Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T13:09:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338959.pdf: 2630801 bytes, checksum: 1fe313f811f3f373047ae5985be6a34f (MD5) Previous issue date: 2015 / As abelhas são conhecidas por suas ferroadas e produção melífera, mas raramente são reconhecidas por uma determinada proteína benevolente em seu veneno chamada melitina. A melitina é um peptídeo hemolítico antimicrobiano amplamente conhecido pelos seus efeitos terapêuticos. O interesse nas propriedades medicinais, especialmente na propriedade anticancerígena da melitina, tem aumentado consideravelmente nos últimos anos. Porém, visto que alguns dos constituintes do veneno de abelha podem apresentar ação deletéria, decorrente do seu potencial alergênico, faz-se necessária a obtenção de melitina com elevado grau de pureza para eficiente aplicação na área farmacêutica. O presente trabalho teve o objetivo principal de desenvolver um processo para obtenção de melitina em escala analítica visando a aplicação deste peptídeo em formulações farmacêuticas, produzindo, desta forma, produtos com elevada tecnologia e valor agregado. A utilização de técnicas robustas, como ultracentrifugação e filtração, permitiu eliminar a maioria dos componentes presentes no veneno, contendo, ao final, somente biomoléculas com propriedades físico-químicas semelhantes à melitina. A utilização destas técnicas, em conjunto com RP-HPLC, permitiu obter melitina com um alto grau de pureza em escala analítica. Dessa forma, foi elaborado um protocolo de purificação da melitina, alcançando-se uma pureza estimada maior que 85 %. A análise econômica do processo de purificação da melitina demonstrou a viabilidade econômica na implantação desta tecnologia. O menor custo específico ocorre com a ampliação da escala a partir de 100 vezes a escala analítica, no qual o custo encontrado, nas condições operacionais propostas, é inferior ao aplicado atualmente. Ainda, é possível otimizar o processo visando melhor rendimento. A elaboração de um sistema de entrega controlada da melitina a partir de nanopartículas lipídicas sólidas foi proposta neste trabalho. Os resultados obtidos até o momento mostram que é possível obter NLSs estáveis de ácido esteárico com potencial aplicabilidade para encapsulação de melitina. Para a comprovação de eficiência farmacológica desse sistema proposto, uma avaliação adequada é necessária.<br> / Abstract : Honeybees are famous for their stings and sugary residues, yet seldom do they gain recognition for a certain benevolent protein in their venom called melittin. Melittin is an antimicrobial hemolytic peptide widely known for its therapeutic remedies. Interest in the medicinal properties, especially the anticancer property of melittin, has increased tremendously in recent years. However, since some of bee venom constituents can have deleterious effects, because of its allergenic potential, it is necessary to obtain melittin with high purity for its effective application in the pharmaceutical field. This study had the main objective to develop a process for obtaining melittin in analytical scale aiming the pharmaceutical application of this peptide, producing thus products with high technology and added value. The use of robust techniques such as ultracentrifugation and filtration allowed to eliminate most of the components present in the venom, remaining in the sample after these steps, only biomolecules with similar features to melittin. The use of these techniques in conjunction with RP-HPLC allowed obtaining melittin with a high degree of purity on an analytical scale. Thus, we designed a purification protocol for melittin, achieving an estimated purity greater than 85 %. The economic analysis of the melittin purification process showed the economic viability of the implementation of this technology. The lower specific costs occur with the scale-up from 100 times the analytical scale, in which the costs found within the operating conditions proposed are lower than those currently marketed. It is still possible to optimize the process to better performance. The development of a delivery vehicle of melittin based on solid lipid nanoparticles was proposed in this paper. The results obtained so far show that it is possible to obtain stable NLSs of stearic acid with potential applicability for encapsulation of melittin. For demonstrating pharmacological effectiveness of this proposed system, more tests are needed.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-12-20T03:12:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 342964.pdf: 2451628 bytes, checksum: 1a38c07bdc8193a526cedf1c5500a69a (MD5) Previous issue date: 2016 / A digestão anaeróbia dos dejetos de animais permite a mitigação dos impactos ambientais e possibilita a geração concomitante de metano, que pode ser impulsionada pela digestão conjunta com substratos agrí-colas. Porém, pouco se sabe sobre a ação das drogas veterinárias pre-sentes nos dejetos sob a degradação de substratos de fonte celulósica. Portanto, ainda existe desafio para avaliação do potencial de produção de biogás (ou metano) destes substratos, uma vez que as metodologias padronizadas para ensaios de digestão anaeróbia preconizam o uso de inóculos anaeróbios adaptados aos substratos agropecuários e às condi-ções mesofílicas. Em função destes fatores o trabalho propõe: i) estabe-lecer metodologia, em escala laboratorial, para enriquecimento de inó-culo anaeróbio mesofílico para atender aos requisitos da norma VDI 4630; ii) investigar a influência de drogas veterinárias na produção de biogás de substratos agropecuários. Para isso foi avaliado método para aclimatação de mistura de três fontes de inoculantes, mantidos em con-dição mesofílica em reator de 40 litros, por meio de ciclos de alimenta-ção e reinoculação. O inóculo enriquecido demonstrou-se eficaz na digestão de