EQA - Escola de Química e Alimentos
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- ItemAplicação de filmes de quitosana para adsorção de corantes alimentícios em soluções aquosas(2014) Rêgo, Tatiane Vieira; Pinto, Luiz Antonio de Almeira; Dotto, Guillermo LuizOs azo-corantes, amaranto e tartrazina, são amplamente utilizados nas indústrias de alimentos a fim de melhorar visualmente os produtos alimentícios. No entanto, para isso são empregadas grandes quantidades de água e devido as baixas taxas de fixação são gerados altos volumes de efluentes coloridos. O descarte inadequado destes efluentes pode causar problemas ao sistema aquático e a cadeia alimentar, sendo extremamente prejudicial ao ambiente e aos seres humanos. Devido à dificuldade de tratamento pelos métodos convencionais, têm se utilizado a adsorção como alternativa, e estudos buscando novos adsorventes são necessários para o tratamento deste efluente. Atualmente o adsorvente mais empregado é carvão ativado, no entanto, seu uso é oneroso quando comparado com outros métodos para tratamento de efluentes coloridos. Um potencial adsorvente que vêm despertando inúmeros estudos devido ao seu custo benefício e por ser de fonte renovável é a quitosana. Além disso, este biopolímero apresenta-se muito eficaz na adsorção de uma ampla faixa de corantes alimentício. A quitosana é um biopolímero obtido pela desacetilação alcalina da quitina, apresenta um caráter catiônico e é uma matéria-prima promissora para fins de adsorção. Porém uma das limitações para sua aplicabilidade como adsorvente é a dificuldade de separação sólido-líquido após o processo. Assim, o desenvolvimento de materiais à base de quitosana, os quais facilitem a separação de fases após a adsorção é desejável, sendo que o emprego de quitosana na forma de filmes mostrou-se eficiente para a adsorção dos corantes azul de indigotina e vermelho eritrosina. Então, o objetivo do presente trabalho foi estudar a utilização de filmes de quitosana para a adsorção de dois diferentes corantes utilizados nas indústrias de alimentos, o amaranto e a tartrazina. Estes filmes foram preparados pela técnica casting e caracterizados. A metodologia de superfície de resposta foi utilizada para otimizar o processo de adsorção em função das variáveis que mais influenciaram no processo obtidas através de testes preliminares pH (2 , 3 e 4) e da concentração de filmes de quitosana (100, 150 e 200 mg L-1 ). As possíveis interações dos filmes de quitosana e corante foram investigadas pelas técnicas de espectroscopia de infravermelho, espectroscopia de energia dispersiva de raios-X, análise termogravimétrica, inchamento, propriedades mecânicas, microscopia eletrônica de varredura, espessura e alongamento e parâmetros de cor. Também foram realizados estudos dos ciclos de adsorção-dessorção. Os resultados deste presente trabalho mostraram que, para ambos os corantes, a maior capacidade de adsorção foi obtida em pH 2 e concentração de filme de quitosana de 100 mg L-1 . Sob estas condições, as capacidades de tartrazina e amaranto de adsorção foram 413,8 e 278,3 mg g-1 , respectivamente. As melhores interações entre os grupos amino protonados dos filmes de quitosana e forma aniônica dos corantes ocorreu em pH baixo.
