Pouco se sabe sobre o efeito do substrato e a interação entre as leveduras selvagens e bactérias do gênero Lactobacillus na fermentação alcoólica, pois os estudos tem se concentrado na avaliação dos efeitos da contaminação por um ou outro contaminante separadamente. Diante disso, este trabalho teve como objetivos estudar o efeito do substrato e das condições de tratamento do fermento sobre as fermentações contaminadas com ambos os micro-organismos, leveduras S. cerevisiae selvagens (três linhagens apresentando colônias rugosas e células dispostas em pseudohifas) e Lactobacillus fermentum, tendo a linhagem industrial de S. cerevisiae PE-2 como levedura do processo. Foram realizadas fermentações em batelada em mosto de caldo e de melaço, sem reciclo e com reciclo celular, utilizando tanto a cultura pura da linhagem PE-2 quanto as culturas mistas com as linhagens rugosas e ou L. fermentum. Foram avaliadas modificações no tratamento ácido do fermento, visando o controle do crescimento dos contaminantes sem afetar a levedura do processo. Em seguida, foram conduzidas fermentações contaminadas e não contaminadas submetidas ao tratamento ácido combinado com adição de etanol, tanto em caldo quanto em melaço, utilizando-se PE-2, uma das linhagens rugosas e L. fermentum. A atividade da invertase extracelular foi também avaliada em ambos os substratos para os micro-organismos estudados, em condições de crescimento. Concluiu-se que o tipo de substrato de fermentação, caldo de cana ou melaço, influenciou o desempenho da linhagem industrial PE-2 assim como afetou o desenvolvimento das contaminações com as leveduras rugosas S. cerevisiae na presença ou ausência da bactéria L. fermentum, em fermentações sem reciclo celular. O efeito da contaminação foi mais evidente quando se utilizou caldo de cana do que melaço como substrato, no caso da contaminação com leveduras rugosas, e o inverso no caso da contaminação com L. fermentum. O efeito da contaminação sobre a eficiência fermentativa foi maior na presença da levedura rugosa do que com a bactéria, e a contaminação dupla (tanto com a levedura rugosa quanto com a bactéria) não teve efeito maior sobre a eficiência fermentativa do que a contaminação simples, por um ou por outro micro-organismo isoladamente, especialmente na fermentação em batelada com reciclo celular, independentemente do substrato. Nas fermentações com reciclo de células, o efeito do substrato foi menos evidente. O controle do crescimento das linhagens rugosas pode ser realizado modificando o tratamento ácido normalmente realizado na indústria, seja pela adição de etanol à solução ácida ou pelo abaixamento do pH, dependendo da linhagem rugosa. O tratamento combinado baixo pH (2,0) + 13% etanol afetou a fisiologia da linhagem industrial, trazendo prejuízos à fermentação com reciclo celular, com pequeno controle sobre o crescimento da levedura rugosa e causando morte celular à L. fermentum. A diferença na atividade invertásica entre as linhagens rugosas e industrial de S. cerevisiae pode ser a responsável pela fermentação lenta apresentada pelas linhagens rugosas quando presentes na fermentação, sendo não significativa a influência do substrato sobre a atividade dessa enzima. / A little is known about the effect of the substrate and the interaction among wild yeast strains and bacteria Lactobacillus in the alcoholic fermentation, because the studies have been concentrated in the evaluation of the contamination effects by one or another contaminant, separately. This work aimed to evaluate the effect of the substrate and the cell treatment conditions over the batch fermentations contaminated with both microorganisms, yeast wild strains of S. cerevisiae (three strains displaying rough colonies and pseudohyphal cell growth) and Lactobacillus fermentum, being the S. cerevisiae strain PE-2 as the starter yeast. Fermentations using sugarcane juice and molasses, without and with cell recycle, utilizing both the pure culture of PE-2 as the mixed cultures with rough yeast strains and or L. fermentum were carried out. Modifications in the acid cell treatment by the addition of ethanol to the acid solution and the lowering of pH of the acid solution or a treatment with potassium metabisulphite were evaluated, aiming the growth control of the contaminants without affecting the starter yeast. An acid treatment with the addition of 13% ethanol was applied in fermentation with cell recycle, both in sugarcane juice and molasses, utilizing PE-2, one of the rough yeast strains and L. fermentum. The extracellular invertase activity was also evaluated in both substrates for the microorganisms studied, in growing conditions. The type of substrate, sugarcane juice or molasses, influenced the performance of the PE-2 strain as well as affected the development of the contaminations with rough S. cerevisiae yeast strains with or without L. fermentum, in fermentations without cell recycle. The effect of the contamination was more remarkable when sugarcane juice was utilized, in fermentations contaminated with rough yeast strains, but the inverse was observed when L. fermentum was the contaminant. The contamination effect was more harmful with the rough yeast strain than with the bacteria, and the double contamination (with both rough yeast strain and bacteria) did not have a higher effect over the fermentative efficiency than the single contamination, by one or another microorganism in isolation, especially in the batch fermentation with cell recycle, regardless the substrate. In cell-recycled fermentations the effect of the substrate was less evident. The growth control of the rough yeast strains may be done by modifying the acid cell treatment carried out in the industry, both by the addition of ethanol to the acid solution or by the pH lowering, depending on the rough yeast strain. , The combined treatment (pH 2.0 + 13% ethanol) affected PE-2 physiology, bringing about loss in the cell-recycled fermentation, with low growth control of the rough yeast strain but causing cell death of L. fermentum. The difference in the invertase activity between the rough yeast strains and the starter yeast PE-2 may be responsible for the low fermentation rate displayed by the rough yeast strains, but a non significant effect of the substrate on the enzyme activity was observed.