substratos de referência (celulose, gelatina, cama de aviário e lodo), com recuperação de biogás a 99%. Também foram efetuados ensaios para avaliar a inibição na produção de biogás, conforme reco-mendações da Organização Internacional para Padronização (ISO). A inibição da produção de biogás pelas tetraciclinas foi significativa (CI10 em 3 dias entre 5,1 e 68 mg/L) em comparação com as concentrações encontradas em dejetos de suínos (podendo chegar até 764,4 mg/L). O efeito inibitório agudo na digestão da celulose seguiu a seguinte ordem: doxiciclina ~ metaciclina > tetraciclina ~ clortetraciclina > oxitetracicli-na. A digestão anaeróbia reduziu o teor de tetraciclinas entre 46,04 e 98,75%. Já a inibição pelos compostos tiamulina, tilosina, lincomicina e gentamicina foi menos significativa e pode ser considerada imperceptí-vel nas concentrações estimadas em dejeto de suínos. Porém, o acúmulo de ácidos orgânicos de cadeia curta (acético > 57 mg/L; propiônico > 111 mg/L; iso-butírico > 10 mg/L; iso-valérico > 116 mg/L) em altas concentrações de antibióticos indicam que estes compostos podem favo-recer outros processos inibitórios paralelos na digestão anaeróbia.<br> / Abstract : The anaerobic digestion of animal manure allows mitigating the envi-ronmental impacts and enables concomitant generation of methane which can be improved by co-digestion of agricultural substrates. How-ever, little is known about the action of veterinary drugs present in ma-nure in the degradation of cellulose source substrates. Therefore, there is still challenging to assess the biogas potential (or methane) of these substrates, since the standardized methodologies for anaerobic digestion assays suggest the use of anaerobic inoculum acclimated to agricultural substrates and mesophilic conditions. Because of these factors this work proposes: i) establish a methodology, in laboratory scale, for enrichment of mesophilic anaerobic inoculum to attend of VDI 4630 guidelines; ii) investigate the influence of veterinarian drugs in biogas production of agricultural substrates. To this was evaluated a method for acclimation of 3 inoculants sources mixture maintained in mesophilic condition in a 40-L reactor, through feeding and re-inoculation cycles. The enriched inoculum shown effectiveness on digestion of reference substrates (cel-lulose, gelatin, poultry litter and sludge) with 99% of biogas yield. It was also carried out tests to evaluate the inhibition on biogas produc-tion, as recommended by the International Standardization Organization (ISO). Inhibition of biogas by tetracycline compounds was significant (IC10 after 3 days between 5.1 and 68 mg/L) in comparison with the concentrations found in pig manure (up to 764.4 mg/L). The acute in-hibitory effect on cellulose digestion followed the following order: doxycycline ~ methacycline > tetracycline ~ chlortetracycline> oxytet-racycline. Anaerobic digestion reduced the tetracycline compounds content between 46.04 and 98.75%. Inhibition by compounds tiamulin, tylosin, gentamicin and lincomycin was less significant and could be imperceptible on the estimated concentrations occurrence in swine ma-nure. However, the accumulation of short chain organic acids (acetic > 57 mg/L; propionic > 111 mg/L; iso-butiric > 10 mg/L; iso-valeric > 116 mg/L) at high concentrations of antibiotics could indicate that these compounds may favor other parallel inhibitory effect in anaerobic di-gestion.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-12-20T03:13:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 342961.pdf: 1909629 bytes, checksum: 0eb8077be79f1473cbf87c47421fe989 (MD5) Previous issue date: 2016 / A propriedade oligodinâmica é um efeito letal que os íons metálicos de algumas espécies químicas exercem sobre bactérias, fungos e outros microrganismos. Este estudo envolve a promoção da propriedade oligodinâmica dos íons zinco a micropartículas de vidro por processos de troca iônica. O desempenho antimicrobiano do vidro dopado com zinco aumenta com a concentração inicial de zinco empregada no meio iônico até atingir um valor máximo, onde o adsorvente satura de soluto. Este trabalho tem como objetivo modelar o comportamento das operações unitárias adsorção dos íons zinco da solução para o adsorvente vítreo e dessorção dos íons zinco do vidro dopado para um meio aquoso, com vistas na otimização da propriedade antimicrobiana. Os dados de equilíbrio foram ajustados por três modelos isotérmicos de equilíbrio para adsorção: Langmuir, Freundlich e Redlich-Peterson. Em termos de cinética de adsorção, os dados experimentais foram substituídos por três modelos cinéticos: pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem e Elovich. Os modelos de Langmuir e de pseudo-segunda ordem foram os que melhor ajustaram os dados de equilíbrio e os dados cinéticos, respectivamente, para o sistema vidro-zinco. A operação de adsorção apresentou tempo de equilíbrio de 1000 min e capacidade máxima de incorporação qe = 1,919 mmol Zn2+·g-1 de vidro. A curva de concentração de zinco em função do tempo para a operação de dessorção em água deionizada também foi obtida, apresentando tempo de equilíbrio de 2100 min para esta operação. A quantidade de zinco incorporada no vidro em cada ensaio foi determinada por análise em absorção atômica e balanço de massa dos processos de adsorção e de dessorção. Amostras foram preparadas nas condições de equilíbrio da adsorção e da dessorção, e submetidas a análise microbiológica ? teste de disco-difusão e concentração inibitória mínima com as bactérias E. coli, P. aeruginosa e S. aureus e o fungo C. albicans. O vidro-zinco apresentou propriedade bacteriostática e fungistática para os microrganismos testados, mesmo após a dessorção de equilíbrio.