Adsorção de metais em solução aquosa pelos processos de batelada e coluna de leito fixo utilizando silsesquioxano funcionalizado com 5-amino-1,3,4-tiadiazol-2-tiol

Pós-graduação em Ciência dos Materiais - FEIS

Preparação, caracterização e estudo da eficiência na fotodegradação e adsorção de Rodamina B de heteroestruturas de TiO2/α-Fe2O3

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Variabilidade da frequência cardíaca e carga máxima atingida no teste de esforço físico dinâmico em homens idosos

INTRODUÇÃO: Um dos benefícios promovidos pelo exercício físico parece ser a melhora da modulação do sistema nervoso autônomo sobre o coração. No entanto, o papel da atividade física como um fator determinante da variabilidade da frequência cardíaca (VFC) não está bem estabelecido. Desta forma, o objetivo do estudo foi verificar se há correlação entre a frequência cardíaca de repouso e a carga máxima atingida no teste de esforço físico com os índices de VFC em homens idosos. MÉTODOS: Foram estudados 18 homens idosos com idades entre 60 e 70 anos. Foram feitas as seguintes avaliações: a) teste de esforço máximo em cicloergômetro utilizando-se o protocolo de Balke para avaliação da capacidade aeróbia; b) registro da frequência cardíaca (FC) e dos intervalos R-R durante 15 minutos na condição de repouso em decúbito dorsal. Após a coleta, os dados foram analisados no domínio do tempo, calculando-se o índice RMSSD, e no domínio da frequência, calculando-se os índices de baixa frequência (BF), alta frequência (AF) e razão BF/AF. Para verificar se existe associação entre a carga máxima atingida no teste de esforço e os índices de VFC foi aplicado o teste de correlação de Pearson (p < 0,05). RESULTADOS: Características demográficas, antropométricas, fisiológicas e carga máxima atingida no teste ergométrico: idade = 63 ± 3,0 anos; IMC = 24 ± 2kg/m²; FC = 63 ± 9bpm; PAS = 123 ± 19mmHg; PAD = 83 ± 8mmHg; carga máxima = 152 ± 29 watts. Não houve correlação entre os índices de VFC com os valores de FC de repouso e carga máxima atingida no teste ergométrico (p > 0,05). CONCLUSÃO: Os índices de variabilidade da frequência cardíaca temporal e espectrais estudados não são indicadores do nível de capacidade aeróbia de homens idosos avaliados em cicloergômetro.

Estudo da reação de epoxidação do óleo de soja em condição de remoção de calor máxima.

Óleo de soja epoxidado (OSE) é um produto químico há muito tempo utilizado como co-estabilizante e plastificante secundário do poli (cloreto de vinila) (PVC), ou seja, como um material que tem limitações na quantidade máxima que pode ser usada no composto de PVC. A sua aplicação como plastificante primário, ou seja, como o principal elemento plastificante no composto de PVC, e como base para outros plastificantes de fontes renováveis, tem aumentado nos últimos anos, principalmente devido a melhorias de desempenho e à redução do custo do OSE em comparação com plastificantes tradicionais. A reação de epoxidação do óleo de soja é bem conhecida e ocorre em duas fases líquidas, com reações em ambas as fases, e transferência de massa entre as fases. O processo industrial mais utilizado conta com formação in-situ do ácido perfórmico, através da adição gradativa do principal reagente, o peróxido de hidrogênio a uma mistura agitada de ácido fórmico e óleo de soja refinado. Industrialmente, o processo é realizado em batelada, controlando a adição do reagente peróxido de hidrogênio de forma que a geração de calor não ultrapasse a capacidade de resfriamento do sistema. O processo tem um ciclo que pode variar entre 8 e 12 horas para atingir a conversão desejada, fazendo com que a capacidade de produção seja dependente de investimentos relativamente pesados em reatores agitados mecanicamente, que apresentam diversos riscos de segurança. Estudos anteriores não exploram em profundidade algumas potenciais áreas de otimização e redução das limitações dos processos, como a intensificação da transferência de calor, que permite a redução do tempo total de reação. Este trabalho avalia experimentalmente e propõe uma modelagem para a reação de epoxidação do óleo de soja em condições de remoção de calor máxima, o que permite que os reagentes sejam adicionados em sua totalidade no início da reação, simplificando o processo. Um modelo foi ajustado aos dados experimentais. O coeficiente de troca térmica, cuja estimativa teórica pode incorrer em erros significativos, foi calculado a partir de dados empíricos e incluído na modelagem, acrescentando um fator de variabilidade importante em relação aos modelos anteriores. O estudo propõe uma base teórica para potenciais alternativas aos processos adotados atualmente, buscando entender as condições necessárias e viáveis em escala industrial para redução do ciclo da reação, podendo inclusive apoiar potenciais estudos de implementação de um reator contínuo, mais eficiente e seguro, para esse processo.

