O presente trabalho investigou a preparação e obtenção de celulose nanocristalina (whiskers de celulose ou nanocristais de celulose) para aplicação em membranas poliméricas compósitas de polisulfona, preparadas pelo método de inversão de fases. A preparação de whiskers de celulose foi realizada através de hidrólise ácida com ácido clorídrico da celulose microcristalina, e a caracterização foi feita através de microscopia eletrônica de transmissão. A celulose microcristalina é obtida da hidrólise de fibras de celulose, que no caso deste trabalho, foram obtidas de diferentes fontes naturais (eucalipto e Pinus taeda). As fibras das duas fontes naturais, obtidas do processo industrial kraft, foram previamente caracterizadas quimicamente a fim de avaliar a eficiência deste processo na remoção de outros componentes característicos de materiais lignocelulósicos, como lignina e hemicelulose. Posteriormente as fibras e as microceluloses obtidas foram caracterizadas por análises termogravimétricas, calorimetria exploratória diferencial, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, difração de raios-X e microscopia eletrônica de varredura. As análises de caracterização mostraram a eficiência do processo kraft, onde os teores de lignina e hemicelulose puderam ser desconsiderados, e a obtenção de celulose microcristalina de ambas as fontes, evidenciadas pelo significativo aumento nos índices de cristalinidade. Devido a problemas com a caracterização dos whiskers de celulose, as membranas de polisulfona foram reforçadas apenas com fibras de celulose e com a celulose microcristalina. As membranas foram caracterizadas por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, microscopia eletrônica de varredura e testes de fluxo e retenção de proteína. As análises de espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier indicaram uma boa homogeneidade das fibras e microceluloses nas membranas com o surgimento de um pico característico da celulose no espectro da membrana compósita. Nas análises de microscopia eletrônica de varredura observaram-se morfologias diferentes, principalmente com a presença de macrovoids e estruturas finger-like. Estas morfologias estão associadas às diferentes condições de preparo das membranas, onde diferentes tempos de evaporação antes da inversão de fases provocaram a formação de diferentes estruturas nas membranas. Outro fator que pode ter influenciado nas diferentes morfologias das membranas é a adição de cargas de reforço, onde fibra e microcelulose contribuíram de formas distintas para o desempenho e morfologia das membranas. A avaliação da influência das fibras de celulose, da microcelulose e das diferentes estruturas morfológicas, nas membranas, foi avaliada pelos testes de fluxo e retenção de albumina de ovo. Os resultados mostraram a excelente propriedade da microcelulose como material de reforço, onde a retenção da proteína da membrana polisulfona/celulose microcristalina foi superior a 90%. O tempo de evaporação pode ter auxiliado neste valor de retenção, considerando que um maior tempo de evaporação diminuiu a presença de estruturas finger-like nas membranas compósitas. Em função da alta retenção da proteína e da pressão transmembrana aplicada nos ensaios de permeação (até 20 bar), as membranas com celulose microcristalina podem ser aplicadas em processos de ultrafiltração. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-06-23T13:32:34Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Tiago dos Santos.pdf: 3797684 bytes, checksum: 614e606e9a8f475a2dd7c50b4c2e124b (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-23T13:32:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Tiago dos Santos.pdf: 3797684 bytes, checksum: 614e606e9a8f475a2dd7c50b4c2e124b (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work investigated the preparation and obtaining of nanocrystalline cellulose (cellulose whiskers or cellulose nanocrystals) for use in polysulfone composite membranes prepared by phase inversion method. Preparation of cellulose whiskers was held by acid hydrolysis, with hydrochloric acid, of microcrystalline cellulose and the characterization was performed by transmission electron microscopy. Microcrystalline cellulose was obtained from acid hydrolysis of cellulose fibers which in case of this study were obtained from different natural sources (eucalyptus and Pinus taeda). The fibers of both natural sources, obtained from kraft industrial process, were previously chemically evaluated in order to evaluate the efficiency of this process in the removal of other characteristic components of lignocellulosic materials such as lignin and hemicellulose. More later fibers and microcellulose obtained were characterized by thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry, Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction and scanning electron microscopy. Characterization analysis showed the efficiency of the kraft process, where the lignin and hemicelluloses could be ignored, and obtained microcrystalline cellulose from both sources, as evidenced by the significant increase in crystallinity index. Due to problems with the characterization of cellulose whiskers, polysulfone membranes were only reinforced with cellulose fibers and microcrystalline cellulose. Membranes were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, flow tests and protein retention. Fourier transform infrared spectroscopy analysis indicated good homogeneity of fibers and microcellulose in the membranes by appearance of a characteristic peak of cellulose on composite membrane spectrum. In scanning electron microscopy analysis different morphologies can be observed, specially with the presence of macrovoids and finger-like structures. These morphologies are associated with different conditions of membranes preparation, where different evaporation times before phase inversion bath caused the different structures formation on membranes. Another factor that may have influenced different morphologies of the membranes is the addition of reinforcement fillers, where fiber and microcellulose contributed differently to the membranes performance and morphology. The evaluation of the influence of cellulose fibers and microcellulose on different morphological structures of membranes was evaluated by flow and egg albumin retention. The results showed the excellent property of microcellulose as reinforcement material, where the protein retention of the polysulfone/microcellulose membrane was higher than 90%. The evaporation time may have helped in this retention value, whereas a longer evaporation decreased the presence of finger-like structures in composite membranes. Due to high protein retention and transmembrane pressure applied in the permeation tests (up to 20 bar), the membranes with microcrystalline cellulose can be applied in ultrafiltration process.

