Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-03-15T04:01:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337597.pdf: 2403339 bytes, checksum: c506d45d38180aab9f1ebe6de23d3502 (MD5) Previous issue date: 2015 / Biossurfactantes são compostos anfifílicos de origem biológica que possuem capacidade de reduzir a tensão superficial e interfacial. Dentre os mais efetivos estão os lipopeptídeos produzidos por bactérias do gênero Bacillus, especialmente a surfactina. Devido aos seus altos custos de produção sua aplicação ainda é limitada, tornando-se necessário processos que viabilizam economicamente sua produção. A produção de surfactina a partir de processos anaeróbios pode servir como uma alternativa na redução dos custos operacionais e estruturais. Além disso, microrganismos com capacidade de sintetizar surfactina em anaerobiose são de interesse da indústria petroquímica, pois ambos, surfactina e microrganismo podem ser empregados na extração do petróleo a partir de poços esgotados. Este trabalho teve como objetivo realizar o estudo cinético da produção do biossurfactante surfactina por Bacillus subtilis ATCC 21332 em condição anaeróbia. Todos os ensaios foram realizados em biorreator operado de forma descontínua, em meio salino baseado na composição da água do mar (meio MM), acrescido de glicose e de NaNO3 como fontes de carbono e nitrogênio, respectivamente, além de outros micronutrientes. Inicialmente, para efeito comparativo, B. subtilis foi cultivado na presença e na ausência de oxigênio, em meio MM contendo 10 g.L-1 de glicose e 4,25 g.L-1 de NaNO3. Os resultados mostraram que a presença de oxigênio favoreceu a síntese de surfactina, resultando em maior produtividade, 4,92 mg.L-1.h-1, em comparação ao anaeróbio, 1,84 mg.L-1.h-1. Os cultivos com diferentes relações carbono/nitrogênio (C/N) no meio MM, foram realizados com 10 g.L-1 de glicose e diferentes concentrações de NaNO3. Das condições testadas, a que se mostrou mais adequada foi a relação C/N 3,6, resultando em produção de 49,7 mg.L-1 e produtividade de 2,49 mg.L-1.h-1 em surfactina. A partir desta foram realizados dois cultivos no meio MM aumentando-se proporcionalmente as fontes de carbono e nitrogênio. A produtividade média de 1,75 mg.L-1.h-1 de surfactina, obtida nos cultivos contendo 15 e 20 g.L-1 de glicose foi inferior à produtividade alcançada com 10 g.L-1 de glicose, mostrando que houve efeito negativo com o aumento das concentrações. Avaliou-se também a produtividade em surfactina quando B. subtilis foi cultivado no meio mineral adicionado de micronutrientes (MM1) e de micronutrientes suplementado com 1 g.L-1 de extrato de levedura(MM2), acrescido de 20 g.L-1 de glicose. A maior produção de 101,8 mg.L-1 e a maior produtividade de 3,39 mg.L-1.h-1 em surfactina foram obtidas utilizando o meio MM2. Quando se avaliou a influência do aumento proporcional das fontes de carbono e de nitrogênio no MM2, os resultados mostraram efeito negativo sobre a produtividade emsurfactina a partir do aumento na concentração de glicose. A produtividade foi de 3,18 mg.L-1.h-1 e 1,63 mg.L-1.h-1 de surfactina, nos cultivos contendo 30 e 40 g.L-1 de glicose, respectivamente. Os resultados mostraram que a maior produtividade em surfactina (3,39 mg.L-1.h-1) foi obtida cultivando B. subtilis ATCC 21332 em biorreator anaeróbio no meio MM2 contendo 20 g.L-1 de glicose. As velocidades específicas de crescimento (µX), de consumo de substrato (µS) e de produção de biossurfactante (µP) correlacionaram-se bem, podendo-se então afirmar que a surfactina produzida por Bacillus subtilis ATCC 21332 está associada ao crescimento celular. A análise de espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) confirmou que o biossurfactante produzido é um lipopeptídeo do tipo surfactina. A surfactina semipurificada se mostrou efetiva e eficaz, pois apresentou CMC de 10 mg.L-1 e foi capaz de reduzir a tensão superficial da água de 72,0 para 29,9 mN.m-1. A solução aquosa de surfactina exibiu excelente capacidade emulsificante e estabilidade das emulsões formadas e, apresentou estabilidade na faixa de pH entre 6 e 8, salinidade de até 10 % de NaCl e tempo de exposição de 140 min a 100 °C.<br> / Abstract : Biosurfactants are amphiphilic compounds that have the ability to lower the surface and interfacial tension. Among the most effective biosurfactants are the lipopeptides produced by Bacillus, especially the surfactin. Due to their high production costs, its implementation is still limited, making necessary processes that economically allow its production. The production of surfactin from anaerobic processes can serve as an alternative in reduction of operational and structural costs. In addition, microorganisms capable of synthesizing surfactin anaerobically are interesting for petrochemical industry since both, surfactin and microorganism can be employed in the extraction of oil from depleted wells. This study aimed to perform a kinetic study of the production of surfactin by Bacillus subtilis ATCC 21332 in anaerobic conditions. All assays were performed in a bioreactor operated discontinuously, in saline medium based on the composition seawater (MM medium) supplemented with NaNO3 and glucose as carbon and nitrogen sources, respectively, and other micronutrients. Initially, for