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.

Avaliação da influência de antioxidantes na estabilização de biodiesel

O biodiesel é uma fonte de energia renovável, que se pode obter pela transformação dos resíduos domésticos, e é ambientalmente inócuo, e fácil de transportar, pois tem um ponto de fulgor elevado. Atualmente tem-se focado a atenção nos efeitos da oxidação do biodiesel causados pelo contato com o ar ambiente durante o seu armazenamento. Os produtores, fornecedores e consumidores, pretendem garantir que a qualidade do biodiesel e das suas misturas com combustíveis destilados do petróleo, mantém-se durante longos períodos de armazenamento. A maioria dos óleos vegetais e das gorduras animais, usados como matéria – prima, são triacilgliceróis com grupos ácido gordos de cadeia longa (C16 – C18) ligados por ligações éster a uma estrutura de glicerol. O objetivo deste estudo foi avaliar a eficiência do ácido gálhico e seus derivados alquilo ésteres aumentando a resistência relativa à oxidação do ácido linoléico, inibindo a peroxidação ácido gordos de cadeia longa insaturados. Outro objetivo foi estudar a taxa de inibição da auto-oxidação do ácido linoleico. Foi, ainda estudado o efeito que a concentração do antioxidante, tinha na estabilidade do ácido linoleico. No caso do ácido gálhico verificou-se que o aumento para o dobro da concentração do antioxidante utilizada, obtinha-se quase o dobro da taxa de inibição da oxidação do ácido linoleico. A auto-oxidação de ácido linoleico é acompanhada pela formação do seu dieno conjugado, o qual foi medido sua absorvância, durante 7 dias, por espetrofotometria de absorção UV a 234 nm. Uma diminuição da taxa de formação de dieno conjugado, indica o aumento da atividade antioxidante do composto adicionado à micela de ácido linoleico. Os resultados obtidos permitem concluir que de todos os antioxidantes testados o galhato de butilo é o que possibilita uma maior inibição da oxidação do ácido linoleico para as duas concentrações de antioxidantes testadas (0,1 mM e 1mM), obteve-se uma percentagem de inibição do ácido linoleico de 54,0% e 63,6%, respetivamente. O estudo comparativo da estabilização do ácido linoleico com o antioxidante de referência, o butil -hidroxitolueno, mostrou que este composto tem um poder de estabilização inferior a qualquer dos antioxidantes estudados. Os resultados deste estudo demonstraram que a utilização de compostos fenólicos, em especial o galhato de butilo, constitui uma boa alternativa para a estabilização de matrizes lipídicas, nomeadamente de combustíveis como o biodiesel.

Estudo da valorização de um resíduo de ácidos gordos livres

Com o desenvolvimento económico a gestão de recursos é um desafio que a sociedade moderna enfrenta. Um desenvolvimento sustentável, que procure satisfazer as necessidades da geração actual e futuras, é fundamental. É pois necessário encontrar novas fontes de energia e reduzir/valorizar resíduos. O objectivo deste trabalho prende-se com a valorização de um resíduo de ácidos gordos livres como fonte alternativa de energia. Estes ácidos gordos são obtidos na purificação primária da glicerina proveniente da produção de biodiesel por via alcalina, cedida pela empresa SOCIPOLE SA. Inicialmente separaram-se os ácidos gordos livres e ésteres presentes na glicerina, e caracterizou-se o produto obtido. Efectuaram-se dois ensaios, obtendo-se 42,9% e 53,8% em massa de ácidos gordos livres e 41,7% e 34,0% de ésteres no 1º e 2º ensaio respectivamente. Além dos ésteres e ácidos gordos livres, no 1º produto existem 15,4% de matéria não esterificável e no 2º 12,2%. Na primeira parte do trabalho, estudou-se a possibilidade de utilização directa deste produto como combustível. Determinou-se o PCI, obtendo-se 29,8 e 29,4 MJ/kg para o 1º e 2º ensaio respectivamente. Estes valores são superiores aos que se encontram no despacho 17313/2008 de 26 de Junho de 2008, para biogasolina e biodiesel (27,2 MJ/kg), significando que os ácidos gordos livres separados têm forte potencial para serem usados como combustível. Efectuou-se também um estudo de corrosão de aço do corpo e tubos de uma caldeira através de ensaios de polarização, usando um Potenciostato/Galvanostato, e por variação da massa de amostras mergulhadas nos ácidos gordos livres a 105ºC e à temperatura ambiente. Nas condições estudadas, os ácidos gordos não promoveram corrosão nas amostras. Por fim, fez-se a combustão de uma amostra dos ácidos gordos livres num bico de Meeker e verificou-se a formação de depósitos equivalentes a 1,93% da massa inicial. Na segunda parte estudou-se a possibilidade de produzir biodiesel por esterificação, dos ácidos gordos livres. Fez-se um estudo prévio para verificar qual a melhor razão molar de amostra/metanol a utilizar, optando-se por 1:6. Após cinco etapas de esterificação, obteve-se um produto final com 85,6% de ésteres. Não foram então atingidos os 96,5% exigidos pela norma europeia EN 14214, devido à presença de matéria não esterificável na matéria-prima, que não foi possível separar totalmente do produto durante o processo (esterificação, lavagem e secagem). Pela análise de todos os parâmetros, o produto obtido não pode ser considerado biodiesel, não sendo possível ser comercializado como tal. A análise dos resultados aponta para a opção da valorização do resíduo de ácidos gordos na queima directa em geradores e caldeiras que deverá no entanto, ser precedida de um estudo mais detalhado que inclua a análise da constituição da matéria não esterificável, para garantir uma combustão segura.

