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Título: Biomateriais à base de quitosana de camarão e bactérias para remoçao de metais traços e petróleo
Título em inglês: Biomaterials based on chitosan of shrimp and bacteria to remove trace metals and oil
Autor(es): Carvalho, Técia Vieira
Orientador(es): Melo, Vânia Maria Maciel
Palavras-chave: Quitosana
Biorremediação
Staphylococcus
Data do documento: 2006
Editor: http://www.teses.ufc.br/
Citação: CARVALHO, T. V. ; MELO, V. M. M. (2006)
Resumo: Ao mesmo tempo em que se avolumam os problemas ambientais causados pelos impactos de atividades industriais o homem tenta aperfeiçoar ou desenvolver novas técnicas de descontaminação. A biorremediação se destaca pela ampla gama de microrganismos que podem metabolizar muitos dos principais poluentes, além de não deixar resíduos ou subprodutos recalcitrantes, como geralmente ocorre com outras técnicas. Uma das mais recentes inovações nesta área diz respeito ao uso de microrganismos simobilizados. A imobilização traz uma serie de vantagens, além de facilitar o controle do processo e dos microrganismos. A quitosana, um polissacarídeo natural que pode ser obtido de carapaças de crustáceos, agrega várias características que o tornam um suporte ideal para imobilização de certos organismos. Destaca-se sua biodegradabilidade, lipofilicidade, capacidade de formar gel e microesferas, além de poder ser reticulado. Neste trabalho foi preparada uma quitosana a partir de quitina de carapaças de camarão com grau de desacetilação de 78% e massa molar média de 117.000 Da. Esse polímero serviu de matriz para imobilização de uma cepa da bactéria Staphylococcus saprophyticus subsp. saprophyticus, selecionada pela hidrofobicidade de sua parede celular, o que a torna um emulsificante. Foram produzidos esferas, membranas, filmes e hidrogéis de quitosana sem e com a bactéria imobilizada. Os produtos foram testados quanto à capacidade de emulsificação de misturas óleo-água, remoção de cobre e chumbo de amostras de águas contaminadas e como coagulantes de óleo em água. Os produtos também foram avaliados quanto à resistência mecânica, uniformidade, solubilidade, além de serem analisados por microscopia eletrônica de varredura. Os resultados mostraram que a incorporação da bactéria a quitosana melhorou significativamente a resistência desse polímero. A membrana de quitosana suportou até 53,62 Mpa enquanto uma membrana semelhante contendo bactérias imobilizadas suportou até 73,96 Mpa. As esferas com a bactéria também se destacaram pela uniformidade e resistência a agitação mecânica durante os testes de emulsificação de misturas óleo-água. As esferas com células ao contrário das esferas sem células promoveram a emulsificação de hidrocarbonetos, atingindo um percentual de 60% de emulsificação. Os filmes obtidos pelo tratamento das membranas comglicerol 20% se comportaram bem diferentes das membranas. Os filmes foram menos resistentes a tração, suportando 20,50 Mpa e 8,91 Mpa, para filmes sem células e com células respectivamente. Por outro lado, foram significativamente mais elásticos do que as membranas, como provado pelos valores dos módulos de Young, 146,4 Mpa e 222,8 Mpa, para filmes sem células e com células, respectivamente. As membranas com bactérias imobilizadas removeram mais eficientemente cobre e chumbo do que as membranas sem células, enquanto os filmes independentemente de terem ou não células imobilizadas foram impermeáveis à passagem dessas soluções. As esferas de quitosana contendo células foram significativamente mais eficientes para adsorver cobre e chumbo de amostras de águas contaminadas. Comparativamente, o cobre foi melhor adsorvido do que o chumbo nas esferas. Não foram observadas diferenças na remoção de até 200 μg/g de cobre e chumbo atribuíveis às diferenças da água doce e água do mar. A adsorção de cobre e chumbo foi da ordem de 20 mg/g de quitosana enquanto a capacidade de dessorção foi de mais de 90% para o cobre e mais de 80% para o chumbo. Não foram observadas diferenças entre a coagulação de amostras de petróleo derramadas em água com géis de quitosana sem células ou com células. Conclusivamente, os produtos desenvolvidos e testados neste trabalho possuem grande potencial para emprego em atividades de biorremediação.
Abstract: As the environmental problems caused by the impacts of industrial activities increase the man tries to improve or to develop new descontamination techniques. The bioremediation stands out for a wide range of microorganisms that can metabolize many of the pollutants, besides not leaving residues or recalcitrant by-products, as it usually happens with other techniques. One of the most recent innovations in this concern is the use of immobilized microorganisms. The immobilization has many advantages besides facilitating the control of the process and the microorganisms. The chitosan, a natural polysaccharide that can be obtained from crustacea shells, presents several characteristics that turn it an ideal support for immobilization of certain microorganisms such as its biodegradability, lipofilic properties, capacity to form gel and beads and it can be reticulated. In this work was prepared a chitosan starting from chitin of shrimp shells with degree of desacetilation of 78% and molar mass of 117.000 Da. This polymer was used for immobilization of the Staphylococcus saprophyticus subsp. saprophyticus strain, selected by the cell-wall hydrophobicity, what turns it an emulsificant. Beads, membranes, films and hydrogels were produced with and without immobilized bacteria. The products were tested for oil-water emulsification, removal of copper and lead from contaminated water and as clotting of oil in water. The products were also available for the mechanical resistance, uniformity, solubility and analyzed by electronic microscopy of varredure. The results showed that the incorporation of the bacteria into chitosan improved significantly the resistance of this polymer. The chitosan membrane supported up to 53.62 Mpa while a similar membrane containing immobilized bacteria supported up to 73.96 Mpa. The beads with the bacterium also stood out for the uniformity and mechanical resistance during the tests of oil-water emulsification. The beads with cells unlike the beads without cells promoted the hydrocarbon emulsification, reaching of 60%. The films obtained by the treatment of the membranes with glycerol 20% behaved very different far from the membranes. The films were less resistant to traction, supporting 20.50 Mpa and 8.91 Mpa, for films without cells and with cells respectively. On the other hand, the films were significantly more elastic than the membranes, as proven by the values of the Young modules, 146.4 Mpa and 222.8 Mpa, for films without cells and with cells, respectively. The membranes with immobilized bacteria removed copper and lead more efficiently than the membranes without cells, while the films showed the same result independently of having or not immobilized cells. Both films were impermeable to the passage of copper and lead solutions. The beads containing cells were significantly more efficient for metal adsorption from samples of polluted waters. Comparatively, the copper was better adsorpted than the lead. There were not observed any difference on the removal of 200 μg/g of copper and lead that should be attributed to the differences of fresh and sea water. The copper and lead adsorption was of 20mg/g of chitosan while the desorption was more than 90% for the copper and more than 80% for the lead. No differences were observed among the petroleum coagulation spilled in water with chitosan gels with or without cells. In conclusion, the products developed and tested in this work showed great potential for bioremediation applications.
Descrição: CARVALHO, Técia Vieira. Biomateriais à base de quitosana de camarão e bactérias para remoçao de metais traços e petróleo. 2006. 98f. Dissertação (Mestrado em Ciências Marinhas Tropicais) - Instituto de Ciências do Mar, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2006.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/1574
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