Disseny i optimització de membranes compòsit amb xarxes metal•loorgàniques per a nanofiltració i separacions de gasos

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Katholieke Universiteit Leuven, Belgium, entre 2007 i 2009. Aquest projecte descriu la síntesi i aplicació de nous tipus de membranes compòsit basades en xarxes metal•loorgàniques (MOFs). Aquestes es van seleccionar tenint en compte les seves propietats estructurals per tal de discriminar les espècies a separar en funció de la seva mida molecular. Les membranes obtingudes s'han aplicat satisfactòriament tant en separacions líquides, concretament en nanofiltració resistent a dissolvents (SRNF), i en separació de parells de gasos com CO2/CH4, CO2/N2 i H2/CO2. Els resultats obtinguts posen de manifest l'obtenció de membranes sense defectes i amb rendiments prometedors, en la majoria dels casos, amb permeabilitats i selectivitats superiors a membranes purament polimèriques. Tanmateix s'ha desenvolupat un nou equipament d'alt rendiment (HT) per a separacions de gasos que inclou un mòdul que permet realitzar 16 experiments simultàniament. Els resultats obtinguts amb el nou equip són comparables amb els obtinguts amb mòduls convencionals, i alhora presenten una millor reproduïbilitat. Finalment, s'ha establert un nou mètode per a obtenir membranes per a SRNF, que han estat aplicades en processos de separació de catalitzadors homogenis en dissolvents polars apròtics i s'han caracteritzat emprant la tècnica d'espectroscòpia d'annihilació de positrons, que ha permès establir per primer cop una relació entre les propietats estructurals de les membranes a nivell molecular i el seu rendiment en les aplicacions anteriors.

Elaboració de membranes de fibra buida modificades amb nanopartícules metàl·liques per aplicacions catalítiques

Investigación producida a partir de una estancia en la Université Paul Sabatier, Toulouse III - CNRS, entre 2007 y 2009. Durante los últimos años la investigación centrada en nuevos materiales de tamaño nanoscòpico (nanopartículas, quantum dots, nanotubos de carbono,...) ha experimentado un crecimiento considerable debido a las especiales propiedades de los "nanoobjetos" con respecto a magnetismo, catálisis, conductividad eléctrica, etc ... Sin embargo, hoy en día todavía existen pocas aplicaciones de las nanopartículas en temas medioambientales. Uno de los motivos de esta situación es la posible toxicidad de los nanoobjetos, pero existe también una dificultad tecnológica dado que las nanopartículas tienden a agregarse y es muy difícil manipularlas sin que pierdan sus propiedades especiales. Así, aunque la preparación de materiales catalíticos nanoestructurados es muy interesante, es necesario definir nuevas estrategias para prepararlos. Este proyecto de investigación tiene como objetivo principal la preparación de nuevas membranas catalíticas con nanopartículas metálicas en el interior para aplicaciones de tratamiento de agua. La innovación principal de este proyecto consiste en que las nanopartículas no son introducidas en la matriz polimérica una vez preformadas sino que se hacen crecer en el interior de la matriz polimérica mediante una síntesis intermatricial. El único requisito es que la matriz polimérica contenga grupos funcionales capaces de interaccionar con los precursores de las nanopartículas. Una vez finalizado el proyecto se puede afirmar que se han logrado parte de los objetivos planteados inicialmente. Concreamente ha quedado demostrado que se pueden sintetizar nanopartículas metálicas de metales nobles (platino y paladio) en membranas de fibra hueca de micro- y ultrafiltración siguiendo dos metodologías diferentes: modificación fotoquímica de polímeros y deposición de multicapas de polielectrolitos. Los nuevos materiales son efectivos en la catálisis de reducción de un compuesto modelo (4-nitrofenol con borohidruro de sodio) y, en general, los resultados han sido satisfactorios. Sin embargo, se ha puesto de manifiesto que el uso de un reactivo que genera hidrógeno gas en contacto con la solución acuosa dificulta enormemente la implementación de la reacción catalítica al ser el medio de la membrana una matriz porosa. Así, como conclusión principal se puede decir que se han encontrado las limitaciones de esta aproximación y se sugieren dos posibilidades de continuidad: la utilización de las membranas sintetizadas en contactores gas-líquido o bien el estudio y optimización del sistema de membrana en configuración de membranas planas, un objetivo más asequible dada su menor complejidad. Esta investigación se ha realizado en el seno del “Laboratoire de Génie Chimique” de Toulouse y del Departamento de Química de la Michigan State University y ha sido posible gracias a un proyecto financiado por la “Agence National pour la Recherce” y al programa PERMEANT entre el CNRS y la NSF.