A separação de gases através de membranas é uma técnica atualmente bem aceita, mas está em constante desenvolvimento tendo como principal foco de estudo a obtenção de membranas com alta permeabilidade e seletividade. Um dos processos que tem apresentado destaque na separação de gases com membranas é a purificação do gás natural (GN), uma vez que o aumento da sua demanda requer o aumento da produção de GN com elevada qualidade. A maior parte das aplicações com membranas na purificação do GN diz respeito à remoção do CO2 utilizando membranas poliméricas. Um adequado balanço entre a permeabilidade e a seletividade constitui um aspecto fundamental no desempenho dessas membranas, uma vez que o fator de separação geralmente diminui com o aumento da permeabilidade do componente mais permeável. Essas propriedades das membranas poliméricas são governadas pelas diferenças entre a mobilidade e a solubilidade de cada gás penetrante através da matriz polimérica e também pela estrutura dessa matriz, sendo que as propriedades de transporte dos gases através da membrana são significativamente diferenciadas entre os polímeros elastoméricos e vítreos. Apesar de existirem muitos trabalhos publicados na área de separação de gases com membranas, a pesquisa nesta área no Brasil ainda carece de investimentos no que diz respeito à produção de membranas e ao seu uso nos processos. Dentro deste contexto, este trabalho teve como objetivo a síntese de filmes de poli(dimetilsiloxano) (PDMS) e de triacetato de celulose (TAC), seletivos ao dióxido de carbono, a partir de soluções poliméricas. Os filmes densos sintetizados foram avaliados com relação às propriedades de transporte aos gases puros N2, CO2 e CH4. O coeficiente de solubilidade dos gases nos filmes foi determinado através da técnica do decaimento de pressão em uma unidade de bancada construída neste trabalho especialmente para este fim. A permeabilidade dos gases foi avaliada em um sistema de bancada e a morfologia das membranas foi estudada através de Microscopia Eletrônica de Varredura. Os resultados dos testes mostraram que a escolha do material suporte dos filmes poliméricos é essencial para obter-se uma camada seletiva fina e íntegra. As membranas de PDMS foram as que apresentaram melhores resultados, com seletividade ideal ao par CO2/CH4 de até 4,1 e permeabilidades semelhantes à literatura, enquanto que as membranas de TAC não apresentaram fluxos dos gases e seletividades satisfatórios nas condições testadas. / Membrane gas separation is a well-accepted technology, but it is still under continuous development, mainly in aspects related to the production of membranes with high permeability and selectivity. Natural gas (NG) purification can be mentioned as an outstanding application of membrane based gas separation processes, which has grown significantly over the years due to the increasing demand for this product and higher requirements regarding its quality. Most applications of membranes in NG purification are related to the carbon dioxide removal with polymeric membranes. Adequate balance between permeability and selectivity constitutes a fundamental aspect in the performance of these membranes, since the separation factor generally decreases with the increase in the permeability of the most permeable component. These properties of the polymeric membranes are governed by the differences of mobility and solubility of each permeant through the polymeric matrix and by the structure of this matrix, with the transport properties of gases through a membrane differing significantly between elastomeric and glassy materials. Although there are many studies published on gas separation processes, in Brazil there is still lack of investments related to the production of membranes and their use in processes. In this context, the goal of this study was to synthesize poly(dimethylsiloxane) (PDMS) and cellulose triacetate (CTA) films, selective to carbon dioxide. The dense films synthesized from polymeric solutions were evaluated with respect to the transport properties of three pure gases (N2, CO2 and CH4). The solubility parameter (or sorption coefficient) of the gases in the polymeric films was determined using the pressure decay method, in a unit built as part of the present work specifically for this purpose. The gas permeability was assessed in a bench scale system and the morphology of the membranes was studied using Scanning Electron Microscopy. The results obtained showed that the choice of membrane support material is essential to obtain a thin and integral selective polymeric layer. PDMS membranes showed the best performance, with the ideal selectivity of pair CO2/CH4 up to 4.1 and values of permeability similar to those reported in the literature, while the CTA membranes did not present satisfactory values of permeate flux and gas selectivity under the conditions considered.

