Studies on metal complex formation of environmentally friendly aminopolycarboxylate chelating agents

Aminopolykarboksyylaatteja, kuten etyleenidiamiinitetraetikkahappoa (EDTA), on käytetty useiden vuosikymmenien ajan erinomaisen metalli-ionien sitomiskyvyn vuoksi kelatointiaineena lukuisissa sovelluksissa sekä analytiikassa että monilla teollisisuuden aloilla. Näiden yhdisteiden biohajoamattomuus on kuitenkin herättänyt huolta viime aikoina, sillä niiden on havaittu olevan hyvin pysyviä luonnossa. Tämä työ on osa laajempaa tutkimushanketta, jossa on tavoitteena löytää korvaavia kelatointiaineita EDTA:lle. Tutkimuksen aiheena on kuuden kelatointiaineen metalli-ionien sitomiskyvyn kartoitus. EDTA:a paremmin luonnossa hajoavina nämä ovat ympäristöystävällisiä ehdokkaita korvaaviksi kelatointiaineiksi useisiin sovelluksiin. Työssä tutkittiin niiden kompleksinmuodostusta useiden metalli-ionien kanssa potentiometrisella titrauksella. Metalli-ionivalikoima vaihteli hieman kelatointiaineesta riippuen sisältäen magnesium-, kalsium-, mangaani-, rauta-, kupari-, sinkki-, kadmium-, elohopea-, lyijy- ja lantaani-ionit. Tutkittavat metallit oli valittu tähtäimessä olevien sovellusten, synteesissä ilmenneiden ongelmien tai ympäristönäkökohtien perusteella. Tulokset osoittavat näiden yhdisteiden metallinsitomiskyvyn olevan jonkin verran heikompi kuin EDTA:lla, mutta kuitenkin riittävän useisiin sovelluksiin kuten sellunvalkaisuprosessiin. Myrkyllisten raskasmetallien, kadmiumin, elohopen ja lyijyn kohdalla EDTA:a heikompi sitoutuminen on eduksikin, koska se yhdistettynä parempaan biohajoavuuteen saattaa alentaa tutkittujen yhdisteiden kykyä mobilisoida kyseisiä metalleja sedimenteistä. Useimmilla tutkituista yhdisteistä on ympäristönäkökulmasta etuna myös EDTA:a pienempi typpipitoisuus.

Emulgointiaineiden myrkyllisyydestä ja hajoamisesta Suomen oloissa

English summary: Toxicity and biodegradability of emulsifiers in Finnish watercources

Mechanical and Thermal Properties of Eva Blended with Biodegradable Ethyl Cellulose

In this study, biodegradable blend of Poly (Ethylene-co-Vinyl Acetate) (EVA) and Ethyl Cellulose (EC) were prepared. Ethylene vinyl alcohol (EVOH) copolymer was used as an interfacial compatibilizer to enhance adhesion between EVA and EC. The melt blended compatibilized biocomposites were examined for mechanical and thermal properties as per the ASTM standards. It has been found that the EC has a reinforcing effect on EVA leading to enhanced tensile strength and also impart biodegradability. Thus, a high loading of 50% EC could be added without compromising Much on the mechanical properties. Analysis of the tensile data using predictive theories showed an enhanced interaction of the dispersed phase (EC) and the matrix (EVA). The compatibilizing effects of EVOH on these blends were confirmed by the significant improvement in the mechanical properties comparable with neat EVA as also observed by SEM microscopy. The TGA thermograms exhibits two-stage degradation and as EC content increases, the onset temperature for thermal degradation reduces. (C) 2009 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 116: 1044-1056, 2010

Cryogenically cured hydroxyapatite-gelatin nanobiocomposite for bovine serum albumin protein adsorption and release

