Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-09-05T04:06:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 347264.pdf: 3295549 bytes, checksum: 2e65bd5e451cb04a3e40aad702db8678 (MD5) Previous issue date: 2016 / Nanopartículas magnéticas como a magnetita (NPM) são materiais amplamente empregados na área de biotecnologia, incluindo a aplicação como suportes para a imobilização de enzimas. Neste trabalho foram sintetizadas NPMs modificadas superficialmente com lauril sulfato de sódio (SDS) através da coprecipitação dos íons de Fe2+/Fe3+ em duas etapas, sendo a primeira a precipitação da NPM com oxalato de amônio, seguida da substituição do ânion dicarboxílico do oxalato por SDS (NPM-SDS). As NPM-SDS foram caracterizadas através de difração de raios-x, espectroscopia de absorção no infravermelho por transformada de Fourier, microscopia de transmissão eletrônica, microscopia eletrônica de varredura, magnetização da amostra vibrante e determinação do potencial zeta. As NPM-SDS foram aplicadas como suporte para a imobilização e coimobilização de enzimas através dos métodos de adsorção, ligação covalente e entrecruzamento de ligações. A estratégia abordada de forma inédita baseou-se na adsorção da lipase de Thermomyces lanuginosus (TLL) na NPM-SDS seguido da modificação química dos grupos carboxílicos superficiais da TLL com etilenodiamina pelo método de acoplamento com 1-etil-3- (dimetilaminopropil) carbodiimida. Na segunda etapa o derivado aminado foi aplicado na coimobilização das enzimas ß-D-galactosidase de Kluyveromyces lactis (ßGal) através de adsorção e entrecruzamento de ligações com dextrano-aldeído e glutaraldeído. O derivado com a lipase aminada foi modificado com dextrano-aldeído e glutaraldeído e aplicados, na coimobilização da TLL e da a-quimotripsina de pâncreas bovino (QM) através de adsorção, ligação covalente e entrecruzamento de ligações com glutaraldeído. Todos os derivados coimobilizados apresentaram uma estabilidade operacional superior às enzimas na sua forma livre, frente às temperaturas e faixa de pH estudadas, com a TLL ativa mesmo após a desnaturação térmica das demais enzimas coimobilizadas. Os derivados mais estáveis foram obtidos com a TLL/ßGal coimobilizadas e entrecruzadas com glutaraldeído 0,5% (v/v) e da TLL/QM coimobilizadas no suporte aminado por adsorção iônica. A ßGal coimobilizada suportou temperaturas de até 80 °C retendo 56 % da atividade inicial após 13 h de incubação, enquanto a ßGal livre perdeu mais de 50 % de sua atividade após 2 h à 30°C. Já a QM teve a estabilidade térmica aumentada após a coimobilização, sendo estável à 50 °C com mais de 80 % de atividade recuperada, comparada com a enzima livre estável apenas até 30 °C. / Abstract: Magnetic nanoparticles, such as magnetite (NPM), are widely used in biotechnology, including support for enzyme immobilization. In the present work NPM surface-modified with sodium lauryl sulfate (SDS) were synthesized by co-precipitation of Fe2+/Fe3+ ions. The methodology was carried in two steps, first, the precipitation of the NPM with ammonium oxalate, followed by the replacement of dicarboxylic anions, from oxalate, for lauryl sulfate groups (NPM SDS). The NPM-SDS were characterized by X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, transmission electron microscopy, scanning electron microscopy, magnetization of vibrating sample, and determination of the zeta potential. NPM-SDS nanoparticles were applied as support for the immobilization and co-immobilization of enzymes through adsorption, covalent, and cross-linking methods. The adopted strategy based on the adsorption of lipases present in Thermomyces lanuginosus (TLL) onto NPM-SDS, followed by, chemical amination of surface carboxylic groups from TLL with ethylenediamine by 1-ethyl-3-(dimethylamino-propyl) carbodiimide coupling method. Subsequently, the aminated derivative was applied on the co-immobilization of ß-D-galactosidase from Kluyveromyces lactis (ßGal), by adsorption and cross-linking with dextran-aldehyde and glutaraldehyde. The aminated derivate, with the modified lipase, was also modified with dextran-aldehyde and glutaraldehyde, thereafter, applied on the co-immobilization of a-chymotrypsin from bovine pancreas (QM) by adsorption, covalent bonding, and cross-linking with glutaraldehyde. All immobilization mechanism generated co- immobilized derivate with higher operational stability, when compared with the free enzyme, according temperatures and pH range studied. The TLL remained active after the thermal inactivation of ßGal and QM co- immobilized. The most stable derivative was obtained by the co- immobilized preparations of TLL/ßGal cross-linked with 0.5% glutaraldehyde (v / v), and TLL/ QM co-immobilized directly onto the aminated derivate by ionic adsorption. The co-immobilized ßGal remained stable at temperatures up to 80 °C, retaining 56 % of the initial activity after 13 h of incubation, while the free ßGal lost more than 50% of its activity after 2 h at 30 °C. The QM increased the thermal stability after the co-immobilization, and may be applied at temperature of 50 °C with more than 80 % recovered activity, compared with the free enzyme that was stable only up to 30 °C.