Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016 / Made available in DSpace on 2016-09-20T04:42:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 341255.pdf: 1927293 bytes, checksum: bb27a8bf7756521ab570ce14e777a627 (MD5) Previous issue date: 2016 / Materiais poliméricos sintéticos biodegradáveis apresentam-se como uma alternativa na substituição de polímeros naturais, uma vez que podem ser sintetizados de modo a apresentar as características desejadas para diversas aplicações finais. Estes materiais têm se mostrado promissores para a liberação sustentada de fármacos e, dentre os mecanismos de síntese, as polimerizações via reações de adição tiol-eno, utilizando como base monômeros com ligações a, ?-dieno diéster de origem renovável, têm chamado a atenção uma vez que permitem a adição de grupos funcionais desejados na cadeia polimérica e ainda a adição do grupo tiil ao dieno contribui para um maior grau de degradabilidade do material. Neste contexto, nanopartículas e filmes de poli(tioéter-éster) foram obtidas e então avaliadas quanto ao seu potencial de degradação à 37 °C em meio com ácido clorídrico (HCl) (0,01 M, pH 2,8) e solução tampão fosfato (PBS) (0,2 M, pH 7,4) com e sem adição da enzima lipase B de Candida Antarctica. As nanopartículas foram sintetizadas por polimerização em miniemulsão via tiol-eno utilizando dois monômeros: a, ?-dieno diéster diundeca-10-enoato de dianidro-D-glucitila (DGU) proveniente de fonte renovável (óleo de mamona e amido) e o monômero derivado de óleo vegetal a, ?-dieno diéster 1,3-propileno diundeca-10-enoato (Pd10e). Para as partículas oriundas de DGU, obteve-se tamanho de partícula em intensidade de 190 nm e índice de polidispersão (PdI) de 0,18, Tm de 64 °C, com propriedades de polímero semi cristalino e massa molar ponderal média de 20 kDa. As nanopartículas oriundas do monômero Pd10e revelaram tamanho de 150 nm e PdI de 0,1, com uma Tm de 70 °C, apresentando comportamento de dupla fusão cristalina e massa molar de 38 kDa. A degradação destes materiais em meio enzimático foi acentuada para as nanopartículas, comprovando a hidrólise através da diminuição na intensidade da banda característica da ligação éster por análises de grupos funcionais e a formação de alguns produtos. Análises de massa molar mostraram que as nanopartículas oriundas do monômero Pd10 e apresentaram uma degradação mais rápida, reduzindo 90% o valor da massa molar logo ao entrar em contato com a enzima, quando comparado ao sintetizado com o DGU, que foi de 90% em 240 horas, devido a sua estrutura molecular. Em meio ácido, também pôde-se observar redução de massa molar, sendo 14% maior a redução de massa molar das nanopartículas oriundas do Pd10 e quando comparado com as oriundas de DGU também degradadas em meio ácido, durante 3 meses. Para o meio com PBS, não foram encontradas alterações durante 3 meses de estudo, sendo necessários maiores tempo de degradação. As nanopartículas de poli(tioéter-éster) provenientes de fontes renováveis mostraram-se biodegradáveis e promissoras para estudo na liberação sustentada de fármacos.<br> / Abstract: Biodegradable synthetic polymeric materials are presented as a good alternative in replacement of natural polymers, since it can be synthetized in order to have desired characteristics to many final applications. These materials have shown promising to sustained drug release and, between mechanisms of synthesis, polymerizations via thiol-ene, using a, ?-diene diester monomers from renewable sources have drawn attention. Its reactions allow the desired functional groups addition into polymeric chain, i.e., ester, ether, amine groups; plus the addition of thiyl group to diene contributes to a higher biodegradability degree of synthetized material. In this context, nanoparticles and films of poly (thioether-ester) were obtained in laboratory and then, evaluated as its potential degradation at 37°C in acid medium with hydrochloric acid (HCl) (0.01M, pH 2.8), phosphate buffer solution (PBS) (0.2M, pH 7.4) without and with addition of the lipase B enzyme of Candida Antarctica. Nanoparticles were synthetized by polymerization in miniemulsion via thiol-ene using two renewable monomers a, ?-diene diester diundec-10-enoate of dianidre-D-glucitile (DGU) from castor oil and starch, and a monomer from vegetable oil a, ?-diene diester 1,3-propilene diundec-10-enoate (Pd10e). Particle average size of the DGU nanoparticles were 190 nm and polydispersity index (PdI) of 0.18, with a melting point of 64°C and thermic behavior of a polymer semi-crystalline and molar mass of 20 kDa. Nanoparticles from Pd10e had a particle size of 150 nm and PdI of 0.1, with melting point of 70°C showing double crystalline melting and molar mass of 38 kDa. In formation of polymeric films was used bulk polymerization with DGU monomer. The degradation of these materials was accentuated for nanoparticles in enzymatic medium, showing the hydrolysis of ester bonds and also the direct influence of surface area in polymeric material degradation, in comparison to the polymeric films, which did not show weight loss even after three months of degradation assay. Molar mass analysis indicated that the polymer derived from Pd10e presented a faster degradation, obtaining 90% of molar mass reduction in first contact with the enzyme, when compared to polymer from DGU, which had a mass loss of 90% in 240 hours, due its molecular structure. In acid medium, also could be observed a molar weight reduction, which had a higher reduction, around 14%, for Pd10e nanoparticles in comparison of those from DGU, also in acid medium, during 3 months. In PBS medium was not found alterations, with necessity of higher degradations periods.