João G. Crespo Tecnologias e Processos (mais) Limpos.
Transcript of João G. Crespo Tecnologias e Processos (mais) Limpos.
João G. Crespo
Tecnologias e Processos(mais) Limpos
Ciência 2007
A Engenharia e os princípios deQuímica Verde
Uso de solventes menos poluentes (e.g., Fluidos Supercríticos, Líquidos Iónicos)
Processos (bio)catalíticoscom minimização de formação de subprodutos
Processos selectivos com uso de materiais inteligentes (e.g., Membranas)
Valorização de subprodutos industriais e matérias primas renováveis
Monitorização e controlo de (bio)processos em tempo real
Ciência 2007
Extracção com fluidos supercríticos e processos com membranas
Extracção de compostos bioactivos de elevado valor acrescentado
Origem: Resíduos do processamento do azeite
O quê? Esqualeno; Extractos naturais ricos em Hidroxitirosol
Como? Dióxido de carbono supercrítico; Processos com membranas
Patentes internacionais
Spin-off (com a participação do IBET)
Ciência 2007
Micro-nano dispositivos para implantes e libertação controlada de fármacos
PNIPAAm impregnado num “scaffold” de quitosano.
Poli(N-isopropilacrilamida), PNIPAAm, um hidrogel termo-sensível com aplicações em libertação de fármacos, engenharia de tecidos e membranas inteligentes foi sintetizado em CO2 supercrítico com diferentes percentagens de agente reticulante.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 1 2 3 4 5
Dias
% "
Sw
ellin
g"
0
10
20
30
40
50
Tem
per
atu
ra (
ºC)
2.5 % agente reticulante
1.0 % agente reticulante
Temperatura (ºC)
A polimerização in-situ de NIPAAm em scCO2 para a impregnação e/ou revestimento de estruturas porosas de quitosano produz dispositivos porosos secos e sem contaminantes, capazes de alterar as propriedades de superfície de uma forma rápida e reversível sob acção de estímulos externos.
com agente reticulante sem agente reticulante
Capacidade inteligente de inchar e de contrair dos hidrogéis com diferente reticulação sintetizados no interior dos microporos dos “scaffolds” de quitosano, por variação da temperatura.
Ciência 2007
Desenvolvimento de membranas “inteligentes”no fraccionamento de biomoléculas
Exposição à luz
Ausência de luz
Cis-trans isomerization of retinal
Alteração controlada das características químicas e físicas da membrana:
Alteração do carácter hidrofóbico
Alteração do tamanho de poro
Mimetização dos sistemas biológicos
Fluxo de permeado
Redução da colmatação membranar
Melhor selectividade
Aumento do fluxo de permeadoMembrana modificada
Trans-cis isomerization with the increase of the dipole moment
Ciência 2007
Interacções enzima/matriz sol-gel
Correlação das propriedades de uma enzima imobilizada em matrizes sol-gel com as características das matrizes, preparadas com diferentes funcionalizações e aditivos. Utilização de espectroscopias de fluorescência, de ressonância magnética nuclear, de infra-vermelho em reflectância difusa, mutagénese dirigida, microscopia electrónica de varrimento, espectroscopia de raios-X, microscopia óptica.
Colaborações intra-REQUIMTE, com IST/UTL, com ITQB/UNL, com outros Sectores da FCT e da UNL.Micrografia de matriz sol-gel com
adição de zeólito NaA.
Visualização da proteína corada com uma sonda fluorescente.
Estrutura da enzima modelo, retirada do Protein Data bank.
Ciência 2007
Monitorização de alterações estruturais e funcionais de proteínas induzidas por ultrafiltração
Interacções proteína-membrana
Tensão de corte dentro dos
poros
Agitação
Interacções proteína-proteína
Tensão de corte tangencial
Fluorescência
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0
5
10
15
20
25
Ac
tiv
ida
de H
RP
-4C
[(
CP/
t) / C
Pe
rox*1
09 ] / m
ol P
rod.s
-1
.mg-1 P
ero
x
TMP (bar)
Enzymatic activity of feed
Membrana PES
Membrana RC
Ret
Ret100 kDa
30 kDa
30 kDa
10 kDa
2. Alterações funcionais da peroxidase
300 320 340 360 380 400 4200
20
40
60
80
100
120
Inte
nsid
ad
e d
e F
luo
rescên
cia
(a.u
.)
em(nm)
1. Alterações estruturais da peroxidase
Proteína antes da ultrafiltração
Proteína apósultrafiltração
permeados
retido
Alimentação
Triptofano sonda intrínseca fluorescente
Objectivos
Identificação das condições operacionais que permitem a minimização do impacto do processo de ultrafiltração
Desenvolvimento de novos materiais de membranas ou membranas com superfície modificada
Horseradish peroxidase
Heme group
Trp117
Ciência 2007
Bio(Nano)Tecnologia
Design Molecular (Proteína-Receptor) Síntese Combinatorial
BIOSEPARAÇÃOBIOSENSORES
PROJECTOSMiniaturização de bibliotecas combinatoriais (Fundação Calouste Gulbenkian)Biosensores Acústicos (Institute of Biotechnology, University of Cambridge)
Nutracêuticos
ProteínasRecombinantes
Ciência 2007
Carrageenan/pectin film with mica flakes
SEM
POM
Carrageenan/pectin film with mica flakes
SEM
POM
Desenvolvimento de filmes biodegradáveis para embalagens alimentares
Materiais biodegradáveis obtidos a partir subprodutos agrícolas, resíduos de indústrias alimentares e de recursos naturais de baixo valor
Podem ser usados na produção de filmes, mas é necessário que as suas propriedades mecânicas e a permeabilidade a gases e vapor de água sejam adequadas. A permeabilidade pode ser alterada por inclusão de materiais inertes (micas ou argilas) e compostos reactivos (ácido ascorbico ou hidróxido de cálcio que interactuem com o oxigénio e com o dióxido de carbono, respectivamente).
