The study of lead white oil paints: a molecular approach to the whites of Amadeo de Souza-Cardoso

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Conservação e Restauro

Synthesis of biodiesel from wastes of food industry via direct transesterification with methanol/carbon dioxide mixtures

Dissertation presented at Faculdade de Ciências e Tecnologia from Universidade Nova de Lisboa to obtain the degree of Master in Chemical and Biochemical Engineering

Measurement of lead concentration in biological tissues by atomic spectroscopy techniques

Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in Physics

Treatment of a nineteenth century male portrait in oil including the characterisation of materials, technique and a study of the lead soap aggregation in the paint composite

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Conservação e Restauro

Catalytic hydrogenation of carbon dioxide to form methanol and methane

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Experimental Gravimetric Adsorption Equilibrium of n-Alkanes and Alkenes, Carbon Dioxide and Nitrogen in MIL-53(Al) and Zeolite 5A

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Bioremediation and CO2 scavenging using molybdenum-containing enzymes

Carbon dioxide valorization, will not only help to relieve the greenhouse effect but might also allow us to transform it in value-added chemicals that will help overcoming the energy crisis. To accomplish this goal, more research that focus on sequestering CO2 and endeavors through a carbon-neutral or carbon-negative strategy is needed in order to handle with the dwindling fossil fuel supplies and their environmental impact. Formate dehydrogenases are a promising means of turning CO2 into a biofuel that will allow for a reduction of greenhouse gas emissions and for a significant change to the economic paramount. The main objective of this work was to assess whether a NAD+-independent molybdenum-containing formate dehydrogenase is able to catalyze the reduction of CO2 to formate. To achieve this, a molybdenum-containing formate dehydrogenase was isolated from the sulfate reducing bacteria Desulfovibrio desulfuricans ATCC 27774. Growth conditions were found that allowed for a greater cellular mass recovery and formate dehydrogenase expression. After growth trials, kinetic assays for formate oxidation and CO2 reduction were performed and kinetic parameters determined. For the formate oxidation reaction, a KM of 49 μM and a turnover constant of 146 s-1 were determined. These kinetic parameters are in agreement with those determined by Mota, et al. (2011). Finally, we found that this molybdenum-containing enzyme was able to catalyze the reduction of CO2 to formate with a turnover constant of 4.6 s-1 and a KM of 13 μM. For the first time a NAD+-independent molybdenum-containing formate dehydrogenase was found to catalyze CO2 reduction, allowing its use as a biocatalyst in energetically efficient CO2 fixation processes that can be directed towards bioremediation or as an alternative and renewable energy source. Characterizing these enzymes may lead to the development of more efficient synthetic catalysts, make them readily available and more suited for practical applications.

