A presente tese de doutorado visou primeiramente em otimizar a metodologia denominada Transesterification Double Step Process (TDSP) para a produção de biodiesel. O biodiesel foi produzido a partir de óleo de soja, pela rota metílica, empregando diferentes condições reacionais a partir do planejamento experimental Doehlert. O produto foi caracterizado por espectroscopia de ressonância magnética nuclear de hidrogênio (RMN 1H) o que permitiu também o cálculo da conversão do material de partida em biodiesel. Foram utilizados ainda gráficos de probabilidade normal e de superfícies de resposta para avaliar a influência das variáveis consideradas no planejamento, como a quantidade de catalisador e o volume de metanol, além da temperatura e tempo de reação. Para a etapa da catálise básica da reação a melhor conversão foi obtida utilizando-se 0,40 g de catalisador e 60 mL de metanol enquanto para a catálise ácida a condição inicial com temperatura de 65 ºC e tempo de reação de 90 minutos utilizada no método TDSP se manteve como a melhor condição de reação. Em um segundo momento, foram produzidos conjuntos de amostras de gasolina e etanol, com amostras adulteradas e não-adulteradas, que foram caracterizados através de RMN 1H e de espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier com acessório de reflectância total atenuada (FTIR-ATR), para posterior aplicação de ferramentas quimiométricas aos dados espectroscópicos gerados. Aos dados de RMN 1H foram aplicados modelos não supervisionados como a análise por agrupamentos hierárquicos (HCA) e a análise por componentes principais (PCA), modelos supervisionados como a análise discriminante empregando mínimos quadrados parciais (PLS-DA) e de regressão multivariada por mínimos quadrados parciais (PLS). HCA e PCA apresentaram uma tendência de separação entre as amostras adulteradas e não adulteradas. Além disso, o modelo PLS-DA foi capaz de classificar corretamente todas as amostras para ambas as classes. Já o algoritmo PLS apresentou um excelente modelo de regressão para quantificar o Diesel como adulterante da gasolina com valor de RMSECV igual a 2,32% (v/v), RMSEP igual a 1,42% (v/v) e R2 igual a 0,992. Por fim, com os dados de infravermelho foram aplicados além de modelos por HCA, PCA, PLS e PLS-DA, modelos de regressão por máquinas de vetores de suporte (SVM) e de classificação com análise discriminante (SVM-DA) e cartas de controle multivariadas (CCM) também para avaliação de adulteração desses combustíveis. Para os modelos com base nos dados de infravermelho, no geral, todos os resultados mostraram que tais modelos são ótimas alternativas para distinguir as amostras adulteradas das não-adulteradas para os combustíveis estudados. Para as amostras de gasolina ambos modelos de classificação PLS-DA e SVM-DA apresentaram sensibilidade e especificidade máximas, o que não ocorreu para os modelos com as amostras de etanol. O modelo quantitativo de PLS para as amostras de etanol apresentou valor de RMSECV igual a 1,721 % (m/m), RMSEP igual a 0,859 % (m/m) e R2 igual a 0,985, enquanto o modelo PLS para as amostras de gasolina apresentou valor de RMSECV igual a 0,832 % (v/v), RMSEP igual a 0,543 % (v/v) e R2 igual a 0,998. O modelo quantitativo de SVM para as amostras de etanol apresentou valor de RMSECV igual a 1,056 % (m/m), RMSEP igual a 0,379 % (m/m) e R2 igual a 0,999, enquanto o modelo SVM para as amostras de gasolina apresentou valor de RMSECV igual a 1,084 % (v/v), RMSEP igual a 0,571 % (v/v) e R2 igual a 0,997. / The present doctoral thesis aimed first optimizing the methodology called Transesterification Double Step Process (TDSP) for biodiesel production. The biodiesel was produced from soybean oil by the methyl route, using different reaction conditions from the Doehlert experimental design. The product was characterized by hydrogen nuclear magnetic resonance (1H NMR) spectroscopy which also allowed the calculation of the conversion of the starting material to biodiesel. We also used normal probability and response surface graphs to evaluate the influence of the variables considered in the planning, such as the catalyst amount and the volume of methanol, besides the temperature and reaction time. For the basic catalysis stage of the reaction the best conversion was obtained using 0.40 g of catalyst and 60 mL of methanol while for the acid catalysis the initial condition with temperature of 65 ºC and reaction time of 90 minutes used in the method TDSP remained the best reaction condition. Second, samples of gasoline and ethanol were produced with adulterated and unadulterated samples, which were characterized by 1H NMR and Fourier transform infrared spectroscopy with attenuated total reflectance (FTIR-ATR), for later application of chemometric tools to the spectroscopic data generated. To the 1H NMR data, unsupervised models by hierarchical cluster analysis (HCA) and principal component analysis (PCA) were applied. In addition supervised models such as discriminant analysis employing partial least squares (PLS-DA) and partial least squares multivariate regression (PLS) were also studied. HCA and PCA showed a tendency of separation between adulterated and unadulterated samples. In addition, the PLS-DA model was able to correctly classify all samples for both classes. The PLS algorithm presented an excellent regression model to quantify Diesel as a gasoline adulterant with RMSECV value equal to 2.32 % (v/v), RMSEP equal to 1.42 % (v/v) and R2 equal to 0.992. Finally, with the infrared data, were applied models by HCA, PCA, PLS and PLS-DA, support vector machine regression (SVM) and with discriminant analysis (SVM-DA) and multivariate control charts (CCM) also to evaluate the adulteration of these fuels. At models based on infrared data, in general, all the results proved to be excellent alternatives to distinguish the adulterated samples from the unadulterated samples for the fuels studied. To the gasoline samples both PLS-DA e SVM-DA classification models presented maximum sensibility and specificity, which did not occur for models with ethanol samples. The quantitative PLS model to ethanol samples presented RMSECV value equal to 1.721 % (m/m), RMSEP equal to 0.859 % (m/m) and R2 equal to 0.985, while the PLS model to gasoline samples presented RMSECV value equal to 0.832 % (v/v), RMSEP equal to 0.543 % (v/v) and R2 equal to 0.998. The quantitative SVM model to ethanol samples presented RMSECV value equal to 1.056 % (m/m), RMSEP equal to 0.379 % (m/m) and R2 equal to 0.999, while the SVM model to gasoline samples presented RMSECV value equal to 1.084 % (v/v), RMSEP equal to 0.571 % (v/v) and R2 equal to 0.997.

