Publicações de 2018
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Dissertação - Daniele Costa da Silva
ESTUDO DO RECOBRIMENTO DE PARTÍCULAS DE VIDRO COM QUITOSANA EM LEITO FLUIDIZADO E SUA APLICAÇÃO NA ADSORÇÃO DE CORANTE SINTÉTICO
Autor: Daniele Costa da Silva (Currículo lattes)
Resumo
As indústrias têxteis são caracterizadas pelo alto consumo de água em suas etapas de processamento, e também pela elevada geração de efluentes líquidos contendo corantes, acarretando grandes transtornos ao meio ambiente. O biopolímero quitosana, por sua vez, apresenta alta capacidade de adsorção, podendo ser imobilizado em matrizes sólidas e aplicado à remoção de corantes em leito fixo. O recobrimento de partículas com uma suspensão à base de quitosana em leito fluidizado se torna interessante, visto que esse proporciona altas transferências de calor e massa, garantindo qualidade e eficiência no processo de recobrimento. Neste cenário, o objetivo deste trabalho foi o estudar o recobrimento de esferas de vidro com quitosana em leito fluidizado, e sua posterior aplicação na adsorção em leito fixo do corante reativo preto 5 em solução aquosa. Os ensaios de recobrimento foram realizados com esferas de vidro de diâmetro médio de 1 mm. No estudo da eficiência do processo avaliaram-se os efeitos da temperatura do ar de entrada e a formulação da suspensão de recobrimento. Inicialmente, os parâmetros envolvidos no processo de recobrimento no leito fluidizado, como a vazão de suspensão, velocidade relativa e temperatura do ar de entrada, foram determinados em ensaios prévios, a fim de detectar a melhor condição de operação do equipamento. As esferas revestidas foram aplicadas em ensaios de adsorção dinâmicos. Foram analisados os efeitos do pH, e o comportamento cinético da adsorção pela construção de curvas de ruptura e ajuste de modelos dinâmicos. Os resultados mostraram que os maiores percentuais de recobrimento foram obtidos para a temperatura de 80ºC e suspensão composta apenas por quitosana. Determinou-se a faixa ótima de operação em uma vazão de solução de 6 mL min-1, velocidade relativa do ar de 1,6 e temperatura de ar de fluidização de 80ºC, para um tempo de processo de 25 min, pressão de atomização de 0,1 MPa e carga de partículas de 1,3 kg. Nestas condições o percentual de recobrimento foi de 94,3%. A coluna de adsorção apresentou o melhor desempenho para as esferas revestidas pela suspensão composta apenas por quitosana na temperatura de 80ºC e solução de corante em pH 3, a qual obteve-se tempo de ruptura de 12,9 h, máxima capacidade de adsorção de 631,4 mg g-1 e ZTM de 4,1 cm. Os modelos BDST (bed–depth–service–time), Thomas e Yoon–Nelson foram adequados para representar os dados experimentais. Diante disso, o recobrimento de esferas de vidro com quitosana em leito fluidizado para aplicação como adsorvente de corante em leito fixo mostrou-se promissor no processo de purificação de soluções aquosas contendo corante.
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Dissertação - Juliana Oliveira Fernandes
ESTUDO DA ESTABILIDADE DE ZEÓLITAS DO TIPO HZSM-5 NA REAÇÃO DE DESIDRATAÇÃO DO GLICEROL EM FASE GASOSA
Autor: Juliana Oliveira Fernandes
Resumo
Diversos catalisadores são aplicados na conversão do glicerol em produtos químicos de alto valor agregado. Uma das possibilidades de conversão do glicerol mais estudadas é através da reação de desidratação. Entre os inúmeros catalisadores utilizados, as zeólitas do tipo ZSM-5, em sua forma ácida, apresentam-se como catalisadores ativos para a reação mencionada e seletivos para a produção de acroleína - um produto de alto valor econômico. Contudo, diversos estudos revelam a dificuldade na manutenção da estabilidade catalítica desses materiais, a qual é associada à formação de compostos de matéria carbonácea na superfície catalítica, o que contribui para a desativação. Desta forma, o presente trabalho busca estudar alternativas para a manutenção da estabilidade catalítica de zeólitas do tipo ZSM-5, frente à reação de desidratação do glicerol. As zeólitas foram sintetizadas com razão Si/Al de 25 seguindo um método de síntese rápida; foram utilizados procedimentos de troca iônica e de impregnação com óxido de cério, de modo a obterse materiais com diferentes propriedades catalíticas. Os catalisadores NaZSM-5, HZSM-5 e Ce/HZSM-5 foram caracterizados pelas técnicas de difração de raios X (DRX), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS), fisissorção de N2, dessorção de amônia a temperatura programada (TPD/NH3) e análise termogravimétrica (TG/DTG). De acordo com os resultados de DRX e FTIR, as zeólitas sintetizadas apresentaram a estrutura característica MFI e possuem morfologia esférica, encontrando-se na forma de aglomerados, segundo as imagens de MEV. As técnicas de adsorção de N2 indicaram alta área específica e confirmaram a presença de micro e mesoporos nas zeólitas NaZSM-5, HZSM-5 e Ce/HZSM-5. Os testes catalíticos foram realizados para os diferentes catalisadores e como alternativas para a manutenção da estabilidade catalítica, foram realizados testes com regeneração do catalisador após a etapa de reação, e também a coalimentação de oxigênio na reação de desidratação. Nessa última alternativa, foi estudada a influência da variação dos seguintes parâmetros: teor de oxigênio na corrente gasosa, velocidade espacial, temperatura de reação e concentração da solução de glicerol. O melhor cenário obtido foi através da reação de desidratação utilizando HZSM-5, com co-alimentação de oxigênio e concentração de glicerol de 10% em massa; velocidade espacial de 38,47 h-1 e temperatura de reação de 350ºC. A partir dessas condições, a estabilidade catalítica foi atingida e permitiu obter, após 15 horas de reação, rendimento de acroleína próximo a 65%.
