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Formação de hidrogel de alginato de cálcio por congelamento e sua aplicação na captura de microplásticos

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Oliveira, Rafael Vinícius de
Orientador(a): Waldman, Walter Ruggeri lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus Sorocaba
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia e Monitoramento Ambiental - PPGBMA-So
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.14289/21530
Resumo: Employed in various sectors such as health and agriculture, hydrogels have been gaining prominence for their properties, especially for their high capacity to retain liquids without compromising their structure. Among the different polymers that can constitute hydrogels, alginate stands out in this study, a biopolymer extracted from brown algae. Alginate has the ability to gel when interacting with divalent ions, such as calcium ions. This interaction results in the formation of a calcium alginate hydrogel when there are adequate concentrations of both components involved. The studies presented in this dissertation propose an innovative technique for forming hydrogels at sub-gelling concentrations — concentrations where the hydrogel does not form at room temperature. The methodology developed is based on two main concepts: slow freezing and the ice-template technique. Slow freezing promotes an increase in the concentration of solutes in the medium, favoring the interaction between alginate and calcium ions, while the ice crystals formed perforate the hydrogel, giving the material a porous characteristic. The results obtained showed how the different concentrations of calcium and alginate interfere with hydrogel formation and raised some questions regarding the interactions of the components at sub-gelling concentrations. In addition to the efficiency of this methodology in producing irreversible hydrogels by freezing, its potential to capture particles, such as spray paint microplastics, was demonstrated, something unprecedented so far. With the studies carried out, it is expected to offer a new perspective on hydrogels, opening paths for future research, enhancing the understanding of the use of hydrogels, and the scalability of the technique.
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This interaction results in the formation of a calcium alginate hydrogel when there are adequate concentrations of both components involved. The studies presented in this dissertation propose an innovative technique for forming hydrogels at sub-gelling concentrations — concentrations where the hydrogel does not form at room temperature. The methodology developed is based on two main concepts: slow freezing and the ice-template technique. Slow freezing promotes an increase in the concentration of solutes in the medium, favoring the interaction between alginate and calcium ions, while the ice crystals formed perforate the hydrogel, giving the material a porous characteristic. The results obtained showed how the different concentrations of calcium and alginate interfere with hydrogel formation and raised some questions regarding the interactions of the components at sub-gelling concentrations. In addition to the efficiency of this methodology in producing irreversible hydrogels by freezing, its potential to capture particles, such as spray paint microplastics, was demonstrated, something unprecedented so far. With the studies carried out, it is expected to offer a new perspective on hydrogels, opening paths for future research, enhancing the understanding of the use of hydrogels, and the scalability of the technique.Empregados em diversos setores como saúde e agricultura, os hidrogéis vêm se destacando por suas propriedades, sobretudo por sua alta capacidade de reter líquidos sem comprometimento de sua estrutura. Entre os diferentes polímeros que podem constituir os hidrogéis, destaca-se para este estudo o alginato, um biopolímero extraído de algas marrons. O alginato apresenta a capacidade de gelificar ao interagir com íons divalentes, como, por exemplo, os íons cálcio. Essa interação resulta na formação de um hidrogel de alginato de cálcio, quando há concentrações adequadas de ambos os componentes envolvidos. Os estudos apresentados nesta dissertação propõem uma técnica inovadora para formação de hidrogéis em concentrações subgelificantes — concentrações onde o hidrogel não é formado em temperatura ambiente. A metodologia desenvolvida fundamenta-se em dois conceitos principais: o congelamento lento e a técnica de ice-template. O congelamento lento promove o aumento das concentrações dos solutos no meio, favorecendo a interação entre o alginato e os íons cálcio, enquanto os cristais de gelo formados perfuram o hidrogel, dando uma característica porosa ao material. Os resultados obtidos mostraram como as diferentes concentrações de cálcio e alginato interferem na formação dos hidrogéis e trouxeram algumas informações quanto às interações dos componentes em concentrações subgelificantes. Além da eficiência desta metodologia na produção de hidrogéis irreversíveis por congelamento, foi demonstrado seu potencial em capturar partículas, como microplásticos de tinta spray, algo inédito até o momento. Com os estudos realizados, espera-se oferecer uma nova visão sobre os hidrogéis, abrindo caminhos para futuras pesquisas, potencializando a compreensão do uso dos hidrogéis e a escalabilidade da técnica.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Processo nº 88887.838492/2023-00porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus SorocabaPrograma de Pós-Graduação em Biotecnologia e Monitoramento Ambiental - PPGBMA-SoUFSCarAlginatoCapturaCongelamentoHidrogéisMicroplásticosAlginateCaptureFreezingHydrogelsMicroplasticsCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ORGANICA::POLIMEROS E COLOIDESFormação de hidrogel de alginato de cálcio por congelamento e sua aplicação na captura de microplásticosFormation of calcium alginate hydrogel by freezing and its application for microplastic captureinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALDissertação final Rafael Vinícius de Oliveira 11.03.2025.pdfDissertação final Rafael Vinícius de Oliveira 11.03.2025.pdfapplication/pdf25530684https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/6f11934b-da5d-4c29-b0e3-e53939f497b8/downloada6c8f7c9f5451abab29dba109274e91bMD51trueAnonymousREADTEXTDissertação final Rafael Vinícius de Oliveira 11.03.2025.pdf.txtDissertação final Rafael Vinícius de Oliveira 11.03.2025.pdf.txtExtracted texttext/plain94761https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/902a84f8-e4e9-4bae-9849-3831efebd515/download3cb689c81e79264188c4dadcf914fc83MD52falseAnonymousREADTHUMBNAILDissertação final Rafael Vinícius de Oliveira 11.03.2025.pdf.jpgDissertação final Rafael Vinícius de Oliveira 11.03.2025.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg3972https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/679acc0b-7cf3-45bb-8bf4-8816587c3770/downloadbf4a43be936c261f5980d0920d1bb947MD53falseAnonymousREAD20.500.14289/215302025-03-13 00:17:53.579open.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/21530https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-03-13T03:17:53Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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