Desenvolvimento e estabilidade de formulações semi-solidas contendo extratos de soja (Glycine max (L) Merr.)

Alguns vegetais, como a soja (Glycine max L. Merr), despertam interesse, pois fornecem, entre outras substâncias, as isoflavonas, que apresentam importantes propriedades estrogênicas e, também, atuam como antioxidantes, antifúngicos e anticancerígenos. A menopausa, causada pela deficiência hormonal, é acompanhada de vários transtornos metabólicos, como perda de massa óssea, fenômenos vasomotores, dislipidemia, resistência insulínica, ganho de peso, depressão e aceleração do envelhecimento cutâneo. A terapia de reposição hormonal (TRH) é eficaz, embora possa causar efeitos secundários, como câncer de mama. Nestes casos, a fitoterapia com fitormônios por via cutânea é uma alternativa importante. Dentre as preparações de uso tópico, sistemas emulsionados e géis são muito utilizados, pois favorecem a solubilidade e a estabilidade de fármacos. Para avaliar a estabilidade das formulações, foram consideradas as características organolépticas (aspecto, cor, odor) e as características físico-químicas (valor de pH, viscosidade e densidade, etc.), separação de fases e/ou coalescência. Algumas formulações apresentam-se com características desejáveis e adequadas para a veiculação de isoflavonas presentes em extrato de soja, podendo-se sugeri-las como sistemas adequados e estáveis para sua veiculação pela via dérmica

Aplicação da membrana de látex natural (NRL) como suporte para cultura das células osteogênicas MC3T3-E1 para regeneração óssea guiada (GBR)

Pós-graduação em Biotecnologia - IQ

Tratamento de manipueira de fecularia em biodigestor anaerobio para disposição em corpo receptor, rede pública ou uso em fertirrigação

O objetivo do presente trabalho foi avaliar a eficiência do tratamento da manipueira de extração de fécula de mandioca, em separado da água de lavagem das raízes, através de biodigestores anaeróbicos de fluxo ascendente, com separação das fases, sem controle de temperatura ou adição de produtos químicos e, avaliar sua adequabilidade, através de suas características físicas e químicas para lançamento em corpo receptor, sistema público coletor de esgotos ou, aplicação em processod e fertirrigação. Depois dos reatores estabilizados, foram realizados ensaios variando a vazão de alimentação com 8,0; 12,0 e 16,0 L/d, correspondentes a um tempo de retenção hidráulica de 8,17; 5,44 e 4,08 dias, respectivamente. Os melhores resultados para redução da carga orgânica foram obtidos com os tempos de retenção hidráulica (TRH) de 8,17 e 5,44 dias com eficiências médias de 89,8% e 80,9%, respectivamente. As características físicas e químicas dos efluentes tratados foram comparadas com os valores estabelecidos na legislação estadual, federal e, com os parâmetros utilizados pelo orgão ambiental fiscalizador. Os resultados obtidos mostraram que o efluente tratado atende parcialmente aos requisitos legais para o lançamento em corpos receptores, devido ao teor elevado de nitrogênio amoniacal. Por outro lado, foram atendidos integralmente os requisitos legais para o lançamento na rede pública coletora de esgotos. O efluente tratado não atendeu às recomendações requeridas pelo orgão ambiental fiscalizador para a sua disposição através do processo de fertirrigação devido aos teores elevados de ferro (Fe) e de fluoretos (F). Considerando os resultados obtidos, concluímos que, devido à simplicidade do sistema utilizado, com a implantação de melhorias como um pós-tratamento, poderiam ser atingidos os parâmetros que atenderiam integralmente a legislação.

Avaliação da redução de matéria orgânica do tratamento do efluente líquido deextração de fécula de mandioca por processo de biodigestão anaeróbia.

The aim of this paper was to evaluate the efficiency of the treatment of cassava wastewater, separately from the root washing water, by means of ascending flux anaerobic digesters, with separation of the phases, without temperature control or addition of chemical products and to evaluate its suitability by means of its physical and chemical characteristics for throwing in receiving body, public sewage system or application in fertilization and irrigation. After reactors had been stabilized, essays were conducted varying feeding flow with 8.0, 12.0 and 16.0 Ld-1 corresponding to a hydraulic retention time of 8.17, 5.44 and 4.08 days, respectively. The best reduction for organic load reduction were obtained with hydraulic retention times (HRT) of 8.17 and 5.44 days with mean efficiencies of 89.8 and 90.9%, respectively.

