Estudo da transferência das cloraminas da água para o ar duma piscina coberta

Mestrado em Engenharia Química

Concepção de um reactor batch multifunções

Mestrado em Engenharia Química

The development and optimization of a modified single-drop microextraction method for organochlorine pesticides determination by gas chromatography-tandem mass spectrometry

We have developed a new method for single-drop microextraction (SDME) for the preconcentration of organochlorine pesticides (OCP) from complex matrices. It is based on the use of a silicone ring at the tip of the syringe. A 5 μL drop of n-hexane is applied to an aqueous extract containing the OCP and found to be adequate to preconcentrate the OCPs prior to analysis by GC in combination with tandem mass spectrometry. Fourteen OCP were determined using this technique in combination with programmable temperature vaporization. It is shown to have many advantages over traditional split/splitless injection. The effects of kind of organic solvent, exposure time, agitation and organic drop volume were optimized. Relative recoveries range from 59 to 117 %, with repeatabilities of <15 % (coefficient of variation) were achieved. The limits of detection range from 0.002 to 0.150 μg kg−1. The method was applied to the preconcentration of OCPs in fresh strawberry, strawberry jam, and soil.

Extraction of ochratoxin A in bread samples by the QuEChERS methodology

A QuEChERS method for the extraction of ochratoxin A (OTA) from bread samples was evaluated. A factorial design (23) was used to find the optimal QuEChERS parameters (extraction time, extraction solvent volume and sample mass). Extracts were analysed by LC with fluorescence detection. The optimal extraction conditions were: 5 g of sample, 15 mL of acetonitrile and 3 min of agitation. The extraction procedure was validated by systematic recovery experiments at three levels. The recoveries obtained ranged from 94.8% (at 1.0 μg kg -1) to 96.6% (at 3.0 μg kg -1). The limit of quantification of the method was 0.05 μg kg -1. The optimised procedure was applied to 20 samples of different bread types (‘‘Carcaça’’, ‘‘Broa de Milho’’, and ‘‘Broa de Avintes’’) highly consumed in Portugal. None of the samples exceeded the established European legal limit of 3 μg kg -1.

Produção de biodiesel via catálise heterogénea básica

Mestrado em Engenharia Química. Ramo Tecnologias de Protecção Ambiental.

Aproveitamento e valorização de resíduos provenientes da produção de Biodiesel

Com o desenvolvimento económico das últimas décadas, a gestão de recursos energéticos é um desafio que a sociedade moderna enfrenta. Assim, actualmente há a necessidade da procura de novas fontes de energia, fontes de energia renováveis. Sendo o biodiesel uma fonte de energia renovável, a sua crescente produção irá trazer um aumento da produção de resíduos, como o glicerol e ácidos gordos. É pois importante reduzir/valorizar estes resíduos de forma a impedir a sua acumulação ao longo do tempo. A valorização destes resíduos é o objectivo principal deste trabalho. A primeira parte consistiu na esterificação de ácidos gordos livres com glicerol, na presença de um catalisador ácido, para a produção de monoglicerídeos. Foram utilizados diferentes tipos de matérias-primas: glicerol (76,3%) e resíduo de ácidos gordos (20,8%), fornecidos pela empresa SOCIPOLE SA, glicerol puro (92,2%) e ácido oleico puro (93,1%). Os catalisadores usados foram o cloreto de zinco comercial e o ácido p-tolueonossulfónico comercial. Não foram efectuadas análises específicas aos monoglicerídeos, o produto foi caracterizado pelo índice de acidez. Aparentemente, a maior conversão de ácidos gordos foi obtida no ensaio de esterificação de ácidos gordos com glicerol, ambos da SOCIPOLE SA. No entanto, este não serviu como termo de comparação com os outros devido à formação de uma fase sólida (polímero). Relativamente aos outros ensaios, com razão molar glicerol/ácidos gordos de 1:3, o melhor resultado foi obtido na reacção de glicerol da SOCIPOLE SA com ácido oleico puro, na presença do catalisador ácido p-toluenossulfónico, à temperatura de 106,3ºC e tempo de reacção de 4h30min, sendo a conversão final de ácido oleico 80,7%. Na segunda parte foi feito o estudo da esterificação de ácidos gordos livres com metanol, na presença de ácido sulfúrico, para a produção de biodiesel utilizando ácidos gordos fornecidos pela empresa SOCIPOLE SA, ácidos gordos derivados dos sabões de um resíduo de glicerol fornecido pelo Laboratório de Tecnologia Química, Professora Doutora Lídia Vasconcelos do ISEP e ácidos gordos derivados dos sabões do glicerol bruto, fornecido pela empresa SOCIPOLE SA. Os ensaios foram efectuados a 65ºC, com uma agitação de 120rpm e uma razão molar ácidos gordos/metanol de 1:3. Verificou-se que o índice de acidez do produto, depois de lavado e seco, diminuía com o tempo de reacção e na generalidade a percentagem de ésteres aumentava, observando-se que a partir das seis horas, a reacção se tornava muito lenta. O estudo da razão ácidos gordos/metanol, não permitiu tirar conclusões. O melhor resultado obtido correspondeu a um produto com 96,2% de ésteres metílicos e 8,54mgKOH/gamostra de índice de acidez, pelo que não pode ainda ser designado de biodiesel.

