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CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior O soro de leite é o subproduto mais abundante das indústrias de laticínios e, embora tenha sido descartado por muito tempo, hoje é uma das principais fontes proteicas com aplicações que vão do ramo farmacêutico ao nutricional. As proteínas do soro do leite são importantes fontes de peptídeos bioativos, que podem apresentar atividades antioxidante, anti-hipertensiva e antimicrobiana, entre outros efeitos. No entanto, para a expansão de suas aplicações farmacêuticas e nutricionais é imprescindível o desenvolvimento de métodos cada vez mas eficazes de obtenção e purificação. Dessa forma, a seção 4.1 deste trabalho apresenta alguns dos principais métodos de purificação de lactoferrina (LF), como ultrafiltração e cromatografia, juntamente com os métodos de separação magnética e extração líquido-líquido, que ainda estão em expansão. Patentes relacionadas aos métodos de purificação desenvolvidos e composições nutricionais enriquecidas com LF também são apresentadas. Tendo em vista as diversas vantagens apresentadas pela separação magnética, na seção 4.2 um novo adsorvente magnético Fe3O4-IL-Ni2+ foi produzido e sua capacidade de captura de proteínas do soro foi verificada. Através de um planejamento de experimentos, a influência do pH, da temperatura e da concentração de NaCl foi analisada na adsorção de albumina do soro bovino (BSA) e um modelo de segunda ordem foi ajustado, levando a um coeficiente de regressão de 94,51%. O processo adsortivo foi favorecido por valores de pH inferiores 5, enquanto a temperatura e a concentração de NaCl influenciaram positivamente, com melhores faixas em 30-50ºC e 200-700 mM, respectivamente. Avaliando-se a capacidade do adsorvente Fe3O4-IL-Ni2+ na captura de proteínas diretamente do soro constatou-se, por meio do perfil eletroforético em SDS-PAGE, que as proteínas alfa-lactalbumina (α-LA), beta-lactoglobulina (β-LG), imunoglobulina (IgG), albumina do soro bovino (BSA) e lactoferrina (LF) foram adsorvidas com sucesso. Portanto, com o devido escalonamento e validação do método utilizado, existe potencial para utilização industrial, dada a ampla gama de aplicações apresentadas pelas proteínas do soro e as vantagens operacionais da separação magnética com relação aos métodos tradicionais. Whey is the most abundant by-product of the dairy industry and, although it has been discarded for a long time, today it is one of the main sources of protein with applications ranging from pharmaceutical to nutritional. Whey proteins are important sources of bioactive peptides, which may have antioxidant, antihypertensive and antimicrobial activities, among other effects. However, for the expansion of pharmaceutical and nutritional applications of whey proteins, it is essential to develop increasingly effective methods of obtaining and purifying them. Thus, section 4.1 of this work presents some of the main methods of lactoferrin (LF) purification, such as ultrafiltration and chromatography, along with the methods of magnetic separation and liquid-liquid extraction, which are still expanding. Patents related to purification methods developed and nutritional compositions enriched with LF are also presented. In view of the many advantages presented by magnetic separation, in section 4.2 a new magnetic adsorbent Fe3O4-IL-Ni2+ was produced and its ability to capture whey proteins was verified. Through a design of experiments, the influence of pH, temperature and NaCl concentration was analyzed on bovine serum albumin (BSA) adsorption and a second order model was fitted, leading to a regression coefficient of 94.51%. The adsorptive process was favored by pH values lower than 5, while temperature and NaCl concentration influenced positively, with the best ranges being, respectively, 30-50ºC and 200-700 mM. Evaluating the adsorbent Fe3O4-IL-Ni2+ ability to capture proteins directly from whey, it was found, through the electrophoretic profile in SDS-PAGE, that alpha-lactalbumin (α-LA), beta-lactoglobulin (β-LG), immunoglobulin (IgG), bovine serum albumin (BSA) and lactoferrin (LF) proteins were successfully adsorbed. Therefore, with due scaling up and validation of the introduced method, there is potential for its industrial use, given the wide range of applications presented by whey proteins and the operational advantages of magnetic separation in relation to traditional methods. 2025-07-13

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Processos de purificação da lactoferrina e da lactoperoxidase têm sido relatados na literatura. No entanto, é apresentado um grande número de operações unitárias, alto custo dos suportes cromatográficos, baixa pureza e rendimento da molécula. Nesse sentido, a redução de etapas, a busca por novos adsorventes e, consequentemente, a redução de custos é crucial nesses processos. Além disso, a utilização de sistemas com maior porosidade oferecem alternativas por permitir a captura direta da molécula a partir de soluções particuladas e viscosas, sem a necessidade de tratamento prévio. Nesse sentido, estudar os parâmetros operacionais que afetam a porosidade do meio é determinante para otimizar as condições experimentais. A fim de melhor avaliar estes mecanismos, foram realizados estudos hidrodinâmicos e de capacidade adsortiva em colunas macroporosas de leito expandido e fixo, e posteriormente, a captura das proteínas alvo. Portanto, esse trabalho apresenta uma nova estratégia de purificação para as proteínas lactoferrina (Capítulo I) e lactoperoxidase (Capítulo II) a partir do soro de leite utilizando colunas de leito expandido e de criogel de afinidade, respectivamente. Os suportes cromatográficos analisados foram uma resina de troca catiônica Streamline SP XL e uma matriz polimérica esponjosa altamente interconectada ativada com p-aminobenzenosulfonamida para interação específica com a lactoferrina e a lactoperoxidase, respectivamente. Com o objetivo de avaliar a eficiência da separação das proteínas de cada processo, parâmetros de purificação foram investigados. Palavras-chave: Colunas macroporosas. Propriedades hidrodinâmicas. Capacidade adsortiva. Separação. Proteínas. Purification processes for lactoferrin and lactoperoxidase have been reported in the literature. However, a large number of unit operations, high cost of chromatographic supports, low purity and yield of the molecule are presented. In this sense, the reduction of steps, the search for new adsorbents and, consequently, the reduction of costs is crucial in these processes. In addition, the use of systems with higher porosity offer alternatives by allowing the direct capture of the molecule from particulate and viscous solutions, without the need for prior treatment. In this context, studying the operational parameters that affect the porosity of the environment is crucial to optimize the experimental conditions. In order to better evaluate these mechanisms, hydrodynamic and adsorptive capacity studies were performed in macroporous columns of expanded and fixed bed, and subsequently, the capture of the target proteins. Therefore, this work presents a new purification strategy for the proteins lactoferrin (Chapter I) and lactoperoxidase (Chapter II) from whey using expanded bed and affinity cryogel columns, respectively. The chromatographic supports analyzed were a Streamline SP XL cation exchange resin and a highly interconnected spongy polymeric matrix activated with p-aminobenzenesulfonamide for specific interaction with lactoferrin and lactoperoxidase, respectively. In order to evaluate the separation efficiency of the proteins from each process, purification parameters were investigated. Keywords: Macroporous columns. Hydrodynamic properties. Adsorptive capacity. Separation. Proteins.