Orientadora : Profª. Drª. Ghislaine Miranda Bonduelle / Coorientador : Prof. Dr. Dimas Agostinho da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal. Defesa: Curitiba, 05/04/2016 / Inclui referências : f. 53-61 / Área de concentração : Tecnologia e utilização de produtos florestais / Resumo: Esse trabalho teve por objetivo avaliar o potencial da biomassa de cinco espécies de Eucalyptus como fonte de energia e, também, matéria-prima para a produção de carvão vegetal. Foram utilizadas as espécies Eucalyptus benthamii, Eucalyptus dunnii, Eucalyptus grandis, Eucalyptus saligna e o hibrido Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla (Eucalyptus urograndis) provenientes de plantios arbóreos comerciais com 7 anos de idade, localizados no bioma Pampa no estado do Rio Grande do Sul. Foram avaliadas as propriedades energéticas dos compartimentos da árvore: madeira, casca, galho e folha; além da biomassa seca e o estoque de energia destes compartimentos. Utilizando o compartimento madeira foi produzido carvão vegetal, com temperatura de 450 °C e taxa de aquecimento de 2 °C min-1, no qual foram avaliadas as propriedades energéticas. A partir desse processo foram avaliados os rendimentos de carvão vegetal, licor pirolenhoso, gases não condensáveis, carbono fixo e energia. Na avaliação energética dos diferentes compartimentos houve pouca variação entre as espécies, o compartimento da casca destacou-se pelo alto teor de cinzas, enquanto o compartimento folhas apresentou o maior poder calorífico superior. Para biomassa seca e estoque de energia a espécie E.dunnii foi a que apresentou resultados superiores e a espécie E.benthamii os inferiores. Em relação a produção de carvão vegetal e qualidade do mesmo, as espécies apresentaram diferenças para o teor de cinzas e materiais voláteis, densidade relativa aparente e rendimentos. A espécie E.benthamii apresentou os melhores resultados de rendimentos em carvão vegetal, energia e carbono fixo, enquanto a espécie E.dunnii apresentou os resultados inferiores para essas mesmas propriedades. As espécies estudadas apresentam potencial para a produção de energia via combustão direta e para a produção de carvão vegetal. Palavras-chave: Análise termogravimétrica. Biorredutor. Propriedades tecnológicas da madeira. Qualidade carvão. Recursos Florestais. / Abstract: This study aimed to evaluate the potential of biomass of five species Eucalyptus as an energy source and raw material for the production of charcoal. In this study were used the species Eucalyptus benthamii, Eucalyptus dunnii, Eucalyptus grandis, Eucalyptus saligna and hybrid Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla (Eucalyptus urograndis) from commercial arboreal plantations 7 years old, located in the "pampa gaucho" region in the Rio Grande do Sul state. Energy properties of tree compartments were evaluated: stem wood, stem bark, leaf and branches; and the dry biomass and energy stock of these compartments. The stem wood was used to produce charcoal, with the final temperature of 450 ° C and a heating rate of 2 ° C min-1, which were evaluated energy properties, this process were evaluated yields of charcoal, pyrolignous liquid, no condensable gases, fixed carbon and energy. The energy evaluation of the different compartments showed little variation among species, the stem bark compartment highlighted by high ash content, while the leaves compartment showed the largest higher calorific value. For dry biomass and energy stock the E.dunnii was the species that showed superior results and E.benthamii lower results. In to charcoal production and quality of the same species showed differences for ash and volatiles, apparent relative density and yields. The E.benthamii stood out positively in relation to income in charcoal, energy and fixed carbon, while the E.dunnii showed lower results for these same properties. The species showed low variation between the technological properties so that all have the potential for energy production. Keywords: Thermo-gravimetric analysis. Bioreducer. Wood technological properties. Charcoal quality. Forest resources.

