Membranas poliméricas trocadoras de prótons, empregadas em células a combustível com membranas poliméricas trocadoras de prótons (PEMFC), devem apresentar estabilidade química, eletroquímica, térmica e mecânica, além de uma boa condutividade protônica. Atualmente, a membrana comercial Nafion é a mais empregada em PEMFC, porém apresenta diminuição da condutividade em temperaturas superiores a 80 ºC, devido à desidratação, além do alto custo. Visando substituir a Nafion, vários trabalhos têm sido reportados sobre membranas baseadas em blendas, copolímeros, compósitos e nanocompósitos. No presente trabalho, foram modificadas e caracterizadas membrana Nafion 117 e membranas de poli (éter éter cetona) sulfonado (SPEEK) com o líquido iônico (LI) tetrafluoroborato de 1-butil-3-metilimidazólio (BMI.BF4). A modificação constituiu na imersão das membranas em uma solução aquosa do LI, em diferentes tempos de imersão, para a troca do íon H+ pelo íon BMI+. As membranas SPEEK com tempo de incorporação do LI de 2 minutos apresentaram melhor estabilidade dimensional e térmica que a SPEEK pura, alcançando temperaturas de decomposição mais elevadas. Também apresentaram maior valor de condutividade (1,0 mS.cm-1), indicando que o LI BMI.BF4 é um agente promotor da condutividade protônica. O conjunto membrana/eletrodos (MEA) produzido alcançou uma densidade de potência máxima de 0,13 W cm-2 e uma densidade de corrente de 0,54 A cm-2 durante a descarga em uma célula a combustível do tipo PEMFC. Os resultados indicam que as membranas SPEEK tratadas com 2 minutos de imersão em LI constituem um sistema promissor para aplicação como membranas em PEMFC, pois seu desempenho chegou a valores bem próximos com os obtidos com a Nafion comercial, a qual alcançou uma densidade de potência máxima de 0,19 W cm-2 e uma densidade de corrente de 0,77 A cm-2 na PEMFC operando a 80 ºC. / Proton exchange membranes used in fuel cells type PEMFC, must have chemical, electrochemical, thermal and mechanical stability, besides good proton conductivity. Currently, the commercial Nafion membrane is the polymer most used in PEMFC, but shows a fall in conductivity at temperatures higher than 80 ° C, due to dehydration and have high cost. To replace the Nafion, several studies have been reported on membrane-based blends, copolymers, composites and nanocomposites. In this study, the Nafion 117 and poly (ether ether ketone) sulfonated (SPEEK) membranes were characterized and modified with the ionic liquid (IL) 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMI.BF4). The modification consisted of the immersion of the membranes in an aqueous solution of LI in different immersion times to exchange the H + ion for BMI + ion. The SPEEK membranes with 2 minutes of incorporation time with the ionic liquid had better dimensional stability and thermal than the pristine SPEEK membrane, reaching higher decomposition temperatures. They also showed higher conductivity value, approximately 1.0 mS.cm-1, indicating that the ionic liquid BMI.BF4 is an agent promoter of the protonic conductivity. The whole membrane / electrode (MEA) produced reached a maximum power density of 0.13 W cm-2 and a current density of 0.54 A cm-2 in the test in PEMFC. This results indicate that SPEEK membranes treated with 2 minutes of immersion in the IL are a promising system for use as membrane in PEMFC because its performance has reached values very close to those obtained with the commercial Nafion membrane, which achieved a maximum power density of 0.19 W cm-2 and a current density of 0.77 A.cm-2 in a PEMFC operating at 80 °C.

