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Type: TESE DIGITAL
Title: Desenvolvimento e avaliação de partículas à base de blendas entre sericina e alginato para aplicação ambiental
Title Alternative: Development and evaluation of particles produced from blends between sericin and alginate for environmental applications
Author: Silva, Thiago Lopes da, 1983-
Advisor: Silva, Meuris Gurgel Carlos da, 1955-
Abstract: Resumo: A sericina é uma proteína constituinte do casulo do bicho-da-seda que usualmente é descartada no efluente do processo da manufatura e fiação da seda. O alginato é um polissacarídeo extraído de algas marrons, abundantes nas costas marítimas em todo o mundo, com capacidade de se gelificar na presença de Ca2+ formando hidrogéis. Ambos são biopolímeros biodegradáveis que, devido às suas estruturas químicas, apresentam capacidade de interação com poluentes, como metais tóxicos, e metais nobres. Este trabalho teve como objetivo avaliar a produção de partículas a partir da blenda entre sericina e alginato visando sua aplicação em processos de adsorção de metais tóxicos e nobres presentes em águas residuárias. O desenvolvimento do projeto envolveu as etapas de investigação dos métodos e das condições de extração da sericina do casulo (processo de degomagem) e dos processos de fracionamento da sericina da solução obtida na etapa de degomagem para ser utilizada na preparação de blendas para produção de partículas adsorventes. Avaliou-se a afinidade das partículas por metais tóxicos (Cu, Cd, Ni, Zn, Pb, Cr) e metais nobres (Au, Pt, Pd, Ag) e o estudo cinético e de equilíbrio foi realizado avaliando-se a adsorção de prata pelas partículas obtidas. Os processos de extração da sericina em autoclave, micro-ondas e chapa de aquecimento foram avaliados sendo que o processo de extração em autoclave (120ºC, 1 kgf/cm2) no tempo de 40 min apresentou o maior rendimento. O aumento da concentração da sericina em solução foi avaliado por meio dos fracionamentos por precipitação por congelamento/descongelamento e por álcool etílico e por evaporação em aquecimento em estufa. O método de fracionamento por congelamento/descongelamento permitiu a obtenção da mais alta concentração de sericina na solução fracionada (28,65 g/L). A análise de distribuição de massa molar demonstrou que o método de degomagem empregado solubilizou sericina de alta massa molar (valores maiores que 400 kDa) sendo que o perfil foi mantido após o processo de fracionamento da proteína. Com relação à formação de blenda e produção de partículas, foram avaliadas diferentes proporções entre sericina e alginato na composição da blenda e também diferentes processos de reticulação: reticulação com radiação UV, reticulação com o agente reticulante dimetiluréia (DMU), reticulação térmica, processo de reticulação com polietilenoglicol diglicídico (PEG); e o efeito do processo da gelificação da blenda em solução aquosa e etanólica de cálcio também foram investigados. A proporção de 2 % m/V de alginato e 2,5 % m/V de sericina se mostrou a mais adequada para a produção das partículas e a reticulação térmica a 100 ºC foi a que forneceu a menor solubilidade das partículas e a maior capacidade adsortiva para os íons de zinco e cobre. A adição de PEG na blenda na mais baixa proporção (0,2 g de PEG /g de sericina) promoveu a menor solubilidade das partículas. A afinidade da partícula pelos metais tóxicos, com exceção do Ni, foi considerada satisfatória. A ordem de afinidade observada para os metais nobres foi Au > Pd > Pt > Ag, sendo que os resultados obtidos na afinidade de prata foram satisfatórios e os estudos cinéticos e de equilíbrio foram realizados com este metal. Os modelos de pseudoprimeira e pseudossegunda ordens ajustaram-se adequadamente aos dados experimentais e o modelo de difusão intrapartícula demonstrou que essa é também uma etapa limitante na velocidade de adsorção de prata. O estudo do equilíbrio indicou comportamento favorável com relação à adsorção sendo que o modelo de Freundlich apresentou os maiores valores de R2 e menores valores de desvios médios relativos. A capacidade adsortiva máxima obtida pelo modelo de Langmuir foi de 1,750 mmol/g (188,8 mg de prata / g de partícula). No desenvolvimento dessa tese foi possível definir a condições dos processos de extração e produção de partículas a partir de blendas entre sericina, alginato e PEG; que apresentaram resultados satisfatórios quanto a adsorção de metais tóxicos e nobres. Os resultados obtidos indicaram o potencial uso das partículas em processos de descontaminação de águas contaminadas com metais