Orientador : Profª. Drª. Maria Aparecida Ferreira César-Oliveira / Coorientador : Prof. Dr. Luiz Pereira Ramos / Coorientador : M.Sc.. Angelo Roberto dos Santos Oliveira / Coorientador : Prof. Dr. Martin Mittelbach / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa: Curitiba, 24/06/2016 / Inclui referências : f. 120-129 / Área de concentração : Química orgânica / Resumo: O biodiesel pode ser obtido através de diferentes matérias-primas. Geralmente fatores como economia, geografia e clima, podem determinar quais derivados de óleos vegetais ou animais têm maior interesse e melhor potencial para produção do biodiesel. Dentre as propriedades físico-químicas do biodiesel, vale ressaltar a estabilidade à oxidação e as propriedades de fluxo a frio, quesão distintas e dependem da origem do biodiesel. Relativo à composição química, quanto mais compostos saturados no biodiesel, mais propensos ao congelamento, e quanto maior a quantidade de compostos insaturados mais susceptíveis à oxidação. Sendo assim, o uso de aditivos para a melhoria das propriedades do biodiesel tem sido uma solução importante, tanto para o armazenamento quanto para a utilização. Visando solucionar problemas causados pelo fluxo a frio e pela oxidação, foi proposto investigar aditivos inéditos na literatura, que combinassem duas atividades em um único aditivo e que estivessem ligados em uma estrutura polimérica para a obtenção de um aditivo multifuncional. Grupamentos fenólicos são utilizados como antioxidantes em combustíveis, porém são parcialmente incompatíveis com as cadeias do biodiesel. Com o objetivo de melhorar a compatibilidade do aditivo com o biodiesel, várias tentativas de ligar covalentemente compostos fenólicos aos compostos graxos insaturados, foram investigadas e obtidas com sucesso. A nova classe de compostos foi mais solúvel em biodiesel do que os fenóis comerciais, nas mesmas concentrações molares. Utilizando o equipamento Rancimat, o biodiesel de canola - BMC (IP = 4 h) e o biodiesel de soja - BMS(IP = 3 h) apresentaram baixa estabilidade oxidativa na ausência de aditivos, porém a estabilidade aumentou significativamente na presença de 12 mmol·kg-1 dos aditivos que apresentam hidroquinona em suas estruturas, com destaque para o 2MB3 (BMC = 41 h; BMS = 20 h) e 4MB3 (BMC = 42 h; BMS = 28 h) sendo eficientes mesmo em baixas concentrações (1,5 mmol·kg-1) apresentando um período de indução de 10h para os dois tipos de biodiesel utilizados. Os polímeros multifuncionais sintetizados solúveis no biodiesel apresentaram atividade anticongelante e antioxidante. O ponto de fluidez (PP) do biodiesel de soja foi melhorado com a adição de apenas 1000 ppm do aditivo PA18H que reduziu o PP do BMS-B100 de -1 °C para - 11 °C. No que se refere à estabilidade oxidativa do biodiesel de soja, utilizando apenas 100 ppm do aditivo PA18H, o IP passou de 3,5 h para 6,8 h. Os resultados obtidos nesta Tese, indicam que a combinação das duas propriedades no mesmo aditivo é possível e promissora. O aditivo bifuncional é capaz de reduzir o pontode fluidez e aumentar a estabilidade oxidativa de biodiesel, uma vez que apenas 500 ppm do aditivo multifuncional PA12A18H reduziu o ponto de fluidezdo B100 de soja de -1 ºC para -9 ºC e aumentou o IP de 3,5 h para 5,5 h, um aumento de quase 60%. Sabendo que essas duas propriedades são extremamente importantes para utilização, transporte e armazenamento de biodiesel, os aditivos aqui sintetizados podem melhorar ambas as propriedades mesmo quando usados em baixas concentrações. Palavras-chave: Biocombustíveis; Biodiesel; Propriedades de fluxo a frio; Pontode Fluidez; Antioxidantes; Aditivos poliméricos; Aditivos multifuncionais. / Abstract: Biodiesel can be obtained from different raw materials. Generally factors such as economics, geography and climate, can determine which derived from vegetable or animal oils have greater interest and better potential for biodiesel production. . Among the physicochemical properties of biodiesel, the oxidation stability and cold flow properties it is noteworthy, which are different and depend on the biodiesel source. Concerning the chemical composition on biodiesel, more saturated compounds are prone to freeze and a higher amount of unsaturated compounds are more susceptible to oxidation. Thus, the use of additives for improving the properties of biodiesel has been an important solution both for storage as for use. In order to solve the problems caused by cold flow and the oxidation it was to investigate novel additives proposed in the literature that combined two activities in a single additive and they were connected in a polymeric structure for obtaining a multifunctional additive. Phenolic groups are used as antioxidants in fuels, but they are partly incompatible with the chains that biodiesel presents. In order to improve the compatibility of the additive with biodiesel, various attempts to covalently link to phenolic unsaturated fatty compounds, have been investigated and success fully obtained. The new class of compounds was more soluble in biodiesel than commercial phenol at the same molar concentrations. Using the Rancimat equipment, canola biodiesel - (BMC IP = 4 h) and soybean biodiesel - BMS (IP= 3h) showed low oxidative stability in the absence of additives, but the stability was significantly increased in the presence of 12 mmol · kg-1 of the additives that have hydroquinone in their structures, highlighting the 2MB3 (BMC = 41 h;BMS = 20 h) and 4MB3 (BMC = 42h; BMS = 28 h) and efficient even at low concentrations (1.5 mmol kg-1) showed a situation in which 10 h induction period for the two kinds of biodiesel used. The synthesized multifunctional polymers soluble in biodiesel, presented antifreeze and antioxidant activity. The pour point (PP) of soybean biodiesel was improved with the addition of only 1000 ppm of the PA18H additive which reduced the PP BMS-B100 from -1 °Cto -11 °C. With regard to the oxidative stability of soybean biodiesel using just 100 ppm of additive PA18H, the induction period went from 3.5 h to 6.8 h. The results obtained in this work, indicate that the combination of the two propertiesat the same additive is possible and promising. The bifunctional additive is ableto reduce the pour point and improve the oxidative stability of biodiesel, sinceonly 500 ppm of the multifunctional additive PA12A18H reduced the pour point of soy B100 from -1 ° C to -9 ° C and increased the IP 3.5 h to 5.5 h, an increase of almost 60%. Given that these two properties are extremely important to use, transportation and storage of biodiesel, here the synthesized additives can improve both properties even when used in low concentrations. Keywords: Biofuels; biodiesel; flow properties of the cold; Pour Point; antioxidants; polymeric additives; multifunctional additives.