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Dissertação - Miral Miranda Neto
DESENVOLVIMENTO DE PROCESSO HIDROTÉRMICO E ENZIMÁTICO PARA A OBTENÇÃO DE AÇÚCARES REDUTORES A PARTIR DA PALHA DE ARROZ - BRS AG
Autor: Miral Miranda Neto (Currículo lattes)
Resumo
Combustíveis renováveis, como no caso do etanol celulósico, podem ser obtidos a partir de diversas fontes de biomassa, tais como bagaços, talos, espigas, palhas, cascas e outros resíduos de produção agrícola e florestal. Deste modo, o objetivo deste trabalho foi desenvolver processo de tratamento hidrotérmico e enzimático para obtenção de açúcares redutores a partir da "palha de arroz" da cultivar BRS AG. A palha foi, portanto, caracterizada em sua composição proximal e teores de celulose, hemicelulose e lignina e exame por MEV revelaram a estrutura antes e depois do pré-tratamento hidrotérmico. Com o objetivo de encontrar a condição de hidrólise enzimática que fornecesse maior concentração de açúcares redutores (AR), fez-se um planejamento fatorial com diferentes faixas de operação da hidrólise enzimática, aplicando um fatorial 2³ com 4 repetições no ponto central e todos tratamentos em duplicata. De modo a se avaliar qual a variável exerceu maior influência sobre o sistema, pôde-se observar que o tempo de reação teve um efeito mais pronunciado, sendo que nas reações que ocorreram em 24 horas o rendimento em AR foi de, em média, 1,7 g.L-1, enquanto que reações de 72 horas o rendimento dobrou, ou seja, 3,4 g.L-1. Pôde-se observar que a influência do tempo de reação no rendimento de AR foi maior quando comparado com os demais fatores em estudo. Para a melhor condição de hidrólise enzimática foi feita a fermentação do hidrolisado. Foi possível constatar presença de etanol a partir da fermentação dos hidrolisados de palha de arroz.
