Degradação enzimática de clorofenol em microrreator.

O microrreator faz parte de conjunto de dispositivos de uma nova e promissora tecnologia, que podem ser chamados de micro fabricados, atuante em campos como a da química, biológica, farmacêutica, engenharia química e biotecnologia. Trata-se de um dispositivo que possibilita reação química, tais como os reatores convencionais, mas com dimensões menores, com canais na escala micrométrica. A tecnologia de miniaturização de dispositivos para reações químicas vem se expandindo promovendo uma importante evolução, com microssistemas que abrange dispositivos mais eficazes, com configuração e geometrias específicas e menor consumo de energia, onde reações com elevadas taxas de transporte podem ser usadas para muitas finalidades diferentes, tais como, reações rápidas, mistura, reações sensíveis à temperatura, temperatura de homogeneização, ou até mesmo precipitação de nano partículas. Devido sua escala ser extremamente reduzida em relação à escala macro, oferecem um sistema que permite uma investigação do processo em um curto espaço de tempo, sendo muito útil para o rastreio de substratos, enzimas, condições de reação, bem como a determinação de parâmetros cinéticos. O presente trabalho teve por objetivo estudar a biodegradação enzimática de 2,4,6-Triclorofenol, com a utilização das enzimas Lacase e Soybean Peroxidase em microrreator da Syrris com volume de 250 ?l, que permite o estudo de cinéticas muito rápidas. Para as análises de degradação utilizou-se duas enzimas, a Lacase em concentrações de 0,05; 0,1 e 0,2 mg/ml; e a Soybean Peroxidase em concentrações de 0,0005; 0,001 e 0,002 mg/ml com a adição de Peróxido de Hidrogênio. Através dos ensaios realizados obteve-se dados experimentais da reação enzimática, possibilitando a verificação da taxa inicial de reação e sua cinética. Posteriormente, realizou-se as análises em simulação utilizando os dados experimentais, que através de um sistema de EDOs estimando inicialmente as constantes cinéticas k1, k2 e k3 usando a ferramenta ESTIMA, onde apresentaram duas respostas, uma resposta típica de mínimos quadrados, e a outra resposta que a velocidade inicial, que foi melhor representada pelos parâmetros obtidos. O método empregado na degradação do substrato, o microrreator mostrou-se eficiente, permitindo a detecção de baixo consumo de substrato para a determinação da taxa inicial, em curto tempo de residência. Perante os ensaios realizados com Lacase e Soybean Peroxidase, o microrreator é também um equipamento eficaz na repetitividade e na reprodutibilidade dos dados obtidos em diferentes concentrações.

Polimerização em emulsão de estireno em microrreator.

A polimerização em emulsão de estireno em um microrreator Syrris de 250 µL com misturador estático junção \"T\" foi estudada em duas etapas. Primeiro somente a fluidodinâmica deste dispositivo não convencional foi avaliada, depois, foi desenvolvida a reação de polimerização de forma a observar como este fator influencia no sistema. Os experimentos foram realizados procurando se atingir maiores conversões, mas mantendo a estabilidade da emulsão. Foi um trabalho exploratório, portanto se assemelha mais a um processo de evolução (evolutionary process). Foram verificados a partir de qual relação das vazões dos dois fluidos ocorre a formação de gotas, e que com o aumento da vazão da fase contínua, aquosa (Qc), mantendo constante a vazão da fase dispersa (Qd), foi verificado uma diminuição do diâmetro das gotas e um regime de fluxo laminar. Posteriormente, realizou-se a polimerização em emulsão do estireno no microrreator, porém com restrições para altas vazões. Os parâmetros de processo testados foram a proporção Qc e Qd, a temperatura e a concentração do iniciador para então verificar o efeito que a variação destas ocasionam na conversão de monômero, no diâmetro e número de partículas e nas massas moleculares médias. A polimerização foi feita para soma das vazões Qc e Qd da ordem de 100 µ L/min, com 15% de monômero na formulação e com o maior tempo de residência possível de 2,5 minutos. Para maiores concentrações de monômero, acima de 15% foi verificado entupimento do canal do microrreator. A taxa de conversão de monômero aumentou com o aumento da temperatura e com o aumento da concentração do iniciador, mas o maior valor atingido foi de apenas 37% devido ao baixo tempo de residência. Nos casos de maiores taxas de conversão, as massas moleculares obtidas foram as menores conforme o esperado pela teoria. Finalmente, os índices de polidispersão (PDI), obtidos foram da ordem de 2,5 a 3,5.

Guidelines for the design of efficient sono-microreactors

Possible drawbacks of microreactors are inefficient reactant mixing and the clogging of microchannels when solid-forming reactions are carried out or solid (catalysts) suspensions are used. Ultrasonic irradiation has been successfully implemented for solving these problems in microreactor configurations ranging from capillaries immersed in ultrasonic baths to devices with miniaturized piezoelectric transducers. Moving forward in process intensification and sustainable development, the acoustic energy implementation requires a strategy to optimize the microreactor from an ultrasound viewpoint during its design. In this work, we present a simple analytical model that can be used as a guide to achieving a proper acoustic design of stacked microreactors. An example of this methodology was demonstrated through finite element analysis and it was compared with an experimental study found in the literature.

Integrated micro fuel cells with on-board hydride reactors and autonomous control schemes

Miniaturization of power generators to the MEMS scale, based on the hydrogen-air fuel cell, is the object of this research. The micro fuel cell approach has been adopted for advantages of both high power and energy densities. On-board hydrogen production/storage and an efficient control scheme that facilitates integration with a fuel cell membrane electrode assembly (MEA) are key elements for micro energy conversion. Millimeter-scale reactors (ca. 10 µL) have been developed, for hydrogen production through hydrolysis of CaH2 and LiAlH4, to yield volumetric energy densities of the order of 200 Whr/L. Passive microfluidic control schemes have been implemented in order to facilitate delivery, self-regulation, and at the same time eliminate bulky auxiliaries that run on parasitic power. One technique uses surface tension to pump water in a microchannel for hydrolysis and is self-regulated, based on load, by back pressure from accumulated hydrogen acting on a gas-liquid microvalve. This control scheme improves uniformity of power delivery during long periods of lower power demand, with fast switching to mass transport regime on the order of seconds, thus providing peak power density of up to 391.85 W/L. Another method takes advantage of water recovery by backward transport through the MEA, of water vapor that is generated at the cathode half-cell reaction. This regulation-free scheme increases available reactor volume to yield energy density of 313 Whr/L, and provides peak power density of 104 W/L. Prototype devices have been tested for a range of duty periods from 2-24 hours, with multiple switching of power demand in order to establish operation across multiple regimes. Issues identified as critical to the realization of the integrated power MEMS include effects of water transport and byproduct hydrate swelling on hydrogen production in the micro reactor, and ambient relative humidity on fuel cell performance.