Orientador: Leandro Cardoso de Morais / Banca: Clovis Augusto Ribeiro / Banca: Renata Fracacio Francisco / Banca: Fabio Minoru Yamaji / Banca: Manuel Enrique G Guandique / Resumo: O Brasil se encontra entre os países de maior produção agrícola do mundo. Diante desse fato, o país tem se tornado alvo de pesquisadores no que diz respeito à reutilização de resíduos provenientes de atividades agroindustriais. Esses resíduos são considerados biomassas com grande potencial para a produção de uma energia limpa, bem como, biocombustíveis que podem ser utilizados sem agredir o meio ambiente. Além disso, essas biomassas também podem ser utilizadas em tratamento de águas e efluentes, agindo como adsorvedores de poluentes que não são, necessariamente, removidos por meio do tratamento convencional. Diante disso, o estudo dessas biomassas tem sido de extrema importância para o país, visando descobrir o potencial de biomassas alternativas que são capazes de promover o desenvolvimento de novas tecnologias. O trabalho objetivou o estudo da biomassa Capsicum spp., visando a obtenção de um produto rentável e ambientalmente favorável. A biomassa e o resíduo sólido da pirólise foram submetidos a diversos testes de caracterização e identificação analítica, como análise elementar, análise imediata, rendimento gravimétrico (RG), análise térmica (AT), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), difração de Raios-X (DRX), poder calorífico superior (PCS) e inferior (PCI) e testes de adsorção. As análises térmicas mostraram que a decomposição da biomassa e seus biocarvões variaram entre 150°C e 500°C, as etapas de ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Brazil is among the countries with the highest agricultural production in the world and the country has become the target of researchers with regard to the reuse of waste from agroindustrial activities. These wastes are also called biomass with great potential for bioenergy production, as well as biofuels that can be used without harming the environment. In addition, such biomass can also be used in water and effluent treatment, acting as adsorbents for pollutants which are not necessarily removed by conventional treatment. Therefore, the study of these biomass has been extremely important for the country, aiming to discover the potential of alternative biomass that are capable of promoting the development of new technologies. The study aimed to study the biomass Capsicum spp., in order to obtain a profitable and environmentally favorable product. The biomass and the solid residue of the pyrolysis were subjected to several tests of characterization and analytical identification, such as ultimate analysis, proximate analysis, gravimetric yield and gravimetric yield factor, thermal analysis, scanning electron microscopy (SEM), infrared spectroscopy with Fourier transform (FTIR), X-ray diffraction (XRD), Higher Heating Values (HHV), Lower Heating Values (LHV) and adsorption tests. Thermal analyzes showed that biomass and biochar decomposition varied between 150 ° C and 500 ° C, the dehydration stages reached a maximum of 150 ° C. At about 600 ° C there was the formation of carbo... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:24:45Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-10-26Bitstream added on 2014-06-13T18:21:10Z : No. of bitstreams: 1 capelli_a_me_sjrp.pdf: 938078 bytes, checksum: d77a518a566e9e86362faf488ec965a9 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Muitos trabalhos acadêmicos vêm sendo realizados atualmente a respeito da caracterização reológica de diversos fluidos. O problema é que os reômetros comerciais apresentam, em muitos casos, imprecisões, que se relacionam a diversos fatores, como os ligados às próprias condições de fluxo durante as análises. A escolha da faixa de taxas de deformação em que devem ser realizadas as análises é fundamental para a obtenção de resultados mais precisos. Neste trabalho realizou-se a caracterização reológica, em diferentes temperaturas, do diesel B, mistura de diesel (95 %) com biodiesel (5 %) que é distribuída em postos de combustíveis em todo o território brasileiro. Todas as análises reológicas foram realizadas em um reômetro rotacional AR-G2, marca TA Instruments, utilizando-se geometria de cilindros concêntricos. Verificou-se e descartou-se a influência do tempo sobre o comportamento reológico do fluido. Diferentes faixas de taxas de deformação foram testadas e fluidos de calibração foram utilizados para validar a escolha da melhor faixa de taxas de deformação. Determinaram-se curvas de escoamento e de viscosidade, e diferentes modelos reológicos – Newton, Ostwald de Waele, Bingham e Herschel-Bulkley –foram testados, buscando o melhor ajuste aos dados experimentais. As análises realizadas com os fluidos de calibração mostraram que o reômetro apresentava-se apropriado para a caracterização reológica de fluidos Newtonianos, especialmente em faixa de taxas de deformação entre 10 s -1 e 500 s -1 , para fluidos com viscosidade de ordem 10 -1 Pa.s a 1 Pa.s. A viscosidade da água foi verificada a 25 ºC e estava de acordo com a literatura, quando verificada em faixa de taxas de deformação entre 10 s -1 e 100 s -1 . O diesel B foi mais bem caracterizado reologicamente em faixa de taxas de deformação entre 10 s -1 e 500 s -1 , tendo apresentado... / Many academic studies have currently been conducted regarding the rheological characterization of several fluids. The problem is that commercial rheometers, in many cases, have inaccuracies that are associated to different factors such as those related to flow conditions during analysis. The choice of the range of strain rates in which the analysis must be performed is essential in order to obtain more accurate results. In this work the rheological characterization of diesel B, mixture of diesel (95%) and biodiesel (5%), which is distributed at gas stations throughout the Brazilian territory, was performed at different temperatures. All rheological analyzes were performed on an AR-G2 TA Instruments rotational rheometer, using concentric cylinder geometry. The time influence on the rheological behavior of the fluid was checked and discarded. Different ranges of strain rates were tested and calibration fluids were used to validate the choice of the best range of strain rates. Flow curves and viscosity were determined, and different rheological models – Newton, Ostwald of Waele, Bingham and Herschel-Bulkley – were tested, seeking the best fit to the experimental data. The analyzes performed with the calibration fluids showed that the rheometer was suitable for the rheological characterization of Newtonian fluids, especially in the range of strain rates between 10 s -1 and 500 s -1 for fluids with a viscosity of the order 10 -1 Pa.s a 1 Pa.s. The water viscosity was checked at 25 ° C and it was in agreement with the literature, when seen in the range of strain rates between 10 s -1 and 100 s -1 . Diesel B was better characterized rheologically in range of strain rates between 10 s -1 and 500 s -1 , and presented Newtonian behavior at all tested temperatures. The temperature influence on the rheological parameters obtained for diesel B was assessed between 10ºC and 40ºC... (Complete abstract click electronic access below)