Plantas de osmose inversa utilizam membranas novas para produzir água desmineralizada. Após um período que pode variar entre três a cinco anos, as membranas são substituídas por novas, devido principalmente à redução do seu desempenho a níveis não adequados para a produção de água com as características desejadas. Este procedimento gera uma enorme quantidade de módulos rejeitados, ocasionando um problema ambiental. O presente trabalho tem como objetivo estudar o aproveitamento de membranas de osmose inversa descartadas dos processos de desmineralização de águas para o reuso no tratamento da corrente de purga de uma torre de resfriamento. O permeado produzido servirá como água de reposição para a mesma torre, localizada em uma empresa do Pólo Petroquímico. Para tanto, técnicas de limpeza química, conservação de membranas e dosagens de produtos químicos foram avaliadas em testes envolvendo um sistema piloto. Um módulo de membrana seca (sem conservação), um módulo conservado com uma solução biocida e um módulo retirado da unidade de desmineralização de água e imediatamente instalado na planta piloto foram testados. Observou-se a influência do tipo de conservação no fluxo permeado inicial apresentado pelos módulos. O módulo com membrana seca apresentou o pior fluxo permeado inicial, seguido pelo módulo que a membrana foi conservada com uma solução biocida. O maior fluxo permeado inicial foi obtido com o módulo coletado no momento do descarte e imediatamente instalado no sistema piloto. A utilização de ácido cítrico, hidróxido de sódio e bissulfito de sódio para a realização de limpezas químicas mostrou-se eficiente na remoção de incrustações e recuperação do fluxo permeado. Constatou-se que o pré-tratamento presente na planta piloto foi ineficiente para tratar a água de alimentação do sistema, comprometendo o tempo de vida útil das membranas e aumentando a frequência de limpezas químicas. Autópsias destrutivas nas membranas indicaram a formação de incrustações com altos teores de sílica e matéria orgânica. Análises laboratoriais indicaram que o permeado produzido possui qualidade superior ao da água clarificada produzida pela empresa que é atualmente utilizada como água de reposição para a torre de resfriamento. A reutilização de membranas descartadas em outras etapas do mesmo processo pode auxiliar na redução da geração de efluentes e redução de resíduos sólidos; além de diminuir a quantidade de água captada em processos industriais. / Reverse osmosis plants use new membranes to produce demineralized water. After a period of three to five years, the membranes are replaced by news ones due to levels of treatment which are not suitable for production of water with the desired characteristics. This process generates a lot of rejected modules causing an environmental problem. The present work aims to study the use of reverse osmosis membranes disposed from demineralization water systems for the reuse in treatment of purge stream of a cooling tower. The permeate produced will be used as make- up water for the same tower in one petrochemical company. For this, chemical cleaning, preservation of membranes and dosages of chemicals were evaluated in tests involving a pilot system. One dry module (no storage), one module stored with biocide solution and one module installed in the pilot plant immediately were tested. Moreover, the influence of conservation in the initial permeate flux were observed. The dried membrane module had the lowest initial permeate flux, followed by the membrane module which was kept with a biocide solution. The higher initial permeate flux was obtained with the module collected at the time of disposal and immediately installed in the pilot system. The use of citric acid, sodium hydroxide and sodium bisulfate in chemical cleaning to remove fouling and recovery the permeate flux was efficient. A further result was that the pre-treatment present in the pilot plant was ineffective to treat feed water system. This compromises the life time of membranes and increases the frequency of chemical cleanings. Furthermore the destructive autopsy indicated the formation of fouling with high concentrations of silica and organic matter. Laboratory tests indicated that the produced permeate has higher quality than clarified water produced by the company and which is currently used as make- up water for the cooling tower. As a result it can be assumed that the reuse of membranes disposed at other stages of the same process can not only help to reduce the generation of effluents and waste, but also it can help to decrease the amount of water collected in industrial processes.

Nos últimos anos, os processos de separação por membranas têm recebido atenção especial frente a outras alternativas de operações unitárias de separação. Isto se deve às várias características únicas típicas destes processos, o que os torna muito competitivos economicamente quando comparados com processos de separação já bem estabelecidos. A alta seletividade, flexibilidade de operação, maior facilidade para a separação de compostos termolábeis, dentre outras vantagens, trazem como conseqüência o uso das membranas como alternativas promissoras em vários ramos da Engenharia Química, e até mesmo em diversas áreas do conhecimento, tais como Medicina, Farmácia, Biotecnologia, Indústria Aeroespacial, dentre muitas outras.Aliada a estas características, as técnicas de simulação fluidodinâmica têm também crescido, principalmente devido ao aumento na capacidade de processamento dos computadores modernos. Por causa da ainda recente impossibilidade de obter-se uma solução analítica completa para a grande maioria dos escoamentos, as técnicas numéricas, quando combinadas com o pré-processamento (definição do problema físico e condições de contorno), processamento (solução das equações governantes) e pós-processamento (visualização e análise dos resultados), permitem a solução dos mais diversos tipos de problemas. No caso dos processos de separação envolvendo membranas, o grande interesse está focado no comportamento da camada limite de polarização por concentração, o qual é um fenômeno que comumente causa alguns problemas. Desta forma, o uso de uma ferramenta para a resolução de escoamentos complexos torna possível a compreensão destes fenômenos, aumentando em muito a qualidade do projeto e de possíveis tomadas de decisões em processos de separação envolvendo membranas.Neste trabalho, um programa de simulação fluidodinâmica comercial, chamado CFX, foi utilizado para realizar uma série de simulações de processos de separação com membranas, comparando-se os dados obtidos com aqueles presentes na literatura. Foram analisados alguns estudos de caso, dentre os quais: microfiltração tangencial