Síntesi i caracterització de membranes electrolítiques d'oxo-vanadi-sulfats per aplicacions en la reducció d'emissions de SO2

La recerca de nous materials pel desenvolupament de membranes per a la reducció d’emissions de SO2 ha estat en el punt de mira de nombrosos estudis recents, degut al seu gran potencial per a dur a terme aquests processos i pel gran impacte mediambiental causat pel SO2. La temàtica d’aquest projecte consisteix en la síntesi i caracterització de nous materials basats en compostos d’Oxo-Vanadi-Sulfats de metalls alcalins per tal de preparar aquestes membranes supressores de SO2.

Aïllament de dialquil glicerol dialquil tetraèters (GDGTs) i comparació interlaboratori de l'anàlisi d'aquests compostos

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Royal Netherlands Institute for Sea Research, Holanda, durant març i abril de 2007. Els glicerol dialkil glicerol tetraèters (GDGTs) són un grup de lípids presents a les membranes dels arqueobacteris que es troben presents en ambients aquàtics, en sòls i en sediments. La distribució d’aquests lípids en sediments s’utilitza per al càlcul dels índexs TEX86 i BIT, els quals són usats en estudis paleoambientals per reconstruir la temperatura i l’aport relatiu de matèria orgànica terrestre als sediments. El mètode d’anàlisi dels GDGTs intactes consisteix en HPLC/APCIMS (High performance liquid cromatography/Atmospheric pressure chemical ionization-Mass spectrometry). S’han comparat les tècniques d’anàlisi dels GDGTs entre el laboratori on s’ha realitzat l’estada i l’ICTA (UAB, Barcelona). Els resultats mostren que existeix una desviació de poca magnitud en el càlcul del TEX86 i el BIT explicat per diferències en el disseny de l’espectròmetre de masses i el procés d’integració dels cromatogrames obtinguts. Així mateix la diferència del procediment utilitzat per a la purificació de la mostra és responsable d’una divergència més important en l’obtenció dels índexs. Aquests resultats demostren que el procés de preparació de la mostra és crític en el càlcul dels índexs i ja s’estan realitzant proves per tal de determinar la causa de la discrepància. D’altra banda, l’estada al laboratori del NIOZ ha propiciat també l’aprenentatge de les tècniques emprades per a l’aïllament individual dels GDGTS, tals com la cromatografia líquida preparativa i el FIA (flow injection analysis). Aquest coneixement s’ha aplicat al laboratori de l’ICTA (UAB) per adaptar el procediment d’aïllament.

Could cell membranes produce acoustic streaming? Making the case for synechococcus self-propulsion

Sir James Lighthill proposed in 1992 that acoustic streaming occurs in the inner ear, as part of the cochlear amplifier mechanism. Here we hypothesize that some of the most ancient organisms use acoustic streaming not only for self-propulsion but also to enhance their nutrient uptake. We focus on a motile strain of Synechococcus, a yanobacteria whose mechanism for self-propulsion is not known. Molecular motors could work like piezoelectric transducers acting on the crystalline structure surrounding the outer cell membrane. Our calculations show that a traveling surface acoustic wave (SAW)could account for the observed velocities. These SAW waves will also produce a non-negligible Stokes layer surrounding the cell: motion within this region being essentially chaotic. Therefore, an AS mechanism would be biologically advantageous, enhancing localized diffusion processes and consequently, chemical reactions. We believe that acoustic streaming, produced by nanometer scale membrane vibrations could be widespread in cell biology. Other possible instances are yeast cells and erythrocytes. Flows generated by acoustic streaming may also be produced by silica coated diatoms along their raphe. We note that microelectromechanical (MEMS) acoustic streaming devices were first introduced in the 1990’s. Nature may have preceded this invention by 2.7 Gyr.

An approximate mathematical model for solidification of a flowing liquid in a microchannel

A mathematical model is developed to analyse the combined flow and solidification of a liquid in a small pipe or two-dimensional channel. In either case the problem reduces to solving a single equation for the position of the solidification front. Results show that for a large range of flow rates the closure time is approximately constant, and the value depends primarily on the wall temperature and channel width. However, the ice shape at closure will be very different for low and high fluxes. As the flow rate increases the closure time starts to depend on the flow rate until the closure time increases dramatically, subsequently the pipe will never close.