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015 / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:53:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 341380.pdf: 1462909 bytes, checksum: e98d7f0d2fa913a44e574f77cbe22119 (MD5) Previous issue date: 2015 / A utilização de biopolímeros para a produção de matérias biodegradáveis tem sido uma alternativa em substituição a materiais sintéticos que vão além da sua capacidade de degradação, uma vez que polímeros naturais, em sua grande maioria possuem propriedades funcionais que podem ser enfatizadas de acordo com a sua aplicação, e cada vez mais cresce o nú-mero de pesquisas relacionadas a área médica. Neste trabalho foi avaliado a capacidade filmogênica da mucilagem do fruto de Cereus hildmani-annus K. Schum, uma cactaceae comumente encontrada no oeste de Santa Catarina. Seu fruto é rico em açúcares essênciais para o corpo humano, sendo de conhecimento popular seu efeito de cicatrização. Os filmes bio-degradáveis da mucilagem (MC) foram incorporados de glicerol na se-guinte proporção de glicerol:mucilagem, 0:1, 1:4, 1:2, 1:1 (m/m) e o filme 0:1 reticulado com ácido cítrico. Todos filmes foram elaborados pela téc-nica casting. Os filmes (0:1, 1:4, 1:2 e 1:1) apresentaram valores de resis-tência a tração variando de 27,91 a 3,14 MPa, no alongamento de 0,61 a 17,21 %, módulo de Young de 2359,32 a 39,876 MPa), permeabilidade ao vapor de água de 0,32 a 1,11 g mm/kPa h m². Em relação a cor, todos os filmes apresentaram coloração levemente amarelada, porém ainda transparente. Através das curvas de TG-DTA foi possível observar que o glicerol reduziu a estabilidade térmica dos filmes ao mesmo tempo que apresentaram valores menores de ângulo de contato, mostrando a influên-cia do plastificante na hidrofilicidade dos filmes. A capacidade de absor-ção de água dos filmes foi reduzida com o aumento da concentração do plastificante e o filme reticulado absorveu menor quantidade de água que o filme puro (0:1 m/m). A partir da análise de açúcares totais foi possível observar a liberação dos açúcares presentes no filme em água que variou de 9,31 e 22,80 g de H2O/g filme, o que corrobora um potencial de apli-cação dos filmes desenvolvidos nesse trabalho como um possível curativo após estudos complementares.<br> / Abstract: Biopolymers have been an alternative for manufacturing of biodegradable materials to substitute synthetic materials. They present characteristics that go beyond their degradation capacity, since the majority of natural polymers present functional properties that can be enhanced in a specific application. In addition, there are more researches on biopolymer applied to medical fields. In this study, it was investigated the filmogenic capa-bility of the mucilage from the Cereus hildmaniannus K. Schum fruit, which is a cactaceae presented in Santa Catarina West. This fruit is rich in essential sugars for the human body, and it is well known for its healing potential. The mucilage films were incorporated with glycerol in three different proportions of glycerol: mucilage, 0:1, 1:4, 1:2, 1:1 (m/m) and 0:1 films were reticulated with citric acid. All the films were produced by casting. The films (0:1, 1:4, 1:2 e 1:1) presented tensile strength between 27.91 to 3.14MPa, strain between 0.62 to 17.21%, Young`s modulus be-tween 2359.32 to 39.87MPa, and water vapor permeability between 0.328 to 1.11g mm/kPa.h.m2. Regarding to the aspect of the films, all they were transparent and yellowish. From the TGA-DTA, it was noticed that glyc-erol reduced the thermal stability and the contact angle, showing the in-fluence of a plasticizer over the hydrophilicity. The water absorption ca-pacity were reduced with the increase of plasticizer concentration and re-ticulated films absorbed less water than pure films (0:1 m/m). From total sugar analysis, it was observed that sugars from films were released into water, presenting values between 9.31 to 22.80 g of H2O/g film, which contributes to apply the films developed in this research as a possible dressing.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-12-20T03:10:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 342958.pdf: 1632158 bytes, checksum: 741cebf277b244a6ebbb7de9df7d34f1 (MD5) Previous issue date: 2016 / Um dos principais processos oxidativos avançados para o tratamento de efluentes é a fotocatálise heterogênea. A recombinação elétron/lacuna é um dos fatores limitantes da velocidade de reações fotocatalíticas, o que reduz a eficiência quântica e tem limitado o uso desta tecnologia no tratamento de águas e efluentes líquidos. A dopagem do dióxido de titânio com metais e/ou não metais tem sido proposta como uma forma eficiente de impedir a recombinação e acelerar as reações de oxidação fotocatalítica, mas este é assunto que motiva muitas discussões entre os pesquisadores. Neste trabalho, foram preparados e caracterizados fotocatalisadores de TiO2 dopados com cério pelo método de impregnação a úmido, os quais foram avaliados por meio de cinéticas de degradação do azul de metileno e suas caracterizações