- ItemMicroestruturas de quitosana para utilização como adsorvente de corantes alimentícios e agente encapsulante de ácidos graxos insaturados.(2014) Esquerdo, Vanessa Mendonça; Pinto, Luiz Antonio de AlmeidaNeste trabalho foram elaboradas microestruturas de quitosana, as quais foram utilizadas como adsorvente de corantes alimentícios e como agente encapsulante de concentrados de ácidos graxos insaturados obtidos a partir de óleo de carpa (Cyprinus carpio). Na primeira parte deste estudo, a microestrutura formada foi uma esponja porosa de quitosana. Esta foi aplicada para a remoção de cinco corantes alimentícios de soluções aquosas, por adsorção. A esponja de quitosana apresentou-se megaporosa com tamanho de porosvariando de50–200 μm,porosidade de 92,2% e área superficial específica de 1135 m² g-1. As isotermas de equilíbrio de adsorção dos corantes alimentícios indigotina, vermelho 40, amarelo tartrazina, amarelo crepúsculo e vermelho amaranto pela esponja de quitosana foram estudadas em diferentes temperaturas.O modelo de Langmuir de duas etapas foi adequado para representar os dados de equilíbrio, e as capacidades totais de adsorção variaram de 788,8 a 3316,7 mg g-1. Os parâmetros deste modelo indicaram que tanto a capacidade total de adsorção quanto a afinidade dos corantes pela esponja de quitosana foram favorecidas pela diminuição da temperatura. A adsorção foi um processo espontâneo, favorável, exotérmico e controlado pela entalpia. Além disso, os valores de entalpia indicaram que a interação entre os corantes e a esponja de quitosana ocorreu por intermédio de ligações eletrostáticas. A esponja megaporosa de quitosana apresentou boas características estruturais e elevadas capacidades de adsorção, sendo um adsorvente alternativo para remover corantes alimentícios de soluções aquosas. Na segunda parte do estudo,a microestrutura formada continha nanocápsulas de concentrados de ácidos graxos insaturados. A microestrutura foi elaborada por nanoemulsão com posterior evaporação do solvente por liofilização. O etanol foi o solvente da fase oleosa mais apropriado para a obtenção das nanocápsulas, as quais mostraram potencial para evitar o aumento da oxidação primária dos concentrados de ácidos graxos insaturados.A partir dos resultados obtidos, verificou-se que a emulsão preparada com o maior tempo de homogeneização (10 min) foi a que apresentou o menor diâmetro médio (87,5 nm) e menor índice de polidispersão (0,32). A microestrutura contendo as nanocápsulas apresentou características texturais satisfatórias e alto rendimento de processo mostrando que a quitosana tem potencial para ser utilizada como agente encapsulante de nanocápsulas lipídicas.
- ItemRemoção de contaminante orgânico em água por adsorção com carvão de casca de pitaia polpa rosa (Hylocereus polyrhizus)(2024) Silva, Laísa Teixeira da; Benincá, CristinaA adsorção é uma técnica recorrentemente empregada no tratamento de águas residuais com o intuito de remover contaminantes emergentes do meio. Nos últimos anos, diversos estudos vêm sendo realizados e publicados sobre a utilização de resíduos agroindustriais como precursores na produção de biossorventes. Neste sentido, o presente trabalho realizou um estudo aplicado de remoção de diclofenaco sódico em meio aquoso utilizando casca de pitaia polpa rosa como biossorvente. O adsorvente foi produzido por carbonização a 500 °C e posterior tratamento químico com ácido fosfórico. Os adsorventes apenas carbonizado e ativado quimicamente foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV/ EDS), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), adsorção de nitrogênio e ponto de carga zero (PCZ), para auxiliar na proposição do mecanismo de adsorção do diclofenaco sódico nos adsorventes testados (carvão não ativado, e carvão ativado). A cinética de adsorção de diclofenaco sódico com carvão não ativado de casca de pitaia (CP) e carvão ativado de casca de pitaia (CA) foi descrita com um modelo de primeira ordem, semi-empírico com parâmetros ajustados aos resultados cinéticos experimentais. Dados de adsorção de diclofenaco sódico no equilíbrio foram obtidos a 25 °C e modelados com as isotermas de Langmuir e Freundlich. Os parâmetros do modelo cinético e de equilíbrio foram ajustados com os métodos Simplex e de Levemberg- Marquardt, respectivamente. A capacidade de remoção do diclofenaco sódico utilizando o CP foi de 4,501,98 mg g-1 e para o CA removeu até 56,6117,00 mg g-1. O carvão da casca de pitaia ativado apresentou bom desempenho na adsorção do diclofenaco sódico, portanto, pode ter aplicação tecnológica.
- ItemEstudos de adsorção de azocarboxilatos em biochar e filme de quitosana(2024) Araújo, Ísis Andressa Ribeiro de; Peixoto, Carlos Roberto de Menezes; Cadaval Junior, Tito Roberto Sant'AnnaO processo de separação de substâncias pode ocorrer de várias maneiras, de acordo com as características de cada composto a ser separado. O Biochar, por exemplo, é um material feito a partir de biomassa, usado na separação por adsorção. Nesta técnica, o adsorbato fica retido na superfície do adsorvente por processos químicos ou físicos. Outra opção de separação de substâncias é a interação química com outros compostos ou materiais, como a quitosana, um derivado polimérico da quitina, que pode ser obtida através do processamento de resíduos de crustáceos, e que tem inúmeras aplicações. Nesta pesquisa, foram testados três tipos de Biochars, feitos de caroço de pêssego, casca de arroz e soja, além de filme de quitosana. Tanto os três tipos de Biochars quanto o filme de quitosana passaram por adição de um azocomposto, seguidos de testes de caracterização de substâncias, com UV-vis, IR, DSC, TGA e MEV, verificando que o Biochar de caroço de pêssego e o filme de quitosana tiveram os resultados mais satisfatórios com relação à adição de azocomposto em sua superfície.
