Estudo de equilíbrio e cinética da biossorção de cobre (II) por Rhizopus Microsporus.

A poluição relacionada a metais pesados tem recebido uma atenção especial devido a sua alta toxicidade, não biodegradabilidade e tendência de acumular-se na cadeia alimentar. Apesar disso, metais pesados também são considerados recursos valiosos, portanto a sua remoção em conjunto com a sua recuperação torna-se ainda mais importante. Este caso aplica-se aos rejeitos de mineração de cobre, os quais oferecem a possibilidade de recuperação do metal e de sua contenção de maneira segura do meio ambiente. Tais rejeitos se caracterizam por ocuparem enormes áreas inundadas e abrigarem soluções diluídas de cobre (II), porém, muitas vezes, acima dos limites seguros. Diversos processos tradicionais de tratamento mostram-se disponíveis para remover o cobre de tais soluções, no entanto, em certas aplicações eles podem ser ineficientes ou muito onerosos. Nesse contexto, a biossorção é uma alternativa interessante. Nesse processo, certos microrganismos, como fungos, bactérias e algas, ligam-se passivamente ao cobre na forma íons ou outras moléculas em soluções. No presente trabalho foi avaliado o potencial de biossorção de íons cobre (II) pela biomassa do fungo Rhizopus microsporus, coletado e isolado da área de rejeitos da Mina do Sossego, na região norte do Brasil. Isotermas de biossorção foram determinadas experimentalmente em bateladas sob temperatura de 25°C, agitação de 150 rpm, concentração de biomassa de 2,0 a 2,5 g/L e tempo de contato mínimo de 4 horas. O pH mostrou ser um fator importante no equilíbrio da biossorção, sendo o valor máximo da capacidade de biossorção de 33,12 mg de cobre / g biomassa encontrado em pH 6. Valores sucessivamente menores são encontrados pela acidificação da solução, sendo o pH 1 considerado adequado para o processo de dessorção, correspondendo a uma capacidade de biossorção de 1,95 mg/g. Modelos de adsorção de Langmuir e de Freundlich ajustaram-se adequadamente às isotermas tanto com pH controlado quanto não controlado. Foi constatado que a troca iônica é um dos mecanismos envolvidos na biossorção do cobre com Rhizopus microsporus. Tanto o modelo de pseudo-primeira ordem quanto o de pseudo-segunda ordem ajustaram-se aos dados cinéticos da biossorção, sendo que o equilíbrio ocorre em aproximadamente 4 horas. A biomassa conservou a capacidade de biossorção ao operar repetidamente em três ciclos de sorção-dessorção. A biomassa viável e a morta não apresentaram diferença estatisticamente significativa na capacidade de biossorção.

Recuperação e purificação do antígeno 503 de Leishmania i. chagasi expresso em E. coli e remoção de endotoxina utilizando adsorção em leito expandido

The growing interest and applications of biotechnology products have increased the development of new processes for recovery and purification of proteins. The expanded bed adsorption (EBA) has emerged as a promising technique for this purpose. It combines into one operation the steps of clarification, concentration and purification of the target molecule. Hence, the method reduces the time and the cost of operation. In this context, this thesis aim was to evaluate the recovery and purification of 503 antigen of Leishmania i. chagasi expressed in E. coli M15 and endotoxin removal by EBA. In the first step of this study, batch experiments were carried out using two experimental designs to define the optimal adsorption and elution conditions of 503 antigen onto Streamline chelating resin. For adsorption assays, using expanded bed, it was used a column of 2.6 cm in diameter by 30.0 cm in height coupled to a peristaltic pump. In the second step of study, the removal of endotoxin during antigen recovery process was evaluated employing the non-ionic surfactant Triton X-114 in the washing step ALE. In the third step, we sought developing a mathematical model able to predict the 503 antigen breakthrough curves in expanded mode. The experimental design results to adsorption showed the pH 8.0 and the NaCl concentration of 2.4 M as the optimum adsorption condition. In the second design, the only significant factor for elution was the concentration of imidazole, which was taken at 600 mM. The adsorption isotherm of the 503 antigen showed a good fit to the Langmuir model (R = 0.98) and values for qmax (maximum adsorption capacity) and Kd (equilibrium constant) estimated were 1.95 mg/g and 0.34 mg/mL, respectively. Purification tests directly from unclarified feedstock showed a recovery of 59.2% of the target protein and a purification factor of 6.0. The addition of the non-ionic surfactant Triton X-114 to the washing step of EBA led to high levels (> 99%) of LPS removal initially present in the samples for all conditions tested. The mathematical model obtained to describe the 503 antigen breakthrough curves in Streamline Chelanting resin in expanded mode showed a good fit for both parameter estimation and validation steps. The validated model was used to optimize the efficiencies, achieving maximum values of the process and of the column efficiencies of 89.2% and 75.9%, respectively. Therefore, EBA is an efficient alternative for the recovery of the target protein and removal of endotoxin from an E. coli unclarified feedstock in just one step.