O bagaço de cana de açúcar é um resíduo lignocelulósico que, após a sua hidrólise, pode ser utilizado como substrato para a produção de hidrogênio (H2) por fermentação. O objetivo deste trabalho foi realizar pré-tratamentos do bagaço de cana com os ácidos clorídrico (HCl) e fosfórico (H3PO4) para a solubilização de carboidratos, produzindo o mínimo de inibidores, bem como para tornar a sua estrutura mais suscetível à hidrólise enzimática. Além disso, foi verificada a possibilidade de utilização dos hidrolisados na produção biológica de H2 por uma cultura mista de micro-organismos. A otimização das condições de pré-tratamento com os ácidos foi feita por meio de um planejamento experimental, variando-se a concentração entre 0,64 e 7,36 % (m/v), a temperatura de 63,20 a96,80°C e o tempo de 38,40 a 441,60 min. Nos hidrolisados obtidos foram determinadas as concentrações de açúcares redutores totais (ART) e de monossacarídeos, tais como a glicose, a xilose e a arabinose, além de potenciais inibidores de fermentação, o furfural, o hidroximetilfurfural (HMF) e o ácido acético. As condições de pré-tratamento do bagaço, nas quais foram obtidas as maiores concentrações de ART (13,88 g/L) foi utilizando 6,0 % (m/v) de HCl, em 360,00 min., a 90°C. Entretanto, sob estas condições, também foram detectadas as concentrações mais elevadas dos inibidores. A condição ótima para a hidrólise com o HCl, obtida através da análise estatística, na qual a concentração de inibidores foi minimizada e a de ART maximizada foi de 96,80ºC, 441,6 min e 7,36 % (m/v) de ácido. Para o pré-tratamento com o H3PO4, as condições ótimas foram as mesmas encontradas para o HCl, obtendo-se 4,98 g/L de ART. Os bagaços pré-tratados foram submetidos à hidrólise enzimática com a enzima Celluclast® e um extrato enzimático bruto com atividade de xilanases. A maior concentração de ART (20,98 g/L) obtida pelas duas hidrólises (ácido/enzimática) foi no bagaço pré-tratado com HCl no tempo de 360,00 min., 6,0 % (m/v) de ácido a 90°C, o qual também apresentou a maior concentração de inibidores (total de 1,23 g/L). O hidrolisado obtido com HCl que apresentou maior concentração de ART foi utilizado em ensaios de fermentação para a produção de H2 por cultura mista. / Sugarcane bagasse is a lignocellulosic residue that can be used as substrate to produce hydrogen (H2) by fermentation after hydrolysis. This study aimed to optimize the pretreatment of sugarcane bagasse with hydrochloric acid (HCl) and phosphoric acid (H3PO4), to solubilize carbohydrates and produce the minimal amount of inhibitors as well as make its structure more susceptible to enzymatic hydrolysis. In addition, we verified the possibility of using hydrolysates in the biological production of H2 by a mixed culture of microorganisms. We optimized the conditions for bagasse pretreatment with acids using an experimental designwe varied the concentration between 0.64 and 7.36% (w/v), the temperature from 63.20 to 96.80 °C, and the time from 38.40 to 441.60 min. In the hydrolysates, we determined the concentrations of total reducing sugars (TRS); monosaccharides such as glucose, xylose, and arabinose; and potential inhibitors of fermentation like furfural, hydroxymethylfurfural (HMF), and acetic acid. The conditions of bagasse pretreatment 6.0% (w/v) HCl, 360 min. and 90 °C led to the highest TRS concentrations (13.88 g L-1), but also to the highest concentrations of inhibitors. Statistical analysis revealed that the optimum conditions for the hydrolysis of sugar cane bagasse with HCl that minimized the concentration of inhibitors while maximizing the TRS concentration were: 96.80 °C, 441.6 min, and 7.36% (w/v) of acid. The optimum conditions for pre-treatment with H3PO4 were the same as those found for HCl; which yielded 4.98 g L-1 TRS. We subjected the pretreated bagasse to enzymatic hydrolysis with Celluclast® enzyme and to a crude enzyme extract with xylanase activity. For both hydrolyses (acid and enzymatic), the highest TRS concentration (20.98 g L-1) was achieved with the bagasse pretreated with HCl 6.0% (w/v) at 90 °C for 360.00 min., which also furnished the highest concentration of inhibitors (total 1.23 g L-1). The hydrolysate obtained with HCl contained higher TRS concentration was used as substrate in fermentation assays for the production of H2 by mixed culture.

Pouco se sabe sobre o efeito do substrato e a interação entre as leveduras selvagens e bactérias do gênero Lactobacillus na fermentação alcoólica, pois os estudos tem se concentrado na avaliação dos efeitos da contaminação por um ou outro contaminante separadamente. Diante disso, este trabalho teve como objetivos estudar o efeito do substrato e das condições de tratamento do fermento sobre as fermentações contaminadas com ambos os micro-organismos, leveduras S. cerevisiae selvagens (três linhagens apresentando colônias rugosas e células dispostas em pseudohifas) e Lactobacillus fermentum, tendo a linhagem industrial de S. cerevisiae PE-2 como levedura do processo. Foram realizadas fermentações em batelada em mosto de caldo e de melaço, sem reciclo e com reciclo celular, utilizando tanto a cultura pura da linhagem PE-2 quanto as culturas mistas com as linhagens rugosas e ou L. fermentum. Foram avaliadas modificações no tratamento ácido do fermento, visando o controle do crescimento dos contaminantes sem afetar a levedura do processo. Em seguida, foram conduzidas fermentações contaminadas e não contaminadas submetidas ao tratamento ácido combinado com adição de etanol, tanto em caldo quanto em melaço, utilizando-se PE-2, uma das linhagens rugosas e L. fermentum. A atividade da invertase extracelular foi também avaliada em ambos os substratos para os micro-organismos estudados, em condições de crescimento. Concluiu-se que o tipo de substrato de fermentação, caldo de cana ou melaço, influenciou o desempenho da linhagem industrial PE-2 assim como afetou o desenvolvimento das contaminações com as leveduras rugosas S. cerevisiae na presença ou ausência da bactéria L. fermentum, em fermentações sem reciclo celular. O efeito da contaminação foi mais evidente quando se utilizou caldo de cana do que melaço como substrato, no caso da contaminação com leveduras rugosas, e o inverso no caso da contaminação com L. fermentum. O efeito da contaminação sobre a eficiência fermentativa foi maior na presença da levedura rugosa do que com a bactéria, e a contaminação dupla (tanto com a levedura rugosa quanto com a bactéria) não teve efeito maior sobre a eficiência fermentativa do que a contaminação simples, por um ou por outro micro-organismo isoladamente, especialmente na fermentação em batelada com reciclo celular, independentemente do substrato. Nas fermentações com reciclo de células, o efeito do substrato foi menos evidente. O controle do crescimento das linhagens rugosas pode ser realizado modificando o tratamento ácido normalmente realizado na indústria, seja pela adição de etanol à solução ácida ou pelo abaixamento do pH, dependendo da linhagem rugosa. O tratamento combinado baixo pH (2,0) + 13% etanol afetou a fisiologia da linhagem industrial, trazendo prejuízos à fermentação com reciclo celular, com