<br> / Abstract : Oligodynamic property is a lethal effect that metallic ions of some chemical species exert on bacteria, fungi and other microorganisms. This study involves the promotion of zinc oligodynamic property to glass microparticles by ionic exchange processes. The antimicrobial performance of glass doped with zinc increases with the zinc ion initial concentration employed in the ionic medium until reaching a maximum value where the adsorbent saturated with the solute. This work aims to model the behavior of unit operations zinc ions adsorption from solution into the vitreous adsorbent and zinc ions desorption from doped glass to an aqueous medium in order to optimize the antimicrobial property. Equilibrium data were adjusted for three equilibrium isotherm models for adsorption: Langmuir, Freundlich and Redlich-Peterson. In terms of adsorption kinetic experiments, the experimental data were replaced by three kinetic models: pseudo-first order, pseudo-second order and Elovich. The Langmuir and pseudo-second order models were the best fit to equilibrium data and kinetic data respectively for the zinc-glass system. The adsorption operation showed 1000 min equilibrium time and maximum incorporation capacity qe = 1,919 mmol Zn2+·g-1 glass. Zinc concentration versus time curve for desorption operation in deionized water was also obtained showing 2100 min equilibrium time for this operation. Zinc amount incorporated in the glass in each assay was determined by atomic absorption analysis and mass balance of adsorption and desorption processes. Samples were prepared in the adsorption and desorption equilibrium conditions and subjected to microbiological analysis ? disk diffusion test and minimum inhibitory concentration with E. coli, P. aeruginosa and S. aureus bacteria and the C. albicans fungus. Zinc-glass showed bacteriostatic and fungistatic properties for the tested microorganisms even after equilibrium desorption.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-01-24T03:14:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343424.pdf: 1465364 bytes, checksum: 86b6f448a12857f25eded71b8261eba0 (MD5) Previous issue date: 2016 / Os ésteres derivados de ácido cinâmico são cada vez mais utilizados na indústria farmacêutica, alimentícia e de cosméticos, devido às suas propriedades antioxidantes, antimicrobianas e também aos seus aromas. Neste trabalho foi produzido um éster derivado de ácido cinâmico, o cinamato de geranila, empregando-se uma reação de transesterificação, utilizando solvente orgânico como meio reacional e temperatura de 60°C, catalisado por uma lipase em três processos reacionais distintos: um utilizando agitação mecânica e banho de ultrassom, outro apenas com agitação mecânica e outro com apenas banho de ultrassom. As reações foram conduzidas durante seis horas e a conversão de éster de geraniol foi determinada por cromatografia gasosa. A confirmação da molécula do composto obtido foi determinada por ressonância magnética nuclear (RMN). Na análise preliminar dos processos, o sistema utilizando apenas ultrassom apresentou uma baixa conversão se comparado com os demais, não sendo utilizado nos experimentos seguintes. Um estudo cinético foi realizado ao longo das seis horas de reação e a conversão obtida foi de aproximadamente 99% nos demais processos (agitação mecânica e agitação mecânica combinada com ultrassom). Isso possibilita concluir que apenas a agitação mecânica é suficiente para que sejam alcançados rendimentos elevados nas condições reacionais estudadas. Posteriormente, a mesma somente com agitação mecânica foi empregada numa ampliação de escala, com volume cinquenta vezes superior ao utilizado anteriormente, que resultou em uma conversão de aproximadamente 89%, evidenciando que este sistema é eficiente para a produção de cinamato de geranila em maiores escalas e a custos reduzidos, se comparado com os processos que empregam ultrassom ou irradiação com microondas. O produto obtido da reação escolhida foi submetido a testes de atividade antimicrobiana com as bactérias Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli, Staphylococcus aureus e Bacillus cereus, demonstrando resultados muito satisfatórios, comprovando que o cinamato de geranila pode ser considerado ativo contra estas bactérias.<br> / Abstract : Derivatives of cinnamic acid have wide applications in food, pharmaceutical and cosmetic industry, due to their antioxidant, antimicrobial, flavor and fragrance properties. This work investigated the geranyl cinnamate production by transesterification of ethyl cinnamate and geraniol, in organic media and temperature of 60 °C, catalyzed by the commercial immobilized lipase Novozym 435. This reaction was conducted in three different conditions bath ultrasound and mechanical stirring, only mechanical stirring and only bath ultrasound. The reactions were carried out for six hours, the conversion was determined by gas chromatography and the geranyl cinnamate characterization was confirmed by H-nuclear magnetic resonance spectroscopy (H-NMR). The first analysis, a very low conversion with the system with just bath ultrasound are obtained, because of this, they are not used for the kinetic. Under kinectic reaction of six hours a conversion of 99% was obtained in both reaction systems, bath ultrasound with mechanical stirring and just mechanical stirring. These results showed that mechanical stirring is an efficient method for achieving high conversion rates. Furthermore, this method was raised fifty times at scale-up procedure and result a conversion of 89%, showing a very good result for geranyl cinnamate production without ultrasound or microwave and saving energy. The antimicrobial activity of the geranyl cinnamate was tested on bacteria Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli, Staphylococcus aureus and Bacillus cereus the results were considered satisfactory, proving high antimicrobial activity against these bacterias.