Purificação, modelagem e simulação da adsorção de bioprodutos por troca iônica em coluna de leito expandido

A produção de proteínas através de microrganismos tornou-se uma técnica muito importante na obtenção de compostos de interesse da indústria farmacêutica e alimentícia. Extratos brutos nos quais as proteínas são obtidas são geralmente complexos, contendo sólidos e células em suspensão. Usualmente, para uso industrial destes compostos, é necessário obtê-los puros, para garantir a sua atuação sem interferência. Um método que vem recebendo destaque especialmente nos últimos 10 anos é o uso da cromatografia de troca iônica em leito expandido, que combina em uma única etapa os passos de clarificação, concentração e purificação da molécula alvo, reduzindo assim o tempo de operação e também os custos com equipamentos para realização de cada etapa em separado. Combinado a este fato, a última década também é marcada por trabalhos que tratam da modelagem matemática do processo de adsorção de proteínas em resinas. Está técnica, além de fornecer informações importantes sobre o processo de adsorção, também é de grande valia na otimização da etapa de adsorção, uma vez que permite que simulações sejam feitas, sem a necessidade de gasto de tempo e material com experimentos em bancada, especialmente se é desejado uma ampliação de escala. Dessa forma, o objetivo desta tese foi realizar a modelagem e simulação do processo de adsorção de bioprodutos em um caldo bruto na presença de células, usando inulinase e C-ficocianina como objeto de estudo e purificar C-ficocianina utilizando resina de troca iônica em leito expandido. A presente tese foi então dividida em quatro artigos. O primeiro artigo teve como objeto de estudo a enzima inulinase, e a otimização da etapa de adsorção desta enzima em resina de troca iônica Streamline SP, em leito expandido, foi feita através da modelagem matemática e simulação das curvas de ruptura em três diferentes graus de expansão (GE). As máximas eficiências foram observadas quando utilizadas maiores concentrações de inulinase (120 a 170 U/mL), e altura de leito entre 20 e 30 cm. O grau de expansão de 3,0 vezes foi considerado o melhor, uma vez que a produtividade foi consideravelmente superior. O segundo artigo apresenta o estudo das condições de adsorção de C-ficocianina em resina de troca iônica, onde foi verificado o efeito do pH e temperatura na adsorção e após construída a isoterma de adsorção. A isoterma de adsorção da C-ficocianina em resina Streamline Q XL feita em pH 7,5 e a 25°C (ambiente), apresentou um bom ajuste ao modelo de Langmuir (R=0,98) e os valores qm (capacidade máxima de adsorção) e Kd (constante de equilíbrio) estimados pela equação linearizada da isoterma, foram de 26,7 mg/mL e 0,067mg/mL. O terceiro artigo aborda a modelagem do processo de adsorção de extrato não clarificado de C-ficocianina em resina de troca iônica Streamline Q XL em coluna de leito expandido. Três curvas de ruptura foram feitas em diferentes graus de expansão (2,0, 2,5 e 3,0). A condição de adsorção de extrato bruto não clarificado de C-ficocianina que se mostrou mais vantajosa, por apresentar maior capacidade de adsorção, é quando se alimenta o extrato até atingir 10% de saturação da resina, em grau de expansão 2,0, com uma altura inicial de leito de 30 cm. O último artigo originado nesta tese foi sobre a purificação de C-ficocianina através da cromatografia de troca iônica em leito expandido. Uma vez que a adsorção já havia sido estudada no artigo 2, o artigo 4 enfoca na otimização das condições de eluição, visando obter um produto com máxima pureza e recuperação. A pureza é dada pela razão entre a absorbância a 620 nm pela absorbância a 280 nm, e dizse que quando C-ficocianina apresenta pureza superior a 0,7 ela pode ser usada em como corante em alimentos. A avaliação das curvas de contorno indicou que a faixa de trabalho deve ser em pH ao redor de 6,5 e volumes de eluição próximos a 150 mL. Tais condições combinadas a uma etapa de pré-eluição com 0,1M de NaCl, permitiu obter C-ficocianina com pureza de 2,9, concentração 3 mg/mL, e recuperação ao redor de 70%.

