COORDENAÇÃO GERAL DE PROGRAMAS ACADÊMICOS E DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA[pic 2]

PRÓ-REITORIA DE PESQUISA

COORDENAÇÃO GERAL DE PROGRAMAS ACADÊMICOS E DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA

PROGRAMA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA

PIBIC/        PIBITI/PIBIC-AF/PIVIC/PIVITI

Modelagem e Fabricação de Micro-Dispositivos de Processo

Elaboração de microcanal catalítico ácido e estudo do desempenho catalítico

Leopoldo Oswaldo Alcazar Rojas

Departamento de Engenharia Química/Centro de Tecnologia

Wanderson Felipe Araújo dos Passos

Engenharia Química/Centro de Tecnologia

João Pessoa-PB, 2019

ELABORAÇÃO DE MICROCANAL CATALÍTICO ÁCIDO E ESTUDO DO DESEMPENHO CATALÍTICO

RESUMO

        A microfluídica vem se desenvolvendo ao longo das últimas décadas dadas as crescentes pesquisas nesta área. A química fina tem ganhado mais destaque, e a facilidade nas análises químicas, e biológicas está cada vez maior, devido aos Lab-on-chip. Este projeto desenvolveu um método de impregnação de um catalisador ácido nas paredes internas de microdispositivos, elaborados a partir de polidimetilsiloxano (PDMS) e acrilonitrila butadieno estireno (ABS), desenvolvendo microrreatores, e objetivou analisar o desempenho dos mesmos. Devido um grande atraso na chegada do PDMS, foi possível apenas elaborar os microssistemas e impregnar o catalisador nos canais, mas não houve nenhuma análise de desempenho.

PALAVRAS-CHAVE: Microrreatores. Catalisador ácido. Polidimetilsiloxano.

PREPARATION OF CATALYTIC ACID MICROCHANNEL AND CATALYTIC PERFORMANCE STUDY

ABSTRACT

        Microfluidics has been developing over the last decades, given the growing research in this area. Fine chemistry has gained more prominence, and the ease in chemical, and biological analyzes is increasing, due to the Lab-on-chip. This project developed a method of impregnating an acid catalyst on the internal walls of microdevices, developed from polydimethylsiloxane (PDMS) and acrylonitrile butadiene styrene (ABS), developing microreactors, and aimed to analyze their performance. Due to a long delay in the arrival of the PDMS, it was only possible to elaborate the microsystems and impregnate the catalyst in the channels, but there was no performance analysis.

KEYWORDS: Microreactors. Acid catalizer. Polydimethylsiloxane.

1 INTRODUÇÃO

1.1 Fundamentação teórica

        Microdispositivos (também conhecidos como LOC: Laboratories On a Chip) tem sido o objeto de estudo de muitos pesquisadores nas últimas décadas, ganhando um elevado interesse comercial e uma grande quantidade de recursos para o crescimento de suas pesquisas desde meados da década de 90 (HONGBIN et al, 2009)

Estes tipos de dispositivos possuem aplicações bastante abrangentes e um a alta precisão em análises químicas, físicas e biológicas (SAGGIOMO; VELDERS, 2015), porém com uma redução significativa de reagentes, materiais, e tempo gasto para a realização das análises (HONGBIN et al, 2009).

A utilização de microssistemas vem crescendo em áreas como ciências materiais, controle e detecção de reações químicas, separação de moléculas de proteína e até mesmo estiramento de filamentos de DNA (JIN, 2012).

O material mais difundido no meio científico para a elaboração de microdispositivos é o polidimetilsiloxano (PDMS). Isto acontece por conta do seu custo relativamente baixo, sua facilidade de manipulação, permeabilidade a gases, e índice refrativo de 1.4 (SAGGIOMO; VELDERS, 2015).

A Engenharia de Reações Químicas vem sendo acrescida de novas tecnologias, e entre estas estão os microrreatores. Eles possuem razões entre área superficial e volume altas, as quais facilitam a transferência de massa nos microcanais. Estas características também favorecem as catálises de reações através de superfícies, tendo em vista que a área de contato com o volume racional é bem maior (FOGLER, 2009).

1.2 Objetivos

        Este projeto visou elaborar microdispositivos à base de um silicone metilado (PDMS), o qual é muito comum da literatura para fins microfluídicos, se utilizando de uma técnica que surgiu a pouco tempo, mas que possui praticidade e eficácia significantes (SAGGIOMO; VELDERS, 2015).

 A pesquisa feita também objetivou adicionar aos sistemas propriedades catalíticas, através da tentativa de impregnação de um catalisador nas paredes dos canais, e analisar tanto a distribuição do material por todo o comprimento do microtubo como também as propriedades catalíticas através de reações químicas no dispositivo.

2 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS

        A metodologia usada neste projeto para elaboração dos microcanais é denominada “ESCARGOT” (Embedded SCAffold RemovinG Open Technology), e foi criada por V. Saggiomo e A. H. Velders (2015). Este método consiste na obtenção de cavidades – ou canais propriamente ditos - feitas em um dispositivo de polidimetilsiloxano (PDMS) por meio da dissolução (em um solvente inerte ao silicone) de um fio guia de acrilonitrila butadieno estireno (ABS) feito através de uma impressão 3D com o (diâmetro desejado para o canal), incorporado no PDMS antes de ser curado, em um molde com o formato desejado do dispositivo.

        Tendo em vista que o material utilizado foi o kit de elastômero Sylgard 184 da Dow Corning (figura 1), que contém uma base e um agente curante (ambos líquidos), a proporção em massa entre a ambos respectivamente foi de 10:1 e o tempo gasto para a cura foi de 35 minutos à 100°C (CORNING, 2003).

Figura 1 - Kit de eslastômero de silicone Sylgard 184 (base à direita e curante à esquerda) [pic 3]

Fonte: o próprio autor, 2019.

O molde utilizado para o dispositivo foi uma placa de Petri em alumínio (figura 2).