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-01-24T03:14:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343414.pdf: 2673908 bytes, checksum: 1b6bbb9a4e7a4574ff0c3dc8bb9cfa18 (MD5) Previous issue date: 2016 / Com o intuito de alcançar as metas estabelecidas na remoção de enxofre de óleos lubrificantes, estudos vêm sendo realizados visando aperfeiçoar o processo de purificação de combustíveis através de melhorias de processos tradicionais de hidrotratamento (HDT), bem como o desenvolvimento de novas tecnologias. A presença de compostos orgânicos de enxofre no petróleo e posteriormente nos combustíveis é altamente indesejada, devido aos mais diversos problemas causados, dentre os quais pode-se citar a taxa de corrosão dos equipamentos e tubulações, o envenenamento de catalisadores empregados no tratamento catalítico, além do fato que esses compostos liberarem dióxido de enxofre (SO2), um dos principais poluentes atmosféricos e responsável pela chuva ácida. Dessa forma, vem sendo dada uma atenção especial aos estudos de processos adsortivos para a remoção de compostos sulfurados, especialmente devido ao fato que a adsorção pode ser realizada em temperaturas e pressões mais baixas, além de não utilizar hidrogênio. Logo, o desafio dessa abordagem é desenvolver adsorventes com alta capacidade de adsorção para compostos sulfurados. À vista disso, este trabalho pautou-se em estudar a adsorção de enxofre, na forma de dibenzotiofeno (DBT), presente em óleo lubrificante sintético (decahidronaftaleno, DHN), avaliando-se a eficiência do carvão ativado betuminoso (CAB) e do carvão ativado da casca de coco (CAC), nas granulometrias de 10?14 mesh e 20?30 mesh, com e sem modificação superficial. Para a conclusão deste trabalho, foram realizados testes com óleo real. Os resultados demostraram que os carvões ativados em estudo foram eficientes no que diz respeito a capacidade adsortiva de DBT. Inicialmente, através do planejamento experimental realizado para CAB e CAC de ambas granulometrias, obteve-se uma melhor capacidade adsortiva para o CAB e CAC com a granulometria 20?30 mesh. As modificações superficiais realizadas no CAB e no CAC com granulometria 20?30 foram promissoras quando a amostra foi acidificada e calcinada para ambos os carvões em estudo, atingindo resultado superior ao carvão sem tratamento prévio. O modelo cinético de pseudo-segunda ordem representou melhor os dados experimentais cinéticos para todos os adsorventes estudados. Os estudos das isotermas mostraram que o modelo de Langmuir-Freundlich foi o que melhor descreveu o equilíbrio termodinâmico para as amostras em estudo. Por sua vez, o procedimento numérico para a solução do modelo de transferência de massa demonstrou que o modelo proposto é adequado ao sistema analisado. Por fim, pode-se afirmar que o teste comóleo naftênico médio obteve resultados satisfatórios em termos de capacidade adsortiva, sendo, pois, alcançado o objetivo do trabalho em questão: trazer à tona mais uma possibilidade de proporcionar a produção de óleos lubrificantes limpos, com o menor custo possível.<br> / Abstract : In order to achieve the goals set in the removal of sulfur from the lubricants oils, studies have been accomplished with the view to meliorate the process of fuel purification through improvements in the traditional hydrotreating process (HDT), as well as the development of new technologies. This happened because of the presence of organic sulfur compounds in the oil that comes into fuel is highly undesirable, due to various problems caused, among which we can mention the rate of equipament corrosion and piping, the poisoning of catalysts used in the treatment catalystic, other than the fact that these compounds releasing sulfur dioxide (SO2), a major atmospheric pollutant and responsible for acid rain. Thus, it has been given a special attention to study the adsorptive processes which aims to the removal of sulfur compounds. The use of adsorption has advantages, because it can be accomplished at lower temperatures and pressures, besides this process doesn?t use hydrogen. Before long, the challenge of this approach is to develop adsorbents with high adsorption capacity for sulfur compounds.Based on this, such task was guided to study the sulfur adsorption, more precisely in dibenzothiophene (DBT) form, that is present in synthetic lubricant oil (decahydronaphthalene, DHN), with the purpose of evaluating the efficiency of activated carbon bituminous (CAB), as well, of the activated carbon that becomes from the coconut shell (CAC), in grit sizes mesh of 10?14 and 20?30, both the surface modified samples as also in those not modified and, to top and aprimorate the study, there were done tests using real oil. The obtained results showed that the activated carbon studied was effective in regard to the adsorption capacity of DBT. Initially, through experimental design performed for the CAB and CAC samples from both granulometry, it was realized that the best adsorption capacity becomes from the CAB and the CAC with 20?30 mesh particle size. The superficial changes made in the CAB and in the CAC samples with particle size from 20?30, were promising when the sample was acidified and calcined for both carbon under observation, reaching better results than untreated activated carbon. While, the pseudo-second order of kinetic model shows a better kinetic experimental data for all the adsorbents studied; the analysis of the isotherms demonstrated that the model Langmuir-Freundlich was the best in describing the thermodynamic equilibrium for the samples analyzed. In turn, the numerical procedure for the mass transfer model solution exhibits that the model is appropriate for the analyzed system. Finally, we can say that the test made with medium naphthenic oilobtained satisfactory results in terms of adsorption capacity, and therefore is was achieved the objective of the task in question: to bring up another possibility of providing the production of clean lubricating oil, with lowest possible activated carbon.