Avaliação da hidrólise alcalina da quitina e elaboração de filmes de quitosana para aplicação na adsorção do corante têxtil reativo preto 5

Nesta pesquisa, diferentes amostras de quitosana foram produzidas por diferentes condições de hidrólise alcalina da quitina. A partir das amostras de quitosana foram produzidos filmes,sendo estes aplicados na adsorção do corante têxtil reativo preto 5 e os resultados foram comparados com os dos seus respectivos pós. Os valores das massas molares da quitosana aumentaram em função do aumento do diâmetro da quitina e diminuíram com o aumento da relação de solução NaOH:quitina, da concentração de NaOH e tempo de reação, e ficaram na faixa de 100 a 200 kDa. Um comportamento inverso foi observado para o grau de desacetilação da quitosana, e seus valores variaram de 65 a 95%. Quanto aos filmes biopoliméricos elaborados, os que apresentaram melhores valores quanto as suas propriedades mecânicas e de permeabilidade ao vapor de água foram os filmes produzidos com quitosana de mais elevada massa molar e menor grau de desacetilação. A fim de avaliar o comportamento dos filmes em processos de adsorção, estes foram aplicados na remoção do corante reativo preto 5 (RB5) em diferentes condições de pH (4, 6 e 8). Após, foram escolhidos quatro filmes de quitosana (FQ), com diferentes graus de desacetilação e massas molares, que foram comparados com as quitosanas na forma de pó (PQ) no estudo de adsorção. Este foi realizado sob diversas condições experimentais (pH, temperatura e taxa de agitação) através das isotermas de equilíbrio, da termodinâmica e da cinética. Análises de interação e ciclos de adsorção-dessorção também foram realizados. Verificou-se que PQ e FQ com grau de desacetilação de 95% e massa molar de 100 kDa foram os adsorvente mais adequados, apresentando mais de 99% de remoção do corante RB5 em pH 4,0. Para ambos, PQ e FQ, o modelo de Langmuir foi o mais adequado para representar os dados de equilíbrio. As capacidades máximas de adsorção foram 654,3 e 589,5 mg g-1 para PQ e FQ, respectivamente, obtidos a 298 K. O processo de adsorção foi espontâneo, favorável e exotérmico. A adsorção de RB5 para PQ e FQ seguiu o modelo cinético de Elovich,e ocorreram interações eletrostáticas do PQ-RB5 e do FQ-RB5. Os filmes de quitosana foram reutilizados três vezes, enquanto que a quitosana em pó não pode ser reutilizada.

Adsorção de cromo (VI) em leito fixo utilizando partículas de areia recobertas com Quitosana