pequeno controle sobre o crescimento da levedura rugosa e causando morte celular à L. fermentum. A diferença na atividade invertásica entre as linhagens rugosas e industrial de S. cerevisiae pode ser a responsável pela fermentação lenta apresentada pelas linhagens rugosas quando presentes na fermentação, sendo não significativa a influência do substrato sobre a atividade dessa enzima. / A little is known about the effect of the substrate and the interaction among wild yeast strains and bacteria Lactobacillus in the alcoholic fermentation, because the studies have been concentrated in the evaluation of the contamination effects by one or another contaminant, separately. This work aimed to evaluate the effect of the substrate and the cell treatment conditions over the batch fermentations contaminated with both microorganisms, yeast wild strains of S. cerevisiae (three strains displaying rough colonies and pseudohyphal cell growth) and Lactobacillus fermentum, being the S. cerevisiae strain PE-2 as the starter yeast. Fermentations using sugarcane juice and molasses, without and with cell recycle, utilizing both the pure culture of PE-2 as the mixed cultures with rough yeast strains and or L. fermentum were carried out. Modifications in the acid cell treatment by the addition of ethanol to the acid solution and the lowering of pH of the acid solution or a treatment with potassium metabisulphite were evaluated, aiming the growth control of the contaminants without affecting the starter yeast. An acid treatment with the addition of 13% ethanol was applied in fermentation with cell recycle, both in sugarcane juice and molasses, utilizing PE-2, one of the rough yeast strains and L. fermentum. The extracellular invertase activity was also evaluated in both substrates for the microorganisms studied, in growing conditions. The type of substrate, sugarcane juice or molasses, influenced the performance of the PE-2 strain as well as affected the development of the contaminations with rough S. cerevisiae yeast strains with or without L. fermentum, in fermentations without cell recycle. The effect of the contamination was more remarkable when sugarcane juice was utilized, in fermentations contaminated with rough yeast strains, but the inverse was observed when L. fermentum was the contaminant. The contamination effect was more harmful with the rough yeast strain than with the bacteria, and the double contamination (with both rough yeast strain and bacteria) did not have a higher effect over the fermentative efficiency than the single contamination, by one or another microorganism in isolation, especially in the batch fermentation with cell recycle, regardless the substrate. In cell-recycled fermentations the effect of the substrate was less evident. The growth control of the rough yeast strains may be done by modifying the acid cell treatment carried out in the industry, both by the addition of ethanol to the acid solution or by the pH lowering, depending on the rough yeast strain. , The combined treatment (pH 2.0 + 13% ethanol) affected PE-2 physiology, bringing about loss in the cell-recycled fermentation, with low growth control of the rough yeast strain but causing cell death of L. fermentum. The difference in the invertase activity between the rough yeast strains and the starter yeast PE-2 may be responsible for the low fermentation rate displayed by the rough yeast strains, but a non significant effect of the substrate on the enzyme activity was observed.

Submitted by Eduarda Figueiredo (eduarda.ffigueiredo@ufpe.br) on 2015-03-11T14:52:17Z No. of bitstreams: 2 SOLANGE MARIA DE VASCONCELOS, S.M.-TESE DOUTORADO_2012_VERSÃO FINAL CORRIGIDA .pdf: 4188689 bytes, checksum: 599aa196f37a5192a6f20424e9d6c615 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-11T14:52:17Z (GMT). No. of bitstreams: 2 SOLANGE MARIA DE VASCONCELOS, S.M.-TESE DOUTORADO_2012_VERSÃO FINAL CORRIGIDA .pdf: 4188689 bytes, checksum: 599aa196f37a5192a6f20424e9d6c615 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2012-12-21 / Devido à natureza recalcitrante da biomassa, uma etapa normalmente essencial em uma biorrefinaria lignocelulósica, por rota bioquímica, é o pré-tratamento da matéria-prima. O presente trabalho teve como principal objetivo o estudo do pré-tratamento de bagaço de cana-de-açúcar com ácido fosfórico diluído de forma a encontrar as melhores condições em termos de solubilização de hemicelulose o que, por sua vez, facilita o acesso das enzimas à celulose, na etapa de hidrólise enzimática. Melhores condições de tratamento ácido foram comparadas com tratamento hidrotérmico. Realizou-se, também, a produção de enzimas celulolíticas através da utilização do micro-organismo Trichoderma reesei RUT C30 e hidrólise enzimática dos bagaços pré-tratados em diferentes condições, com as enzimas produzidas no laboratório e com enzimas comerciais (Celluclast® 1,5 L e Novozym® 188). Por fim, foi verificada a fermentabilidade do hidrolisado enzimático que apresentou o melhor resultado em termos de conversão de celulose em glicose. Na primeira etapa, o pré-tratamento foi realizado de acordo com um planejamento experimental 23, cujas variáveis estudadas foram: tempo (8–24 minutos), temperatura (144–186 ºC) e concentração de ácido fosfórico (0,05–0,20%, m/v). Pré-tratamentos adicionais foram realizados, a 186 ºC e 195 ºC, na ausência e na presença de ácido fosfórico (1%, m/v), por 8 minutos. Todos os pré-tratamentos foram realizados em uma reator batelada de 20 L (Regmed AU/E-20), com volume de trabalho de 10 L e carga de sólidos de 5% (m/v). A eficiência dos pré-tratamentos foi verificada através da comparação de análises físicoquímicas dos bagaços in natura e pré-tratados e da conversão de celulose em glicose por hidrólise enzimática. As hidrólises foram realizadas a 50 ºC e pH 4,8. A produção de enzimas se deu em meio de lactose (10 g/L) solubilizado em hidrolisado hemicelulósico, sendo conduzida em biorreator de bancada com volume útil de 2 L, agitação de 500 rpm, aeração de 2 vvm, temperatura de 28 ºC, pH 5,0, durante 48 horas. A fermentação alcoólica do hidrolisado enzimático foi realizada em biorreator de bancada, com volume útil de 1 L, a 35 ºC, pH 4,8, 300 rpm, utilizando-se a levedura industrial Saccharomyces cerevisiae UFPEDA 1238. Em relação ao planejamento experimental, os pré-tratamentos com H3PO4 0,20% a 186 ºC, durante 8 e 24 minutos, mostraram-se eficientes na remoção de hemicelulose, alcançando solubilizações de 96% e 98%, respectivamente. Modelos, preditivos e significativos, foram obtidos para as concentrações de celulose, hemicelulose e lignina, na fração sólida de bagaço, assim como para a hemicelulose solubilizada. Nos prétratamentos adicionais, as maiores solubilizações de hemicelulose foram de 97% e 98%, para os bagaços pré-tratados a 186 ºC e 195 ºC, com H3PO4 1% (m/v), respectivamente. A enzima produzida no laboratório apresentou-se eficiente na hidrólise dos bagaços prétratados, quando comparada às enzimas comerciais. Para ambos os tipos de enzimas, as maiores conversões de celulose em glicose foram obtidas a partir dos bagaços pré-tratados nas condições mais drásticas.

Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-07-13T22:47:13Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO André Teodósio de Souza Ribeiro.pdf: 3296223 bytes, checksum: adf6aafb2586f989bc867ab320def6db (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-07-18T19:00:21Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO André Teodósio de Souza Ribeiro.pdf: 3296223 bytes, checksum: adf6aafb2586f989bc867ab320def6db (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-18T19:00:21Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO André Teodósio de Souza Ribeiro.pdf: 3296223 bytes, checksum: adf6aafb2586f989bc867ab320def6db (MD5) Previous issue date: 2016-11-11 / CAPES / A síntese de Fischer-Tropsch (SFT) é um processo catalítico que visa a produção de hidrocarbonetos. Estes, podendo substituir seus semelhantes obtidos durante o refino do petróleo. Dentre tais produtos, destacam-se os combustíveis de alta qualidade e baixo teor de contaminantes. Logo, a busca por melhor desempenho dos catalisadores pode ser feita através de modificações das propriedades dos mesmos. Portanto, investigou-se a influência do tratamento ácido utilizando HNO₃ e da adição de sacarose sobre as propriedades e desempenho do catalisador Co-Ru/SiO₂ aplicado neste processo. As caracterizações dos catalisadores foram realizadas via Análise Termogravimétrica (TG), Difração de Raios-X (DRX), Análise textural (BET e BJH), Redução à Temperatura Programada (RTP), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Dessorção à Temperatura Programada (DTP), Espectroscopia de Absorção Atômica e Quimissorção de H₂ e O₂. Os testes catalíticos foram realizados em um reator tubular diferencial de leito fixo, com relação H₂/CO = 2, a 20 bar de pressão e nas temperaturas de 260, 230, 215, 200 e 185°C. Também foi realizada a modelagem estatística avaliando o efeito do tratamento ácido sobre o rendimento em C₅₊. Pelos resultados obtidos por DRX e quimissorção de H₂, pôde-se observar que o tratamento ácido diminuiu o diâmetro de cristal de Co, proporcionando maior dispersão aos catalisadores. Além disso, o tratamento ácido, na presença de sacarose, diminuiu a temperatura de redução dos catalisadores. Os testes catalíticos mostraram que para a temperatura de 260°C todos os catalisadores apresentaram praticamente a mesma conversão e para as demais temperaturas, notou-se que a adição de sacarose melhorou a atividade do catalisador Co-Ru/SiO₂. Pôde-se observar também que os tratamentos de 2 horas proporcionaram melhores atividades e seletividade para C₅₊. O catalisador em pó que apresentou as melhores propriedades, atividade e seletividade foi aplicado ao micromonólito e foi observado que o catalisador estruturado apresentou menor energia de ativação do que o catalisador em pó, apresentando menor conversão nas temperaturas intermediárias e maior nas temperaturas mais baixas. Além disso, o catalisador estruturado apresentou menor seletividade para C₅₊ e maior para o metano. / The Fischer-Tropsch synthesis (FTS) is a catalytic process that aim at the production of hydrocarbons, which can substitute the products obtained from oil refining. Among these products, the fuels of high quality and low contaminant level are remarkable. Therefore, the pursuit of better performance catalysts can be made by modifications of the properties of them. Thus, it was investigated the influence of acid treatment with HNO₂ and the addition of sucrose on the Co-Ru/SiO₂ catalysts properties and performance in FTS. The catalysts were characterized by TGA, XRD, BET and BJH analysis, TPR, TEM, TPD, A.S.S. and H2 and O₂ chemisorption. The catalytic tests took place in a fixed bed tubular reactor, with H₂:CO ratio of 2:1, at pressure of 20 bar and temperatures of 260, 230, 215, 200 and 185°C. The statistic modeling investigated the effect of acid treatment on C₅₊ productivity. The results obtained by XRD and H₂ chemisorption showed that the acid treatment decreased the Co crystal size, providing greater catalyst dispersion. Besides, the acid treatment in sucrose presence decreased the reduction temperature of the catalysts. The catalytic tests demonstrated that all the catalysts presented similar conversion at 260°C, however the addition of sucrose improved the catalyst activity for the other temperatures. It was also observed that the acid treatments of 2 hours increased the catalyst activity and the C₅₊ selectivity. The catalyst which presented the greater properties, activity and selectivity was applied to the micromonolith and the results showed that the structured catalyst presented lower activation energy than the powder one. Furthermore, the structured catalyst presented lower conversion at intermediate temperatures and higher conversion at bottom temperatures comparing to the powder catalyst, besides showing lower C₅₊ selectivity and higher methane one.