foram feitas por meio das técnicas de Difração de Raio-X (DRX), Termogravimetria (TGA), Espectroscopia Raman, Espectroscopia de Refletância Difusa UV-Vis, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Área BET. Para o fotocatalisador contendo 0,05% de cério, o tamanho de cristalito aumentou quando a temperatura de calcinação até 600°C. As energias de band-gap dos fotocatalisadores dopados com cério tiveram uma pequena diminuição em relação ao TiO2 P25. Na cinética de degradação do azul de metileno, pode se observar que a medida que aumenta a concentração de cério na amostra, ocorre uma diminuição da atividade fotocatalítica. Os resultados mostraram que a atividade fotocatalítica dos catalisadores dopados diminui com o aumento da quantidade de cério na amostra, e é resultado das modificações cristalinas e texturais que ocorrem quando o sólido é submetido aos diferentes tratamentos térmicos.<br> / Abstract : Heterogeneous photocatalysis is one of the main advanced oxidation processes for the treatment of effluents. The electron/vacancy recombination has been discussed as an important limiting factor to achieve high photonic efficiency, and inhibits the use of this technology to treat industrial wastewater in large scale. The doping of titanium dioxide has been proposed as an efficient way to prevent recombination and accelerate the photocatalytic oxidation reactions but there is no consensus about the metal doping. In this work, TiO2 photocatalysts doped with cerium were prepared by wet impregnation, characterized and used to degrade an organic compound in liquid phase Different cerium content and temperature of calcination were used to sintetize doped photocatalysts. The photocatalytic activity was determined by the decolorization of methylene blue in aqueous suspension under UV irradiation. The samples were characterized by determining the BET surface area, crystallinity thermal behavior, Raman Spectroscopy, UV-Vis Diffuse Reflectance Spectroscopy, and Scanning Electron Microscopy (SEM). The results showed that the increase of cerium contente on the solid produces less photoactive photocatalysts. For the photocatalyst with 0.05% cerium the crystallite size increased from 2.76 Å to 4.12 Å when the calcination temperature was 600 °C. However for lower temperatures can be observed that the cerium had protective effect in crystallinity of TiO2. The band-gap energy of photocatalysts did not change as the cerium content was increased. The photocatalytic activity to degrade methylene blue decreases as the cerium content increases, and it is a result of the morphologic, textural and crystalline characteristics of the solid, which depends on the thermal treatment of the samples.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-12-20T03:10:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 342959.pdf: 3801497 bytes, checksum: 4135957bd30dbe57059f803185cdb2c5 (MD5) Previous issue date: 2016 / Uma planta de processamento de pescado gera de 5 a 33,4 m3/dia.tonelada de efluentes líquidos em seus processos. Essas águas residuárias possuem elevadas concentrações de compostos orgânicos, nutrientes, óleos e gorduras e, em geral, os processos convencionais de tratamento não apresentam eficiência satisfatória. Dessa forma, este estudo propôs avaliar a performance da eletrocoagulação com posterior filtração aplicada nos efluentes final e após etapa de coagulação/floculação (efluente primário) para tratar os efluentes líquidos de uma indústria de processamento de pescado. Foram utilizados eletrodos de alumínio e avaliada a melhor condição de processo, através de um planejamento de testes sequencial. Os efeitos das variáveis de processo (densidade de corrente, tempo de processo e o pH inicial) na eficiência de tratamento dos efluentes líquidos foram analisados, de forma a se atingir águas com qualidade para o seu reuso na indústria. A eficiência do tratamento foi avaliada pela determinação experimental dos parâmetros: Demanda Química de Oxigênio (DQO), Carbono Orgânico Total (COT), Fósforo Total, Nitrogênio Amoniacal, Nitrogênio Orgânico, Cor Aparente, Turbidez e Sólidos Suspensos. Os parâmetros operacionais que otimizaram a eficiência do processo foram: densidade de corrente de 100 A.m-2, tempo de 10 minutos e pH inicial de 4. Nessas condições, alcançou-se remoções de quase 90% de COT, DQO, Sólidos Suspensos, Fósforo, Cor e Turbidez. Tanto o tratamento do efluente final quanto do efluente primário sob as condições otimizadas foram moderadamente eficientes na remoção de nitrogênio, e o custo do tratamento foi estimado em R$ 1,26/m3. Baseado nesses resultados verificou-se que a eletrocoagulação apresenta-se como uma alternativa técnica e economicamente viável, sendo possível o atendimento a legislações de lançamentos de efluentes nos parâmetros analisados além de reuso em algumas aplicações da indústria.