Neste trabalho foi avaliado o processo de recobrimento de partículas de areia com quitosana utilizando a técnica dip-coating, e analisado o emprego destas partículas como recheio de uma coluna de leito fixo no processo de adsorção de cromo (VI) em solução aquosa. A quitosana foi obtida a partir de resíduos de camarão e caracterizada. O estudo avaliou a influência do tamanho das partículas e da concentração da solução de quitosana no recobrimento das partículas de areia. Foram avaliados parâmetros termodinâmicos, isotermas de equilíbrio e parâmetros relacionados ao funcionamento do leito (vazão e pH da solução, diâmetro de partícula) para o processo de adsorção de cromo (VI) em solução aquosa. No recobrimento das partículas de areia, o tamanho não teve significância na resposta, enquanto a concentração da solução de recobrimento mostrou ter grande influência sobre o resultado, sendo que a menor concentração de quitosana dentro da faixa estudada (0,5% p/v) apresentou o melhor desempenho. O processo de cura física para o recobrimento das partículas de areia mostrou melhor desempenho para a adsorção de cromo (VI) em leito fixo frente ao processo físico-químico. As análises de superfície (MEV) e de difração de raio-X (EDX) comprovaram a mudança na superfície das partículas recobertas e a presença de cromo após a adsorção. O modelo de Sips foi o que melhor representou os dados experimentais de equilíbrio, com R2 >0,99% e EMR<3,5%, sendo que a capacidade máxima de adsorção foi de 46,93 mg g-1 obtida a 298 K. O processo se mostrou espontâneo, exotérmico e favorável, com valores de -4,49 a -4,66kJ mol-1 para e energia livre de Gibbs, -5,97kJ mol-1 para a variação de entalpia e -5,17x10-3 kJ mol-1K -1 para variação de entropia. O aumento do pH diminuiu a adsorção de cromo (VI), sendo que a melhor resposta foi obtida em pH 3, sendo que o diâmetro de partícula não teve efeito significante. O estudo da vazão da solução de cromo (VI) no desempenho do leito mostrou que no menor valor (2,5 mL min-1 ) a concentração de saída do leito foi próxima a zero, mantendo-se com concentrações de saída abaixo de 20% por pelo menos 20 min. O estudo da dessorção do leito mostrou que após cinco ciclos de trabalho o leito manteve 86% da capacidade de adsorção, com taxas de recuperação do cromo no processo de dessorção maiores que 95%.

Adsorção de corantes têxteis aniônicos e catiônicos em resíduos do processamento de fios de algodão modificados quimicamente

The textile industry generates a large volume of high organic effluent loading whoseintense color arises from residual dyes. Due to the environmental implications caused by this category of contaminant there is a permanent search for methods to remove these compounds from industrial waste waters. The adsorption alternative is one of the most efficient ways for such a purpose of sequestering/remediation and the use of inexpensive materials such as agricultural residues (e.g., sugarcane bagasse) and cotton dust waste (CDW) from weaving in their natural or chemically modified forms. The inclusion of quaternary amino groups (DEAE+) and methylcarboxylic (CM-) in the CDW cellulosic structure generates an ion exchange capacity in these formerly inert matrix and, consequently, consolidates its ability for electrovalent adsorption of residual textile dyes. The obtained ionic matrices were evaluated for pHpcz, the retention efficiency for various textile dyes in different experimental conditions, such as initial concentration , temperature, contact time in order to determine the kinetic and thermodynamic parameters of adsorption in batch, turning comprehensive how does occur the process, then understood from the respective isotherms. It was observed a change in the pHpcz for CM--CDW (6.07) and DEAE+-CDW (9.66) as compared to the native CDW (6.46), confirming changes in the total surface charge. The ionized matrices were effective for removing all evaluated pure or residual textile dyes under various tested experimental conditions. The kinetics of the adsorption process data had best fitted to the model a pseudosecond order and an intraparticle diffusion model suggested that the process takes place in more than one step. The time required for the system to reach equilibrium varied according to the initial concentration of dye, being faster in diluted solutions. The isotherm model of Langmuir was the best fit to the experimental data. The maximum adsorption capacity varied differently for each tested dye and it is closely related to the interaction adsorbent/adsorbate and dye chemical structure. Few dyes obtained a linear variation of the balance ka constant due to the inversion of temperature and might have influence form their thermodynamic behavior. Dyes that could be evaluated such as BR 18: 1 and AzL, showed features of an endothermic adsorption process (ΔH° positive) and the dye VmL presented exothermic process characteristics (ΔH° negative). ΔG° values suggested that adsorption occurred spontaneously, except for the BY 28 dye, and the values of ΔH° indicated that adsorption occurred by a chemisorption process. The reduction of 31 to 51% in the biodegradability of the matrix after the dye adsorption means that they must go through a cleaning process before being discarded or recycled, and the regeneration test indicates that matrices can be reused up to five times without loss of performance. The DEAE+-CDW matrix was efficient for the removal of color from a real textile effluent reaching an UV-Visible spectral area decrease of 93% when applied in a proportion of 15 g ion exchanger matrix L-1 of colored wastewater, even in the case of the parallel presence of 50 g L-1 of mordant salts in the waste water. The wide range of colored matter removal by the synthesized matrices varied from 40.27 to 98.65 mg g-1 of ionized matrix, obviously depending in each particular chemical structure of the dye upon adsorption.