Dissertação (mestrado)–Universidade de Brasília, Faculdade de Planaltina, Programa de Pós-Graduação em Ciência de Materiais, 2014. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2015-02-19T17:37:41Z No. of bitstreams: 1 2014_GeraldoBarbosadeOliveiraFilho.pdf: 3508952 bytes, checksum: d4a9191dc48850de22bbfcdc977d6b3b (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2015-03-02T17:58:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_GeraldoBarbosadeOliveiraFilho.pdf: 3508952 bytes, checksum: d4a9191dc48850de22bbfcdc977d6b3b (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-02T17:58:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_GeraldoBarbosadeOliveiraFilho.pdf: 3508952 bytes, checksum: d4a9191dc48850de22bbfcdc977d6b3b (MD5) / Os estudos teóricos e experimentais da mecânica da deformação de membranas têm sido objeto de uma extensa pesquisa nos últimos anos devido à sua aplicabilidade em diversos campos da ciência. A determinação das propriedades elásticas e viscoelásticas da membrana timpânica humana, a modelagem da parede celular e da pele, blindagens térmicas, habitats pressurizados no espaço, novas tecnologias para a angioplastia, modelagem de órgãos humanos como a bexiga e a mama e a construção de simuladores de cirurgia ilustram a vasta gama de aplicações das tecnologias de deformação e inflação de membranas. Por outro lado, a simulação da deformação de membranas para aplicações interativas exige que os tecidos moles reajam às forças aplicadas de forma estável e realista em tempo real. Uma solução analítica é uma boa escolha para soluções rápidas de objetos deformáveis, pois não precisa realizar grandes inversões de matriz, como é normalmente obrigatório em modelagens baseadas em outros métodos, como o método dos elementos finitos. Este estudo teve como objetivo medir experimentalmente a precisão de nossa abordagem analítica para a deformação de membranas, que consiste em calcular as configurações de equilíbrio de uma membrana elástica circular, 2D, tocada por uma sonda que se move na direção perpendicular à superfície. O estudo analítico e experimental da deformação da membrana foi realizado com a membrana fixada a uma fronteira circular e preenchida ou não com um líquido. A construção do aparato experimental foi baseada em dispositivos funcionais disponíveis na literatura especializada. Na modelagem da deformação foram considerados modelos desenvolvidos por pesquisadores do grupo de pesquisa em materiais da Universidade de Brasília, campus de Planaltina, adaptados para situação problema analisada no experimento. As comparações entre os resultados experimentais e os modelos analíticos mostraram excelente acordo, com erros experimentais da ordem de milímetros, a mesma precisão dos instrumentos de medida utilizados. _____________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Theoretical and experimental studies of the mechanical deformation of membranes have been the subject of extensive research in recent years due to its applicability in various fields of science. The determination of the elastic and viscoelastic properties of human tympanic membrane modeling of cell wall and skin, heat shields, pressurized habitats in space, new technologies for angioplasty, modeling of human organs such as the bladder and breast and building simulators surgery illustrate the range of applications of membrane deformation and inflation technologies. On the other hand, the simulation of the deformation of membranes to interactive applications requires the soft tissues to respond to applied forces in a stable and realistic in real time. An analytical solution is a good choice for quick solutions of deformable objects, it does not need to perform large matrix inversions, as is normally required in modeling based on other methods such as the finite element method. This study aimed to experimentally measure the accuracy of our analytical approach to the deformation of membranes, which is to calculate equilibrium configurations of an elastic circular membrane, 2D, touched by a probe that moves in the direction perpendicular to the surface. The analytical and experimental study of the deformation of the membrane was performed with the membrane attached to a circular border and filled with a liquid or not. The construction of the experimental apparatus was based on functional devices available in the literature. In the modeling of the deformation were considered models developed by researchers from the group of materials research at the University of Brasilia, Campus Planaltina, tailored to the problem situation analyzed in the experiment. Comparisons between experimental results and analytical models showed excellent agreement with experimental errors of the order of millimeters, the same accuracy of the measuring instruments used. ______________________________________________________________________________________ RESUMEN / Los estudios teóricos y experimentales de la deformación mecánica de las membranas han sido objeto de una amplia investigación en los últimos años debido a su aplicabilidad en diversos campos de la ciencia. La determinación de las propiedades elásticas y viscoelásticas de modelado de la membrana timpánica humana de la pared celular y la piel, protectores de calor, hábitats a presión en el espacio, las nuevas tecnologías para la angioplastia, el modelado de los órganos humanos, tales como la vejiga y mama y la construcción de simuladores de cirurgía son ejemplos de la gama de aplicaciones de la deformación de la membrana y las tecnologías de inflación. Por otro lado, la simulación de la deformación de las membranas a las aplicaciones interactivas requiere que los tejidos blandos respondan a las fuerzas aplicadas de forma estable y realista y en un tiempo real. Una solución analítica es una buena elección para soluciones rápidas de objetos deformables, puesto que no hay que realizar grandes inversiones de matriz, como normalmente se requiere en el modelado basado en otros métodos tales como el método de elementos finitos. Este estudio tuvo como objetivo medir experimentalmente la veracidad de nuestro enfoque analítico para la deformación de las membranas, que consiste en calcular las configuraciones de equilibrio de una membrana circular elástica, 2D, tocado por una sonda que se mueve en la dirección perpendicular a la superficie. El estudio analítico y experimental de la deformación de la membrana se realizó con la membrana unida a un borde circular y lleno o no de un líquido. La construcción del aparato experimental se basó en los dispositivos funcionales disponibles en la literatura. En la modelización de la deformación se consideraron modelos desarrollados por investigadores del grupo de investigación de materiales en la Universidad de Brasilia, Campus Planaltina, adaptados a la situación del problema analizado en el experimento. Las comparaciones entre los resultados experimentales y los modelos analíticos mostraron una excelente concordancia, apenas com algunos errores experimentales de la orden de milímetros, la misma exactitud de los instrumentos de medición utilizados.