Implementação e validação de um método para determinação de contaminantes em vinho por microextração em fase sólida e gc-ms/ms e sua correlação com a análise sensorial

Cada vez mais começa a notar-se, na indústria vitivinícola, uma grande preocupação com a qualidade dos seus produtos, motivada pela maior sensibilização e exigência dos consumidores. Deste modo, a presença de defeitos organoléticos no vinho representa uma fonte de perda financeira nesta indústria, pelo que o seu controlo se torna indispensável para que se obtenha um produto de elevada qualidade. Neste sentido, torna-se interessante desenvolver um método de análise que seja rápido de forma a permitir a quantificação simultânea das moléculas identificadas como principais responsáveis pelos distúrbios olfativos dos vinhos. Assim, este trabalho surge com o objetivo de implementar e validar um método para a determinação de contaminantes em vinho por microextração em fase sólida (SPME) e cromatografia gasosa acoplada à espetrometria de massa tandem (GC-MS/MS) e a sua correlação com a análise sensorial. A técnica de microextração em fase sólida é simples e rápida na medida em que não requer um pré-tratamento da amostra. Por sua vez, a análise por GC-MS permite identificar de forma clara os compostos em estudo, nomeadamente, 4-Etilfenol (4-EP), 4-Etilguaiacol (4-EG), 2,4,6-Tricloroanisol (TCA), 2,3,4,6-Tetracloroanisol (TeCA) e 2,4,6-Tribromoanisol (TBA). Foram realizados estudos de otimização das condições de extração, comparando as fibras 100 μm PDMS e 50/30 μm DVB/CAR/PDMS. Obtiveram-se resultados mais satisfatórios, em termos de resposta e da relação sinal/ruído, com a fibra 50/30 μm DVB/CAR/PDMS e estabeleceram-se como condições de extração 55ºC para a temperatura de incubação/extração, uma velocidade de agitação de 250 rpm e 60 minutos de tempo de extração. Ao longo deste trabalho, analisaram-se 50 amostras de vinho, das quais 48 eram amostras de Vinho Tinto do Douro e 2 de Vinho do Porto. Para validar a metodologia foram realizados estudos de linearidade, limiares analíticos, repetibilidade, precisão intermédia e recuperação. De um modo geral, obtiveram-se bons resultados ao nível da linearidade para as gamas de concentração escolhidas. Quanto aos limites de deteção e de quantificação, o 4-EP é o contaminante que apresenta uma gama de concentrações mais alta, notando-se limiares analíticos mais elevados, com valores próximos dos últimos níveis de concentração, oscilando entre 65 e 583 μg/L. No caso dos Anisóis, o TBA apresenta limites de deteção mais baixos, entre 0,4 e 17,0 ng/L. Os limiares analíticos foram validados com recurso a estudos de precisão intermédia e repetibilidade, cujos resultados se encontram dentro das especificações descritas no documento SANCO/10684/2009 (%RSD ≤ 30% para os Anisóis e %RSD ≤ 20% para os Fenóis Voláteis). Foram, ainda, realizados estudos de exatidão recorrendo a ensaios de recuperação e a ensaios interlaboratoriais. Muitas vezes conseguem-se boas recuperações, no entanto notam-se maiores dificuldades para o TBA e para o TeCA. Relativamente aos ensaios interlaboratoriais, verificam-se maiores discrepâncias para o 4-EP. Já os restantes contaminantes apresentam resultados, geralmente, satisfatórios (|z-score| ≤ 2).

