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Tipo: Tese
Título: Funcionalização de pavimentos asfálticos para redução de emissões de NO2: um estudo de viabilidade
Autor(es): Alcantara, Amanda Pontes Maia Pires
Orientador: Castelo Branco, Veronica Teixeira Franco
Coorientador: Souza, Francisco Wagner de
Palavras-chave em português: Poluição do Ar;Diagnóstico de emissões asfáltica;Amostragem Passiva NO2;Pavimento fotocatalítico;Mitigação de NO2
Palavras-chave em inglês: Air pollution;Asphalt emissions diagnosis;NO2 Passive Sampling;Photocatalytic pavement;NO2 mitigation
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE TRANSPORTES
Data do documento: 2024
Citação: ALCANTARA, Amanda Pontes Maia Pires. Funcionalização de pavimentos asfálticos para redução de emissões de NO2: um estudo de viabilidade. 2024. 143 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Transportes) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Resumo: Mensurar e reduzir os níveis de poluentes atmosféricos a fim de melhorar a qualidade do ar, sobretudo, nos grandes centros urbanos, é uma temática pertinente e constitui um importante desafio ambiental com forte influência na saúde humana. Essa pesquisa teve como objetivo geral avaliar emissões na usinagem de misturas asfálticas, bem como investigar se pavimentos asfálticos funcionalizados com dióxido de Titânio (TiO2), e deste dopado com Quitosana (CSTiO2), possuem capacidade de mitigar dióxido de nitrogênio (NO2) e compostos orgânicos voláteis (TVOC). Essa tese foi escrita em formato de artigos na qual o capítulo 1 trouxe a contextualização geral do escopo do trabalho e os capítulos 2 a 4 são artigos relacionados aos objetivos específicos. O capítulo 2 se propôs realizar o diagnóstico de Compostos Orgânicos Voláteis (COVs), incluindo Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPAs), Níquel (Ni) e Vanádio (V) por meio da especiação química dessas substâncias em filtros de material particulado amostrados em uma usina de mistura asfáltica durante seu período de inatividade e de produção de misturas asfálticas. A quantificação desses poluentes se deu por meio da extração em diclorometano dos compostos orgânicos presentes nos filtros e análise dos extratos via Cromatografia Gasosa com Espectroscopia de Massas (GC/MS) e Absorção Atômica de alta resolução (HR-CS AAS). Os resultados mostraram a contribuição do processo de usinagem de misturas asfálticas para a piora da qualidade do ar da usina evidenciada pelos contrastes dos poluentes durante os seus períodos de inatividade e funcionamento. O capítulo 3 se propôs a avaliar a amostragem passiva (AP) como ferramenta para diagnóstico de NO2 no setor de pavimentação asfáltica e para monitoramento da redução fotocatalítica do poluente em pavimentos asfálticos funcionalizados. Para isso, foi realizada a avaliação do comportamento da AP em diferentes locais e a sua calibração com dados da estação de referência. Este método foi considerado como válido, robusto e útil para monitoramento de NO2 em serviços de pavimentação asfáltica. Por fim o capítulo 4 avaliou misturas asfálticas funcionalizadas com TiO2 e CS-TiO2 para redução de NO2 e TVOCS. Para isso, o compósito CS-TiO2 foi sintetizado via impregnação úmida e caracterizado, juntamente com o TiO2, pelas técnicas de Difração de Raios-x (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Espectroscopia Raman, Tamanho de Partícula (DLS) e Potencial Zeta. Foram dosadas soluções aquosas de 2,5 g/m² e 5,0g/m² de cada um desses fotocatalisadores que foram adicionados a superfície do pavimento. O desempenho desses materiais quanto à capacidade de redução da concentração de NO2 foi testado em laboratório, com auxílio de um reator fotocatalítico alternativo. Os resultados mostraram uma redução de cerca de 25 e 30% da concentração inicial de NO2, com TiO2 e CS-TiO2, respectivamente, enquanto o CS-TiO2, mostrou eficiência de cerca de 15%, na região do visível. Em relação ao TVOC, percebeu-se a emissão desses compostos pelo ligante asfáltico e a sua redução em cerca de 40 a 80% ao processo de funcionalização do pavimento. Apesar dos resultados promissores, concluiu-se que ensaios adicionais são necessários para melhor avaliar o desempenho desses compostos e a influência de outras variáveis no processo fotocatalítico de redução desses poluentes.
Abstract: Measuring and reducing levels of air pollutants to improve air quality, particularly in large urban centers, is a relevant topic and constitutes an important environmental challenge with significant influence on human health. The general objective of this research was to evaluate emissions during the machining of asphalt mixtures, as well as to investigate whether asphalt pavements functionalized with Titanium Dioxide (TiO2), and TiO2 doped with Chitosan (CSTiO2), could mitigate nitrogen dioxide (NO2) and volatile organic compounds (TVOC). This thesis was written in article format, where chapter 1 presented the general context of the study's scope, and chapters 2 through 4 are articles related to the specific objectives. Chapter 2 aimed to diagnose Volatile Organic Compounds (VOCs), including Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs), Nickel (Ni), and Vanadium (V), through chemical speciation of these substances in particulate matter filters sampled at an asphalt mixing plant during its inactivity and production periods. The quantification of these pollutants was performed by extracting the organic compounds present in the filters using dichloromethane and analyzing the extracts via Gas Chromatography with Mass Spectrometry (GC/MS) and High-Resolution Atomic Absorption Spectroscopy (HR-CS AAS). The results showed the contribution of the asphalt mixture machining process to the worsening of air quality at the plant, evidenced by pollutant contrasts during its inactivity and operation periods. Chapter 3 aimed to evaluate passive sampling (PS) as a tool for diagnosing NO2 in the asphalt paving sector and for monitoring the photocatalytic reduction of this pollutant in functionalized asphalt pavements. For this purpose, the behavior of PS was evaluated in different locations, and it was calibrated with data from a reference station. This method was considered valid, robust, and useful for NO2 monitoring in asphalt paving services. Finally, Chapter 4 evaluated asphalt mixtures functionalized with TiO2 and CS-TiO2 for reducing NO2 and TVOCs. The CS-TiO2 composite was synthesized via wet impregnation and characterized, along with TiO2, using techniques such as X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Raman Spectroscopy, Particle Size (DLS), and Zeta Potential. Aqueous solutions of 2.5 g/m² and 5.0 g/m² of each of these photocatalysts were applied to the pavement surface. The performance of these materials in reducing NO2 concentrations was tested in the laboratory using an alternative photocatalytic reactor. The results showed a reduction of about 25% and 30% of the initial NO2 concentration with TiO2 and CS-TiO2, respectively, with CS-TiO2 being effective in the visible light region (15%). Regarding TVOCs, emissions from the asphalt binder were observed, and their reduction by about 40% to 80% was attributed to the pavement functionalization process. Despite the promising results, it was concluded that additional tests are necessary to better evaluate the performance of these compounds and the influence of other variables in the photocatalytic pollutant reduction process.
Descrição: Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/83624
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0000-0002-5534-528X
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/9622285360678246
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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