A separação de gases através de membranas é uma técnica atualmente bem aceita, mas está em constante desenvolvimento tendo como principal foco de estudo a obtenção de membranas com alta permeabilidade e seletividade. Um dos processos que tem apresentado destaque na separação de gases com membranas é a purificação do gás natural (GN), uma vez que o aumento da sua demanda requer o aumento da produção de GN com elevada qualidade. A maior parte das aplicações com membranas na purificação do GN diz respeito à remoção do CO2 utilizando membranas poliméricas. Um adequado balanço entre a permeabilidade e a seletividade constitui um aspecto fundamental no desempenho dessas membranas, uma vez que o fator de separação geralmente diminui com o aumento da permeabilidade do componente mais permeável. Essas propriedades das membranas poliméricas são governadas pelas diferenças entre a mobilidade e a solubilidade de cada gás penetrante através da matriz polimérica e também pela estrutura dessa matriz, sendo que as propriedades de transporte dos gases através da membrana são significativamente diferenciadas entre os polímeros elastoméricos e vítreos. Apesar de existirem muitos trabalhos publicados na área de separação de gases com membranas, a pesquisa nesta área no Brasil ainda carece de investimentos no que diz respeito à produção de membranas e ao seu uso nos processos. Dentro deste contexto, este trabalho teve como objetivo a síntese de filmes de poli(dimetilsiloxano) (PDMS) e de triacetato de celulose (TAC), seletivos ao dióxido de carbono, a partir de soluções poliméricas. Os filmes densos sintetizados foram avaliados com relação às propriedades de transporte aos gases puros N2, CO2 e CH4. O coeficiente de solubilidade dos gases nos filmes foi determinado através da técnica do decaimento de pressão em uma unidade de bancada construída neste trabalho especialmente para este fim. A permeabilidade dos gases foi avaliada em um sistema de bancada e a morfologia das membranas foi estudada através de Microscopia Eletrônica de Varredura. Os resultados dos testes mostraram que a escolha do material suporte dos filmes poliméricos é essencial para obter-se uma camada seletiva fina e íntegra. As membranas de PDMS foram as que apresentaram melhores resultados, com seletividade ideal ao par CO2/CH4 de até 4,1 e permeabilidades semelhantes à literatura, enquanto que as membranas de TAC não apresentaram fluxos dos gases e seletividades satisfatórios nas condições testadas. / Membrane gas separation is a well-accepted technology, but it is still under continuous development, mainly in aspects related to the production of membranes with high permeability and selectivity. Natural gas (NG) purification can be mentioned as an outstanding application of membrane based gas separation processes, which has grown significantly over the years due to the increasing demand for this product and higher requirements regarding its quality. Most applications of membranes in NG purification are related to the carbon dioxide removal with polymeric membranes. Adequate balance between permeability and selectivity constitutes a fundamental aspect in the performance of these membranes, since the separation factor generally decreases with the increase in the permeability of the most permeable component. These properties of the polymeric membranes are governed by the differences of mobility and solubility of each permeant through the polymeric matrix and by the structure of this matrix, with the transport properties of gases through a membrane differing significantly between elastomeric and glassy materials. Although there are many studies published on gas separation processes, in Brazil there is still lack of investments related to the production of membranes and their use in processes. In this context, the goal of this study was to synthesize poly(dimethylsiloxane) (PDMS) and cellulose triacetate (CTA) films, selective to carbon dioxide. The dense films synthesized from polymeric solutions were evaluated with respect to the transport properties of three pure gases (N2, CO2 and CH4). The solubility parameter (or sorption coefficient) of the gases in the polymeric films was determined using the pressure decay method, in a unit built as part of the present work specifically for this purpose. The gas permeability was assessed in a bench scale system and the morphology of the membranes was studied using Scanning Electron Microscopy. The results obtained showed that the choice of membrane support material is essential to obtain a thin and integral selective polymeric layer. PDMS membranes showed the best performance, with the ideal selectivity of pair CO2/CH4 up to 4.1 and values of permeability similar to those reported in the literature, while the CTA membranes did not present satisfactory values of permeate flux and gas selectivity under the conditions considered.