<br> / Abstract : A fish processing plant generates 5 to 33.4 m³/day.tonne of wastewater in their processes. These wastewaters have high concentrations of organic compounds, nutrients, oils and fats and, in general, conventional treatment processes do not exhibit satisfactory efficiency. Thus, this study aimed to evaluate the performance of electrocoagulation with subsequent filtration applied to the final effluent and after step coagulation/flocculation (primary effluent) to treat wastewater from a fish processing industry. Aluminum electrodes were used to evaluate the best process conditions through a planning sequential tests. The effects of the process variables (current density, process time and the initial pH) in the treatment efficiency of the wastewater were analyzed in order to achieve water quality for its reuse in the industry. The efficiency of the treatment was evaluated by experimental determination of the parameters: Chemical Oxygen Demand (COD), Total Organic Carbon (TOC), Total Phosphorus, Nitrogen Ammonia, Nitrogen Organic Color Apparent, Turbidity and Suspended Solids. The operating parameters optimized efficiency of the process were: Current density of 100 Am-2, 10 minutes time and initial pH 4. Under these conditions was reached, removal of almost 90% TOC, COD, suspended solids, phosphorous, color, and turbidity. Any treatment of the final effluent and primary effluent under optimized conditions were moderately effective at removing nitrogen, and the cost of treatment is estimated at R$ 1.26/m3. Based on these results it was found that the electrocoagulation presents itself as a technically and economically viable alternative, and possible service to the legislation of effluent discharges in the parameters analyzed in addition to reuse in some industrial applications.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-12-20T03:11:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 342960.pdf: 5056570 bytes, checksum: 5b7163be669358d8061156a526b54628 (MD5) Previous issue date: 2016 / Neste trabalho, através da aplicação do Método da Média no Volume (MMV), desenvolveu-se um modelo de duas equações para descrever um reator de biodegradação em leito fixo. Este tipo de equipamento consiste em uma coluna vertical preenchida com partículas compostas por um suporte sólido, considerado inerte, com um biofilme aderido em sua superfície, no qual ocorrerá o consumo das espécies químicas que percolam o leito; pelos micro-organismos que compõem o biofilme. São comumente utilizadas na literatura correlações empíricas para calcular as propriedades efetivas do leito, como o coeficiente de dispersão e a difusividade efetiva. O uso do MMV auxilia na solução numérica deste tipo de problema, transportando as propriedades moleculares em escalas menores de heterogeneidade para a escala de projeto, através de um problema de fechamento, obtendo-se numericamente os coeficientes supracitados. Como resultado do modelo, obtém-se duas equações, uma que descreve o transporte das espécies químicas na fase fluida ao redor das biopartículas e outra que descreve o transporte das espécies químicas na fase porosa (partículas e biofilme). No presente estudo, os problemas de fechamento foram estudados e solucionados com o intuito de se obter o coeficiente de dispersão da fase fluida, o coeficiente de troca de massa entre as fases e a difusividade efetiva da fase porosa. Os valores do coeficiente de dispersão obtidos neste trabalho foram corroborados com dados da literatura. Para os demais, não foram encontrados dados disponíveis para validação na literatura, de forma que seus valores foram validados juntamente com as equações finais, na escala de projeto. Os coeficientes obtidos foram inseridos nas equações para o transporte das espécies químicas na escala de projeto e corroborados com dados experimentais da literatura. Para tanto, foram utilizados os dados experimentais e configuração do reator estudado por Mello (2012). Este trabalho apresentou resultados muito próximos dos resultados da literatura, indicando que a modelagem proposta é aplicável a este tipo de problema com resultados mais precisos, devido à obtenção numérica dos valores dos coeficientes de transporte mencionados.<br> / Abstract : In this work, the Volume Average Method (VAM) was used to develop a two-equation model for a fixed bed reactor for biodegradation. This type of equipment consists in a vertical tube filled with particles, which are composed by an inert solid support with a surface-adhered biofilm, where the microorganisms will consume the chemical species that flow among particles. Most studies about fixed bed reactors evaluate the effective properties using empirical correlations. VAM helps the numerical solution of this kind of problem by transporting the molecular properties of the smaller length scales to the project scale, thus the effective properties could be numerically solved. As result, it was obtained a two-equation model to describe the species transport along the fluid and porous phase (particles and biofilm). In this work, the closure problems were studied and solved to obtain the dispersion coefficient, convective coefficient between phases and effective diffusivity of the porous phase (particles). The values of dispersion coefficient obtained by numerical solution were compared with results from the literature, showing a good agreement. For the other properties, no data were found in the literature to validate the numerical results. So these properties were validated with the final resolution of the two-equation model in the project scale. Therefore, the experimental study and results obtained by Mello (2012) were used to validate the two-equation model developed in the present work. As a result, it was observed a good agreement between the experimental and the numerical data, so it is possible to conclude that the proposed model can be applied to obtain the dispersion coefficient, convective coefficient between phases and effective diffusivity of the porous phase (particles) and to simulate a fixed bed reactor for biodegradation in an accurate way.