Aluminas macro-mesoporosas produzidas pelo método sol-gel para aplicação em catálise heterogênea

Pós-graduação em Química - IQ

Avaliação de compatibilidade entre pasta de cimento e fluido de perfuração não-aquoso utilizados em poços petrolíferos

Compatibility testing between a drilling fluid and a cement slurry is one of the steps before an operation of cementing oil wells. This test allows us to evaluate the main effects that contamination of these two fluids may cause the technological properties of a cement paste. The interactions between cement paste and drilling fluid, because its different chemical compositions, may affect the cement hydration reactions, damaging the cementing operation. Thus, we carried out the study of the compatibility of non-aqueous drilling fluid and a cement slurry additives. The preparation procedures of the non-aqueous drilling fluid, the cement paste and completion of compatibility testing were performed as set out by the oil industry standards. In the compatibility test is evaluated rheological properties, thickening time, stability and compressive strength of cement pastes. We also conducted analyzes of scanning electron microscopy and X-ray diffraction of the mixture obtained by the compatibility test to determine the microstructural changes in cement pastes. The compatibility test showed no visual changes in the properties of the cement paste, as phase separation. However, after the addition of nonaqueous drilling fluid to cement slurry there was an increased amount of plastic viscosity, the yield point and gel strength. Among the major causative factors can include: chemical reaction of the components present in the non-aqueous drilling fluid as the primary emulsifier, wetting agent and paraffin oil, with the chemical constituents of the cement. There was a reduction in the compressive strength of the cement paste after mixing with this drilling fluid. Thickening test showed that the oil wetting agent and high salinity of the non-aqueous fluid have accelerating action of the handle of the cement paste time. The stability of the cement paste is impaired to the extent that there is increased contamination of the cement slurry with the nonaqueous fluid. The X-ray diffraction identified the formation of portlandite and calcium silicate in contaminated samples. The scanning electron microscopy confirmed the development of the identified structures in the X-ray diffraction and also found the presence of wells in the cured cement paste. The latter, formed by the emulsion stability of the drilling fluid in the cement paste, corroborate the reduction of mechanical strength. The oil wetting agent component of the non-aqueous drilling fluid, the modified cement hydration processes, mainly affecting the setting time.

Aplicação de géis de goma guar no processo de clarificação de salmouras e águas produzidas

Produced water is considered the main effluent of the oil industry, due to their increased volume in mature fields and its varied composition. The oil and grease content (TOG) is the main parameter for the final disposal of produced water. In this context, it is of great significance to develop an alternative method based on guar gum gel for the treatment of synthetic produced water, and using as the differential a polymer having high hydrophilicity for clarifying waters contaminated with oil. Thus, this study aims to evaluate the efficiency of guar gum gels in the remotion of oil from produced water. Guar gum is a natural polymer that, under specific conditions, forms three-dimensional structures, with important physical and chemical properties. By crosslinking the polymer chains by borate ions in the presence of salts, the effect salting out occurs, reducing the solubility of the polymer gel in water. As a result, there is phase separation with the oil trapped in the collapsed gel. The TOG was quantified from the spectroscopy in the ultraviolet and visible region. The system was proven to be highly efficient in the removal of dispersed oil from water produced synthetically, reaching removal percentages above 90%.