de suspensão de partículas de sílica, escoamento de água em módulo de microfiltração para diferentes geometrias e ultrafiltração de soluto macromolecular (albumina de soro bovino ou BSA). Os resultados da microfiltração de partículas desílica e da ultrafiltração de BSA primeiramente foram comparados com dados experimentais, considerando-se a estrutura porosa da membrana nas simulações. Posteriormente os mesmos sistemas foram simulados levando-se em conta apenas o escoamento dentro do canal, e os resultados foram comparados com modelos clássicos de previsão de fluxo permeado presentes na literatura. Uma proposta para a simulação do fluxo através da correção do coeficiente de difusão da proteína BSA foi realizada, pois existem muito poucos modelos que tratam dos problemas relativos à separação de solutos de alta massa molar. Além disso, simulações de problemas envolvendo simples escoamentos foram também realizadas, de forma a avaliar o simulador frente às soluções analíticas destes problemas.Concluiu-se que o CFX é capaz de reproduzir resultados experimentais e teóricos com um bom grau de concordância, e que fatores como pressão transmembrana e parâmetros de turbulência afetam os resultados, bem como os desvios em relação aos experimentos e modelos testados. / In the last years, membrane separation processes have received a special attention when compared with other unit operations of separation. This is due to several unique features of these processes, which make them economically competitive with other even well-established separation processes. The high selectivity, the operation flexibility, the separation of thermo labile compounds, among other advantages, make the use of membranes a promising alternative in several branches of Chemical Engineering, and even in other areas of knowledge, such as Medicine, Pharmacy, Biotechnology, Aerospace Industry, among many others. Besides, the techniques of fluid dynamics simulation have also grown, especially due to increasing in computer processing capacity. Because of the impossibility in obtaining a complete analytical solution for most flow problems, a numerical procedure can be applied in order to achieve the solution. Concerning the membrane separation processes, the great interest is focused in the study of the concentration polarization boundary layer, a phenomenon that commonly causes flux decline and changes in membrane retention. Thus, the use of a tool which can be used to solve complex flow problems can help in the understanding of these phenomena, increasing the quality of the design of separation processes with membranes. In this work, a commercial fluid dynamics software, CFX, was used to carry out many membrane processes simulations, and the data obtained were compared with ones available in the literature. The following case studies were investigated: cross flow microfiltration of silica particles suspension, flow of water in microfiltration modules with different geometries and ultrafiltration of macromolecular solute (bovine serum albumin, or BSA). The results of microfiltration of silica particles suspension and ultrafiltration of BSA were firstly compared with experimental data, considering the porous structure of the membrane in these simulations. Later on, the same systems were simulated taken into account only the flow within the channel, and the results were compared with classical models for permeate flux prediction presented in the literature. A model to simulate flux by means of the correction of the diffusion coefficient of BSA protein was carried out, since there are only few models to treat the problems about separation of solutes with high molar mass.It has been concluded that CFX is able to reproduce experimental and theoretical results in a good concordance, and parameters such as transmembrane pressure and turbulence affect the results, as well as the deviations in relation to experiments and models tested.

A indústria de petróleo consome grandes quantidades de água nas operações industriais de refino, especialmente para resfriamento de equipamentos e produção de vapor de água. A utilização de água nas torres de resfriamento representa uma fonte considerável de problemas ambientais, devido ao grande volume de água captado, às perdas por evaporação e ao descarte de efluentes. Por outro lado, as aplicações dos processos de separação com membranas vêm aumentando na área de recuperação e reaproveitamento de águas e correntes de processo, bem como no tratamento de efluentes. No parque industrial brasileiro há várias indústrias do ramo de petróleo que utilizam a osmose inversa para desmineralizar a água, produzindo um volume de elementos de membranas muito grande que é simplesmente descartado. Membranas de osmose inversa possuem um tempo de vida útil que varia de três a cinco anos, após esse período essas membranas são descartadas e substituídas por novas, gerando volumes de resíduos sólidos estocados nos pátios das empresas, sem qualquer utilidade. Portanto, além da geração de efluentes nos processos produtivos, outro problema ambiental que surge com a utilização de processos de separação com membranas é a geração de resíduos. O presente trabalho faz parte de um projeto que tem como objetivo estudar, junto à unidade de Utilidades da empresa Braskem UNIB, em Triunfo, a viabilidade do reaproveitamento de membranas de osmose inversa descartadas do processo de desmineralização de águas com a finalidade de reúso destas para o tratamento da corrente de purga das torres de resfriamento. Para tanto, é necessário construir, junto à empresa, uma unidade piloto a fim de se testar a possibilidade de reúso dessa corrente de água e do reaproveitamento das membranas usadas. O objetivo específico deste trabalho é a construção da unidade piloto, que inclui as etapas de projeto, aquisição, montagem e pré-operação desta unidade, além de testes preliminares de caracterização das membranas com água filtrada e com a corrente de purga. Também foram realizados experimentos em escala de bancada com as membranas descartadas do processo. Os resultados obtidos em escala de bancada foram satisfatórios, comprovando a viabilidade da aplicação deste estudo em escala piloto. Embora os resultados encontrados em escala piloto não sejam conclusivos, os testes preliminares realizados, a metodologia aplicada e as modificações sugeridas mostraram ser adequados à continuidade do projeto. O presente trabalho demonstrou ser de grande relevância, podendo proporcionar benefícios de grande alcance, uma vez que ao aumentar o tempo de vida útil das membranas pela aplicação destas para outras finalidades, obter-se-á a redução tanto da geração de resíduo industrial e de efluentes, como do volume de água captada para