Study of chemical modification of alkaline lignin by the glyoxalation reaction

In this study, glyoxalated alkaline lignins with a non-volatile and non-toxic aldehyde, which can be obtained from several natural resources, namely glyoxal, were prepared and characterized for its use in wood adhesives. The preparation method consisted of the reaction of lignin with glyoxal under an alkaline medium. The influence of reaction conditions such as the molar ratio of sodium hydroxide-to-lignin and reaction time were studied relative to the properties of the prepared adducts. The analytical techniques used were FTIR and 1H-NMR spectroscopies, gel permeation chromatography (GPC), differential scanning calorimetry (DSC), and thermogravimetric analysis (TGA). Results from both the FTIR and 1H-NMR spectroscopies showed that the amount of introduced aliphatic hydroxyl groups onto the lignin molecule increased with increasing reaction time and reached a maximum value at 10 h, and after they began to decrease. The molecular weights remained unchanged until 10 h of reaction time, and then started to increase, possibly due to the repolymerization reactions. DSC analysis showed that the glass transition temperature (Tg) decreased with the introduction of glyoxal onto the lignin molecule due to the increase in free volume of the lignin molecules. TGA analysis showed that the thermal stability of glyoxalated lignin is not influenced and remained suitable for wood adhesives. Compared to the original lignin, the improved lignin is reactive and a suitable raw material for adhesive formula

The suitability of steam exploded vitis vinifera and alkaline lignin for the manufacture of fiberboard

The main objective of this study was to explore the suitability of Vitis vinifera as a raw material and alkaline lignin as a natural binder for fiberboard manufacturing. In the first step, Vitis vinifera was steam- exploded through a thermo-mechanical vapor process in a batch reactor, and the obtained pulp was dried, ground, and pressed to produce the boards. The effects of pretreatment factors and pressing conditions on the chemical composition of the fibers and the physico-mechanical properties of binderless fiberboards were evaluated, and the conditions that optimize these properties were found. A response surface method based on a central composite design and multiple-response optimization was used. The variables studied and their respective variation ranges were: pretreatment temperature (Tr: 190-210ºC), pretreatment time (tr: 5-10 min), pressing temperature (Tp: 190-210ºC), pressing pressure (Pp: 8-16MPa), and pressing time (tp: 3-7min). The results of the optimization step show that binderless fiberboards have good water resistance and weaker mechanical properties. In the second step, fiberboards based on alkaline lignin and Vitis vinifera pulp produced at the optimal conditions determined for binderless fiberboards were prepared and their physico-mechanical properties were tested. Our results show that the addition of about 15% alkaline lignin leads to the production of fiberboards that fully meet the requirements of the relevant standard specifications

Characterization of alkaline lignins for use in penol-formaldehyde and epoxy resins

Besides polyurethanes and polyesters, phenolic and epoxy resins are the most prominent applications for technical lignins in thermosetting materials. To evaluate the potential application of lignin raw materials in phenol formaldehyde and epoxy resins, three types of alkaline lignins were characterized in terms of their structures and thermal properties. The lignin samples analyzed were kraft lignin (LIG-1), soda–rice straw lignin (LIG-2), and soda-wheat straw lignin (LIG-3). FTIR and 1H-NMR methods were used to determine their structure. Gel permeation chromatography (GPC) was used to determine the molecular weight distribution (MWD). Differential scanning calorimetry (DSC) was used to measure the glass transition temperature (Tg), and thermogravimetric analysis (TGA) to determine the thermal stability of lignin samples. Results showed that kraft lignin (LIG-1) has moderate hydroxyl-group content, is rich in G-type units, and has good thermal stability. These properties make it more suitable for direct use in phenol formaldehyde resins, and it is therefore a good raw material for this purpose. The alkaline soda-rice straw lignin (LIG-2) with a high hydroxyl-group content and excellent thermal stability is most suited to preparing lignin-based epoxy resin

