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Biomateriais à base de quitosana de camarÃo e bactÃrias para remoÃÃo de metais traÃos e petrÃleo / Biomaterials based on chitosan of shrimp and bacteria to remove traces of metals and oil

Tecia Vieira Carvalho 04 June 2006 (has links)
Ao mesmo tempo em que se avolumam os problemas ambientais causados pelos impactos de atividades industriais o homem tenta aperfeiÃoar ou desenvolver novas tÃcnicas de descontaminaÃÃo. A biorremediaÃÃo se destaca pela ampla gama de microrganismos que podem metabolizar muitos dos principais poluentes, alÃm de nÃo deixar resÃduos ou subprodutos recalcitrantes, como geralmente ocorre com outras tÃcnicas. Uma das mais recentes inovaÃÃes nesta Ãrea diz respeito ao uso de microrganismos imobilizados. A imobilizaÃÃo traz uma serie de vantagens, alÃm de facilitar o controle do processo e dos microrganismos. A quitosana, um polissacarÃdeo natural que pode ser obtido de carapaÃas de crustÃceos, agrega vÃrias caracterÃsticas que o tornam um suporte ideal para imobilizaÃÃo de certos organismos. Destaca-se sua biodegradabilidade, lipofilicidade, capacidade de formar gel e microesferas, alÃm de poder ser reticulado. Neste trabalho foi preparada uma quitosana a partir de quitina de carapaÃas de camarÃo com grau de desacetilaÃÃo de 78% e massa molar mÃdia de 117.000 Da. Esse polÃmero serviu de matriz para imobilizaÃÃo de uma cepa da bactÃria Staphylococcus saprophyticus subsp. saprophyticus, selecionada pela hidrofobicidade de sua parede celular, o que a torna um emulsificante. Foram produzidos esferas, membranas, filmes e hidrogÃis de quitosana sem e com a bactÃria imobilizada. Os produtos foram testados quanto à capacidade de emulsificaÃÃo de misturas Ãleo-Ãgua, remoÃÃo de cobre e chumbo de amostras de Ãguas contaminadas e como coagulantes de Ãleo em Ãgua. Os produtos tambÃm foram avaliados quanto à resistÃncia mecÃnica, uniformidade, solubilidade, alÃm de serem analisados por microscopia eletrÃnica de varredura. Os resultados mostraram que a incorporaÃÃo da bactÃria a quitosana melhorou significativamente a resistÃncia desse polÃmero. A membrana de quitosana suportou atà 53,62 Mpa enquanto uma membrana semelhante contendo bactÃrias imobilizadas suportou atà 73,96 Mpa. As esferas com a bactÃria tambÃm se destacaram pela uniformidade e resistÃncia a agitaÃÃo mecÃnica durante os testes de emulsificaÃÃo de misturas Ãleo-Ãgua. As esferas com cÃlulas ao contrÃrio das esferas sem cÃlulas promoveram a emulsificaÃÃo de hidrocarbonetos, atingindo um percentual de 60% de emulsificaÃÃo. Os filmes obtidos pelo tratamento das membranas com glicerol 20% se comportaram bem diferentes das membranas. Os filmes foram menos resistentes a traÃÃo, suportando 20,50 Mpa e 8,91 Mpa, para filmes sem cÃlulas e com cÃlulas respectivamente. Por outro lado, foram significativamente mais elÃsticos do que asmembranas, como provado pelos valores dos mÃdulos de Young, 146,4 Mpa e 222,8 Mpa, para filmes sem cÃlulas e com cÃlulas, respectivamente. As membranas com bactÃrias imobilizadas removeram mais eficientemente cobre e chumbo do que as membranas sem cÃlulas, enquanto os filmes independentemente de terem ou nÃo cÃlulas imobilizadas foram impermeÃveis à passagem dessas soluÃÃes. As esferas de quitosana contendo cÃlulas foram significativamente mais eficientes para adsorver cobre e chumbo de amostras de Ãguas contaminadas. Comparativamente, o cobre foi melhor adsorvido do que o chumbo nas esferas. NÃo foram observadas diferenÃas na remoÃÃo de atà 200 μg/g de cobre e chumbo atribuÃveis Ãs diferenÃas da Ãgua doce e Ãgua do mar. A adsorÃÃo de cobre e chumbo foi da ordem de 20 mg/g de quitosana enquanto a capacidade de dessorÃÃo foi de mais de 90% para o cobre e mais de 80% para o chumbo. NÃo foram observadas diferenÃas entre a coagulaÃÃo de amostras de petrÃleo derramadas em Ãgua com gÃis de quitosana sem cÃlulas ou com cÃlulas. Conclusivamente, os produtos desenvolvidos e testados neste trabalho possuem grande potencial para emprego em atividades de biorremediaÃÃo. / As the environmental problems caused by the impacts of industrial activities increase the man tries to improve or to develop new descontamination techniques. The bioremediation stands out for a wide range of microorganisms that can metabolize many of the pollutants, besides not leaving residues or recalcitrant by-products, as it usually happens with other techniques. One of the most recent innovations in this concern is the use of immobilized microorganisms. The immobilization has many advantages besides facilitating the control of the process and the microorganisms. The chitosan, a natural polysaccharide that can be obtained from crustacea shells, presents several characteristics that turn it an ideal support for immobilization of certain microorganisms such as its biodegradability, lipofilic properties, capacity to form gel and beads and it can be reticulated. In this work was prepared a chitosan starting from chitin of shrimp shells with degree of desacetilation of 78% and molar mass of 117.000 Da. This polymer was used for immobilization of the Staphylococcus saprophyticus subsp. saprophyticus strain, selected by the cell-wall hydrophobicity, what turns it an emulsificant. Beads, membranes, films and hydrogels were produced with and without immobilized bacteria. The products were tested for oil-water emulsification, removal of copper and lead from contaminated water and as clotting of oil in water. The products were also available for the mechanical resistance, uniformity, solubility and analyzed by electronic microscopy of varredure. The results showed that the incorporation of the bacteria into chitosan improved significantly the resistance of this polymer. The chitosan membrane supported up to 53.62 Mpa while a similar membrane containing immobilized bacteria supported up to 73.96 Mpa. The beads with the bacterium also stood out for the uniformity and mechanical resistance during the tests of oil-water emulsification. The beads with cells unlike the beads without cells promoted the hydrocarbon emulsification, reaching of 60%. The films obtained by the treatment of the membranes with glycerol 20% behaved very different far from the membranes. The films were less resistant to traction, supporting 20.50 Mpa and 8.91 Mpa, for films without cells and with cells respectively. On the other hand, the films were significantly more elastic than the membranes, as proven by the values of the Young modules, 146.4 Mpa and 222.8 Mpa, for films without cells and with cells, respectively. The membranes with immobilized bacteria removed copper and lead more efficiently than the membranes without cells, while the films showed the same result independently of having or not immobilized cells. Both films were impermeable to the passage of copper and lead solutions. The beads containing cells were significantly more efficient for metal adsorption from samples of polluted waters. Comparatively, the copper was better adsorpted than the lead. There were not observed any difference on the removal of 200 μg/g of copper and lead that should be attributed to the differences of fresh and sea water. The copper and lead adsorption was of 20mg/g of chitosan while the desorption was more than 90% for the copper and more than 80% for the lead. No differences were observed among the petroleum coagulation spilled in water with chitosan gels with or without cells. In conclusion, the products developed and tested in this work showed great potential for bioremediation applications.

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