o processo industrial. / The petroleum industry consumes great amounts of water in its industrial operations of refining, especially for cooling and water vapor production. The water used in the cooling towers represents a considerable source of environmental problems, due to the huge volume of collected water, to the losses by evaporation and to the effluents discharge. On the other hand, the applications of the membrane separation processes are increasing in areas like recovery and reuse of water, wastewater and other process streams. In Brazil, several chemical and petrochemical companies are using reverse osmosis (RO) in the water demineralization process; RO membranes have a life time that varies from three to five years; after this period these membranes are disposed of and replaced by new ones, resulting in an industrial solid waste problem. Therefore, besides the wastewater generation, another problem that arises is the disposal of reverse osmosis membranes that have lost their efficiency. The present work is part of a major project which has been developed between Braskem and the Chemical Engineering Department of UFRGS. The main purpose of this project is to study the reuse of old membranes, discarded from the demineralization process, for the treatment of wastewater of the purge of the cooling tower. The specific objective of this work is the construction of a pilot plant to test the possibility of reuse both the wastewater and the old reverse osmosis membranes. The construction of the unit includes design, acquisition, assembly and pre-operation; besides several tests were performed, such as membrane characterization related to saline retention and permeate flux, and preliminary tests with the purge stream. Also, experiments in bench scale have been carried out to establish the feasibility of reuse discarded reverse osmosis membranes. The results obtained in bench scale provided a good insight of the technical viability of reuse, encouraging the application of this study in a pilot scale. Although the results found in pilot plant are not conclusive, the preliminary tests carried out showed that the unit is versatile allowing several tests, in different operating conditions, with different chemical products, and even with membranes from different manufactures. The present work has shown that the construction of the pilot plant has a considerable relevance, being able to provide economical and environmental benefits of great extent, by increasing the life time of the membranes, by reducing the effluent generation and diminishing the fresh water collection.

Nas últimas décadas, todos os países começaram a se preocupar com as questões ambientais e com a proteção ao meio ambiente. Esta preocupação é decorrente, principalmente, das normas e legislações ambientais que estão cada vez mais rígidas. A indústria galvânica é uma das principais atividades que sofreram, e ainda estão sofrendo, modificações para se adequar ao “ambientalmente correto”. A indústria de tratamento de superfícies é uma das grandes geradoras de resíduos perigosos pelo fato de apresentar em sua constituição componentes potencialmente tóxicos como cádmio e cromo. Com o objetivo de minimizar esta toxicidade novas linhas de revestimentos livres destes componentes estão sendo utilizadas, como os nanocerâmicos. Estas linhas já são empregadas mundialmente e vêm ganhando cada vez mais mercado, no entanto é um processo aplicado há menos de quinze anos, não possuindo ainda um estudo sistemático do tratamento dos efluentes gerados, visando reúso de água e de produtos químicos. Assim, este trabalho foi realizado tendo em vista desenvolver uma alternativa de tratamento apropriada para o efluente de revestimento nanocerâmico. Foi avaliada a utilização de processos de separação por membrana (PSM) para o tratamento de um efluente sintético a partir de linha de revestimentos nanocerâmico à base do ácido hexafluorzicônico. Três PSM foram testados: eletrodiálise (ED), microfiltração (MF) e nanofiltração (NF). Os resultados obtidos indicaram que três parâmetros foram os fatores determinantes do desempenho positivo ou negativo de cada um dos processos: tipo de membrana, complexação do elemento zircônio e pH da solução. Variações de pH de soluções contendo zircônio produzem diferentes complexos, que dependendo das características das membranas filtrantes (tamanho de poro e carga superficial) podem ser transportados, retidos e/ou rejeitados; determinando, assim, se ao final do PSM serão obtidas uma solução concentrada em Zr e F e outra sem a presença destes. Os melhores resultados obtidos para a NF, tornam este processo uma opção aplicável no tratamento de efluentes de linhas de revestimentos nanocerâmicos à base do ácido hexafluorzircônico. / In recent decades, all countries began to worry about environmental issues and the environmental protection. This concern is mainly due to the environmental rules and laws that are increasingly strict. The galvanic processes is one of the main activities that have suffered, and are still suffering, modifications to suit the "environmentally friendly". The surface treatment industry is a considerable generator of hazardous wastes because they had potentially toxic components in its constitution, as cadmium and chromium. In order to minimize this toxicity new coatings lines, free of these components, are being used, as nanoceramics. These lines are already used worldwide and are gaining more market, however it is a process applied for less than fifteen years, not having a systematic study of the treatment of effluents, aiming reuse of water and chemicals. This study was conducted in order to develop an appropriate alternative treatment for the effluent of nanoceramic coating process. The use of membrane separation processes (MSP) to treat a synthetic wastewater from a nanoceramic process based on hexafluorozirconic acid was evaluated. Three MSP were tested: electrodialysis (ED), microfiltration (MF) and nanofiltration (NF). The results indicated that three parameters were the determinants of positive or negative performance of each process: type of membrane, complexation of zirconium and pH of solution. The pH variations of solutions containing zirconium produce different complexes, and depending on the characteristics of membrane filters (pore size and surface charge), theses complexes can be transported, retained and/or rejected. This fact is crucial to know if at the end of the MSP a concentrated solution with Zr and F and other without the presence of this ions will be produced. The best results were obtained for the NF, which makes this process an option in the treatment of effluents from nanoceramic coatings lines base on hexafluorozirconic acid.