comparative purposes, B. subtilis was cultivated with and without oxygen, in MM medium containing 10 g.L-1 of glucose and 4.25 g.L-1 of NaNO3. Results showed that the presence of oxygen favored the surfactin synthesis, resulting in higher productivity, 4.92 mg.L-1.h-1, compared to the anaerobic process that was 1.84 mg.L-1.h-1. Cultures with different carbon/nitrogen (C/N) ratio in MM medium were performed at 10 g.L-1 glucose and different concentrations of NaNO3. Among the tested conditions, the C/N 3.6 had the best result, resulting in surfactin production and productivity of 49.7 mg.L-1 and 2.49 mg L-1.h-1, respectively. Based on these results, two cultures were performed in MM medium by increasing proportionally carbon and nitrogen concentrations. Average productivity in surfactin of 1.75 mg.L-1.h-1, that was obtained in the culture containing 15 and 20 g.L-1 glucose was lower than the productivity achieved with 10 g.L-1 of glucose, showing that there was a negative effect of increasing concentrations. It also evaluated the productivity of surfactin whenB. subtilis was grown on mineral medium supplemented with micronutrients (MM1) and added micronutrients and supplemented with 1 g.L-1 yeast extract (MM2) plus 20 g.L-1 glucose. The highest production of surfactin of 101.8 mg.L-1 and the highest productivity of 3.39 mg.L-1.h-1 were obtained usingMM2 medium. When it was evaluate the influence of the proportional increase of carbon and nitrogen sources in MM2, results showed negative effect on the surfactin productivity. The surfactin productivity was 3.18 mg.L-1.h-1 and 1.63 mg.L-1.h-1, in cultures containing 30 and 40 g.L-1 glucose, respectively. The results showed that the greater surfactin productivity (3.39 mg.L-1.h-1) was obtained by cultivating B. subtilis ATCC 21332 in an anaerobic bioreactor using MM2 as medium containing 20 g.L-1 glucose. From the specific growth rates (µX), substrate consumption (µS) and biosurfactant production (µP) data, it can be said that the surfactin produced by Bacillus subtilis ATCC 21332 its associated with cell growth. Analysis of Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) confirmed that the biosurfactant produced in this work is surfactin. The semi purified surfactin was effective and efficient, since it presented a CMC of 10 mg.L-1 and was able to reduce the surface tension of water from 72.0 to 29.9 mN.m-1. The aqueous solution of surfactin showed excellent emulsifying capacity and stability of emulsions formed and was stable in the pH range between 6 and 8, salinity up to 10 % NaCl and exposure time of 140 min at 100 °C.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-03-15T04:05:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337582.pdf: 10639288 bytes, checksum: 22d34ef07d3aac7333dd7a2c4a2d2304 (MD5) Previous issue date: 2015 / A biomassa obtida a partir do cultivo de microalgas vem se destacandono cenário biotecnológico pela possibilidade de aplicação em umaampla gama de processos. A secagem é uma etapa importante naprodução desta biomassa, pois permite a obtenção de um produto estávele estocável para posterior processamento. Neste trabalho, foi realizadoum estudo acerca do processo de secagem da microalga Scenedesmusacuminatus pelas técnicas de camada delgada e leito de jorro. Doisestudos foram realizados para a secagem em camada delgada emcamada delgada, um envolvendo a parte experimental, e o outro, amodelagem e simulação do processo. Os parâmetros investigados poresta técnica foram: temperatura de 50 e 60°C e velocidade do ar desecagem de 1 e 2 m s-1. No âmbito da secagem em leito de jorro, foirealizado o desenvolvimento da unidade experimental, bem como testesenvolvendo diferentes vazões de alimentação da biomassa (0,20, 0,25,0,30, 0,35, 0,40, 0,45, 0,50 mL min-1). A biomassa seca foi avaliada portestes de teor de proteínas e lipídios e por teste qualitativo dereidratação. Os resultados demonstraram que a secagem da biomassa emcamada delgada ocorreu principalmente durante o período de secagem àtaxa decrescente, sendo que o processo a 60°C e 2 m s-1 ocorreu nomenor tempo (450 min), com os maiores valores de constante desecagem (1,48×10-4 s-1) e difusividade efetiva (5,41×10-10 m2 s-1). Amodelagem fenomenológica e simulação realizada reproduziu de formaadequada o comportamento obtido no estudo experimental. No secadorem leito de jorro, o experimento com alimentação de 0,45 mL min-1 foiconsiderado a melhor alternativa, visto seus elevados valores derecuperação do produto (18,49 %) e eficiência na produção de pó (86,70%), e baixo valor de massa acumulada no leito (0,61 g). A biomassaseca em camada delgada e em leito de jorro apresentou teor de proteínade 31,2 e 27 %, respectivamente. A análise de teor de lipídiosevidenciou 2,3 % para a biomassa seca em camada delgada e 7,3 % paraleito de jorro. Os testes de reidratação realizados mostraram que areidratação da biomassa seca em leito de jorro foi mais eficaz, uma vezque o aspecto pastoso foi restabelecido. Para a biomassa seca emcamada delgada, grumos residuais puderam ser observados, indicandomaior dificuldade na reincorporação de água pelas células.