Tecnologias e Processos (mais) Limpos João G. Crespo

A Engenharia e os princípios de Química Verde Uso de solventes menos poluentes (e.g., Fluidos Supercríticos, Líquidos Iónicos) Processos (bio)catalíticos com minimização de formação de subprodutos Processos selectivos com uso de materiais inteligentes (e.g., Membranas) Valorização de subprodutos industriais e matérias primas renováveis Monitorização e controlo de (bio)processos em tempo real Ciência 2007

Extracção com fluidos supercríticos e processos com membranas Extracção de compostos bioactivos de elevado valor acrescentado Origem: Resíduos do processamento do azeite O quê? Esqualeno; Extractos naturais ricos em Hidroxitirosol Como? Dióxido de carbono supercrítico; Processos com membranas Patentes internacionais Spin-off (com a participação do IBET) Ciência 2007

Micro-nano dispositivos para implantes e libertação controlada de fármacos com agente reticulante sem agente reticulante Poli(N-isopropilacrilamida), PNIPAAm, um hidrogel termo-sensível com aplicações em libertação de fármacos, engenharia de tecidos e membranas inteligentes foi sintetizado em CO2 supercrítico com diferentes percentagens de agente reticulante. Capacidade inteligente de inchar e de contrair dos hidrogéis com diferente reticulação sintetizados no interior dos microporos dos “scaffolds” de quitosano, por variação da temperatura. PNIPAAm impregnado num “scaffold” de quitosano. A polimerização in-situ de NIPAAm em scCO2 para a impregnação e/ou revestimento de estruturas porosas de quitosano produz dispositivos porosos secos e sem contaminantes, capazes de alterar as propriedades de superfície de uma forma rápida e reversível sob acção de estímulos externos. Ciência 2007

Desenvolvimento de membranas “inteligentes” no fraccionamento de biomoléculas Cis-trans isomerization of retinal Exposição à luz Ausência de luz Mimetização dos sistemas biológicos Alteração controlada das características químicas e físicas da membrana: Trans-cis isomerization with the increase of the dipole moment Alteração do carácter hidrofóbico Alteração do tamanho de poro Fluxo de permeado Redução da colmatação membranar Melhor selectividade Aumento do fluxo de permeado Membrana modificada Ciência 2007

Interacções enzima/matriz sol-gel Correlação das propriedades de uma enzima imobilizada em matrizes sol-gel com as características das matrizes, preparadas com diferentes funcionalizações e aditivos. Utilização de espectroscopias de fluorescência, de ressonância magnética nuclear, de infra-vermelho em reflectância difusa, mutagénese dirigida, microscopia electrónica de varrimento, espectroscopia de raios-X, microscopia óptica. Visualização da proteína corada com uma sonda fluorescente. Estrutura da enzima modelo, retirada do Protein Data bank. Colaborações intra-REQUIMTE, com IST/UTL, com ITQB/UNL, com outros Sectores da FCT e da UNL. Micrografia de matriz sol-gel com adição de zeólito NaA. Ciência 2007

Horseradish peroxidase Monitorização de alterações estruturais e funcionais de proteínas induzidas por ultrafiltração Horseradish peroxidase Heme group Trp117 Triptofano sonda intrínseca fluorescente 1. Alterações estruturais da peroxidase Fluorescência Proteína antes da ultrafiltração Proteína após ultrafiltração Interacções proteína-membrana Tensão de corte dentro dos poros Agitação proteína-proteína Tensão de corte tangencial permeados Alimentação retido 2. Alterações funcionais da peroxidase Membrana PES Membrana RC Ret 100 kDa 30 kDa 10 kDa Identificação das condições operacionais que permitem a minimização do impacto do processo de ultrafiltração Desenvolvimento de novos materiais de membranas ou membranas com superfície modificada Objectivos Ciência 2007

Bio(Nano)Tecnologia BIOSEPARAÇÃO Design Molecular (Proteína-Receptor) Nutracêuticos Proteínas Recombinantes BIOSEPARAÇÃO BIOSENSORES Design Molecular (Proteína-Receptor) Síntese Combinatorial PROJECTOS Miniaturização de bibliotecas combinatoriais (Fundação Calouste Gulbenkian) Biosensores Acústicos (Institute of Biotechnology, University of Cambridge) Ciência 2007