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2017 / Made available in DSpace on 2017-09-05T04:13:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 347265.pdf: 1526198 bytes, checksum: adeecf9682013839161cd5fac4bd2a12 (MD5) Previous issue date: 2017 / Uma das vantagens da utilização de células imobilizadas em processos fermentativos é a facilidade de separação da célula do meio de cultivo. As alterações que a imobilização causará no crescimento celular ou na atividade metabólica das células são imprevisíveis. Como suporte de imobilização celular, utiliza-se amplamente o alginato de cálcio. A utilização de material magnético em imobilização se destaca pela sua utilização em reatores de leito fluidizados estabilizados magneticamente, configuração esta, que permite grande flexibilidade operacional. Sendo assim, o presente trabalho possui como objetivo geral a imobilização celular por aprisionamento em alginato de cálcio da levedura Saccharomyces cerevisiae com nanopartículas magnéticas de magnetita. Após a síntese da magnetita, constatou-se a escala nano das partículas por microscopia eletrônica de transmissão. Para a etapa de imobilização celular preparou-se 10 mL de solução de alginato de sódio e adicionou-se as partículas magnéticas e Saccharomyces cerevisiae. Esta mistura foi gotejada na solução de cloreto de cálcio, formando-se assim, as esferas de células imobilizadas. Com base nos resultados do estudo de absorção de água pela célula imobilizada, constatou-se que a absorção de água pela esfera não causa as rachaduras presentes no suporte durante a fermentação, concluindo que estas rachaduras são causadas pelo crescimento celular no interior da esfera. A análise da microscopia eletrônica de varredura indicou a eficiência da ligação entre as nanopartículas de magnetita, o alginato e as células de levedura. Os resultados obtidos pelo magnômetro da amostra vibrante indicaram que o alginato e a levedura não interferem nas propriedades magnéticas da magnetita, e que o suporte sintetizado neste trabalho possui propriedades magnéticas válidas para ser aplicadas em reator de leito fluidizado magneticamente estabilizado. Para a condução da fermentação alcoólica, os erlenmeyers contendo o meio e as esferas de células imobilizadas foram mantidos em incubadora por 24 h. Pela análise cinética do consumo de substrato durante a fermentação alcoólica, é possível afirmar que a presença da nanopartícula magnética no suporte não possui influência significativa no processo fermentativo. Pela análise qualitativa do estudo da influência da concentração de levedura e do teor de alginato na integridade das esferas, constatou-se pelo teste Qui-Quadrado, que apenas o teor de alginato possui evidência estatística de possuir associação com a integridade do suporte imobilizado. A análise quantitativa indicou que a variação na concentração de levedura e no teor de alginato utilizados na imobilização não interfere na produtividade da fermentação. Sendo assim, para a determinação das condições de imobilização promissoras para futuros trabalhos, considerou-se ambas as análises. As melhores condições de imobilização consideradas são 1% de alginato de sódio e 100 g L-1 de levedura, que manteve a integridade das esferas por 2 ciclos, ambos com rendimento acima de 70%; e 2% de alginato de sódio e 50 g L-1 de levedura, que manteve a integridade das esferas por 4 ciclos, porém apenas 2 ciclos resultaram em rendimento superior a 70%. / Abstract: One of the advantages of using immobilized cells in fermentative processes is the facility of cell separation from the culture medium. The changes that immobilization causes in cell growth or in cell metabolic activity are unpredictable. As cell immobilization support, the calcium alginate is largely use. The magnetic supports are distinguished by their use in magnetically stabilized fluidized bed reactors, a configuration that allows great operational flexibility. Therefore, this work has as main objective the cell immobilization by imprisonment in calcium alginate of yeast Saccharomyces cerevisiae with magnetite magnetic nanoparticles. After the magnetite synthesis, the nanoscale of the particles synthesized was determined by transmission electron microscopy. For the cell immobilization step it was prepared 10 mL of sodium alginate solution and then the magnetic particles and Saccharomyces cerevisiae were added. This mixture was dropped into the calcium chloride solution, thus forming the beads. Regarding water absorption study by the immobilized cell, it was verified that the water absorption by the beads does not induce the cracks present in the support during the alcoholic fermentation, leading to the conclusion that these cracks are caused by the cell growth inside the beads. The scanning electron microscopy indicated the bond efficiency between magnetite nanoparticles, alginate and yeast cells. The results