Desenvolvimento de bioânodos para oxidação de peróxido de hidrogênio com potencial para aplicação em biocélulas a combustível

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Rosales Muñoz, Gala
• Orientador(a): Boaventura Filho, Jaime Soares
• Banca de defesa: Santos, Anaud Victor dos, Fiuza, Cleidiene Souza de Miranda, Cabral, Elaine Cristine de Magalhães, Banda, Giancarlo Richard Salazar
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Escola Politécnica
• Programa de Pós-Graduação: Engenharia Química
• País: brasil
• Palavras-chave em Português: Biocélulas a combustível; Líquidos iônicos próticos; Enzima catalase; Bioânodos; Peróxido de hidrogênio
• Área do conhecimento CNPq: Engenharia Química
• Link de acesso: http://repositorio.ufba.br/ri/handle/ri/29378

As células diretas de etanol (DAFC do inglês Direct Alcohol Fuel Cell) são uma alternativa bastante promissora na aplicação de energias renováveis, graças à longa expertise em toda a cadeia produtiva e de distribuição do etanol no Brasil. Mas apesar desta grande vantagem, seu uso ainda se encontra fortemente comprometido devido a reações paralelas indesejáveis que podem levar à inativação total do catalisador de platina. Assim, o objetivo deste trabalho, como contraproposta a esta problemática, foi desenvolver bioânodos baseados na enzima catalase, com potencial para serem aplicados em biocélulas a combustível. A capacidade de transferência eletrônica direta destes bioânodos foi avaliada a partir da adição de substâncias condutoras como líquidos iônicos próticos (LIPs) e grafite; além de serem testadas duas metodologias de imobilização; layer by layer combinada com deposição eletroquímica e entrecruzamento da enzima sem suporte do tipo CLEA (do inglês, cross-linked enzyme agregates). Todos os LIPs utilizados (série do [m-2HEA+] e o [PEHA][Ac]) foram caracterizados físicoquimicamente e seu efeito na atividade e solubilidade da catalase foi avaliado. A partir destes resultados uma série de Hofmeister foi construída encontrando que o LIP com ânion acetato é o mais adequado para manter e até melhorar a estabilidade e atividade da enzima. Como resultado do uso das técnicas combinadas de imobilização, foi obtido o bioeletrodo CV/([PEHA][Ac]/CAT)5 e avaliado eletroquimicamente. A partir do método CLEA, foram construídos quatro bioeletrodos com catalase (CAT-I, CAT-G, CAT- [PEHA][Ac] e CAT-mA). Nestes, avaliou-se a adição de dois LIPs ([m-2HEA][Ac] e [PEHA][Ac]) ancorados ao sistema imobilizado. Igualmente, o efeito do grafite foi avaliado sendo o mesmo ancorado em outro bioeletrodo com catalase. Estes bioeletrodos foram caracterizados física e físico-quimicamente e sua resposta eletroquímica foi avaliada frente ao substrato H2O2. Com estes bioeletrodos, parâmetros cinéticos foram obtidos e os mesmos comparados com resultados encontrados na literatura para outros bioeletrodos. Encontrou-se que os LIPs favorecem o processo de transferência eletrônica e o microambiente da enzima. Em geral, apresentaram parâmetros cinéticos melhores quando comparados com líquidos iônicos apróticos e até competitivos com bioeletrodos a base de materiais nanocarbonáceos. Consequentemente, os bioeletrodos a base de catalase e construídos pelas metodologias de imobilização desenvolvidas neste trabalho, se encontraram promissores para aplicação na construção de biocélulas a combustível.