Analysis of polycyclic aromatic hydrocarbons in fish: evaluation of a quick, easy, cheap, effective, rugged, and safe extraction method

QuEChERS method was evaluated for extraction of 16 PAHs from fish samples. For a selective measurement of the compounds, extracts were analysed by LC with fluorescence detection. The overall analytical procedure was validated by systematic recovery experiments at three levels and by using the standard reference material SRM 2977 (mussel tissue). The targeted contaminants, except naphthalene and acenaphthene, were successfully extracted from SRM 2977 with recoveries ranging from 63.5–110.0% with variation coefficients not exceeding 8%. The optimum QuEChERS conditions were the following: 5 g of homogenised fish sample, 10 mL of ACN, agitation performed by vortex during 3 min. Quantification limits ranging from 0.12– 1.90 ng/g wet weight (0.30–4.70 µg/L) were obtained. The optimized methodology was applied to assess the safety concerning PAHs contents of horse mackerel (Trachurus trachurus), chub mackerel (Scomber japonicus), sardine (Sardina pilchardus) and farmed seabass (Dicentrarchus labrax). Although benzo(a)pyrene, the marker used for evaluating the carcinogenic risk of PAHs in food, was not detected in the analysed samples (89 individuals corresponding to 27 homogenized samples), the overall mean concentration ranged from 2.52 l 1.20 ng/g in horse mackerel to 14.6 ± 2.8 ng/ g in farmed seabass. Significant differences were found between the mean PAHs concentrations of the four groups.

Multi-criteria design optimization study of solvent extraction in mixer–settler units

Solvent extraction is considered as a multi-criteria optimization problem, since several chemical species with similar extraction kinetic properties are frequently present in the aqueous phase and the selective extraction is not practicable. This optimization, applied to mixer–settler units, considers the best parameters and operating conditions, as well as the best structure or process flow-sheet. Global process optimization is performed for a specific flow-sheet and a comparison of Pareto curves for different flow-sheets is made. The positive weight sum approach linked to the sequential quadratic programming method is used to obtain the Pareto set. In all investigated structures, recovery increases with hold-up, residence time and agitation speed, while the purity has an opposite behaviour. For the same treatment capacity, counter-current arrangements are shown to promote recovery without significant impairment in purity. Recycling the aqueous phase is shown to be irrelevant, but organic recycling with as many stages as economically feasible clearly improves the design criteria and reduces the most efficient organic flow-rate.

Desenvolvimento de coagulante/ floculante para tratamento de águas residuais numa indústria de adesivos

