
Born in England and living in Brazil since 2008, I am a UK qualified translator, teacher and journalist.
I have been working as coordinator of English at the Federal University of Rio de Janeiro (UFRJ) since 2009, which includes teaching, translating, revising and interpreting services for foreign guests at the university.
Working at UFRJ and the State University of Rio de Janeiro (UERJ) has allowed me to gain experience in translating in many different areas, from Chemistry to Psychology and many others.
I have also worked on projects for companies such as Cielo, Siemens and Petrobras and have recently been proof reading legal documents for the Lava Jato (Car Wash) police operation in Brazil.
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