Comparative study of algal communities in acid and alkaline waters from Tinto, Odiel and Piedras river basins (SW Spain)

The distribution patterns of benthic algal assemblages in the Tinto, Odiel and Piedras rivers were analyzed during the winter of 2005 in 18 sampling stations. The main objective was to assess and compare the algal communities and parameters affecting them both in the zones affected by acid mine drainage (AMD) and in naturally alkaline waters. A total of 108 benthic diatom taxa and 31 non-diatom taxa were identi ed. Results showed large differences between algal communities in the two environments: Pinnularia acoricola, P. subcapitata and Eunotia exigua were the most frequent diatom taxa in regions affected by acid mine drainage, along with algae like Klebsormidium and Euglena mutabilis were the most relevant non-diatom taxa. In alkaline waters the dominant diatom taxa were Planothidium frequentissimum, Gomphonema angustum, Fragilaria capucina, and some species of Navicula (N. viridula, N. veneta or N. radiosa), accompanied by Oscillatoria and Anabaena as well as by streptophytes of the group of zygnemataceae and desmidiaceae

Influence of an inert electrolyte on the morphology of quasi-two-dimensional electrodeposits

The influence of an inert electrolyte (sodium sulfate) on quasi-two-dimensional copper electrodeposition from a nondeaerated aqueous copper sulfate solution has been analyzed. The different morphologies for a fixed concentration of CuSO4 have been classified in a diagram in terms of the applied potential and the inert electrolyte concentration. The main conclusion is the extension of the well-known Ohmic model for the homogeneous growth regime for copper sulfate solutions with small amounts of sodium sulfate. Moreover, we have observed the formation of fingerlike deposits at large applied potential and inert electrolyte concentration values, before hydrogen evolution becomes the main electrode reaction.

Ab initio valence-bond cluster model for ionic solids: Alkaline-earth oxides

A linear M-O-M (M=metal, O=oxygen) cluster embedded in a Madelung field, and also including the quantum effects of the neighboring ions, is used to represent the alkaline-earth oxides. For this model an ab initio wave function is constructed as a linear combination of Slater determinants written in an atomic orbital basis set, i.e., a valence-bond wave function. Each valence-bond determinant (or group of determinants) corresponds to a resonating valence-bond structure. We have obtained ab initio valence-bond cluster-model wave functions for the electronic ground state and the excited states involved in the optical-gap transitions. Numerical results are reasonably close to the experimental values. Moreover, the model contains the ionic model as a limiting case and can be readily extended and improved.

Measures of ionicity of alkaline-earth oxides from the analysis of ab initio cluster wave functions

We present an analysis of the M-O chemical bonding in the binary oxides MgO, CaO, SrO, BaO, and Al2O3 based on ab initio wave functions. The model used to represent the local environment of a metal cation in the bulk oxide is an MO6 cluster which also includes the effect of the lattice Madelung potential. The analysis of the wave functions for these clusters leads to the conclusion that all the alkaline-earth oxides must be regarded as highly ionic oxides; however, the ionic character of the oxides decreases as one goes from MgO, almost perfectly ionic, to BaO. In Al2O3 the ionic character is further reduced; however, even in this case, the departure from the ideal, fully ionic, model of Al3+ is not exceptionally large. These conclusions are based on three measures, a decomposition of the Mq+-Oq- interaction energy, the number of electrons associated to the oxygen ions as obtained from a projection operator technique, and the analysis of the cation core-level binding energies. The increasing covalent character along the series MgO, CaO, SrO, and BaO is discussed in view of the existing theoretical models and experimental data.

