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Type: Dissertação
Title: Correlação entre dados calorimétricos, espectroscópicos e de imagem na precipitação do ácido adípico: efeito da taxa de resfriamento na distribuição de tamanho dos cristais
Author(s)/Inventor(s): Carvalho, Lucas Pimentel de
Advisor: Silva, João Francisco Cajaiba da
Abstract: A cristalização é uma etapa essencial em processos químicos e farmacêuticos, pois afeta propriedades físico-químicas e a qualidade do produto final. Este trabalho investigou a influência da taxa de resfriamento na cristalização do ácido adípico, em solução aquosa, por meio de uma abordagem multitécnica que integrou calorimetria, espectroscopia ATR-FTIR e análise de imagens em tempo real (PVM e RGB), complementadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). A calorimetria mostrou-se a técnica mais sensível para detectar a nucleação, permitindo determinar o calor total liberado na cristalização, curvas de conversão térmica, dessupersaturação, supersaturação e a largura da zona metaestável (LZM). A supersaturação derivada desses dados confirmou que maiores taxas de resfriamento favorecem a taxa de nucleação, enquanto menores taxas de resfriamento a desfavorecem. A espectroscopia ATR-FTIR acompanhou a diminuição da concentração de soluto, corroborando os dados calorimétricos. As técnicas de imagem forneceram monitoramento visual em tempo real, revelando alterações de turbidez, a morfologia prismática dos cristais e, possivelmente, aglomerados subcríticos. O MEV confirmou quantitativamente o efeito da LZM, da supersaturação e da taxa de resfriamento: em 2,0 °C/min formaram-se partículas menores e distribuições mais estreitas, enquanto em 0,2 °C/min obtiveram-se cristais maiores e heterogêneos. De modo geral, a integração entre calorimetria, ATR-FTIR, PVM, RGB e MEV possibilitou uma caracterização abrangente da cristalização, consolidando-se como ferramenta robusta para o estudo e controle de processos cristalinos com relevância industrial e farmacêutica.
Abstract: Crystallization is an essential step in chemical and pharmaceutical processes, as it affects physicochemical properties and the quality of the final product. This work investigated the influence of cooling rate on the crystallization of adipic acid in aqueous solution through a multi-technique approach integrating calorimetry, ATR-FTIR spectroscopy, and real-time image analysis (PVM and RGB), complemented by scanning electron microscopy (SEM). Calorimetry proved to be the most sensitive technique for detecting nucleation, enabling the determination of the total heat released during crystallization, thermal conversion curves, desupersaturation, supersaturation, and the width of the metastable zone (MSZ). Supersaturation derived from these data confirmed that higher cooling rates favor nucleation, whereas lower cooling rates hinder it. ATR-FTIR spectroscopy tracked the decrease in solute concentration, corroborating the calorimetric data. Imaging techniques provided real-time visual monitoring, revealing turbidity changes, the prismatic morphology of the crystals, and possibly subcritical aggregates. SEM quantitatively confirmed the effects of MSZ, supersaturation, and cooling rate: at 2.0 °C/min, smaller particles with narrower distributions were formed, whereas at 0.2 °C/min, larger and more heterogeneous crystals were obtained. Overall, the integration of calorimetry, ATR-FTIR, PVM, RGB, and SEM enabled a comprehensive characterization of crystallization, consolidating itself as a robust tool for studying and controlling crystalline processes of industrial and pharmaceutical relevance.
Keywords: Ácido adípico
Cristalização
Nucleação
Calorimetria
Subject CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ORGANICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Química
Production unit: Instituto de Química
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: 2025
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Citation: CARVALHO, Lucas Pimentel de. Correlação entre dados calorimétricos, espectroscópicos e de imagem na precipitação do ácido adípico: efeito da taxa de resfriamento na distribuição de tamanho dos cristais. 2025. 153 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2025.
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