Valorização de residuos de biomassa preparação de carvões activados para remoção de poluentes orgânicos

O trabalho que se apresenta nesta dissertação foi realizado na Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, no Grupo de Adsorção e Materiais Adsorventes em parceria com o grupo de Engenharia das Reacções (Departamento de Química, REQUIMTE) da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa. De uma parte do trabalho desenvolvido resultaram duas comunicações na Annual World Conference on Carbon 2012 na Cracóvia, Polônia, que se realizou em Junho de 2012; e uma comunicação aceite para apresentação na XXXVII Reunião Ibérica de Adsorção (RIA 2012) em Sevilla, Espanha, que se irá realizar em Setembro de 2012.

Estudo de carbonizados resultantes da gasificação e co-pirólise de resíduos da produção e processamento de arroz. Remoção de Cr3+ presente em meio líquido

A presente dissertação apresenta o estudo de dois carbonizados, provenientes da gasificação (CG) e co-pirólise (CP) de resíduos da cultura e processamento de arroz, no processo de remoção de Cr3+ presente em meio líquido. Os materiais de partida – casca de arroz (CA) e polietileno (PE) – utilizados nos ensaios de gasificação e co-pirólise, e os carbonizados resultantes destes processos térmicos, foram caracterizados através de ensaios físicos, químicos e ecotoxicológicos. O elemento químico com maior concentração, em todos os materiais, foi o Si. Nenhum dos eluatos revelou ecotoxicidade. No estudo de remoção de Cr3+ com os dois carbonizados avaliaram-se os efeitos dos seguintes parâmetros: pH inicial da solução, massa de adsorvente, tempo de contacto e concentração inicial de Cr3+. O carbonizado que teve o melhor desempenho na remoção de Cr3+ foi o CG, com remoções de cerca de 100%, devido ao aumento de pH, que provocou a precipitação do Cr. A capacidade de adsorção deste carbonizado variou entre 12 e 26 mg Cr3+.mg-1 CG, para uma concentração inicial aproximada de Cr3+ de 50 mg.L-1, pH inicial de 5, tempo de contacto de 24 horas e razões L/S entre 800 e 1000 mL. g-1. Foram aplicados os modelos cinéticos de pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem, e as isotérmicas de Langmuir, Freundlich e Sips. Observou-se um melhor ajustamento da cinética de pseudo-segunda ordem para CG. No CP verificou-se que ambos os modelos cinéticos se ajustavam aos dados experimentais. No CG observou-se que as isotérmicas de Freundlich e Sips apresentaram os melhores ajustamentos. Foi realizado um estudo dos mecanismos de adsorção para o CG e verificou-se que a troca iónica foi o fenómeno predominante. A avaliação ecotoxicológica das soluções contendo Cr, antes e após o ensaio de adsorção, indicou que o CG promoveu uma redução acentuada da ecotoxicidade das soluções até um nível não detetável.

Production of polyhydroxyalkanoates from oil-containing substrates

Different oil-containing substrates, namely, used cooking oil (UCO), fatty acids-byproduct from biodiesel production (FAB) and olive oil deodorizer distillate (OODD) were tested as inexpensive carbon sources for the production of polyhydroxyalkanoates (PHA) using twelve bacterial strains, in batch experiments. The OODD and FAB were exploited for the first time as alternative substrates for PHA production. Among the tested bacterial strains, Cupriavidus necator and Pseudomonas resinovorans exhibited the most promising results, producing poly-3-hydroxybutyrate, P(3HB), form UCO and OODD and mcl-PHA mainly composed of 3-hydroxyoctanoate (3HO) and 3-hydroxydecanoate (3HD) monomers from OODD, respectively. Afterwards, these bacterial strains were cultivated in bioreactor. C. necator were cultivated in bioreactor using UCO as carbon source. Different feeding strategies were tested for the bioreactor cultivation of C. necator, namely, batch, exponential feeding and DO-stat mode. The highest overall PHA productivity (12.6±0.78 g L-1 day-1) was obtained using DO-stat mode. Apparently, the different feeding regimes had no impact on polymer thermal properties. However, differences in polymer‟s molecular mass distribution were observed. C. necator was also tested in batch and fed-batch modes using a different type of oil-containing substrate, extracted from spent coffee grounds (SCG) by super critical carbon dioxide (sc-CO2). Under fed-batch mode (DO-stat), the overall PHA productivity were 4.7 g L-1 day-1 with a storage yield of 0.77 g g-1. Results showed that SCG can be a bioresource for production of PHA with interesting properties. Furthermore, P. resinovorans was cultivated using OODD as substrate in bioreactor under fed-batch mode (pulse feeding regime). The polymer was highly amorphous, as shown by its low crystallinity of 6±0.2%, with low melting and glass transition temperatures of 36±1.2 and -16±0.8 ºC, respectively. Due to its sticky behavior at room temperature, adhesiveness and mechanical properties were also studied. Its shear bond strength for wood (67±9.4 kPa) and glass (65±7.3 kPa) suggests it may be used for the development of biobased glues. Bioreactor operation and monitoring with oil-containing substrates is very challenging, since this substrate is water immiscible. Thus, near-infrared spectroscopy (NIR) was implemented for online monitoring of the C. necator cultivation with UCO, using a transflectance probe. Partial least squares (PLS) regression was applied to relate NIR spectra with biomass, UCO and PHA concentrations in the broth. The NIR predictions were compared with values obtained by offline reference methods. Prediction errors to these parameters were 1.18 g L-1, 2.37 g L-1 and 1.58 g L-1 for biomass, UCO and PHA, respectively, which indicates the suitability of the NIR spectroscopy method for online monitoring and as a method to assist bioreactor control. UCO and OODD are low cost substrates with potential to be used in PHA batch and fed-batch production. The use of NIR in this bioprocess also opened an opportunity for optimization and control of PHA production process.