Cada vez mais muitos processos industriais convencionais de separação, tais como destilação, centrifugação e extração com solventes, entre outros, estão sendo substituídos pelos processos de separação por membranas em virtude desses apresentarem vantagens em relação aos processos convencionais, além de serem considerados uma tecnologia limpa. Entre estas vantagens pode-se citar a economia de energia, pois não envolvem mudança de fase; a possibilidade de processamento de substâncias termolábeis, pois podem operar à temperatura ambiente; a maior seletividade; a facilidade de scale – up, pois são modulares e não extensivos em mão de obra, entre outros. Uma característica limitante destes processos é a existência de uma camada de elevada concentração de partículas ou moléculas que se forma próxima à superfície da membrana e que ocasiona uma redução no fluxo permeado, podendo modificar as características de retenção da membrana. Este fenômeno é conhecido como polarização por concentração. O entendimento dos mecanismos de polarização é considerado de grande importância neste campo e o estudo e validação de modelos matemáticos preditivos torna-se necessário para se obter sucesso na aplicação dos processos com membranas no meio industrial O objetivo geral deste trabalho consiste na análise teórico-experimental do processo de microfiltração tangencial com suspensão aquosa de partículas de sílica. O objetivo específico é a utilização de dados experimentais para a estimação de um parâmetro do modelo matemático que descreve o perfil de concentração na superfície da membrana ( membrana). A configuração tangencial implica que a alimentação, contendo as partículas a serem removidas ou concentradas, flui paralelamente à superfície da membrana reduzindo, assim, o fenômeno de polarização por concentração. Os experimentos foram efetuados em uma unidade de bancada de microfiltração tangencial, também conhecido como fluxo cruzado, em um módulo para membrana plana com canal de escoamento retangular sob condições de escoamento laminar. Os seguintes parâmetros foram variados durante os experimentos: pressão transmembrana, velocidade tangencial e concentração de partículas de sílica Os dados experimentais foram utilizados em uma modelagem matemática, baseada nas equações fundamentais da mecânica dos fluidos e da transferência de massa, que considera as propriedades físicas da suspensão, viscosidade dinâmica e difusividade mássica, variáveis com a concentração de sílica para se estimar a concentração máxima de sílica junto à superfície da membrana. Esta modelagem engloba os parâmetros operacionais, bem como as características da membrana nesta única variável. Com a finalidade de se verificar como a concentração máxima sobre a membrana é afetada pelas condições operacionais e, conseqüentemente, como esta afeta o fluxo permeado, a concentração máxima sobre a superfície da membrana é apresentada em função das condições operacionais variadas durante os experimentos de microfiltração. Finalmente, após a estimação desta variável, pôde-se concluir que ela é influenciada pelas condições operacionais típicas do processo de microfiltração tangencial, tais como velocidade tangencial de escoamento, pressão através da membrana e concentração da alimentação.

Dissertação(mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos, Escola de Química e Alimentos, 2009. / Submitted by Caroline Silva (krol_bilhar@hotmail.com) on 2012-08-23T22:23:17Z No. of bitstreams: 1 dissertao_ana paula rosa da silva.pdf: 605920 bytes, checksum: e5c8aacf84203b41f2ba0dfba76d5ab2 (MD5) / Approved for entry into archive by Bruna Vieira(bruninha_vieira@ibest.com.br) on 2012-11-06T23:06:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dissertao_ana paula rosa da silva.pdf: 605920 bytes, checksum: e5c8aacf84203b41f2ba0dfba76d5ab2 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-11-06T23:06:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertao_ana paula rosa da silva.pdf: 605920 bytes, checksum: e5c8aacf84203b41f2ba0dfba76d5ab2 (MD5) Previous issue date: 2009 / A enzima b-galactosidase pode ser encontrada na natureza, distribuída entre vegetais, em órgãos de animais e também ser produzida por grande quantidade de microrganismos, tais como fungos filamentosos, bactérias e leveduras. A importância industrial da b-galactosidase está na sua aplicação na indústria de laticínios. Esta enzima hidrolisa a lactose, carboidrato característico do leite em seus monossacarídeos glicose e galactose, melhorando a solubilidade e digestibilidade do leite e derivados lácteos, ideais para consumidores intolerantes à lactose. A b- galactosidase é muito produzida por leveduras do gênero Kluyveromyces, sendo uma enzima intracelular. A purificação da b-galactosidase constitui uma etapa complexa do processo, pois para produtos intracelulares é necessário efetuar o rompimento celular, causando aumento da viscosidade ampliando a diversidade de contaminantes, necessitando de muitas etapas de purificação para remover a enzima desejada, o que aumenta o custo do processo e reduz o seu rendimento. O sistema aquoso bifásico(SAB) é uma alternativa para o primeiro passo de purificação, por remover vários contaminantes em um processo