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-02-07T03:12:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343941.pdf: 4818500 bytes, checksum: ebb161a65b84859c2e91c374130d0afb (MD5) Previous issue date: 2016 / Nesse trabalho, apresentamos um estudo do comportamento da morfologiadas partículas e dos aglomerados de óxido de ferro,formados no reator de pirohidrólise do tipo Ruthner, com a variação da concentração de Fe2+. Os experimentos foram realizados em um reator industrial da ArcelorMittal unidade Vega, onde gerou-se as amostras para posterior analise morfológica e química. Os resultados mostraram uma forte influência da concentração de Fe2+ na formação das partículas e dos aglomerados, apresentando uma tendência de redução do tamanho das partículas com o aumento da concentração e Fe2+, influenciando a qualidade final do produto.Com respeito aos aglomerados, o estudo mostrou que tendem a aumentar em diâmetro com o aumento da concentração de Fe2+e, quanto à morfologia, se apresentam na forma de aglomerados esféricos ocos. O aumento do tamanho médio dos aglomerados tem como consequência o aumento da densidade aparente do material onerando os custos logísticos de armazenamento e transporte. Os resultados possibilitaram a padronização da concentração de Fe2+ no range adequado para gerar partículas de óxido de ferro com granulometria em conformidade com a especificação exigida.<br> / Abstract : In this work we present a study of the behavior of particles? morphology of iron oxide formed in pyrohydrolysis reactor type Ruthner, with the variation of Fe2+ concentration. The experiments were performed in an industrial reactor from ArcelorMittal Vega, which generated the samples for further morphological and chemical analysis. The results showed a strong influence of the concentration of Fe2+ in the formation of particles and agglomerates having a particle size reduction trend with increasing of Fe2+ concentration, influencing the product quality. With respect to the agglomerates, the study showed a tendencyof increasing in diameter with increasing concentration of Fe2+. The agglomeratesare in form of hollowsshells. The increase in the average size of the agglomerates has the effect of increasing the bulk density of the material burdening the logistical costs of storage and transportation. The results enabled the standardization of Fe2+ concentration in the appropriate range to generate iron oxide particles with a particle size in accordance with the required specification.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-02-07T03:12:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343940.pdf: 2066325 bytes, checksum: d8de9f61f443856b55665b2f3c4049d4 (MD5) Previous issue date: 2016 / A purificação do biodiesel, também denominada polimento, consiste na última etapa do processo de sua síntese e é essencial, pois tem como objetivo a adequação de parâmetros visando ao atendimento das normas vigentes. Neste trabalho, estudaram-se novas alternativas de polimento do biodiesel pelo uso de resinas de troca iônica, enzimas e silicato de magnésio (Magnesol), principalmente para a redução de ácidos graxos livres, visando a obtenção de biodiesel de alta qualidade. Foram realizados experimentos em laboratório, planta piloto, coluna e em batelada, seguindo-se estratégias de integração de processos. Adicionalmente, desenvolveu-se um estudo de modelagem e simulação com os resultados mais significativos realizados em coluna. As amostras de biodiesel foram analisadas quanto ao teor de monoacilglicerois (MAG), diacilglicerois (DAG), triacilglicerois (TAG) e acidez. Com relação à redução dos teores de MAG, DAG e TAG, as resinas foram efetivas, e, quanto à acidez, o silicato de magnésio se destacou pelo ótimo desempenho apresentado. Ao final dos testes, constatou-se que cada resina atuou diferentemente e a utilização combinada em sequência das mesmas, seguindo a estratégia de integração de processos, permitiu a obtenção de um biodiesel de acordo com os padrões estabelecidos pela legislação. Também, estudou-se a purificação do biodiesel com o uso das resinas de troca iônica visando à redução da concentração de metais e sabões. Pôde-se observar que a metodologia empregada, com e sem condicionamento inicial em metanol das resinas, produziu alterações na concentração de metais, mas pouco promissoras. Já para os sabões, levou a uma redução significativa da concentração dos mesmos ao final do processo de purificação. As simulações reproduziram de maneira bastante satisfatória os resultados experimentais, tanto para a acidez quanto para os teores de MAG, DAG e TAG. Os esforços de modelagem consideraram aspectos reacionais e de equilíbrio químico, além de transferência de massa e escoamento em meios porosos. A boa sintonia entre os resultados experimentais e os simulados atestam a pertinência do modelo desenvolvido.<br> / Abstract : Purification of biodiesel, also known as polishing, is the last step of its synthesis and is essential as it aims adequacy parameters ensuring compliance with the regulations. In this work, studied new alternative biodiesel polishing by the use of ion exchange resins, enzymes and magnesium silicate (Magnesol®), principally in the reduction of free fatty acids in order to obtain biodiesel with high quality. Experiments were conducted in laboratory and pilot plant column, batch experiments and following process integration strategies, adding simulation efforts result in more significant column. The biodiesel samples were analyzed for content of monoacylglycerol (MAG), diacylglycerols (DAG), triacylglycerols (TAG) and acidity. Regarding the reduction in MAG content, DAG and TAG, the resins were effective, and, as the acid, magnesium silicate stood out for great performance shown. At the end of the tests, it