Biotransformation/separation routes to obtain pure enantiomers

The objective of the work presented in this thesis was the development of an innovative approach for the separation of enantiomers of secondary alcohols, combining the use of an ionic liquid (IL) - both as solvent for conducting enzymatic kinetic resolution and as acylating agent - with the use of carbon dioxide (CO2) as solvent for extraction. Menthol was selected for testing this reaction/separation approach due to the increasing demand for this substance, which is widely used in the pharmaceutical, cosmetics and food industries. With a view to using an ionic ester as acylating agent, whose conversion led to the release of ethanol, and due to the need to remove this alcohol so as to drive reaction equilibrium forward, a phase equilibrium study was conducted for the ehtanol/(±)-menthol/CO2 system, at pressures between 8 and 10 MPa and temperatures between 40 and 50 oC. It was found that CO2 is more selective towards ethanol, especially at the lowest pressure and highest temperature tested, leading to separation factors in the range 1.6-7.6. The pressure-temperature-composition data obtained were correlated with the Peng-Robinson equation of state and the Mathias-Klotz-Prausnitz mixing rule. The model fit the experimental results well, with an average absolute deviation (AAD) of 3.7 %. The resolution of racemic menthol was studied using two lipases, namely lipase from Candida rugosa (CRL) and immobilized lipase B from Candida antarctica (CALB), and two ionic acylating esters. No reaction was detected in either case. (R,S)-1-phenylethanol was used next, and it was found that with CRL low, nonselective, conversion of the alcohol took place, whereas CALB led to an enantiomeric excess (ee) of the substrate of 95%, at 30% conversion. Other acylating agents were tested for the resolution of (±)-menthol, namely vinyl esters and acid anhydrides, using several lipases and varying other parameters that affect conversion and enantioselectivity, such as substrate concentration, solvent and temperature. One such acylating agent was propionic anhydride. It was thus performed a phase equilibrium study on the propionic anhydride/CO2 system, at temperatures between 35 and 50 oC. This study revealed that, at 35 oC and pressures from 7 MPa, the system is monophasic for all compositions. The enzymatic catalysis studies carried out with propionic anhydride revealed that the extent of noncatalyzed reaction was high, with a negative effect on enantioselectivity. These studies showed also that it was possible to reduce considerably the impact of the noncatalyzed reaction relative to the reaction catalyzed by CRL by lowering temperature to 4 oC. Vinyl decanoate was shown to lead to the best results at conditions amenable to a process combining the use of supercritical CO2 as agent for post-reaction separation. The use of vinyl decanoate in a number of IL solvents, namely [bmim][PF6], [bmim][BF4], [hmim][PF6], [omim][PF6], and [bmim][Tf2N], led to an enantiomeric excess of product (eep) values of over 96%, at about 50% conversion, using CRL. In n-hexane and supercritical CO2, reaction progressed more slowly.(...)

Nanomateriais manufaturados : avaliação de segurança através da caracterização dos seus efeitos genéticos