Desenvolvimento de filmes biodegradáveis para embalagens alimentares Materiais biodegradáveis obtidos a partir subprodutos agrícolas, resíduos de indústrias alimentares e de recursos naturais de baixo valor Podem ser usados na produção de filmes, mas é necessário que as suas propriedades mecânicas e a permeabilidade a gases e vapor de água sejam adequadas. A permeabilidade pode ser alterada por inclusão de materiais inertes (micas ou argilas) e compostos reactivos (ácido ascorbico ou hidróxido de cálcio que interactuem com o oxigénio e com o dióxido de carbono, respectivamente). Ciência 2007

Sub-produtos do biodiesel (glicerol) Produção, extracção, caracterização e utilização de polissacáridos de origem bacteriana Extracção Utilização Sub-produtos do biodiesel (glicerol) Filmes biodegradáveis para embalagens Libertação controlada de fármacos Projecto: Produção de Biopolímeros a partir de Glicerol, Sub-produto da Produção do Biodiesel. ENERSIS, 2005-2008. Ciência 2007

Produção de polihidroxialcanoatos (PHA) a partir de sub-produtos industriais Grânulos de PHA Melaços Soro de leite Sub-produtos do biodiesel (glicerol) Bioprodução de PHA Extracção Projectos Sustainable Microbial and Biocatalytic Production of Advanced Functional Materials. EU Integrated Project. Contract nº 026515-2; 2006-2008. Produção de Biopolímeros a partir de Glicerol, um Sub-produto da Indústria do Biodiesel. ENERSIS, 2005-2008 Biopolímero Ciência 2007

Sistemas biológicos híbridos semi-paramétricos …a ponte entre duas Ciências Engenharia de Bioprocessos “Systems Biology” De forma a melhorar… Conhecimento metabólico Produtividade Controlo bioquímico Eficiência global Instituto de Tecnologia Química e Biológica (ITQB) Instituto de Biologia Experimental e Tecnológica (IBET) Ciência 2007

Produção de biodiesel por transesterificação de óleos vegetais Reactor de membrana Remoção contínua do glicerol durante a produção de biodiesel, através do uso de um reactor de membrana catalítica Utilização de catalisadores ácidos sólidos, reutilizáveis Membrana catalítica Ciência 2007

Despolimerização catalítica de resíduos de materiais plásticos Parceiros: REQUIMTE Petrobrás, Brasil Patente: E. Falabella Souza-Aguiar, A. Figueirado Costa, I.M.F.L. Fonseca, A.M.M. Ramos, J. Vital, M.B.B. de Almeida, Processo Para A Despolimerização De Polímeros Acrílicos Via Pirólise Catalítica, Patente Brasileira INIPI 0000220401925436, 10/03/2005 Ciência 2007

Biomassa Carvão bituminoso Resíduos de petróleo Remoção de metais em fase líquida usando carvão activado Project NATO Science for Peace Instalação piloto para a obtenção do carvão activado Mistura de resíduos para obtenção de carvão activado Carvão activado Biomassa Carvão bituminoso Resíduos de petróleo 25% 25% 50% Remoção de metais em fase líquida usando o carvão activado Cu 32 mg/g Cr 58 mg/g Co 18 mg/g Fe 28 mg/g Ni 15 mg/g Ciência 2007

Remoção de poluentes aniónicos em bio-reactor de membranas de permuta iónica Conceito Vantagens IEMB Patente nº WO0140118 Previne a contaminação secundária da água Evita necessidade de tratamento de lixiviados Remoção de Poluentes Set-up do IEMB Aniões Poluentes Concentrações na água poluida Concentrações na água tratada Limites regulamentados NO3- 60 ppm 0.3 ± 0.2 ppm 50 ppm ClO4- 100 ppb 3.6 ± 1.1 ppb 24.5 ppb Vaso Agitado Água Poluida Água Tratada Alimentação ao Biorreator Effluent do Biorreactor Circuito Biológico Circuito da Água Módulo de Membranas Ciência 2007

A Engenharia do REQUIMTE em rede MBR-Network: European cluster dedicated to membrane bioreactor technology SuperGreenChem: Green Chemistry in Supercritical Fluids, Marie Curie Research Grant NanoMemPro: Network of Excellence on Membrane Science and Technology Ciência 2007