obtained by the vibrating sample magnetometer indicated that alginate and yeast do not interfere in the magnetic properties of the magnetite, and that the support synthesized in this work has valid magnetic properties to be applied in a magnetically stabilized fluidized bed reactor. For the alcoholic fermentation, the erlenmeyer flasks containing the medium and the beads were placed in an incubator for 24 h. By the kinetic analysis of the substrate consumption during the alcoholic fermentation, it is possible to affirm that the presence of the magnetic nanoparticle in the support does not have significant influence in the fermentative process. By the qualitative analysis of the yeast concentration and the alginate content influence study on the beads integrity, it was verified by the Chi-Square test that only the alginate content has statistical evidence of having an association with the integrity of the immobilized support. The quantitative analysis indicated that the variation in yeast concentration and alginate content used in immobilization does not interfere in the fermentation productivity. Thus, both analyzes were considered for the determination of the promising immobilization conditions for future work. The best immobilization conditions considered are 1% of sodium alginate and 100 g L-1 of yeast, condition that maintained the beads integrity for 2 cycles, both with yield above 70%; and 2% of sodium alginate and 50 g L-1 of yeast, which maintained the beads integrity for 4 cycles, but only 2 cycles resulted in yields above 70%.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2017 / Made available in DSpace on 2017-09-05T04:13:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 347270.pdf: 2494526 bytes, checksum: bbea18f57e394096de608a8cec11abbe (MD5) Previous issue date: 2017 / As nanopartículas de prata sintetizadas a partir de sistemas microbianos por meio de métodos de produção verde, também conhecido como métodos ecoeficientes são uma realidade do século XXI. O método da biossíntese é considerado uma técnica ecologicamente limpa, não-tóxica e ambientalmente aceitável. Muitos microrganismos atuam diretamente na síntese intracelular ou extracelular de nanopartículas metálicas com diferentes eficiências, além de tamanhos e formas variáveis de nanopartículas. Desse modo, a síntese de nanopartículas de prata (AgNPs) por fungos é um processo alternativo e promissor devido a sua natureza ecoeficiente, segura e rentável. O objetivo deste estudo foi a biossíntese de AgNPs mediada pelo fungo Fusarium oxysporum, bem como a caracterização destas nanopartículas, incluindo a avaliação do controle do tamanho e estabilidade em diferentes condições de tratamento e a verificação de seu potencial como agente antimicrobiano. O tamanho e a estabilidade das AgNPs foram determinados respectivamente pelos métodos de espalhamento de luz dinâmico (DLS) e potencial zeta (PZ). As nanopartículas de prata também foram caracterizadas via espectroscopia na região ultravioleta visível (UV-Vis), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de absorção atômica por chama (FAAS), microscopia eletrônica de varredura com emissão de campo (MEV-EC) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM). Por fim, o potencial antimicrobiano foi avaliado testando-as contra diferentes cepas bacterianas, medindo os halos de inibição de bactérias tratadas com diferentes quantidades de soluções coloidais contendo nanopartículas de prata. Os resultados mostraram que a biossíntese produziu AgNPs com tamanho médio de 34 nm e valores de potencial zeta inferiores a -30 mV nas condições de tratamento. Os espectros UV-Vis e FAAS confirmaram a presença de íons de prata reduzidos e consequentemente a formação de AgNPs. Já as análises em FTIR detectaram bandas correspondentes a vibrações em ligações químicas de grupamentos tipo amida I e II de proteínas, além da presença de alcanos cíclicos, ciclo-hexano, éteres e hidrocarbonetos aromáticos. As análises em MEV-EC e TEM revelaram a formação de AgNPs com formato esférico e bem dispersos. Por fim, a verificação dos testes de sensibilidade de cepas bacterianas tratadas com AgNPs confirmaram a eficiência das nanopartículas como agente antimicrobiano. / Abstract: Silver nanoparticles synthesized from microbial systems by means of green production or eco-friendly methods are a reality of the 21st century. The synthesis of silver nanoparticles (AgNPs) by fungi is a promising alternative processing due to its eco-friendly, safe, and cost-effective nature. The goal of this study was to evaluate the biosynthesis of AgNPs mediated by the fungus Fusarium oxysporum, as well as the characterization of these nanoparticles, including the evaluation of size control and stability in different treatment conditions and the verification of their potential as an antimicrobial agent. The size and stability of the AgNPs were determined respectively by the methods of dynamic light scattering (DLS) and zeta potential (ZP). Silver nanoparticles were also characterized by visible ultraviolet (UV-Vis) spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), flame atomic absorption spectroscopy (FAAS), field emission scanning electron microscopy (FE- SEM) and transmission electron microscopy (TEM). Finally, the effectiveness of the antimicrobial potential was evaluated by testing them against different bacterial strains by the antimicrobial susceptibility test, measuring the inhibition halos of bacteria treated with different quantities of colloidal solutions containing silver nanoparticles. The results showed that biosynthesis produced silver nanoparticles with a mean size of 34 nm and zeta potential values below -30 mV under treatment conditions. The UV-Vis and FAAS spectra confirmed the presence of reduced silver ions and consequently the formation of AgNPs, whereas FTIR detected bands corresponding to vibrations in chemical bonds of groupings type: amide I and II of proteins besides the presence of alkanes, cyclohexane, ethers and aromatic hydrocarbons. FE-SEM and TEM revealed the formation of AgNPs with spherical shape and well dispersed. Finally, the verification of the sensitivity tests of bacterial strains treated with AgNPs confirmed the efficiency of the nanoparticles as an antimicrobial agent.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2017 / Made available in DSpace on 2017-09-05T04:13:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 347271.pdf: 1812223 bytes, checksum: 09f8cc677acec07082dc91acd68e89f4 (MD5) Previous issue date: 2017 / A possibilidade de incremento na atividade enzimática oriunda da interação entre as enzimas e os fluidos pressurizados vem impulsionando inúmeras pesquisas na área da enzimologia. A tecnologia de alta pressão é uma técnica promissora como pré-tratamento de enzimas e o estudo das alterações das estruturas dos biocatalisadores são importantes, uma vez que há poucos trabalhos publicados na literatura e existe a necessidade de desvendar algumas indefinições sobre a estabilidade e a atividade enzimática em fluidos pressurizados. Neste contexto, o presente trabalho teve por objetivo investigar a influência da pressão, força iônica e taxa de despressurização na atividade e conformação estrutural da lisozima, utilizando CO2 supercrítico (scCO2), GLP e R134a como solventes. Para tanto, os experimentos foram realizados utilizando um reator de volume variável sob tempo de exposição de 2 h, temperatura de 40 ºC, variando a pressão (100 a 200 bar), taxa de despressurização (10 a 50 bar.min-1) e concentração de cloreto de sódio (0 a 50 mmol.L-1). Planejamentos experimentais 23 e 22 com três repetições no ponto central foram utilizados para identificar o efeito das variáveis do processo bem como das possíveis interações entre elas na perda/ganho da atividade da lisozima. Por fim, estudos de estabilidade da enzima em baixas temperaturas (4 ºC e -10 ºC) após tratamento com fluidos pressurizados também foram realizados. A maior atividade residual observada foi de 141,01 ± 1,80 % para a condição de 150 bar e taxa de despressurização de 30 bar.min-1, sem o CO2 em contato com a enzima. As análises de alterações conformacionais da enzima demonstraram que a estrutura primária permaneceu inalterada em todas as condições estudadas. Em temos de estrutura secundária e terciária as análises mostraram alterações conformacionais da lisozima para as condições testadas. Estes estudos permitiram uma melhor compreensão das alterações da estrutura da enzima em pressões elevadas, resultando em uma melhor utilização e otimização das condições experimentais em processos de biocatálise futuros. / Abstract: The possibility of increase in the enzymatic activity from the interaction between the enzymes and the pressurized fluids has stimulated numerous researches in enzymology. High-pressure technology is a promising technique as a pretreatment enzyme and the study of changes in the structure of the biocatalysts are important, since there are few papers published in the literature and there is a need to reveal some uncertainties about the stability and enzymatic activity in pressurized fluids. In this context, the objective of this work was to investigate the influence of pressure, ionic strength and depressurizing rate on the activity and structural conformation of the lysozyme using supercritical CO2 (scCO2), GLP and R134a as solvents. For this purpose, the experiments were carried out using a variable volume reactor under a 2 h exposure time, at a temperature of 40 °C, varying the pressure (100 to 200 bar), the depressurizing rate (10 to 50 bar.min-1) and concentration of sodium chloride (0 to 50 mmol.L-1). Experimental design 23 e 22 with three replications at the center point were used to identify the effect of process variables and the possible interactions among them in the loss/gain of the lysozyme activity. Finally, enzyme stability studies at low temperatures (4 °C and -10 °C) after treatment with pressurized fluids were also performed. The highest residual activity observed was 141.01 ± 1.80 % for the condition of 150 bar and depressurizing rate of 30 bar.min-1, with no CO2 in contact with the enzyme. The lowest residual activity was 88.3 % for the 200 bar condition and 10 bar.min-1 depressurizing rate, with CO2 in contact with the enzyme. Analyzes of conformational changes of the enzyme demonstrated that the primary structure remained unchanged in all conditions studied. The secondary and tertiary structure analyzes showed conformational changes of lysozyme for the conditions tested. These studies allowed a better understanding of the changes in the enzyme structure at high pressures, resulting in a better use and optimization of the experimental conditions in future biocatalysis processes.