This research paper presents the first results on the protein adsorption and release kinetics and in vitro biodegradability of cryogenically cured hydroxyapatite-gelatin based micro/macroporous scaffolds (CHAMPS). While the adsorption and release of bovine serum albumin (BSA) protein exhibits steady state behavior over an incubation period of up to 10 days, Fourier transform infrared (FT-IR) analysis importantly confirms the absence of any change in the secondary structure of BSA proteins due to interaction with the CHAMPS scaffold. The compression properties of the CHAMPS scaffold with interconnected porosity (pore size similar to 50-200 mm) is characterized by a non-linear stress-strain response with a strength close to 5 MPa and a maximum strain of up to 24%. The slow but systematic increase in weight loss over a period of 7 days as well as apatite layer formation indicates its good bioactivity. The extensive micro-computed tomography (micro-CT) analysis establishes cancellous bone-like highly interconnected and complex porous architecture of the CHAMPS scaffold. Importantly, the excellent adsorption (up to 50%) and release (up to 60% of adsorbed protein) of BSA has been uniquely attributed to the inherent porous microstructure of the CHAMPS scaffold. Overall, the present study provides an assessment of the interaction of protein with the gelatin-hydroxyapatite macroporous scaffold in vitro, as well as reporting for the first time the efficacy of such scaffolds to release 60% of BSA loaded onto the scaffold in vitro, which is significantly higher than earlier literature reports.

Enzymatic degradation of polymers: a brief review

Recently, research on polymer has drawn much attention mainly due to the ever increasing application of these polymeric materials in several areas such as food packaging industry, agricultural industry and biomedical research. However, increasing industrial use of polymers has led to the environmentally critical issue of waste disposal. Further, the successful implication of polymeric materials in biomedical applications depends on the biodegradability of the concerned polymer. Various enzymes play an important role in the biodegradation of polymers. The present review describes the enzyme mediated biodegradation of various polymers including synthetic, natural and blends of these materials. Detailed examples of enzymatic degradation of polymers are illustrated from current scientific literature with the discussion on various factors that can influence the degradation. In addition, different techniques that are generally applied to assess the degradation process as well as degradation products have been described. Finally, a special emphasis is given to the investigation of the kinetics of polymer degradation by enzymes.

Overview of nano-drugs characteristics for clinical application: the journey from the entry to the exit point

The ever-increasing number of diseases worldwide requires comprehensive, efficient, and cost-effective modes of treatments. Among various strategies, nanomaterials fulfill most of these criteria. The unique physicochemical properties of nanoparticles have made them a premier choice as a drug or a drug delivery system for the purpose of treatment, and as bio-detectors for disease prognosis. However, the main challenge is the proper consideration of the physical properties of these nanomaterials, while developing them as potential tools for therapeutics and/or diagnostics. In this review, we focus mainly on the characteristics of nanoparticles to develop an effective and sensitive system for clinical purposes. This review will present an overview of the important properties of nanoparticles, through their journey from its route of administration until disposal from the human body after accomplishing targeted functionality. We have chosen cancer as our model disease to explain the potentiality of nano-systems for therapeutics and diagnostics in relation to several organs (intestine, lung, brain, etc.). Furthermore, we have discussed their biodegradability and accumulation probability which can cause unfavorable side effects in healthy human subjects.

Enzymatically degradable EMI shielding materials derived from PCL based nanocomposites