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Dissertação - Renata Nunes Pereira
PRODUÇÃO DE LIPÍDIOS POR Rhodotorula mucilaginosa EM DIFERENTES CONDIÇÕES DE PROCESSO A PARTIR DE GLICEROL BRUTO
Autor: Renata Nunes Pereira (Currículo lattes)
Resumo
Os óleos microbianos se destacam como alternativa de matéria-prima para obtenção de biodiesel, assim como outras aplicações. Estes óleos podem ser oriundos de microalgas, bactérias e leveduras. Contudo, as leveduras oleaginosas, como Rhodotorula mucilaginosa, se destacam por apresentarem alta taxa de crescimento e capacidade de assimilação de diversos substratos. Assim, o glicerol bruto gerado na produção de biodiesel é proposto como uma fonte de carbono promissora, também contribuindo para a sustentabilidade da cadeia produtiva do biocombustível. Além da fonte de carbono, diversos fatores influenciam no crescimento microbiano, como o modo de cultivo, podendo ser em batelada, batelada alimentada ou contínuo. A batelada alimentada apresenta algumas vantagens, como evitar a ação inibitória do substrato sobre o crescimento microbiano, favorecendo a obtenção de alta densidade celular. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo avaliar a capacidade da levedura Rhodotorula mucilaginosa de acumular lipídios utilizando como fonte de carbono o glicerol bruto, investigando diferentes estratégias de alimentação no cultivo em batelada alimentada visando à obtenção de biomassa lipídica. Os cultivos foram realizados em frascos agitados incubados a 25 ºC e 180 rpm, sendo avaliados dois meios de cultivo, o meio A (36,62 g L-1 glicerol bruto; 5,0 g L-1 KH2PO4; 1,0 g L-1 Na2HPO4; 3,0 g L-1 MgSO4.7H2O; 1,2 g L-1 extrato de levedura) e o meio B (10,4 g L-1 glicerol bruto; 4,3 g L-1 peptona; 2,6 g L-1 extrato de malte; 3,4 g L-1 extrato de levedura). O cultivo M48A (alimentação de meio em 48 h, 72 h e 96 h) foi o que apresentou melhor desempenho para o meio A, resultando em um aumento de 112 % na biomassa, 108 % nos lipídios totais e 100 % na produtividade de lipídios em relação à batelada simples (BS-A). Para o meio B, a estratégia com melhor resultado foi YMG5 (alimentação de glicerol bruto em 24 h, 96 h e 144 h, com adição de magnésio no meio de cultivo inicial), apresentando lipídios totais produzidos 20 vezes maiores que o processo em batelada para o meio B (BS-B). Além disso, esta estratégia promoveu um aumento de 1,2 vezes na biomassa e conteúdo lipídico, e 1,5 vezes nos lipídios totais, em comparação à melhor condição para o meio A. Portanto, a melhor condição obtida neste estudo foi YMG5, resultando em conteúdo lipídico de 51,0 ± 0,3 %, concentração de biomassa de 21,00 ± 0,48 g L-1, lipídios totais de 10,72 ± 0,18 g L-1 e produtividade de lipídios de 0,037 ± 0,001 g L-1 h-1. Em relação aos ácidos graxos presentes nos óleos microbianos deste trabalho, para ambas as condições, o ácido linoleico foi o principal ácido graxo obtido. Assim, o presente trabalho demonstrou que os cultivos em batelada alimentada resultaram em maior crescimento microbiano e lipídios totais que os cultivos em batelada simples, podendo ser vista como uma alternativa promissora à produção de óleos vegetais.
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Dissertação - Rodrigo de Farias Rodrigues
PROCESSOS DE HIDRÓLISE APLICADOS EM BIOMASSAS DISTINTAS: CASCAS DE ARROZ E MICROALGAS PARA OBTENÇÃO DE AÇÚCARES REDUTORES
Autor: Rodrigo de Farias Rodrigues
Resumo
A atual dependência energética mundial de combustíveis fósseis e as preocupações com as alterações climáticas, provocadas pelo uso descontrolado destes combustíveis, têm instigado estudos direcionados para a produção de biocombustíveis. De todas as matériasprimas que se tem conhecimento atualmente, resíduos lignocelulósicos tem chamado atenção nas últimas décadas. Dentre estes, resíduos da orizicultura detacam-se por não terem alto valor agregado e necessitarem de descartes corretos. No contexto atual, as microalgas surgem como uma promissora biomassa sustentável, principalmente pela possibilidade de cultivo em terras que não consideradas aráveis e por utilizarem praticamente quaisquer tipos de águas para sua produção. Porém, estudos relatados para a produção de biocombustíveis destas biomassas, são direcionados exclusivamente para um tipo de material, neste caso, lignocelulósico ou de microalgas. Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um único processo que possa atender a produção de bioetanol a partir de biomassas distintas, casca de arroz e microalgas, onde as espécies estudadas foram Scenedesmus oblíquos e Desmodesmus sp. Uma avaliação de processos de hidrólise química e físico-química foi proposta na biomassa de casca de arroz, material mais resiliente a quebra, para então uma futura aplicação das melhores condições avaliadas nas microalgas, sendo a variável resposta desta avaliação a concentração de açúcar redutor, determinada através do método do reagente 3,5 DNS. Dos métodos de hidrólise estudados para a ruptura da parede celular promovendo a extração de açúcares que tenham potencial para conversão em biocombustíveis, o físicoquímico foi o que promoveu a melhor relação de rendimento para a extração nos dois tipos de biomassas secas estudadas (casca de arroz e microalgas), sendo o reagente de hidrólise o ácido sulfúrico a 2 mol/L, pressão de 117,68 kPa, 30 min e carga de biomassa de 40 g/L. A qual promoveu um rendimento na conversão de açúcar redutor nas microalgas Scendesmus oblíquos e Desmodesmus sp. e na casca arroz, de 89,4%, 54,7% e 24,5%, respectivamente. Estes resultados indicaram que tecnologias que atendam a extração de açúcares redutores em biomassas distintas, são viáveis, desde que estudos nas biomassas demonstrem similaridade em suas estruturas da parede celular. Determinar o perfil de açúcares formados em ambas biomassas, é uma etapa sugerida a trabalhos futuros, já que através disto será possível avaliar os microorganismos específicos para o máximo de conversão em etanos, dos açúcares formados.