Orientador : Prof. Dr. Luiz Pereira Ramos / Coorientador : Prof. Dr. Marcos Lúcio Corazza / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa: Curitiba, 27/05/2013 / Inclui referências : f. 79-84 / Resumo: As microalgas têm se apresentado como uma alternativa promissora para a produção de biocombustíveis, pois além da possibilidade de apresentarem maiores teores de extrato lipídico, possuem um ciclo de vida curto, necessitando de menores extensões de terra para o seu cultivo e utilizam como insumo para a fotossíntese o CO2 oriundo de diversas atividades, antrópicas ou não. No entanto, para uso como matéria-prima para a produção de biodiesel, é necessário otimizar a etapa de extração de lipídios. Este trabalho teve como objetivo determinar o teor de lipídios e o perfil graxo da microalga marinha Nannochloropsis oculata, em comparação com a microalga dulcícola Pseudochlorella pyrenoidosa, e também avaliar a eficiência de dois sistemas distintos para as extrações de suas respectivas frações lipídicas, a extração em Soxhlet e o desenvolvimento de um sistema baseado no uso de solventes pressurizados. Ao se realizar a transesterificação diretamente nas microalgas in natura, a espécie P. pyrenoidosa apresentou 10,47 g de éster por 100 g de biomassa seca, sendo que os componentes majoritários, na forma de ésteres metílicos, foram os derivados dos ácidos linolênico (C18:3), linoléico (C18:2), palmítico (C16:0) e palmitoléico (C16:1), enquanto que a microalga N. oculata dessalinizada apresentou 13,9 g de éster por 100 g de biomassa seca, com predominância dos ésteres dos ácidos palmítico (C16:0), palmitoléico (C16:1), oléico (C18:1) e eicosapentaenóico (C20:5). As extrações em Soxhlet foram realizadas utilizando etanol absoluto, clorofórmio:metanol (2:1, v/v) e nhexano como solventes, em extrações isoladas e independentes. Dentre os solventes avaliados, o etanol foi o mais eficiente no processo de extração, produzindo 3,25 g de éster por 100 g de biomassa nos extratos da microalga dulcícola e 4,53 g/100 g no extrato de amostras salinizadas da microalga marinha, equivalentes a 11,33 g/100 g de biomassa seca da microalga dessalinizada. As extrações com fluido pressurizado foram realizadas com a utilização de propano ou CO2 como solvente e etanol absoluto como cossolvente. A microalga P. pyrenoidosa foi utilizada para a definição das condições ideais de temperatura e pressão para extração. Em seguida, estas condições foram aplicadas para as extrações de N. oculata e os melhores rendimentos foram obtidos a 200 bar e 80°C, empregando propano como solvente e com a adição de cossolvente, resultando em 7,53 g de éster por 100 g de biomassa dessalinizada. Ao se substituir o solvente para dióxido de carbono nestas mesmas condições, o rendimento final em ésteres foi de 4,08 g por 100 g de biomassa dessalinizada. No entanto, mesmo nas melhores condições utilizadas neste estudo, a extração com fluido pressurizado não extraiu mais de 54,2 % do material lipídico das microalgas, demonstrando que o processo ainda deverá ser otimizado, particularmente no que diz respeito ao design do reator, para melhorar o processo de transferência de massas. Apesar destas limitações, foi possível verificar uma redução significativa na quantidade de solvente utilizada, quando comparada ao sistema de extração em Soxhlet convencional. Palavras-chave: microalgas, Pseudochlorella pyrenoidosa, Nannochloropsis oculata, extração, fluidos pressurizados, ésteres graxos. / Abstract: Microalgae have emerged as a promising alternative for the production of biofuels because, in addition to its high levels of lipid accumulation, they have a short life cycle, requiring smaller tracts of land for their cultivation, and are able to use as input for photosynthesis the CO2 originated from various activities, anthropogenic or not. However, to be used as feedstock for biodiesel production, it is necessary to optimize the lipid extraction step. This study aimed to determine the lipid content and fatty acid profile of the marine microalgae Nannochloropsis oculata, to compare the results with those of the freshwater microalgae Pseudochlorella pyrenoidosa, and to evaluate the effectiveness of two different systems for the extraction of their respective lipid fractions: solvent extraction in a Soxhlet apparatus and extraction with pressurized solvents. When performing the direct conversion of the native microalgae into fatty acid methyl esters, the species P. pyrenoidosa gave 10.47 g ester per 100 g dry biomass, with the major components being derived from linolenic (C18: 3), linoleic (C18: 2), palmitic (C16:0) and palmitoleic (C16:1) acids. By contrast, the microalgae N. oculata after dessalination presented 13.9 g ester per 100 g dry biomass, with predominance of the esters derived from palmitic (C16:0), palmitoleic (C16:1), oleic (C18:1) and eicosapentaenoic (C20:5) acids. The Soxhlet extractions were carried out using absolute ethanol, chloroform:methanol (2:1, v/v) and n-hexane as solvents in extractions that were carried out separately and independently. Among the evaluated solvents, ethanol was the most efficient in the extraction procedure, yielding 3.25 g ester per 100 g biomass in the freshwater microalgae extracts and 4.53 g per 100 g in the marine microalgae extract, which was equivalent to 11.33 g per 100 g dry biomass in microalgae after dessalination. Extractions with pressurized fluids were carried out using propane or carbon dioxide (CO2) as solvents and absolute ethanol as cosolvent. The microalgae P. pyrenoidosa was used to define the ideal conditions of temperature and pressure for extraction. Then, these conditions were applied for the extraction of N. oculata. The best yield was obtained at 200 bar and 80 °C using subcritical propane as solvent in the presence of ethanol as cosolvent, resulting in a 7.53 g per 100 g of desalted biomass. By replacing the solvent by CO2 under the same experimental conditions, the final ester yield was 4.08 g per 100 g desalted biomass. However, even under the best conditions used in this study, pressurized fluid extraction did not draw more than 54.2% of the microalgae lipid material, demonstrating that the process has to be optimized, especially with regard to the design of extraction vessel that would improve both heat and mass transfer phenomena. Despite these limitations, a significant reduction in the required amount of solvent was observed, compared to conventional Soxhlet extraction system. Keywords: Microalgae, Pseudochlorella pyrenoidosa, Nannochloropsis oculata, extraction, pressurized fluid, fatty esters.

