Avaliação da influência de nanopartículas de ferro e níquel na produção fermentativa de hidrogênio em reatores em batelada e contínuo

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Moura, Alana Gandra Lima de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Clostridium butyricum; Lactobacillus; ácido valérico; Anaerobic Fluidized Bed Reactor; Central Rotational Composite Design; Delineamento Composto Central Rotacional; qPCR; Reator Anaeróbio de Leito Fluidificado; valeric acid; vinasse; vinhaça
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18138/tde-31032022-155207/

Neste estudo as propriedades químicas de nanomateriais, incluindo sua maior área superficial e atividade reacional, foram utilizadas na suplementação de metais em reatores em batelada e contínuos (Reatores Anaeróbios de Leito Fluidificado – RALF operados em TDH de 3 h), e desta forma, a comparação entre reatores com nanopartículas (NPs) de ferro e níquel e reatores controle sem a adição das NPs foi realizada para avaliar sua influência em três configurações de processo fermentativo: (1) Nos reatores batelada alimentados com meio RCM e inoculados com a cultura pura C. butyricum foi aplicado planejamento experimental estatístico (Plackett-Burman e Delineamento Composto Central Rotacional). Sob tais condições, a adição de NPs de ferro (30 mg Fe0 L -1) e níquel (20 mg Ni0 L -1) foi favorável para otimização da produção de H2. Todavia, a adição de NPs de níquel acima de 50 mg L-1 foi desfavorável para a produção de H2. Além disso, a rota de produção de ácido valérico (ácido de alto valor agregado no mercado) foi favorecida em detrimento a de ácido acético e butírico quando NPs foram adicionadas ao meio. No reator em batelada com NPs foi observada maior quantidade e menor expressão da enzima hidrogenase quando comparado ao reator controle; (2) Nos reatores contínuos alimentados com glicose e inoculados por autofermentação e bioaumentação com C. butyricum, a imobilização de metais no material suporte (argila expandida) e consequente maior disponibilidade de ferro e níquel no meio reacional favoreceu a maior produção de Ácidos Orgânicos Voláteis (AOVs), quando comparado ao reator controle. Além disso, a adição de NPs influenciou nas rotas metabólicas, com maior concentração de ácidos acético e butírico no RALF - NP e ácido lático no RALF - Controle. Maior abundância relativa (48,8%) de bactérias semelhantes a Lactobacillus foi observada no biofilme do RALF-NP. (3) Nos reatores contínuos alimentados com vinhaça e inoculados com lodo anaeróbio bioaumentado com C. butyricum, a composição de H2 no biogás foi significativamente maior no RALF - NP quando comparado ao RALF - Controle. A diminuição da concentração de ácido lático no processo fermentativo da vinhaça foi observada em ambos os reatores e em todas as etapas operacionais. Durante a etapa II (4 gcarb L -1), as NPs metálicas favoreceram genes relacionados às primeiras etapas da digestão da vinhaça, com maiores percentuais das enzimas beta-glucosidase, glucoquinase e piruvato-ferredoxina oxidoredutase que se relacionam com maior abundância relativa de Bacteroides e Prevotella. No entanto, quando alimentado com vinhaça (7 gcarb L -1) (etapa III), L- e D-lactato desidrogenase, 3-hidroxibutiril-CoA desidrogenase, acetato quinase, piruvato quinase e flavoproteína fumarato redutase foram as enzimas favorecidas na presença de NPs. Estas enzimas estão relacionadas às etapas finais da remoção de compostos orgânicos da vinhaça. Além disso, sob tais condições foi observada maior abundância relativa de Lactobacillus (11,4%) e Secundilactobacillus (7,5%).