O bagaço de cana de açúcar é um resíduo lignocelulósico que, após a sua hidrólise, pode ser utilizado como substrato para a produção de hidrogênio (H2) por fermentação. O objetivo deste trabalho foi realizar pré-tratamentos do bagaço de cana com os ácidos clorídrico (HCl) e fosfórico (H3PO4) para a solubilização de carboidratos, produzindo o mínimo de inibidores, bem como para tornar a sua estrutura mais suscetível à hidrólise enzimática. Além disso, foi verificada a possibilidade de utilização dos hidrolisados na produção biológica de H2 por uma cultura mista de micro-organismos. A otimização das condições de pré-tratamento com os ácidos foi feita por meio de um planejamento experimental, variando-se a concentração entre 0,64 e 7,36 % (m/v), a temperatura de 63,20 a96,80°C e o tempo de 38,40 a 441,60 min. Nos hidrolisados obtidos foram determinadas as concentrações de açúcares redutores totais (ART) e de monossacarídeos, tais como a glicose, a xilose e a arabinose, além de potenciais inibidores de fermentação, o furfural, o hidroximetilfurfural (HMF) e o ácido acético. As condições de pré-tratamento do bagaço, nas quais foram obtidas as maiores concentrações de ART (13,88 g/L) foi utilizando 6,0 % (m/v) de HCl, em 360,00 min., a 90°C. Entretanto, sob estas condições, também foram detectadas as concentrações mais elevadas dos inibidores. A condição ótima para a hidrólise com o HCl, obtida através da análise estatística, na qual a concentração de inibidores foi minimizada e a de ART maximizada foi de 96,80ºC, 441,6 min e 7,36 % (m/v) de ácido. Para o pré-tratamento com o H3PO4, as condições ótimas foram as mesmas encontradas para o HCl, obtendo-se 4,98 g/L de ART. Os bagaços pré-tratados foram submetidos à hidrólise enzimática com a enzima Celluclast® e um extrato enzimático bruto com atividade de xilanases. A maior concentração de ART (20,98 g/L) obtida pelas duas hidrólises (ácido/enzimática) foi no bagaço pré-tratado com HCl no tempo de 360,00 min., 6,0 % (m/v) de ácido a 90°C, o qual também apresentou a maior concentração de inibidores (total de 1,23 g/L). O hidrolisado obtido com HCl que apresentou maior concentração de ART foi utilizado em ensaios de fermentação para a produção de H2 por cultura mista. / Sugarcane bagasse is a lignocellulosic residue that can be used as substrate to produce hydrogen (H2) by fermentation after hydrolysis. This study aimed to optimize the pretreatment of sugarcane bagasse with hydrochloric acid (HCl) and phosphoric acid (H3PO4), to solubilize carbohydrates and produce the minimal amount of inhibitors as well as make its structure more susceptible to enzymatic hydrolysis. In addition, we verified the possibility of using hydrolysates in the biological production of H2 by a mixed culture of microorganisms. We optimized the conditions for bagasse pretreatment with acids using an experimental designwe varied the concentration between 0.64 and 7.36% (w/v), the temperature from 63.20 to 96.80 °C, and the time from 38.40 to 441.60 min. In the hydrolysates, we determined the concentrations of total reducing sugars (TRS); monosaccharides such as glucose, xylose, and arabinose; and potential inhibitors of fermentation like furfural, hydroxymethylfurfural (HMF), and acetic acid. The conditions of bagasse pretreatment 6.0% (w/v) HCl, 360 min. and 90 °C led to the highest TRS concentrations (13.88 g L-1), but also to the highest concentrations of inhibitors. Statistical analysis revealed that the optimum conditions for the hydrolysis of sugar cane bagasse with HCl that minimized the concentration of inhibitors while maximizing the TRS concentration were: 96.80 °C, 441.6 min, and 7.36% (w/v) of acid. The optimum conditions for pre-treatment with H3PO4 were the same as those found for HCl; which yielded 4.98 g L-1 TRS. We subjected the pretreated bagasse to enzymatic hydrolysis with Celluclast® enzyme and to a crude enzyme extract with xylanase activity. For both hydrolyses (acid and enzymatic), the highest TRS concentration (20.98 g L-1) was achieved with the bagasse pretreated with HCl 6.0% (w/v) at 90 °C for 360.00 min., which also furnished the highest concentration of inhibitors (total 1.23 g L-1). The hydrolysate obtained with HCl contained higher TRS concentration was used as substrate in fermentation assays for the production of H2 by mixed culture.