Cimentos injetáveis à base de fosfatos de cálcio para vertebroplastia

O principal objectivo desta investigação foi o desenvolvimento cimentos de fosfatos de cálcio com injetabilidade melhorada e propriedades mecânicas adequadas para aplicação em vertebroplastia. Os pós de fosfato de tricálcico (TCP) não dopados e dopados (Mg, Sr e Mn) usados neste estudo foram obtidos pelo processo de precipitação em meio aquoso, seguidos de tratamento térmico de forma a obter as fases pretendidas, α− e β−TCP. A substituição parcial de iões Ca por iões dopantes mostrou ter implicações em termos de estabilidade térmica da fase β−TCP. Os resultados demonstraram que as transformações de fase alotrópicas β↔α−TCP são fortemente influenciadas por variáveis experimentais como a taxa de arrefecimento, a presença de impurezas de pirofosfato de cálcio e a extensão do grau de dopagem com Mg. Os cimentos foram preparados através da mistura de pós, β−TCP (não dopados e dopados) e fosfato monocálcico monidratado (MCPM), com meios líquidos diferentes usando ácido cítrico e açucares (sucrose e frutose) como agentes retardadores de presa, e o polietilenoglicol, a hidroxipropilmetilcelulose e a polivinilpirrolidona como agentes gelificantes. Estes aditivos, principalmente o ácido cítrico, e o MCPM aumentam significativamente a força iónica do meio, influenciando a injetabilidade das pastas. Os resultados também mostraram que a distribuição de tamanho de partícula dos pós é um factor determinante na injetabilidade das pastas cimentícias. A combinação da co-dopagem de Mn e Sr com a adição de sucrose no líquido de presa e com uma distribuição de tamanho de partícula dos pós adequada resultou em cimentos de brushite com propriedades bastante melhoradas em termos de manuseamento, microestrutura, comportamento mecânico e biológico: (i) o tempo inicial de presa passou de ~3 min to ~9 min; (ii) as pastas cimentícias foram totalmente injectadas para uma razão liquido/pó de 0.28 mL g−1 com ausência do efeito de “filter-pressing” (separação de fases líquida e sólida); (iii) após imersão numa solução durante 48 h, as amostras de cimento molhadas apresentam uma porosidade total de ~32% e uma resistência a compressão de ~17 MPa, valor muito superior ao obtido para os cimentos sem açúcar não dopados (5 MPa) ou dopados só com Sr (10 MPa); e (iv) o desempenho biológico, incluindo a adesão e crescimento de células osteoblásticas na superfície do cimento, foi muito melhorado. Este conjunto de propriedades torna os cimentos excelentes para regeneração óssea e engenharia de tecidos, e muito promissores para aplicação em vertebroplastia.

Síntese e caracterização de biodiesel metílico e etílico a partir de blendas dos óleos de tungue e de soja

No presente trabalho foi investigada a transesterificação de blendas dos óleos de soja e de tungue com metanol ou etanol empregando catalisador alcalino (NaOH ou KOH). Foi investigado o tempo reacional, a proporção da blenda, a concentração e o tipo de catalisador, tipo de álcool e razão molar, temperatura e metodologia empregada no tratamento da reação. Nas reações com metanol obtiveram-se melhores conversões com tempo reacional de 1,5h; temperatura de 60°C; proporção blenda dos óleos de soja e de tungue de 90:10 (m/m); concentração de NaOH de 0,5% em relação a massa da blenda e razão molar metanol:blenda de 6:1. O tratamento dos ésteres metílicos produzidos na reação foi realizado por lavagem com água a 60°C após o processo de decantação das fases, metodologia C. O rendimento de ésteres metílicos foi superior a 96% e, o teor de mono-, di- e triacilglicerídeos, glicerol livre e total ficou abaixo dos limites estabelecidos pela ANP, indicando boa conversão (> 96,5%). Nas reações com etanol verificou-se que as melhores condições reacionais foram com uma concentração de catalisador de 0,8% de NaOH em relação a massa da blenda, razão molar etanol:blenda de 9:1, tempo de 1,5h e temperatura de 60°C. O tratamento dos produtos da reação foi realizado por lavagem com água a 60°C após o processo de remoção do etanol e decantação das fases, metodologia D. A concentração do catalisador foi um fator determinante na separação das fases. Uma maior concentração de catalisador favorece a saponificação, dificultando a separação das fases e afetando o rendimento do biodiesel sintetizado, tanto para o metílico quanto o etílico. O índice de acidez, tanto para o biodiesel metílico como o etílico, para qualquer proporção da blenda dos óleos de soja e tungue, ficaram dentro das normas da ANP, com valores abaixo de 0,5 mg.g-1 de KOH.

