Idrochimica delle acque interstiziali e scambi acqua / sedimento nell'invaso di Ridracoli

Uno degli aspetti più influenti sulla qualità chimica e biologica dell’acqua di laghi e invasi, caratteristico del bacino di Ridracoli, è rappresentato dalla stratificazione termica, un processo di formazione di volumi d’acqua a diversa densità che può verificarsi allorquando, in alcune circostanze e, nello specifico, durante la stagione estiva, si instauri una condizione stabile in cui l’acqua riscaldata dalla radiazione solare sovrasta quella più fredda e densa del fondo. Una delle conseguenze di tali variazioni termiche è che esse inducono cambiamenti nei livelli di ossigeno disciolto, favorendo l’instaurarsi di processi di degradazione anaerobica della materia organica e determinando la formazione di un chimismo ostile per l’attività biologica. I cicli stagionali, redox-dipendenti, di Ferro e Manganese tra la colonna d’acqua e i sedimenti sono caratteristici di questi ambienti ed una loro risospensione in forma disciolta è stato rilevato nell’ipolimnio dell’invaso di Ridracoli, stagionalmente anossico. Questo studio, collocato all’interno di un ampio progetto finanziato da Romagna Acque Società delle Fonti S.p.A. con la Facoltà di Scienze Ambientali – Campus di Ravenna ed il CNR-ISMAR, si è posto come obiettivo l’individuazione dei fattori che controllano la distribuzione e la mobilità degli elementi chimici all’interno del sistema acqua-sedimento dell’invaso di Ridracoli ed è articolato in tre diverse fasi: • Indagine della composizione chimica del sedimento; • Analisi ed interpretazione della composizione chimica delle acque interstiziali • Stima del flussi attraverso l’interfaccia acqua-sedimento mediante l’utilizzo di una camera bentica e l’applicazione della prima legge di Fick sulla diffusione. Al termine del lavoro è stato possibile ricostruire un quadro diagenetico generale contraddistinto da una deplezione degli accettori di elettroni principali (O2 e NO3-) entro i primi millimetri di sedimento, da un consumo immediato di SO42- e da una graduale riduzione degli ossidi di Mn (IV) e Fe (III), con formazione di gradienti negativi ed il rilascio di sostanze disciolte nella colonna d’acqua.

Late Transition Metal-Oxo complexes: Synthesis, and Biorelevant Reactivity

High-valent terminal metal-oxygen adducts are supposed to be potent oxidising intermediates in enzymatic catalyses. In contrast to those from groups 6-8, oxidants that contain late transition metals (Co, Ni, Cu) are poorly understood. Because of their high reactivity, only a few examples of these compounds have been observed. The aim of this project was to investigate the reactivity of high-valent Ni(III) complexes, containing a monodentate oxygen-donor ligands, in hydrogen atom abstraction (HAA) and oxygen atom transfer (OAT) reactions which are typical of biological high-valent metal-oxygen species. Particularly, the Ni(III) complexes were generated in situ, at low temperature, from the oxidation of the Ni(II) species.The nickel complexes studied during this work were supported by tridentate ligands, with a strong σ-donating ability and exceedingly resistant to several common degradation pathways. These complexes vary based on the monodentate group in the fourth coordination position site, which can be neutral or anionic. In particular, we prepared four different Ni(III) complexes [NiIII(pyN2Me2)(OCO2H)] (12), [NiIII(pyN2Me2)(ONO2)] (14), [NiIII(pyN2Me2)(OC(O)CH3)] (18) and [NiIII(pyN2Me2)(OC(O)H)] (25). They feature a bicarbonate (-OCO2H), nitrate (-ONO2), acetate (-OC(O)CH3) and formate (-OC(O)H) group, respectively.HAA and OAT reactions were performed by adding 2,6-di-tert-butylphenol (2,6-DTBP) at -40°C, and triphenylphosphine (PPh3) at -80°C, to the in situ generated Ni(III) complexes, respectively. These reactions were carried out by adding 7 to 500 equivalents of substrate, in order to ensure pseudo-first order conditions. Since, the reactivity of the Ni(III) complex featured by the bicarbonate group has been studied in a previous work, we only investigated that of the species bearing the nitrate, acetate and formate ligand. Finally we compared the value of the reaction rate of all the four species in the HAA and OAT reactions.

Valutazione dello stato dell'acqua nei formaggi a diverso grado di salatura e stagionatura mediante TD-NMR