Os objetivos deste trabalho foram: i) estudar a degradação de catalisadores do tipo Pt-M (onde M = Co e Cr) suportados em carbono após tratamento ácido e a atividade catalítica dos mesmos para a reação de redução de oxigênio; ii) avaliar o desempenho e a estabilidade de eletrocatalisadores de platina suportada em monocarbeto e dióxido de tungstênio (WC/C e WO2/C, respectivamente) para a reação de redução de oxigênio em eletrólitos ácidos. O tratamento ácido foi realizado mantendo-se uma certa quantidade do eletrocatisador em uma solução ácida (H2SO4 0,5 mol L-1) a 90ºC por 24 h. Os catalisadores Pt3Co/C e Pt3Cr/C foram caracterizados antes e após o tratamento pelas seguintes técnicas: Espectroscopia por Dispersão de Energia de Raios X (EDX), Difratometria de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Espectroscopia de Absorção de Raios X (XAS), como também submetidos a testes eletroquímicos. Os resultados mostraram que os metais menos nobres foram lixiviados devido ao tratamento ácido e que houve variações da região do potencial de redução de óxidos. Em relação aos carbertos de tungstênio, este foram sintetizados pelo método sonoquímico e caracterizados por EDX, DRX e MET. Os resultados eletroquímicos obtidos a partir desses materiais não apresentaram atividade catalítica significante para a RRO, porém, quando se tem Pt ancorada nesse material, a reação de redução de oxigênio é catalisada, similarmente ao desempenho de Pt/C, e segue uma reação via 4 elétrons. Já os materiais formados por dióxido de tungstênio foram sintetizados pelo método de impregnação e também foram caracterizados por EDX, DRX e MET. Os dados obtidos nos testes eletroquímicos destes materiais demonstraram uma certa atividade catalítica para RRO, e que esta reação se ocorre via 2 elétrons. Já para os materiais com Pt suportada em WO2/C, a reação segue a conhecida via 4 elétrons, como no caso de Pt/C. Ao serem submetidos ao tratamento ácido, tanto os catalisadores suportados em WC/C quanto os suportados em WO2/C apresentaram maior estabilidade quando comparados ao Pt/C comercial. / The objectives of this work were: i) to study the degradation of Pt-M catalysts (where M = Co and Cr) supported on carbon after acid treatment and their catalytic activities for the oxygen reduction reaction; ii) to evaluate the performance and stability of platinum electrocatalysts based in tungsten monocarbide (WC/C) and tungsten dioxide (WO2/C) for the oxygen reduction reaction in acidic electrolytes. The acid treatment was carried out by keeping a certain amount of eletrocatalyst in an acidic solution (H2SO4 0.5 mol L-1) at 90°C for 24 h. The Pt3Co/C and Pt3Cr/C catalysts were characterized before and after treatment by the following techniques: Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), X-Ray Diffraction (XRD), Transmission Electron Microscopy (TEM), X-Ray Absorption Spectroscopy (XAS), followed by electrochemical tests. The results showed that the non-noble metals have been leached due to the acid treatment and that there are variations in the potential region of oxide reduction. Tungsten carbides, were synthesized by a chemistry and characterized by EDS, XRD and TEM. The electrochemical results obtained for the WC/C materials showed no significant catalytic activity for the ORR, but when Pt is anchored, the oxygen reduction reaction is catalyzed, and the performance is similar to that of Pt/C, and with reaction following the 4 electrons pathways. The materials formed by tungsten dioxide were synthesized by an impregnation method, and also characterized by EDS, XRD and TEM. The data obtained in the electrochemical tests of the bare materials showed some catalytic activity for ORR, but the reaction is promoted via the 2 electrons pathways. As for the previous cases the materials formed by Pt supported on WO2/C the reaction follows the 4 electrons steps. When subjected to the acid treatment, as in the case of the catalysts supported on WC/C, the WO2/C-supported materials had higher stability when compared to the commercial Pt/C catalyst.

Titanatos nanoestruturados (TNS) obtidos pelo tratamento hidrotérmico de TiO2 são semicondutores muito estudados por suas propriedades de alta área superficial e capacidade de troca iônica. No entanto, sua estrutura cristalina e a influência das condições de síntese e pós-tratamento ainda são motivos de controvérsia. Neste estudo, TNSs foram produzidos em diversas condições e submetidos a diferentes tipos de tratamento ácido e térmico. Os materiais foram caracterizados por difratometria de raios X (DRX), espectroscopias vibracionais (Raman e FTIR), espectroscopia de refletância difusa (DRS), análise térmica (TG, DTG e DSC), análise textural por adsorção de N2 a 77 K, análise química por ICP-OES, e microscopia eletrônica de transmissão. Acompanhando a transformação hidrotérmica de TiO2 (anatase) nanocristalino obtido em laboratório com o tempo, observou-se que os nanocristais de TiO2 se transformam em estruturas lamelares com formato de folhas entre 3h e 12h. As nanofolhas se enrolam parcial ou totalmente formando nanotubos. A transformação da morfologia é acompanhada por uma transformação de fase de anatase para uma fase titanato lamelar, que se completa entre 12h e 24h. Utilizando TiO2 P25 como precursor, observou-se que as amostras obtidas apresentam alto teor de Na+, que é progressivamente eliminado por lavagens do sólido com H2O ou solução ácida. Quanto menor o pH de equilíbrio da suspensão, menor foi o teor de Na+ até o limite de pH 2, em que esse cátion foi praticamente eliminado. A diminuição do teor de sódio foi acompanhada de aumento da área superficial (BET, 155 e 205 m2.g-1 para pH 9 e 2, respectivamente); aumento do espaço interlamelar; diminuição da cristalinidade; e diminuição do bandgap (3,60 e 3,45 para pH 9 e 2, respectivamente). Em pH 1,5, ocorreu ainda maior aumento do espaço interlamelar e da área superficial (368 m2.g-1) indicando que a troca iônica de Na+ por H3O+ não é unicamente responsável pelas transformações estruturais que ocorrem durante a neutralização de TNSs. A desidratação em baixa temperatura (até 150 °C) sofrida por TNSs acidificados é irreversível, levando à diminuição do espaço interlamelar, e formação de vacâncias de oxigênio responsáveis pela absorção de radiação acima de 420 nm (visível). A transformação de fase de titanato para anatase ocorreu à temperatura ambiente quando a neutralização foi feita com HF; entre 300 e 400 °C quando feita com HCl, HNO3, H2SO4 ou ácido acético; e acima de 600 °C quando usado H3PO4. Foi possível inserir diferentes quantidades de prata em TNS através da suspensão dos sólidos em solução de AgNO3. A reação levou à formação de nanopartículas cristalinas de 3 a 5 nm, contendo prata, na superfície das partículas de TNS. Ag+ foi reduzido a Ag0 pelo tratamento térmico das amostras a 250 °C em presença de H2(g). Essas amostras apresentaram absorção de radiação em todo o espectro visível e menor bandgap (3,06 em amostra contendo 3% de Ag, em