<br> / Abstract : The biomass obtained from the culture of microalgae has been highlighting in the biotech scene by its huge potential in a wide variety of applications. The drying process is an important step in the production of biomass, because it allows obtaining stable and storable product for further processing. In this work, a study about the drying process of the microalgae Scenedesmus acuminatus in thin layer and spouted bed was conducted. Two studies were conducted for the convective drying in thin layer, one involving the experimental part, and another, the modeling and simulation process. The investigation of the drying characteristics has been conducted in the temperature of 50 and 60°C and the airflow of 1 and 2 m s-1. In the context of drying in spouted bed, it was carried out the development of the experimental unit, as well as tests involving different flow rates of biomass (0.20, 0.25, 0.30, 0.35, 0.40, 0, 45, 0.50 ml min-1). The dried biomass was evaluated by content of protein and lipid and by a qualitative test of rehydration. The results showed that drying of the biomass in thin layer occurred mainly during the falling-rate period, and the process at 60° C and 2 m s-1 occurred in the shortest time (450 min), with higher values of drying constant (1.48×10-4 s-1) and effective diffusivity (5.41×10-10 m2 s-1). The phenomenological modeling and simulation performed reproduced properly the behavior obtained in the experimental study. The results obtained for the spouted bed dryer presented that the experiment with power flow of 0.45 mL min-1 was considered the best alternative, since its high product recovery values (18.49 %) and efficiency in the production of powder (86.70 %), and low value of accumulated mass in bed (0.61 g). The biomass dried in thin layer and spouted bed showed protein content of 31.2 and 27 %, respectively. The lipid content analysis showed 2.3 % for biomass dried in thin layer and 7.3 % for spouted bed. The rehydration tests carried out showed that the rehydration of biomass dried in spouted bed was more effective, since it restored the pasty appearance. For dry biomass in thin layer, clumps could be observed after rehydration, indicating more difficult to dissolution.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-04-19T04:21:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337586.pdf: 3303779 bytes, checksum: 4f601b540fbe8838016773ff6213f230 (MD5) Previous issue date: 2015 / Os conceitos de vida saudável, recuperação ambiental, combustíveis e obtenção de produtos de alto valor agregado são assuntos que estão sempre sendo explorados. Em meio a todo este contexto, a utilização de microalgas vem tomando espaço e se destacando como a precursora de inúmeras matérias-primas e produtos com potencial para suprir este vasto mercado consumidor. Tendo em vista a obtenção de biomassa em sistema aberto, este trabalho tem por objetivo a modelagem matemática de crescimento da microalga da espécie Scenedesmus acuminatus. A unidade experimental utilizada para o desenvolvimento deste trabalho está localizada no Laboratório de Cultivo de Algas (LCA) ? UFSC. Os cultivos tiveram o mesmo tempo de duração sendo executados em batelada com e sem aporte de CO2. A modelagem consistiu no balanço individual de cada subsistema. Nas cinéticas de geração e consumo foram aplicados modelos conhecidos e consolidados pela literatura, em busca de melhor representar os fenômenos que acontecem durante o período reacional, em função dos componentes limitantes do processo. Os resultados mostraram-se satisfatórios, apresentando coeficientes de ajuste (R²) maiores que 0,8288 para todas as situações e representando bem as particularidades apresentadas pelos pontos experimentais. Variações paramétricas utilizando o modelo e as constantes cinéticas obtidas nos ajustes apresentaram um aumento teórico de 45,45 % na concentração final de biomassa para o cultivo 2, aumentando a largura da rampa de 1 para 2 m e 47,26 % para o cultivo 4 sob as mesmas condições. Ao duplicar a largura e comprimento da rampa, o cultivo 2 apresentou aumento de 139,67 % na concentração enquanto nestas mesmas condições, o cultivo 4 teve aumento previsto de 146,05 %. A partir do ajuste, conseguiu-se estabelecer a eficiência do tanque perante a rampa, como sendo 0,80 para as propriedades físicas do sistema e os dados experimentais fornecidos. Pode-se concluir que para que o sistema seja mais eficiente, ou seja, que a rampa domine o processo de crescimento, uma característica importante é a relação S/V e que esta deve ser otimizada.<br> / Abstract : Life healthy concept, environmental recuperation, fuel, obtaining high value products are subjects that are always being explored. In this context, the use of microalgae is taking space and standing out as the precursor of many materials and products that can potentially fill this vast consumer market. In order to obtain biomass into open system, this paper aims to mathematical modeling of growth of microalgae of the species Scenedesmus acuminatus. The experimental unit used for the development of this work is located in Algae Cultivation Laboratory (ACL) - UFSC. The experimental cultivation had the same execution period in batches with and without CO2 addition. Modeling consisted of the individual balance of each subsystem. The kinetics of generation and consumption were applied known models and consolidated in literature