Extensional flow of nematic liquid crystal under electric field gradient

Systematic asymptotic methods are used to formulate a model for the extensional flow of a thin sheet of nematic liquid crystal. With no external body forces applied, the model is found to be equivalent to the so-called Trouton model for Newtonian sheets (and fi bers), albeit with a modi fied "Trouton ratio". However, with a symmetry-breaking electric field gradient applied, behavior deviates from the Newtonian case, and the sheet can undergo fi nite-time breakup if a suitable destabilizing field is applied. Some simple exact solutions are presented to illustrate the results in certain idealized limits, as well as sample numerical results to the full model equations.

Sistema intel•ligent d’ajuda a la decisió pel control remot de tecnologia de membranes per la depuració d’aigües

El principal objectiu del projecte consisteix en desenvolupar l’anàlisi, disseny,desenvolupament i implementació d’un sistema d’ajuda a la decisió (SAD) basat en elconeixement pel control remot i la supervisió de l’operació integrada d’estacionsdepuradores BRM (bioreactor de membranes) pe ra la depuració d’aigües residuals ambexigències de qualitat de reutilització de l’aigua tractada

Síntesi, caracterització i aplicació de membranes catalítiques amb nanopartícules de pal·ladi

Les nanopartícules metàl·liques són catalitzadors molt efectius degut a la seva elevada àrea superficial específica. No obstant, degut a la seva gran tendència a l’agregació, sovint és necessària la seva immobilització sobre suports per tal de dur a terme aplicacions específiques. La immobilització de les nanopartícules dins d’una matriu polimèrica ha demostrat ser una bona metodologia per a aquest propòsit, doncs permet l’estabilització i protecció de les partícules, així com la recuperació del catalitzador. Mitjançant la incorporació de nanopartícules metàl·liques a membranes polimèriques es poden obtenir materials nanocomposites molt efectius, que podrien combinar la capacitat catalítica dels nanomaterials amb l’efectivitat dels processos de membrana en un sol pas. L’objectiu a llarg termini és l’obtenció de membranes catalítiques actives capaces de realitzar simultàniament la separació i la destrucció de contaminants presents en solució. Concretament, en aquest treball s’han desenvolupat membranes polimèriques de Poliètersulfona amb grup Cardo modificada amb grups sulfònics per tal de sintetitzar nanopartícules de Pd mitjançant la tècnica de la Síntesi Intermatricial. Tant el polímer modificat com les membranes i el nanocomposite obtingut han estat caracteritzats i l’eficiència catalítica s’ha avaluat monitoritzant la reducció catalítica del 4-nitrofenol en presència de NaBH4.

The implementation of liquid chromatography tandem mass spectrometry for the official control of lipophilic toxins in seafood: Single-laboratory validation under four chromatographic conditions

We performed a comprehensive study to assess the fit for purpose of four chromatographic conditions for the determination of six groups of marine lipophilic toxins (okadaic acid and dinophysistoxins, pectenotoxins, azaspiracids, yessotoxins, gymnodimine and spirolides) by LC-MS/MS to select the most suitable conditions as stated by the European Union Reference Laboratory for Marine Biotoxins (EURLMB). For every case, the elution gradient has been optimized to achieve a total run-time cycle of 12 min. We performed a single-laboratory validation for the analysis of three relevant matrices for the seafood aquaculture industry (mussels, pacific oysters and clams), and for sea urchins for which no data about lipophilic toxins have been reported before. Moreover, we have compared the method performance under alkaline conditions using two quantification strategies: the external standard calibration (EXS) and the matrix-matched standard calibration (MMS). Alkaline conditions were the only scenario that allowed detection windows with polarity switching in a 3200 QTrap mass spectrometer, thus the analysis of all toxins can be accomplished in a single run, increasing sample throughput. The limits of quantification under alkaline conditions met the validation requirements established by the EURLMB for all toxins and matrices, while the remaining conditions failed in some cases. The accuracy of the method and the matrix effects where generally dependent on the mobile phases and the seafood species. The MMS had a moderate positive impact on method accuracy for crude extracts, but it showed poor trueness for seafood species other than mussels when analyzing hydrolyzed extracts. Alkaline conditions with EXS and recovery correction for OA were selected as the most proper conditions in the context of our laboratory. This comparative study can help other laboratories to choose the best conditions for the implementation of LC-MS/MS according to their own necessities.