O presente trabalho investigou a preparação e obtenção de celulose nanocristalina (whiskers de celulose ou nanocristais de celulose) para aplicação em membranas poliméricas compósitas de polisulfona, preparadas pelo método de inversão de fases. A preparação de whiskers de celulose foi realizada através de hidrólise ácida com ácido clorídrico da celulose microcristalina, e a caracterização foi feita através de microscopia eletrônica de transmissão. A celulose microcristalina é obtida da hidrólise de fibras de celulose, que no caso deste trabalho, foram obtidas de diferentes fontes naturais (eucalipto e Pinus taeda). As fibras das duas fontes naturais, obtidas do processo industrial kraft, foram previamente caracterizadas quimicamente a fim de avaliar a eficiência deste processo na remoção de outros componentes característicos de materiais lignocelulósicos, como lignina e hemicelulose. Posteriormente as fibras e as microceluloses obtidas foram caracterizadas por análises termogravimétricas, calorimetria exploratória diferencial, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, difração de raios-X e microscopia eletrônica de varredura. As análises de caracterização mostraram a eficiência do processo kraft, onde os teores de lignina e hemicelulose puderam ser desconsiderados, e a obtenção de celulose microcristalina de ambas as fontes, evidenciadas pelo significativo aumento nos índices de cristalinidade. Devido a problemas com a caracterização dos whiskers de celulose, as membranas de polisulfona foram reforçadas apenas com fibras de celulose e com a celulose microcristalina. As membranas foram caracterizadas por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, microscopia eletrônica de varredura e testes de fluxo e retenção de proteína. As análises de espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier indicaram uma boa homogeneidade das fibras e microceluloses nas membranas com o surgimento de um pico característico da celulose no espectro da membrana compósita. Nas análises de microscopia eletrônica de varredura observaram-se morfologias diferentes, principalmente com a presença de macrovoids e estruturas finger-like. Estas morfologias estão associadas às diferentes condições de preparo das membranas, onde diferentes tempos de evaporação antes da inversão de fases provocaram a formação de diferentes estruturas nas membranas. Outro fator que pode ter influenciado nas diferentes morfologias das membranas é a adição de cargas de reforço, onde fibra e microcelulose contribuíram de formas distintas para o desempenho e morfologia das membranas. A avaliação da influência das fibras de celulose, da microcelulose e das diferentes estruturas morfológicas, nas membranas, foi avaliada pelos testes de fluxo e retenção de albumina de ovo. Os resultados mostraram a excelente propriedade da microcelulose como material de reforço, onde a retenção da proteína da membrana polisulfona/celulose microcristalina foi superior a 90%. O tempo de evaporação pode ter auxiliado neste valor de retenção, considerando que um maior tempo de evaporação diminuiu a presença de estruturas finger-like nas membranas compósitas. Em função da alta retenção da proteína e da pressão transmembrana aplicada nos ensaios de permeação (até 20 bar), as membranas com celulose microcristalina podem ser aplicadas em processos de ultrafiltração. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work investigated the preparation and obtaining of nanocrystalline cellulose (cellulose whiskers or cellulose nanocrystals) for use in polysulfone composite membranes prepared by phase inversion method. Preparation of cellulose whiskers was held by acid hydrolysis, with hydrochloric acid, of microcrystalline cellulose and the characterization was performed by transmission electron microscopy. Microcrystalline cellulose was obtained from acid hydrolysis of cellulose fibers which in case of this study were obtained from different natural sources (eucalyptus and Pinus taeda). The fibers of both natural sources, obtained from kraft industrial process, were previously chemically evaluated in order to evaluate the efficiency of this process in the removal of other characteristic components of lignocellulosic materials such as lignin and hemicellulose. More later fibers and microcellulose obtained were characterized by thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry, Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction and scanning electron microscopy. Characterization analysis showed the efficiency of the kraft process, where the lignin and hemicelluloses could be ignored, and obtained microcrystalline cellulose from both sources, as evidenced by the significant increase in crystallinity index. Due to problems with the characterization of cellulose whiskers, polysulfone membranes were only reinforced with cellulose fibers and microcrystalline cellulose. Membranes were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, flow tests and protein retention. Fourier transform infrared spectroscopy analysis indicated good homogeneity of fibers and microcellulose in the membranes by appearance of a characteristic peak of cellulose on composite membrane spectrum. In scanning electron microscopy analysis different morphologies can be observed, specially with the presence of macrovoids and finger-like structures. These morphologies are associated with different conditions of membranes preparation, where different evaporation times before phase inversion bath caused the different structures formation on membranes. Another factor that may have influenced different morphologies of the membranes is the addition of reinforcement fillers, where fiber and microcellulose contributed differently to the membranes performance and morphology. The evaluation of the influence of cellulose fibers and microcellulose on different morphological structures of membranes was evaluated by flow and egg albumin retention. The results showed the excellent property of microcellulose as reinforcement material, where the protein retention of the polysulfone/microcellulose membrane was higher than 90%. The evaporation time may have helped in this retention value, whereas a longer evaporation decreased the presence of finger-like structures in composite membranes. Due to high protein retention and transmembrane pressure applied in the permeation tests (up to 20 bar), the membranes with microcrystalline cellulose can be applied in ultrafiltration process.