- ItemAdsorção de flúor em efluentes da indústria de fertilizantes utilizando hidrogel à base de quitosana com nanotubo de carbono(2019) Affonso, Lutiane das Neves; Cadaval Junior, Tito Roberto Sant'AnnaNeste estudo foi avaliada a aplicação de hidrogel à base de quitosana com nanotubo de carbono para a adsorção de íons flúor em um efluente industrial proveniente da produção de fertilizantes. Primeiramente a quitosana foi obtida de resíduos de camarão e caracterizada. Após o hidrogel de quitosana, com nanotubos de carbono, foi sintetizado e caracterizado em termos de força de gel, grau de intumescimento e submetido aos experimentos de adsorção dos íons flúor. A máxima capacidade de adsorção para o hidrogel à base de quitosana com nanotubos de carbono foi 989,01 mg g-1. Os parâmetros termodinâmicos indicaram que a adsorção foi um fenômeno espontâneo, favorável, endotérmico e controlado pela variação de entropia. O modelo que melhor representou os dados cinéticos foi o de Avrami e a isoterma de Freundlich foi a mais adequada para representar os experimentos de equilíbrio. As interações entre o hidrogel à base de quitosana com nanotubo de carbono e os íons do efluente foram investigadas utilizando as técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS), microscopia de força atômica (AFM), difração de raios X (DRX), calorimetria diferencial de varredura (DSC) e termogravimétrica (TGA). Nas análises de EDS se confirmaram a presença dos íons de flúor adsorvidos. As imagens de MEV mostraram a superfície do hidrogel e determinaram sua estrutura morfológica, assim como a microscopia de força atômica confirmou as modificações na superfície do material. As análises térmicas de TGA e DSC identificaram alterações nos termogramas após a adsorção, quando comparadas ao material antes da adsorção. Nos difratogramas foi possível observar que houveram alterações na cristalinidade do biopolímero após a adsorção dos íons, quando comparados ao hidrogel antes da operação.
- ItemEstudo cinético e termodinâmico da adsorção de pigmentos e produtos de oxidação no branqueamento de óleos de resíduos de bagre (Netuma barba)(2018) Igansi, Andrei Vallerão; Cadaval Junior, Tito Roberto Sant'Anna; Pinto, Luiz Antonio de AlmeidaNeste trabalho, foi avaliada a adsorção de carotenóides e peróxidos no branqueamento de óleo de bagre mediante estudo de equilíbrio, cinético e termodinâmico de adsorção. Foram investigadas diferentes temperaturas (60, 70 e 80C), utilizando 1% (m/m) de adsorvente composto por 95% terra ativada e 5% de carvão ativado m/m. O óleo de bagre foi extraído por meio do processo termomecânico de produção de farinha de pescado e, pré-refinado seguindo as etapas de degomagem e neutralização para posterior estudo da operação de branqueamento. Os adsorventes foram caracterizados em relação ao diâmetro médio das partículas, área superficial específica, esfericidade e massa específica. O estudo cinético revelou que a adsorção de carotenóides e peróxidos atingiram o equilíbrio nos tempos de 20 e 30 min, respectivamente. Os modelos de pseudoprimeira e pseudossegunda ordem foram os mais adequados para descrever o comportamento cinético da adsorção de carotenóides e peróxidos, respectivamente. A elevação da temperatura aumentou aproximadamente 42% e 36% da capacidade máxima adsorção de carotenóides e peróxidos. O modelo de Langmuir foi adequado para representar os dados de equilíbrio para ambos os compostos. O branqueamento de óleo de bagre foi considerado uma operação endotérmica, favorável e espontâneo. Os valores de AHº indicaram que a adsorção ocorre por fisiossorção, (< 40 kJ mol-1). O calor isostérico da adsorção indicou que a superfície do adsorvente é energeticamente heterogênea.