Orientador: Cesar Costapinto Santana Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Neste trabalho apresentam-se os resultados para a separação entro o p-xileno e o o-xileno por adsorção em fase líquida em leitos fixos contendo zeolito X, cujo cátion 'Na POT. +¿ foi substituído por 'Ba POT. ++¿ e 'K POT. +¿. A similaridade entre as propriedades físicas dos isômeros xilenos torna impraticável a separação do p-xileno por meio de destilação ou outros processos convencionais de separação. A adsorção vem se tornando amplamente utilizada na industria do petróleo e substitui com vantagens algumas técnicas convencionais de separação. No estado da arte sobre processos de adsorção em fase líquida, encontrou-se pouca informação sobre unidades de bancada. A quase totalidade das informações obtidas em literatura refere-se a patentes. Utilizou-se a técnica de fatorial fracioanal no planejamento dos experimentos necessários a verificação da influência das principais variáveis do processo para a separação do p-xileno por adsorção. Assim foi construída uma unidade de bancada para efetuar os testes de adsorção e um unidade destinada a determinar os testes de adsorção e uma unidade destinada a determinar o conteúdo de água em adsorventes, sendo esta última também utilizada para preparar adsorventes com teores pré-estabelecidos. Elaborou-se metodologias experimentais e métodos analíticos com a finalidade de avaliar a influencia das variáveis no processo. Como a conclusão do trabalho, verificamos que é possível obter o p-xileno a partir de uma corrente de isômeros, por adsorção em fase líquida e que a metodologia desenvolvida forneceu resultados precisos e repetitivos Abstract: In this work we show the abtained results for the separation between the p-xylene and the o-xylene through adsorption in liquid phase fixed beds containing zeolite type X wich cation 'Na POT.+¿ was replaced by 'Ba POT. ++¿ and 'K POT. +¿. A similarity between the physical poperties of the xylenes isomers make itimpossible to separate the p-xylene through destilaktion or any other conventional separation process. They adsorption has been largely in the petroleum industry and substitute with avantage some conventional techniques. In this state od the art on adsorption process in liquid phase, we found a few information about laboratory unites. Most of the informations obtained in the lierature refer to parents. The fractional factorial technique was used in the planning of the experiments necessary to verify the influence of the main variables for the separation process of the p-xylene through adsorption. So, to make the adsorption tests, a laboratory unit was built, and one unit was destinated to determine the quantity of water. Experimental methodologies and analytical methods were elaborated in order to evaluated the influence of the variables in the processes. Concluding the work we verified that it¿s possible to obtain the p-xylene from a stream of isomers through adsorption in liquid phase and that the developed methodology gave precise and repetitive results Mestrado Mestre em Engenharia Química

Orientador : Sonia Maria Alves Bueno Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: A contaminação por endotoxinas (ET) em produtos para injeção parenteral é um problema para a indústria farmacéutica devido à dificuldade de remoção destas moléculas e sua alta toxicidade. Diversas técnicas têm sido estudadas visando a despirogenação (remoção de ET) de soluções protéicas, dentre as quais a cromatografia em membranas apresenta-se como promissora. Neste trabalho, membranas porosas de quito sana reticuladas com epic1oridrina foram obtidas com boa característica de vazão, visando a despirogenação de soluções tampão, de soro fisiológico e de soluções de IgG. Experimentos de filtração com solução de IgG humana diluída em tampão foram realizados para verificar a existência de adsorção da IgG na membrana, sendo que as soluções tamponantes que favoreceram uma menor adsorção foram fosfato de sódio pH 8,0 e Tris-HCl pH 7,0 (0,49 mg/cm3 e 0,73 mg/cm3, respectivamente). Os resultados dos experimentos de adsorção com soluções tampão contaminadas artificialmente com ET revelaram que a solução tamponante Tris-HCl pH 7,0 favorecia uma maior adsorção de ET na membrana de quito sana, obtendo valores de concentração no filtrado de 0,58 EU/mL e 8,36 EU/mL para alimentações, respectivamente, de 18,63 EU/mL e 541,40 EU/mL. Testou-se a influência da presença de sal no meio através da remoção de ET de soro fisiológico contaminado artificialmente, resultando em uma adsorção, das ET alimentadas à membrana, de 50,68% em baixa concentração de ET (42,49 EU/mL) e de 92,23% em alta concentração (889,61 EU/mL). A presença de IgG (1 mg/roL) em solução tampão Trís-HCl pH 7,0 reduziu a adsorção das endotoxinas permitindo obter filtrados com concentração de 4,05 e 71,15 EU/mL de uma alimentação de 116,43 e 796,93 EU/mL, respectivamente, e recuperação protéica, na ordem, de 100 e 96,37%. Em face destes dados, percebe-se que a membrana de quito sana tem potencial para o uso como matriz de adsorção visando a remoção de ET de soluções, embora na presença de proteína, no processo proposto, não se tenha alcançado valores que permitam uma injeção parenteral Abstract: Endotoxin (ET) contamination in intravascular injection products is a problem for the pharmaceutical industry due to the difficulty of its removal and elevated toxicity. Many techniques have been studied aiming the depyrogenation (ET removal) of protein solutions, among them the membrane chromatography seems to be a promising one. In this work, cross-linked macroporous chitosan membranes were obtained having a good flow dynamics, focusing the depyrogenation of buffering solutions, physiologic serum and human IgG solutions. Filtration experiments with human IgG diluted in buffering solution were conducted to verify the IgG adsorption on the membrane. The buffering solutions that resulted a lower IgG adsorption were sodium phosphate pH 8.0 and Tris-HCl pH 7.0 (0.49 mg/cm3 and 0.73 mg/cm3 , respectively). The adsorption experiments results using buffer solutions artificially contaminated with ET showed that the Tris-HCl pH 7.0 buffering solution favoured a higher ET adsorption on the chitosan membrane being the filtrated concentrations 0.58 EU/mL and 8.36 EU/mL to the feed flow of 18.63 EU/mL and 541.4 EU/mL, respectively. The influence of salt presence in the solution was tested for the ET removal of artificially contaminated physiologic serum resulting in a 50.68% adsorption at a low ET concentration (42.49 EU/mL) and 92.23% at a high ET concentration (889.61 EU/mL). The IgG presence (1 mg/mL) in Tris-HCl pH 7.0 buffer reduced the ET adsorption so that a filtrated concentration of 4.05 and 71.15 EU/mL were obtained from a 116.43 and 796.93 EU/mL feed, respectively, and a protein recovery of 100% and 96.37%. These results showed that chitosan membrane has a potential to be used as an adsorption matrix for ET removal in solutions, eventhought safety concentration values that allows a parenteral injection have not been achieved in samples containing proteins Mestrado Desenvolvimento de Processos Biotecnológicos Mestre em Engenharia Química

