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Tipo: Tese
Título: Exploring the potential of eversa transform 2.0 to produce high-performance biolubricants: from biocatalyst design to tribological studies
Autor(es): Monteiro, Rodolpho Ramilton de Castro
Orientador: Vieira, Rodrigo Silveira
Coorientador: Luna, Francisco Murilo Tavares de
Palavras-chave em português: Biolubrificante;Eversa Transform 2.0;Imobilização de lipase;Taguchi, Métodos (Controle de qualidade);Tribologia;Lubrificação e lubrificantes;Catalisadores
Palavras-chave em inglês: Biolubricant;Eversa Transform 2.0;Lipase immobilization;Taguchi methods (Quality control);Tribology;Lubrication and lubricants;Catalysts
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Data do documento: 2025
Citação: MONTEIRO, Rodolpho Ramilton de Castro. Exploring the potential of eversa transform 2.0 to produce high-performance biolubricants: from biocatalyst design to tribological studies. 2024. 202 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Resumo: Biolubrificantes são uma alternativa sustentável aos lubrificantes minerais. Da mesma forma, biocatalisadores são uma alternativa sustentável aos catalisadores químicos. Eversa Transform 2.0 (ETL) é um biocatalisador de baixo custo projetado a partir da lipase de Thermomyces lanuginosus (TLL). ETL foi projetado para produzir biodiesel; no entanto, o escopo de especificidade da ETL é aqui explorado empregando álcoois ramificados e polióis para produzir biolubrificantes de alto desempenho. Primeiramente, ETL livre foi empregada na esterificação de 2-etil-1- hexanol com os ácidos graxos livres (AGLs) do óleo de mamona. Alguns parâmetros do processo foram avaliados pelo método Taguchi, atingindo mais de 95% de conversão sob condições otimizadas de reação (15% de biocatalisador, razão molar 1:4 (ácido/álcool), 30 °C, 180 rpm, 96 h). Os ésteres de 2-etil-1-hexanol exibiram estabilidade oxidativa melhorada em comparação com a matéria-prima (0,18 h versus 16,83 h); e, em comparação com um lubrificante 20W-50, os ésteres de 2-etil-hexanol exibiram um coeficiente de atrito (CA) menor (0,052 versus 0,078). Em outro estudo, ETL e TLL foram imobilizadas em uma resina macroporosa de metacrilato contendo grupos octadecil (C18) por ativação interfacial; então, ETL@C18 e TLL@C18 foram comparados com seus homólogos livres e com TLL comercialmente imobilizada (Lipozyme® TL IM) na esterificação de neopentilglicol (NPG) com os AGLs do óleo de soja. O ETL@C18 superou todos os biocatalisadores testados, atingindo uma conversão de 98% (3% de biocatalisador, 2:1 (ácido/álcool), 45 °C, 180 rpm, 6 h). O ETL@C18 reteve aproximadamente 90% de conversão após 10 reutilizações. Os ésteres de NPG apresentaram maior índice de viscosidade (190,84 versus 215,86) e estabilidade oxidativa (0,10 h versus 1,34 h) do que a matéria-prima; e menor CA (0,049 versus 0,064) e diâmetro da cicatriz de desgaste (139,03 μm versus 151,43 μm) do que um lubrificante 20W-50. ETL@C18 também superou ETL livre, bem como a lipase Candida antarctica livre e imobilizada em C18 (CALA@C18) na hidrólise de óleo de coco residual (OCR), atingindo hidrólise completa sob condições de reação otimizadas (9% de biocatalisador, 1:2 (óleo/água), 50 °C, 180 rpm, 3 h) e mantendo 85% de hidrólise após 10 reutilizações. Finalmente, ETL@C18, CALA@C18 e suas combi-lipases foram avaliadas na hidroesterificação de OCR com trimetilolpropano (TMP). As combi-lipases superaram os biocatalisadores individuais, atingindo hidrólise completa (99,63%) sob condições otimizadas de reação (9% de biocatalisador, 1:2 (óleo/água), 40 °C, 240 rpm e 2 h) e conversão completa (99,82%) sob condições otimizadas de reação (5% de biocatalisador, 3:1 (ácido/álcool), 50 °C e 180 rpm e 8 h). As combi-lipases 0,75ETL@C18 + 0,25CALA@C18 mantiveram 83% de hidrólise, enquanto as combi-lipases 0,5ETL@C18 + 0,5CALA@C18 mantiveram 94% de esterificação após 10 reutilizações. Os ésteres de TMP apresentaram um índice de viscosidade maior do que a matéria-prima (162,66 versus 126,90) e um CA menor do que um lubrificante 20W-50 (0,066 versus 0,074). No geral, ETL@C18 apresentou um desempenho adequado na preparação de AGLs para produzir biolubrificantes, bem como na produção de biolubrificantes de alto desempenho a partir de diferentes matérias-primas – de ácido graxo hidroxilado a saturados; de álcool ramificado a triol.