in search of better represent the phenomena occurring during the reaction period, according to the limitation of the process components. The results were satisfactory with coefficients (R²) greater than 0.8287 for all situations and well represent the particularity indicated by the experimental points. Parametric variations showed an increase of 45.45 % in final concentration of biomass for cultivation 2, increasing the width of the ramp of 1 to 2 m and 47.26 % for cultivation 4 under the same conditions. Doubling the width and length of the ramp, cultivation 2 increase of 139.67 % in concentration as these same conditions, the cultivation 4 had an expected increase of 146.05 %. From fit, it was possible to establish the efficiency of the tank towards the ramp to be 0.80 for the physical properties of the system and provided experimental data. It can be concluded that for the system to be more effective, and the ramp dominates the growth process an important characteristic is the S/V ratio and that this must be optimized.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T04:36:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 339938.pdf: 1921778 bytes, checksum: 7428b32f347e046cf5b959128d9d1bf7 (MD5) Previous issue date: 2016 / As celulases têm sido amplamente empregadas em diversos segmentos industriais. Apesar das inúmeras vantagens, a aplicação dessas enzimas ainda é limitada devido ao seu elevado custo. A principal alternativa estudada para contornar esse problema é a imobilização em suportes sólidos. As nanopartículas magnéticas têm se mostrado uma excelente alternativa, pois apresentam propriedades ideais para imobilização de enzimas. As nanopartículas são facilmente oxidadas e tendem a se aglomerar ao longo do tempo. Assim, é necessário que as mesmas sejam revestidas para evitar contato com o meio reacional. O presente trabalho teve como objetivo estudar a imobilização da celulase em nanopartículas magnéticas encapsuladas em poli(metacrilato de metila). A caracterização das nanopartículas foi realizada por meio de análises de morfologia, diâmetro médio, comportamento magnético e decomposição térmica. As nanopartículas magnéticas encapsuladas apresentaram comportamento superparamagnético e diâmetro médio de 150 nm. Para concentração de 5% (v/v) de glutaraldeído e 100 mg/mL de enzima, foi obtido 49% de eficiência de imobilização, o que corresponde a 0,180 U/mL. Comparando com a enzima na forma livre, a celulase imobilizada apresentou a mesma faixa de pH ótimo, comportamento semelhante para a estabilidade térmica e ampliação da faixa ótima de temperatura. A capacidade de reuso foi testada e 69% da atividade enzimática inicial foi mantida após oito ciclos de uso. Os resultados de aplicação na hidrólise de bagaço de cana e biopolimento de fios de algodão comprovaram o elevado potencial de aplicação da celulase imobilizada. A metodologia de imobilização desenvolvida nesse trabalho se mostrou promissora e importante para a consolidação da tecnologia.<br> / Abstract: Cellulases have been widely used in serious industrial process. Despite numerous advantages, the cellulase application is still limited due to its high cost. The main alternative studied to circumvent this problem is immobilization on solid supports. Magnetic nanoparticles have been shown excellent properties for enzymes immobilization. The nanoparticles are easily oxidized and tend to agglomerate in a long term. Thus, magnetic nanoparticles should be coated with materials that prevent their contact with the reaction medium. This study aimed to investigate the immobilization of cellulase on magnetic nanoparticles encapsulated in poly (methyl methacrylate). The characterization of these nanoparticles was performed by morphology, average diameter, magnetic behavior and thermal decomposition analysis. The magnetic nanoparticles encapsulated showed superparamagnetic behavior and average diameter of 150 nm. When 5% (v/v) of glutaraldehyde and 100 mg/mL of enzyme was applied, the immobilization efficiency reached 49%. This percentage corresponds to 0.18 U/mL. Compared to the free enzyme, immobilized cellulase showed the same range of optimum pH, similar behavior to the thermal stability and expansion of the optimal temperature range. The reuse capacity was tested and 69% of the initial enzyme activity was maintained after eight cycles of use. The application results in sugarcane bagasse hydrolysis and biopolishing of cotton yarn confirmed the high potential for application of immobilized cellulase. Immobilization methodology developed in this work was promising and important for the consolidation of this technology.