massa). Em amostras com pouca quantidade de prata (menos de 0,05% em massa), foram observadas bandas largas de absorção (DRS) de ressonância de plasmon de superfície quando calcinadas a 250 °C em H2(g). / Titanate nanostructures (TNS) obtained by the hydrothermal treatment of TiO2 are extensively studied due to their high surface area and ion-exchange ability. However, their crystal structure and influence of synthesis and post-treatment conditions are still under debate. In this study, TNSs were produced under different synthetic conditions and underwent different types of acid and thermal treatments. The materials were characterized by means of X-ray diffractometry (XRD), vibrational spectroscopy (Raman and FTIR), diffuse reflectance spectroscopy (DRS), thermal analysis (TG, DTG and DSC), textural analysis by N2 adsorption at 77 K, chemical analysis by ICP-OES, and transmission electron microscopy (TEM). Following the hydrothermal transformation of homemade crystalline TiO2 (anatase) with time, we observed that TiO2 nanocrystals change into lamellar sheet-like structures between 3h and 12h. The nanosheets roll up partial or totally, thus forming nanotubes. The morphological transformation is accompanied by a phase transformation from anatase to lamellar titanate, which is completed between 12h and 24h. Using TiO2 P25 as precursor, we observed that as-obtained samples have a high Na+ content, which is progressively removed by washing the solids with H2O or acidic solution. The smaller the suspensions equilibrium pH, the smaller the Na+ content to the limit of pH 2, when the removal of this cation was complete. The decrease in sodium content was followed by an increase in the surface area (BET, 155 and 205 m2.g-1 at pH 9 and 2, respectively); an increase in the interlamellar distance; a decrease in crystallinity; and a decrease in bandgap energy (from 3.60 eV at pH 9 to 3.45 eV at pH 7). After treating at pH 1.5, the interlamellar distance and the surface area (368 m2.g-1) increased further, suggesting that the Na+ to H3O+ ion-exchange is not the only factor in the structural transformations that take place during the acid treatment of TNSs. Acidic TNSs undergo an irreversible dehydration process at low temperature (150 °C). It leads to the decrease of the interlamellar distance and to the formation of oxygen vacancies responsible for the absorption of radiation in the visible range (> 420 nm). The phase transformation of the titanate phase to TiO2 anatase took place at room temperature when the TNS was treated with HF; between 300 and 400 °C for samples neutralized with HCl, HNO3, H2SO4 or acetic acid; and over 600 °C when H3PO4 was used. It was possible to insert different amounts of silver by the immersion of the solids in AgNO3 solution, leading to the formation of nanocrystalline-silver-containing nanoparticles (3 to 5 nm) on the surface of the TNS particles. Ag+ was reduced to Ag0 by heat treating the samples at 250 °C in presence of H2(g). These materials showed absorption of radiation in entire visible spectrum and narrowed bandgap energy (3,06 eV for sample with 3wt% of Ag). Samples containing low amounts of Ag (less than 0,05 wt%) showed a wide surface plasmon resonance band (DRS) when calcined at 250 °C under H2(g).

Titanatos nanoestruturados (TNS) obtidos pelo tratamento hidrotérmico de TiO2 são semicondutores muito estudados por suas propriedades de alta área superficial e capacidade de troca iônica. No entanto, sua estrutura cristalina e a influência das condições de síntese e pós-tratamento ainda são motivos de controvérsia. Neste estudo, TNSs foram produzidos em diversas condições e submetidos a diferentes tipos de tratamento ácido e térmico. Os materiais foram caracterizados por difratometria de raios X (DRX), espectroscopias vibracionais (Raman e FTIR), espectroscopia de refletância difusa (DRS), análise térmica (TG, DTG e DSC), análise textural por adsorção de N2 a 77 K, análise química por ICP-OES, e microscopia eletrônica de transmissão. Acompanhando a transformação hidrotérmica de TiO2 (anatase) nanocristalino obtido em laboratório com o tempo, observou-se que os nanocristais de TiO2 se transformam em estruturas lamelares com formato de folhas entre 3h e 12h. As nanofolhas se enrolam parcial ou totalmente formando nanotubos. A transformação da morfologia é acompanhada por uma transformação de fase de anatase para uma fase titanato lamelar, que se completa entre 12h e 24h. Utilizando TiO2 P25 como precursor, observou-se que as amostras obtidas apresentam alto teor de Na+, que é progressivamente eliminado por lavagens do sólido com H2O ou solução ácida. Quanto menor o pH de equilíbrio da suspensão, menor foi o teor de Na+ até o limite de pH 2, em que esse cátion foi praticamente eliminado. A diminuição do teor de sódio foi acompanhada de aumento da área superficial (BET, 155 e 205 m2.g-1 para pH 9 e 2, respectivamente); aumento do espaço interlamelar; diminuição da cristalinidade; e diminuição do bandgap (3,60 e 3,45 para pH 9 e 2, respectivamente). Em pH 1,5, ocorreu ainda maior aumento do espaço interlamelar e da área superficial (368 m2.g-1) indicando que a troca iônica de Na+ por H3O+ não é unicamente responsável pelas transformações estruturais que ocorrem durante a neutralização de TNSs. A desidratação em baixa temperatura (até 150 °C) sofrida por TNSs acidificados é irreversível, levando à diminuição do espaço interlamelar, e formação de vacâncias de oxigênio responsáveis pela absorção de radiação acima de 420 nm (visível). A transformação de fase de titanato para anatase ocorreu à temperatura ambiente quando a neutralização foi feita com HF; entre 300 e 400 °C quando feita com HCl, HNO3, H2SO4 ou ácido acético; e acima de 600 °C quando usado H3PO4. Foi possível inserir diferentes quantidades de prata em TNS através da suspensão dos sólidos em solução de AgNO3. A reação levou à formação de nanopartículas cristalinas de 3 a 5 nm, contendo prata, na superfície das partículas de TNS. Ag+ foi reduzido a Ag0 pelo tratamento térmico das amostras a 250 °C em presença de H2(g). Essas amostras apresentaram absorção de radiação em todo o espectro visível e menor bandgap (3,06 em amostra contendo 3% de Ag, em massa). Em amostras com pouca quantidade de prata (menos de 0,05% em massa), foram observadas bandas largas de absorção (DRS) de ressonância de plasmon de superfície quando calcinadas a 250 °C em H2(g). / Titanate nanostructures (TNS) obtained by the hydrothermal treatment of TiO2 are extensively studied due to their high surface area and ion-exchange ability. However, their crystal structure and influence of synthesis and post-treatment conditions are still under debate. In this study, TNSs were produced under different synthetic conditions and underwent different types of acid and thermal treatments. The materials were characterized by means of X-ray diffractometry (XRD), vibrational spectroscopy (Raman and FTIR), diffuse reflectance spectroscopy (DRS), thermal analysis (TG, DTG and