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-12-20T03:14:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 342962.pdf: 3087006 bytes, checksum: c5d4f7b5c9b6a0e7cb6c9f46efd4f9d0 (MD5) Previous issue date: 2016 / A presente pesquisa envolve o estudo do branqueamento de malhas de algodão utilizando peróxido de hidrogênio gerado enzimaticamente. Inicialmente realizou-se a biopurga utilizando as enzimas celulase, pectinase e lipase, a fim de retirar as impurezas, pectinas e óleos da fibra. Em uma primeira etapa, realizou-se o branqueamento utilizando o peróxido de hidrogênio gerado pela oxidação da ß-D-Glicose pela enzima glicose oxidase. No segundo momento foi avaliada a utilização de um ativador de peróxido de hidrogênio, Tetra acetil etileno diamina (TAED), como agente potencializador do bioalvejamento enzimático. Foi avaliada também a substituição da enzima glicose oxidase ultrapura por uma enzima comercial, bem como os parâmetros de toxicidade, DBO e DQO e a aplicação dos bioprocessos propostos em escala piloto. As etapas de geração de peróxido de hidrogênio, de ácido peracético e a do branqueamento (para os dois casos) foram avaliadas através de planejamentos experimentais. Para o primeiro processo proposto (com H2O2), foi possível verificar que o efeito mais significativo para geração de peróxido foi o tempo e, para o branqueamento, foi a concentração de peróxido de hidrogênio. Para o segundo processo (com TAED), o fator mais significativo para a geração de ácido peracético foi a concentração de peróxido de hidrogênio e, para o branqueamento, o fator mais significativo foi a concentração de ácido peracético. Os tecidos tratados foram avaliados quanto ao grau de branco e à hidrofilidade. Foi possível obter um processo com baixo consumo de água e tecidos com grau de branco de 52±1 °Berger para o primeiro processo e de 60±1 °Berger para o bioalvejamento com o TAED. Para os processos utilizando a enzima ultrapura, foi encontrada uma relação DBO/DQO maior, indicando uma menor dificuldade no seu tratamento biológico. Os testes em escala piloto mostraram que os processos investigados neste trabalho tem viabilidade técnica para o uso industrial. As amostras tratadas apresentaram uma hidrofilidade maior que a obtida no processo convencional, além de possibilitar uma malha com propriedades de conforto melhores, um melhor aspecto visual e um polimento mais efetivo. O consumo de água foi consideravelmente reduzido quando comparado ao processo convencional.<br> / Abstract : This research involves the study of knitted cotton fabric bleaching using hydrogen peroxide enzymatically generated. Initially the bioscouring was performed using the enzymes cellulase, pectinase and lipase to remove impurities, for example pectins and oils fiber. In the first step, it was performed bleaching using hydrogen peroxide, which was enzymatically produced by glucose oxidase during oxidation of glucose. In the second stage, it was evaluated a performance using a hydrogen peroxide activator, Tetra-acetylethylenediamine (TAED), as a potentiating agent of enzymatic bleaching. It was also evaluated the replacement of the ultrapure glucose oxidase by a commercial enzyme, the toxicity, BOD and COD parameters and the application of the bioprocess proposed in the pilot scale. The steps of generating hydrogen peroxide, producing peracetic acid and bleaching (for both processes) were assessed using experimental designs. For the first process (with H2O2), we observed that the most significant effect to generate peroxide was time and, for bleaching, the concentration of hydrogen peroxide. For the second process (with TAED), for the generation of peracetic acid, the most significant factor was the concentration of hydrogen peroxide and for the bleaching, the most significant factor was the concentration of peracetic acid. The whiteness and hydrophilicity of the treated knitted were evaluated. The whiteness index of the enzymatically bleached fabric was 52±1 Berger degree for the first process and 60±1 Berger degree for the process with activator. For the process using ultrapure enzyme, it was found a higher BOD/COD ratio, indicating less difficulty in their biological treatment. The pilot scale showed that these processes are efficiently applied and the treated samples showed a higher hydrophilicity than that obtained in the conventional process. In addition it is possible to obtain a fabric with better comfort properties (more soft) and better visual appearance; and the polishing was more effective than the conventional process. The amount of rinse water could be drastically reduced compared to traditional process.