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Dissertação - Thiago Roberto Almeida
MODELAGEM E SIMULAÇÃO DA HIDRODINÂMICA E TRANSFERÊNCIA DE OXIGÊNIO EM UM BIORREATOR UTILIZANDO CFD
Autor: Thiago Roberto Almeida (Currículo lattes)
Resumo
Este trabalho tem como objetivo apresentar um estudo da hidrodinâmica e da transferência de massa envolvidos no processo de aeração promovido em um biorreator de escala laboratorial, através da utilização de ferramentas computacionais e modelagem matemática. Tal estudo se justifica ao apresentar modelos para o aprimoramento do processo de aeração, com ênfase nos fenômenos hidrodinâmicos do cenário proposto, assim como na transferência de oxigênio. Fezse uso de ferramentas e conhecimentos da Fluidodinâmica Computacional (CFD), ramo da ciência que busca o aperfeiçoamento e melhor compreensão da relação entre as variáveis de um sistema, através da predição quantitativa e/ou qualitativa, fazendo-se uso de softwares computacionais baseados em modelagem matemática. A modelagem foi realizada utilizando a formulação VOF (Volume of Fluid), com a adição de equações extras de transporte de grandezas escalares e relações adicionais para o cálculo do coeficiente local de transferência de massa. Para a solução do conjunto de equações do modelo matemático foi utilizado o software FLUENT 14.5, este presente no conjunto de ferramentas de simulação e modelagem ANSYS Workbench. Foram utilizadas funções (denominadas UDF’s – User Defined Function) para incorporar o cálculo do coeficiente de transferência de massa entre os meios líquido e gasoso, bem como a área interfacial, além da análise de diferentes correlações para o cálculo de tal coeficiente. Os resultados obtidos através da modelagem foram comparados com dados obtidos de maneira experimental e mostraram-se promissores para a previsão do comportamento hidrodinâmico do cenário, assim como para a previsão das taxas de transferência de oxigênio no biorreator.
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Dissertação - Valéria Vieira Carvalho de Lima
ADSORÇÃO DE ANTOCIANINAS EXTRAÍDAS DO REPOLHO ROXO UTILIZANDO FILMES DE QUITOSANA
Autor: Valéria Vieira Carvalho de Lima (Currículo lattes)
Resumo
Corantes alimentícios são amplamente utilizados com o intuito de aprimorar o aspecto visual dos produtos e com isso melhorar sua aceitação. Usualmente se utilizam corantes de origem sintética, porém a substituição destes por corantes de origem natural vem ganhando força devido à demanda por produtos mais saudáveis. Este trabalho teve como objetivo extrair a antocianina do repolho roxo e separá-la da solução através da técnica de adsorção utilizando filmes de quitosana. A extração da antocianina do repolho roxo foi feita em solução aquosa com sistema de refluxo a uma temperatura de 100ºC por aproximadamente 30 minutos. A quitosana produzida de resíduos de camarão apresentou grau de desacetilação de 85%. Os filmes de quitosana foram obtidos pela técnica casting, e foram caracterizados de acordo com as propriedades mecânicas, apresentando alongamento de aproximadamente 11%, tensão de ruptura de 25 MPa e espessura com aproximadamente 103 μm. O efeito do pH foi verificado para adsorção de antocianina por filmes de quitosana. Curvas de equilíbrio foram obtidas em diferentes temperaturas e os modelos de Henry, Langmuir e Freundlich foram ajustados aos dados experimentais. Também foram determinados parâmetros termodinâmicos. O comportamento cinético foi avaliado através dos modelos de pseudoprimeira ordem, pseudossegunda ordem e Elovich. O pH que apresentou maior apacidade de adsorção e percentual de remoção foi o de 8,0. Todos os modelos de isotermas apresentaram bons ajustes aos dados experimentais. Os parâmetros termodinâmicos revelaramm uma adsorção endotérmica e um processo espontâneo. O modelo de pseudoprimeira ordem foi o que melhor se ajustou aos dados cinéticos de adsorção. Através da modelagem dos dados experimentais em batelada determinou-se os parâmetros kF e Def, com o intuito da melhor compreensão da transferência de massa de antocianina para o filme de quitosana e o número de Bi > 100 indicou que existe uma resistência a transferência de massa interna. Os resultados apresentados nesta pesquisa mostram que a quitosana é um adsorvente promissor para separação de antocianina.