Micropartículas de quitosana estruturadas com aerosil®: estabilidade, adsorção, encapsulação e liberação de substâncias ativas

Biodegradable microspheres used as controlled release systems are important in pharmaceutics. Chitosan biopolymer represents an attractive biomaterial alternative because of its physicochemical and biological characteristics. Chitosan microspheres are expected to become promising carrier systems for drug and vaccine delivery, especially for non-invasive ways oral, mucosal and transdermal routes. Controlling the swelling rate and swelling capacity of the hydrogel and improving the fragile nature of microspheres under acidic conditions are the key challenges that need to be overcomed in order to enable the exploration of the full pharmaceutical potential use of these microparticles. Many studies have focused on the modification of chitosan microsphere structures with cross-linkers, various polymers blends and new organic-inorganic hybrid systems in order to obtain improved properties. In this work, microspheres made of chitosan and nanosized hydrophobic silica (Aerosil R972) were produced by a method consisting of two steps. First, a preparation of a macroscopically homogeneous chitosan-hydrophobic silica dispersion was prepared followed by spray drying. FTIR spectroscopy, X-ray powder diffraction, differential scanning calorimetry, thermal gravimetric analysis, scanning electron microscopy (SEM) and high-resolution transmission electron microscopy (TEM) were used to characterize the microspheres. Also, the were conducted acid stability, moisture sorption capacity, release properties and biological assays. The chitosan-hydrophobic silica composite microspheres showed improved thermal degradation, lower water affinity, better acid stability and ability to retard rifampicin and propranolol hydrochloride (drug models) release under simulated physiological conditions. In vitro biocompatibility studies indicated low cytotoxicity and low capacity to activate cell production of the pro-inflammatory mediator nitric oxide. The results show here encourage further studies on the use of the new chitosan-hydrophobic silica composite microspheres as drug carrier systems via oral or nasal routes.

Estudo da capacidade de remoção de óleo solúvel, em águas produzidas, por bentonitas hidrofobizadas

In this study we evaluated the capacity removal of PAHs in an oily solution between the bentonite hydrofobized with linseed oil and paraffin with natural bentonite. Analyses of natural bentonite and hydrofobized were made by the characterization techniques: (1) Thermogravimetric Analysis (TGA), which aimed to evaluate the thermal events due to mass loss, both associated with the exit of moisture and decomposition of clay as due to hidrofobizante loss agent. (2) Analysis of X-ray diffraction (XRD) in order to determine the mineralogical phases that make up the structure of clay and (3) Spectrophotometry in the infrared region used to characterize the functional groups of both the matrix mineral (bentonite) and the hidrofobizantes agents (linseed oil and paraffin). We used a factorial design 24 with the following factors; hidrofobizante, percent hidrofobizante, adsorption time and volume of the oily solution. Analyzing the factorial design 24 was seen that none of the factors apparently was more important than the others and, as all responses showed significant values in relation to the ability of oil removal was not possible to evaluate a difference in the degree of efficiency the two hidrofobizantes. For the new study compared the efficiency of the modified clay, with each hidrofobizante separately in relation to their natural form. As such, there are four new factorial designs 23 using natural bentonite as a differentiating factor. The factors used were bentonite (with and without hydrophobization), exposure time of the adsorbent material to the oily solution and volume of an oily solution, trying to interpret how these factors could influence the process of purifying water contaminated with PAHs. Was employed as a technique for obtaining responses to fluorescence spectroscopy, as already known from literature that PAHs, for presenting combined chains due to condensation of the aromatic rings fluoresce quite similar when excited in the ultraviolet region and as an auxiliary technique to gas chromatography / mass spectrometry (GC-MS) used for the analysis of PAHs in order to complement the study of fluorescence spectroscopy, since the spectroscopic method only allows you an idea of total number of fluorescent species contained in the oil soluble. The result shows an excellent adsorption of PAHs and other fluorescent species assigned to the main effect of the first factor, hydrophobization for the first planning 23 BNTL 5%, for 93% the sixth stop in the second test (+-+),factorial design 23 BNTL 10%, the fourth test (++-) with 94.5% the third factorial design 23 BNTP 5%, the second test (+--) with 91% and the fourth and final planning 23 BNTP 10%, the last test ( + + +) with 88%. Compared with adsorption of bentonite in its natural form. This work also shows the maximum adsorption of each hidrofobizante