Energy dispersive X-Ray fluorescence : measuring elements in solid and liquid matrices

The subject of this project is about “Energy Dispersive X-Ray Fluorescence ” (EDXRF).This technique can be used for a tremendous variety of elemental analysis applications.It provides one of the simplest, most accurate and most economic analytical methods for thedetermination of the chemical composition of many types of materials.The purposes of this project are:- To give some basic information about Energy Dispersive X-ray Fluorescence.- To perform qualitative and quantitative analysis of different samples (water-dissolutions,powders, oils,..) in order to define the sensitivity and detection limits of the equipment.- To make a comprehensive and easy-to-use manual of the ‘ARL QUANT’X EnergyDispersive X-Ray Fluorescence’ apparatus

Simple and fast methods based on solid-phase extraction coupled to liquid chromatography with UV detection for the monitoring of caffeine in natural and waste waters as marker of anthropogenic impact

Two concentration methods for fast and routine determination of caffeine (using HPLC-UV detection) in surface, and wastewater are evaluated. Both methods are based on solid-phase extraction (SPE) concentration with octadecyl silica sorbents. A common “offline” SPE procedure shows that quantitative recovery of caffeine is obtained with 2 mL of an elution mixture solvent methanol-water containing at least 60% methanol. The method detection limit is 0.1 μg L−1 when percolating 1 L samples through the cartridge. The development of an “online” SPE method based on a mini-SPE column, containing 100 mg of the same sorbent, directly connected to the HPLC system allows the method detection limit to be decreased to 10 ng L−1 with a sample volume of 100 mL. The “offline” SPE method is applied to the analysis of caffeine in wastewater samples, whereas the “on-line” method is used for analysis in natural waters from streams receiving significant water intakes from local wastewater treatment plants

Clinical picture of the amyloid arthropathy in patients with chronic renal failure maintained on haemodialysis using cellulose membranes.

The clinical picture of 15 patients (10 male, five female) with amyloid arthropathy secondary to chronic renal failure treated with haemodialysis has been studied. The average period of haemodialysis was 10.8 years. Joint symptoms appeared between three and 13 years after starting haemodialysis. No patient had renal amyloidosis. Early symptoms were varied and often overlapped: knee swelling (seven patients), painful and stiff shoulders (seven), and carpal tunnel syndrome (six) were the most prominent. Follow up showed extension to other joints. Joint effusions were generally of the non-inflammatory type. Radiologically, geodes and erosions of variable sizes were seen in the affected joints, which can develop into a destructive arthropathy. Amyloid was found in abdominal fat in three of the 12 patients on whom a needle aspiration was performed. Four of 12 patients showed changes compatible with amyloid infiltration in the echocardiogram. One patient had amyloid in the gastric muscular layer, another in the colon mucus, and two of four in rectal biopsy specimens. Amyloid deposits showed the presence of beta 2 microglobulin in 10 patients. The clinical and radiological picture was similar to the amyloid arthropathy associated with multiple myeloma. These patients can develop systemic amyloidosis.

MYADM regulates Rac1 targeting to ordered membranes required for cell spreading and migration

Membrane organization into condensed domains or rafts provides molecular platforms for selective recruitment of proteins. Cell migration is a general process that requires spatiotemporal targeting of Rac1 to membrane rafts. The protein machinery responsible for making rafts competent to recruit Rac1 remains elusive. Some members of the MAL family of proteins are involved in specialized processes dependent on this type of membrane. Because condensed membrane domains are a general feature of the plasma membrane of all mammalian cells, we hypothesized that MAL family members with ubiquitous expression and plasma membrane distribution could be involved in the organization of membranes for cell migration. We show that myeloid-associated differentiation marker (MYADM), a protein with unique features within the MAL family, colocalizes with Rac1 in membrane protrusions at the cell surface and distributes in condensed membranes. MYADM knockdown (KD) cells had altered membrane condensation and showed deficient incorporation of Rac1 to membrane raft fractions and, similar to Rac1 KD cells, exhibited reduced cell spreading and migration. Results of rescue-of-function experiments by expression of MYADM or active Rac1L61 in cells knocked down for Rac1 or MYADM, respectively, are consistent with the idea that MYADM and Rac1 act on parallel pathways that lead to similar functional outcomes.

Nanocrystalline SnO2 by liquid pyrolisis

Liquid pyrolysis is presented as a new production method of SnO2 nanocrystalline powders suitable for gas sensor devices. The method is based on a pyrolytic reaction of high tensioned stressed drops of an organic solution of SnCl4·5(H2O). The main advantages of the method are its capability to produce SnO2 nanopowders with high stability, its accurate control over the grain size and other structural characteristics, its high level of repeatability and its low industrialization implementation cost. The characterization of samples of SnO2 nanoparticles obtained by liquid pyrolysis in the range between 200ºC and 900ºC processing temperature is carried out by X-ray diffraction, transmission electron microscopy, Raman and X-ray photoelectron spectroscopy. Results are analyzed and discussed so as to validate the advantages of the liquid pyrolysis method.