Alkaline phosphatase activity as a tool for assessing nutritional conditions in the seagrass Posidonia oceanica.(L.) Delile

The effects of experimental phosphorus enrichments on alkaline phosphatase activity (APA) of the seagrass Posidonia oceanica (L.) Delile were tested. Short-term additions (as phosphate, 12 hours, in the laboratory) decreased APA by 18-2896, depending on the plant part considered (roots, young leaves or old leaves). The values of APA after this treatment were well correlated with interna1 phosphorus pools (as P concentration in plant tissues). Long-term additions (as phosphate, added to the sediment, 1 month in situ) decreased APA by 40-75%, also depending on the plant part. We conclude that alkaline phosphatase activity is a good indicator of P deficiency in this seagrass. We used this indicator to assess the P-nutritional status in a series of meadows in the NW Mediterranean, finding a high geographical variability, but correlations between APA and basic features of the meadows (carbonate content of the sediment, organic content of the sediment, shoot density, etc.) were not significant. Consequently, phosphorus deficiency does not seem to be directly related to these descriptors.

Aplicació de la termoquimiolisi - cromatografia de gasos - espectrometria de masses a l'estudi de la matèria orgànica del sòl

Estudi realitzat a partir d’una estada a la Université de Poitiers, França, entre 2007 i 2009. El treball s'ha centrat en dues activitats bàsiques. El treball realitzat s’ha centrat en dues activitats bàsiques. D’una banda, la posada a punt d'un protocol de fraccionament de la matèria orgànica del sòl, per extraccions successives amb solvents alcalins després d'una seqüència de pretractaments al sòl: cap pretractament, atac amb àcid (per destruir els carbonats), atac amb ditionit (per reduir els òxids de Fe i Al i facilitar l'extracció de la matèria orgànica associada a aquests compostos). El protocol dóna una visió de conjunt de la situació de la matèria orgànica del sòl, combinant aspectes físics (protecció, precipitació, oclusió per carbonats) i químics (grau d'humificació). D’altra banda, l'aprenentatge de la tècnica de termoquimiolisi-cromatografia de gasos-espectrometria de masses. Aquest era l'objectiu de l'estada a Poitiers, al qual hem donat prioritat. Ens hem centrat en l'estudi de fraccions físiques (densimètriques) obtingudes en estudis anteriors sobre sòls forestals. Les fraccions considerades són: fracció lleugera (FL), tres fraccions ocluïdes (OC1, OC2 i OC3) i fracció densa (FD). L’aplicació de la termoquimiolisi permet de caracteritzar diversos grups de substàncies, de les quals ens hem centrat en alguns indicadors bioquímics: àcids grasos, alcohols, diàcids, productes fenòlics i altres productes aromàtics, derivats de carbohidrats. L’estudi de conjunt d’aquests productes indica que és a les fraccions ocluïdes (que solen ser minoritàries a tots els horitzons) on la matèria orgànica d’origen microbià és dominant, mentre que a les fraccions lleugera (FL) i densa (FD) la matèria orgànica d’origen vegetal sembla dominant. Es preveu aplicar aquesta tècnica a l’estudi de les fraccions obtingudes a la primera part del treball, actualment congelades i a l’espera de ser processades.

Estudi teòric pràctic de la solubilitat de noves mescles aquoses de nitrats alcalins per climatització per absorció accionada tèrmicament a alta temperatura

Investigación realizada a partir de una estancia como profesor visitante en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universitat Rovira i Virgili. Las soluciones acuosas de LiNO3 tienen una gran potencialidad para ser utilizadas como fluidos de trabajo en ciclos de absorción a altas temperaturas. La adición de otros nitratos y/o nitritos alcalinos mejora, entre otras propiedades, su solubilidad en H2O, el principal inconveniente de estas soluciones. La información bibliográfica sobre la solubilidad de estas es prácticamente inexistente, por eso, en este trabajo se ha realizado un estudio teórico-práctico de la solubilidad de algunos de estos sistemas.(...)

Marine biotoxins in the Catalan littoral: could biosensors be integrated into monitoring programmes?

