João G. Crespo

Tecnologias e Processos(mais) Limpos

Ciência 2007

A Engenharia e os princípios deQuímica Verde

Uso de solventes menos poluentes (e.g., Fluidos Supercríticos, Líquidos Iónicos)

Processos (bio)catalíticoscom 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

PNIPAAm impregnado num “scaffold” de quitosano.

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.

0

100

200

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0 1 2 3 4 5

Dias

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10

20

30

40

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Tem

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ºC)

2.5 % agente reticulante

1.0 % agente reticulante

Temperatura (ºC)

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.

com agente reticulante sem 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.

Ciência 2007

Desenvolvimento de membranas “inteligentes”no fraccionamento de biomoléculas

Exposição à luz

Ausência de luz

Cis-trans isomerization of retinal

Alteração controlada das características químicas e físicas da membrana:

Alteração do carácter hidrofóbico

Alteração do tamanho de poro

Mimetização dos sistemas biológicos

Fluxo de permeado

Redução da colmatação membranar

Melhor selectividade

Aumento do fluxo de permeadoMembrana modificada

Trans-cis isomerization with the increase of the dipole moment

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.

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.

Visualização da proteína corada com uma sonda fluorescente.

Estrutura da enzima modelo, retirada do Protein Data bank.

Ciência 2007

Monitorização de alterações estruturais e funcionais de proteínas induzidas por ultrafiltração

Interacções proteína-membrana

Tensão de corte dentro dos

poros

Agitação

Interacções proteína-proteína

Tensão de corte tangencial

Fluorescência

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

0

5

10

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20

25

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RP

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[(

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t) / C

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TMP (bar)

Enzymatic activity of feed

Membrana PES

Membrana RC

Ret

Ret100 kDa

30 kDa

30 kDa

10 kDa

2. Alterações funcionais da peroxidase

300 320 340 360 380 400 4200

20

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80

100

120

Inte

nsid

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(a.u

.)

em(nm)

1. Alterações estruturais da peroxidase

Proteína antes da ultrafiltração

Proteína apósultrafiltração

permeados

retido

Alimentação

Triptofano sonda intrínseca fluorescente

Objectivos

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

Horseradish peroxidase

Heme group

Trp117

Ciência 2007

Bio(Nano)Tecnologia

Design Molecular (Proteína-Receptor) Síntese Combinatorial

BIOSEPARAÇÃOBIOSENSORES

PROJECTOSMiniaturização de bibliotecas combinatoriais (Fundação Calouste Gulbenkian)Biosensores Acústicos (Institute of Biotechnology, University of Cambridge)

Nutracêuticos

ProteínasRecombinantes

Ciência 2007

Carrageenan/pectin film with mica flakes

SEM

POM

Carrageenan/pectin film with mica flakes

SEM

POM

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

Produção, extracção, caracterização e utilização de polissacáridos de origem bacteriana

• Sub-produtos do biodiesel

(glicerol)

Projecto:

Produção de Biopolímeros a partir de Glicerol, Sub-produto da Produção do Biodiesel. ENERSIS, 2005-2008.

Filmes biodegradáveis para embalagens

Libertação controlada de fármacos

Extracção

Utilização

Ciência 2007

Bioprodução de PHA

Extracção

Biopolímero

Produção de polihidroxialcanoatos (PHA) a partir de sub-produtos industriais

Grânulos de PHA

Melaços Soro de leite Sub-produtos do biodiesel (glicerol)

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

Projectos

Ciência 2007

Sistemas biológicos híbridossemi-paramétricos

…a ponte entre duas Ciências

efm1 efm2 efm3

efm4

Biomass synthesis: 0.0208 Glc + 0.0377 Gln + 0.0133 Ala Xv (Europa et al. 2003)

Product synthesis: 0.0104 Gln + 0.0112 Ala IgG1-IL2 (www.rcsb.org)

efm5

efm6

efm1 efm2 efm3

efm4

Biomass synthesis: 0.0208 Glc + 0.0377 Gln + 0.0133 Ala Xv (Europa et al. 2003)

Product synthesis: 0.0104 Gln + 0.0112 Ala IgG1-IL2 (www.rcsb.org)

efm5

efm6

“Systems Biology”Engenharia de Bioprocessos

Instituto de Tecnologia Química e Biológica (ITQB)

Instituto de Biologia Experimental e Tecnológica (IBET)

De forma a melhorar…

Conhecimento metabólico ProdutividadeControlo bioquímico Eficiência global

Ciência 2007

Produção de biodiesel por transesterificação de óleos vegetais

Remoção contínua do glicerol durante a produção de biodiesel, através do uso de um reactor de membrana catalítica

Utilização de catalisadores ácidos sólidos, reutilizáveis

MEMBRANE

METHANOL

SOYBEAN OIL

1 1 12

3

45 6

7

8

9

1 102

3

45 6

7

8

91 1 0

Reactor de membrana

Membrana catalítica

Ciência 2007

Despolimerização catalítica de resíduos de materiais plásticos

Cristalization

CalcinationWashing

Mixing

Spray Drier

Post exchange

Filtration

Preparação dos catalisadores

Cristalization

CalcinationWashing

Mixing

Spray Drier

Post exchange

Filtration

Cristalization

CalcinationWashing

Mixing

Spray Drier

Post exchange

Filtration

Preparação dos catalisadores

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

Carvão activado

Remoção de metais em fase líquida usando o carvão activado

Cr 58 mg/g

Fe 28 mg/g

Cu 32 mg/g Ni

15 mg/gCo

18 mg/g

Instalação piloto para a obtenção do carvão activado

Mistura de resíduos para obtenção de carvão activado

Project NATO Science for Peace

Biomassa Carvão bituminoso Resíduos de petróleo 25% 25% 50%

NATO NATO SfPSfP projectproject 977984977984NATO NATO SfPSfP projectproject 977984977984

Remoção de metais em fase líquidausando carvão activado

Ciência 2007

Remoção de poluentes aniónicos embio-reactor de membranas de permuta iónica

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

IEMBPatente

nº WO0140118

Conceito

Vantagens

Previne a contaminação secundária da água

Evita necessidade de tratamento de lixiviados

Vaso Agitado

Água Poluida Água Tratada

Alimentação ao Biorreator

Effluent do Biorreactor

Circuito Biológico

Circuito da Água

Módulo de Membranas

Set-up do IEMB Remoção de Poluentes

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