Abstract: Biolubricants are a sustainable alternative to mineral-based lubricants. Similarly, biocatalysts are a sustainable alternative to chemical catalysts. Eversa Transform 2.0 (ETL) is a low-cost biocatalyst engineered from the lipase from Thermomyces lanuginosus (TLL). ETL was designed to produce biodiesel; however, the specificity scope of ETL is herein explored by employing branched alcohols and polyols to produce high-performance biolubricants. Firstly, free ETL was employed in the esterification of 2-ethyl-1-hexanol with the free fatty acids (FFAs) from castor oil. Some process parameters were evaluated by the Taguchi method, reaching over 95% of conversion under optimized reaction conditions (15 wt.% of biocatalyst, 1:4 molar ratio (acid/alcohol), 30 °C, 180 rpm, 96 h). The 2-ethyl-1-hexanol-esters exhibited improved oxidative stability compared to the feedstock (0.18 h to 16.83 h); and, compared to a 20W-50 lubricant, the 2-ethylhexanol-esters exhibited a lower friction coefficient (FC) (0.052 versus 0.078). In another study, ETL and TLL were immobilized on a methacrylate macroporous resin containing octadecyl groups (C18) by interfacial activation; then, ETL@C18 and TLL@C18 were compared to their free counterparts and to commercially immobilized TLL (Lipozyme® TL IM) in the esterification of neopentylglycol (NPG) with the FFAs from soybean oil. ETL@C18 surpassed all tested biocatalysts, reaching a conversion up to 98% (3 wt.% of biocatalyst, 2:1 (acid/alcohol), 45 °C, 180 rpm, 6 h). ETL@C18 retained approximately 90% of conversion after 10 reuses. The NPG-esters presented higher viscosity index (190.84 versus 215.86) and oxidative stability (0.10 h versus 1.34 h) than the feedstock; and lower FC (0.049 versus 0.064) and wear scar diameter (139.03 μm versus 151.43 μm) than a 20W-50 lubricant. ETL@C18 also surpassed free ETL as well as free and C18-immobilized lipase from Candida antarctica (CALA@C18) in the hydrolysis of residual coconut oil (RCO), reaching full hydrolysis under optimized reaction conditions (9 wt.% of biocatalyst, 1:2 (oil/water, w/w), 50 °C, 180 rpm, 3 h) and maintaining up to 85% of hydrolysis yield after 10 reuses. Finally, ETL@C18, CALA@C18 and their combi- lipases were evaluated in the hydroesterification of RCO with trimethylolpropane (TMP). The combi-lipases outperformed the single biocatalysts, reaching full hydrolysis (99.63%) under optimized reaction conditions (9 wt.% of biocatalyst content, 1:2 (oil/water), 40 °C, 240 rpm and 2 h) and full conversion (99.82%) under optimized reaction conditions (5 wt.% of biocatalyst content, 3:1 (acid/alcohol), 50 °C and 180 rpm and 8 h). The 0.75ETL@C18 + 0.25CALA@C18 combi-lipases maintained 83% of hydrolysis whereas the 0.5ETL@C18 + 0.5CALA@C18 combi-lipases maintained 94% of esterification after 10 reuses. The TMP-esters presented a higher viscosity index than the feedstock (162.66 versus 126.90) and a lower FC than a 20W-50 lubricant (0.066 versus 0.074). Overall, ETL@C18 presented a suitable performance in the preparation of FFAs to produce biolubricants as well as in the production of high- performance biolubricants from different feedstocks – from hydroxyl to saturated fatty acid; from branched alcohols to triols.
Descrição: Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/82440
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/8402803011706998
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0003-4569-9655
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/8635194231800099
Currículo Lattes do Coorientador: http://lattes.cnpq.br/9515868229218114
Tipo de Acesso: Acesso Embargado
Aparece nas coleções:DEQ - Teses defendidas na UFC

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