Extraction and purification of immunoglobulin G with aqueous biphasic systems

The immune system is able to produce antibodies, which have the capacity to recognize and to bind to foreign molecules or pathogenic organisms. Currently, there are a diversity of diseases that can be treated with antibodies, like immunoglobulins G (IgG). Thereby, the development of cost-efficient processes for their extraction and purification is an area of main interest in biotechnology. Aqueous biphasic systems (ABS) have been investigated for this purpose, once they allow the reduction of costs and the number of steps involved in the process, when compared with conventional methods. Nevertheless, typical ABS have not showed to be selective, resulting in low purification factors and yields. In this context, the addition of ionic liquids (ILs) as adjuvants can be a viable and potential alternative to tailor the selectivity of these systems. In this work, ABS composed of polyethylene glycol (PEG) of different molecular weight, and a biodegradable salt (potassium citrate) using ILs as adjuvants (5 wt%), were studied for the extraction and purification of IgG from a rabbit source. Initially, it was tested the extraction time, the effect on the molecular weight of PEG in a buffer solution of K3C6H5O7/C6H8O7 at pH≈7, and the effect of pH (59) on the yield (YIgG) and extraction efficiency (EEIgG%) of IgG. The best results regarding EEIgG% were achieved with a centrifugation step at 1000 rpm, during 10 min, in order to promote the separation of phases followed by 120 min of equilibrium. This procedure was then applied to the remaining experiments. The results obtained in the study of PEGs with different molecular weights, revealed a high affinity of IgG for the PEG-rich phase, and particularly for PEGs of lower molecular weight (EEIgG% of 96 % with PEG 400). On the other hand, the variation of pH in the buffer solution did not show a significant effect on the EEIgG%. Finally, it was evaluated the influence of the addition of different ILs (5% wt) on the IgG extraction in ABS composed of PEG 400 at pH≈7. In these studies, it was possible to obtain EEIgG% of 100% with the ILs composed of the anions [TOS]-, [CH3CO2]-and Cl-, although the obtained YIgG% were lower than 40%. On the other hand, the ILs composed of the anions Br-, as well as of the cation [C10mim]+, although not leading to EEIgG% of 100%, provide an increase in the YIgG%. ABS composed of PEG, a biodegradable organic salt and ILs as adjuvants, revealed to be an alternative and promising method to purify IgG. However, additional studies are still required in order to reduce the loss of IgG.

Desenvolvimento e teste de um sistema para separação automática das fases glicerol-biodiesel utilizando sensor de condutividade elétrica

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Redução de dimensionalidade em equilíbrio de fases fluidas

Atualmente, existem modelos matemáticos capazes de preverem acuradamente as relações entre propriedades de estado; e esta tarefa é extremamente importante no contexto da Engenharia Química, uma vez que estes modelos podem ser empregados para avaliar a performance de processos químicos. Ademais, eles são de fundamental importância para a simulação de reservatórios de petróleo e processos de separação. Estes modelos são conhecidos como equações de estado, e podem ser usados em problemas de equilíbrios de fases, principalmente em equilíbrios líquido-vapor. Recentemente, um teorema matemático foi formulado (Teorema de Redução), fornecendo as condições para a redução de dimensionalidade de problemas de equilíbrios de fases para misturas multicomponentes descritas por equações de estado cúbicas e regras de mistura e combinação clássicas. Este teorema mostra como para uma classe bem definidade de modelos termodinâmicos (equações de estado cúbicas e regras de mistura clássicas), pode-se reduzir a dimensão de vários problemas de equilíbrios de fases. Este método é muito vantajoso para misturas com muitos componentes, promovendo uma redução significativa no tempo de computação e produzindo resultados acurados. Neste trabalho, apresentamos alguns experimentos numéricos com misturas-testes usando a técnica de redução para obter pressões de ponto de orvalho sob especificação de temperaturas.