simples e econômico. Os processos de separação por membrana (PSM), como a ultrafiltração, são uma alternativa entre os processos de separação existentes para recuperar, concentrar e até purificar macromoléculas. Estes processos oferecem vantagens como a possibilidade de separação dos produtos e operação em temperaturas brandas, o que os torna adequados para separação de compostos termolábeis como as enzimas. A partir disto este trabalho teve por objetivo estudar a purificação da enzima b-galactosidase de Kluyveromyces marxianus CCT 7082 utilizando a técnica de sistema aquoso bifásico (SAB) e ultrafiltração, determinando as condições de purificação, considerando a pureza e o rendimento da enzima. Na purificação por SAB o sistema era formado por polietilenoglicol (PEG) e tampão fosfato de potássio, sendo avaliadas as variáveis pH (6,0; 7,0; 8,0) e massa molar de PEG (300, 1500, 4000, 6000, 8000 e 10000). A melhor das condições obtida foi com fator de purificação da b-galactosidase de 10,1 vezes e recuperação de 175,2% na fase de fundo do SAB utilizando PEG 8000 no pH 8,0. Testes de ultrafiltração foram realizados a fim de selecionar a massa molar de corte (10, 50 e 60 KDa) de uma membrana comercial mais adequada ao processo, na qual permitisse a passagem da menor quantidade de enzima para o permeado, o que foi quantificado por medidas de atividade enzimática e do teor de proteína na alimentação e no permeado após cada teste. Para o fracionamento com membranas foi utilizado o sistema pH 6,0 e a temperatura entre 5-10 ºC em pressão manométrica de 147,1 KPa em uma célula de ultrafiltração tipo “dead-end” com agitação magnética. A membrana de massa molar de corte de 50 KDa foi a que apresentou melhores resultados, permitindo uma recuperação de 66,3% e fator de concentração de 7,6 vezes. Foi avaliada a variação de pH (6,0; 7,0; 8,0) e adição de NaCl à solução de alimentação contendo a enzima utilizando a membrana de 50 KDa selecionada anteriormente. Através dos resultados obtidos, foi verificado que mudanças no pH e na força iônica da solução enzimática não levaram a melhoria na separação. / The enzyme b-galactosidase can be found in the nature, distributed among vegetables, in organs of animals and they are also produced by a great amount of microorganisms, such as filamentous fungi, bacteria and yeasts. The industrial importance of the - galactosidase is in its application in the dairy industry. This enzyme hydrolyzes the lactose, the characteristic carbohydrate of the milk, in their monossacarides glucose and galactose, improving the solubility and digestibility of the milk and milk-based products, what is ideal for consumers intolerant to lactose. The b-galactosidase is highly produced by the yeast genus Kluyveromyces, being an intracellular enzyme. The purification of the b-galactosidase constitutes a complex stage of the process, because for intracellular products it is necessary to break the cells, causing an increase in the viscosity and in the diversity of contaminants. This increase the need for many purification steps for removing the desired enzyme, what increases the cost of the process and reduces its yield. The aqueous two-phase system (ATPS) is an alternative for the first step of purification, since it can remove many contaminants in a simple and economical process. The membrane process (MP), such as ultrafiltration, is an alternative to the existing processes of separation to recover, concentrate and even purify macromolecules. These processes offer advantages as the separation of the products and operation at mild temperatures, which makes this process suitable for heat sensitive compounds, as enzymes. This work aimed to study the purification of the enzyme b-galactosidase produced by Kluyveromyces marxianus CCT 7082 using aqueous two-phase systems (ATPS) and ultrafiltration, determining the purification condictions and considering the purity and the yield of the enzyme. In the purification using ATPS, the system consisted in polyethyleneglycol (PEG) and potassium phosphate buffer. The pH (6.0; 7.0; 8.0) and molecular weight of PEG (300, 1500, 4000, 6000, 8000 and 10000) were evaluated. The best factor of purification of b- galactosidase was 10.1-fold and recovery of 175.2% in the top phase of ATPS using PEG 8000 at pH 8.0. Ultrafiltration tests were carried out to more select the most suitable molecular weight cut off (10, 50 and 60 KDa) of commercial membranes, which allowed the permeation of the least amount of enzyme to the permeate. The enzymatic activity and the protein content in the feed and permeate were measured in each test. The permeation runs were carried out at pH 6.0 and at 5-10 ºC, in a feed manometric pressure of 147.1 KPa, using a dead-end stirred ultrafiltration cell. The membrane wit MWCO of 50 KDa was the one that presented the best results. yielding a 66.3% recovery and a concentration factor of 7.6. The variation in pH from 6.0 to 8.0 and the addition of NaCl to the feed solution cotaining the enzyme were assessed. The results showed that the changes in pH and ionic strength did not influence separation performance, showing the efficiency of the ultrafiltration process in the recovery and concentration of the enzyme.