Capacidade de sprints de futebolistas na pré temporada

No futebol as corridas de alta velocidade em curto espaço e médias distâncias sao consideradas decisivas. O objetivo desse estudo foi investigar o nível de condicionamento anaeróbio de atletas, que disputam a divisao de acesso do campeonato gaúcho. O grupo estudado tinha a média de idade de 24,8±5,6 anos, massa corporal de 79,9±9,2 kg, estatura de 178,5±6,7 cm e o somatório de 7 dobras cutâneas 82±19,4 mm e foi composto por jogadores profissionais de futebol. Os resultados encontrados para potência absoluta em Watts(W) foram potência média 598,2±84,6 W; potência mínima 454±87,2 W e potência máxima 762,3±145 W. A potência média por posiçao resultante: atacantes: 673,3±22,2 W; laterais: 641,2±75,6 W; zagueiros 619,2±30,5 W; os volantes: 600±92,6 W e meias:539,6±94,3 W. Os resultados obtidos auxiliam na preparaçao física da equipe e colaboram para criaçao de um perfil dos jogadores de futebol da 2a divisao do RS

Capacidade de sprints de futebolistas na pré temporada

No futebol as corridas de alta velocidade em curto espaço e médias distâncias sao consideradas decisivas. O objetivo desse estudo foi investigar o nível de condicionamento anaeróbio de atletas, que disputam a divisao de acesso do campeonato gaúcho. O grupo estudado tinha a média de idade de 24,8±5,6 anos, massa corporal de 79,9±9,2 kg, estatura de 178,5±6,7 cm e o somatório de 7 dobras cutâneas 82±19,4 mm e foi composto por jogadores profissionais de futebol. Os resultados encontrados para potência absoluta em Watts(W) foram potência média 598,2±84,6 W; potência mínima 454±87,2 W e potência máxima 762,3±145 W. A potência média por posiçao resultante: atacantes: 673,3±22,2 W; laterais: 641,2±75,6 W; zagueiros 619,2±30,5 W; os volantes: 600±92,6 W e meias:539,6±94,3 W. Os resultados obtidos auxiliam na preparaçao física da equipe e colaboram para criaçao de um perfil dos jogadores de futebol da 2a divisao do RS

Capacidade de sprints de futebolistas na pré temporada

No futebol as corridas de alta velocidade em curto espaço e médias distâncias sao consideradas decisivas. O objetivo desse estudo foi investigar o nível de condicionamento anaeróbio de atletas, que disputam a divisao de acesso do campeonato gaúcho. O grupo estudado tinha a média de idade de 24,8±5,6 anos, massa corporal de 79,9±9,2 kg, estatura de 178,5±6,7 cm e o somatório de 7 dobras cutâneas 82±19,4 mm e foi composto por jogadores profissionais de futebol. Os resultados encontrados para potência absoluta em Watts(W) foram potência média 598,2±84,6 W; potência mínima 454±87,2 W e potência máxima 762,3±145 W. A potência média por posiçao resultante: atacantes: 673,3±22,2 W; laterais: 641,2±75,6 W; zagueiros 619,2±30,5 W; os volantes: 600±92,6 W e meias:539,6±94,3 W. Os resultados obtidos auxiliam na preparaçao física da equipe e colaboram para criaçao de um perfil dos jogadores de futebol da 2a divisao do RS