Formulação de um biofilme para controlo da listéria em queijos

Dissertação de Mestrado, Tecnologia e Segurança Alimentar, 12 Fevereiro de 2016, Universidade dos Açores.

Preparação de catalisadores heterogéneos para a produção de biodiesel

A produção de biodiesel como combustível para motores diesel, aumentou fortemente nos últimos anos e espera-se que cresça mais e mais num futuro próximo. O aumento do consumo de biodiesel exige processos de produção optimizados que permitam grandes capacidades de produção, operações simplificadas, rendimentos altos, bem como a utilização de matérias-primas mais económicas. Por isso, o desenvolvimento de processos de produção de baixo custo exige a especificação de catalisadores heterogéneos eficientes na promoção da reacção de transesterificação, permitindo a imediata separação da glicerina pura, não necessitando de uma purificação dispendiosa deste subproduto. Os xerogéis de carbono surgem então como materiais promissores para aplicação como catalisadores heterogéneos para a produção de biodiesel, devido às suas excelentes propriedades ao nível da sua textura e superfície química. Neste trabalho o principal objectivo foi a preparação de um xerogel de carbono, com o intuito de posteriormente ser aplicado na produção de biodiesel por catálise heterogénea. Amostras de xerogel de carbono foram preparadas pelo método sol-gel e oxidadas em fase líquida sendo posteriormente caracterizados os seus grupos funcionais e a sua área específica. Os resultados obtidos mostram que é possivel obter um xerogel de carbono com área superficial alta, tendo sido atingido um valor máximo para a amostra número dois (803 m2/g). Os resultados atingidos ao nível da preparação do catalisador permitem concluir que as condições de operação influenciam a estrutura final do xerogel de carbono. Quanto à caracterização da química superficial do xerogel, foi possível verificar que a diferença do número de acidez entre as amostras oxidadas e não oxidadas do mesmo lote é alta, o que permite afirmar que a oxidação do material de carbono incrementa a concentração de grupos oxigénio à superfície do xerogel. O valor máximo para o número de acidez foi obtido com a amostra número três (Amostra oxidada - 916 μmol/g, Amostra não oxidada - 207 μmol/g). Apesar de terem sido realizados ensaios para a produção de biodiesel os resultados obtidos foram nulos. A escolha das condições de reacção para a catálise heterogénea com este tipo de material poderá não ter sido a mais indicada, assim como a quantidade e o tipo de grupos funcionais introduzidos no catalisador não terem acidez suficiente para permitir uma catálise efectiva.

Processos de purificação/ valorização do glicerol proveniente da produção de biodiesel

Mestrado em Engenharia Química - Ramo optimização energética na indústria química

Friction losses of Newtonian and non-Newtonian fluids flowing in laminar regime in a helical coil

This study aimed to carry out experimental work to determine, for Newtonian and non-Newtonian fluids, the friction factor (fc) with simultaneous heat transfer, at constant wall temperature as boundary condition, in fully developed laminar flow inside a vertical helical coil. The Newtonian fluids studied were aqueous solutions of glycerol, 25%, 36%, 43%, 59% and 78% (w/w). The non-Newtonian fluids were aqueous solutions of carboxymethylcellulose (CMC), a polymer, with concentrations of 0.2%, 0.3%, 0.4% and 0.6% (w/w) and aqueous solutions of xanthan gum (XG), another polymer, with concentrations of 0.1% and 0.2% (w/w). According to the rheological study done, the polymer solutions had shear-thinning behavior and different values of viscoelasticity. The helical coil used has an internal diameter, curvature ratio, length and pitch, respectively: 0.00483 m, 0.0263, 5.0 m and 11.34 mm. It was concluded that the friction factors, with simultaneous heat transfer, for Newtonian fluids can be calculated using expressions from literature for isothermal flows. The friction factors for CMC and XG solutions are similar to those for Newtonian fluids when the Dean number, based in a generalized Reynolds number, is less than 80. For Dean numbers higher than 80, the friction factors of the CMC solutions are lower those of the XG solutions and of the Newtonian fluids. In this range the friction factors decrease with the increase of the viscometric component of the solution and increase for increasing elastic component. The change of behavior at Dean number 80, for Newtonian and non-Newtonian fluids, is in accordance with the study of Ali [4]. There is a change of behavior at Dean number 80, for Newtonian and non-Newtonian fluids, which is in according to previous studies. The data also showed that the use of the bulk temperature or of the film temperature to calculate the physical properties of the fluid has a residual effect in the friction factor values.