Aquest article descriu els sensors enzimàtics i immunosensors electroquímics que s’han desenvolupat als nostres grups per a la detecció de la biotoxina marina àcid okadaic (OA), i discuteix la possibilitat d’integrar-los en programes de seguiment. Els sensors enzimàtics per a OA que es presenten es basen en la inhibició de la proteïna fosfatasa (PP2A) per aquesta toxina i la mesura electroquímica de l’activitat enzimàtica mitjançant l’ús de substrats enzimàtics apropiats, electroquímicament actius després de la seva desfosforació per l’enzim. Els immunosensors electroquímics descrits en aquest article es basen en un enzimoimmunoassaig sobre fase sòlida competitiu indirecte (ciELISA), amb fosfatasa alcalina (ALP) o peroxidasa (HRP) com a marcatges, i un sistema de reciclatge enzimàtic amb diaforasa (DI). Els biosensors presentats aquí s’han aplicat a l’anàlisi de dinoflagel·lats, musclos i ostres. Les validacions preliminars amb assaigs colorimètrics i LC-MS/MS han demostrat la possibilitat d’utilitzar les bioeines desenvolupades per al cribratge preliminar de biotoxines marines en mostres de camp o de cultiu, que ofereixen informació complementària a la cromatografia. En conclusió, tot i que encara cal optimitzar alguns paràmetres experimentals, la integració dels biosensors a programes de seguiment és viable i podria proporcionar avantatges respecte a altres tècniques analítiques pel que fa al temps d’anàlisi, la simplicitat, la selectivitat, la sensibilitat, el fet de poder ser d’un sol ús i l’efectivitat de cost. This article describes the electrochemical enzyme sensors and immunosensors that have been developed by our groups for the detection of marine biotoxin okadaic acid (OA), and discusses the possibility of integrating them into monitoring programmes. The enzyme sensors for OA reported herein are based on the inhibition of immobilised protein phosphatase 2A (PP2A) by this toxin and the electrochemical measurement of the enzyme activity through the use of appropriate enzyme substrates, which are electrochemically active after dephosphorylation by the enzyme. The electrochemical immunosensors described in this article are based on a competitive indirect Enzyme- Linked ImmunoSorbent Assay (ciELISA), using alkaline phosphatase (ALP) or horseradish peroxidase (HRP) as labels, and an enzymatic recycling system with diaphorase (DI). The biosensors presented herein have been applied to the analysis of dinoflagellates, mussels and oysters. Preliminary validations with colorimetric assays and LC-MS/MS have demonstrated the possibility of using the developed biotools for the preliminary screening of marine biotoxins in field or cultured samples, offering complementary information to chromatography. In conclusion, although optimisation of some experimental parameters is still required, the integration of biosensors into monitoring programmes is viable and may provide advantages over other analytical techniques in terms of analysis time, simplicity, selectivity, sensitivity, disposability of electrodes and cost effectiveness.

Muntatge i caracterització d'una placa DSSC: Buscant potència

Treball de recerca realitzat per alumnes d'ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l'any 2009. Els objectius inicials foren la construcció d una 'Cèl•lula Solar Sensibilitzada mitjançant un Colorant’ (DSSC) amb el tint d una col llombarda i posterior caracterització segons el dossier 'Nanocrystalline Solar Cell Kit: Recreating Photosynthesis’. Les DSSC (Dye Sensitized Solar Cell) són un tipus de cèl•lules que imiten els principis que la fotosíntesis ha fet servir exitosament durant més de 3,5 bilions d anys. S’han construït algunes DSSC i se n’ha provat la seva eficiència. El seu funcionament es basa en l’energia d’un fotó que excita un electró i el fa saltar de nivell energètic fins que es desprèn de l’àtom de colorant, deixant un forat en la molècula. Aquest electró lliure passa a través de la capa de TiO2 fins arribar a la càrrega on es genera el corrent elèctric. Tot seguit, l’electró arriba al contra-elèctrode i és aquí on entra en contacte amb l’electròlit, el mediador iode/triiode. Aquest regenera l’electró, que anteriorment ha saltat del colorant, oxidant-se ell mateix.