Orientador: Nilce C. Meirelles / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-07-21T00:08:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Galembeck_Eduardo_M.pdf: 22053237 bytes, checksum: b7c5216a4040762dae1faac0640c1513 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Muitos surfatantes apresentam efeitos sobre a membrana de hemáceas, bem conhecidos na literatura e dependentes da concentração: em concentrações elevadas surfatantes são hemolíticos, mas em concentrações baixas protegem a membrana. Cada efeito depende do tipo de interação do surfatante com a membrana, da ocorrência ou não de ligação entre ambos e das modificações que o surfatante introduz na membrana. Tem sido verificado que as características e consequências da interação do surfatante com a membrana dependem da estrutura desse: características da parte polar e da parte apolar, presença ou não de cargas, natureza dos grupos presentes na estrutura. No presente trabalho, foi realizado o estudo dos efeitos da interação da membrana eritrocitária com uma família de surfatantes bastante conhecida e utilizada em meios biológicos, a dos nonilfenóis etoxilados, considerando-se também moléculas que apresentam um alto grau de etoxilação. Para isso foram utilizados os surfatantes Renex (nome comercial da série dos nonilfenóis etoxilados utilizada) 95, 200 e 1000, contendo uma média de 9, 5, 20 e 100 moles de óxido de etileno por mol de nonilfenol, respectivamente. A caracterização dos surfatantes foi feita através dos seus espectros de RMN e IV, que confirmaram a composição e o número de moles de óxido de etileno por mol de nonilfenol das amostras estudadas. Foram realizados experimentos para a determinação de prropriedades físico-químicas dos surfatantes da série Renex relevantes para as alterações funcionais da membrana eritrocitária: i) a CMC, que diz respeito à formação de micelas, foi determinada por espectroscopia de fluorescência e RPE; ii) o parâmetro de ordem do marcador de spin, em micelas, que informa sobre a fluidez da fase micelar, foi determinado por RPE. O Renex 95 mostrou a menor CMC (0,075 mM) a uma micela menos fluida que o Renex 200, que por sua vez mostrou uma CMC menor (0,11 mM) e uma micela menos fluida que o Renex 1000 (CMC = 0,75 mM).Em uma segunda fase, foram feitos experimentos para a determinação dos efeitos de surfatante sobre a hemólise em meio hiposmótico de eritrócitos humanos integros. Foi também determinada a capacidade de solubilização de fosfolipídios das membranas eritrocitárias (ghosts) em soluções de surfatantes. O Renex 95 apresentou tanto a propriedade de hemolisar os eritrócitos como de solubilizar sua membrana. O Renex 200 não é hemolítico nem tem a capacidade de solubilizar a membrana. O Renex 1000, além de não apresentar propriedade hemolítica, mostrou ser um eficiente agente protetor da membrana contra a hemólise e também não apresentou capacidade de solubilizar a membrana.Os fatos observados no presente trabalho sugerem que surfatantes com cadeia longa de polioxido de etileno, além de apresentarem uma menor penetração das cabeças polares na membrana, impedindo assim que essas sejam solubilizadas, formam uma capa hidrofílica externa à célula que estabiliza a pressão osmótica externa á membrana e a protege da hemólise hiposmótica / Abstract: Concentration-dependent surfactant effects on erythrocite membranes are well-known, in the literature: high concentrations are haemolytic but low concentrations are often protective. These effects will depend on the pattern of surfactant interaction with the membrane, on surfactant-membrane binding and on its consequences, which in turn depend on surfactant structural characteristics: nature and sizes of polar and apolar groups as well as the presence (or not) of charges.This is a study on the effects of a well-known surfactant family, widely used in bilogical studies, on the erythrocite membrane. Surfactants used are ethoxylated nonylphenols, including two compounds with a high degree of ethoxylation. Renex brand (types 95, 200 and 1000 ) surfactants were used, with an average 9.5, 20 and 100 ethylene oxide residues per mol of phenol, respectively.Surfactant characterization was done by NMR and IR spectroscopies, which confirmed the stated composition and the average number of ethylene oxide residues per molecule.Two physico-chemical properties of Renex surfactants were determined, relevant for their interactions with membranes: i) critical micelle concentrations were determined by fluorimetry and by ESR; ii) spin-Iabel order parameter within micelles were determined by ESR, and give information regarding micelle apolar medium fluidity. Renex 95 has the lowest cmc (0.075 mM) and its micelles are the least fluíd. The cmc's of Renex 200 and 1000 are 0.11 and 0.75 mM respectively, and Renex 1000 micelle is the most fluid.Two other types of experiments were performed: i) surfactant effect on whole erythocite membrane within hyposmotic media was determined; ii) membrane ghost phospholipid solubilisation in surfactant solutions was evaluated. Renex 95 is haemolytic (at higher concentrations) and solubilizes phospholipids. On the other hand, Renex 1000 protects the cell against haemolysis and does not show the ability to solubilize the membrane / Mestrado / Bioquimica / Mestre em Ciências Biológicas