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-12-05T03:11:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348929.pdf: 2608513 bytes, checksum: 3bc6f375c172c5a28e81fbcfdcd246d0 (MD5) Previous issue date: 2017 / A atividade catalítica de nanopartículas de Mn2O3, CeO2 e FeOOH para tratar efluente simulado de refinaria de petróleo (ESRP) usando O3 em um reator descontínuo foi avaliada em 25 °C e pH 5,5. Os catalisadores foram caracterizados através de fisissorção de N2, difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e transmissão (TEM), espectroscopia de fotoelétrons de raios-X e análise termogravométrica (ATG). Os resultados mostraram que a ozonização catalítica do ESRP na presença de nanopartículas de Mn2O3, CeO2 e FeOOH, apresentou maior remoção tanto do carbono orgânico total (COT) quanto da demanda química de oxigênio (DQO) quando comparada com a ozonização não catalítica. Entre os três catalisadores, o Mn2O3 foi o que apresentou a maior atividade catalítica e, por isso, foi feito um estudo detalhado do processo catalítico quando este foi empregado como catalisador. Nesse estudo detalhado para o Mn2O3, foram avaliados parâmetros como a influência da dosagem do catalisador e o efeito do pH inicial do ESRP na ozonização catalítica do efluente. Observou-se que a fração orgânica mineralizada (COT) aumentou progressivamente no processo catalítico, enquanto que no processo não-catalítico observou-se uma constância na taxa de mineralização. A relação entre a taxa de mineralização e a taxa de oxidação (DQO) mostrou que a taxa de mineralização é menor que a taxa de oxidação devido à formação de subprodutos parcialmente oxidados e depende da dosagem de catalisador e do pH inicial do efluente. Foi proposto um possível mecanismo de ozonização catalítica de ESRP sobre o catalisador de Mn2O3. O processo de oxidação catalítica também foi avaliado no processo híbrido ozonização- ultrafiltração em membranas cerâmicas como suporte para os catalisadores de óxidos metálicos (Mn2O3 e FeOOH). Testes de permeação na membrana não catalítica indicaram que a retenção física é desprezível e não contribui para a redução da concentração de COT e DQO. A deposição layer-by-layer das nanopartículas de Mn2O3 e FeOOH resultou na produção de membranas estáveis à permeação do soluto. Na presença de O3, observou-se que o fluxo de permeado permanece inalterado por um tempo maior de operação do que com o uso da membrana não catalítica, indicando que as reações superficiais com O3 contribuem para a diminuição do fouling e aumento do tempo de vida útil da membrana. / Abstract : The catalytic activity of Mn2O3, CeO2 and FeOOH nanoparticles to treat Simulated Petroleum Refinery Wastewater (SPRW) using O3 in a batch reactor was evaluated at 25 °C and pH 5,5. The catalysts were characterized by N2 adsorption/desorption isotherm, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and transmission (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy and thermogravimetric analysis (TGA). The results showed that SPRW catalytic ozonation in the presence of Mn2O3, CeO2 and FeOOH nanoparticles showed higher removal of total organic carbon (TOC) and chemical oxygen demand (COD) when compared to non-catalytic ozonation. Among the three catalysts, Mn2O3 was the one that presented the highest catalytic activity and, therefore, a detailed study of the catalytic process was done when Mn2O3 was used as catalyst. In this detailed study for Mn2O3, parameters such as the influence of the catalyst dosage and the effect of the initial pH of the SPRW on the catalytic ozonation of the wastewater were evaluated. It was observed that the mineralized fraction (TOC) increased progressively in the catalytic process, whereas in the non- catalytic process a constancy in the mineralization rate was observed. The relationship between the mineralization and the oxidation rate (COD) has shown that the mineralization rate is less than the oxidation rate due to the formation of partially oxidized byproducts and depends on the wastewater catalyst dosage and the initial pH. A possible mechanism of SPRWcatalytic ozonation over the Mn2O3 catalyst has been proposed. The catalytic oxidation process was also evaluated in the hybrid ozonation-ultrafiltration process in ceramic membranes as a support for the metal oxide catalysts (Mn2O3 and FeOOH). Permeation tests on the non-catalytic membrane indicated that the physical retention is negligible, and does not contribute to the reduction of the concentration of TOC and COD. The layer-by-layer deposition of Mn2O3 and FeOOH nanoparticles, resulted in the production of stable membranes to solute permeation. In the presence of O3, it was observed that the permeate flux remains unchanged for a longer time of operation than with the use of the non-catalytic membrane, indicating that the superficial reactions with O3 contribute to the fouling decrease and membrane life time increase.