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-01-24T03:12:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343406.pdf: 2002837 bytes, checksum: ff407242a5f915cc84b7ae3d8ed7b097 (MD5) Previous issue date: 2016 / As lipases (triacilglicerol hidrolases) são uma classe de enzimas amplamente distribuídas entre os microrganismos, plantas e animais. Estes biocatalisadores possuem elevada seletividade, reagem em condições brandas produzindo menos subprodutos. A imobilização e o reuso são alternativas promissoras para ampliar o uso de enzimas nas indústrias reduzindo o custo do processo. Neste trabalho foi proposto o uso de suportes em dimensões nanométricas, sintetizados com ultrassom, possuindo propriedades paramagnéticas, com o objetivo de imobilizar as lipases de Rhizomucor miehei e de Candida antarctica B. Foram utilizadas técnicas de caracterização para a verificação da estrutura química e cristalina do suporte, suas propriedades magnéticas, área superficial e perfil termogravimétrico. Este suporte foi aplicado e na adsorção de lipases sendo a seguir aplicado na síntese de monocaprilina. Comparando com a técnica sem ultrassom, o uso deste fez com que a carga elétrica superficial fosse menor e o tamanho e estabilidade das partículas fossem maiores. A análise por difração de raios-X comprova que a técnica usada produziu somente magnetita. A análise de magnetização comprovou a característica paramagnética do suporte, comparável à da magnetita pura. Constatou-se que 80 % da imobilização da lipase ocorreu durante a primeira hora de contato da solução enzimática com o suporte. A análise de infravermelho mostrou os grupos químicos presentes no suporte antes da imobilização e comprovou que esta ocorreu através da identificação de grupos químicos associados a proteínas adsorvidas. A análise de microscopia eletrônica de transmitância mostrou que as partículas possuem tamanho médio de 10 nm. A análise do potencial zeta das partículas mostrou a baixa carga superficial destas indicando que estas tendem a aglomerar, porém, mantendo a área superficial superior às daquelas sintetizadas sem ultrassom. Os testes de estabilidade a solventes mostraram que a polaridade deste afeta a atividade enzimática sendo que quanto mais apolar for o solvente maior foi a elevação da atividade hidrolítica da lipase. Os testes de reuso mostraram que as enzimas imobilizadas foram usadas por até 16 ciclos de hidrólise. A síntese de monocaprilina foi usada como exemplo de aplicação. A melhor condição encontrada foi utilizando excesso molar de glicerol (razão 6:1, glicerol: ácido), 60 °C e 800 rpm utilizando a lipase CALB imobilizada a qual rendeu 40 % em massa de monocaprilina.<br> / Abstract : Lipases (triacylglycerol hydrolase) are a class of enzymes widely distributed in microorganisms, plants and animals. These biocatalysts have high selectivity, react under mild conditions producing less by-products. Immobilization and reuse are promising alternatives to expand the use of enzymes in industry by reducing the cost of the process. This work proposes the use of nanometric supports with paramagnetic properties synthesized under ultrasound waves with the purpose of immobilize the lipase Rhizomucor miehei and Candida antarctica B. Characterization techniques were used to verify the chemical and crystalline structure of the support, their magnetic properties, surface area and thermogravimetric profile. This support was used and studied in lipase adsorption isotherms and after it was applied in monocaprylin synthesis. Comparing with the ultrasound technique, without the ultrassound the surface charge was lower and the particle size and stability of the particles were larger. Analysis by X-ray diffractometry, shows that the technique used yielded only magnetite. The magnetization analysis proved the paramagnetic characteristic of comparable support of pure magnetite. It was found that 80 % of lipase immobilization occurred during the first hour of contact of the enzyme solution with the support. The infrared analysis showed the support chemical groups prior to immobilization and proved that this occurred through the identification of chemical groups associated with the adsorbed proteins. The analysis of electron microscopy transmittance showed that the particles have an average size of 10 nm. The analysis of the zeta potential of the particles showed the low surface charge of these indicating that they tend to agglomerate, but keeping the upper surface area of the synthesized those without ultrasound. The stability tests showed that the polarity solvents affect this enzymatic activity being the nonpolar solvents responsible by the elevation of the hydrolytic activity of lipase. Reuse tests showed that the immobilized enzymes were used for hydrolysis up to 16 cycles. The monocaprylin synthesis was used as the application example. The best condition was found using molar excess of glycerol (ratio 6:1 glycerol acid), 60 ° C and 800 rpm using immobilized lipase CALB which yielded 40% by weight of monocaprylin.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-02-07T03:11:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343719.pdf: 2828310 bytes, checksum: 720c8faaca7a37b123d334cd206280c7 (MD5) Previous issue date: 2016 / A hemoglobina tem grande importância no processo de respiração celular e por esse motivo foi a proteína mais estudada durante o último século. Foi também a primeira molécula a ter sua estrutura desvendada utilizando-se de Raio-X. A cinética da reação de hemoglobina com oxigênio acontece de forma muito rápida, em milissegundos e deu início aos primeiros experimentos usando a técnica de mistura rápida. O fluxo interrompido consiste na mistura e injeção rápida de reagentes no interior de uma câmera de mistura, onde ocorre o início da reação após fechamento de uma eletroválvula que interrompe o fluxo. A partir desse momento são realizadas as leituras de