O emprego de quitosana quimicamente modificada com anidrido succínico na adsorção de azul de metileno

The adsorption capacity of alpha-chitosan and its modified form with succinic anhydride was compared with the traditional adsorbent active carbon by using the dye methylene blue, employed in the textile industry. The isotherms for both biopolymers were classified as SSA systems in the Giles model, more specifically in L class and subgroup 3. The dye concentration in the supernatant in the adsorption assay was determined through electronic spectroscopy. By calorimetric titration thermodynamic data of the interaction between methyene blue and the chemically modified chitosan at the solid/liquid interface were obtained. The enthalpy of the dye/chitosan interaction gave 2.47 ± 0.02 kJ mol-1 with an equilibrium constant of 7350 ± 10 and for the carbon/dye interaction this constant gave 5951 ± 8. The spontaneity of these adsorptions are reflected by the free Gibbs energies of -22.1 ± 0.4 and -21.5 ± 0.2 kJ mol-1, respectively, found for these systems. This new adsorbent derived from a natural polysaccharide is as efficient as activated carbon. However 97% of the bonded dye can be eluted by sodium chloride solution, while this same operation elutes only 42% from carbon. Chitosan is efficient in dye removal with the additional advantage of being cheap, non-toxic, biocompatible and biodegradable.

Condições de equilíbrio termodinâmico: a função disponibilidade

The thermodynamic equilibrium is a state defined by conditions which depend upon some characteristics of the system. It requires thermal, mechanical, chemical and phase equilibrium. Continuum thermodynamics, its radical restriction usually called homogeneous processes thermodynamics, as well as the classical thermodynamic science of reversible processes, each of them defines equilibrium in a differing way. But these definitions lead to the same physical contents.

Adsorption of amyloglucosidase from Aspergillus niger NRRL 3122 using ion exchange resin

Amyloglucosidase enzyme was produced by Aspergillus niger NRRL 3122 from solid-state fermentation, using deffated rice bran as substrate. The effects of process parameters (pH, temperature) in the equilibrium partition coefficient for the system amyloglucosidase - resin DEAE-cellulose were investigated, aiming at obtaining the optimum conditions for a subsequent purification process. The highest partition coefficients were obtained using 0.025M Tris-HCl buffer, pH 8.0 and 25ºC. The conditions that supplied the highest partition coefficient were specified, the isotherm that better described the amyloglucosidase process of adsorption obtained. It was observed that the adsorption could be well described by Langmuir equation and the values of Qm and Kd estimated at 133.0 U mL-1 and 15.4 U mL-1, respectively. From the adjustment of the kinetic curves using the fourth-order Runge-Kutta algorithm, the adsorption (k1) and desorption (k2) constants were obtained through optimization by the least square procedure, and the values calculated were 2.4x10-3 mL U-1 min-1 for k1 and 0.037 min-1 for k2 .

Adsorção do corante azul de metileno em partículas de argilominerais: análise dos tamanhos das partículas

Interactions of cationic dye methylene blue (MB) with clay particles in aqueous suspension have been extensively studied. As already known, the number of natural negative charges on the clay modifies significantly the particle sizes dispersed in water and therefore the nature of the interaction with the dye. This work evaluated with UV-Vis spectroscopy method how the clay particle sizes weighted on the adsorption and rearrangement of the dye molecules in aqueous system. The results obtained from light-scattering measurements confirmed that larger particles are found in suspensions containing the high-charged clays as the visible absorption band related to the MB aggregates (570 nm) on these suspensions prevailed.