Desenvolvimento e avaliação de novas abordagens de modelagem de processos de separação em leito móvel simulado

O Leito Móvel Simulado (LMS) é um processo de separação de compostos por adsorção muito eficiente, por trabalhar em um regime contínuo e também possuir fluxo contracorrente da fase sólida. Dentre as diversas aplicações, este processo tem se destacado na resolução de petroquímicos e principalmente na atualidade na separação de misturas racêmicas que são separações de um grau elevado de dificuldade. Neste trabalho foram propostas duas novas abordagens na modelagem do LMS, a abordagem Stepwise e a abordagem Front Velocity. Na modelagem Stepwise as colunas cromatográficas do LMS foram modeladas com uma abordagem discreta, onde cada uma delas teve seu domínio dividido em N células de mistura interligadas em série, e as concentrações dos compostos nas fases líquida e sólida foram simuladas usando duas cinéticas de transferência de massa distintas. Essa abordagem pressupõe que as interações decorrentes da transferência de massa entre as moléculas do composto nas suas fases líquida e sólida ocorram somente na superfície, de forma que com essa suposição pode-se admitir que o volume ocupado por cada molécula nas fases sólida e líquida é o mesmo, o que implica que o fator de residência pode ser considerado igual a constante de equilíbrio. Para descrever a transferência de massa que ocorre no processo cromatográfico a abordagem Front Velocity estabelece que a convecção é a fase dominante no transporte de soluto ao longo da coluna cromatográfica. O Front Velocity é um modelo discreto (etapas) em que a vazão determina o avanço da fase líquida ao longo da coluna. As etapas são: avanço da fase líquida e posterior transporte de massa entre as fases líquida e sólida, este último no mesmo intervalo de tempo. Desta forma, o fluxo volumétrico experimental é utilizado para a discretização dos volumes de controle que se deslocam ao longo da coluna porosa com a mesma velocidade da fase líquida. A transferência de massa foi representada por dois mecanismos cinéticos distintos, sem (tipo linear) e com capacidade máxima de adsorção (tipo Langmuir). Ambas as abordagens propostas foram estudadas e avaliadas mediante a comparação com dados experimentais de separação em LMS do anestésico cetamina e, posteriormente, com o fármaco Verapamil. Também foram comparados com as simulações do modelo de equilíbrio dispersivo para o caso da Cetamina, usado por Santos (2004), e para o caso do Verapamil (Perna 2013). Na etapa de caracterização da coluna cromatográfica as novas abordagens foram associadas à ferramenta inversa R2W de forma a determinar os parâmetros globais de transferência de massa apenas usando os tempos experimentais de residência de cada enantiômero na coluna de cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). Na segunda etapa os modelos cinéticos desenvolvidos nas abordagens foram aplicados nas colunas do LMS com os valores determinados na caracterização da coluna cromatográfica, para a simulação do processo de separação contínua. Os resultados das simulações mostram boa concordância entre as duas abordagens propostas e os experimentos de pulso para a caracterização da coluna na separação enantiomérica da cetamina ao longo do tempo. As simulações da separação em LMS, tanto do Verapamil quando da Cetamina apresentam uma discrepância com os dados experimentais nos primeiros ciclos, entretanto após esses ciclos iniciais a correlação entre os dados experimentais e as simulações. Para o caso da separação da cetamina (Santos, 2004), a qual a concentração da alimentação era relativamente baixa, os modelos foram capazes de predizer o processo de separação com as cinéticas Linear e Langmuir. No caso da separação do Verapamil (Perna, 2013), onde a concentração da alimentação é relativamente alta, somente a cinética de Langmuir representou o processo, devido a cinética Linear não representar a saturação das colunas cromatográficas. De acordo como o estudo conduzido ambas as abordagens propostas mostraram-se ferramentas com potencial na predição do comportamento cromatográfico de uma amostra em um experimento de pulso, assim como na simulação da separação de um composto no LMS, apesar das pequenas discrepâncias apresentadas nos primeiros ciclos de trabalho do LMS. Além disso, podem ser facilmente implementadas e aplicadas na análise do processo, pois requer um baixo número de parâmetros e são constituídas de equações diferenciais ordinárias.