Submitted by Pâmela CTC/E (pamela.flegr@uerj.br) on 2021-10-26T11:11:26Z No. of bitstreams: 1 Tese - Andreia Gomes Fiuza de Castro - 2021 - Completa.pdf: 2229775 bytes, checksum: 4e2d699dae819dcd44169037054ec6e9 (MD5) Made available in DSpace on 2021-10-26T11:11:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese - Andreia Gomes Fiuza de Castro - 2021 - Completa.pdf: 2229775 bytes, checksum: 4e2d699dae819dcd44169037054ec6e9 (MD5) Previous issue date: 2021-07-28 Chromatographic separation processes have been widely used in industry as they were proved able to separate similar components into mixtures usually difficult to separate using simpler physical methods. It can operate in continuous or batch modes. Among available continuous chromatographic processes, the simulated moving bed (SMB) emerges as one technique that efficiently works in complex mixtures mainly due to its countercurrent operation without requiring movement of the solid phase. The SMB process is extensively studied and applied industrially such as in petrochemicals, pharmaceuticals and fine chemicals. The use of solvent within the dessorvent stream to act as an affinity modifier along the columns is one derivative of the traditional mode of operation, known as solvent gradient SMB (SG-SMB). The present work aims to study this latter mode of operation, through computational models built using less rigorous equations that were proven to represent the system when compared to experimental data for amino acid mixtures (tryptophan, phenylalanine and tyrosine). The available experimental data sets are input to an inverse problem for identifying the overall kinetics mass transfer coefficients, used to characterize the SG-SMB unit. It was utilized the Luus-Jaakola routine and following with the results different operating conditions were tested using the X-Equation optimization approach. The use of a design equation called X-Equation has been validated based on simulation results for a SG-SMB unit, where all optimized cases were in agreement with expected results with regard to purity of the streams, productivity and solvent consumption of the process. Processos de separação por cromatografia são muito utilizados na indústria por serem capazes de separar componentes semelhantes em misturas, normalmente difíceis de separar por métodos físicos mais simples, podendo ser contínuos ou em batelada. Dentre os processos cromatográficos contínuos, o leito móvel simulado (LMS) surge como uma técnica que atua eficientemente em misturas de difícil separação, principalmente por operar em contracorrente sem exigir movimentação (real) da fase sólida. A técnica LMS é amplamente estudada e suas aplicações encontram-se principalmente nas indústrias petroquímica, farmacêutica e de química fina. A utilização de um solvente modificador de afinidades na corrente de dessorção do LMS é uma derivação do modo tradicional de operação, sendo conhecido como LMS com gradiente de solvente (LMS-GS). O presente trabalho tem como objetivo estudar este modo de operação, por meio de modelos computacionais baseados em equacionamentos menos rigorosos, mas que se mostraram fidedignos frente aos dados experimentais para mistura de aminoácidos (triptofano, fenilalanina e tirosina). Os dados experimentais disponíveis são utilizados em uma formulação inversa para obtenção dos parâmetros cinéticos de transferência de massa, necessários na caracterização do LMS-GS. Para tal, utilizou-se o método de Luus-Jaakola e com os resultados, prosseguiu-se com as simulações de diferentes condições operacionais, obtidas pela abordagem de otimização X-Equation. A utilização da equação de projeto, denominada X-Equation, foi validada com base nos resultados de simulações para uma unidade de LMS-GS, onde todos os casos otimizados apresentaram resultados esperados quanto à pureza das correntes, produtividade e consumo de solvente do processo.

Orientador: Sergio Persio Ravagnani Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Processos de adsorção vêm tendo importância crescente na indústria de processamento químico e petroquímico, bem como em áreas como biotecnologia, farmacêutica e química fma. Dentre esses processos, o de adsorção em Leito Móvel Simulado (LMS) tem destaque para diversas aplicações onde a separação é muito difícil, por fazer uso da operação em contracorrente. Este trabalho objetiva o desenvolvimento de um modelo e de um programa computacional para a simulação dinâmica do comportamento de uma unidade de adsorção em Leito Móvel Simulado e sua aplicação em diversas situações práticas. O desenvolvimento do modelo de LMS parte do modelo de uma coluna de adsorção multicomponente em leito fixo que leva em conta as cinéticas de transferência de massa interna e externa à partícula de absorvente. A descrição dos fenômenos envolve um sistema de equações diferenciais parciais onde as concentrações dos componentes intra e extra-partícula são funções da posição na coluna e do tempo. O sistema foi resolvido numericamente usando o método de colocação ortogonal para a discretização da solução ao longo do comprimento da coluna e diferenças finitas para o cálculo da solução no tempo. Foram desenvolvidos modelos e programas para a condição ideal do LMS, sem a existência de zona morta entre os leitos, e mais dois modelos alternativos para levar em conta a existência de zona morta e do atraso na mudança dos leitos, analisando a influência destes fatores no desempenho da unidade por comparação com o modelo ideal de LMS. Critérios de convergência numérica e de estabelecimento do estado estacionário cíc1ico foram adotados. O programa e o modelo foram testados para diferentes sistemas disponíveis na literatura. Foi buscado um entendimento do processo de LMS pela sua utilização em estudos de sensibilidade para predizer os efeitos das variáveis de operação no desempenho do LMS, com aplicações em projeto e otimização de unidades. Os resultados obtidos foram satisfatórios, reproduzindo bem dados experimentais disponíveis e prestando-se como ferramenta de projeto de novas unidades. A abordagem proposta de usar um modelo de coluna de adsorção em leito fixo como ponto de partida para a modelagem do processo de Leito Móvel Simulado mostrou-se apropriada, resultando num modelo rigoroso que tem aplicações em diversas situações práticas. A partir do modelo obtido abrem-se portas para novas investigações, tais como a otimização energética de uma unidade completa de LMS e o treinamento de redes neurais Abstract: Adsorption processes are becoming increasingly important in the chemical and petrochemical industries, as well as in the areas of biotechnology, pharmaceuticals and fine chemistry. Among these processes the 8imulated Moving Bed (8MB) adsorption process is specially important when separation is difficult, as it makes use of coutercurrent operation. The objective of this work is to develop a computational model for the dynamic simulation of a 8imulated Moving Bed adsorption unit and its application on several practical situations. In this work the development of an 8MB mo deI starts from a multicomponent fixed bed adsorption column model and takes into account internal and externaJ. Mass transfer coefficients in the adsorbent particle. Phenomena description involves a system of partial differential equations in which concentrations inside and outside adsorbent particle deppends on time and column length. The system is solved numerically by the orthogonal collocation method along column length and finite differences to calculate solution through time. Three versions of the model have been developed. The first is the ideal situation where there is no dead volume between adsorption beds. The other two take into account dead volume and a delay in shifting positions of beds inlet/outlet, respectivelly. Programs were evaluated and some mIes were created concerning numerical convergence and cyclic steady state. Programs and models were evaluated for several different systems available in literature. The 8MB performance was evaluated in sensitivity studies to predict the effects of operational variables, with applications in design and optimization case studies. The results show the mo deI is reliable in reproducing experimental data and as a tool for process design. The use of a fixed bed adsorption eolumn mode! as starting point to simulate the Simulated Moving Bed adsorption unit has shown to be a suitable approaeh. A rigorous model was obtained with applieations in several praetieal situations. This model ean be used in new investigations like energy integration of an 5MB unit and neural network training Doutorado Ciência e Tecnologia de Materiais Doutor em Engenharia Química