DSC), textural analysis by N2 adsorption at 77 K, chemical analysis by ICP-OES, and transmission electron microscopy (TEM). Following the hydrothermal transformation of homemade crystalline TiO2 (anatase) with time, we observed that TiO2 nanocrystals change into lamellar sheet-like structures between 3h and 12h. The nanosheets roll up partial or totally, thus forming nanotubes. The morphological transformation is accompanied by a phase transformation from anatase to lamellar titanate, which is completed between 12h and 24h. Using TiO2 P25 as precursor, we observed that as-obtained samples have a high Na+ content, which is progressively removed by washing the solids with H2O or acidic solution. The smaller the suspensions equilibrium pH, the smaller the Na+ content to the limit of pH 2, when the removal of this cation was complete. The decrease in sodium content was followed by an increase in the surface area (BET, 155 and 205 m2.g-1 at pH 9 and 2, respectively); an increase in the interlamellar distance; a decrease in crystallinity; and a decrease in bandgap energy (from 3.60 eV at pH 9 to 3.45 eV at pH 7). After treating at pH 1.5, the interlamellar distance and the surface area (368 m2.g-1) increased further, suggesting that the Na+ to H3O+ ion-exchange is not the only factor in the structural transformations that take place during the acid treatment of TNSs. Acidic TNSs undergo an irreversible dehydration process at low temperature (150 °C). It leads to the decrease of the interlamellar distance and to the formation of oxygen vacancies responsible for the absorption of radiation in the visible range (> 420 nm). The phase transformation of the titanate phase to TiO2 anatase took place at room temperature when the TNS was treated with HF; between 300 and 400 °C for samples neutralized with HCl, HNO3, H2SO4 or acetic acid; and over 600 °C when H3PO4 was used. It was possible to insert different amounts of silver by the immersion of the solids in AgNO3 solution, leading to the formation of nanocrystalline-silver-containing nanoparticles (3 to 5 nm) on the surface of the TNS particles. Ag+ was reduced to Ag0 by heat treating the samples at 250 °C in presence of H2(g). These materials showed absorption of radiation in entire visible spectrum and narrowed bandgap energy (3,06 eV for sample with 3wt% of Ag). Samples containing low amounts of Ag (less than 0,05 wt%) showed a wide surface plasmon resonance band (DRS) when calcined at 250 °C under H2(g).

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-10-19T13:45:26Z No. of bitstreams: 1 JACYELLI CARDOSO MARINHO DOS SANTOS - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2017.pdf: 1181213 bytes, checksum: 831251b803f8b040ed40be41dac19267 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-19T13:45:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JACYELLI CARDOSO MARINHO DOS SANTOS - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2017.pdf: 1181213 bytes, checksum: 831251b803f8b040ed40be41dac19267 (MD5) Previous issue date: 2017-03-17 / Atualmente existem três gerações de células solares, sendo a mais recente a Dye-Sensitized Solar Cells-DSSC, também denominadas como células de Grätzel. Uma das partes essenciais desse tipo de célula solar são os eletrodos transparentes formados a partir de óxido metálicos, sendo o mais comum o de estanho (SnO2). Esse óxido vem sendo largamente utilizado como película condutora em vidro, uma vez que combina características como condutividade elétrica com transparência na região do visível do espectro eletromagnético, podendo assim ser aplicado a- uma grande quantidade de dispositivos eletrônicos. Porém, devido o dióxido de estanho se tratar de um material de alto valor agregado, alternativas para sua obtenção estão sendo estudadas, um desses estudos é a utilização de cloreto de estanho para formação do filme condutor em vidro. Dessa forma, esse trabalho tem como objetivo obtenção de uma solução promotor de estanho a partir de liga de solda comercial. Duas técnicas foram avaliadas, o tratamento ácido e o hidrometalúrgico. Amostras de liga de solda (Sn/Pb) foram submetidas a um tratamento ácido e térmico, com a realização da separação chumbo do estanho e formação da solução de cloreto de estanho. Foram realizados ensaios de dopagem com a utilização da solução de cloreto de estanho juntamente com fluoreto de amônia, utilizadas na formação dos filmes em superfícies de placas de vidro. O parâmetro de verificação da formação do filme condutor foi a resistência elétrica, obtida a partir da condutividade elétrica. A solução de cloreto de estanho gerada pelo processo hidrometalúrgico da liga de solda possibilitou a deposição de uma camada condutora em vidro, sendo resistência obtida com filme condutor com essa metodologia foi de 0,4 a 3 KΩ.Apesar da resistência estar acima da dos valores comerciais, a obtenção da solução de cloreto de estanho da partir da solda comercial, ou de lixo eletrônico, minimiza significativamente o custo de produção dos filmes finos condutores, tornando ainda o processo reciclável, se aproveitada a liga de solda de lixos eletrônicos. / There are currently three generations of solar cells, the most recent being the Dye-Sensitized Solar Cells-DSSC, also referred to as Grätzel cells. One of the essential parts of this type of solar cell is transparent electrodes formed from metal oxide, the most common being tin(SnO2). T-his oxide has been widely used as a conductive glass film, since it combines characteristics such as electrical conductivity with transparency in the visible region of the electromagnetic spectrum, and can be applied to a large number of electronic devices. However, because tin dioxide is a high value-added material, alternatives for its production are being studied, one of these studies is the use of tin chloride to form the conductive glass film. Thus, this work has as objective to obtain a solution promoter of tin from commercial welding alloy. Two techniques were evaluated: acid and hydrometallurgical treatment. Samples of solder alloy (Sn/Pb) were subjected to an acid and thermal treatment, with the lead separation of the tin and formation of the tin chloride solution. Doping tests were carried out using the tin chloride solution together with ammonium fluoride used in the formation of films on glass plate surfaces. The verification parameter of the conductive film formation was the electrical resistance, obtained from the electrical conductivity. The solution of tin chloride generated by the hydrometallurgical process of the weld alloy allowed the deposition of a conductive layer in glass, and resistance obtained with conductive film with this methodology was of 0.4 to 3 KΩ. Although the resistance is above commercial values, obtaining the tin chloride solution from the commercial solder or electronic waste minimizes significantly the cost of production of the conductive thin films, making the process even more recyclable, if the alloy is used Soldering of electronic waste.