absorbância ou fluorescência em função do tempo. Muitos trabalhos já foram realizados usando hemoglobina e um agente redutor, o ditionito de sódio. Porém a proposta do presente trabalho é avaliar o uso da meta-hemoglobina, a correta calibração do equipamento e a elaboração de um protocolo experimental no equipamento Stopped Flow Mixer (SFM-4000) que garanta uma mistura de forma homogênea sem cavitações resultando na desoxigenação da hemoglobina possibilitando a realização de análises futuras e cálculos de todas as etapas da reação. Os resultados obtidos nos experimentos em relação à constante de dissociação (koff) se mostraram de acordo com a literatura obtendo um valor de 40,24 s-1. O trabalho também comprovou que a meta-hemoglobina pode ser reduzida e utilizada para o estudo cinético com o oxigênio. No entanto, aproximar a reação de liberação de oxigênio como sendo de uma única etapa através de um cálculo de uma única constante de dissociação (koff) proposto por um modelo de pseudo-primeira ordem, mostrou-se válido até certo período de tempo, mas quando o tempo foi diminuído para 0,1 segundo foi possível observar que o mesmo não se ajusta aos instantes iniciais da reação.<br> / Abstract : Hemoglobin has a great importance in the process of respiration of living beings and for this reason has been the most studied protein over the last century. It was the first molecule to have its structure unraveled by X-ray. The kinetic reaction of hemoglobin with oxygen occurs very quickly, in milliseconds, and for this reason in the first experiments the rapid mixing technique was used. In this technique, the reagents are injected into a mixing chamber where the reaction occurs early after closure of a stopping valve that interrupts the flow. From that moment the absorbance readings versus time is registered. Many studies have used hemoglobin in combination with the reducing agent sodium dithionite. Nevertheless, the purpose of this study is to evaluate the use of the methemoglobin, the correct calibration of the equipment and the development of an experimental protocol in Stopped Flow Mixer equipment (SFM-4000) to ensure a mix homogeneously without cavitation resulting in deoxygenation hemoglobin enabling the realization of further analysis and calculations of all stages of the reaction. The result obtained in the experiments in relation to the dissociation constant is in accordance with the literature obtaining a koff of 40.24 s-1. The work also proved that methemoglobin can be reduced and used to study the kinetics with oxygen. However, the approximation of reaction described by a single step for calculating the dissociation constant (koff) proposed by a pseudo-first order kinetic model, proved to be valid until a certain period of time, but when the time was reduced to 0.1 second, it was possible to observe that it does not fit the initial stages of the reaction.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-02-07T03:12:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343942.pdf: 1729219 bytes, checksum: 19fb9d251379c101884db85376fb7d60 (MD5) Previous issue date: 2016 / Os oceanos consistem no maior habitat para a vida microbiana. Para sobreviver a estes diferentes ambientes, as bactérias sofreram adaptações em suas estruturas químicas, físicas e biológicas. As enzimas derivadas de organismos marinhos, especialmente aqueles de águas profundas, têm se tornado interessante para a indústria biotecnológica devido à sua superior adaptação a condições extremas (tais como a resistência a stress osmótico, pressão e temperatura). Atualmente, o sequenciamento do genoma é uma das abordagens que permite conhecer o potencial genético do microrganismo com baixo custo. Erythrobacter citreus LAMA 915, uma Alphaproteobacteria oligotrófica facultativa foi isolada de amostras de água do mar, coletadas a 3600 metros de profundidade, na Elevação de Rio Grande, a uma temperatura de 2,5°C. Nesse contexto, o presente estudo teve como objetivo e sequenciar o genoma de E. citreus LAMA 915 e identificar os genes envolvidos na resposta ao stress ambiental e quanto ao potencial biotecnológico. Uma vez sequenciado o genoma e montado, obteve-se um genoma com de 3,09 Mbp em 28 contigs, 2959 ORF e 52 RNA. Foram encontrados quais os genes envolvidos na resposta a stress osmótico, térmico, pressão hidrostática bem como na de privação de nutrientes. Além disso, genes de relevância industrial foram prospectados na E. citreus LAMA 915. Os genes envolvidos no metabolismo de alcanos descritos classificam a E. citreus LAMA 915 como potencial agente de biorremediação de áreas contaminadas por petróleo. Foram encontradas duas rotas metabólicas de produção de polihidroxialcanoatos (PHA), uma sendo clássica, que envolve os genes phaA e phaB; e uma segunda rota, está ß-oxidação devido à proximidade do gene phaC com o gene tesb 1. Além disso, este microrganismo também apresentou um grupo genes envolvidos na produção de lipases (fosfolipase A2, fosfolipase B, fosfolipase C e fosfolipase D), as quais podem ser usadas na indústria (produção de biodiesel). Em resumo, foram encontrados os genes que conferem a E. citreus LAMA 915 a valiosa habilidade de colonizar habitats extremos. Além disso, este microrganismo apresente um repertório genético de relevância para indústria biotecnológica.