Evaluation of nanotechnological processes applied to the harvesting of microalgae biomass

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dc.contributor.advisor1Cassini, Servio Tulio Alves
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000000152003666
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2519874649699294
dc.contributor.authorBarizao, Ana Carolina de Lima
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0003-2381-2020
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/1087798223713901
dc.contributor.referee1Keller, Regina de Pinho
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000000291630715
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1765455668560897
dc.contributor.referee2Antunes, Paulo Wagnner Pereira
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/5259147170249880
dc.contributor.referee3Oliveira, Jairo Pinto de
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000000175951183
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/2228283301316218
dc.contributor.referee4Silva, Andre Romero da
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000000214976093
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/3079774974302460
dc.contributor.referee5Pinotti, Laura Marina
dc.contributor.referee5IDhttps://orcid.org/0000000250126811
dc.contributor.referee5Latteshttp://lattes.cnpq.br/5616576281329159
dc.date.accessioned2024-05-30T01:42:34Z
dc.date.available2024-05-30T01:42:34Z
dc.date.issued2023-07-23
dc.description.abstractAs microalgas têm despertado interesse significativo devido às diversas aplicações na produção de biocombustíveis, alimentos funcionais, cosméticos e produtos farmacêuticos. Porém, um dos desafios encontrados durante sua produção é a etapa de colheita, que muitas vezes é trabalhosa e ineficiente. Neste contexto, a colheita utilizando nanopartículas magnéticas surge como uma técnica promissora para superar estas dificuldades. As nanopartículas podem aderir às paredes celulares das microalgas, permitindo a sua recuperação através da aplicação de um campo magnético. Algumas partículas podem ainda ser utilizadas para funcionalizar essas nanopartículas, melhorando suas características e otimizando sua aplicação. Assim, este estudo forneceu uma visão abrangente das diversas aplicações potenciais das microalgas, enfatizando seu potencial no tratamento de águas residuais, fixação de CO2 e produção de bioprodutos, buscando resolver a etapa limitante por meio de abordagens inovadoras que incluem a seleção e análise de nanopartículas derivadas de diferentes fontes e seu uso otimizado na colheita de Chlorella sp. De acordo com os resultados da caracterização, as nanopartículas de duas fontes utilizadas foram a magnetita. Os experimentos foram otimizados por planejamento fatorial, onde as nanopartículas magnéticas (MNPs) sintetizadas em laboratório (funcionalizadas pelo tanino de Rhizophora mangle) e aplicadas na colheita de Chlorella sp, alcançaram uma eficiência de colheita (HE%) de 92,6% ((MNP-TNs concentração =1.000 mg L -1 ; qexp= 1,39 g pH=4), mantendo esta eficiência durante 5 ciclos de reaproveitamento. manter um HE%= 63% (qexp= 0,96 g. mg-1 ) De forma satisfatória, quando foram utilizadas nanopartículas obtidas de fonte alternativa (material particulado) tanto as MNPs (nuas) quanto as MNP-TAN (funcionalizadas com tanino comercial) apresentaram ótimo rendimento eficiência, sendo que as MNPs (nuas) obtiveram maior eficiência de colheita (HE%=86%; concentração de MNPs=1.250 mg. L-1 ; pH=3) do que as nanopartículas funcionalizadas (HE%=77%; concentração de MNP-TANs=1.100 mg . L -1 ; pH=3,5). Porém, para isso foi necessária uma maior concentração de MNPs em um pH mais baixo. A funcionalização contribuiu para a estabilização das partículas aumentando seus ciclos de reutilização de 3 (MNSs) para 7 ciclos (MNP-TANs). Embora neste caso as eficiências de colheita tenham sido um pouco inferiores, é interessante verificar que um material obtido de forma natural, com baixo custo e aplicado pela primeira vez para este fim também pode ser considerado altamente promissor para este fim.
dc.description.resumoMicroalgae have garnered significant interest due to the diverse applications in the production of biofuels, functional foods, cosmetics, and pharmaceuticals. However, one of the challenges encountered during their production is the harvesting stage, which is often laborious and inefficient. In this context, harvesting using magnetic nanoparticles emerges as a promising technique to overcome these difficulties. Nanoparticles can attach to the cell walls of microalgae, allowing their recovery through the application of a magnetic field. Some particles can even be utilized to functionalize these nanoparticles, enhancing their characteristics and optimizing their application. Thus, this study provided a comprehensive overview of the various potential applications of microalgae, emphasizing their potential in wastewater treatment, CO2 fixation, and bioproduct production, seeking to solve the limiting step through innovative approaches that include the selection and analysis of nanoparticles derived from different sources and their optimized use in the harvesting of Chlorella sp. According to the characterization results, the nanoparticles from two sources used were magnetite. The experiments were optimized by factorial design, where the magnetic nanoparticles (MNPs) synthesized in laboratory (functionalized by Rhizophora mangle's tannin) and applied in the harvesting of Chlorella sp, achieved a harvesting efficiency (HE%) of 92.6% ((MNP-TNs concentration =1,000 mg. L -1 ; qexp= 1.39 g. mg-1 ; pH=4), maintaining this efficiency during 5 reuse cycles. Even at pH 10.4 (pH at end of cultivation), the MNP-TNs were able to maintain a HE%= 63% (qexp= 0.96 g. mg-1 ) Satisfactorily, when nanoparticles obtained from an alternative source were used (particulate material) both MNPs (naked) and MNP-TAN (functionalized with commercial tannin) presented great harvesting efficiency, being that MNPs (naked) obtained higher harvesting efficiency (HE%=86%; MNPs concentration=1,250 mg. L-1 ; pH=3) than functionalized nanoparticles (HE%=77%; MNP-TANs concentration=1,100 mg. L -1 ; pH=3.5). However, for this it was necessary a higher MNPs concentration in a lower pH. The functionalization contributed to particle stabilization increasing its reuse cycles from 3 (MNSs) to 7 cycles (MNP-TANs). Although in this case the harvest efficiencies were a little lower, it is interesting to verify that a material obtained in natural ways, with a low cost and applied for the first time on this goal can also be considered highly promising for this purpose.
dc.description.sponsorshipFundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/17157
dc.languageeng
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Engenharia Ambiental
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental
dc.rightsopen access
dc.subjectBiotechnology
dc.subjectNanotechnology
dc.subjectNanoparticles
dc.subjectMagnetism
dc.subjectTannins
dc.subjectFerro
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqEngenharia Sanitária
dc.titleEvaluation of nanotechnological processes applied to the harvesting of microalgae biomass
dc.title.alternativetitle.alternative
dc.typedoctoralThesis
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