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T04:39:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 341080.pdf: 1665132 bytes, checksum: 8a281cb9134c64a718044e51aa95bce4 (MD5) Previous issue date: 2016 / A ventilação mecânica é a forma mais avançada de suporte à vida. Em pacientes críticos doentes, os fatores associados às decisões que permeiam o ato de ventilar são determinantes na antecipação da morte do paciente e/ou chance de vida.Este estudo tem por objetivo desenvolver uma ferramenta que, ligada ao respirador, analisa os dados obtidos por este, armazenando-os em um banco de dados, emitindo alarmes em situações de emergência, e auxiliando os profissionais na tomada de decisões. O desenvolvimento desta ferramenta teve como colaboração doze profissionais intensivistas quanto à elegibilidade das variáveis pertinentes à monitoração dos pacientes em assistência ventilatória, através de um questionário de variáveis divididas quanto: mecânica respiratória, troca gasosa, sinais vitais e função respiratória. A base de dados de 150 pacientes permitiu a incorporação da ferramenta mais próxima do cenário real, além da motivação contínua no processo de aprendizagem, conhecimentos gerais e especializados, interdisciplinariedade e habilidades na tomada de decisão. O mesmo permite ainda, como ferramenta científica, pesquisas a partir destes dados armazenados. Com a possibilidade de análise de dados em tempo real, todo o histórico do paciente submetido à ventilação mecânica pode ser minuciosamente acompanhado, inclusive com a descrição de todas as intervenções e seus resultados. Fez-se possível desenvolver equações indicadoras de patologias respiratórias como Edema Agudo de Pulmão, Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica e Pneumonia, relatórios e gráficos de pacientes com estas patologias e como as mesmas se comportam durante a evolução do paciente em assistência ventilatória. Esta ferramenta pode contribuir para pesquisas científicas vigentes na área para estudos de caso e análises estatísticas.<br> / Abstract: Mechanical ventilation is the most advanced form of life support. In patients critically ill patients, the factors associated with decisions that underlie the act of venting are critical in anticipation of the death of the patient and / or chance of life. This study aims to develop a tool that connected to the respirator, analyzes the data obtained by this, storing them in a database, sending alarms in emergency situations, and helping professionals in decision-making. The development of this tool was to collaboration twelve critical care professionals on the eligibility of variables for monitoring of patients on mechanical ventilation, using a questionnaire variables divided as: respiratory mechanics, gas exchange, vital signs and respiratory function. The 150 patient database allowed the incorporation of the next tool of the real scenario, and the ongoing motivation in the learning process, knowledge and expertise, interdisciplinarity and skills in decision making. The same also allows, as a scientific tool searches from these stored data. With the possibility of real-time data analysis, the entire history of the patient undergoing mechanical ventilation can be closely monitored, including the description of all interventions and their results. It made it possible to develop indicators equations of respiratory diseases such as Acute Lung Edema , Chronic Obstructive Pulmonary Disease and Pneumonia, reports and charts of patients with these diseases and how they behave during the evolution of patient ventilatory assistance. This tool can contribute to current scientific research in the area for case studies and statistical analyzes.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016 / Made available in DSpace on 2016-09-20T04:53:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 340829.pdf: 2105865 bytes, checksum: 6c2eaf85073c6462b17f70f303edf7e7 (MD5) Previous issue date: 2016 / A busca por materiais inovadores e desenvolvidos a partir de recursos renováveis impulsionaram pesquisas direcionadas a obtenção de nanocristais de celulose. Diversas aplicações vêm sendo estudadas. Entretanto, é necessário um bom entendimento da influência das condições de tratamento para obtenção de materiais de alta qualidade, com alto rendimento e com menor custo possível. Neste trabalho, nanocristais de celulose (NCCs) foram isolados a partir de fibras de celulose kraft de Pinus taeda através de tratamento químico seguido de hidrólise ácida com ácido sulfúrico. Foram avaliados os efeitos da temperatura, concentração de ácido sulfúrico e tempo de hidrólise em relação ao rendimento, a composição, a cristalinidade, a estabilidade térmica e a estrutura dos NCCs. A fibra bruta, branqueada e os NCCs foram caracterizados por meio de rendimento, espectroscopia do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), análises térmicas (TGA e DTG), difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Com as análises de FTIR, observou-se que grande parte da lignina foi removida após o tratamento químico. Os nanocristais de celulose obtidos apresentaram forma esférica e/ou de haste, tamanho nanométrico variando entre 0,5 a 96 nm, rendimento de até 85% nas condições mais brandas de reação e, em condições severas, observou-se a degradação dos NCC cristalinidade superiores ao da fibra bruta NCCs com coexistência das estruturas cristalinas I e II nos tratamentos realizados com temperatura de 35 ºC, independente do tempo de reação e da concentração de ácido utilizadas. Para as amostras preparadas a 45 ºC foram obtidos NCCs de celulose I. As melhores condições para obtenção de NCCs de Pinus taeda foram observadas com 30 min de reação, tanto para as condições de 66% H2SO4 e temperatura de 45 ºC, bem como de 71% H2SO4 e temperatura de 35 ºC. Nestas condições, os NCCs apresentaram rendimento e cristalinidade de 20-25% e 80%, respectivamente. As análises de estabilidade térmica demonstraram que os NCCs compostos de estutura cristalina de celulose I apresentam maior estabilidade térmica.