Functional alkali tantalate 2D structures for microelectronics and related applications

Alkali tantalates and niobates, including K(Ta / Nb)O3, Li(Ta / Nb)O3 and Na(Ta / Nb)O3, are a very promising ferroic family of lead-free compounds with perovskite-like structures. Their versatile properties make them potentially interesting for current and future application in microelectronics, photocatalysis, energy and biomedics. Among them potassium tantalate, KTaO3 (KTO), has been raising interest as an alternative for the well-known strontium titanate, SrTiO3 (STO). KTO is a perovskite oxide with a quantum paraelectric behaviour when electrically stimulated and a highly polarizable lattice, giving opportunity to tailor its properties via external or internal stimuli. However problems related with the fabrication of either bulk or 2D nanostructures makes KTO not yet a viable alternative to STO. Within this context and to contribute scientifically to the leverage tantalate based compounds applications, the main goals of this thesis are: i) to produce and characterise thin films of alkali tantalates by chemical solution deposition on rigid Si based substrates, at reduced temperatures to be compatible with Si technology, ii) to fulfil scientific knowledge gaps in these relevant functional materials related to their energetics and ii) to exploit alternative applications for alkali tantalates, as photocatalysis. In what concerns the synthesis attention was given to the understanding of the phase formation in potassium tantalate synthesized via distinct routes, to control the crystallization of desired perovskite structure and to avoid low temperature pyrochlore or K-deficient phases. The phase formation process in alkali tantalates is far from being deeply analysed, as in the case of Pb-containing perovskites, therefore the work was initially focused on the process-phase relationship to identify the driving forces responsible to regulate the synthesis. Comparison of phase formation paths in conventional solid-state reaction and sol-gel method was conducted. The structural analyses revealed that intermediate pyrochlore K2Ta2O6 structure is not formed at any stage of the reaction using conventional solid-state reaction. On the other hand in the solution based processes, as alkoxide-based route, the crystallization of the perovskite occurs through the intermediate pyrochlore phase; at low temperatures pyrochlore is dominant and it is transformed to perovskite at >800 °C. The kinetic analysis carried out by using Johnson-MehlAvrami-Kolmogorow model and quantitative X-ray diffraction (XRD) demonstrated that in sol-gel derived powders the crystallization occurs in two stages: i) at early stage of the reaction dominated by primary nucleation, the mechanism is phase-boundary controlled, and ii) at the second stage the low value of Avrami exponent, n ~ 0.3, does not follow any reported category, thus not permitting an easy identification of the mechanism. Then, in collaboration with Prof. Alexandra Navrotsky group from the University of California at Davis (USA), thermodynamic studies were conducted, using high temperature oxide melt solution calorimetry. The enthalpies of formation of three structures: pyrochlore, perovskite and tetragonal tungsten bronze K6Ta10.8O30 (TTB) were calculated. The enthalpies of formation from corresponding oxides, ∆Hfox, for KTaO3, KTa2.2O6 and K6Ta10.8O30 are -203.63 ± 2.84 kJ/mol, - 358.02 ± 3.74 kJ/mol, and -1252.34 ± 10.10 kJ/mol, respectively, whereas from elements, ∆Hfel, for KTaO3, KTa2.2O6 and K6Ta10.8O30 are -1408.96 ± 3.73 kJ/mol, -2790.82 ± 6.06 kJ/mol, and -13393.04 ± 31.15 kJ/mol, respectively. The possible decomposition reactions of K-deficient KTa2.2O6 pyrochlore to KTaO3 perovskite and Ta2O5 (reaction 1) or to TTB K6Ta10.8O30 and Ta2O5 (reaction 2) were proposed, and the enthalpies were calculated to be 308.79 ± 4.41 kJ/mol and 895.79 ± 8.64 kJ/mol for reaction 1 and reaction 2, respectively. The reactions are strongly endothermic, indicating that these decompositions are energetically unfavourable, since it is unlikely that any entropy term could override such a large positive enthalpy. The energetic studies prove that pyrochlore is energetically more stable phase than perovskite at low temperature. Thus, the local order of the amorphous precipitates drives the crystallization into the most favourable structure