Orientador: Hilary Castle de Menezes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-22T18:24:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Petrus_JoseCarlosCunha_D.pdf: 9572373 bytes, checksum: 9f7a98b200ca6bd12c0c9c146e8fce2c (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Membranas microporosas e assimétricas foram preparadas pela técnica de inversão de fases a partir de PVDF (Polifluoreto de vinilideno) puro ou associado a outros polímeros, como o PMMA (Polimetilmetacrilato), PVP (polivinilpirrolidona) e PVAc (Poliacetato de vinila). Foi feito um estudo dos efeitos da variação nas condições de preparo das membranas. Constataram-se que diferenças morfológicas e funcionais são acentuadas, mesmo quando pequenas variações são introduzi das, tanto na composição da solução polimérica, quanto nas condições de preparo das membranas. As principais técnicas utilizadas na caracterização das membranas foram a microscopia eletrônica de varredura, a espectroscopia de absorção na região do infravermelho, a calorimetria de varredura diferencial e ensaios de permeabilidade e retenção. As membranas com melhores desempenhos foram utilizadas na clarificação de suco de frutas, principalmente de maçã, através de uma unidade piloto de ultrafiltração. Fluxos de permeado da ordem de 170 Uhm2 foram obtidos com membranas de PVDF/PVAc, a 50°C, 2,0 Kgf/cm2 e com velocidade tangencial de 0,8 m/s. Após limpeza e sanitização, o fluxo de permeado através da membrana, retomou aos valores iniciais demonstrando a reversibilidade do processo de colmatagem. Todos os sucos clarificados apresentaram turbidez inferior a 2,0 NTU, mesmo após estocagem por um período de 6 meses à temperatura ambiente, podendo ser considerados como de excelente qualidade. Pela determinação das resistências individuais ao fluxo de permeado, verificou-se que a mais importante delas é devida à camada de gel que se forma na superfície da membrana que passa a funcionar como uma segunda membrana. A análise sensorial do suco de maçã, elaborado a partir do concentrado estocado por 6 meses, sob refrigeração, comprovou a qualidade do produto / Abstract: Microporous asymmetric membranes were prepared using the technique of phase inversion from both pure PVDF (Polyvinylidene fluoride) and PVDF associated with other polymers such as PMMA (Polymethylmethacrylate), PVP (Polyvinylpyrrolidone) and PVAc (Polyvinylacetate). The effects of varying the conditions of preparation of the membranes were studied. Accentuated morphological and functional differences were shown to be produced with relatively small variations both in the composition of the polymeric solution and in the conditions used to prepare the membranes. The main techniques used to characterize the membranes were scanning electron microscopy, infrared spectroscopy, differential scanning calorimetry and permeability and retention assays. Membranes showing the best performances were used to clarify fruit juices, mainly apple juice, using a pilot-scale ultrafiltration unit. Permeate flow rates of the order of 170 Uhm2 were attained with PVDF/PVAc membranes at 50De, 2.0 Kgf/cm2 and a tangential velocity of 0.8 m/s. After cleaning and sanitization of the membrane, the flow rate returned to the initial values. All the clarified juices showed turbidity values below 2.0 NTU (Nephelos Turbidity Units) even after 6 months storage at room temperature. It was shown that the major factor causing resistance to permeate flow was the layer of gel forming at the filter surface during clarification. A sensory analysis of the apple juice, reconstituted after 6 months refrigerated storage in the concentrated form, demonstrated the high quality of the product / Doutorado / Doutor em Tecnologia de Alimentos

Orientador: Maria Helena Andrade Santana / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-22T19:05:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ribas_AlessandroMarra_M.pdf: 3158406 bytes, checksum: d1b6bb2251e7c8fb427735b4f282d768 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Lipossomas ou vesículas lipídicas, são estruturas nas quais os fosfolipídios agregam-se em bicamadas, formando partículas capazes de encapsular compostos de natureza tanto hidrofilica quanto hidrofóbica. Essas características fazem dos lipossomas um sistema muito atrativo para diversas aplicações, dentre as quais o encapsulamento e liberação controlada de medicamentos. Um dos principais problemas associados com as aplicações de lipossomas "in vivo" é a perda de estabilidade da bicamada lipídica em presença de fluidos biológicos. As interações com proteinas ou com outras substâncias que apresentam atividade de superficie desestruturam a bicamada, provocando a liberação indesejável do composto encapsulado / Abstract: Ljposomes or lipids vesicles,are structures in which the phospholipids agregate in bilayers, forming particles able to encapsulate compounds with both hydrophilic and hydrophobic character. This feature make liposomes a very attractive system for several applications, such as drug encapsulation for controlled delivery. One of the main problems associated with liposomes aplications 'lu vivo" is the lack of lipid bilayer stability in presence of biological fluids. The interaction with proteins or other substances which have surface activity desestructure the bilayer, causing the undesirable delivery of the encapsulated compound / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química