Problemas direto e inverso de processos de separação em leito móvel simulado mediante mecanismos cinéticos de adsorção

Diversas aplicações industriais relevantes envolvem os processos de adsorção, citando como exemplos a purificação de produtos, separação de substâncias, controle de poluição e umidade entre outros. O interesse crescente pelos processos de purificação de biomoléculas deve-se principalmente ao desenvolvimento da biotecnologia e à demanda das indústrias farmacêutica e química por produtos com alto grau de pureza. O leito móvel simulado (LMS) é um processo cromatográfico contínuo que tem sido aplicado para simular o movimento do leito de adsorvente, de forma contracorrente ao movimento do líquido, através da troca periódica das posições das correntes de entrada e saída, sendo operado de forma contínua, sem prejuízo da pureza das correntes de saída. Esta consiste no extrato, rico no componente mais fortemente adsorvido, e no rafinado, rico no componente mais fracamente adsorvido, sendo o processo particularmente adequado a separações binárias. O objetivo desta tese é estudar e avaliar diferentes abordagens utilizando métodos estocásticos de otimização para o problema inverso dos fenômenos envolvidos no processo de separação em LMS. Foram utilizados modelos discretos com diferentes abordagens de transferência de massa, com a vantagem da utilização de um grande número de pratos teóricos em uma coluna de comprimento moderado, neste processo a separação cresce à medida que os solutos fluem através do leito, isto é, ao maior número de vezes que as moléculas interagem entre a fase móvel e a fase estacionária alcançando assim o equilíbrio. A modelagem e a simulação verificadas nestas abordagens permitiram a avaliação e a identificação das principais características de uma unidade de separação do LMS. A aplicação em estudo refere-se à simulação de processos de separação do Baclofen e da Cetamina. Estes compostos foram escolhidos por estarem bem caracterizados na literatura, estando disponíveis em estudos de cinética e de equilíbrio de adsorção nos resultados experimentais. De posse de resultados experimentais avaliou-se o comportamento do problema direto e inverso de uma unidade de separação LMS visando comparar os resultados obtidos com os experimentais, sempre se baseando em critérios de eficiência de separação entre as fases móvel e estacionária. Os métodos estudados foram o GA (Genetic Algorithm) e o PCA (Particle Collision Algorithm) e também foi feita uma hibridização entre o GA e o PCA. Como resultado desta tese analisouse e comparou-se os métodos de otimização em diferentes aspectos relacionados com o mecanismo cinético de transferência de massa por adsorção e dessorção entre as fases sólidas do adsorvente.

Formulação teórica dos fundamentos da otimização global topográfica com análise de desempenho e aplicações à estabilidade de fases de misturas termodinâmicas

Métodos de otimização que utilizam condições de otimalidade de primeira e/ou segunda ordem são conhecidos por serem eficientes. Comumente, esses métodos iterativos são desenvolvidos e analisados à luz da análise matemática do espaço euclidiano n-dimensional, cuja natureza é de caráter local. Consequentemente, esses métodos levam a algoritmos iterativos que executam apenas as buscas locais. Assim, a aplicação de tais algoritmos para o cálculo de minimizadores globais de uma função não linear,especialmente não-convexas e multimodais, depende fortemente da localização dos pontos de partida. O método de Otimização Global Topográfico é um algoritmo de agrupamento, que utiliza uma abordagem baseada em conceitos elementares da teoria dos grafos, a fim de gerar bons pontos de partida para os métodos de busca local, a partir de pontos distribuídos de modo uniforme no interior da região viável. Este trabalho tem dois objetivos. O primeiro é realizar uma nova abordagem sobre método de Otimização Global Topográfica, onde, pela primeira vez, seus fundamentos são formalmente descritos e suas propriedades básicas são matematicamente comprovadas. Neste contexto, propõe-se uma fórmula semi-empírica para calcular o parâmetro chave deste algoritmo de agrupamento, e, usando um método robusto e eficiente de direções viáveis por pontos-interiores, estendemos o uso do método de Otimização Global Topográfica a problemas com restrições de desigualdade. O segundo objetivo é a aplicação deste método para a análise de estabilidade de fase em misturas termodinâmicas,o qual consiste em determinar se uma dada mistura se apresenta em uma ou mais fases. A solução deste problema de otimização global é necessária para o cálculo do equilíbrio de fases, que é um problema de grande importância em processos da engenharia, como, por exemplo, na separação por destilação, em processos de extração e simulação da recuperação terciária de petróleo, entre outros. Além disso, afim de ter uma avaliação inicial do potencial dessa técnica, primeiro vamos resolver 70 problemas testes, e então comparar o desempenho do método proposto aqui com o solver MIDACO, um poderoso software recentemente introduzido no campo da otimização global.