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http://hdl.handle.net/1843/78023
Type: | Dissertação |
Title: | Preparo de membranas de ultrafiltração de polissulfona contendo carvão ativado obtido da pirólise do resíduo de abacaxi |
Authors: | Beatriz Godoi de Nogueira |
First Advisor: | Kátia Cecília de Souza Figueiredo |
First Co-advisor: | Daniel Bastos de Rezende |
First Referee: | Luzia Sergina de França Neta |
Second Referee: | Érika Cristina Cren |
Abstract: | O abacaxi (Ananas comosus) destaca-se como uma das frutas mais amplamente consumidas globalmente, com o Brasil registrando uma produção de 1,5 milhões de toneladas em 2021. Estima-se que cerca de 50% do fruto é convertido em resíduo agroindustrial composto por talo, coroa e casca, que contêm componentes de interesse industrial, como a enzima bromelina. A ultrafiltração é um processo utilizado na indústria alimentícia e farmacêutica para concentrar macromoléculas, porém apresenta limitações devido à formação de incrustações durante o processo. A presente pesquisa propôs a elaboração de membranas de ultrafiltração à base de polissulfona na qual foram incorporadas partículas de carvão ativado, visando mitigar as incrustações durante a ultrafiltração do extrato proveniente da casca de abacaxi e melhorar tanto o fluxo de permeado quanto a recuperação da bromelina. O carvão ativado foi obtido por meio da pirólise do resíduo proveniente da casca do abacaxi, do qual também se obteve o extrato, empregando CO2 para a ativação física do carvão. As membranas foram preparadas com diferentes teores de polissulfona (entre 15 e 17% m/m) e de carvão ativado (até 1% m/m), e foram caracterizadas em termos de propriedades químicas, morfológicas e de transporte. O carvão ativado produzido exibiu uma área de 220 m2.g-1, diâmetro médio de poros de 1,43 nm e diâmetro médio de partículas de 19 ± 3 µm, evidenciando uma estrutura microporosa. O MEV revelou uma alta heterogeneidade nas partículas de carvão, com uma propensão à formação de aglomerados, possivelmente, como forma de reduzir a energia superficial. A análise por espectroscopia de energia dispersiva de raios-X identificou a presença de diversos elementos no carvão ativado, sendo que o carbono e o oxigênio estão presentes em maiores teores. Em relação às membranas, os principais resultados do estudo indicaram que a adição de 1% de carvão ativado nas membranas resultou em um aumento significativo na massa molar de corte, redução da interação com proteínas e incrustação, e melhoria na recuperação do fluxo permeado de água pura. As membranas apresentaram alta seletividade para a bromelina, com recuperações superiores a 81% e recuperação do fluxo permeado de água pura acima de 70%. Para um teor de 15% de polissufona e 1% de carvão ativado, alcançou-se uma recuperação da enzima bromelina acima de 91%, com perda de atividade de 15,52% e uma recuperação do fluxo hidráulico de 95%, demonstrando a eficácia da adição de carvão ativado em membranas com baixos teores de polímero na melhoria da seletividade e eficiência do processo de ultrafiltração do extrato de abacaxi. |
Abstract: | Pineapple (Ananas comosus) is one of the most widely consumed fruits globally, with Brazil producing 1.5 million tons in 2021. Approximately 50% of the fruit is converted into agro-industrial waste, including stem, crown, and peel, which contain valuable industrial components like the enzyme bromelain. Ultrafiltration is a process used in the food and pharmaceutical industries to concentrate macromolecules, but it has limitations due to fouling. The present research proposed the development of ultrafiltration membranes based on polysulfone incorporated with activated carbon, aiming to mitigate fouling during ultrafiltration of pineapple peel extract and improve both permeate flux and bromelain recovery. The activated carbon was obtained through the pyrolysis of the waste from pineapple peel, from which the extract was also obtained, employing CO2 for the physical activation of the carbon. The membranes were prepared with different contents of polysulfone (between 15 and 17 wt%) and activated carbon (up to 1 wt%), and were characterized in terms of chemical, morphological, and transport properties. The produced activated carbon exhibited an area of 220 m2.g-1, an average pore diameter of 1.43 nm, and an average particle diameter of 19 ± 3 µm, revealing a microporous structure. Scanning electron microscopy revealed high heterogeneity in the carbon particles, with a tendency to form clusters, possibly as a way to reduce surface energy. Energy-dispersive X-ray spectroscopy analysis identified the presence of various elements in the activated carbon, with higher levels of carbon and oxygen. Regarding the membranes, the main results of the study indicated that the addition of 1% activated carbon in the membranes resulted in a significant increase in the molecular weight cut-off, reduction in protein interaction and fouling, and improvement in pure water flux recovery. The membranes showed high selectivity for bromelain, with recoveries above 81% and pure water flux recovery above 70%. It is worth noting that membrane M5, which contains 15% polysulfone and 1% activated carbon, achieved a recovery of the enzyme bromelain above 91%, with a loss of activity of 15.52% and a recovery of hydraulic flux of 95%, demonstrating the effectiveness of adding activated carbon to membranes with low polymer content in improving the selectivity and efficiency of the ultrafiltration process. |
Subject: | Engenharia química Abacaxi Bromelina Carvão ativado Membranas (Tecnologia) Ultrafiltração |
language: | por |
metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Publisher Initials: | UFMG |
metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
Rights: | Acesso Aberto |
metadata.dc.rights.uri: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/ |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/78023 |
Issue Date: | 12-Aug-2024 |
Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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