Orientadora : Profª Drª Maria Aparecida Ferreira César-Oliveira / Coorientador : Prof. Dr. Angelo Roberto dos Santos Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa: Curitiba, 23/03/2012 / Inclui referências : f. 109-111 / Resumo: O biodiesel pode ser obtido através de diferentes matérias-primas. Geralmente fatores como economia, geografia e clima, podem determinar quais derivados de óleos vegetais ou animais têm maior interesse e melhor potencial para produção do biodiesel. Dentre as propriedades físico-químicas do biodiesel, vale ressaltar a estabilidade à oxidação e as propriedades de fluxo a frio, que são distintas e dependem da origem do biodiesel. Relativo à composição química, quanto mais compostos saturados no biodiesel, mais propensos ao congelamento, e quanto maior a quantidade de compostos insaturados mais susceptíveis à oxidação. Sendo assim, o uso de aditivos para a melhoria das propriedades do biodiesel tem sido uma solução importante, tanto para o armazenamento quanto para a utilização. Visando solucionar problemas causados pelo fluxo a frio e pela oxidação, foi proposto investigar aditivos inéditos na literatura, que combinassem duas atividades em um único aditivo e que estivessem ligados em uma estrutura polimérica para a obtenção de um aditivo multifuncional. Grupamentos fenólicos são utilizados como antioxidantes em combustíveis, porém são parcialmente incompatíveis com as cadeias do biodiesel. Com o objetivo de melhorar a compatibilidade do aditivo com o biodiesel, várias tentativas de ligar covalentemente compostos fenólicos aos compostos graxos insaturados, foram investigadas e obtidas com sucesso. A nova classe de compostos foi mais solúvel em biodiesel do que os fenóis comerciais, nas mesmas concentrações molares. Utilizando o equipamento Rancimat, o biodiesel de canola - BMC (IP = 4 h) e o biodiesel de soja - BMS (IP = 3 h) apresentaram baixa estabilidade oxidativa na ausência de aditivos, porém a estabilidade aumentou significativamente na presença de 12 mmol·kg- 1 dos aditivos que apresentam hidroquinona em suas estruturas, com destaque para o 2MB3 (BMC = 41 h; BMS = 20 h) e 4MB3 (BMC = 42 h; BMS = 28 h) sendo eficientes mesmo em baixas concentrações (1,5 mmol·kg-1) apresentando um período de indução de 10h para os dois tipos de biodiesel utilizados. Os polímeros multifuncionais sintetizados solúveis no biodiesel apresentaram atividade anticongelante e antioxidante. O ponto de fluidez (PP) do biodiesel de soja foi melhorado com a adição de apenas 1000 ppm do aditivo PA18H que reduziu o PP do BMS-B100 de -1 °C para - 11 °C. No que se refere à estabilidade oxidativa do biodiesel de soja, utilizando apenas 100 ppm do aditivo PA18H, o IP passou de 3,5 h para 6,8 h. Os resultados obtidos nesta Tese, indicam que a combinação das duas propriedades no mesmo aditivo é possível e promissora. O aditivo bifuncional é capaz de reduzir o ponto de fluidez e aumentar a estabilidade oxidativa de biodiesel, uma vez que apenas 500 ppm do aditivo multifuncional PA12A18H reduziu o ponto de fluidez do B100 de soja de -1 ºC para -9 ºC e aumentou o IP de 3,5 h para 5,5 h, um aumento de quase 60%. Sabendo que essas duas propriedades são extremamente importantes para utilização, transporte e armazenamento de biodiesel, os aditivos aqui sintetizados podem melhorar ambas as propriedades mesmo quando usados em baixas concentrações. Palavras-chave: Biocombustíveis; Biodiesel; Propriedades de fluxo a frio; Ponto de Fluidez; Antioxidantes; Aditivos poliméricos; Aditivos multifuncionais. / Abstract:Biodiesel can be obtained from different raw materials. Generally factors such as economics, geography and climate, can determine which derived from vegetable or animal oils have greater interest and better potential for biodiesel production. . Among the physicochemical properties of biodiesel, the oxidation stability and cold flow properties it is noteworthy, which are different and depend on the biodiesel source. Concerning the chemical composition on biodiesel, more saturated compounds are prone to freeze and a higher amount of unsaturated compounds are more susceptible to oxidation. Thus, the use of additives for improving the properties of biodiesel has been an important solution both for storage as for use. In order to solve the problems caused by cold flow and the oxidation it was to investigate novel additives proposed in the literature that combined two activities in a single additive and they were connected in a polymeric structure for obtaining a multifunctional additive. Phenolic groups are used as antioxidants in fuels, but they are partly incompatible with the chains that biodiesel presents. In order to improve the compatibility of the additive with biodiesel, various attempts to covalently link to phenolic unsaturated fatty compounds, have been investigated and successfully obtained. The new class of compounds was more soluble in biodiesel than commercial phenol at the same molar concentrations. Using the Rancimat equipment, canola biodiesel - (BMC IP = 4 h) and soybean biodiesel - BMS (IP = 3h) showed low oxidative stability in the absence of additives, but the stability was significantly increased in the presence of 12 mmol · kg-1 of the additives that have hydroquinone in their structures, highlighting the 2MB3 (BMC = 41 h; BMS = 20 h) and 4MB3 (BMC = 42h; BMS = 28 h) and efficient even at low concentrations (1.5 mmol kg-1) showed a situation in which 10 h induction period for the two kinds of biodiesel used. The synthesized multifunctional polymers soluble in biodiesel, presented antifreeze and antioxidant activity. The pour point (PP) of soybean biodiesel was improved with the addition of only 1000 ppm of the PA18H additive which reduced the PP BMS-B100 from -1 °C to -11 °C. With regard to the oxidative stability of soybean biodiesel using just 100 ppm of additive PA18H, the induction period went from 3.5 h to 6.8 h. The results obtained in this work, indicate that the combination of the two properties at the same additive is possible and promising. The bifunctional additive is able to reduce the pour point and improve the oxidative stability of biodiesel, since only 500 ppm of the multifunctional additive PA12A18H reduced the pour point of soy B100 from -1 ° C to -9 ° C and increased the IP 3.5 h to 5.5 h, an increase of almost 60%. Given that these two properties are extremely important to use, transportation and storage of biodiesel, here the synthesized additives can improve both properties even when used in low concentrations. Keywords: Biofuels; biodiesel; flow properties of the cold; Pour Point; antioxidants; polymeric additives; multifunctional additives.