In this study, two different types of multiwall carbon nanotubes (MWNTs) namely pristine (p-MWNTs) and amine functionalized (a-MWNTs) were melt-mixed with polycaprolactone (PCL) to develop biodegradable electromagnetic interference (EMI) shielding materials. The bulk electrical conductivity of the nanocomposites was assessed using broadband dielectric spectroscopy and the structural properties were evaluated using dynamic mechanical thermal analysis (DMTA). Both the electrical conductivity and the structural properties improved after the addition of MWNTs and were observed to be proportional to the increasing fractions in the nanocomposites. The shielding effectiveness of the nanocomposites was studied using a vector network analyzer (VNA) in a broad range of frequencies, X-band (8 to 12 GHz) and K-u-band (12 to 18 GHz) on toroidal samples. The shielding effectiveness significantly improved on addition of MWNTs, more in the case of p-MWNTs than in a-MWNTs. For instance, at a given fraction of MWNTs (3 wt%), PCL with p-MWNTs and a-MWNTs showed a shielding effectiveness of -32 dB and -29 dB, respectively. Moreover, it was observed that reflection was the primary mechanism of shielding at lower fractions of MWNTs, while absorption dominated at higher fractions in the composites. As one of the rationales of this work was to develop biodegradable EMI shielding materials to address the challenges concerning electronic waste, the effect of different MWNTs on the biodegradability of PCL composites was assessed through enzymatic degradation. The enzymatic degradation of the samples cut from the hot pressed films by bacterial lipase was investigated. It was noted that a-MWNTs exhibited almost similar degradation rate as the control PCL sample; however, p-MWNTs showed a slower degradation rate. This study demonstrates the potential use of PCL-MWNT composites as flexible, light weight and eco-friendly EMI shielding materials.

Strength reliability and in vitro degradation of three-dimensional powder printed strontium-substituted magnesium phosphate scaffolds

Strontium ions (Sr2+) are known to prevent osteoporosis and also encourage bone formation. Such twin requirements have motivated researchers to develop Sr-substituted biomaterials for orthopaedic applications. The present study demonstrates a new concept of developing Sr-substituted Mg-3(PO4)(2) - based biodegradable scaffolds. In particular, this work reports the fabrication, mechanical properties with an emphasis on strength reliability as well as in vitro degradation of highly biodegradable strontium-incorporated magnesium phosphate cements. These implantable scaffolds were fabricated using three-dimensional powder printing, followed by high temperature sintering and/or chemical conversion, a technique adaptable to develop patient-specific implants. A moderate combination of strength properties of 36.7 MPa (compression), 242 MPa (bending) and 10.7 MPa (tension) were measured. A reasonably modest Weibull modulus of up to 8.8 was recorded after uniaxial compression or diametral tensile tests on 3D printed scaffolds. A comparison among scaffolds with varying compositions or among sintered or chemically hardened scaffolds reveals that the strength reliability is not compromised in Sr-substituted scaffolds compared to baseline Mg-3(PO4)(2). The micro-computed tomography analysis reveals the presence of highly interconnected porous architecture in three-dimension with lognormal pore size distribution having median in the range of 17.74-26.29 mu m for the investigated scaffolds. The results of extensive in vitro ion release study revealed passive degradation with a reduced Mg2+ release and slow but sustained release of Sr2+ from strontium-substituted magnesium phosphate scaffolds. Taken together, the present study unequivocally illustrates that the newly designed Sr-substituted magnesium phosphate scaffolds with good strength reliability could be used for biomedical applications requiring consistent Sr2+-release, while the scaffold degrades in physiological medium. Statement of significance The study investigates the additive manufacturing of scaffolds based on different strontium-substituted magnesium phosphate bone cements by means of three-dimensional powder printing technique (3DPP). Magnesium phosphates were chosen due to their higher biodegradability compared to calcium phosphates, which is due to both a higher solubility as well as the absence of phase changes (to low soluble hydroxyapatite) in vivo. Since strontium ions are known to promote bone formation by stimulating osteoblast growth, we aimed to establish such a highly degradable magnesium phosphate ceramic with an enhanced bioactivity for new bone ingrowth. After post-processing, mechanical strengths of up to 36.7 MPa (compression), 24.2 MPa (bending) and 10.7 MPa (tension) could be achieved. Simultaneously, the failure reliability of those bioceramic implant materials, measured by Weibull modulus calculations, were in the range of 4.3-8.8. Passive dissolution studies in vitro proved an ion release of Mg2+ and PO43- as well as Sr2+, which is fundamental for in vivo degradation and a bone growth promoting effect. In our opinion, this work broadens the range of bioceramic bone replacement materials suitable for additive manufacturing processing. The high biodegradability of MPC ceramics together with the anticipated promoting effect on osseointegration opens up the way for a patient-specific treatment with the prospect of a fast and complete healing of bone fractures. (C) 2015 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Avaliação da biodegradabilidade de compósitos à base de poliéster e amido com fibra de coco verde