Orientador: Antonio Carlos Luz Lisboa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: As zeólitas são materiais cristalinos porosos encontrados sob forma natural ou sintética com alto poder adsorvente. O estudo deste material como adsorvente industrial foi iniciado em meados dos anos 50. O campo de aplicações das zeólitas é vasto. Podemos citar seu uso como adsorventes para purificação de gases e líquidos, como catalisadores para refino de petróleo e na síntese de produtos orgânicos. O objetivo deste trabalho consiste da caracterização e simulação do processo de adsorção de nitrogênio de uma zeólita. Análises físicas e químicas foram feitas para a caracterização deste material. Pode-se concluir que a zeólita sob a forma de grãos é higroscópica, similar ao tipo faujasita e possui uma grande área superficial 593 m2 g-1. A partir desta última análise (BET), o modelo sofreu uma adaptação para Langmuir para simular o processo de adsorção de nitrogênio pela zeólita. A simulação de uma unidade de separação de gases (nitrogênio e oxigênio) a partir do ar foi realizada através do processo PSA (pressure-swing adsorption) com o auxílio do software MATLAB. Esse processo consiste da adsorção seletiva de gases por meio dos poros do sólido. O programa mostrou que o processo de adsorção de nitrogênio é rápido com duração de segundos devido à afinidade do gás pelo material e ao tipo de processo envolvido. Abstract: Zeolites are crystalline porous materials found naturally or synthetically manufactured with high adsorbent power. The study of this material as an industrial adsorbent began in the mid 50's. The fields of zeolite application are rather wide. Zeolites have been used as adsorbents for purification of gases and liquids, as catalysts for petroleum refinig and for synthesis of organic products. The objective of this work was to characterize a sample of zeolite X and to simulate a nitrogen adsorption pilot unit. Physical and chemical analyses were made for the characterization of this material. Its possible to conclude with characterization data that zeolite is higroscopic, similar to faujasite type, and large superficial area 593 m2 g-1. With this last analysis (BET), the model was adapted to langmuir in order to simulate the nitrogen adsorption process onto zeolite. The simulation of a gas separation unity (nitrogen and oxygen) from air was realized through PSA process (pressure-swing adsorption) using the MATLAB software. This process consists selective adsorption of gases through the porous of solid. The program showed that nitrogem adsorption process is fast with seconds of duration due to afinity of the gas for zeolite and the kind of the process involved. Mestrado Engenharia de Processos Mestre em Engenharia Química

Mestrado em Engenharia Química Os Elementos terras raras (ETR), inseridos no grupo dos elementos críticos de tecnologia, são definidos pela nomenclatura IUPAC como os 15 lantanídeos em conjunto com o ítrio e o escândio. Devido às suas propriedades únicas, os ETR podem ser utilizados em inúmeras aplicações de cariz tecnológico, o que tem contribuído para um aumento contínuo da sua procura. No entanto, a sua extração e processamento é um processo difícil e dispendioso, causando diversos problemas ambientais. Nesse contexto, uma alternativa, mais económica e amiga do ambiente ao atual processo de obtenção dos ETR, poderá passar pela sua recuperação de efluentes e rios, através de processos de separação, nomeadamente adsorção (e/ou permuta iónica). Esta técnica é bastante versátil, eficiente, simples e bastante adaptável. Nos últimos anos, o grafeno bidimensional, um dos mais recentes tipos de nanoestruturas de carbono, tem sido amplamente explorado numa vasta gama de aplicações. No entanto, o seu uso como adsorvente para recuperação de ETR tem sido pouco investigado. Por outro lado, os materiais magnéticos apresentam propriedades físicas e químicas únicas, com especial foco na química de superfície. Aproveitando os benefícios do grafeno e das nanopartículas de magnetite, nesta dissertação de mestrado será abordada uma estratégia simples, baseada em interações electroestáticas, para preparação de um nanocompósito magnético à base de grafeno (MG-bN). Após a síntese, o nanocompósito foi estudado como adsorvente para a remoção de três dos mais importantes ETR, lantânio (La(III)), európio (Eu(III)) e térbio (Tb(III)), em soluções aquosas mono elementares e ternárias através de experiências em descontínuo. Os resultados revelaram que a adsorção de La(III), Eu(II) e Tb(III) pelo nanocompósito é muito sensível ao pH da solução e, as maiores percentagens de remoção ocorrem para valores de pH alcalinos. O nanocompósito em estudo apresenta uma rápida e elevada eficiência de adsorção, sendo que uma hora é suficiente para remover 82 % de Tb(III), 73 % de Eu(III) e 59 % de La(III) em soluções mono elementares com uma concentração inicial de 0.1 mg L-1 e utilizando apenas 50 mg L-1 de MG-bN. Já para soluções ternárias, a eficiência de remoção é um pouco mais baixa (30-58 %). A cinética do processo de adsorção foi estudada usando três modelos cinéticos, nomeadamente os modelos de pseudo-primeira e pseudo-segunda ordem bem como o modelo de Elovich. O modelo de pseudo-segunda ordem foi o que apresentou um melhor ajuste aos valores experimentais para soluções mono elementares (R2 > 0.99 e AARD < 5 %). Para soluções ternárias tanto o modelo de pseudo-segunda ordem como o de Elovich ajustam bem os dados experimentais (R2 > 0.99 e AARD < 6%). Em todos os ensaios efetuados, o equilíbrio de adsorção foi ajustado pelo modelo de Langmuir e pelo modelo de Freundlich. A capacidade estimada do MG-bN para os elementos em estudo é maior em comparação com os valores relatados na literatura para outros adsorventes já estudados na recuperação dos mesmos elementos. A aplicação do MG-bN para a adsorção de lantânio, európio e térbio a partir de soluções aquosas confirma que este nanocompósito tem potencial para ser usado em sistemas de recuperação de elementos terras raras. Rare-earth elements (REE), also known as Technology-critical elements, are defined by the IUPAC nomenclature, as the 15 lanthanides together with yttrium and scandium. Due to their unique properties REE can be widely used in many high-tech applications. The demand for REEs is continually growing, but mining and processing these elements are difficult, expensive and originate environmental issues. Due to their huge application, the presence of REE was recently detect in waste waters and rivers. Under this context, a cheaper and environmentally friendly alternative to obtain REE is the recovery of these elements from effluents and/or rivers by adsorption (and/or ion exchange). This technique is very versatile, efficient, has straightforward design and a wide adaptability. In recent years, two-dimensional graphene, one of the newest type of carbon nanostructures has been extensively explored in a wide range of fields. However, its use as an adsorbent for REE recovery has been less investigated. On the other hand, magnetic materials are of considerable interest in material chemistry because of their unique physical and outstanding surface chemistry properties. Taking advantage of the combined benefits of graphene and magnetite nanoparticles, in this research a simple strategy based on electrostatic interactions, for preparing Fe3O4 /graphene based nanocomposite (MG-bN) is reported. The nanocomposite was then used as sorbent for the removal of lanthanum (La(III)), europium (Eu(III)) and terbium (Tb(III)), from single and ternary solutions, by carrying out batch experiments. Results have revealed that La(III), Eu(III) and Tb(III) uptake by the nanocomposite is very sensitive to solution pH and the highest efficiency occurs in alkaline media. The MG-bN shows fast and high adsorption efficiency, and 1 hour is sufficient to remove ca. 82 % of Tb(III), 73 % of Eu(III) and 59 % of La(III) from single solutions with an initial concentration of 0.1 mg L-1 and using only 50 mg L-1 of MG-bN. For ternary lanthanides solutions, the removal efficiency was lower (30-58 %). The adsorption kinetics of the lanthanides was modelled by pseudo first-order Lagergren, pseudo-second order and Elovich models, three of the most well-known and widely applied kinetic models. The pseudo-second order model was the one that better describe the uptake process for unary solutions (R2 > 0.99 e AARD < 5 %). For ternary solutions both pseudo-first order and Elovich models are the ones that better describe the uptake process (R2 > 0.99 e AARD < 6%). The adsorption equilibrium was fitted by Langmuir and Freundlich isotherms. The estimated adsorption capacity of MG-bN for the lanthanides studied is higher than the values reported in literature for the sorption capacity of other adsorbents. The application of the MG-bN for the uptake of lanthanum, europium and terbium from aqueous solutions confirms that this nanocomposite has potential to be used to recover rare-earth elements