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-12-05T03:12:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348930.pdf: 5461536 bytes, checksum: bc62ecf2c800583ad82dfb9e762675b7 (MD5) Previous issue date: 2017 / O crescimento da população mundial é na maioria dos casos associado ao consumo de recursos minerais, que por sua vez tem trazido uma crescente geração de resíduos, que são potenciais problemas ambientais. As usinas termelétricas são consideradas uma das maiores fontes de poluição no mundo, devido, entre outros fatores, a geração significativa de cinzas (tanto pesadas, assim como volantes). O estudo das características destes materiais, bem como o desenvolvimento de técnicas para sua utilização se tornam imprescindíveis para a preservação do meio ambiente. Neste contexto, este trabalho objetiva implementar o uso de cinzas pesadas de carvão mineral na síntese de zeólitas faujasita (NaY) e comparar a sua performance, desde as características físicas até a capacidade de adsorção de tiofeno, com zeólitas sintetizadas a partir de materiais analíticos. Para a caracterização das cinzas e produtos zeolíticos foram utilizados métodos de análise química, física e mineralógica. O resultado da caracterização mostrou que as cinzas são majoritariamente compostas por óxidos formadores de estrutura zeolítica (SiO2?Al2O3) em composição mássica superior a 70%, quantidades suficientes para aplicação na síntese de zeólitas. Três planejamentos estatísticos foram projetados para investigar as rotas experimentais de síntese que favorecem o aumento da área específica. A caracterização das amostras sintetizadas mostrou que o tempo, temperatura e o pré- tratamento das cinzas são fatores que fortemente influenciam a área específica e cristalinidade. As amostras sintetizadas com materiais analíticos somente favoreceram a formação de zeólitas NaY no tempo de cristalização de 48 h e com uma temperatura de 100 ºC. Para o processo de adsorção três amostras de zeólitas foram selecionadas desde sintetizadas com materiais analíticos, cinzas tratadas e não tratadas, ZSA4, ZCP4 e ZCP6 respectivamente. Os dados experimentais da cinética de adsorção foram conduzidos em sistema de batelada e foram adequadamente descritos por modelo pseudo primeira ordem. Para a avaliação do equilíbrio estudou-se os modelos de Langmuir e de Freundlich e os dados se ajustaram ao modelo de Langmuir com R2>0,80 para as três amostras selecionadas para o estudo. / Abstract : World population growth is in most cases associated with the consumption of mineral resources, which in turn has brought an increasing generation of waste, which are potential environmental problems. Thermoelectric power plants are considered one of the largest sources of pollution in the world, due, among other factors, to the significant generation of ashes (both bottom as well as fly ashes). The characteristic´s study of these materials, as well as the technique´s developments for their use become essential for the environment preservation. In this context, this work aims to implement the use of bottom coal ash in the faujasite zeolites (NaY) synthesis and compare its performance, from the physical characteristics to the thiophene adsorption capacity, with zeolites synthesized from analytical materials. Chemical, physical and mineralogical methods were used to characterize ashes and zeolitic products. The characterization´s results showed that the ashes are composed mainly of zeolite structure forming oxides (SiO2 · Al2O3) in a mass composition higher than 70%, sufficient quantities for application in zeolites synthesis. Three statistical projects were designed to investigate the experimental synthesis routes that favor the specific area increase. The characterization of synthesized samples showed that the time, temperature and the pretreatment of the ashes are factors that strongly influence the specific area and crystallinity. Synthesized samples with analytical materials only favored the formation of NaY zeolites at the crystallization time of 48 h. For the adsorption process three zeolite samples were selected from synthesized with analytical materials, treated and untreated ash, ZSA4, ZCP4 and ZCP6, respectively. The adsorption experimental data kinetics were conducted in a batch system and were adequately described by pseudo first order model. The Langmuir and Freundlich models were used to evaluate the balance and the data adjusted to the Langmuir model with R2> 0.80 for the three samples selected for the study.