Os materiais poliméricos tem sido uma das causas dos problemas ambientais discutidos em todo mundo nos últimos tempos. Como uma das soluções para esse problema, estão os polímeros biodegradáveis que são materiais que se degradam pela ação de microorganismos. Uma Indústria sediada no Brasil lançou recentemente um poliéster biodegradável que surge boa alternativa para o crescimento no mercado dos polímeros biodegradáveis, principalmente por possuir em sua composição matéria prima de fonte renovável. Neste trabalho foram preparados compósitos com matriz de poliéster biodegradável e fibra de coco verde com e sem modificação química por acetilação em misturador interno Haake. Foi estudada a biodegradabilidade em solo simulado do polímero puro e de seus compósitos e foram avaliadas as propriedades térmicas, morfológicas e mecânicas do polímero puro e de alguns de seus compósitos. O teste de biodegradabilidade foi feito pelo enterro das amostras em solo simulado por períodos distintos, variando de duas a dezessete semanas, seguindo a Norma ASTM G 160 03. Após cada período de teste, as amostras foram retiradas do solo e analisadas por microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria diferencial de varredura (DSC), espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e análise mecânica de tração. Os resultados obtidos indicaram que tanto o polímero puro quanto os seus compósitos sofreram biodegradação, a presença da fibra apenas atrasa o processo de biodegradação, as fibras de coco tiveram uma boa afinidade com a matriz polimérica, a incorporação de 5% fibra de coco na matriz torna o compósito mais rígido e a incorporação da fibra e o processo de biodegradação alteram as características da fase cristalina no material polimérico.

Avaliação da biodegradabilidade de misturas poliméricas de policarbonato/poli(-caprolactona) em solo simulado

Neste estudo foram avaliadas amostras de misturas poliméricas de Policarbonato (PC) e Poli--caprolactona (PCL) em diferentes concentrações após enterro em solo preparado, por períodos variando de uma a doze semanas, seguindo a Norma ASTM G 160 - 03. As amostras, após ficarem enterradas, foram retiradas do solo e analisadas por calorimetria diferencial de varredura (DSC), análise termogravimétrica (TGA), microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectrometria de absorção na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). Foi observado através de avaliação morfológica que houve degradação nas amostras de PCL puro e na mistura PC/PCL (60/40). Para misturas com menores teores de PCL a degradação não foi significativa no tempo de avaliação sugerido pela norma. Após o tempo de 12 semanas em contato com o solo houve uma redução no teor de cristalinidade das amostras tanto de PCL puro quanto da mistura PC/PCL com 40% de PCL. As variações ocorridas devido à biodegradabilidade não foram suficientes para acarretar perda de resistência térmica nas amostras. Verificou-se que para avaliar a biodegradabilidade de misturas contendo o polímero biodegradável PCL, é necessária uma adaptação da Norma utilizada, aumentando o tempo de enterro das amostras

Redução de carga orgânica recalcitrante de efluente de indústria gráfica por reação de fenton