Na atualidade várias universidades do país demonstram-se preocupadas com seus resíduos e através do gerenciamento, colocam em prática a denominada responsabilidade objetiva, estabelecida pela Política Nacional do Meio Ambiente Lei 6.938 de 31 de agosto de 1981, quando o gerador torna-se responsável pelos resíduos que produz e pelos possíveis danos que possam vir a causar, quando descartados no ambiente. Os efluentes líquidos contendo metais pesados podem ser tratados com técnicas simples, como a precipitação química. Este trabalho avaliou a remoção dos metais Cádmio (Cd), Cobre (Cu), Chumbo (Pb), Cromo (Cr), Níquel (Ni) e Zinco (Zn), presentes em efluente gerado na análise de espectrometria de absorção atômica, armazenados nos laboratórios de ensino e pesquisa da UFMS. O estudo foi desenvolvido no Laboratório de Qualidade Ambiental (LAQUA) da universidade, utilizando os quatro tratamentos: precipitação seletiva, precipitação por adição de coagulante, precipitação por adição de coagulante mais adsorção em carvão ativado e tratamento por adsorção em carvão ativado. Os ensaios foram realizados em escala de bancada, através de Teste de Jarros (Jar test) e Adsorção. No tratamento de precipitação seletiva o melhor resultado obtido foi 100% na remoção de cromo e níquel e o menor percentual foi de 62,41 de cobre, no tratamento de precipitação com adição de coagulante a melhor remoção foi de 100% de cádmio, chumbo, cromo e níquel e a menor remoção foi de 57,96% de cobre. No tratamento de precipitação com adição de coagulante mais tratamento de adsorção por carvão ativado a melhor remoção foi de 100% de cobre, cromo e níquel e a menor remoção foi de 68,72% de chumbo. No tratamento de adsorção por carvão ativado foi removido 100% de cobre, cromo e níquel e a menor remoção foi de 69,79% de zinco. Para que se mantenha o descarte adequado dos resíduos perigosos, o gerenciamento dos resíduos nas universidades deve ser incentivado, contribuindo para a formação de profissionais competentes e responsáveis com o meio ambiente. Currently several universities in the country demonstrate their concerns with their waste management and through, put into practice the so-called strict liability established by the National Environmental Policy Act of 6938 August 31, 1981, when the generator becomes responsible for waste it produces and the potential damage that may result when discarded into the environment. The liquid effluent containing heavy metals can be treated by simple techniques such as precipitation chemical. This study evaluated the removal of the metals cadmium (Cd), copper (Cu), Lead (Pb), Chromium (Cr), nickel (Ni) and zinc (Zn) present in the effluent generated in the analysis of atomic absorption spectrometry, stored in teaching and research laboratories UFMS. The study was conducted at the Laboratory of Environmental Quality (LAQUA) of the university, using the four treatments: selective precipitation, precipitation by addition of coagulant, coagulant precipitation by adding more and activated carbon adsorption treatment by adsorption on activated carbon. Assays were performed in a bench scale test jars through (Jar test) and adsorption. In the selective precipitation treatment the best result was obtained in 100% removal of chromium and nickel and the lowest 62.41 copper precipitation treatment with the addition of coagulant was the best of 100% removal of cadmium, lead, chromium and nickel and less removal was 57.96% copper. In the treatment by precipitation with addition of further treatment coagulant adsorption by activated carbon better removal was 100% of copper, chromium and nickel and less removal is 68.72% of lead. In the treatment of adsorption by activated carbon was removed 100% of copper, chromium and nickel removal was lower and 69.79% zinc. To maintain the proper disposal of hazardous waste, the waste management in universities should be encouraged, contributing to the formation of competent professionals responsible for the environment.

Mestrado em Engenharia Química Este trabalho tem como objectivo o estudo do processo de adsorção em colunas de leito fixo. O equilíbrio do processo de adsorção é representado por uma isotérmica de Langmuir de sítio duplo (DSL), com parâmetros optimizados a partir de dados experimentais recolhidos na literatura. Implementou-se um simulador baseado no modelo descrito por Teague e Edgar (1999), para o cálculo da resposta dinâmica no processo de produção oxigénio por adsorção a partir do ar. O modelo foi programado em Matlab e resolvido numericamente utilizando o método das linhas (MOL), aplicando diferenças finitas na coordenada axial da coluna. No modelo são considerados os mecanismos de transferência de massa e energia característicos dos processos de separação por adsorção, para além de um balanço total de material que permite calcular a pressão na coluna, que de forma indirecta é regulada pela manipulação das válvulas de entrada e saída, coordenando as perdas de carga do sistema. O simulador resultante, identificado como SimColAd foi implementado em módulos bem diferenciados em termos de entrada de dados, parâmetros de integração e saída de resultados. Desenvolveu-se paralelamente, uma interface gráfica em Matlab, que permite o dimensionamento das válvulas do sistema com base em equações de projecto fornecida pelos fabricantes. Validou-se o funcionamento do modelo da coluna de adsorção em condições não isotérmicas por simulações baseadas em curvas de ruptura do artigo de Teague e Edgar (1999) de um sistema binário constituído por oxigénio e ar. Finalmente, testou-se o simulador na resposta a diferentes condições de temperatura, caudal molar de saída e à presença de inerte, que demonstraram que o modelo e simulador desenvolvidos permitem interpretar qualitativamente as curvas de ruptura consideradas. ABSTRACT: This work has as an objective the study of fixed-bed adsorption columns. The adsorption equilibrium of the process is presented with a dual site Langmuir isotherm (DSL) fitted with parameters over experimental data collected from literature. The fixed column model is based on the work of Teague and Edgar (1999), for the dynamic output of a process aimed to the oxygen production from air. The model was implemented in Matlab and solved numerically using the method of lines (MOL), applying finite differences on the axial coordinate. This model considers energy and mass transfer mechanisms characteristic of separation process by adsorption, plus a global mass balance which allows us to compute the pressure in the column, indirectly regulated by in/out valves around the column, where the main pressure drops are concentrated. The developed simulator, called SimColAd was implemented in well differentiated modules in terms of input data, integration parameters and output result. It was developed a graphic user interface in Matlab, which allows the project of system valves based on rigorous equations given by valve manufactures. The simulator was tested in non-isothermal conditions based with experimental data form Teague and Edgar (1999) of oxygen production from air. Finally, the simulated curves upon several temperature feed conditions, exit molar flow and the insertion of inert showed that the model and simulator developed allow the qualitative interpretation of breakthrough curves evaluated.