Síntese e caracterização de beads de celulose para aplicação como suporte na obtenção de fotocatalisadores e biocatalisadores

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Pereira, Renan Amarante
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Beads de celulose; Biocatálise; Biocatalysis; Carbon xerogel; Cellulose beads; Dióxido de estanho; Fotocatálise; Lipase; Óxido de zinco; Photocatalysis; Tin dioxide; Xerogel de carbono; Zinc oxide
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97139/tde-27062025-121959/

A preparação de beads de celulose foi estudada utilizando a técnica de gotejamento para aplicação como suporte na obtenção de catalisadores para biocatálise e fotocatálise. Na biocatálise, o bead de celulose foi preparado em solução de ácido nítrico e, após secagem, foi utilizado como suporte para imobilização da lipase de Candida rugosa (LCR). A fim de aumentar a interação entre a enzima e o suporte de celulose, foram realizados pré-tratamentos no suporte e a imobilização da LCR foi realizada por ligação covalente empregando agentes de ativação. Os três biocatalisadores sintetizados e selecionados foram: LCR-BEAD-EPI (bead sem nenhum tipo de pré-tratamento ativado com epicloridrina), LCR-BEAD-CALC-EPI (bead calcinado ativado com epicloridrina) e LCR-BEAD-SIL+UL-EPI (bead silanizado submetido ao ultrassom e ativado com epicloridrina) e apresentaram atividades hidrolíticas de 2788,86, 2814,51 e 2818,58 U g-1 respectivamente. A caracterização por MEV e FTIR comprovaram a imobilização da LCR no suporte. O complexo LCR-BEAD-EPI foi selecionado para dar continuidade ao trabalho, apresentando pH e temperatura ótima na faixa de 7 a 8 e 40 a 50ºC, respectivamente, Km = 991 mmol L-1 e Vmax = 4897 U g-1, além de demonstrar boa estabilidade térmica, mantendo 96% da atividade inicial após 4h a 50ºC. Na hidrólise do efluente de laticínio, o melhor desempenho do LCR-BEAD-EPI foi obtido quando foi empregado 10 % de biocatalisador (m/v) em pH = 8,0, liberando cerca de 50 mM de ácidos graxos em 4h de reação. Na fotocatálise, o processo de preparação dos beads de celulose foi diferente, visto que o fotocatalisador híbrido sintetizado a partir de xerogel de carbono/óxido de zinco/dióxido de estanho (XC/ZnO-SnO2) foi adicionado na etapa de dissolução da celulose e o complexo bead/fotocatalisador (CB-Cat) foi obtido a partir do gotejamento dessa mistura em solução de cloreto de sódio. A aplicação na remoção do azul de metileno foi realizada considerando o processo simultâneo de adsorção/fotocatálise, o qual foi realizado sob luz solar simulada. A caracterização do CB-Cat indicou uma boa dispersão do fotocatalisador ao longo da matriz de celulose, confirmando sua incorporação e disponibilidade para o processo de ativação fotônica. Os resultados mostraram que o processo simultâneo de adsorção/fotocatálise foi o mais eficaz para otimizar a remoção do azul de metileno (MB), especialmente quando comparado ao processo de adsorção isolado. Adicionalmente, a regeneração do CB-Cat entre os ciclos foi favorável para manter o desempenho na remoção do MB e a avaliação do mecanismo fotocatalítico evidenciou que os radicais hidroxila e superóxido foram os principais responsáveis pela degradação do poluente. Os beads de celulose mostraram-se eficientes para utilização como suportes para a obtenção de biocatalisadores e fotocatalisadores, apresentando bom desempenho no tratamento de efluentes, sugerindo potencial para diferentes aplicações.