Heat transfer coefficients from Newtonian and non-Newtonian fluids flowing in laminar regime in a helical coil

This study aimed to carry out experimental work to obtain, for Newtonian and non-Newtonian fluids, heat transfer coefficients, at constant wall temperature as boundary condition, in fully developed laminar flow inside a helical coil. The Newtonian fluids studied were aqueous solutions of glycerol, 25%, 36%, 43%, 59% and 78% (w/w) and the non-Newtonian fluids aqueous solutions of carboxymethylcellulose (CMC), a polymer, with concentrations 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4% and 0.6% (w/w) and aqueous solutions of xanthan gum (XG), another polymer, with concentrations 0.1% and 0.2% (w/w). According to the rheological study performed, the polymer solutions had shear thinning behavior and different values of elasticity. The helical coil used has internal diameter, curvature ratio, length and pitch, respectively: 0.004575 m, 0.0263, 5.0 m and 11.34 mm. The Nusselt numbers for the CMC solutions are, on average, slightly higher than those for Newtonian fluids, for identical Prandtl and generalized Dean numbers. As outcome, the viscous component of the shear thinning polymer tends to potentiate the mixing effect of the Dean cells. The Nusselt numbers of the XG solutions are significant lower than those of the Newtonian solutions, for identical Prandtl and generalized Dean numbers. Therefore, the elastic component of the polymer tends to diminish the mixing effect of the Dean cells. A global correlation, for Nusselt number as a function of Péclet, generalized Dean and Weissenberg numbers for all Newtonian and non-Newtonian solutions studied, is presented.

Aplicação de filmes de suberina na produção de materiais bio-funcionais

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

In vitro assessment of three dimensional dense chitosan-based structures to be as bioabsorbable implants

Chitosan biocompatibility and biodegradability properties make this biopolymer promising for the development of advanced internal fixation devices for orthopedic applications. This work presents a detailed study on the production and characterization of three dimensional (3D) dense, non-porous, chitosan-based structures, with the ability to be processed in different shapes, and also with high strength and stiffness. Such features are crucial for the application of such 3D structures as bioabsorbable implantable devices. The influence of chitosan's molecular weight and the addition of one plasticizer (glycerol) on 3D dense chitosan-based products' biomechanical properties were explored. Several specimens were produced and in vitro studies were performed in order to assess the cytotoxicity of these specimens and their physical behavior throughout the enzymatic degradation experiments. The results point out that glycerol does not impact on cytotoxicity and has a high impact in improving mechanical properties, both elasticity and compressive strength. In addition, human mesenchymal stem/stromal cells (MSC) were used as an ex-vivo model to study cell adhesion and proliferation on these structures, showing promising results with fold increase values in total cell number similar to the ones obtained in standard cell culture flasks. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Radiometric studies of mycobacterium tuberculosis

An in vitro assay system that included automated radiometric quantification of 14CO2 released as a result of oxidation of 14C- substrates was applied for studying the metabolic activity of M. tuberculosis under various experimental conditions. These experiments included the study of a) mtabolic pathways, b) detection times for various inoculum sizes, c) effect of filtration on reproducibility of results, d) influence of stress environment e) minimal inhibitory concentrations for isoniazid, streptomycin, ethambutol and rifampin, and f) generation times of M. tuberculosis and M. bovis. These organisms were found to metabolize 14C-for-mate, (U-14C) acetate, (U-14C) glycerol, (1-14C) palmitic acid, 1-14C) lauric acid, (U-14C) L-malic acid, (U-14C) D-glucose, and (U-14C) D-glucose, but not (1-14C) L-glucose, (U-14C) glycine, or (U-14C) pyruvate to 14CO2. By using either 14C-for-mate, (1-14C) palmitic acid, or (1-14C) lauric acid, 10(7) organisms/vial could be detected within 24 48 hours and as few as 10 organisms/vial within 16-20 days. Reproducible results could be obtained without filtering the bacterial suspension, provided that the organisms were grown in liquid 7H9 medium with 0.05% polysorbate 80 and homogenized prior to the study. Drugs that block protein synthesis were found to have lower minimal inhibitory concentrations with the radiometric method when compared to the conventional agar dilution method. The mean generation time obtained for M. bovis and different strains of M. tuberculosis with various substrates was 9 ± 1 hours.