<br> / Abstract : The deep sea environments shelter in the largest volume of life on Earth. To survive in such different environments, bacteria need to adapt its chemical, physical and biological structures. Enzymes derived from marine organisms, particularly from deep sea environments, have drawn the interest of the biotechnological industry due to their intrinsic features such as osmotic resistance. Nowadays, genome sequencing is one of the approaches used for bioprospection analysis. Erythrobacter citreus LAMA 915, a facultative oligotrophic Alphaproteobacteria, was isolated from sea water collected at 3600 meters depth at 2.5°C at Rio Grande Raise. In this context, the present study aimed at sequencing of the genome of E. citreus LAMA 915 and identification of genes involved in the environmental stress response and potential bio-technology process. Its genome was sequenced and the assembly produced a genome with 3.09 Mbp, 28 contigs, 2959 ORF and 52 RNA. Genes involved in environmental response to osmotic stress, thermal stress, hydrostatic pressure and also starvation was found. Further, E. citreus LAMA 915 presented genes related to potential biotechnology process, including genes of interest to industry. As example, we can mention genes involved in metabolism of alkanes, which have impact on oil spill and classify E. citreus as a potential bioremediation agent for petroleum contaminated areas. Regarding to polyhydroxyalkanoates (PHA), a biopolymer, we found two possible routes: the classical route, which involves the phaA and phaB genes; and a second one, that can be ß-oxidation due to proximity of the phaC gene with the tesb 1 gene. E. citreus LAMA 915 also presented a set of lipase (phospholipase A2, phospholipase B, and phospholipase C and phospholipase D), which can be used in biodiesel yield. In summary, we found a set of genes that confers to E. citreus LAMA 915 the ability to colonize habitats with different available nutrients. In addition, its genetic repertoire indicates their potential to be used in different biotechnology areas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-03-14T04:10:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2016Bitstream added on 2017-03-21T04:12:14Z : No. of bitstreams: 1 340828.pdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Devido ao acréscimo da produção de gás natural no Brasil e no mundo, a demanda de monoetilenoglicol também está aumentando, pois este é utilizado como dessecante para evitar a formação de hidratos na exploração e transporte do gás natural. Para que o monoetilenoglicol (MEG) possa ser reutilizado, evitando que seja descartado na natureza e trazendo economia a indústria de petróleo, este deve ser regenerado antes de ser reutilizado, o que é realizado comumente por destilação. Como esta operação unitária não é muito eficiente energeticamente, estudos de destilação não convencional vem sendo propostos. Neste trabalho avaliou-se a separação da mistura MEG/água alimentada com 66% em massa do glicol em uma coluna de destilação de película. Para tanto foram realizados experimentos com o uso de termossifão (fonte de calor da unidade) operando com a câmara de vapor na condição isotérmica e com perfil axial de temperatura. Diferentes condições de operação para vazão e temperatura de alimentação bem como temperatura do evaporador foram testadas. O maior resultado (fração mássica de 88,6 % de MEG na corrente de base) foi obtido com o teste em isotérmico e com condições de temperatura de alimentação, temperatura de evaporador e vazões mais baixas. A recuperação do monoetilenoglicol (MEG) obtida na unidade piloto de destilação de filme descendente foi considerada um bom resultado se comparado com o da destilação convencional industrial, pois a primeira além de ser mais compacta, apresentou menor requerimento energético (redução em torno de 22,56%). Ainda, observou-se que são necessárias apenas duas unidades de película em série para obter a mesma fração mássica de MEG recuperado que um sistema industrial.<br> / Abstract: Due to increase for natural gas production in Brazil and world, monoethylene glycol (MEG) demand is also increasing because this is used as a desiccant to prevent the hydrate formation in the exploration and transport of natural gas. For MEG can be reused, avoiding being discharged to the nature and bringing savings to the oil industry, it must be regenerated before being reused, which is usually done by distillation. As this separation process has not great energy efficiency, advanced distillation units have been studied. In this work, the separation of the mixture MEG/water (66% wt of glycol) was evaluated using a film descedent distillation. Experiments were carried out using thermosiphon (heat source of the unit) operating by isothermal and with axial temperature profile. Different operational conditions for flow and temperature feed and evaporator temperature were applied. The best result was obtained (88.6% wt of MEG in bottom) with the isothermal test and with lower temperatures and flow rate. The monoethylene glycol recovery (MEG) obtained in the falling film distillation unit pilot was considered a good result compared to the industrial distillation, as the first besides being more compact, showed lower energy requirements (decrease around 22.56%). Furthermore, it was observed that are necessary only two film units in series to achieve the same mass fraction of MEG that with an industrial system.