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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.97.2016.tde-20092016-101257
Documento
Autor
Nome completo
Lucas Serra Martin
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Lorena, 2015
Orientador
Banca examinadora
Castro, Heizir Ferreira de (Presidente)
Oliveira, Pedro Carlos de
Pereira, Ernandes Benedito
Título em português
Triagem de compostos orgânicos para incorporar matrizes híbridas baseadas em sílica pela técnica sol-gel
Palavras-chave em português
Biodiesel
Imobilização
Lipase
Sol-gel
Suporte híbrido
Resumo em português
O presente projeto teve como objetivo selecionar componentes orgânicos para obtenção de compósitos híbridos pela técnica sol-gel utilizando como precursor tetraetilortossilicato (TEOS) visando avaliar o efeito do agente orgânico na evolução do sol para gel e nas propriedades finais dos suportes para imobilizar a lipase microbiana de Burkholderia cepacia. Foram testados três compostos orgânicos ?-ciclodextrina (?CD), carboximetilcelulose (CMC) e hidroxietilcelulose (HEC) e os resultados obtidos foram comparados com o comportamento já estabelecido para o polivinilálcool (PVA), tanto em termos morfológicos como atividade catalítica em meio aquoso (hidrólise de triacilgliceróis) e meio orgânico (síntese de éster de cadeia curta e longa). A motivação do estudo está diretamente relacionada com a elevada afinidade do suporte híbrido SiO2-PVA pelo glicerol, sendo uma das limitações do uso deste suporte para imobilizar lipases com finalidade de aplicação em reações de transesterificação conduzidas em fluxo contínuo. As características morfológicas e estruturais dos suportes resultantes foram determinadas empregando técnicas convencionais, indicando similaridade das propriedades estruturais, fornecendo suportes com áreas superficiais entre 361,6 a 529,7 m2 g-1 e morfologia amorfa. A diferença marcante entre os suportes foi verificada quanto a capacidade de adsorção do subproduto da reação de transesterificação, sendo verificado que a substituição do polivinilálcool por ?-ciclodextrina reduziu em até 50% a habilidade do suporte hibrido em absorver glicerol. Os componentes derivados de celulose apresentaram resultados similares aos obtidos com o polivinilálcool. Em termos de afinidade pelo glicerol os resultados obtidos permitiram a classificação dos suportes híbridos na seguinte ordem crescente: SiO2-CMC > SiO2-PVA > SiO2-HEC > SiO2- ?CD. Quanto a afinidade dos suportes para imobilização da lipase de B. cepacia, os valores de atividade hidrolítica dos derivados imobilizados, nas condições adotadas, revelaram que todos os suportes tiveram o mesmo tipo de interação com a enzima resultando em valores de recuperação de atividade na faixa de 56 - 63%, valores próximos aos normalmente obtidos pela matriz de SiO2-PVA (68%). Os parâmetros cinéticos (Km e Vmax) determinados indicaram que a lipase imobilizada nos diferentes tipos de suporte, apresentou afinidade semelhante pelo substrato azeite de oliva. Os valores determinados de Km e Vmax da lipase de B. cepacia na forma livre (Km = 410 mM e Vmax =12391 Ug-1) mostraram que independente do suporte, a imobilização reduziu aproximadamente 60% da afinidade da enzima pelo substrato. Em meio orgânico, tanto as reações de esterificação como de transesterificação mediadas pelos derivados imobilizados apresentaram desempenho similar com atividade de esterificação da ordem de 118 ?M.g-1min-1 e rendimentos de formação de ésteres etílicos da ordem de 98,30%. De uma forma geral, os resultados obtidos foram promissores e permitiram selecionar o composto orgânico ?CD para substituir com vantagens o polivinilálcool no preparo de matrizes hibridas para imobilização da enzima lipase. O menor poder hidrofílico desta matriz em relação às outras matrizes testadas pode ser creditado a estrutura cíclica da ?CD que reduziu a capacidade do suporte SiO2-?CD em adsorver glicerol, principal subproduto da reação de transesterificação. Testes em processos conduzidos em fluxo contínuo são sugeridos para comprovação da eficiência dessa matriz.
Título em inglês
Screening of organic components to incorporate silica-based hybrid matrices by sol-gel technique
Palavras-chave em inglês
Biodiesel
Hybrid materials
Immobilization
Lipase
Sol-gel
Resumo em inglês
The objective of this work was to select organic compounds for preparing hybrid composites by the sol-gel technique using tetraethylorthosilicate (TEOS) as precursor aiming at evaluating the effect of the organic agent in the transformation of the sol into gel and in the final properties of the matrices for immobilizing lipase from Burkholderia cepacia. Three organic components ?-cyclodextrin (?CD), carboxymethylcellulose (CMC) and hydroxyethylcellulose (HEC) were tested. The organic component polyvinyl alcohol (PVA) was used as control taking into consideration its morphological properties and the catalytic activity of the immobilized derivative in aqueous medium (triacylglycerols hydrolysis) and organic medium (synthesis of short and long chain esters). The motivation of this work was directly related with the high affinity of the matrix polysiloxane-polyvinyl alcohol (SiO2- PVA) by the glycerol, limiting the use of the immobilized derivative in the transesterification reactions running on a continuous flow. The morphological and structure properties of the resulting matrices was determined using conventional techniques, showing similar structure properties, with surface area values between 361.6 and 529.7 m2g-1 and amorphous morphology. The main difference among the matrices were observed regarding their ability to adsorb glycerol, the main byproduct of the transesterification reaction. It was verify that the replacement of the polyvinyl alcohol by ?-cyclodextrin reduced in about 50% the hybrid composite capacity to adsorb glycerol. On the other hand, the cellulose components showed similar results as the polyvinyl alcohol. Considering as an evaluated parameter the glycerol affinity, the achieved results allowed classifying the hybrid composites as follows: SiO2- CMC > SiO2-PVA > SiO2-HEC > SiO2-?CD. The performance of the hybrid composites for immobilizing lipase from B. cepacia, through the hydrolytic activity reveal that all the matrices show the same interaction with the lipase, resulting in activity recovered values between 56-63%, which is close to the value attained by SiO2-PVA matrix (68%). The kinetic parameters (Km and Vmax) values determined for free lipase (Km = 410 and Vmax = 12391 Ug-1), showed that independely of the immobilization support the affinity of the enzyme for the substrate was reduced by 60%. In organic medium, all the immobilized derivatives showed similar behavior on both esterification and transesterification reactions attaining esterification activity of 118 ?M.g-1min-1 and ethyl ester yields of 98.30%. Overall, the results were promising and allowed selecting the organic component ?CD to replace, with advantages, the use of PVA for preparing hybrid composites. The lower hydrophilic capacity of this matrix compared with the others matrices can be explained by the cyclic structure of the ?CD that reduced the capacity of the SiO2-?CD matrix in the glycerol adsorption, the main byproduct of the transesterification reaction. Assays carried out in packed bed reactor running on a continuous basis are propose to confirm the efficiency of this matrix.
 
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EQD15003_O.pdf (2.37 Mbytes)
Data de Publicação
2016-09-20
 
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