that is the pyrochlore one with similar local organization; the distance between nearest neighbours in the amorphous or short-range ordered phase is very close to that in pyrochlore. Taking into account the stoichiometric deviation in KTO system, the selection of the most appropriate fabrication / deposition technique in thin films technology is a key issue, especially concerning complex ferroelectric oxides. Chemical solution deposition has been widely reported as a processing method to growth KTO thin films, but classical alkoxide route allows to crystallize perovskite phase at temperatures >800 °C, while the temperature endurance of platinized Si wafers is ~700 °C. Therefore, alternative diol-based routes, with distinct potassium carboxylate precursors, was developed aiming to stabilize the precursor solution, to avoid using toxic solvents and to decrease the crystallization temperature of the perovskite phase. Studies on powders revealed that in the case of KTOac (solution based on potassium acetate), a mixture of perovskite and pyrochlore phases is detected at temperature as low as 450 °C, and gradual transformation into monophasic perovskite structure occurs as temperature increases up to 750 °C, however the desired monophasic KTaO3 perovskite phase is not achieved. In the case of KTOacac (solution with potassium acetylacetonate), a broad peak is detected at temperatures <650 °C, characteristic of amorphous structures, while at higher temperatures diffraction lines from pyrochlore and perovskite phases are visible and a monophasic perovskite KTaO3 is formed at >700 °C. Infrared analysis indicated that the differences are due to a strong deformation of the carbonate-based structures upon heating. A series of thin films of alkali tantalates were spin-coated onto Si-based substrates using diol-based routes. Interestingly, monophasic perovskite KTaO3 films deposited using KTOacac solution were obtained at temperature as low as 650 °C; films were annealed in rapid thermal furnace in oxygen atmosphere for 5 min with heating rate 30 °C/sec. Other compositions of the tantalum based system as LiTaO3 (LTO) and NaTaO3 (NTO), were successfully derived as well, onto Si substrates at 650 °C as well. The ferroelectric character of LTO at room temperature was proved. Some of dielectric properties of KTO could not be measured in parallel capacitor configuration due to either substrate-film or filmelectrode interfaces. Thus, further studies have to be conducted to overcome this issue. Application-oriented studies have also been conducted; two case studies: i) photocatalytic activity of alkali tantalates and niobates for decomposition of pollutant, and ii) bioactivity of alkali tantalate ferroelectric films as functional coatings for bone regeneration. Much attention has been recently paid to develop new type of photocatalytic materials, and tantalum and niobium oxide based compositions have demonstrated to be active photocatalysts for water splitting due to high potential of the conduction bands. Thus, various powders of alkali tantalates and niobates families were tested as catalysts for methylene blue degradation. Results showed promising activities for some of the tested compounds, and KNbO3 is the most active among them, reaching over 50 % degradation of the dye after 7 h under UVA exposure. However further modifications of powders can improve the performance. In the context of bone regeneration, it is important to have platforms that with appropriate stimuli can support the attachment and direct the growth, proliferation and differentiation of the cells. In lieu of this here we exploited an alternative strategy for bone implants or repairs, based on charged mediating signals for bone regeneration. This strategy includes coating metallic 316L-type stainless steel (316L-SST) substrates with charged, functionalized via electrical charging or UV-light irradiation, ferroelectric LiTaO3 layers. It was demonstrated that the formation of surface calcium phosphates and protein adsorption is considerably enhanced for 316L-SST functionalized ferroelectric coatings. Our approach can be viewed as a set of guidelines for the development of platforms electrically functionalized that can stimulate tissue regeneration promoting direct integration of the implant in the host tissue by bone ingrowth and, hence contributing ultimately to reduce implant failure.