Abstract: Sericin is a protein of silkworm cocoon that is usually discharged in the effluent from the silk manufacturing process. Alginate is a polysaccharide extracted from brown algae, which is abundant on coasts around the world. It presents gelation ability in the presence of Ca2+, forming hydrogels with low solubility. Both are biodegradable biopolymers that due to their chemical structure have potential to interact with pollutants, such as toxic metals, and noble metals. This study aimed to evaluate the production of particles from the blend between degummed sericin and alginate and their ability to adsorb toxic and noble metals present in residual water. The development of the project involved the investigation of extraction methods and conditions (degumming processes) and techniques to increase the amount of sericin in the degummed solution. The concentrated solution obtained was used in the preparation of blends for the production of adsorbent particles. The affinity of the particles for toxic metals (Cu, Cd, Ni, Zn, Pb, Cr) and noble metals (Au, Pt, Pd, Ag) was evaluated. kinetic study and equilibrium study were carried out investigating silver adsorption by particles. The degumming processes of sericin in an autoclave, microwave and hot plate were evaluated in 40, 60 and 80 min. The extraction in autoclave (120 ºC, 1 kgf/cm2) exhibited the highest extraction percentages in all evaluated times. The time of 40 min was more efficient in sericin removal from the cocoon. The processes to increase sericin concentration in degummed solution were evaluated via precipitation by freezing/thawing, precipitation with ethyl alcohol and heating in oven. The freezing/thawing method provided the highest concentration of sericin in the concentrated solution (28.65 g/L). The molar mass distribution analysis demonstrated that the degumming method employed was capable to solubilize high molar mass sericin (values greater than 400 kDa) and the molar protein profile was maintained after the protein was concentrated. The gelation technique, dripping blends in aqueous and alcoholic Ca2+ solutions, was applied to produce particles with different blend proportions of sericin and alginate. Crosslinking processes were investigated: UV radiation crosslinking procedure, crosslinking with dimethylurea (DMU), thermal crosslinking; crosslinking process with poly(ethylene glycol) diglycidyl ether (PEG) in order to improve the articles properties. The proportion of 2 % w/V alginate and 2.5% w/V sericin proved be the most suitable for particles production. The particles crosslinked at 100 ºC reached the lower solubility and larger adsorptive capacity for zinc and copper ions. The addition of PEG to the blend at the lowest proportion (0.2 g PEG / g of sericin) decreased the particles water solubility. The order of affinity of metal to the particles for the noble metals was Au > Pd> Pt > Ag. With exception for Ni, to toxic metal achieve satisfactory percentage removal from metal solution. Since the results obtained for silver adsorption were satisfactory, kinetic and equilibrium studies were performed with this metal. Pseudo-first order and pseudo-second order models fit appropriately to experimental data and the intraparticle diffusion model showed that it is also a limiting step in the silver adsorption rate. The Freundlich model showed the highest R2 values and lower values of relative average deviations. The maximum adsorption capacity obtained by Langmuir model was 1.750 mmol/g (188.8 mg silver/g particle). In the development of this thesis it has been possible to define the conditions of the extraction processes and particles from blends between sericin, alginate and PEG; which showed satisfactory results as the adsorption of toxic and noble metals. The results indicate the potential use of the particles in water decontamination processes contaminated with metals
Subject: Adsorção
Alginatos
Proteínas
Prata
Metais pesados
Metais nobres
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2016
Appears in Collections:FEQ - Dissertação e Tese

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