Esta dissertação teve como objetivo clarificar a qualidade das águas residuais de uma indústria de fabricação de adesivos. Para esta clarificação optou-se por um tratamento de coagulação/floculação a ser efetuado com a adição de apenas um produto no estado sólido. Para este estudo, selecionou-se substâncias comercialmente disponíveis destacando-se para esta formulação um coagulante, sulfato de alumínio (Al2 (SO4).3H2O, dois adjuvantes, hidróxido de cálcio, Ca(OH)2 (adjuvante H) e Montmorillonite, Al2O3.4SiO2.H2O (adjuvante M) e um floculante, uma poliacrilamida aniónica (C3H5NO)n. O efluente bruto da indústria de adesivos foi caraterizado e verificou-se que dos parâmetros analisados, apenas o pH obedece aos valores limite de emissão para descarga no coletor municipal. Determinaram-se as quantidades ótimas das substâncias selecionadas, a quantidade mínima de produto formulado e foi feita a otimização da composição do produto formulado, para três níveis de pH e duas condições de agitação Numa primeira fase, a realização de ensaios preliminares sobre a quantidade de cada uma das substâncias conduziu aos valores 5 e 30 g de coagulante, 2 e 10 g de adjuvante M; 3 g de adjuvante H e 0,01 g de floculante por 500 mL de efluente. Na otimização da quantidade mínima de produto formulado obteve-se o valor de 5g de produto por 500 mL de efluente. Relativamente à formulação do produto foi definido estudar o efeito da variação das razões, %(m/m), dos adjuvantes (M e H) em função do coagulante, para diferentes valores de pH inicial (6,2; 8,1 e 10) e para duas condições de agitação (A e B), sobre os parâmetros analisados (CQO, SST, turvação, pH final e IVL). Na condição A manteve-se uma agitação de 150 rpm durante 2 minutos, reduzindo-se para 60 rpm durante 15 minutos e, por fim, para 30 rpm durante 5 minutos. Na condição B foi usada uma agitação constante de 90 rpm durante 22 minutos. O estudo do efeito das variações das razões % (m/m) dos adjuvantes M e H foi dividido em três grupos com três subgrupos: 1º grupo - 0,6 a razão mássica adjuvante M/coagulante e 0,4, 1,2 e 2 a razão mássica adjuvante H/ coagulante; 2º grupo - 0,2 a razão mássica adjuvante M/coagulante e 0,1, 0,4 e 0,6 a razão mássica adjuvante H/ coagulante; 3º grupo - 0,1 a razão mássica adjuvante M/coagulante e 0,1, 0,2 e 0,3 a razão mássica adjuvante H/ coagulante. Após este estudo obteve-se para cada condição de agitação (A e B), as razões %(m/m) e o pH inicial mais adequados, com base nos melhores resultados obtidos no efeito sobre a CQO. Para a condição de agitação A o melhor resultado obteve-se para pH inicial igual a 8,1 com a razão mássica de adjuvante M/ coagulante igual a 0,1 e a razão mássica de adjuvante H/coagulante igual a 0,1 (percentagens de remoção de 98,01%, 99,60% e 99,43% para a CQO, SST e turvação, respetivamente). Para a condição de agitação B o melhor resultado obteve-se para pH inicial igual a 8,1 com a razão mássica de adjuvante M/ coagulante igual a 0,1 e a razão mássica de adjuvante H/coagulante igual a 0,1 (percentagens de remoção de 98,67%, 99,77% e 98,40% para a CQO, SST e turvação, respetivamente). Nestas condições é necessário efetuar a correção do pH após o tratamento. Apesar das elevadas percentagens de remoção obtidas, o índice volumétrico de lamas indica fraca qualidade de sedimentação.