Orientador: Lireny Aparecida Guaraldo Gonçalves / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-26T20:26:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hasegawa_Fabio_M.pdf: 13087145 bytes, checksum: 4fbeee207a994be728f31abd0e5575ec (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Óleos vegetais contêm substâncias como fosfolipídios, pigmentos e ácidos graxos livres que podem afetar a qualidade do produto final. Separação por membranas na indústria de óleos e gorduras tem sido estudado como processo alternativo. Este estudo reporta o processamento de óleo de milho bruto através de membranas de microfiltração (polipropileno, O,O36m2de área de membrana e tamanho médio de poro de 0,2j.t.m)e ultrafiltração (polifluoreto de vinilideno, massa molecular de corte de 150 kDa e 0,018 m2 de área) sem a adição de solventes orgânicos. As membranas foram avaliadas em relação às propriedades de fluxo e coeficiente de retenção. Os parâmetros de processo avaliados foram pressão, temperatura e fator de concentração volumétrica. Verificou-se que no sistema combinado de membranas de microfiltração e ultrafiltração houve separação de fosfolipídios em até 78%, redução de unidades de vermelho da cor de óleo de milho e pouca influência sobre a retenção de ácidos graxos livres e ceras do óleo de milho. / Abstract: Crude vegetable oils contain substances such as phosholipids, colouring pigments and free fatty acids that may affect the quality of finished oil. Reduction of energy costs and waste disposal are major concerns for many oil refiners. Application of membrane separation process in fats and oils industry have recently attracted atention as an altemative method. This study reports processing of crude com oil using microfiltration and ultrafiltration membranes without the addition of organic solvents. Two membranes were evaluated for the flux and rejection properties. Process parameters including pressure, temperature and volumetric concentration factor were examined. The membranes rejected phospholipids, color pigments while permeated fatty acids and waxes. A 78% rejection of phospholids was achieved at pressure of 2,5 bar, temperature 50°C, and significant reduction of red color was observed as well. However, the membrane process does not seem to separate ftee fatty acids ftom triglycerides and the permeate flux also needs to be improved. / Mestrado / Mestre em Tecnologia de Alimentos

Orientador: Marisa Masumi Beppu / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-13T07:18:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paiva_RafaelGoncalvesde_M.pdf: 2354207 bytes, checksum: c86d978c811175888a0c4b73a90c0a52 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Estudos envolvendo membranas têm atraído muito interesse nos últimos anos, uma vez que, além da aplicação clássica em processos de separação, estas têm sido usadas também em áreas como medicina, microeletrônica, tratamento de água, etc. À medida que o número de aplicações cresce, a necessidade de criação de estruturas elaboradas também aumenta. Neste contexto, este trabalho realizou a adaptação da técnica "layer-by-layer" de produção de membranas multicamadas, porém visando a produção de membranas com espessuras de ordem micrométricas. Foi realizada, também, a subseqüente incorporação de íons cobre a estas membranas. Caracterizações morfológicas, químicas e cristalinas, além de testes de difusão de íons e avaliação de capacidade bacteriostática das membranas foram realizados. As análises químicas mostraram a interação entre as cadeias de quitosana e alginato, garantindo a estabilidade dimensional da membrana. Foi possível observar também mudanças na cristalinidade das membranas, que se tornaram mais amorfas após a incorporação de íons cobre em sua estrutura. Análises de EXAFS mostraram que estes átomos se ligam preferencialmente aos átomos de oxigênio e nitrogênio constituintes dos grupos funcionais de alginato e quitosana, respectivamente. Além disso, a incorporação de cobre às membranas causou mudanças notáveis na difusividade destas, tornando a difusão de cloreto de sódio mais lenta do que nas membranas sem cobre. A capacidade bacteriostática foi sensivelmente influenciada pela presença do metal nas membranas: as amostras com cobre, independente de sua composição, proporcionaram inibição do crescimento bacteriano, tanto para E. coli quanto para S. aureus, ao passo que as amostras sem cobre não apresentaram capacidade bacteriostática. Esses resultados mostram potencial aplicabilidade destas membranas em situações onde este tipo de capacidade é requerida. / Abstract: Study of membranes has attracted much interest in recent years due to their applicability in areas such as medicine, microelectronics, water treatment, etc. rather than in traditional separation processes. As the application range arises, the need for establishing more elaborated structures also increases. In this context, the present study adapts the layer-by-layer technique for production of micro-scale multilayer membranes. Subsequent incorporation of copper ions is performed n these membranes. Morphological, chemical and crystalline characterizations, besides ion diffusion tests and evaluation of bacteriostatic ability were performed. The chemical analysis showed the interaction between the chains of chitosan and alginate, ensuring the dimensional stability of the