Submitted by Flasleandro Oliveira (flasleandro.oliveira@cprm.gov.br) on 2014-04-07T18:44:44Z No. of bitstreams: 1 diss_renato_souto.pdf: 4001592 bytes, checksum: 96958c58e808ab2178d4298b5995c41d (MD5) / Approved for entry into archive by Flasleandro Oliveira (flasleandro.oliveira@cprm.gov.br) on 2014-04-07T18:44:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 diss_renato_souto.pdf: 4001592 bytes, checksum: 96958c58e808ab2178d4298b5995c41d (MD5) / Approved for entry into archive by Flasleandro Oliveira (flasleandro.oliveira@cprm.gov.br) on 2014-04-07T18:45:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 diss_renato_souto.pdf: 4001592 bytes, checksum: 96958c58e808ab2178d4298b5995c41d (MD5) / Made available in DSpace on 2014-04-07T18:45:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 diss_renato_souto.pdf: 4001592 bytes, checksum: 96958c58e808ab2178d4298b5995c41d (MD5)

Submitted by maria carolina coutinho barrozo de freitas (maria.barrozo@cprm.gov.br) on 2014-07-28T18:57:44Z No. of bitstreams: 1 dissertação_raquel cprm FINAL.pdf: 2188538 bytes, checksum: fa1ab185ecdb4fdcb1e23fce9bb0698e (MD5) / Approved for entry into archive by Flasleandro Oliveira (flasleandro.oliveira@cprm.gov.br) on 2014-07-28T18:58:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dissertação_raquel cprm FINAL.pdf: 2188538 bytes, checksum: fa1ab185ecdb4fdcb1e23fce9bb0698e (MD5) / Approved for entry into archive by Flasleandro Oliveira (flasleandro.oliveira@cprm.gov.br) on 2014-07-28T18:59:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dissertação_raquel cprm FINAL.pdf: 2188538 bytes, checksum: fa1ab185ecdb4fdcb1e23fce9bb0698e (MD5) / Made available in DSpace on 2014-07-28T18:59:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertação_raquel cprm FINAL.pdf: 2188538 bytes, checksum: fa1ab185ecdb4fdcb1e23fce9bb0698e (MD5) Previous issue date: 2014 / O aumento da concentração de CO2 na atmosfera após a Revolução Industrial, devido principalmente à queima de combustíveis fósseis, é apontado como um possível responsável pela intensificação do efeito estufa e consequente aumento da temperatura da Terra. Diante disto, tem-se buscado alternativas para diminuir as emissões deste gás. A captura de CO2 é uma técnica satisfatória para alcançar esta diminuição e consiste em separar o CO2 do gás efluente e armazená-lo em local seguro. Uma forma econômica de separá-lo é através de ciclos de reações calcinação-carbonatação, porém com o passar dos ciclos o óxido de cálcio produzido torna-se menos reativo devido à sinterização. Desta forma, é interessante incluir uma etapa intermediária de hidratação do óxido a fim de evitar o fechamento dos poros e manter a capacidade de captura ao longo de um número maior de ciclos. Diante disso, este trabalho visou aproveitar um resíduo em pó rico em calcário, produzido no processamento da apatita da Vale Fertilizantes, para produção de cal e captura de CO2 ao longo de cinco ciclos de reações calcinação-hidratação-carbonatação. Inicialmente, caracterizou-se o resíduo determinando o diâmetro médio de Sauter, as fases cristalinas, a área superficial específica e a faixa de temperatura em que ocorre a decomposição. Posteriormente, elaborou-se um Planejamento Composto Central com as variáveis temperatura e tempo de calcinação e foram utilizadas a análise termogravimétrica para monitorar a capacidade de captura de CO2 e a Norma ASTM-C-110-76 para avaliar a reatividade da cal. Os resultados indicam que, para todos os ciclos, conforme o tempo e a temperatura aumentam, a reatividade também aumenta até atingir um valor máximo e então começa a diminuir, devido à sinterização. Observou-se ainda que para o primeiro ciclo de reações, os experimentos conduzidos a temperaturas mais altas de calcinação proporcionaram maior reatividade e capacidade de captura. Porém, ao longo dos ciclos a diferença entre os resultados alcançados pelas amostras submetidas a diferentes condições de calcinação se torna cada vez menor, e as reatividades e capacidades de captura das amostras tendem para um mesmo valor, independente da temperatura e do tempo de calcinação. Desta forma, a reatividade e a capacidade de captura apresentaram comportamento análogos, sendo fortemente influenciadas pela temperatura e tempo de residência da calcinação no primeiro ciclo e se tornando cada vez mais independentes dessas condições. Observa-se ainda que a máxima capacidade de captura de CO2 diminui com o passar dos ciclos, passando de cerca de 0,42 no primeiro ciclo para cerca de 0,23 no quinto, indicando que a sinterização se torna mais acentuada.