- ItemEstudo de adsorção de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos em biochar de lodo de estação de tratamento de esgoto(2023) Kleemann, Natiele; Primel, Ednei Gilberto; Barbosa, Sergiane CaldasOs Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPAs) são compostos de elevada toxicidade, que podem estar presentes na água, no solo e nos alimentos. Com o intuito de remover esses compostos da água e impedir a transferência destes para o solo e plantas, foi avaliado o potencial adsorvente de um biochar produzido a partir do lodo de uma estação de tratamento de esgoto (LETE), produzido de forma experimental pela equipe de pesquisa de novos insumos agrícolas da EMBRAPA Clima Temperado (Pelotas, RS). Este material foi proposto para este estudo com o intuito de possibilitar uma finalidade mais nobre ao lodo, o qual é descartado como um resíduo do tratamento de esgoto. A carbonização do LETE garante a eliminação de vírus e patógenos, reduzindo a possibilidade de contaminação de recursos hídricos e solos, e, através das características físico-químicas e morfológicas, produz um potencial adsorvente para contaminantes orgânicos. O biochar foi caracterizado quanto às propriedades físico-químicas, composição elementar, área superficial específica, tamanho e volume de poros, cristalinidade, grupos funcionais e morfologia superficial. As propriedades específicas do biochar incluem, estrutura mesoporosa, grupos funcionais de superfície enriquecidos e componentes minerais. Foram avaliadas a capacidade de adsorção e a porcentagem de remoção dos 16 HPAs prioritários de acordo com a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos. Na dosagem adequada de adsorvente, a remoção de todos os HPAs chegou a 99,89%, sendo a maior capacidade de 17 adsorção verificada para fluoranteno, pireno e fenantreno, respectivamente. Um estudo cinético foi realizado e o modelo mais adequado para representar os resultados foi o de Elovich. O equilíbrio de adsorção foi atingido em torno de 20 minutos, com capacidade de adsorção estimada em torno de 1100 μg g-1 e o melhor ajuste dos dados experimentais foi obtido pelo modelo de Langmuir. Com isso, o estudo demonstrou que o biochar de LETE é capaz de remover os HPAs presentes na água e assim impedir a transferência destes para as plantas, quando aplicado em solo agrícola, sendo uma alternativa ambientalmente correta para a destinação do lodo de esgoto.
- ItemObtenção de um adsorvente e de novos coagulantes de fontes renováveis para tratamento de águas superficiais(2020) Frantz, Tuanny Santos; Pinto, Luiz Antonio de Almeida; Junior, Tito Roberto Sant'Anna CadavalO presente trabalho utilizou biomateriais extraídos a partir de cabeças e cascas de camarão no tratamento de águas superficiais. Os biomateriais foram aplicados em dois tipos de águas: água superficial residual de mina e água superficial natural. Foram utilizados sistemas modelos para os dois tipos de águas. O tratamento da água superficial residual de mina foi realizado por adsorção, e como adsorvente foram utilizados filmes de quitosana produzidos pela técnica casting. O modelo de Freundlich apresentou o melhor ajuste para representar as isotermas de adsorção de equilíbrio do sistema modelo (água contendo íons cobre), e a adsorção foi espontânea e exotérmica. O modelo de pseudosegunda ordem ajustou melhor os dados cinéticos da adsorção. O filme de quitosana manteve 80% da capacidade de adsorção no tratamento da água superficial residual de mina contendo íons cobre (II) em relação ao sistema modelo. A água superficial natural e o respectivo sistema modelo (suspensão de caulim) foram tratadas por coagulação com coagulantes comerciais, a fim de se obter as melhores condições de tratamento. Foram desenvolvidos quatro biocoagulantes à base de cabeças e cascas de camarão (CCC: cabeças e cascas de camarão, CCCDM: cabeças e cascas de camarão desmineralizado, CCCDP: cabeças e cascas de camarão desmineralizado/desproteinizado e QT: quitina) os quais foram caracterizados e aplicados no tratamento de águas superficiais naturais a fim de reduzir a turbidez e a matéria orgânica. Os efeitos da dosagem e pH inicial foram avaliados juntamente com medidas de potencial zeta. O biocoagulante CCCDM reduziu em até 95% a turbidez e 80% a matéria orgânica, obtendo resultados comparáveis ao sulfato de alumínio. O elevado desempenho do CCCDM em relação aos demais biocoagulantes desenvolvidos foi atribuído ao maior percentual de proteínas presentes.