Preparação de membranas de acetato de celulose organomodificadas para adsorção dos íons Cu(II), Cd(II), Mn(II) e Ni(II)

Cellulose acetate polymeric membranes had been prepared by a procedure of two steps, combining the method of phase inversion and the technique of hydrolysis-deposition. The first step was the preparation of the membrane, and together was organomodified with tetraethylortosilicate and 3-aminopropyltrietoxysilane. Parameters that exert influence in the complexation of the metallic ion, as pH, time of complexation, metal concentration, had been studied in laboratory using tests of metal removal. The membranes had presented resistance mechanics and reactivity to cations, being able to be an alternative for the removal, daily pay-concentration or in the study of the lability of metals complexed.

Adsorção competitiva de inibidor de corrosão usado em poços de perfuração de petróleo sobre aço, esmectita e arenito

A commercial corrosion inhibitor used in petroleum production was characterized by means of infrared spectroscopy and energy dispersive spectroscopy (EDS). Predicting the adsorption behavior of corrosion inhibitor onto steel, sandstone and esmectite is the key to improve working conditions. In this study, the adsorption kinetics of inhibitor formulations in HCl 15% or in Mud Acid (HCl 13,5% and ammonium bifluoride) onto steel, sandstone and esmectite was determined by means of spectrophotometry. Kinetic parameters indicated that adsorption of inhibitor in the presence of bifluoride was favored. Moreover, the adsorption constant rate was the largest when the substrate was esmectite.

A Equação-Mestra: atingindo o equilíbrio

In the last years, a great interest in nonequilibrium systems has been witnessed. Although the Master Equations are one of the most common methods used to describe these systems, the literature about these equations is not straightforward due to the mathematical framework used in their derivations. The goals of this work are to present the physical concepts behind the Master Equations development and to discuss their basic proprieties via a matrix approach. It is also shown how the Master Equations can be used to model typical nonequilibrium processes like multi-wells chemical reactions and radiation absorption processes.

Variação do equilíbrio muscular durante uma temporada em jogadores de futebol categoria sub-20

O objetivo deste estudo foi analisar o equilíbrio muscular dos flexores e extensores (RFE) de joelho ao longo de uma temporada de treinamento em jogadores de futebol categoria sub-20. Fizeram parte da amostra 15 sujeitos pertencentes à equipe sub-20 da Associação Atlética Ponte Preta de Campinas. Os atletas participaram de um macrociclo de preparação (MP) de 29 semanas, composto por período preparatório e competitivo que foram divididos em quatro mesociclos: etapa geral (M1), etapa especial (M2), etapa pré-competitiva (M3) e etapa competitiva (M4). A RFE de ambos os membros foi determinada em dinamômetro isocinético utilizando o pico de torque (PT) obtido em três séries consecutivas de cinco repetições com velocidade de 60º/s. Avaliação isocinética foi realizada em quatro momentos ao longo do MP, sempre ao final de cada mesociclo (M1, M2, M3 e M4). Para análise estatística, foi empregado teste Friedman de medidas repetidas, seguida do teste de Wilcoxon e teste U de Mann-Whitney, com nível de significância de p<0,05. O PT nos músculos flexores de joelho, em ambos os membros, no M2 e M3 foram superiores aos observados em M1 e M4. O PT dos extensores de joelho em M1 foi significantemente inferior aos demais momentos do estudo (M2, M3 e M4), em ambos os membros. A RFE, em ambos os membros, foi inferior em M1 quando comparado a M2 e M3. A comparação da RFE entre os membros não revelou diferenças significantes em nenhum dos momentos do estudo (M1, M2, M3 e M4). Os resultados encontrados na presente investigação indicaram existência de alterações na magnitude da RFE, porém dentro da normalidade, e, manutenção da proporcionalidade entre os membros ao longo do MP. Esses resultados sugerem que não existem períodos sensíveis para a ocorrência de lesões em virtude de desequilíbrios musculares ao longo do MP em jogadores de futebol da categoria sub-20.

Equilíbrio corporal, envelhecimento e reabilitação vestibular: implicações para a Saúde Pública

Alterações no equilíbrio corporal das pessoas idosas podem gerar quedas e incapacidades diminuindo sua expectativa de vida e conseqüentemente sua qualidade de vida. Programas de reabilitação vestibular auxiliam na prevenção de tais desfechos e devem ser considerados entre as estratégias de intervenção a serem desenvolvidas na atenção básica