was found that each resin acted differently and the combined use in the same sequence, following the process integration strategy, allowed to obtain a biodiesel according to the standards set by law. Also, biodiesel purification was studied with the use of ion exchange resins in order to reduce the concentration of metals and soaps. It was observed that the methodology employed, both with and without initial conditioning in methanol resins, produced changes in the concentration of metals, but unpromising. As for the soaps, it led to a significant reduction in their concentration at the end of the purification process.Simulations have succeeded reproduce fairly well the experimental results for both the acidity and for the levels of MAG, DAG, and TAG. The modeling efforts considering chemical equilibrium reaction and aspects, as well as mass transfer and flow in porous media. The good match between the experimental results and simulations demonstrated the relevance of the model developed.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2017-03-21T04:04:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344685.pdf: 1226820 bytes, checksum: 0f4829300f933181e93a189911b2d226 (MD5) Previous issue date: 2015 / A formação de gotas submicrométricas demanda grandes quantidades de energia aplicadas ao sistema de modo a criar uma alta taxa de cisalhamento. Esta energia pode ser proveniente de agitação mecânica, ondas de ultrassom ou até mesmo o bombeamento de um fluido através de uma membrana. Neste trabalho é apresentado um estudo de diferentes técnicas para a produção de miniemulsões, como agitação mecânica utilizando um equipamento do tipo rotor-estator, dispersão com ultrassom e emulsificação por meio de um sistema composto de membranas cerâmicas e bomba. O sistema escolhido para este estudo foi uma miniemulsão de metacrilato de metila em água, frequentemente utilizada para reações de polimerização em miniemulsão. Objetivou-se dessa forma avaliar e comparar a técnica de emulsificação por meio de membranas frente às outras técnicas mais comumente utilizadas. Foram avaliadas duas configurações para o sistema de membranas, utilizando duas bombas diferentes (bomba de diafragma ou de engrenagem), além de serem estudadas condições operacionais diferentes, como velocidade tangencial e pressão. Obtiveram-se miniemulsões com diâmetros médios de gota de 285 a 550 nm, estáveis por um período de até 7 dias. De modo comparativo, utilizando as outras técnicas de dispersão, obtiveram-se diâmetros médios de gota de 95 a 170 nm, também estáveis por 7 dias. Ao serem realizadas as reações de polimerização, as miniemulsões preparadas com rotor-estator e dispersor ultrassônico permaneceram estáveis durante toda a reação, não ocorrendo grande distinção entre os valores dos diâmetros médios de gotas e de partículas resultantes. Para o sistema de membranas avaliado, após a polimerização, as partículas poliméricas produzidas apresentaram diâmetros bem inferiores aos diâmetros das gotas das miniemulsões monoméricas, evidenciando a ocorrência de outros mecanismos de nucleação, além da nucleação das gotas. Entretanto, os tamanhos das partículas poliméricas foram similares aos obtidos nos ensaios empregando outras técnicas de dispersão, em torno de 100 nm, com distribuições estreitas (PDI abaixo de 0,1), mostrando que o sistema de membranas proposto foi eficiente para o processo avaliado.<br> / Abstract : The formation of submicron droplets demand large amounts of energy applied to the system to create a high shear rate. This energy can be derived from mechanical agitation, ultrasonic waves, or even the pumping of fluid through a membrane. This work presents a study of different techniques for producing miniemulsions such as mechanical stirring using a rotor-stator type device, ultrasonic dispersion and emulsification using a system consisting of a pump and ceramic membranes. The system chosen for the development of this study was a methyl methacrylate miniemulsion in water, often used for miniemulsion polymerization reactions. The objective was to evaluate and compare the different emulsification techniques. Two configurations for the membrane system were evaluated using two different pumps (diaphragm and gear pump), besides of that different system's operating conditions were studied, such as tangential velocity and pressure. Miniemulsions were obtained with mean droplet diameters around 285 to 550 nm stable by a period of 7 days. In comparison, miniemulsions were prepared using other dispersion techniques yielding average droplet diameters around 95 to 170 nm also stable for a period of 7 days. When the polymerization reactions were carried out, the miniemulsions prepared with rotor-stator and ultrasonic disperser remained stable throughout the reaction. Significant distinction between the values of the average diameters of droplets and resulting particles was not observed. For the membrane system assessed after miniemulsion polymerization, the produced polymer particles presented lower diameters than the diameters of the monomeric miniemulsions' droplets, indicating the occurrence of other nucleation mechanisms in addition to droplets nucleation. However, the polymer particles sizes were similar to those obtained in the assays employing other dispersion techniques, around 100 nm, with narrow distributions (PDI below 0.1), showing that the proposed membrane system was efficient for the evaluated process.