- ItemAdsorção de Pb+ e Cd+ usando carvão ativado proveniente de caroço de pêssego(2023) Cameu, Guilherme Medina; Junior, Tito Roberto Sant'Anna CadavalCarvão ativado foi produzido a partir do caroço de pêssego por ativação química, para a separação dos metais pesados, Pb+ e Cd+, de meio aquoso. Os carvões ativados produzidos a partir de resíduos agrícolas são uma alternativa interessante para seu uso como adsorventes e suportes de catalisadores no campo do tratamento de águas residuais, e representam um importante benefício ecológico. As caracterizações texturais, morfológicas e químicas do material foram realizadas, revelando um sólido mesoporoso. Os efeitos de diferentes condições experimentais sobre a capacidade de adsorção, concentração inicial dos metais, e temperatura foram investigados. As isotermas de adsorção foram conduzidas, obtendo-se o maior valor de capacidade de adsorção de chumbo e cadmio, 159 mg g-1 e 78,54 mg g1 respectivamente, ambas à temperatura mais alta de 45C.
- ItemRecobrimento de partículas com quitosana em leito de jorro : parametrização do processo e emprego das partículas recobertas na adsorção de antocianinas de repolho roxo(2017) Ávila, Mariana Ferreira; Felipe, Carlos Alberto SeveroO recobrimento de partículas é uma operação presente em vários setores industriais e consiste na aspersão de uma suspensão sobre as partículas que se encontram suspensas em um leito móvel (leito fluidizado/jorro) o que possibilita uma movimentação cíclica e intensa troca de energia e de massa entre as fases. A formulação de uma suspensão de recobrimento de natureza polimérica é definida de acordo com a finalidade do recobrimento e uma proposta interessante é a utilização de um biopolímero. A quitosana é um aminopolissacarídeo biodegradável, hidrofílico, não tóxico e biocompatível, obtida a partir da desacetilação alcalina da quitina, a qual é encontrada em carapaças de crustáceos, resíduos abundantes e rejeitados pela indústria pesqueira. Partículas inertes recobertas com quitosana conferem ao sistema de adsorção características desejáveis, pois diminuem as limitações hidrodinâmicas causadas pela utilização de quitosana em flocos ou em pó. Assim, a obtenção de partículas recobertas com quitosana em leito de jorro, e a sua utilização como adsorvente de corantes é uma alternativa para a aplicação deste biopolímero. Atualmente pesquisas por corantes oriundos de fontes naturais vêm sendo impulsionadas, devido à toxidade dos corantes sintéticos. O objetivo deste trabalho foi o estudo do recobrimento de partículas de vidro com quitosana em leito de jorro, e sua posterior aplicação na adsorção em batelada de corantes antocianinas em solução aquosa. Os sólidos empregados foram esferas de vidro com granulometria de 3 mm e os parâmetros envolvidos no processo de recobrimento no leito de jorro foram determinados a partir de um planejamento experimental 2³ tendo como fatores: temperatura de ar de jorro, vazão relativa de ar de jorro (WAR/WJM) e vazão de suspensão, para resposta eficiência do processo. Observou-se que o efeito de interação entre a vazão de ar de jorro e a vazão da solução de recobrimento foi o mais pronunciado, e que os efeitos lineares da temperatura e da vazão da solução de recobrimento também apresentaram significância. A eficiência do processo se comportou inversamente à vazão de solução de recobrimento, e o mesmo ocorreu com a temperatura, na qual se constatou que o aumento desta provocou uma menor eficiência do processo. Determinou-se a faixa ótima de operação em temperatura de ar de jorro de 70ºC, associada uma vazão relativa de ar de jorro de 1,7 e 4 mL/min de vazão de suspensão de recobrimento, para tempo de operação de 40 min, pressão de atomização de 0,1 MPa e carga de partículas de 0,5 kg, chegando a eficiências próximas a 90%. As esferas recobertas nas melhores condições de rendimento e qualidade de recobrimento, após análise por microscopia eletrônica de varredura, foram utilizadas na adsorção de antocianinas extraídas do repolho roxo. A partir de ensaios preliminares e planejamento experimental, conclui-se que valores próximos a pH 11,0 mostraram-se mais adequados para a adsorção de antocianinas por partículas recobertas com quitosana, sendo os valores percentuais de adsorção de aproximadamente 45% e capacidade de adsorção de 85 mg g1. Os resultados apresentados mostram o grande potencial do uso de partículas recobertas com quitosana em leito de jorro, no processo de purificação parcial de antocianinas.
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