A Casa da Moeda do Brasil (CMB) é uma empresa nacional, com mais de 300 anos de experiência na produção de valores e impressos de segurança. A produção de cédulas, realizada pelo Departamento de Cédulas (DECED), consiste de três etapas de impressão, off-set, calografia e tipografia, seguida de acabamento e embalagem semi-automatizado. A impressão calcográfica consome solução de limpeza, composta de soda cáustica e óleo sulfonado, para limpeza do cilindro de impressão, gerando um efluente líquido saturado de tinta. Este efluente apresenta baixa biodegradabilidade, apresentando uma relação DBO / DQO de aproximadamente 1:4. Em termos de tratabilidade, as estações de tratamento de efluentes (ETE) apresentam uma configuração convencional, por via biológica, demonstram pouca eficiência na degradação da matéria orgânica deste efluente. Com compostos recalcitrantes, torna-se necessária a inclusão de uma etapa terciária que permita sua degradação por via química, permitindo o descarte do efluente com características menos danosas ao ambiente. Neste trabalho, aplicou-se a reação de Fenton no efluente do DECED por sua capacidade de converter a matéria orgânica em gás carbônico e água ou, caso seja utilizado em pré-tratamentos, torna-os biodegradáveis. Foram estudadas diferentes condições para medir a influência de diferentes parâmetros na eficiência da reação. A reação de Fenton consiste na geração de radicais hidroxil (HO), por diferentes rotas, em quantidades suficientes para a degradação de matéria orgânica. Esses radicais são gerados a partir de peróxido de hidrogênio (H2O2) em reações com diferentes precursores como ozônio (O3), luz UV (ultravioleta), ultra-som e sais de ferro. No presente trabalho restringiu-se às reações com sais de ferro. Dentre os resultados obtidos, verificou-se o tempo mínimo para reação em 10 minutos. A relação entre íons ferro e peróxido de hidrogênio é menor do que a literatura normalmente sugere, 1:2, contra 1:3. Como a solução de sulfato ferroso é muito instável, passando os íons ferrosos a férricos, utilizou-se a adição direta do sal. Em escala industrial, a solução de sulfato ferroso deve ser preparada em poucas quantidades para que tenha baixo tempo de estocagem, a fim de não ser degradada. A temperatura, na faixa estudada (de 20C à 45C), é um parâmetro que tem pouca influência, pois a redução da eficiência da reação foi pequena (de 99,0% para 94,9%). O ferro utilizado na reação não se demonstrou uma nova fonte de transtornos para o ambiente. Nas condições utilizadas, a concentração de ferro residual esteve próxima ao limite permitido pela legislação no efluente tratado, necessitando apenas de alguns ajustes para a correção do problema

Petroleum hydrocarbons in fresh waters: a preliminary desk study and bibliography

A literature survey was carried out into the effects of petroleum hydrocarbons in freshwater, from the toxicity, biodegradability and concentration aspects. It was supplemented by a selective search on hydrocarbons in the marine environment for comparison. The aim was to determine the major inputs of these hydrocarbons, their accumulation, effects and fate in freshwaters. The search was confined to the period 1965-1978. The bibliography contains 390 references, divided by subject.

Implantação de células experimentais para a avaliação de codisposição de resíduos sólidos de serviço de saúde e resíduos sólidos domiciliares: resultados preliminares

O tratamento e o destino final dos resíduos sólidos de serviços de saúde são assuntos que têm gerado controvérsias no tocante às alternativas tecnológicas disponíveis e aos riscos para a saúde pública e ao meio ambiente. O presente trabalho consistiu na caracterização físico-química e toxicológica de lixiviados de resíduos de serviços de saúde e de lixo domiciliar coletados pela Companhia Municipal de Limpeza Urbana (COMLURB) na cidade do Rio de Janeiro e teve por objetivo subsidiar a discussão com relação à questão da necessidade de tratamento e disposição final diferenciada para os resíduos de serviços de saúde. Os resultados obtidos ilustram uma biodegradabilidade não tão elevada dos lixiviados das Células experimentais C1, C2 e C3, onde C1 contém 100% de RSD, C2 100% de RSS e C3 98% de RSD em mistura com 2% de RSS. Percolados oriundos de aterros sanitários novos se caracterizam nomalmente por valores elevados de biodegradabilidade. No entanto, os resultados mostram um baixo nível de biodegradabilidade dos lixiviados das Células experimentais C1, C2 e C3. Os parâmetros físico-químicos analisados indicam que os microorganismos encontram-se ainda na fase de adaptação ao meio. Os resultados mostraram mais similaridades do que diferenças no lixiviado gerados da disposição de RSD, RSS e sua codisposição durante um período de 60 dias de operação das células experimentais.