membrane. Changes in crystallinity of membranes were also observed, as they became amorphous after the incorporation of copper ions in its structure. EXAFS analysis indicated that these atoms are linked preferentially to oxygen and nitrogen atoms, constituents of alginate and chitosan functional groups, respectively. Moreover, the amount of copper to the membrane caused remarkable changes in its diffusivity, reducing its value in comparison to membranes without copper. The bacteriostatic capacity was significantly influenced by the presence of metal in membranes: the samples with copper, regardless of its composition, provided inhibition of bacterial growth, both for E. coli and for S. aureus, while the untreated control samples showed no bacteriostatic capacity. These results show the potential of using these membranes in applications where this kind of capacity is required. / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientador : Ioshiaki Doi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-01T09:31:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Neli_RobertoRibeiro_M.pdf: 3940208 bytes, checksum: f11ee9eb60bc457e66e08e1d5feb6cfc (MD5) Previous issue date: 2002 / Mestrado

Orientadores : Leila Peres, Jose Carlos Cunha Petrus / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-03T02:46:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bassetti_FatimadeJesus_D.pdf: 11629729 bytes, checksum: eb598e6620d1c60528abf54200242074 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Primeiramente foi feita a preparação de membranas poliméricas microporosas assimétricas, através da técnica de inversão de fases. O poli (fluoreto de vinilideno)-PVDF foi utilizado puro, ou associado ao cloreto de lítio e a um dos seguintes aditivos poliméricos: poli(acetato de vinila)-PVAc ou polietilenoglicol - em diversas concentrações. A polietersulfona-PES também foi utilizada pura, ou associada a polivinilpirrolidona-PVP, de diversas massas moleculares médias: 10.000, 40.000 e 360.000 g/gmol, e em diversas concentrações. O solvente utilizado foi a N, N-dimetilformamida - DMF. A caracterização das soluções poliméricas e das membranas preparadas foi feita através das seguintes técnicas: Viscosimetria, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), e ensaios de permeabilidade à água e retenção de albumina de soro bovino (BSA). O aumento das concentrações dos polímeros base (PVDF ou PES), levou à formação de membranas de maior espessura, pele filtrante com menor diâmetro médio e/ou número de poros, subcamada com menores cavidades e maior região esponjosa. De um modo geral, aumento das concentrações dos aditivos LiCl, PEG e PVAc na solução polimérica de PVDF levou à formação de membranas de maior espessura, maior porosidade superficial, e subcamada com maiores cavidades e menores regiões esponjosas. O aumento da massa molecular média da PVP levou à formação de membranas mais espessas, com menor porosidade superficial e, menor permeabilidade. A seguir, procedeu-se a seleção das melhores membranas preparadas, através da ultrafiltração de soro de queijo (pH 6,5) e de solução a 1,5% em massa, de poli (álcool vinílico) (PVA), sob as seguintes condições operacionais: temperatura de 50°C, pressão de 300 kPa e velocidades tangenciais de 0,64 m.s-1(soro) e 0,5 m.s-1 (PVA). As membranas de melhor desempenho apresentaram um fluxo permeado no estado estacionário, de cerca de 40 kg.h-1.m-2 para o soro de queijo e de 11 kg.h-1.m-2 para a solução de PV A, compatíveis ou até superiores aos relatados na literatura, para aplicações semelhantes. A membrana F3 (16%PVDF/3%LiCI), selecionada entre as melhores, foi utilizada no estudo da influência da variação dos parâmetros operacionais: temperatura, pressão e velocidade tangencial, na ultrafiltração de soro de queijo e de solução a 0,8 % em massa de PVA. A temperatura e a velocidade tangencial foram os parâmetros que influenciaram mais fortemente na taxa de permeação. Por último, aplicou-se um Modelo Matemático de Resistências em Série (membrana, colmatagem e camada de gel), na simulação do fluxo permeado, com a variação dos parâmetros operacionais, tanto do soro de queijo, quanto da solução de PVA e a comparação com as curvas experimentais obtidas. O modelo representou bem o efeito da variação dos parâmetros operacionais testados, no fluxo permeado para a solução de PVA. Para o soro de queijo, na maioria dos casos, o modelo também correspondeu muito bem ao fenômeno observado. A resistência da camada de gel, em comparação com as demais também calculadas, foi a grande responsável pelo declínio do fluxo permeado, tanto para o soro de queijo, quanto para a solução de PVA / Abstract: This work starts with the preparation of asymmetric microporous polymeric membranes through phase inversion technique by immersion-coagulation in the presence of a non-solvent. The poly (vinylidene fluoride)-PVDF was used pure or blended with lithium chloride and one of the following polymeric additives: poly (vinyl acetate)-PVAc or poly (ethylene glycol)-PEG, of various concentrations. The polyethersulfone -PES was also utilized pure or blended with polivinylpyrrolidone-PVP of different average molecular weights such as: 10,000 40,000 and 360,000 g/gmol, in various concentrations. The solvent utilized in every case N,N-dimethylformamide- DMF. The characterization of the polymeric solutions and