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Eduardo Luiz Schneider.pdf: 569932 bytes, checksum: e3cef119c5d0e4b5c131836c91f0d834 (MD5) Previous issue date: 2008-02-08 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior In this study was evaluated the adsorption capacity of phenolics compounds on activated carbon. The carbon used in this work was chemically prepared from coconut shell and presented a surface area of 1181 m2 g-1. We ve done kinetics tests, equilibrium and thermodynamics tests, and also tests to verify the influence of physics and chemicals parameters on adsorption process, using the following phenolics compounds: p cresol, m cresol, phenol and hydroquinone. The data obtained in the equilibrium tests, ambient temperature (27ºC) and natural pH (liquid solution pH) of each compound, was used to adjust the adsorption isotherms. The models used were Freundlich, Langmuir, Redlich Peterson, Toth and Tempkin, being the best model that described the data, in the most of times, Redlich Peterson. The maximum quantity adsorbed of each compound followed the order: p cresol (Qmáx ≈ 47 mg g-1) > m cresol (Qmáx ≈ 45 mg g-1) > phenol (Qmáx ≈ 38 mg g-1) > hydroquinone (Qmáx ≈ 37 mg g-1). The kinetics tests were conducted in order to determinate the equilibrium time and verification of adsorption kinetics behavior of each compound. The equilibrium time for all compounds was 12 hours, but some of them reached the equilibrium before that time. The order of adsorption speed was: phenol (teq = 110 min) > p cresol (teq = 270 min) > m cresol (teq = 500 min) > hydroquinone (teq = 1000 min). Moreover, the kinetics data were adjusted to four models, being them: pseudo first order, pseudo - second order, intraparticle and Bangham. To phenol, the model that showed the best results was the pseudo model second order equation, to the cresols was the Bangham´s model and to the hydroquinone the pseudo second order and intraparticle. The thermodynamics tests were conducted in the following temperatures: 10, 20, 30, 40 and 50ºC and it were verified that adsorption process was exothermic and spontaneous. With thermodynamics data obtained, was possible determinate ΔHºads, ΔSºads e ΔGºads and to realize the heterogeneity study of activated carbon surface area. Moreover, we did tests to evaluate the pH, carbon mass and initial compound concentration influence on adsorption process. We verified that increasing the pH, the adsorption suffers prejudiced due to compounds dissociation. Increasing the carbon mass, the compound adsorbed quantity increases too, because there are more available sites to the adsorption. And increasing the initial compound concentration, the adsorption is favored because it increases the concentration difference of compound in the fluid and the carbon surface area, besides having more molecules to be adsorbed. In a general view, it was evaluated the capacity of phenol absorption in liquid solution on activated carbon, prepared from coconut shell, justified by the recent society preoccupation about the environment, were the industrial water waste which may contain harmful compounds to it, like phenol. So the studies of more efficient and better relation cost/benefit methods, to the removal of phenol are extremely important. Neste estudo foi avaliada a capacidade de adsorção de fenóis sobre carvão ativado. O carvão utilizado neste trabalho foi preparado quimicamente a partir do endocarpo de coco e apresentou área superficial de 1181 m2g-1. Foram realizados testes cinéticos, de equilíbrio e termodinâmicos, além de testes para verificar a influência de parâmetros físicos e químicos no processo de adsorção, utilizando os seguintes compostos fenólicos: p cresol, m cresol, fenol e hidroquinona. Os dados obtidos nos testes de equilíbrio, temperatura de 28ºC e pH natural (pH do composto em solução aquosa) de cada composto, foram utilizados para o estudo de isotermas de adsorção. Os modelos utilizados foram Freundlich, Langmuir, Redlich Peterson, Toth e Tempkin, sendo o modelo que apresentou os melhores resultados, a isoterma de Redlich Peterson. A quantidade adsorvida máxima de cada composto seguiu a seguinte ordem: p cresol (Qmáx ≈ 47 mg g-1) > m cresol (Qmáx ≈ 45 mg g-1) > fenol (Qmáx ≈ 38 mg g-1) > hidroquinona (Qmáx ≈ 37 mg g-1). Os testes cinéticos foram realizados para determinação do tempo de equilíbrio e verificação do comportamento cinético da adsorção de cada composto. A ordem de velocidade de adsorção, ou seja, o tempo para cada composto atingir o equilíbrio foi a seguinte: fenol (teq ≈ 110 min) > p cresol (teq ≈ 270 min) > m cresol (teq ≈ 500 min) > hidroquinona (teq ≈ 1000 min). Além disso os dados cinéticos foram ajustados a quatro modelos cinéticos, sendo eles: pseudo primeira ordem, pseudo segunda ordem, intraparticula e Bangham. Para o fenol o modelo que apresentou os melhores resultados foi a equação de pseudo segunda ordem, para os cresóis foi o modelo de Bangham e para a hidroquinona o modelo de pseudo segunda ordem e intraparticula. Os testes termodinâmicos foram realizados nas temperaturas de 10, 20, 30, 40 e 50ºC e foi verificado que o processo de adsorção é exotérmico e espontâneo. Com os dados termodinâmicos obtidos, foi possível determinar as grandezas termodinâmicas ΔHºads, ΔSºads e ΔGºads e também realizar um estudo da heterogeneidade da superfície do carvão ativado. Além disso, foram realizados testes para avaliar a influência do pH, da massa de carvão e da concentração inicial do adsorbato no processo de adsorção. Foi verificado que, aumentando o pH a adsorção é prejudicada devido à dissociação dos compostos. Aumentando a massa de carvão aumenta a quantidade de adsorbato adsorvida devido ao aumento de sítios disponíveis para a adsorção. E aumentando a concentração inicial do adsorbato a adsorção também é favorecida pois aumenta a diferença de concentração do adsorbato no seio do fluido e na superfície do carvão, além de haver mais moléculas para serem adsorvidas. De um modo geral, foi estudado e avaliado a capacidade de adsorção de fenóis em solução aquosa sobre carvão ativado preparado a partir do endocarpo de coco, justificado pela recente preocupação da sociedade com o meio ambiente, onde o tratamento de efluentes industriais que contenham compostos nocivos ao ambiente, como os fenóis, tem se tornado alvo de grande preocupação, e portanto, o estudo de métodos mais eficientes e com melhor relação custo/beneficio para a remoção dos mesmos são de extrema importância.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química A adsorção em coluna de leito fixo é um método de tratamento muito usado para a retirada de contaminantes de efluentes na indústria petroquímica. Neste trabalho é investigado o uso do carvão ativado de casca de coco no tratamento de correntes industriais aquosas, contaminadas com o BTEX, que é o benzeno, tolueno, etilbenzeno e o-xileno. Os compostos BTEX foram escolhidos, pela sua facilidade, frente aos outros hidrocarbonetos presentes no petróleo, de se misturar com a água e do grave impacto ambiental ocasionado pela presença dos mesmos nos cursos d'água, devido à sua elevada toxicidade. Foram feitos testes para a determinação de isotermas de equilíbrio e se observou que tanto o modelo de Langmuir, quanto o modelo de Freundlich, apresentaram um bom ajuste aos dados experimentais. Foram ainda realizados testes cinéticos em batelada para a obtenção do coeficiente de difusão efetiva para os compostos e testes cinéticos em contínuo para a obtenção das curvas de ruptura "breakthrough", sendo este teste para o benzeno realizado para diferentes condições de altura do leito e vazões. A melhor condição de operação, obtida experimentalmente para o benzeno, foi aplicada para os outros compostos, tolueno, etilbenzeno e o-xileno. Foi desenvolvido um modelo para a simulação das condições experimentais utilizando a linguagem de programação FORTRAN e o software comercial CFX. No algoritmo desenvolvido na linguagem FORTRAN, o ADSBTEX, foi utilizado o método de diferenças finitas para resolver as equações diferenciais que governam o fenômeno de adsorção no leito fixo. Através dos métodos CFD empregadas no software CFX foram geradas as malhas, aplicadas às condições de contorno e obtidas as soluções numéricas. Os resultados obtidos experimentalmente foram utilizados para corroborar os modelos e algoritmos numéricos desenvolvidos, verificando-se um desvio médio máximo de 7,5 %. Os modelos foram considerados representativos do processo em estudo e os resultados simulados adequados para a predição do comportamento do processo de adsorção em sistema contínuo.