Development of an optimized methodology for tensile testing of carbon steels in hydrogen environment

The study was performed at OCAS, the Steel Research Centre of ArcelorMittal for the Industry market. The major aim of this research was to obtain an optimized tensile testing methodology with in-situ H-charging to reveal the hydrogen embrittlement in various high strength steels. The second aim of this study has been the mechanical characterization of the hydrogen effect on hight strength carbon steels with varying microstructure, i.e. ferrite-martensite and ferrite-bainite grades. The optimal parameters for H-charging - which influence the tensile test results (sample geometry type of electrolyte, charging methods effect of steel type, etc.) - were defined and applied to Slow Strain Rate testing, Incremental Step Loading and Constant Load Testing. To better understand the initiation and propagation of cracks during tensile testing with in-situ H-charging, and to make the correlation with crystallographic orientation, some materials have been analyzed in the SEM in combination with the EBSD technique. The introduction of a notch on the tensile samples permits to reach a significantly improved reproducibility of the results. Comparing the various steel grades reveals that Dual Phase (ferrite-martensite) steels are more sensitive to hydrogen induced cracking than the FB (ferritic-bainitic) ones. This higher sensitivity to hydrogen was found back in the reduced failure times, increased creep rates and enhanced crack initiation (SEM) for the Dual Phase steels in comparison with the FB steels.

Análisis del ciclo de vida de sistemas de tratamiento de aguas residuales: influencia de los materiales utilizados

En este proyecto se tiene como objetivo comparar una EDAR específica con otras tres, desde el punto de vista ambiental, y establecer diferentes alternativas. En particular, se ha evaluado la mejor alternativa en la obtención de energía eléctrica para la propia utilización de la planta de tratamiento de aguas residuales, a partir del biogás generado en el digestor en la línea de lodos. En este tipo de instalaciones, entre las alternativas tanto en su uso actual como en fase de desarrollo, el motor de cogeneración de electricidad y el calor es el más utilizado para obtener simultáneamente la electricidad necesaria para las instalaciones y el calor necesario para mantener el digestor de lodos a la temperatura de trabajo (36ºC aproximadamente). Las otras alternativas evaluadas en este estudio son las pilas de biogás de membrana electrolítica polimérica (en inglés Polymeric Electrolyte Membrane, PEM) y las pilas de óxidos sólidos (en inglés Solid Oxide Fuel Cells, SOFC) con una turbina de gas (sistema híbrido SOFC-GT). Por otro lado, se estudian las características de los materiales que componen los dispositivos MEC (microbial electrolysis cell) y las pilas PEM y SOFC, así como las ventajas e inconvenientes de usar estas nuevas tecnologías en el tratamiento de aguas residuales, así como la evaluación del impacto ambiental de la EDAR objeto de estudio, que se ha llevado a cabo utilizando el análisis de ciclo de vida (ACV). El ACV es una herramienta que permite comparar diferentes procesos o productos que tengan la misma función, y así evaluar la alternativa que conlleve una mejora en el medio ambiental. La metodología de ACV pretende evaluar en detalle el ciclo de vida completo de un producto o proceso. Un ACV se suele definir de tipo "cradle to grave" o "desde la cuna hasta la tumba" o bien de tipo "gate to gate", o "de puerta a puerta". En el primer caso el estudio analiza el ciclo de vida completo del sistema, dese el origen hasta el final, mientras que en el segundo caso el ACV no tiene en cuenta su disposición final (vertedero, reciclaje, etc.). Un estudio de ACV del primer tipo conlleva hacer un estudio muy detallado, que en la práctica puede resultar muy largo y laborioso por la dificultad de encontrar todos los datos necesarios. Por ello, muchos estudios de ACV que se encuentran en la literatura suelen ser del tipo "gate to gate". Además, hay que esablecer las fronteras del sistema a estudiar, ya que hay procesos que tienen muy poca contribución a las categorías de impacto ambiental. En una EDAR los principales procesos considerados en el ACV llevado a cabo son el consumo de productos químicos, de electricidad, la producción de lodos y su utilización como composta, el biogás y su utilización para producir electricidad, los residuos sólidos y las distintas emisiones al medio producidas por el propio funcionamiento de la EDAR. Las operaciones relacionadas indirectamente como el transporte de los lodos, de productos químicos, de los residuos sólidos y la infraestructura con una vida media de 30 años no influyen significativamente en los resultados, por ejemplo el transporte de los lodos con un camión a 30km contribuyen en menos de 1% en todas las categorías de impacto. De acuerdo con las normativas ISO series 14040 que regulan las pautas de un ACV, se establece una unidad funcional apropiada, o sea habitante equivalente, ya que es la más apropiada por tener en cuenta la carga contaminante en el agua a tratar, parámetro imprescindible para comparar EDARs. Redefiniendo las fronteras, se realiza un ACV del depósito del biogás sin tener en cuenta el resto de la instalación y se toma como unidad funcional m3 de biogás, en el caso concreto de obtener biogás mediante un dispositivo MEC, que maximiza la cantidad de hidrógeno en detrimento de la cantidad de metano contenido en el biogás, observándose que la contribución de un biogás con un alto contenido en hidrógeno y, por tanto bajo en metano, produce una mejora ambiental. Las categorías de impacto ambiental que tienen contribución son el calentamiento global y la oxidación fotoquímica; el dispositivo MEC hace quela contribución a estas categorías de impacto sea de un orden de magnitud inferior con respecto al biogás generado en un digestor. Además, si se produce la combustión del biogás, la única categoría de impacto que tiene contribución es la de calentamiento global; para una dispositivo MEC la contribución sigue siendo un orden de magnitud inferior con respecto al biogás de un digestor de lodos.