Produção de biodiesel a partir de pastas de gordura e resíduo de glicerol

O principal objectivo deste trabalho consistiu na produção de biodiesel a partir de resíduos fornecidos pela Empresa SOCIPOLE, S.A. Esta, forneceu, pastas de gordura (depósito formado nos óleos usados), só aproveitadas pela empresa para a produção de sabões, e resíduo de glicerol proveniente da produção de biodiesel. Com as pastas de gordura, foi feito um estudo onde se variaram alguns parâmetros, tais como: o tipo de reactor, catalisador, temperatura, agitação, tempo de reacção, razão molar gordura:metanol e condições de secagem. O estudo mais pormenorizado foi efectuado com o NaOH, como catalisador. Foram feitos vários ensaios para os tempos de reacção de 30minutos, 1hora e 2horas, a 65ºC e razão molar gordura:metanol 1:6, tendo-se obtido respectivamente 86,7; 88,1 e 87,5% para o teor de ésteres. No caso da resina catiónica forte como catalisador, aparentemente não houve reacção ao fim de 12h, enquanto no ensaio que utilizou o ácido sulfúrico, o teor de ésteres foi de 82,6%, ao fim de 12h com razão molar gordura:metanol igual a 1:11. Quanto à produção de biodiesel a partir do resíduo de ácidos gordos resultante da purificação do resíduo de glicerol, foi feito um estudo preliminar usando diferentes catalisadores, uma resina catiónica forte, ácido sulfúrico e zircónia sulfatada. Este resíduo continha cerca de 60% de ácidos gordos e aproximadamente 39% de ésteres metílicos. Dos três catalisadores usados, o que permitiu obter maior teor de ésteres foi a zircónia sulfatada, tendo-se obtido 82,9% trabalhando a 60ºC durante 18horas com agitação de 230rpm e razão molar ácidos gordos:metanol de 1:12 . O ensaio em que se obteve menor percentagem de ésteres (56,4%) foi com resina catiónica. Com as duas matérias-primas obteve-se sempre um teor de ésteres, no produto final, abaixo dos 96,5% estabelecidos pela Norma Europeia EN 14103. Estes resultados reflectem provavelmente a composição complexa das matérias-primas. As pastas de gordura podem conter compostos não esterificáveis, solúveis no biodiesel, ou mais dificilmente esterificáveis nas condições operacionais usadas. Já o resíduo de ácidos gordos apresenta uma cor escura o que indica a existência de compostos corados, talvez polímeros. Portanto, para se tirar conclusões fundamentadas é necessário fazer análises mais completas das pastas de gordura e do resíduo de ácidos gordos, assim como ao biodiesel produzido de forma a identificar as possíveis contaminações existentes nos produtos com esta proveniência.

Produção de Biodiesel em reator de ultrassons

A contínua subida dos preços dos combustíveis fósseis tradicionais aliada à crescente pressão por parte de várias instituições mundiais para uma política “verde” no que diz respeito aos combustíveis, levam a um aumento da procura dos biocombustíveis e é neste contexto que surge o biodiesel como um dos principais intervenientes. O biodiesel pode ser definido como um derivado éster monoalquílico de ácidos gordos de cadeia longa proveniente de fontes renováveis como óleos vegetais ou gorduras animais e que apresenta características semelhantes ao diesel de petróleo, podendo ser utilizado sem qualquer problema em motores de ignição por compressão. Este trabalho apresenta como principal objetivo o estudo da aplicação da tecnologia de ultrassons na produção de biodiesel. Foi utilizado neste trabalho como matéria-prima um óleo doméstico usado. Este óleo foi previamente filtrado sendo depois analisado o seu índice de acidez para avaliar o seu teor em ácidos gordos livres. O valor obtido para o índice de acidez do óleo foi de 1,91 mg KOH/g, um valor relativamente baixo permitindo a sua utilização sem ser necessário um tratamento inicial via esterificação para diminuir a acidez do mesmo. Foram realizados três ensaios de reação independentes, o primeiro recorrendo ao método tradicional de produção de biodiesel através de transesterificação e recorrendo a agitação mecânica e aquecimento, o segundo utilizando uma sonda de ultrassons com a potência de 500 W e um terceiro ensaio de reação utilizando uma sonda de ultrassons de 2000 W. Em todas as reações foi utilizada uma proporção de 1:5 de óleo usado e metanol e 0,5 % (em relação á massa de óleo utilizada) de catalisador metilato de sódio. Todas as alíquotas recolhidas durante os ensaios foram analisadas através de cromatografia gasosa de modo a determinar o conteúdo em ésteres presente em cada uma delas. A reação convencional teve uma duração total de 150 minutos e decorreu a uma temperatura de 65ºC e a agitação constante de 500 rpm. Ao longo da reação foram retiradas alíquotas de cerca de 25 ml, que foram tratadas de imediato e posteriormente analisadas de modo a estudar-se o comportamento da reação ao longo do tempo. A percentagem de ésteres metílicos no biodiesel obtida ao fim de 90 minutos foi de 81,3%. Em seguida realizou-se uma reação utilizando uma sonda de ultrassons de 500 W de potência mergulhada num recipiente reacional devidamente isolado com uma rolha de cortiça de modo a minimizar as perdas de metanol por evaporação. O tempo total de reação foi de 90 minutos e foram-se retirando alíquotas de cerca de 25 ml para acompanhar o desenrolar da reação, tendo-se obtido uma percentagem de ésteres metílicos de 85,9% ao fim dos 90 minutos. Foi realizada por fim um terceiro ensaio de reação utilizando uma sonda de 2000 W com uma duração total de 90 minutos, tendo-se obtido resultados pouco satisfatórios (77,7%), provavelmente devido a algum problema operacional relacionado com a sonda de ultrassons utilizada ou devido a uma geometria do reator pouco eficiente. Os produtos resultantes da reação convencional e da reação utilizando a sonda de ultrassons de 500 W, assim como o óleo utilizado como matéria-prima foram caracterizados em termos de índice de acidez, densidade a 15ºC e viscosidade a 40ºC.