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-03-21T04:09:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344681.pdf: 4209817 bytes, checksum: 49ff9810eceba75eca01c547eae0947b (MD5) Previous issue date: 2016 / Abstract : This thesis was developed in the context of citrus waste biorefineries. Within such biorefineries, it has been proposed that the pectinases to be used for hydrolysis of pectin be produced by solid-state fermentation, using the filamentous fungus Aspergillus niger. During solid-state fermentation, aerial hyphae occupy the interparticle spaces, binding adjacent particles together, while surface, biofilm and penetrative hyphae secrete a pool of hydrolytic enzymes that decrease the firmness of the solid particle. The resulting morphology of the mycelium, namely the spatial distributions of these hyphae, is related to mass and heat transfer within the fermentation bed and, apparently, to the production of hydrolytic enzymes. However, more studies are necessary to understand the factors that determine the morphology of the mycelium. A useful tool for guiding such studies is a 3D phenomenological model that describes the morphology of the mycelium formed by the filamentous fungus and relates this morphology with intra- and extracellular phenomena, such as, for example, intracellular flow of substrate through the fungal network. The aim of the thesis was to provide theoretical and experimental foundations for the development of such a model. This objective was achieved in two main steps: development of a computational model for penetrative and aerial hyphae and time-lapse visualization of mycelial growth. The computational model was developed to explore the factors affecting the distribution of aerial hyphae with height above the surface and of penetrative hyphae with depth below the surface, with rules of branching and inactivation that were different for each type of hypha. These rules were adjusted to data from the literature for the growth of Rhizopus oligosporus and Aspergillus oryzae on solid media. The adjusted rules lead to the hypothesis that penetrative hypha extend mainly downwards, with their maximum length being determined by the firmness of the solid particle and the pressure drop inside the hypha. Meanwhile, aerial hyphae grow in any direction, as though their tips move in a random walk, and there is no limitation of maximum height. Aerial hyphae seem to stop extending due to steric impediments, resulting in a maximum local biomass concentration. In order to study the growth of penetrative hyphae and expression of hydrolytic enzymes, fluorescent strains of Aspergillus niger were constructed. The mode of growth of penetrative hyphae was characterized with various different inoculum density and the types of carbon sources in the medium. These results indicated that penetrative hyphae differentiate around the same time reproductive hyphae begin to grow: extension of leading hyphae is interrupted and intense branchingstarts. In addition, expression of exopolygalacturonase B in penetrative hyphae also changes with differentiation: from apical and limited to few hyphae to subapical and present in the majority of hyphae. / Esta tese foi desenvolvida no contexto de biorrefinarias de polpa cítrica. Para estas biorrefinarias, propõe-se que as pectinases a serem usadas na hidrólise da pectina sejam produzidas por fermentação em estado sólido, utilizando o fungo filamentoso Aspergillus niger. Na fermentação em estado sólido, hifas aéreas ocupam o espaço entre as partículas, entrelaçando partículas adjacentes, enquanto que hifas superficiais, de biofilme e penetrantes secretam enzimas hidrolíticas que modificam a consistência das partículas. A morfologia do micélio formado, ou seja, a distribuição espacial das hifas, está relacionada com a eficiência de transferência de massa e de calor através do leito de fermentação e, aparentemente, com a produção de enzimas hidrolíticas. No entanto, faltam estudos sobre os fatores que determinam a morfologia do micélio. Uma ferramenta útil para guiar estes estudos é um modelo fenomenológico 3D que descreve a morfologia adotada pelo fungo filamentoso e relaciona esta morfologia a fenômenos intra e extracelulares, como, por exemplo, fluxo intracelular de substrato através do micélio. O objetivo desta tese foi obter fundamentação teórica e experimental para o desenvolvimento deste modelo. Para este fim, o trabalho foi conduzido em duas partes: desenvolvimento de um modelo matemático para hifas penetrantes e aéreas e visualização do crescimento do micélio em time-lapse. O modelo matemático foi desenvolvido para investigar os fatores que afetam a distribuição de hifas aéreas em função da altura acima da superfície do meio e de hifas penetrantes em função da profundidade abaixo da superfície. Neste modelo, o espaço acima e abaixo da superfície é dividido em andares e a extensão das hifas é descrita pela adição de segmentos de hifa, de tamanho fixo, em cada andar. O modelo inicia-se com pontas de hifa na superfície, a partir das quais segmentos de hifa podem estender e cada segmento formado pode continuar estendendo, ramificar ou inativar, de acordo com regras de probabilidade, que são diferentes para cada tipo de hifa. Estas regras, e os parâmetros correspondentes, foram ajustadas aos dados de distribuição de biomassa de Rhizopus oligosporus e Aspergillus oryzae, em diferentes meios sólidos. Com base nestas regras, foram propostas hipóteses de que as hifas penetrantes estendem principalmente para baixo e o comprimento máximo delas é determinado pela consistência da partícula sólida e pela perda de carga no interior da hifa. Enquanto isso, as hifas aéreas crescem em qualquer direção, como se suas pontas se movimentassem seguindo o passeio aleatório, e não há limitação de altura máxima para o crescimento. As hifas aéreas param de estender devido ao impedimento estérico,resultante de uma máxima concentração local de biomassa. A fim de investigar o crescimento de hifas penetrantes e a expressão de pectinases ao longo do micélio, duas cepas fluorescentes de Aspergillus niger foram desenvolvidas: as duas cepas expressam o gene eGFP (proteína fluorescente verde melhorada) sob um promotor constitutivo e um gene de fusão de uma poligalacturonase e mCherry, que é uma