Preparació de puntes de tungstè per a microscòpia d'efecte túnel (STM)

Es presenten els resultats experimentals obtinguts durant l’estudi sistemàtic realitzat de la preparació electroquímica de puntes de tungstè per al Microscopi d’Efecte Túnel (STM), fent servir dos electròlits: KOH i NaOH. L’estudi sobre la morfologia, longitud de la punta i radi de curvatura de la punta en funció del voltatge aplicat i les concentracions de l’electròlit es descriu al capítol 3. La caracterització de les puntes es va dur a terme, per una part, mitjançant un microscòpic electrònic de rastreig (SEM) i per l’altre banda, amb el ús de les puntes obtingudes al STM. En resumen, els resultats mostren que ambdós electròlits permeten obtenir puntes que es poden fer servir amb èxit per l’obtenció d’imatges amb l’STM. Les millors puntes són aquelles que s’obtenen dins de rangs de concentracions d’electròlit baixes, entre valor de 10 a 15% en pes pel NaOH i entre 10 i 20% pel KOH i rangs de voltatge entre 3 a 7 V pel NaOH i 4 a 8 V pel KOH. S’observa que es requereixen temps d’atac electroquímic menors fent servir com a electròlit NaOH. S’estudia, en el capítol 4, el tractament que requereix la punta per tal d’eliminar les impureses de la seva superfície. Es realitzen diferents proves amb tres mètodes de neteja: (1) tractament químic, (2) bombardeig iònic i (3) tractament tèrmic de recuit. En el capítol 5 del projecte s’analitzen les imatges d’una mostra d’or, Au(110), d’estructura coneguda, amb el microscopi d’efecte túnel STM) del laboratori fent servir les puntes obtingudes sota les condicions considerades òptimes. El resultat confirma el bon comportament de les puntes obtingudes sota les condicions descrites en els capítols anteriors i establert una pauta a seguir per obtenir puntes d’una manera senzilla i reproduïble.