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metadata.teses.dc.title: Development of magnetic nanobiocatalysts for environmental remediation
metadata.teses.dc.title.alternative: Desenvolvimento de nanobiocatalisadores magnéticos para remediação ambiental
metadata.teses.dc.creator: Tavares, Tássia Silva
metadata.teses.dc.contributor.advisor1: Ramalho, Teodorico C.
metadata.teses.dc.contributor.advisor-co1: Silva, Maria Cristina
metadata.teses.dc.contributor.referee1: Pereira, Arnaldo César
metadata.teses.dc.contributor.referee2: Ferreira, Guilherme Max Dias
metadata.teses.dc.contributor.referee3: Pereira, Luciana Lopes Silva
metadata.teses.dc.contributor.referee4: Rosa, Priscila Vieira e
metadata.teses.dc.subject: Biocatalysis
Green chemistry
Nanotechnology
Iron oxyhydroxide
Chemometrics
Biocatálise
Química verde
Nanotecnologia
Oxidróxido de ferro
Quimiometria
metadata.teses.dc.date.issued: 30-Jan-2019
metadata.teses.dc.description.sponsorship: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
metadata.teses.dc.identifier.citation: TAVARES, T. S. Development of magnetic nanobiocatalysts for environmental remediation. 2018. 83 p. Tese (Doutorado em Agroquímica) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2018.
metadata.teses.dc.description.resumo: A Química pode ser considerada como ciência chave na busca por um desenvolvimento sustentável, atuando no aprimoramento de processos para geração cada vez menor de resíduos e efluentes tóxicos. Esse novo caminho a ser delineado pela química é denominado “Química Verde”. Dentre os princípios que regem a química verde, o uso de processos catalíticos é de vital importância, portanto, o objetivo dessa pesquisa inclui o desenvolvimento de nanobiocatalisadores magnéticos, os quais apresentam potencial para remediação de fenólicos, compostos tóxicos presentes em águas residuárias. A obtenção desses biocatalisadores foi realizada por meio da imobilização de enzimas oxirredutivas em nanopartículas magnéticas (NPs) de oxidróxido de ferro (δ-FeOOH). As peroxidases utilizadas foram a peroxidase de soja (SP) obtida das cascas de grãos de soja, um resíduo agroindustrial e a peroxidase de raiz forte (HRP) comercial obtida da SigmaAldrich. As NPs foram sintetizadas pelo método de co-precipitação e em seguida submetidas à funcionalização química para geração de grupos superficiais de interesse. A peroxidase de soja foi imobilizada nas NPs funcionalizadas, enquanto a imobilização da HRP foi investigada utilizando como suporte as partículas magnéticas não-funcionalizadas. Com a variação de importantes fatores de imobilização (proporção enzima/NPs, pH, temperatura e tempo) foi realizado um design estatístico de experimentos (DOE) para otimização do processo de imobilização. A Metodologia de Superfície de Resposta (MSR) foi uma técnica gráfica que possibilitou explorar a influências desses fatores no processo. As estruturas dos materiais foram avaliadas por Difratometria de Raios X (DRX), Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (IVTF) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Para investigar o potencial catalítico dos nanobiocatalisadores desenvolvidos, avaliou-se a oxidação do poluente ácido ferúlico (AF), uma molécula modelo de lignina. Os resultados mostraram que a imobilização de SP em nanopartículas funci onalizadas (δ-FeOOH-SiO2-APTES-GLU) é efetiva, com remoção de 93% do AF, e reciclagem em até 10 ciclos. A HRP imobilizada a partir das condições otimizadas resultou em um biocatalisador magnético capaz de remover 82% do AF. A obtenção de catalisadores magnéticos desenvolvidos utilizando enzimas de plantas bem como seus resíduos, mostrou ser uma alternativa que combina propriedades biocatalíticas e magnéticas em um único material, contornando algumas limitações dos processos catalíticos convencionais relacionados à recuperação e regeneração do catalisador.
metadata.teses.dc.description.abstract: The chemistry can be considered as a key science for a sustainable development, working on the processes lead to produce less waste, decreasing toxic effluents generation. This new path laid out by the chemistry is denominated "Green Chemistry". Among the principles governing the Green Chemistry, the catalytic processes are vital importance, therefore, the objective of this research includes the development of magnetic nanobiocatalysts, which have a potential for phenolic remediation, toxic compounds present in wastewater. The biocatalysts were obtained immobilizing oxidoreductive enzymes on magnetic nanoparticles (NPs) of iron oxide (δ -FeOOH). Soybean peroxidase (SP) obtained from soybean hulls, an agro industrial residue, and horseradish peroxidase (HRP) commercial peroxidase obtained from Sigma-Aldrich were the peroxidases utilized in the processes. Co-precipitation was the method used to synthesize the NPs. For generating interest groups, the NPs were submitted to chemical functionalization. Soybean peroxidase was immobilized on functionalized NPs, whereas the HRP immobilization was investigated using the magnetic particles non-functionalized as support. With the variation of important immobilization factors (enzyme ratio / NPs, pH, temperature, and time) a statistical design of experiments (DOE) was performed to optimize the immobilization process. The Response Surface Methodology (MSR) was a graphical technique that allowed to explore the influences of these factors in the process. The structures of the materials were evaluated by X-ray diffractometry (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (IVTF) and Scanning Electron Microscopy (SEM). To investigate the catalytic potential of the developed nanobiocatalysts, the oxidation of the pollutant ferulic acid (FA), a model molecule of lignin, was evaluated. The results have shown that the SP immobilization on functionalized NPs was effective. Removing 93% of AF, with recycling up to 10 cycles. HRP immobilized from optimized conditions resulted in a magnetic biocatalyst capable of removing 82% of FA. Obtaining magnetic catalysts developed using plant enzymes as well as their residues has proved to be an alternative that combines biocatalytic, and magnetic properties in a single material, overcoming some drawbacks of conventional catalytic processes related to the recovery, and regeneration of the catalyst.
metadata.teses.dc.description: Arquivo retido, a pedido do(a) autor(a), até fevereiro de 2020.
metadata.teses.dc.identifier.uri: http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/32684
metadata.teses.dc.publisher: Universidade Federal de Lavras
metadata.teses.dc.language: por
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