Fatores que inuenciam a Capacidade Funcional em indivíduos submetidos a Artroplastia Total da Anca

O crescente envelhecimento da população, associado ao aparecimento de inúmeras comorbilidades, apresenta repercussões na funcionalidade, mobilidade e autonomia da população. A Osteoartrose (OA), problema músculo-esquelético mais comum, apresenta-se, em Portugal, como principal causa de incapacidade do idoso. Como tentativa de recuperação da funcionalidade e alívio dos sintomas, a Artroplastia Total da Anca (ATA) surge como opção terapêutica elegida. Intervindo na capacitação da pessoa e família, o enfermeiro de reabilitação procura auxiliar na reorganização do seu projeto de saúde, de acordo com as necessidades, decorrentes deste processo de transição, dotando-a de recursos para melhor responder a este desafio. Este estudo tem como objetivo analisar os fatores influenciadores da Capacidade Funcional (CF) nos indivíduos submetidos a ATA após dois meses da alta clínica, enquadrando-se no paradigma da investigação quantitativa, de natureza descritivo correlacional, longitudinal. A amostra, não probabilística, por conveniência, foi constituída por 32 pessoas, entre 44 e 87 anos de idade, internadas no Centro Cirúrgico de Coimbra (Julho a Dezembro de 2015). Na recolha de dados utilizou-se o questionário que incluiu o questionário HOOS LK 2.0, validado para a população portuguesa por Nunes, Cabri e Gil (2009), aplicado em dois momentos (dia de alta clínica e após dois meses), após autorização dos autores e do Conselho Administrativo da Instituição. Todos os participantes consentiram, livre e voluntáriamente, a sua cooperação. Observou-se melhoria da CF no segundo momento, bem como correlação positiva significativa entre o género e as habilitações literárias com a dimensão Atividade Vida Diária e a situação laboral com a dimensão Qualidade Vida. As correlações das restantes variáveis com o questionário HOOS, inclusivé, as sessões de reabilitação, verificaram-se inexistentes. Concluíndo, os resultados observados indicam necessidade de uma intervenção mais cabal, atendendo às características do indivíduo e contexto envolvente, com planificação adequada e avaliação contínua dos cuidados prestados, zelando pela sua máxima independência nas atividades de vida diárias. As competências específicas do Enfermeiro de Reabilitação poderão contribuir para obtenção de mais ganhos na CF. Sugerem-se novos estudos, averiguando o impato da sua intervenção no pré-operatório e no domicílio após ATA e de outras variáveis que poderão intervir na CF destes doentes.

Remoção de fósforo pela cianobactéria aphanothece microscopia nageli em cultivos heterotróficos

Nesta dissertação foi demostrada a potencialidade da cianobactéria Aphanothece microscopica Nägeli em cultivo heterotrófico para remover fósforo do efluente de laticínio, bem como o efeito da temperatura no bioprocesso. Para tanto o trabalho é composto por dois artigos. O primeiro intitula-se “Influência da temperatura na remoção de fósforo por Aphanothece microscopica Nägeli em biorreatores heterotróficos”, e teve por objetivo avaliar a eficiência da cianobactéria em remover heterotroficamente fósforo total dissolvido do efluente de processamento de laticínios. A análise dos resultados mostrou que a remoção de fósforo é independente de sua concentração no sistema, porém depende fortemente da temperatura. Ficou demostrado, que a remoção é altamente sensível a temperatura principalmente no intervalo de 10ºC – 20ºC e nessas condições a operacionalidade do biorreator deverá ser ajustada para manutenção da eficiência do processo. O segundo artigo tem como título “Dinâmica de remoção de fósforo por Aphanothece microscopica Nägeli em biorreatores heterotróficos” e avaliou a remoção das formas de fósforo reativo, fósforo hidrolisável, fósforo total e fósforo orgânico, total e dissolvida, bem como de DQO e NNTK nas temperaturas de 10ºC, 20ºC e 30ºC em 24 h, a fim de investigar a dinâmica de remoção de diferentes formas de fósforo do efluente de laticínio em biorreatores heterotróficos. Foi possível concluir que a fração de fósforo predominante no efluente de laticínio foi a orgânica dissolvida, seguida de fósforo reativo dissolvido. A cianobactéria foi capaz de remover formas simples de fósforo, como reativo e complexas, fósforo hidrolisável e orgânico, bem como DQO e N-NTK. No que se refere ao fósforo suspenso, foi verificado que as frações de fósforo orgânico suspenso e fósforo suspenso total apresentaram baixa remoção. Foi observado que no intervalo de 20ºC a 30ºC foi registrado o maior desempenho quanto à remoção de fósforo para um tempo de detenção hidráulica de 16 h. Nos experimentos realizados à temperatura de 20ºC foram registrados os melhores valores cinéticos resultando em uma máxima concentração celular de 0,84 g.L-1, velocidade máxima de crescimento de 8,64 dias-1 e produtividade de 3,85 g.L-1. dia-1. Assim, a análise dos resultados permite concluir que a remoção de fósforo, DQO e N-NTK em condições heterotróficas por Aphanothece microscopica Nägeli é rota em potencial para o tratamento de efluente de laticínio.