Ciência 2007
Produção, extracção, caracterização e utilização de polissacáridos de origem bacteriana
• Sub-produtos do biodiesel
(glicerol)
Projecto:
Produção de Biopolímeros a partir de Glicerol, Sub-produto da Produção do Biodiesel. ENERSIS, 2005-2008.
Filmes biodegradáveis para embalagens
Libertação controlada de fármacos
Extracção
Utilização
Ciência 2007
Bioprodução de PHA
Extracção
Biopolímero
Produção de polihidroxialcanoatos (PHA) a partir de sub-produtos industriais
Grânulos de PHA
Melaços Soro de leite Sub-produtos do biodiesel (glicerol)
Sustainable Microbial and Biocatalytic Production of Advanced Functional Materials. EU Integrated Project. Contract nº 026515-2; 2006-2008.
Produção de Biopolímeros a partir de Glicerol, um Sub-produto da Indústria do Biodiesel. ENERSIS, 2005-2008
Projectos
Ciência 2007
Sistemas biológicos híbridossemi-paramétricos
…a ponte entre duas Ciências
efm1 efm2 efm3
efm4
Biomass synthesis: 0.0208 Glc + 0.0377 Gln + 0.0133 Ala Xv (Europa et al. 2003)
Product synthesis: 0.0104 Gln + 0.0112 Ala IgG1-IL2 (www.rcsb.org)
efm5
efm6
efm1 efm2 efm3
efm4
Biomass synthesis: 0.0208 Glc + 0.0377 Gln + 0.0133 Ala Xv (Europa et al. 2003)
Product synthesis: 0.0104 Gln + 0.0112 Ala IgG1-IL2 (www.rcsb.org)
efm5
efm6
“Systems Biology”Engenharia de Bioprocessos
Instituto de Tecnologia Química e Biológica (ITQB)
Instituto de Biologia Experimental e Tecnológica (IBET)
De forma a melhorar…
Conhecimento metabólico ProdutividadeControlo bioquímico Eficiência global
Ciência 2007
Produção de biodiesel por transesterificação de óleos vegetais
Remoção contínua do glicerol durante a produção de biodiesel, através do uso de um reactor de membrana catalítica
Utilização de catalisadores ácidos sólidos, reutilizáveis
MEMBRANE
METHANOL
SOYBEAN OIL
1 1 12
3
45 6
7
8
9
1 102
3
45 6
7
8
91 1 0
Reactor de membrana
Membrana catalítica
Ciência 2007
Despolimerização catalítica de resíduos de materiais plásticos
Cristalization
CalcinationWashing
Mixing
Spray Drier
Post exchange
Filtration
Preparação dos catalisadores
Cristalization
CalcinationWashing
Mixing
Spray Drier
Post exchange
Filtration
Cristalization
CalcinationWashing
Mixing
Spray Drier
Post exchange
Filtration
Preparação dos catalisadores
Parceiros: REQUIMTE
Petrobrás, Brasil
Patente:
E. Falabella Souza-Aguiar, A. Figueirado Costa, I.M.F.L. Fonseca, A.M.M. Ramos, J. Vital, M.B.B. de Almeida, Processo Para A Despolimerização De Polímeros Acrílicos Via Pirólise Catalítica, Patente Brasileira INIPI 0000220401925436, 10/03/2005
Ciência 2007
Carvão activado
Remoção de metais em fase líquida usando o carvão activado
Cr 58 mg/g
Fe 28 mg/g
Cu 32 mg/g Ni
15 mg/gCo
18 mg/g
Instalação piloto para a obtenção do carvão activado
Mistura de resíduos para obtenção de carvão activado
Project NATO Science for Peace
Biomassa Carvão bituminoso Resíduos de petróleo 25% 25% 50%
NATO NATO SfPSfP projectproject 977984977984NATO NATO SfPSfP projectproject 977984977984
Remoção de metais em fase líquidausando carvão activado
Ciência 2007
Remoção de poluentes aniónicos embio-reactor de membranas de permuta iónica
Aniões Poluentes
Concentrações na água poluida
Concentrações na água tratada
Limites regulamentados
NO3- 60 ppm 0.3 ± 0.2 ppm 50 ppm
ClO4- 100 ppb 3.6 ± 1.1 ppb 24.5 ppb
IEMBPatente
nº WO0140118
Conceito
Vantagens
Previne a contaminação secundária da água
Evita necessidade de tratamento de lixiviados
Vaso Agitado
Água Poluida Água Tratada
Alimentação ao Biorreator
Effluent do Biorreactor
Circuito Biológico
Circuito da Água
Módulo de Membranas
Set-up do IEMB Remoção de Poluentes
Ciência 2007
A Engenharia do REQUIMTE em rede
MBR-Network: European cluster dedicated to membrane bioreactor technology
SuperGreenChem: Green Chemistry in Supercritical Fluids, Marie Curie Research Grant
NanoMemPro: Network of Excellence on Membrane Science and Technology