Seleção de solventes para a extração do ácido lático em soluções aquosas por meio do modelo UNIFAC

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Data
2022-02-02
Autores
Cunha, Richard da Silva [UNIFESP]
Orientadores
Silva, Luciana Yumi Akisawa [UNIFESP]
Tipo
Trabalho de conclusão de curso de graduação
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Resumo
O ácido lático é uma substância muito utilizada nos diversos setores da indústria mundial. De fato, sua importância é observada no âmbito alimentício, cosmético, farmacêutico, têxtil etc. A produção de ácido lático pode ser feita por via química (sintética) ou via fermentativa (através de microrganismos produtores da substância), sendo esta a mais utilizada mundialmente devido sua vantagem econômica e sua maior facilidade de aplicação. Entretanto, há a necessidade de separá-lo do mosto/meio fermentativo utilizando-se de métodos eficientes, viáveis economicamente, menos nocivos ao meio ambiente e de fácil aplicação. Um dos métodos de separação mais promissores é o de extração líquido-líquido, que envolve a adição de um solvente com características desejáveis, como elevada seletividade, maior afinidade com o soluto que se deseja extrair, menor custo, menor toxicidade aos microrganismos etc. Uma etapa muito importante no projeto da extração líquido-líquido é a seleção de solventes. No entanto, a seleção de solventes por meio da determinação experimental de dados de equilíbrio líquido-líquido, demanda tempo, envolve custos e gera resíduos. Assim, uma alternativa promissora, é realizar a seleção de solventes com auxílio dos modelos termodinâmicos, que permitem a estimativa dos coeficientes de atividade e por conseguinte a determinação do coeficiente de partição, seletividade e capacidade do solvente. De fato, neste presente trabalho fora realizada a seleção de solventes usando o modelo termodinâmico UNIFAC que é um modelo de contribuição de grupos. Foram coletados 51 solventes da literatura para o cálculo de seus parâmetros: coeficiente de atividade a diluição infinita, seletividade e potencial do solvente, estes parâmetros relacionam-se com o índice de desempenho do solvente (PI – “Performance Index”) em extrair o ácido lático; além disso, foram calculados os valores dos coeficientes de partição octanol-água (Kow) para cada um dos solventes, para averiguar a respectiva toxicidade às bactérias fermentadoras. Com os valores calculados, observou-se que os solventes: p-cimeno, pineno e Limoneno (hidrocarbonetos), pentilcicloexanol, 1-decanol e 2-etil-nonanol (álcoois) apresentam maiores valores de log (Kow) consequentemente, menores riscos de toxicidade para as bactérias fermentadoras, embora possuam (todos eles) baixos valores de PI.
Lactic acid is a substance widely used in various sectors of world industry. In fact, its importance is observed in the food, cosmetic, pharmaceutical, textile etc. The production of lactic acid can be done chemically (synthetic) or via fermentation (through microorganisms that produce the substance), which is the most used worldwide due to its economic advantage and its greater ease of application. However, there is a need to separate it from the wort/fermentation medium using efficient methods, economically viable, less harmful to the environment and easy to apply. One of the most promising separation methods is the liquid-liquid extraction method, which involves the addition of a solvent with desirable characteristics, such as high selectivity, greater affinity with the solute to be extracted, lower cost, less toxicity to microorganisms, etc. A very important step in the design of liquidliquid extraction is the selection of solvents. The selection of solvents through the experimental determination of liquid-liquid equilibrium data is time consuming, costly and generate waste. A promising alternative is to carry out the selection of solvents with the aid of thermodynamic models, which allow the estimation of the activity coefficients and, consequently, the determination of the partition coefficient, selectivity, and solvent capacity. In fact, in this present work the selection of solvents was performed using the UNIFAC thermodynamic model, which is a contribution group method. 51 solvents from the literature were collected to calculate their parameters: infinite dilution activity coefficient, selectivity, solvent power, these parameters are related to the performance index solvent (PI) to extract lactic acid; and the values of the octanol-water partition coefficients (Kow) were calculated for each one of the solvents, to verify the respective toxicity to the fermenting bacteria. With the calculated values, it was observed that solvents: p-cimene, pinene and limonene (hydrocarbons), pentylcyclohexanol, 1-decanol and 2-ethyl-nonanol (alcohols) have higher log(Kow) values consequently, lower risks of toxicity to fermenting bacteria, although they have (all of them) lower PI values.
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