Efeito dos nutrientes (nitrogênio e fósforo) sobre o desenvolvimento da Gracilaria birdiae: crescimento e possível uso como biofiltro

Marine shrimp farming has grown exponentially during the last years in Brazil. In spite of the promising economical situation, this activity is facing an increasing criticism due to its environmental impact. Thus, the necessity of alternatives to mitigate environmental degradation caused by this activity. An alternative that is being studied is the policulture that is the integrated culture of two or more organisms, normally one of them a filtering organism. Among filtering organisms, macroalgae are very practicable because they are efficient in the removal of the exceeding nutrients of the water and do not leave residues in the water. Besides, the integrated culture with macroalgae allows the economical exploration of the seaweed (for the manufacture of jelly and jam, for the dairy industry, pharmaceuticals, etc.) along with possibility of a sustainable aquaculture. In the present experiment, the development of the seaweed Gracilaria birdiae, the influence and tolerance of this species to the environmental parameters, and its absorption efficiency in relation with the three kinds of macronutrients (NH4+, NO3- and PO4-3) found in the effluents of marine shrimp farming was studied. The experiment was divided in two parts: a laboratorial part and one part carried under natural conditions. The water used in the laboratory trial was collected in the shrimp ponds of Tecnarão farm and distributed in aquaria containing 20 g of G. birdiae. In the field trial, 0.5 kg of G. birdiae was inserted in PVC cages cultivated in the farm. The results of the study showed a modest growth of G. birdiae, probably due to its low tolerance to highly eutrophicated environments. However, the removal of nutrients was very expressive. Ammonia was reduced in approximately 34 %. Ortho-phosphate showed a reduction of 93.5 %. The capacity of biofiltration of the NO3- by the macro algae was of 100 %, showing that G. birdiae is a seaweed-filtered with a high level of removal for this nutrient under laboratorial conditions. In spite of the low growth of the macro algae in the experiment, the results in relation to the removal of nutrients of the water was encouraging, suggesting that this species can be an efficient biofilter and thus, a strong candidate to be used in a sustainable aquaculture

Bioremediation of phosphates in seawater: approach for recirculating marine aquaculture effluents