Siderophore Production by Bacillus megaterium: Effect of Growth Phase and Cultural Conditions

Siderophore production by Bacillus megaterium was detected, in an iron-deficient culture medium, during the exponential growth phase, prior to the sporulation, in the presence of glucose; these results suggested that the onset of siderophore production did not require glucose depletion and was not related with the sporulation. The siderophore production by B. megaterium was affected by the carbon source used. The growth on glycerol promoted the very high siderophore production (1,182 μmol g−1 dry weight biomass); the opposite effect was observed in the presence of mannose (251 μmol g−1 dry weight biomass). The growth in the presence of fructose, galactose, glucose, lactose, maltose or sucrose, originated similar concentrations of siderophore (546–842 μmol g−1 dry weight biomass). Aeration had a positive effect on the production of siderophore. Incubation of B. megaterium under static conditions delayed and reduced the growth and the production of siderophore, compared with the incubation in stirred conditions.

Development of polymeric membranes for forward osmosis

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

In Situ Near-Infrared (NIR) Versus High-Throughput Mid- Infrared (MIR) Spectroscopy to Monitor Biopharmaceutical Production

The development of biopharmaceutical manufacturing processes presents critical constraints, with the major constraint being that living cells synthesize these molecules, presenting inherent behavior variability due to their high sensitivity to small fluctuations in the cultivation environment. To speed up the development process and to control this critical manufacturing step, it is relevant to develop high-throughput and in situ monitoring techniques, respectively. Here, high-throughput mid-infrared (MIR) spectral analysis of dehydrated cell pellets and in situ near-infrared (NIR) spectral analysis of the whole culture broth were compared to monitor plasmid production in recombinant Escherichia coil cultures. Good partial least squares (PLS) regression models were built, either based on MIR or NIR spectral data, yielding high coefficients of determination (R-2) and low predictive errors (root mean square error, or RMSE) to estimate host cell growth, plasmid production, carbon source consumption (glucose and glycerol), and by-product acetate production and consumption. The predictive errors for biomass, plasmid, glucose, glycerol, and acetate based on MIR data were 0.7 g/L, 9 mg/L, 0.3 g/L, 0.4 g/L, and 0.4 g/L, respectively, whereas for NIR data the predictive errors obtained were 0.4 g/L, 8 mg/L, 0.3 g/L, 0.2 g/L, and 0.4 g/L, respectively. The models obtained are robust as they are valid for cultivations conducted with different media compositions and with different cultivation strategies (batch and fed-batch). Besides being conducted in situ with a sterilized fiber optic probe, NIR spectroscopy allows building PLS models for estimating plasmid, glucose, and acetate that are as accurate as those obtained from the high-throughput MIR setup, and better models for estimating biomass and glycerol, yielding a decrease in 57 and 50% of the RMSE, respectively, compared to the MIR setup. However, MIR spectroscopy could be a valid alternative in the case of optimization protocols, due to possible space constraints or high costs associated with the use of multi-fiber optic probes for multi-bioreactors. In this case, MIR could be conducted in a high-throughput manner, analyzing hundreds of culture samples in a rapid and automatic mode.

In situ NIR spectroscopy monitoring of plasmid production processes effect of producing strain, medium composition and the cultivation strategy

BACKGROUNDWhile the pharmaceutical industry keeps an eye on plasmid DNA production for new generation gene therapies, real-time monitoring techniques for plasmid bioproduction are as yet unavailable. This work shows the possibility of in situ monitoring of plasmid production in Escherichia coli cultures using a near infrared (NIR) fiber optic probe. RESULTSPartial least squares (PLS) regression models based on the NIR spectra were developed for predicting bioprocess critical variables such as the concentrations of biomass, plasmid, carbon sources (glucose and glycerol) and acetate. In order to achieve robust models able to predict the performance of plasmid production processes, independently of the composition of the cultivation medium, cultivation strategy (batch versus fed-batch) and E. coli strain used, three strategies were adopted, using: (i) E. coliDH5 cultures conducted under different media compositions and culture strategies (batch and fed-batch); (ii) engineered E. coli strains, MG1655endArecApgi and MG1655endArecA, grown on the same medium and culture strategy; (iii) diverse E. coli strains, over batch and fed-batch cultivations and using different media compositions. PLS models showed high accuracy for predicting all variables in the three groups of cultures. CONCLUSIONNIR spectroscopy combined with PLS modeling provides a fast, inexpensive and contamination-free technique to accurately monitoring plasmid bioprocesses in real time, independently of the medium composition, cultivation strategy and the E. coli strain used.