RESUMO - Os nanomateriais manufaturados (NMs), isto é, fabricados deliberadamente para fins específicos, apresentam propriedades físico-químicas únicas como a dimensão, área superficial ou funcionalização, que lhes conferem caraterísticas mecânicas, óticas, elétricas e magnéticas muito vantajosas para aplicações industriais e biomédicas. Efetivamente, a tecnologia baseada nos NMs, ou nanotecnologia, foi identificada como uma key enabling technology, impulsionadora do crescimento económico dos países industrializados, devido ao seu potencial para melhorar a qualidade e desempenho de muitos tipos de produtos e de processos. Contudo, a expansão da utilização de NMs contrasta com a insuficiente avaliação de risco para a saúde humana e para o ambiente, sendo considerados como um risco emergente para a saúde pública. As incertezas sobre a segurança dos NMs para a saúde pública advêm sobretudo de estudos epidemiológicos em humanos expostos a nanomateriais produzidos como consequência dos processos e atividades humanas e da poluição. Uma das principais preocupações relativamente aos efeitos adversos dos NMs na saúde humana é o seu potencial efeito carcinogénico, que é sugerido por alguns estudos experimentais, como no caso dos nanomateriais de dióxido de titânio ou dos nanotubos de carbono. Para avaliar em curto termo as propriedades carcinogénicas de um composto, utilizam-se frequentemente ensaios de genotoxicidade em linhas celulares de mamífero ou ensaios em modelos animais, em que se analisa uma variedade de lesões genéticas potencialmente relacionados com o processo de carcinogénese. No entanto, a investigação sobre as propriedades genotóxicas dos NMs não foi, até hoje, conclusiva. O presente estudo tem por objectivo principal caracterizar os efeitos genotóxicos associados à exposição a nanomateriais manufaturados, de forma a contribuir para a avaliação da sua segurança. Constituíram objectivos específicos deste estudo: i) avaliar a genotoxicidade dos NMs em três tipos de células humanas expostas in vitro: linfócitos humanos primários, linha celular de epitélio brônquico humano (BEAS-2B) e linha celular de adenocarcinoma epitelial de pulmão humano (A549); ii) avaliar a sua genotoxicidade num modelo de ratinho transgénico; iii) investigar alguns mecanismos de acção que poderão contribuir para a genotoxicidade dos nanomateriais, como a contribuição de lesões oxidativas para a genotoxicidade induzida pelos NMs in vitro, e a investigação da sua bioacumulação e localização celular in vivo. Foram analisados os efeitos genotóxicos associados à exposição a duas classes de NMs, dióxido de titânio e nanotubos de carbono de parede múltipla, bem como a um NM de óxido de zinco, candidato a ser utlilizado como controlo positivo de dimensão nanométrica. Os xx NMs utilizados foram previamente caracterizados com detalhe relativamente às suas características físico-químicas e também relativamente à sua dispersão em meio aquoso e no meio de cultura. A metodologia incluiu ensaios de citotoxicidade e de genotoxicidade in vitro, designadamente, ensaios de quebras no DNA (ensaio do cometa) e nos cromossomas (ensaio do micronúcleo) em células humanas expostas a várias concentrações de NMs, por comparação com células não expostas. Também foram realizados ensaios in vivo de quebras no DNA, quebras cromossómicas e ainda um ensaio de mutações em vários órgãos de grupos de ratinhos transgénicos LacZ, expostos por via intravenosa a duas doses de dióxido de titânio. Foi investigada a existência de uma relação dose-resposta após exposição das células humanas ou dos animais a NMs. A contribuição de lesões oxidativas para a genotoxicidade após exposição das células aos NMs in vitro foi explorada através do ensaio do cometa modificado com enzima. Realizaram-se estudos histológicos e citológicos para deteção e localização celular dos NMs nos órgãos-alvo dos ratinhos expostos in vivo. Os resultados demonstraram efeitos genotóxicos em alguns dos NMs analisados em células humanas. No entanto, os efeitos genotóxicos, quando positivos, foram em níveis reduzidos, ainda que superiores aos valores dos controlos, e a sua reprodutibilidade era dependente do sistema experimental utilizado. Para outros NMs, a evidência de genotoxicidade revelou-se equívoca, conduzindo à necessidade de esclarecimento através de ensaios in vivo. Para esse fim, recorreu-se a uma análise integrada de múltiplos parâmetros num modelo animal, o ratinho transgénico baseado em plasmídeo contendo o gene LacZ exposto a um NM de dióxido de titânio, NM-102. Embora tenha sido demonstrada a exposição e a acumulação do NM no fígado, não se observaram efeitos genotóxicos nem no fígado, nem no baço nem no sangue dos ratinhos expostos a esse NM. Neste estudo concluiu-se que algumas formas de dióxido de titânio e nanotubos de carbono de parede múltipla produzem efeitos genotóxicos em células humanas, contribuindo para o conjunto de evidências sobre o efeito genotóxico desses NMs. As diferenças observadas relativamente à genotoxicidade entre NMs do mesmo tipo, mas distintos em algumas das suas características físico-quimicas, aparentemente não são negligenciáveis, pelo que os resultados obtidos para um NM não devem ser generalizados ao grupo correspondente. Para além disso, a genotoxicidade equívoca verificada para o NM-102 em células humanas expostas in vitro, não foi confirmada no modelo in vivo, pelo que o valor preditivo da utilização dos ensaios in vitro para a identificação de NMs com efeitos genotóxicos (e portanto potencialmente carcinogénicos) ainda tem de ser esclarecido antes de ser possível extrapolar as conclusões para a saúde humana. Por sua vez, como a informação aqui produzida pelas metodologias in vitro e in vivo não reflete os efeitos de exposição continua ou prolongada, que poderá conduzir a efeitos genotóxicos distintos, esta xxi deverá ser complementada com outras linhas de evidência relativamente à segurança dos NMs. Perante a incerteza dos níveis de exposição real do organismo humano e do ambiente, a segurança da utilização dos NMs não pode ser garantida a longo prazo e, tendo em conta a elevada produção e utilização destes NMs, são prementes futuros estudos de monitorização ambiental e humana.