Submitted by Jéssica Gonçalves (jessica.goncalves@cprm.gov.br) on 2014-09-26T18:33:07Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Raquel_Barbosa.pdf: 2188493 bytes, checksum: 862afd2ec6130e684095fc9d65ea1d5b (MD5) / Approved for entry into archive by Flasleandro Oliveira (flasleandro.oliveira@cprm.gov.br) on 2014-09-26T19:09:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação_Raquel_Barbosa.pdf: 2188493 bytes, checksum: 862afd2ec6130e684095fc9d65ea1d5b (MD5) / Approved for entry into archive by Flasleandro Oliveira (flasleandro.oliveira@cprm.gov.br) on 2014-09-26T19:09:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação_Raquel_Barbosa.pdf: 2188493 bytes, checksum: 862afd2ec6130e684095fc9d65ea1d5b (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-26T19:09:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação_Raquel_Barbosa.pdf: 2188493 bytes, checksum: 862afd2ec6130e684095fc9d65ea1d5b (MD5) Previous issue date: 2014 / O aumento da concentração de CO2 na atmosfera após a Revolução Industrial, devido principalmente à queima de combustíveis fósseis, é apontado como um possível responsável pela intensificação do efeito estufa e consequente aumento da temperatura da Terra. Diante disto, tem-se buscado alternativas para diminuir as emissões deste gás. A captura de CO2 é uma técnica satisfatória para alcançar esta diminuição e consiste em separar o CO2 do gás efluente e armazená-lo em local seguro. Uma forma econômica de separá-lo é através de ciclos de reações calcinação-carbonatação, porém com o passar dos ciclos o óxido de cálcio produzido torna-se menos reativo devido à sinterização. Desta forma, é interessante incluir uma etapa intermediária de hidratação do óxido a fim de evitar o fechamento dos poros e manter a capacidade de captura ao longo de um número maior de ciclos. Diante disso, este trabalho visou aproveitar um resíduo em pó rico em calcário, produzido no processamento da apatita da Vale Fertilizantes, para produção de cal e captura de CO2 ao longo de cinco ciclos de reações calcinação-hidratação-carbonatação. Inicialmente, caracterizou-se o resíduo determinando o diâmetro médio de Sauter, as fases cristalinas, a área superficial específica e a faixa de temperatura em que ocorre a decomposição. Posteriormente, elaborou-se um Planejamento Composto Central com as variáveis temperatura e tempo de calcinação e foram utilizadas a análise termogravimétrica para monitorar a capacidade de captura de CO2 e a Norma ASTM-C-110-76 para avaliar a reatividade da cal. Os resultados indicam que, para todos os ciclos, conforme o tempo e a temperatura aumentam, a reatividade também aumenta até atingir um valor máximo e então começa a diminuir, devido à sinterização. Observou-se ainda que para o primeiro ciclo de reações, os experimentos conduzidos a temperaturas mais altas de calcinação proporcionaram maior reatividade e capacidade de captura. Porém, ao longo dos ciclos a diferença entre os resultados alcançados pelas amostras submetidas a diferentes condições de calcinação se torna cada vez menor, e as reatividades e capacidades de captura das amostras tendem para um mesmo valor, independente da temperatura e do tempo de calcinação. Desta forma, a reatividade e a capacidade de captura apresentaram comportamento análogos, sendo fortemente influenciadas pela temperatura e tempo de residência da calcinação no primeiro ciclo e se tornando cada vez mais independentes dessas condições. Observa-se ainda que a máxima capacidade de captura de CO2 diminui com o passar dos ciclos, passando de cerca de 0,42 no primeiro ciclo para cerca de 0,23 no quinto, indicando que a sinterização se torna mais acentuada.

Submitted by Teresa Cristina Rosenhayme (teresa.rosenhayme@cprm.gov.br) on 2015-07-28T12:53:20Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO VERSÃO FINAL (com folha de assinaturas)- Lorena Vaz.pdf: 3425397 bytes, checksum: 6ff9b7befc377de4a0a173188d06615a (MD5) / Approved for entry into archive by Roberta Silva (roberta.silva@cprm.gov.br) on 2015-07-28T13:52:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO VERSÃO FINAL (com folha de assinaturas)- Lorena Vaz.pdf: 3425397 bytes, checksum: 6ff9b7befc377de4a0a173188d06615a (MD5) / Approved for entry into archive by Roberta Silva (roberta.silva@cprm.gov.br) on 2015-07-28T13:52:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO VERSÃO FINAL (com folha de assinaturas)- Lorena Vaz.pdf: 3425397 bytes, checksum: 6ff9b7befc377de4a0a173188d06615a (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-28T14:11:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO VERSÃO FINAL (com folha de assinaturas)- Lorena Vaz.pdf: 3425397 bytes, checksum: 6ff9b7befc377de4a0a173188d06615a (MD5) Previous issue date: 2015