Orientador: Javier Telis Romero / Coorientador: Ana Lúcia Gabas / Banca: José Francisco Lopes Filho / Banca: Luis Antonio Minin / Resumo: Muitos trabalhos acadêmicos vêm sendo realizados atualmente a respeito da caracterização reológica de diversos fluidos. O problema é que os reômetros comerciais apresentam, em muitos casos, imprecisões, que se relacionam a diversos fatores, como os ligados às próprias condições de fluxo durante as análises. A escolha da faixa de taxas de deformação em que devem ser realizadas as análises é fundamental para a obtenção de resultados mais precisos. Neste trabalho realizou-se a caracterização reológica, em diferentes temperaturas, do diesel B, mistura de diesel (95 %) com biodiesel (5 %) que é distribuída em postos de combustíveis em todo o território brasileiro. Todas as análises reológicas foram realizadas em um reômetro rotacional AR-G2, marca TA Instruments, utilizando-se geometria de cilindros concêntricos. Verificou-se e descartou-se a influência do tempo sobre o comportamento reológico do fluido. Diferentes faixas de taxas de deformação foram testadas e fluidos de calibração foram utilizados para validar a escolha da melhor faixa de taxas de deformação. Determinaram-se curvas de escoamento e de viscosidade, e diferentes modelos reológicos - Newton, Ostwald de Waele, Bingham e Herschel-Bulkley -foram testados, buscando o melhor ajuste aos dados experimentais. As análises realizadas com os fluidos de calibração mostraram que o reômetro apresentava-se apropriado para a caracterização reológica de fluidos Newtonianos, especialmente em faixa de taxas de deformação entre 10 s -1 e 500 s -1 , para fluidos com viscosidade de ordem 10 -1 Pa.s a 1 Pa.s. A viscosidade da água foi verificada a 25 ºC e estava de acordo com a literatura, quando verificada em faixa de taxas de deformação entre 10 s -1 e 100 s -1 . O diesel B foi mais bem caracterizado reologicamente em faixa de taxas de deformação entre 10 s -1 e 500 s -1 , tendo apresentado... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Many academic studies have currently been conducted regarding the rheological characterization of several fluids. The problem is that commercial rheometers, in many cases, have inaccuracies that are associated to different factors such as those related to flow conditions during analysis. The choice of the range of strain rates in which the analysis must be performed is essential in order to obtain more accurate results. In this work the rheological characterization of diesel B, mixture of diesel (95%) and biodiesel (5%), which is distributed at gas stations throughout the Brazilian territory, was performed at different temperatures. All rheological analyzes were performed on an AR-G2 TA Instruments rotational rheometer, using concentric cylinder geometry. The time influence on the rheological behavior of the fluid was checked and discarded. Different ranges of strain rates were tested and calibration fluids were used to validate the choice of the best range of strain rates. Flow curves and viscosity were determined, and different rheological models - Newton, Ostwald of Waele, Bingham and Herschel-Bulkley - were tested, seeking the best fit to the experimental data. The analyzes performed with the calibration fluids showed that the rheometer was suitable for the rheological characterization of Newtonian fluids, especially in the range of strain rates between 10 s -1 and 500 s -1 for fluids with a viscosity of the order 10 -1 Pa.s a 1 Pa.s. The water viscosity was checked at 25 ° C and it was in agreement with the literature, when seen in the range of strain rates between 10 s -1 and 100 s -1 . Diesel B was better characterized rheologically in range of strain rates between 10 s -1 and 500 s -1 , and presented Newtonian behavior at all tested temperatures. The temperature influence on the rheological parameters obtained for diesel B was assessed between 10ºC and 40ºC... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Eliana Gertrudes de Macedo Lemos / Banca: Gabriel Padilla / Banca: Rodrigo Matheus Pereira / Banca: Lucia Maria Carareto Alves / Banca: Jackson Antonio Marcondes de Souza / Resumo: Neste trabalho foi realizada a prospecção de novos genes de interesse biotecnológico em bibliotecas metagenômicas e em linhagens de Burkholderia através da técnica de reação em cadeia da polimerase. Nas bibliotecas metagenômicas, foi possível identificar genes que codificam álcool desidrogenase, oxirredutase, acil-CoA desidrogenase, luciferase, transportadores de membrana, thiolase, aminoglicosídeo fosfotransferase, desidrogenase de cadeia curta, proteínas repressoras TetR, enoil-CoA hidratase/isomerase, entre outras. Nas treze linhagens de Burkholderia testadas, seis apresentaram amplificação positiva para o gene de xilose isomerase. Estes genes foram completamente sequenciados e as sequências foram utilizadas em análises computacionais, que permitiram estabelecer a identidade entre as sequências e a dedução da função das proteínas baseado em similaridades. Foi realizada a medida do índice de adaptação de códons, com a finalidade de se encontrar um hospedeiro onde a expressão seja maximizada, baseando-se na presença de códons preferenciais e raros. Está análise mostrou que os genes encontrados possuem boas possibilidades de expressão em Escherichia coli, mas que podem apresentar uma taxa de expressão ineficiente em Saccharomyces cerevisiae. Foi realizado um teste de complementação gênica utilizando um dos genes descobertos e uma linhagem de Escherichia coli que possui o gene de xilose isomerase nocauteado. Os transformantes foram capazes de