the prepared membranes was carried out through the following techniques: Viscosimetry, Electron Microscopy, Fourier Transformed Infra-Red Spectroscopy, Differential Scanning Calorimetry, and water permeability tests and retention of bovine serum albumin. An increase in base polymer concentrations (PVDF or PES) led to the formation of thicker membranes, filtering skins with smaller mean diameters and/or number of voids, smaller cavity sub-Iayers, larger spongy regions and, therefore, a lower permeability. In general, the increase in the concentrations of additives LiCI, PEG and PV Ac concentrations, in the PVDF polymeric solution, led to thicker membranes formation, higher superficial porosity, larger cavity sub-Iayers and smaller spongy region. The PVP mean molecular weight increase resulted in thicker membrane formation with lower superficial porosity and permeability. Afterwards, a selection of the best membranes prepared through ultrafiltration of whey (pH 6.5) and PV A 1.5 % wt solution was done. The operational conditions were: temperature of 50 o C, pressure of 300 kPa and tangential velocities of 0.64 m.s-1 (whey) and 0.50 m.s-1 (PVA). The best performance membranes showed a steady state permeate flux of 40 kg.h-1.m-2 of whey and, 11 kg.h-1.m-2 of PVA solution. These figures are comparable with, and even higher than, those reported in the literature for similar applications. The F3 membrane (16%PVDF/3%LiCI), was selected as among the best ones to be used for the study of the influence of the operational parameters: temperature, pressure and tangential velocity, for the ultrafiltration of cheese whey and PV A 0.8 % wt solution. For both cheese whey and the PVA solution, the temperature and tangential velocity were the most influencing parameters on the permeating rate. At last, a serial resistances mathematical model (membrane, fouling and gel layer) was tested for permeate flux simulation. Both the whey and PVA solution operational parameters were varied. Also, the calculated and observed permeate flux curves were compared. For the PVA solution permeate flux, the model simulated adequately the variations in the operational parameters variation tested. As to whey, the results mostly showed good agreements. Among the different model resistances, the gel layer one had the strongest influence on the permeate flux decrease. This was valid for both cheese whey and PVA solution / Doutorado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Maria Helena Andrade Santana / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-07-24T21:35:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FreitasJunior_BasilinoBarbosade_M.pdf: 3155817 bytes, checksum: 30e64c9192c504a966de16830fe25bf2 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Ácaros encontrados na poeira doméstica são aracnídeos que representam uma das principais fontes desencadeadores de doenças alérgicas. Dentre esses ácaros existe a espécies Blomia Tropicalis, causadora de Rinite Alérgica. As glicoproteínas encontradas no corpo dos ácaros Blomia Tropicalis são os componentes alergenos responsáveis pelo desencadeamento do processo alérgico. Um dos problemas enfrentados na imunoterapia de doenças alérgicas é a qualidade do alergeno empregado e a regularidade de exposição do alergeno ao sistema imunológico, a qual é ainda pouco definida. O desenvolvimento de terapias alternativas na forma de apresentação controlada do alergeno ao sistema imunológico é de extrema importância no entendimento do mecanismo de ação dos imunoterápicos e no tratamento de doenças alérgicas. Lipossomas ou vesículas lipídicas, são estruturas ocas formadas por fosfolipídios agregados, capazes de encapsularem substâncias de natureza tanto hidrofílica como hidrofóbica. Essas características fazem dos lipossomas um sistema muito promissor para diversas aplicações, dentre as quais a liberação controlada de medicamentos. Neste trabalho realizou-se a extração e caracterização das glicoproteínas alergênicas existentes no corpo dos ácaros da espécie Blomia Tropicalis, bem como o seu encapsulamento em lipossomas e caracterização das vesículas obtidas / Abstract: House dust mites represent one of the major sources of allergic diseases. Among them, there is a class named Blomia Tropicalis which causes Allergic Rhinitis. The substances mainly responsible for the beginning of the allergic are glycoproteins from Blomia Tropicalis. One of the problems of immunotheraphy related to allergic diseases is the quality of allergen used and the regularity of exposition to immunological system, these parameters are not well defined in immunoytheraphy yet. Developing new immunotherapicis is a very important issue in order to excell the existing treatments and promote a comprehensive analysis of the mechanism of immunotherapicis action. Liposomes or lipid vesicles are empty particles composed of phospholipids able to encapsulate hydrophilic and hydrophobic molecules. Liposomes are very powerful systems for several applications including controlled drug delivery. This work focuses on the encapsulation and characterization of liposome containing glycoproteins extracted from Blomia Tropicalis mites. The encapsulation and separation process has beer analysed in terms of efficiency as function of protein/lipid ratio in the initial solution / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química