Valorização da Drêche Cervejeira: Fermentação de Pentoses

O presente trabalho tem como objetivo a otimização da etapa de fermentação dos açúcares obtidos a partir da drêche cervejeira para produção do bioetanol através da utilização das leveduras Pichia stipitis NCYC 1541 e Kluyveromyces marxianus NCYC 2791 como agentes fermentativos. O meio de cultura usado para manter as culturas destas leveduras foi Yeast Extract Peptone Dextrose (YEPD). O principal propósito deste trabalho foi o de encontrar alternativas aos combustíveis fósseis, pautando-se por soluções inofensivas para o meio ambiente e sustentáveis. Assim, o trabalho está dividido em quatro etapas: 1) caraterização química e biológica da drêche; 2) pré-tratamento ácido e hidrólise enzimática para primeiramente quebrar as moléculas de lenhina que envolvem os polímeros de celulose e hemicelulose e em seguida romper as ligações poliméricas destas macromoléculas por ação enzimática e transforma-las em açúcares simples, respetivamente, obtendo-se então a glucose, a maltose, a xilose e a arabinose; e, por último, 3) otimização da etapa de fermentação da glucose, maltose e das pentoses que constitui a condição essencial para se chegar à síntese do bioetanol de um modo eficiente e sustentável e 4) a recuperação do bioetanol produzido por destilação fracionada. A quantificação dos açúcares libertados no processo foi feita recorrendo a análises por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC). Neste estudo foram identificados e quantificados cinco açúcares: Arabinose, Glucose, Maltose, Ribose e Xilose. Na etapa de pré-tratamento e hidrólise enzimática foram usados os ácidos clorídrico (HCl) e nítrico (HNO3) com a concentração de 1% (m/m), e as enzimas Glucanex 100g e Ultraflo L. Foram testadas seis condições de pré-tratamento e hidrólise enzimática, alterando os parâmetros tempo de contacto e razão enzimas/massa de drêche, respetivamente, e mantendo a temperatura (50 ºC), velocidade de agitação (75 rpm) e concentração dos ácidos (1% (m/m)). No processamento de 25 g de drêche seca com 0,5 g de Glucanex, 0,5 mL de Ultraflo e um tempo de reação de 60 minutos para as enzimas foi obtida uma eficiência de 15%, em hidrolisado com 6% da celulose. Realizou-se a fermentação do hidrolisado resultante do pré-tratamento ácido e hidrólise enzimática de drêche cervejeira e de meios sintéticos preparados com os açúcares puros, usando as duas estirpes selecionadas para este estudo: Pichia stipitis NCYC 1541 e Kluyveromyces marxianus NYCY 2791. As eficiências de fermentação dos açúcares nos meios sintéticos foram superiores a 80% para ambas as leveduras. No entanto, as eficiências de fermentação do hidrolisado da drêche foram de 45,10% pela Pichia stipitis e de 36,58 para Kluyveromyces marxianus, para um tempo de fermentação de 72 horas e à temperatura de 30 °C. O rendimento teórico em álcool no hidrolisado da drêche é de 0,27 g/g, três vezes maior do que o real (0,0856 g/g), para Pichia stipitis e de 0,19 g/g seis vezes maior do que o real (0,0308 g/g), para a Kluyveromyces marxianus.