Orientador: Cesar Costapinto Santana Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Fases Estacionárias Quirais (FEQs) têm-se mostrado eficientes na resolução de racematos. O Rolipram, (mais ou menos)-4-(3-(ciclopentiloxi)-4-metoxifenil)-2-pirrolidinona, é um antidepressivo que tem apresentado importantes propriedades farmacológicas. A purificação do Rolipram na FEQ tris(3,5-dimetilfenilcarbamato) de celulose adsorvida em sílica através da cromatografia contínua de Leito Móvel Simulado (LSM) foi o objetivo principal deste trabalho. A FEQ foi sintetizada e suas propriedades foram determinadas por análises físicas e químicas. Através de experimentos de adsorção em coluna forma determinados a influência da temperatura sobre o fator de separação ('alfa¿), as isotermas competitivas da adsorção da mistura racêmica e os parâmetros cinéticos e de equilíbrio da separação do N-Boc-Rolipram na FEQ sintetizada. Os experimentos realizados na unidade LSM foram feitos, sob condições diluídas, á temperatura ambiente. O N-Boc-Rolipram foi separado na FEQ sintetizada através do processo cromatográfico contínuo de LMS. As constantes de adsorção de Henry são discutidas e revelam um fator de separação da ordem de 1,20. AS medidas de pureza e excesso enantiomérico das correntes se extrato e refinado forma determinadas. As analises físicas e químicas da FEQ sintetizada revelam boa concordância com os valores teóricos. Efeitos da temperatura sobre o fator de separação mostram que o processo de adsorção é entalpicamente controlado. Ambos os enantiômeros precisam ser realizados par uma melhor compreensão do processo de adsorção. Os parâmetros de equilíbrio e cinética revelam o bom desempenho da FEQ sintetizada na separação dos enantiômeros principalmente o R-Boc-Rolipram Abstract: Chiral stationary phases (CSPs) have shown efficiency in racemate purification. Rolipram, (mais ou menos)-4-(3-(cyclopentyloxy)-4-methoxyphenyl)- pyrrolidin-2-one, is an antidepressant with significant pharmacological properties. The main objective of this work was Rolipram purification in the Chiral Stationary Phase tris(3,5-dimethylphenylcarbamoyl) cellulose supported on silica by Simulated Moving Bed continuous chromatography. CSP was synthesized and its properties were determined by physical and chemical analysis. Kinetics and equilibrium parameters of the N-Boc-Rolipram, effect of the temperature on the separation factor (a) and competitive isotherms of the racemic mixture were evaluated by adsorption experiments with columns packed with the synthesized CSP. The experiments in the 5MB unit were carried out under diluted conditions at room temperature. The N-Boc-Rolipram racemate was separated on the synthesized CSP by the 5MB continuous chromatographic processoHenry constants are discussed and reveal Selectivity elose to 1,20. Purity and enantiomeric excess of extract and raffinate streams were determined. Chemicals and physicals analyses of the CSP obtained find good agreement with theoretical results. The effects of the temperature on the separation factor show that adsorption process is controlled by the enthalpy. Both enantiomers adsorb similarly on the synthesized CSP, but detailed studies need to be making for a good understanding of the adsorption processoKinetics and equilibrium parameters show good performance of the synthesized CSP to separate the enantiomers, mainly R-Boc-Rolipram racemate Doutorado Desenvolvimento de Processos Biotecnológicos Doutor em Engenharia Química

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. O leito móvel simulado é um processo de separação de compostos por adsorção, que atua de forma contínua e contracorrente, apresentando vantagens frente aos processos convencionais. O objetivo deste trabalho é estudar a separação de compostos petroquímicos em leito móvel simulado, utilizando-se a modelagem e simulação deste processo como ferramenta para identificar as principais características do mesmo, prever o comportamento de uma unidade de separação e projetar as melhores condições de operação. As equações resultantes são resolvidas numericamente aplicando-se o Método de Volumes Finitos. O estudo é desenvolvido visando a determinação dos parâmetros ótimos de operação e configuração da unidade, para uma dada separação. A partir da determinação das vazões em cada seção da unidade pode-se chegar a uma condição de completa separação dos compostos desejados, baseando-se em critérios de eficiência de separação.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Membranas microporosas e assimétricas foram preparadas pela técnica de inversão de fases, a partir de Polifluoreto de Vinilideno (PVDF) e Polieterssulfona (PES) puros ou associados a outros polímeros, como o Polivinilpirrolidona (PVP), Polivinilpolipirrolidona (PVPP) e o Polimetacrilato de metila (PMMA) e utilizadas na clarificação de suco de frutas. As membranas foram caracterizadas através de Microscopia Eletrônica de Varredura, Espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e pela permeabilidade à água e retenção de soluto de massa molecular conhecida.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Estudo de uma unidade de leito móvel simulado e simulação de seu comportamento através de um modelo matemático implementado em um programa computacional. O estudo envolve separações por adsorção de interesse industrial, tais como enantiômeros e carboidratos. A modelagem da unidade utiliza o modelo 'plug flow' com dispersão axial, considerando a real mudança dos pontos de admissão e coleta das correntes fluidas. As equações do modelo são resolvidas numericamente utilizando o Método de Volumes Finitos com arranjo co-localizado de variáveis e as funções de interpolação do esquema 'Weight Upstream Differencing Scheme' (WUDS). A influência de algumas condições de operação da unidade e de alguns parâmetros do modelo é analisada usando o algoritmo desenvolvido para os casos estudados. O desempenho do sistema é avaliado com base em critérios como pureza, recuperação, consumo de solvente e produtividade do adsorvente.