<br> / Abstract: The search for innovative materials and developed from renewable resources drove researches directed to obtain nanocristais of cellulose. Various applications are being studied. However, it is necessary a good understanding of the influence of the treatment for obtaining high quality materials, with high yield and with the lowest possible cost. The cellulose nanocristais (CNCs) were isolated from the kraft pulp fibers of Pinus taeda through chemical treatment followed by acid hydrolysis with sulfuric acid. We evaluated the effects of temperature and concentration of sulfuric acid and time of hydrolysis in relation the yield, composition, crystallinity, thermal stability and structure of the CNCs. Crude fiber, bleached and the CNCs were characterized by means of infrared spectroscopy with Fourier transform (FTIR), thermal analysis (TGA and DTG), X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). With FTIR analyzes, it was observed that a large part of the lignin was removed after the chemical treatment. The nanocristais pulp obtained showed spherical shape and/or rod, the nanometric size ranging from 0.5 to 96 nm, yield up to 85% in milder conditions of reaction and, in severe conditions, it was observed the degradation of the CNCs with incomes below the 2%. Through the acid hydrolysis controlled samples were obtained with crystallinity index higher than the crude fiber and there was the formation of the CNCs with coexistence of crystalline structures I and II in treatments with temperature of 35 ºC, independently of the time of reaction and the concentration of acid used. For the samples prepared at 45 ºC were obtained pulp CNCs I. The best conditions for obtaining CNCs Pinus taeda were observed with 30 min of reaction both to the conditions of 66% H2SO4 and temperature of 45 ºC, as well as of 71% H2SO4 and temperature of 35 ºC. Under these conditions, the CNCs presented crystallinity and yield of 20-25% and 80%, respectively. Thermal stability analyzes demonstrated that the CNCs compounds of lifes architecture of cellulose crystalline I present greater thermal stability.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016 / Made available in DSpace on 2016-09-20T05:01:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 339943.pdf: 6719637 bytes, checksum: ee788e8d36c20fc73a0ac7d77d97996b (MD5) Previous issue date: 2016 / Nesta tese de doutorado, três projetos diferentes foram desenvolvidos, os quais diferem na forma e tipo de núcleo mesogênico: i) Dez novas moléculas curvadas contendo duas unidades do 1,3,4-oxadiazol são reportadas. A fim de entender a relação entre a estrutura e o comportamento mesomórfico, moléculas contendo uma variedade de substituintes polar (ex.: I, NO2, NH2, OH) no centro do núcleo rígido foram preparadas. A força motriz para a automontagem pode ser explicada por microssegregação entre as partes alifáticas e partes polares, produzindo um disco supramolecular; ii) Dez novas moléculas discóticas derivadas do perileno foram sintetizadas. O ácido perilenilenodiglioxílico foi condensado primeiro com o-ácido bromofenilacético e, em seguida, com alquilaminas a-ramificadas para se obter os compostos-alvo. Os correspondentes tetra-alquil ésteres mostram mesofases monotrópicas, por outro lado, as diimidas exibem mesofase colunar hexagonal enantiotrópica, que podem ser modificadas, com uma escolha apropriada da cadeia alquílica racêmica ramificada, para persistir à temperatura ambiente. As amidas têm níveis de energia do HOMO e LUMO muito elevadas e poderiam ser consideradas para os dispositivos de heterojunção em combinação com perilenotetracarboxidiimidas; iii) A síntese de três novos oxadiazóis alquílicos a partir do ácido pireno-1,3,6,8-tetracarboxílico e o estudo sobre a relação entre estrutura química e comportamento mesomórfico são descritos, a fim de se obter cristais líquidos discóticos com elevada fluorescência para usar na construção de diodos orgânicos emissores de luz.<br> / Abstract: In this PhD. thesis work, three different projects have been developed, which differ in the shape and type of mesogenic core: i) Ten new bent-core molecules containing two units of 1,3,4-oxadiazoles are reported. In order to understand the relationship between the structure and the mesomorphic behavior, molecules containing a variety of polar substituents (i.e., I, NO2, NH2, OH) on the central rigid core were prepared. The driving force for self-assembly can be explained by microsegregation between the aliphatic parts and the polar parts, producing a supramolecular disc; ii) Ten new discotic molecules derived from perylene were synthesized. The perylenylenediglyoxylic acid is condensed first with o-bromophenylacetic acid and then with a-branched alkylamines to yield the target compounds. The corresponding tetraalkyl esters show monotropic mesophases, on the other hand the diimides exhibit enantiotropic hexagonal columnar mesophases that can be modified to persist at room temperature with an appropriate choice of racemically branched alkyl chains. The imides have rather high-lying HOMO and LUMO energy levels and could be considered for heterojunction devices in combination with perylenetetracarboxdiimides; iii) The synthesis of three new alkyl oxadiazoles from pyrene 1,3,6,8-tetracarboxylic acid and the study regarding the relationship between chemical structure and mesomorphic behavior are described, in order to obtain discotic liquid crystal with high fluorescence to use in the construction of organic light-emitting diodes.