crescer em meio cuja única fonte de carbono era o açúcar xilose, mostrando que o gene é funcional. Estes genes serão utilizados futuramente em ensaios de expressão para caracterização da enzima / Abstract: In this work was carried out prospection for new genes of biotechnological interest in metagenomic libraries and strains of Burkholderia through the technique of polymerase chain reaction. In metagenomics libraries, we could identify genes encoding alcohol dehydrogenase, oxidoreductase, acyl-CoA dehydrogenase, luciferase, membrane transporters, thiolase, aminoglycoside phosphotransferase, short-chain dehydrogenase, TetR repressor protein, enoyl-CoA hydratase/isomerase, among others. Of the 13 strains of Burkholderia tested, 6 showed positive amplification for the xylose isomerase gene. The genes were completely sequenced and the sequences were used in computational analysis, which allowed to establish the identity between the sequences and deducing protein function based on similarities. We evaluated the codon adaptation index, with the aim of finding a host in which the expression is maximized, based on the presence of preferred codons and rare. This analysis showed that the genes found have good possibilities of expression in Escherichia coli, but that may have an inefficient rate of expression in Saccharomyces cerevisiae. We conducted a genetic complementation test using one of the discovered genes and one strain of Escherichia coli that has the xylose isomerase gene knocked out. Transformants were able to grow in a medium whose sole source of carbon was the sugar xylose, showing that the gene is functional. These genes will be used in expression assays for characterization of new enzymes / Doutor

Orientador: Edwil Aparecida de Lucca Gattás / Banca: Rosemeire Cristina Linhari Rodrigues Pietro / Banca: Maristela de Freitas Sanches Peres / Banca: Rubens Monti / Banca: Eleonora Cano Carmona / Resumo: No presente trabalho, inicialmente foi feito um estudo da Metodologia de Superfície de Resposta (RSM) que tem sido adotada com muita freqüência na otimização com várias aplicações na biotecnologia. Foi feita uma revisão na literatura científica dos conhecimentos existente, onde se priorizou as bases teóricas da RSM que consiste em: trabalho preliminar, onde são determinados as variáveis independentes e seus níveis; seleção do projeto experimental com a previsão e verificação da validade da equação do modelo e, representação gráfica da equação do modelo e determinação das condições ótimas de operação. Em seguida a RSM foi aplicada na otimização de biomassa pela levedura recombinante Pichia pastoris. Pichia pastoris que é uma levedura metilotrófica, geneticamente manipulada para expressar proteínas heterólogas que são de grande valor biotecnologico na pesquisa básica e em usos industriais na produção de grande variedade de proteínas heterólogas. Glicerol quinase (GK; EC 2.7.1.30) é uma enzima chave no metabolismo do glicerol e catalisa glicerol para glicerol-3- fosfato na biossíntese de fosfolípidos. Nessa etapa foi conduzido um estudo para determinar um meio otimizado para a produção de biomassa máxima pela recombinante Pichia pastoris com cultivo em frascos agitados usando 2,31% (p/v) de glicerol como fonte de carbono. A otimização foi realizada por metodologia de superfície de resposta (RSM). Em experimentos preliminares, realizados seguindo um planejamento Plackett-Burman, o conteúdo de glicerol (Gli) e tempo de crescimento (t) foram selecionados como os fatores mais importantes na produção de biomassa. Assim, os ensaios subsequentes foram realizados para a otimização da produção de biomassa, seguindo um delineamento composto central rotacionado... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this study, was initially used to study the response surface methodology (RSM) has been adopted frequently in optimization with many applications in biotechnology. A review of scientific literature on existing knowledge, which prioritized the theoretical foundations of RSM consisting of: preliminary work, where they are certain independent variables and their levels; project selection with the prediction and experimental verification of the validity of equation model and graphical representation of the model equation and determination of optimal operating conditions. RSM was then applied to the optimization of biomass by recombinant yeast Pichia pastoris in GK4 clone obtained from a previous selection of four clones from a cloning process of genetically modified yeast. Pichia pastoris is a methylotrophic yeast that has been genetically engineered to express heterologous proteins that are prized for basic research and industrial biotechnology purposes in the production of wide variety of heterologous proteins. Glycerol kinase (GK; EC 2.7.1.30) is a key enzyme in glycerol metabolism and catalyzes glycerol to glycerol-3-phosphate in the biosynthesis of phospholipids. The present study was undertaken to determine an optimized medium for the maximal biomass production of recombinant Pichia pastoris in shaker cultures using 2.31% (w/v) glycerol as the carbon source. Optimization was carried out by response surface methodology (RSM). In preliminary experiments, performed following a Plackett-Burman design, glycerol content (Gly) and growth time (t) were selected as the most important factors on biomass production. Therefore, subsequent experiments were carried out for optimization biomass production, following a central composite rotatable design as a function of Gly and time. Gly showed to have a significant... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor