Breaking of model emulsions aiming at biofuels production

Este trabalho teve como objetivo estudar a desestabilização de emulsões visando desenvolver processos tecnológicos para a produção fermentativa de biocombustíveis. Os sistemas foram compostos por água deionizada, hexadecano e levedura comercial Saccharomyces cerevisiae. Para avaliar o efeito da levedura na estabilização das emulsões sua concentração foi variada de 0,75 a 22,11% (m/m). As leveduras foram caracterizadas quanto à composição química, hidrofobicidade superficial e densidade de carga. As emulsões obtidas foram submetidas a análises de estabilidade e composição química das fases, distribuição do tamanho das gotas, microscopia óptica, microscopia de fluorescência, densidade de carga, medidas reológicas e tensiometria. A separação do óleo foi realizada com diferentes processos físicos e químicos: centrifugação, alterações de temperatura e adição de diferentes agentes desemulsificantes. Como agentes desemulsificantes foram usados sais, polímeros catiônicos, alcoóis, ácidos, bases e nanopartículas magnéticas. Estes agentes foram adicionados em diferentes concentrações para averiguar sua influência na eficiência de separação do óleo, na distribuição de tamanho de gotas e potencial zeta das emulsões. As emulsões obtidas inicialmente, após um período de 24 horas de estabilização, apresentaram-se em três fases distintas: a fase superior ou creme, a fase intermediária e a fase de sedimentado. A fase creme das emulsões apresentou-se estável por um período de sete dias, indicando que os mecanismos responsáveis por sua estabilidade estavam associados à formação de compostos pela levedura, ao aumento da viscosidade, causado pelo empacotamento das gotas, e uma possível repulsão eletrostática entre as gotas. O mecanismo de estabilização por Pickering também foi considerado como relevante no início do processo. A maior parte dos processos de desestabilização foi baseada na interação eletrostática entre os componentes presentes na interface, e os compostos desemulsificantes adicionados. O uso de forças centrífugas, por um período de 2 horas, não foi suficiente para causar a separação total dos componentes da emulsão e as temperaturas utilizadas não reduziram a viscosidade a ponto de ocorrer a separação total dos componentes. A utilização de um álcool (butanol) levou a um índice de separação de óleo de 96%. A separação do óleo foi mais eficiente quando as estratégias adotadas de se reduzir a viscosidade mediante o aumento da temperatura, solubilizar o óleo em alcoóis com maior afinidade química e a formação de complexos eletrostáticos foram combinadas com aplicação de elevada força mecânica. Neste caso, a desestabilização da fase creme das emulsões utilizando extração alcoólica foi de 100%. No entanto após o processo de desemulsificação seria necessária uma etapa adicional para a separação e recuperação do solvente de forma a se obter o óleo puro. A utilização de nanopartículas magnéticas levou a um índice de separação de óleo de 96%, sendo considerada uma alternativa viável para a desestabilização deste tipo de emulsãoThis work aimed to study the destabilization of emulsions to develop technological processes for the fermentative production of biofuels. The systems were composed of deionized water, hexadecane and commercial yeast Saccharomyces cerevisiae. To evaluate the stability of the emulsions the yeast concentration was varied from 0.75 to 22.11 % (w/w). The yeasts were characterized for chemical composition, surface hydrophobicity and charge density. The emulsions obtained were analyzed for stability and chemical composition of the phases, droplet size distribution, optical microscopy, fluorescence microscopy, charge density, rheological measurements and tensiometry. The oil separation was performed with different physical and chemical processes: centrifugation, changes in temperature and addition of demulsifiers agents. Salts, cationic polymers, alcohols, acids, bases, and magnetic nanoparticles were used as demulsifiers. These agents were added at different concentrations to determine their influence on the efficiency of oil separation, droplet size distribution and zeta potential of the emulsions. The emulsions obtained after 24 hour of stabilization presented three distinct phases: the upper or cream phase, the intermediate phase and the sedimented phase. The cream phase of the emulsion was stable for seven days, indicating that the mechanisms responsible for its stability were associated with the formation of compounds by the yeast, the increase in viscosity caused by the packing of the droplets, and a possible electrostatic repulsion between the drops. Initially the mechanism of Pickering stabilization was also regarded as important in the process. Most destabilization processes was based on electrostatic interaction between the components present in the interface and the demulsifiers added. The use of centrifugal forces for 2 hours was insufficient to cause total separation of the components of the emulsion and the temperature used did not reduce the viscosity to the point of occurring total separation of the components. The use of an alcohol (butanol) led to an oil separation index of 96%. The oil separation was more effective when strategies adopted to reduce the viscosity by increasing the temperature, to solubilize the oil in alcohols with greater chemistry affinity and the formation of electrostatic complexes were combined with the application of high mechanical force. In this case, the destabilization of the cream phase of emulsions using alcohol extraction was 100%. However after the demulsification process would require an additional separation and recovery of the solvent to give the pure oil phase. The use of magnetic nanoparticles led to an oil separation index of 96 % and is considered a viable alternative to the destabilization of this type of emulsio