Marine Recirculating Aquaculture Systems (RAS) produce great volume of wastewater, which may be reutilized/recirculated or reutilized after undergoing different treatment/remediation methods, or partly discharged into neighbour water-bodies (DWW). Phosphates, in particular, are usually accumulated at high concentrations in DWW, both because its monitoring is not compulsory for fish production since it is not a limiting parameter, and also because there is no specific treatment so far developed to remove them, especially in what concerns saltwater effluents. As such, this work addresses two main scientific questions. One of them regards the understanding of the actual (bio)remediation methods applied to effluents produced in marine RAS, by identifying their advantages, drawbacks and gaps concerning their exploitation in saltwater effluents. The second one is the development of a new, innovative and efficient method for the treatment of saltwater effluents that potentially fulfil the gaps identified in the conventional treatments. Thereby, the aims of this thesis are: (i) to revise the conventional treatments targeting major contaminants in marine RAS effluents, with a particular focus on the bioremediation approaches already conducted for phosphates; (ii) to characterize and evaluate the potential of oyster-shell waste collected in Ria de Aveiro as a bioremediation agent of phosphates spiked into artificial saltwater, over different influencing factors (e.g., oyster-shell pre-treatment through calcination, particle size, adsorbent concentration). Despite the use of oyster-shells for phosphorous (P) removal has already been applied in freshwater, its biosorptive potential for P in saltwater was never evaluated, as far as I am aware. The results herein generated showed that NOS is mainly composed by carbonates, which are almost completely converted into lime (CaO) after calcination (COS). Such pre-treatment allowed obtaining a more reactive material for P removal, since higher removal percentages and adsorption capacity was observed for COS. Smaller particle size fractions for both NOS and COS samples also increased P removal. Kinetic models showed that NOS adsorption followed, simultaneously, Elovich and Intraparticle Difusion kinetic models, suggesting that P removal is both a diffusional and chemically rate-controlled process. The percentage of P removal by COS was not controlled by Intraparticle Diffusion and the Elovich model was the kinetic model that best fitted phosphate removal. This work demonstrated that waste oyster-shells, either NOS or COS, could be used as an effective biosorbent for P removal from seawater. Thereby, this biomaterial can sustain a cost-effective and eco-friendly bioremediation strategy with potential application in marine RAS.

Desenvolvimento e caracterização de micropartículas de amido reticuladas com agente fosfatado e avaliação da adsorção do azul de metileno

Starch has properties that make it one of the most studied biopolymers today. It is biodegradable, biocompatible, stable and non-toxic. This work has synthesis of starch and tapioca microparticles, through chemical modification by crosslinking with sodium tripolyphosphate agent in concentrations 7.5 and 15% (m / m). The amylose content was measured for starch and commercial cassava starch at 21.8% and 28.6%, respectively. According to the solubility index, processing in basic medium does not change the solubility of the material, but the addition of crosslinking agent increases this index, which changed from 12.8% for the control unprocessed, to 22.4% for the A5R15 sample. Soluble starch-based materials had a significant increase in the crosslinking density by increasing the concentration of crosslinker, from 1.4 in A5R7,5 sample, to 1.9 in A5R15. The cassava starch-based materials exhibited an opposite behavior: to increase the concentration of crosslinker crosslinking density decreased significantly in F5R7.5 from 2.9, to 1.9 in F5R15 sample. The point of zero charge (PZC) shows that below pH 4 the surface is positively charged. The surface area data is between 3,04 and 1,15 m2.g-1. The pore volume between 2.94 and 1.33 cm3.g-1 and pore size around 1.5 nm. The SEM indicates uneven distribution of microparticles, which are smooth, with no ridges. The maximum adsorption capacity of the materials were tested at pH 7.7 and for A5R15 and CA sample, at pH 2, 5, 6 and 9. It is noted that the processing in basic medium reduces the adsorption capacity of CA and CF in respect fo A and F. The adsorption in A5R15 sample has great dependency on the pH, reaching a value of 587 μg.g-1 in pH 7.7. The samples A5R15 and F5R7,5 adsorbed similar amounts, according to the statistical analysis, and significantly higher than their respective controls and showed lower desorption, indicating that the modification process was effective to control the release of methylene blue. The infrared spectra not show the characteristic bands of the phosphate bonds to the material formed, however, developments in hydroxyl characteristic band suggest modification in the way this group was linked after the reaction. After adsorption, the infrared spectra show different format in the band of hydroxyl. PCA analysis shows that the greatest changes observed in the IR spectra are observed in the region of 3500 cm-1. Thermal analysis showed three thermal events related to dehydration and material degradation. It is observed that the processing increases the temperature to the first mass loss, fixed at 12%, but not observed increased stability due to the presence of crosslinker or process.