ISEP - DM – Biorrecursos
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Browsing ISEP - DM – Biorrecursos by Field of Science and Technology (FOS) "Ciências Naturais"
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- Desenvolvimento de uma célula de combustível enzimática de glicose/O2 baseada em papelPublication . Pinto, Ricardo Jorge Fraga; Morais, Simone BarreiraA crescente preocupação com as mudanças climáticas e a necessidade de reduzir as emissões de gases com efeito de estufa têm aumentado a procura por soluções energéticas mais limpas e sustentáveis, assim como a utilização de materiais mais amigos do ambiente e reutilizáveis. Neste contexto, a presente dissertação propõe o desenvolvimento de uma célula de biocombustível enzimática de glicose/O₂ (EBFC), utilizando papel como substrato para os elétrodos, minimizando e reduzindo o uso de material, com o intuito de aumentar a sustentabilidade ambiental no fabrico de dispositivos analíticos. A EBFC é composta por dois bioelétrodos, com imobilização das enzimas glicose desidrogenase (bioânodo) e bilirrubina oxidase (biocátodo). A seleção do nanomaterial adequado para a construção dos elétrodos foi realizada utilizando voltametria cíclica (CV), uma técnica eletroquímica que permite comparar a eficiência de diferentes nanomateriais em termos de transferência eletrónica e atividade de oxidaçãoredução. Foram testados dois nanomateriais de carbono (carbono mesoporoso e negro de fumo), bem como dois solventes diferentes na sua dispersão, nomeadamente N,Ndimetilformamida (DMF) e dodecil sulfato de sódio (SDS) tendo-se verificado que o carbono mesoporoso, dispersado em DMF, apresentou o melhor desempenho, sendo então selecionado para a construção dos biossensores. Este material demonstrou uma capacidade superior de imobilização de enzimas, facilitando a transferência direta de eletrões e aumentando a eficiência dos processos redox. Os bioelétrodos desenvolvidos com base neste nanomaterial foram inicialmente caracterizados como biossensores para os seus substratos (glicose e O2) usando as técnicas CV e amperometria. No caso do biossensor de glicose, foram alcançados resultado com uma sensibilidade de 3,33 μA/mM e um limite de deteção (LOD) de 0,049 mM. Já no biossensor de oxigénio, obteve-se uma sensibilidade de 32,54 μA/mM, com um LOD de 0,002 mM. A célula de combustível enzimática glicose/O2 foi então construída usando o bioelétrodo papel(MC)/GDH, como ânodo, e bioelétrodo papel(MC)/BOx, como cátodo. As curvas de polarização da célula de combustível permitiram analisar o seu desempenho energético. A potência máxima gerada pela célula foi de 0,13 μW na presença de glicose, um valor baixo, mas suficiente para aplicações em biossensores de baixo consumo energético. Apesar da potência gerada ser relativamente baixa, a EBFC desenvolvida demonstra um elevado potencial para ser utilizada como um biossensor autossuficiente na determinação de glicose, especialmente em dispositivos biomédicos portáteis. Esta tecnologia inovadora representa um passo importante na criação de soluções sustentáveis e ecológicas para a monitorização de saúde, alinhando-se com as exigências atuais de energias renováveis e dispositivos autossustentáveis.
- From chestnut waste to biocomposite prototype candle holderPublication . Silva, Simão Baptista da; Domingues, Valentina Maria FernandesThis dissertation focuses on the production of biocomposites using non-commercial chestnut waste, a byproduct of the chestnut industry in Portugal from Sortegel, with the specific aim of creating a functional, sustainable, and biodegradable alternative to conventional plastic products. Chestnut with shell, rich in lignin, cellulose, and starch, was used as both matrix and reinforcement. After optimizing the composition of chestnut-based materials to enhance their mechanical properties, water resistance, thermal behavior, and degradability, the next goal was to apply these findings by developing a practical product—a candle holder—using a customdesigned press created for this purpose. Using a Box-Behnken Design (BBD) model, the optimal mechanical composition for the biocomposite was identified as 70% chestnut, 0% glycerol, and 120 °C. Water interaction tests demonstrated that shellac-treated composites exhibited superior water resistance, absorbing significantly less water compared to the glycerol-containing and chestnut-only composites. Regarding thermal conductivity tests, it was confirmed that the chestnut-based composite acts as a thermal insulator. Thermal analysis revealed that the addition of glycerol improved flexibility by reducing the glass transition temperature. Both chestnut-based composites, with and without shellac, fully degraded within 120 days, confirming their degradability. Finally, a Life Cycle Assessment (LCA) was conducted to evaluate and ensure that the most functional composition is also the most sustainable. The LCA compared chestnut-based candle holders to both traditional polyethylene (PE) products and the current practice of burning non-commercial chestnut waste for energy generation. The results demonstrated that the process of producing candle holders from chestnut waste offers a viable alternative with significant environmental benefits, particularly in certain categories when compared to PE, with the scenario—73% chestnut without glycerol or shellac at 120°C—emerging as the most environmentally favorable. This dissertation highlights the potential of chestnut waste for eco-friendly biocomposites, with the candle holder offering a sustainable, functional, and degradable alternative. Further optimization and broader applications are crucial to maximizing environmental and economic benefits.