Elaboração e avaliação da biodegradabilidade de compósitos à base de poliéster e amido com palha de milho

O uso de polímeros e de compósitos biodegradáveis se apresenta como uma solução para o problema gerado pelo descarte de grandes quantidades de resíduos plásticos no ambiente. Os polímeros convencionais, além de não biodegradáveis, tem como fonte um material não-renovável, o petróleo. Os polímeros biodegradáveis, produzidos a partir de materiais renováveis, frequentemente apresentam como desvantagem o alto custo e propriedades nem sempre satisfatórias. Neste contexto, os compósitos poliméricos se apresentam como uma alternativa, pela possibilidade de incorporar cargas, tanto de origem vegetal como mineral, para alterar propriedades, adequando-as à finalidade do material. Além disso, para viabilizá-los economicamente, há o uso de cargas de baixo custo, como resíduos agrícolas. Neste estudo foram elaborados compósitos de poli(adipato-co-tereftalato de butileno) e amido (ECOBRAS) com palha de milho, em diferentes concentrações. Foi utilizada a palha de milho in natura, resíduo agrícola abundante, como forma de reduzir os custos e aumentar a proporção de produtos naturais usados, considerando que o ECOBRAS já possui amido em sua composição. O ensaio de tração e análises de DSC, TGA, FTIR, MO e MEV foram utilizadas para caracterizar e avaliar as propriedades dos compósitos. A matriz polimérica e os compósitos foram submetidos ao ensaio de biodegradabilidade através do enterro em solo simulado, segundo a norma ASTM G 160-03, por períodos variando de 2 a 15 semanas. Após cada período de enterro, foram determinadas a perda de massa e a morfologia dos corpos de prova e foram realizadas análises de TGA e FTIR. Os compósitos apresentaram menor resistência à tração que a matriz polimérica. No ensaio de biodegradabilidade, todos os compósitos foram considerados biodegradáveis, embora o acréscimo de palha tenha aumentado o tempo de degradação

Avaliação da biodegradabilidade de filmes de polihidroxibutirato com borracha natural

A modernidade exige materiais versáteis, resistentes e, durante um longo tempo os plásticos serviram a esse propósito. Entretanto, o acúmulo desses materiais ao serem descartados no meio ambiente tornou-se um problema Os polímeros biodegradáveis surgiram neste cenário como alternativa para evitar o acúmulo de resíduos plásticos no meio ambiente. O polihidroxibutirato (PHB) representa uma classe de polímeros biodegradáveis, mas que apresenta um alto custo e possui ainda propriedades térmicas limitadas. A borracha natural possui excelentes propriedades mecânicas, resistência ao envelhecimento, flexibilidade e apresenta melhor custo benefício se comparada com as borrachas sintéticas. Neste estudo, foram elaboradas misturas poliméricas de polihidroxibutirato (PHB) e látex de borracha natural em diferentes concentrações, por prensagem à quente. Os ensaios de calorimetria diferencial de varredura (DSC), análise termogravimétrica (TGA), espectrometria na região do infravermelho (FTIR), microscopia ótica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) foram utilizados para caracterizar e avaliar as propriedades das misturas poliméricas. O PHB e as misturas com borracha natural foram submetidos ao ensaio de biodegradabilidade através do enterro em solo simulado, conforme a norma ASTM G 160-03, variando por um período de 2 a 17 semanas. Ao final de cada período foram determinadas a perda de massa, a morfologia dos corpos de prova e foram realizadas as análises de DSC, TGA e FTIR. As misturas poliméricas apresentaram menor resistência térmica do que o PHB. No ensaio de biodegradabilidade, as misturas foram consideradas biodegradáveis, segundo a norma ASTM G 160-03 e tiveram a porcentagem de cristalinidade reduzida, tendo o teor de borracha natural contribuído para aumentar a taxa de biodegradação. As análises por MEV comprovaram a existência de consórcios de microrganismos, responsáveis pela biodegradação do PHB e das misturas poliméricas