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T13:06:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338246.pdf: 2024024 bytes, checksum: a7135826c440cb18913dad76112fd660 (MD5) Previous issue date: 2015 / A degradação fotocatalítica do tolueno gasoso foi estudada em um reator anular de fluxo contínuo usando como catalisador dióxido de titânio imobilizado em uma manta de fibra de vidro. A mistura reagente de entrada consistiu de ar contendo vapores de tolueno e de água. Foram avaliadas as influências do tempo de residência e da presença de vapor de água na eficiência de degradação de tolueno, na desativação do TiO2 e na formação de intermediários da reação. O principal produto gasoso da degradação detectado foi CO2, mas também foram encontrados intermediários, por meio de GC/MS, tanto na fase gasosa como adsorvidos na superfície do TiO2, responsáveis pela sua desativação. A atividade do fotocatalisador desativado foi recuperada após um tratamento de regeneração.<br> / Abstract : The photocatalytic oxidation study of toluene in air was studied in annular continuous reactor using titanium dioxide supported by a fiberglass mat as catalyst. The inlet reagent mixture consists of air containing vapors of toluene and water. The influence of the residence time and the presence of water vapor in the toluene degradation efficiency, in the TiO2 deactivation and in the formation of reaction intermediates were evaluated. The main gaseous product of degradation detected was CO2, but intermediates were also found by GC/MS, either as in gas phase ar adsorbed on the TiO2 surface, for which they were responsible for its deactivation. The activity of deactivated photocatalyst was recovered with a regeneration treatment.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-10-25T03:08:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 342546.pdf: 4358717 bytes, checksum: 662b64bdb45970ffa787ccfdcb1630ab (MD5) Previous issue date: 2016 / O processamento e a passagem da informação entre duas células neurais têm início com a formação do potencial de ação (PA) no axônio. Este fenômeno causa a despolarização do potencial de membrana, gerando grandes movimentações iônicas através da membrana neural. Modelos matemáticos encontrados na literatura que reproduzem este fenômeno usualmente se baseiam em circuitos elétricos análogos e, não considerando os efeitos da eletrodifusão, logo não são capazes de descrever a dinâmica iônica. Para tanto considera as dinâmicas das espécies iônicas mais relevantes, potássio e sódio. Nele estão incluídas as contribuições das bombas Na+/K+-ATPase, canais passivos e canais voltagem dependentes de K+ e Na+. O presente trabalho tem como objetivo propor um modelo matemático da dinâmica temporal do potencial de membrana, considerando a eletrodifusão, as concentrações iônicas e uma nova equação que descreve o curso temporal de ativação e inativação dos canais voltagem dependentes, durante a propagação do PA no axônio. Os resultados são consistentes e reproduzem essa dinâmica iônica, com aproximação entre o modelo eletrodifusivo e os dados experimentais maiores de 80%. O modelo eletrodifusivo também foi comparado ao um modelo do tipo HH. Com essa comparação se verificou que os modelos possuem aproximações maiores que 90%. O modelo permite análise dos fluxos iônicos no interior do axônio e através da membrana plasmática.<br> / Abstract : The processing and presentation of information between two nerve cells begin with the formation of action potential (AP) in the axon. This phenomenon causes depolarization of the membrane potential, ion generating large transactions through the neuronal membrane. Mathematical models in the literature that reproduce this phenomenon usually are based on analog circuits and, not considering the effects of electrodiffusion, then they are not able to describe the ion dynamics. Therefore considers the dynamics of the most important ionic species, potassium and sodium. The contributions of the pumps Na+/K+-ATPase, K+ and Na+ passive and voltage-gated channels are included. This study aims to propose a mathematical model of temporal dynamics of the membrane potential, considering the electrodiffusion, ionic concentrations and a new equation describing the time course of activation and inactivation of voltage-gated channels for the spread of the PA in the axon. The results are consistent and reproduce this ion dynamics, with bringing the electrodiffusion model and experimental data over 80%. The electrodiffusion model was also compared to a HH type model. With this comparison found that the models have larger approaches that 90%. The model allows analysis of ionic fluxes inside the axon and through the plasma membrane.