proteína fluorescente vermelha, sob o promotor nativo da poligalacturonase. A poligalacturonase escolhida para a cepa pgaRed foi a endopoligalacturonase B, codificada no gene pgaB, cujo promotor é constitutivo, ao passo que a poligalacturonase escolhida para a cepa pgxRed foi a exopoligalacturonase B, codificada no gene pgxB, cujo promotor é induzido por galacturonato presente no meio. Através destas cepas, o modo de crescimento das hifas penetrantes foi caracterizado: se a densidade de esporos é baixa, hifas penetrantes podem ser formadas diretamente do tubo germinativo, caso contrário, as hifas penetrantes são formadas apenas depois que as hifas superficiais atingirem uma densidade mínima; as ramificações são subapicais e bem distribuídas ao longo da hifa parental, exceto quando a densidade de hifas dentro do sólido é alta e, neste caso, as ramificações ocorrem nas regiões de menor densidade de hifas, que geralmente são próximas às pontas das hifas parentais. As hifas penetrantes diferenciam-se no mesmo momento em que surgem as hifas reprodutivas e, a partir deste momento, as hifas parentais param de estender e ocorre intensa formação de ramificações. Além disso, a expressão de pgxB nas hifas penetrantes muda de apical, e limitada a poucas hifas, para subapical e presente na maioria das hifas. O tipo de fonte de carbono afeta o tempo de germinação, a profundidade máxima atingida pelas hifas penetrantes e a frequência de ramificação por hifa. Por fim, o conhecimento adquirido com as cepas fluorescentes foi utilizado para delinear como o modelo fenomenológico 3D deve ser desenvolvido no futuro.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-03-21T04:11:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344682.pdf: 2246781 bytes, checksum: 3002450683b92d04ea6979b0ba65a770 (MD5) Previous issue date: 2016 / O presente estudo propôs o emprego de um caulim proveniente de Juazeirinho, no Estado da Paraíba, como fonte de alumínio e silício para a produção de zeólita 4A a partir de reação hidrotérmica, onde o procedimento de síntese consistiu na ativação térmica do caulim, que foi submetido, em mulfla, a uma temperatura de 850°C por 2 horas, para tornar-se metacaulim; 3g deste metacaulim obtido foi adicionada a um recipiente de teflon/alumínio juntamente com 30mL de uma solução de NaOH 1,25 mols/L, e este sistema foi colocado em estufa, a 150°C, por 4 horas à pressão autógena, para ocorrer a reação hidrotérmica de formação de zeólita 4A. O material resultante foi centrifugado e lavado com água deionizada e até pH próximo a 7,0, e em seguida seco em estufa a 100°C por aproximadamente 15 horas. O caulim e a zeólita 4A produzida foram caracterizados por difração de raios X (DRX), espectroscopia de infravermelho (FTIR), fluorescência de raios X (FRX), calorimetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria (TG) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados de DRX mostraram que o caulim de Juazeirinho é constituído principalmente por caulinita, com baixos níveis de impurezas. Os dados dos ensaios de remoção determinados por ICP-OES sugerem que a zeólita 4A apresenta boa capacidade adsortiva atingindo eficiência de 82,7% para concentrações de 50 mg/L de As5+. Os resultados revelaram que o modelo de Langmuir é mais apropriado que o de Freundlich no ajuste dos dados experimentais. O máximo de remoção de íons arsenato (82,7%) ocorre em pH 5,0 empregando 1000 mg de zeólita 4A.O modelo cinético de pseudo-segunda ordem foi o que melhor descreveu os dados para a remoção de íons arsenato. No equilíbrio, a isoterma de Langmuir foi a que melhor representou os dados experimentais. Para o organismo D. magna foram observados efeitos tóxicos com um valor de LC50 (48h) de 2,02 mg/L para o arsenato. Durante os ensaios empregando zeólita 4A, foi observado um acúmulo de matéria no trato digestivo e na carapaça dos organismos, que é reversível com a remoção da zeólita do meio de ensaio.<br> / Abstract : The present study proposed the employment of a kaolin from Juazeirinho, in the State of Paraíba, such as aluminum and silicon for the production of 4A zeolite from hydrothermal reaction, where the synthesis procedure consisted of thermal kaolin activation, which was submitted, in mulfla, at 850°C for 2 hours, to become metakaolin; 3g of this obtained metakaolin was added to a teflon/aluminium container along with 30mL of a 1,25 mol/L NaOH solution, and this system was placed in an oven at 150°C for 4 hours at autogenous pressure, to occur 4A formation hydrothermal reaction. The resulting material was centrifuged and washed with deionized water until pH around 7.0, and then dryed in oven at 100°C for about 15 hours. Kaolin and produced 4A zeolite were characterized by X-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (IR), X-ray fluorescence (XRF), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry (TG) and scanning electron microscopy (SEM). The XRD results showed that Juazeirinho?s kaolin is mainly composed of kaolinite with low impurity levels. Adsorption data determined by ICP-OES suggest that 4A zeolite has good adsorptive capacity, achieving the efficiency of 82.7% at 50 mg/L As5+ concentrations. The results revealed that the Langmuir model is more appropriate than Freundlich in the fit of the experimental data. The maximum removal of arsenate ions (82.7%) occurs at pH 5.0 employing 1000 mg of 4A zeolite. The pseudo-second order kinetic model was the model that best described the experimental data for the remotion of ions arsenate.For the equilibrium, the Langmuir isotherm was the one that best represented the experimental data. For D. magna organism, toxic effects were observed with LC50(48h) value of 2.02 mg/L of arsenate. During the tests employing 4A zeolite, it was observed its accumulation in the digestive tract and carapace of the organisms,which is reversible upon removal of 4A zeolite.