Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/21184
Title: Difusividades de compostos bioativos em CO2 supercrítico
Author: Leite, Jorge Filipe Cruz Costa
Advisor: Silva, Carlos Manuel Santos
Magalhães, Ana Luísa Carvalho
Keywords: Engenharia química
Ácido gálico
Fluidos supercríticos
Dióxido de carbono
Defense Date: 19-Aug-2016
Publisher: Universidade de Aveiro
Abstract: Atualmente é premente a existência de dados experimentais de coeficientes de difusão binária, em particular em dióxido de carbono supercrítico (SC–CO2). Os sistemas ternários não são exceção, dado o interesse de difusividades de solutos em misturas de solventes. Conhecido o papel determinante dos compostos bioativos na saúde humana, surge o principal objetivo desta dissertação, que tem por alicerce fundamental a medição de difusividades do ácido gálico tanto em etanol líquido puro como em SC–CO2 modificado com etanol (cossolvente). Realizaram-se ainda medições de difusividade de oxiacetilacetonato de titânio (TiO(acac)2) em etanol líquido puro. Recorreu-se ao método cromatográfico de abertura de pico (CPB) para todas as medições efetuadas. A determinação de difusividades em SC–CO2 com cossolvente foi feita pela primeira vez na Universidade de Aveiro com este trabalho. Preparou-se uma solução de ácido gálico em etanol (sistema binário), tendo-se medido a sua difusividade primeiro em etanol líquido puro no intervalo de temperaturas 303,15−333,15 K e de pressões 1−100 bar, encontrando-se os seus valores entre 4,85×10−6 a 9,05×10−6 cm2∙s−1, e, posteriormente, em SC–CO2 modificado com etanol, no intervalo 313,15−333,15 K e 150−250 bar, obtendo-se valores entre 3,26×10−5 a 4,98×10−5 cm2∙s−1. As medições do TiO(acac)2 em etanol líquido puro forneceram valores entre 1,03×10−5 a 2,00×10−5 cm2∙s−1 no intervalo de temperaturas 303,15−333,15 K e de pressões 1−100 bar. Procedeu-se ainda à pesquisa, programação e validação de equações para estimar a densidade e a viscosidade do etanol líquido puro e de SC–CO2 modificado com etanol. Utilizaram-se as equações de Tait (densidade) e de Mamedov (viscosidade) para etanol líquido puro e, para misturas SC–CO2 com etanol, a equação de estado Soave-Redlich-Kwong (densidade) e a equação de Kendall-Monroe (viscosidade). Finalmente estudou-se o comportamento da difusividade com a temperatura, a pressão, a densidade do solvente e em coordenadas Stokes-Einstein. Recorrendo-se à modelação, compararam-se os valores experimentais com os calculados por equações hidrodinâmicas, de volume livre e empíricas. Alcançaram-se erros globais médios pequenos pelos modelos de volume livre de Dymond-Hildebrand-Batchinsky (1,6%−5,7%), TLSMd (5,6%) e pelas correlações empíricas de Magalhães et al. (0,9%−3,7%). Provou-se que as equações empíricas de Magalhães et al. são particularmente adequadas para calcular a difusividade do ácido gálico nas condições indicadas, tanto em etanol líquido puro como em SC–CO2 modificado com etanol.
Currently there is a demand for experimental data comprising diffusion coefficients, in particular for systems that contain supercritical carbon dioxide (SC−CO2) as a solvent. The ternary systems are no exception, due to the interest of such data in solvent mixtures. It is known the determining role of the bioactive compounds on human health, so the main purpose of this dissertation is fundamentally based on the experimental measurements of diffusivity of gallic acid both in pure liquid ethanol and SC−CO2 modified with ethanol (cosolvent). Measurements of tracer diffusion coefficients of Titanium (IV) oxyacetylacetonate (TiO(acac)2) in pure liquid ethanol, were also performed. Furthermore, the Taylor-Aris chromatographic peak broadening (CPB) method was used for the measurements of diffusivity. With this work, the determination of diffusivity in SC−CO2 with cosolvent was accomplished at the University of Aveiro for the first time. A solution of gallic acid was prepared in ethanol (binary system), and diffusivities were firstly measured in pure liquid ethanol for the temperature range of 303.15−333.15 K and pressure range of 1−100 bar. The obtained diffusivities were between 4.85×10−6 and 9.05×10−6 cm2∙s−1. Thereafter, for gallic acid in SC−CO2 containing ethanol as a modifier, the diffusivity was measured for the ranges of 313.15−333.15 K and 150−250 bar, yielding values between 3.26×10−5 and 4.98×10−5 cm2∙s−1. Thirdly, diffusivity measurements of TiO(acac)2 in pure liquid ethanol gave rise to values between 1.03×10−5 and 2.00×10−5 cm2∙s−1 for the temperature and pressure ranges of 303.15−333.15 K and 1−100 bar, respectively. Also in this work, programming and validation of equations to estimate the density and viscosity for pure liquid ethanol and SC−CO2 modified with ethanol, was performed. Accordingly, the Tait equation (density) and Mamedov equation (viscosity) for pure liquid ethanol were used, as well as the Soave-Redlich-Kwong equation of state (density) and the Kendall-Monroe equation (viscosity) for SC−CO2 mixtures with ethanol. Finally, the behaviour of diffusivity with temperature, pressure, solvent density and in Stokes-Einstein coordinates was also studied. A set of hydrodynamic, free-volume and empirical equations from the literature was used to compare the experimental diffusivity values with those calculated. The best results were achieved by the free-volume models of Dymond-Hildebrand-Batchinsky (1.6%−5.7%), TLSMd (5.6%) and through the empirical correlations of Magalhães et al. (0.9%−3.7%). It was proved that the empirical equations of Magalhães et al. were particularly suitable to calculate the diffusivity of gallic acid under the studied conditions, either of pure liquid ethanol or SC−CO2 modified with ethanol.
Description: Mestrado Engenharia Química
URI: http://hdl.handle.net/10773/21184
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DQ - Dissertações de mestrado

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