Orientador : Prof. Dr. Everton Fernando Zanoelo / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Defesa: Curitiba, 29/08/2014 / Inclui referências / Resumo: O isolado protéico de soja (IPS) é produzido em escala comercial a partir do processamento de flocos de soja desengordurados (FSD), o que tradicionalmente envolve operações consecutivas de solubilização e precipitação de proteínas da soja por alteração de pH do meio aquoso onde as mesmas encontram-se. Estas etapas do processamento visam, respectivamente, a remoção de fibras insolúveis e carboidratos presentes na matéria-prima, de modo que o produto final torne-se concentrado em proteína (>90 % em base seca). Neste contexto, o principal objetivo desta dissertação foi investigar o efeito de variáveis de processo sobre o rendimento de obtenção da proteína na produção de isolado protéico (R) em uma planta industrial de processamento de soja. Em particular, foram considerados como fatores a quantidade residual de óleo nos FSD, a temperatura na saída do dessolventizador, o tempo de residência dos FSD no dessolventizador, e o pH no primeiro e segundo tanque de solubilização de proteínas. Um conjunto de 40 dados de rendimento de IPS mensurados na planta, em função dos fatores considerados, foi utilizado para uma análise de efeitos baseada em um modelo estatístico. Os resultados indicaram que com 92,5 % de probabilidade apenas a temperatura e o pH do primeiro tanque de solubilização de proteína apresentam efeito significativo sobre R. Com base nesta evidência sugeriu-se um modelo de redes neuronais artificiais a fim de correlacionar as mencionadas variáveis ao rendimento de IPS na planta. Redes Multilayer Perceptron (MLP) com 3 a 7 neurônios na camada intermediária foram testadas, mas a melhor arquitetura envolveu 5 neurônios pois sobre-ajuste foi observado quando um número superior foi considerado. A validação dos modelos foi verificada com um conjunto de dados independente do empregado na etapa de desenvolvimento/treinamento, e em ambos os casos o desvio relativo médio entre valores de R na planta e calculados foi inferior a 4 %. Ensaios foram conduzidos em condições controladas de laboratório para simular as operações industriais de processamento dos FSD. Em especial, dados de rendimento de IPS foram obtidos variando-se a temperatura de saída do dessolventizador (de 55 a 75 oC) e o pH no primeiro tanque de solubilização de proteínas (de 6,8 a 7,6). Um efeito positivo do pH sobre R foi observado nas distintas condições de processamento dos FSD (i.e.; planta versus laboratório), porém a temperatura apresentou influência oposta sobre a mesma resposta de interesse, sugerindo que os FSD foram exposta a diferentes rampas de aquecimento durante o estágio de remoção de hexano ocorrido na planta e em laboratório. / Abstract: Soy protein isolate (SPI) is produced in large-size commercial scale from defatted soy flakes (DSF). The classical manufacturing process is essentially based on protein solubilization at alkaline pH and precipitation by acidification to the isoelectric pH. These successive operations aim to remove insoluble fibers and carbohydrates originally found in the raw material, respectively. In such a way, the final product has a high percentage of protein (>90 % in dry basis). In this framework, the main aim of this study is to investigate the effect of process variables on the yield (R) of soy protein isolate in a industrial plant of soybean manufacturing. In particular, the residual content of oil in the DSF, the temperature in the discharge of the desolventizer, the residence time of DSF in the desolventizer, and the pH in the first and second stage of protein solubilization were the considered factors. An analysis of effects based on a suggested statistical model was performed by involving a set of 40 data of SPI yield from the industrial plant as a function of the examined variables. The results shown with a probability of 92.5 % that only the temperature and pH of the first tank of protein solubilization have a significant influence on R. Based on this evidence an artificial neural network model was suggested in order to correlate the yield of SPI and the aforementioned variables in a industrial unit of soybean processing. MLP networks with 3 to 7 neurons in the one-hidden-layer were tested, but the best architecture involved 5 neurons since over-fitting was observed when a larger number of neurons was considered. Two independent sets of data of SPI yield against process variables were employed in the step of model training and model validation for both the examined models. The relative average deviation between measured and calculated SPI yield was lower than 4 % for both the proposed models. Experiments were carried out under controlled laboratory conditions to simulate the industrial operations of DSF manufacturing. In particular, SPI yields were obtained by changing the temperature in the exit of the desolventizer (from 55 to 75 oC) and the pH in the first tank of protein solubilization (from 6.8 to 7.6). A positive effect of pH on R was observed at the different DSF processing conditions (i.e.; plant versus laboratory). However, the temperature presented an opposed influence on the same response under the distinct examined situations. It suggests that DSF was treated at different heating rates during the stage of hexane removal taken place in the industrial plant and in the laboratory.