Orientador: Cesar Costapinto Santana Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Leito móvel simulado (LMS) é um importante processo de separação cromatográfica contínua que utiliza uma série de colunas contendo uma fase sólida adsorvente e que estão conectadas de modo a se formar um circuito que é dividido em quatro zonas, possuindo duas correntes de entrada (alimentação e dessorvente) e duas correntes de saída (retirada do extrato e do refinado). A alimentação é uma solução homogênea que contém duas substâncias a serem separadas e cuja concentração é conhecida para cada uma delas, sendo que essas substâncias apresentam interações distintas com o sólido adsorvente. O dessorvente (ou eluente), em geral, é o próprio meio líquido solvente (para alimentação líquida) e tem por função dessorver a substância que teve uma interação mais forte com o sólido adsorvente e transporta-lo para o ponto de retirada o extrato. No refinado é retirada a substância que teve interação mais fraca com a fase adsorvente. O processo LMS foi criado no início dos anos 60 para aplicação na indústria petroquímica, porém, a sua aplicação na separação de biomoléculas como as proteínas vem ganhando importância dentro das industrias de biotecnologia. Os objetivos deste trabalho são obter experimentalmente isotermas de adsorção das proteínas 'alfa¿-lactalbumina (A-La¿ e 'beta¿-lactoglobulina (B-Lg) em resinas trocadoras de ânions e desenvolver uma rotina computacional para um sistema LMS com oito colunas (duas colunas por zona) para estudar a separação dessas proteínas a partir de simulação dos perfis de concentração no extrato e no refinado... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: Simulated moving bed (SMB) is an important process for the continuous chromatographic separation. It uses a series of columns containing an adsorbent solid phase and all columns are connected in such a way to form a circuit that is divided in four zones, possessing two inlets (feeding and desorbent) and two outlets (extract and raffinate withdraws). The feeding is a homogeneous solution that contains two substances to be separated and whose concentrations are known for each one of them. The substances to be separated must have different degrees of interactions with the solid adsorbent. The desorbent (eluent) may be the liquid solvent used in the feeding solution, and its main function is to remove and to transport the substance that presented the stronger interaction with the adsorbent phase to the extract drawoff. In the raffinate is removed the substance that had weaker interaction with the adsorbent. Both, the inlets and outlets ports are periodically shifted along the liquid flow direction. This creates the simulated countercurrent movement of the solid phase in SMB. Such SMB process was initially created for application in the petrochemical industry in the sixties. Nowadays, its application to separate biomolecules such as proteins is gaining special attention by biotechnological industries... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations Doutorado Engenharia de Processos Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Elizabete Jordão, Wander Luiz de Vasconcelos Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: A adsorção como um processo de separação em potencial ampliou seu campo de aplicação após o desenvolvimento de adsorventes como as zeólitas sintéticas e de novos processos de separação, como os ciclos PSA ("Pressure Swing Adsorption"). As zeólitas são luminossilicatos hidratados com uma estrutura cristalina, possuindo canais de dimensões moleculares com propriedades singulares de adsorção. Ele realiza a separação de gases através da adsorção seletiva, onde o adsorvente é regenerado por redução da pressão parcial do componente adsorvido. O adsorvente é o principal constituinte da instalação de separação de gases pelo processo PSA e a sua qualidade tem uma grande influência na viabilidade econômica do processo. O objetivo deste trabalho é estabelecer uma metodologia para a seleção de adsorventes para separação de gases pelo processo PSA utilizando os princípios básicos da Ciência e Engenharia de Materiais. A metodologia utiliza também conceitos da Qualidade Total, modelagem e simulação computacional e técnicas estatísticas para o planejamento de experimentos. Na sua aplicação são necessárias etapas como as caracterizações fisica, química e estrutural do adsorvente, a avaliação das propriedades mais relevantes e do desempenho dos adsorventes no processo PSA Para a realização deste trabalho foi necessário projetar e montar três instalações laboratoriais: o sistema de regeneração de adsorventes de zeólita, a instalação para obtenção de isotermas de equilíbrio e a instalação PSA Esta última instalação foi automatizada utilizando-se tecnologias que permitem grande flexibilidade e eficiência ao processo. Sua operação representa um importante avanço no sentido de se dominar a tecnologia de separação de gases por adsorção. A metodologia estabelecida foi empregada na comparação de quatro adsorventes comerciais de zeólita 5A utilizados na separação do ar pelo processo PSA, com a finalidade de demonstrar a viabilidade de sua utilização. Foi constatado que pequenas diferenças na natureza e na geometria dos adsorventes podem levar a diferenças significativas em relação à capacidade de adsorção. Logo, o conhecimento das relações entre a estrutura de poros dos adsorventes e o seu desempenho no processo é um fator importante para a seleção de adsorventes mais eficientes que podem conduzir a processos mais competitivos Abstract: Adsorption processes are widely used in industry, both for purification and for bulk gas separation. The discovery and commercialization of synthetic zeolites as adsorption material provided a major stimulus to the development of adsorption as a separation processo Zeolites are hydrated aluminosilicates with a crystalline structure of precise geometry and uniform size pores, forming channels of molecular dimensions with singular properties of adsorption. Pressure swing adsorption (PSA) is a gas separation process in which adsorbent is regenerated by reducing the partial pressure of the adsorbed component. The adsorbent is the main component of a PSA gas separation plant and its quality is responsible for the major impact on the economical aspects ofthe whole process. The objective of this work is to set up a methodology for selection of adsorbents for gas separation by PSA processes using the Materiais Science and Engineering approach. This methodology also uses concepts and tools from Total Quality Management, computer modeling and simulation and statistical techniques for experiment planning and data analysis. It includes the evaluation of physical and structural properties and chemical composition, assessment of the main characteristics conceming the separation process in use and performance of the adsorbent related to the specific gas separation processo. Three facilities were set up in order to get this work done: a regeneration system for zeolites adsorbents, a system for obtaining equilibrium isotherms and a PSA facility. The PSA facility was automated by using an advanced technology, which is very flexible and efficient. This was an important step towards the achievement of know how on gas separation by adsorption. To demonstrate its utility, this methodology was applied to four different commercial 5A zeolites, which are usually used for air separation by PSA processes. It was shown that even-slight differences in the nature and geometry ofthe adsorbents can lead to significant changes in their adsorption capacities. Consequently, knowing the relationships between pores structures and adsorbents performance is an important factor for the selection of adsorbents of higher efficiency making it possible to have more competitive processes Doutorado Sistemas de Processos Químicos e Informática Doutor em Engenharia Química

Orientador: Everson Alves Miranda Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: A aprotinina é um inibidor de proteases presente em alguns órgãos bovinos como pâncreas, fígado e pulmão. Neste trabalho, as enzimas tripsina e quimotripsina (suínas e bovinas) foram utilizadas como ligantes imobilizados em matriz de agarose visando a recuperação de aprotinina presente em efluente de processamento industrial de insulina através de adsorção por afInidade. As quatro enzimas foram imobilizadas em agarose ativada com bisoxirana e avaliadas quanto a capacidade de adsorção de aprotinina pura, o que permitiu a seleção da tripsina suína e quimotripsina bovina como os ligantes de maior efIciência. Estas proteases foram ainda imobilizadas com sucesso em gel de agarose previamente ativado com brometo de cianogênio, o que permitiu a comparação entre dois métodos distintos de ativação e imobilização de enzimas. O gel de agarose ativado com brometo de cianogênio com tripsina suína imobilizada foi o que apresentou maior capacidade de adsorção de aprotinina pura (12,6 mg!g). Estudo-se, para ambas as enzimas, a influência do pH e força iônica na adsorção e dessorção da aprotinina, em faixas próximas aos valores encontrados na literatura, através de planejamento estatístico experimental. A influência do pH mostrou ser menor para o processo de adsorção e maior para a dessorção, ocorrendo o inverso para a influência da força iônica, principalmente quando o ligante utilizado foi a tripsina. Estudos de adsorção em coluna de leito fIxo para recuperação do inibidor presente em efluente do processamento industrial da insulina produzida a partir de pâncreas bovino constataram a presença de inibição que pôde ser recuperada utilizando ambas as enzimas como ligantes. A análise do poder de inibição de tripsina e quimotripsina, bem como os ensaios de eletroforese das frações dessorvidas das colunas indicam fortemente que o inibidor recuperado é aprotinina Abstract: Aprotinin is a protease inhibitor found in bovine organs like pancreas, lung and liver. In this work, trypsin and chymotrypsin (bovine and swine) were immobilized in agarose and used as ligands for aprotinin recovery from industrial insulin process wastewater via affinity adsorption. The enzymes were immobilized on bisoxirane activated agarose and evaluated by their aprotinin adsorption capacity. Swine trypsin and bovine chymotrypsin were chosen as the most efficient ligands. These proteases were also immobilized on cianogen bromide activated agarose allowing the comparison of the two activation methods. Swine trypsin immobilized on cianogen bromide activated agarose had the highest aprotinin adsorption capacity (12,6 mglg). The effects of pH and ionic strength on aprotinin adsorption and desorption for immobilized swine trypsin and bovine chymotrypsin were studied using a experimental design method. The effect of the ionic strength was higher than that of the pH on aprotinin adsorption. The effect of pH was the most significant on the aprotinin desorption. Fixed bed adsorption studies with insulin process wastewater showed that inhibition could be recovered using both enzymes as ligands. Analysis of trypsin and chymotrypsin inhibition and electrophoresis assay of chromatographic fractions strongly suggested that the inhibitor recovered is aprotinin Mestrado Desenvolvimento de Processos Biotecnológicos Mestre em Engenharia Química