L’obiettivo iniziale di questo lavoro era quello di studiare il fenomeno della proteolisi nel formaggio, al variare del tempo di stagionatura e di salatura, mediante lo studio dello stato dell’acqua, con una metodica non distruttiva e innovativa per questa tematica: il TD-NMR. I formaggi oggetto di studio sono stati prodotti con un impianto pilota presente in Dipartimento, con lo stesso latte, nella stessa giornata e nelle medesime condizioni di caseificazione. Il primo passo è stato quello di assegnare un nome alle 4 popolazioni di protoni corrispondenti alle 4 curve esponenziali in cui si traducevano i risultati di T2. Dato che gli studi bibliografici consultati non erano concordi su questo aspetto e nessuno aveva svolto esperimenti che potessero confermare le supposizioni formulate, abbiamo proceduto all’analisi di un formaggio simile ai nostri campioni, addizionato di una soluzione dopante a base di Fe(III)Cl2. Questo passaggio ci ha permesso di identificare i tipi di molecole rappresentati dalle 4 popolazioni. Successivamente siamo stati in grado di fare ipotesi concrete sull’evoluzione dei risultati di T2 e intensità relativa al variare del tempo di stagionatura e di salatura. Dalle nostre osservazioni è emerso che è possibile correlare l’andamento di T2 e I a quello di diversi parametri che caratterizzano il formaggio. Le ipotesi emerse da questo studio sono solamente intuizioni preliminari riguardo l’impiego di questo metodo di analisi per il formaggio, che però ha la potenzialità di essere molto utile nella ricerca e anche nell’industria. Si tratta infatti di un metodo caratterizzato da estrema facilità nella preparazione dei campioni, che può essere adattato ad analisi non distruttive e che impiega uno strumento molto economico rispetto ad altri tipi di analisi NMR. Possiamo inoltre concludere che, avendo messo a punto questi aspetti di base, l’interpretazione dei dati sarà senz’altro più semplice rispetto ad altre analisi NMR.

Arricchimento di colture microbiche anaerobiche su acido perfluoroottanoico (PFOA) e diversi accettori finali di elettroni

Nel presente elaborato è stata studiata la capacità biodegradativa di cinque differenti set di colture microbiche miste in anaerobiosi, rispetto all’acido perfluoroottanoico (PFOA). Quest’ultimo è un contaminante riconosciuto dalla comunità scientifica internazionale come persistente, tossico, bioaccumulante e ubiquitario, tipicamente trasportato nell’ecosistema acquatico. Le colture studiate sono state realizzate in microcosmi di acqua di falda, a partire da colture ottenute in uno studio di biodegradazione precedente, condotto su acque di falda contaminate da sostanze perfluoroalchiliche (PFASs), arricchendole in PFOA a una concentrazione di 50 mg/L in presenza di diversi accettori finali di elettroni (Fe(III), NO3— e SO42-) e donatori di elettroni (H2, NH4+, CH3-CHOH-COO- e CH3COO-) La prova sperimentale ha evidenziato una crescita microbica in alcune delle condizioni realizzate (NO3—-riduzione con ossidazione di CH3COO-, Fe(III)-riduzione con ossidazione di NH4+, SO42—-riduzione con ossidazione di CH3-CHOH-COO-). Sebbene sia stato osservato un consumo di metaboliti talvolta notevole nelle suddette condizioni, non è stata riscontrata una rimozione significativa dell’acido perfluoroottanoico ad esso correlata.

Investigation on laser shock peening capability by FE simulation

Laser shock peening is a technique similar to shot peening that imparts compressive residual stresses in materials for improving fatigue resistance. The ability to use a high energy laser pulse to generate shock waves, inducing a compressive residual stress field in metallic materials, has applications in multiple fields such as turbo-machinery, airframe structures, and medical appliances. The transient nature of the LSP phenomenon and the high rate of the laser's dynamic make real time in-situ measurement of laser/material interaction very challenging. For this reason and for the high cost of the experimental tests, reliable analytical methods for predicting detailed effects of LSP are needed to understand the potential of the process. Aim of this work has been the prediction of residual stress field after Laser Peening process by means of Finite Element Modeling. The work has been carried out in the Stress Methods department of Airbus Operations GmbH (Hamburg) and it includes investigation on compressive residual stresses induced by Laser Shock Peening, study on mesh sensitivity, optimization and tuning of the model by using physical and numerical parameters, validation of the model by comparing it with experimental results. The model has been realized with Abaqus/Explicit commercial software starting from considerations done on previous works. FE analyses are “Mesh Sensitive”: by increasing the number of elements and by decreasing their size, the software is able to probe even the details of the real phenomenon. However, these details, could be only an amplification of real phenomenon. For this reason it was necessary to optimize the mesh elements' size and number. A new model has been created with a more fine mesh in the trough thickness direction because it is the most involved in the process deformations. This increment of the global number of elements has been paid with an "in plane" size reduction of the elements far from the peened area in order to avoid too high computational costs. Efficiency and stability of the analyses has been improved by using bulk viscosity coefficients, a merely numerical parameter available in Abaqus/Explicit. A plastic rate sensitivity study has been also carried out and a new set of Johnson Cook's model coefficient has been chosen. These investigations led to a more controllable and reliable model, valid even for more complex geometries. Moreover the study about the material properties highlighted a gap of the model about the simulation of the surface conditions. Modeling of the ablative layer employed during the real process has been used to fill this gap. In the real process ablative layer is a super thin sheet of pure aluminum stuck on the masterpiece. In the simulation it has been simply reproduced as a 100µm layer made by a material with a yield point of 10MPa. All those new settings has been applied to a set of analyses made with different geometry models to verify the robustness of the model. The calibration of the model with the experimental results was based on stress and displacement measurements carried out on the surface and in depth as well. The good correlation between the simulation and experimental tests results proved this model to be reliable.

Nuovi complessi alchinil tetrazolici di iridio(III) e renio(I): Sintesi, reattività e proprietà fotofisiche.

In this experimental thesis, two luminescent Ir(III) and Re(I) complexes which have a terminal alkynyl group on the tetrazole ligand were prepared. The aim was to use them as building blocks, in order to synthesize more complex structures. We explored two simple reactions: the first one was a coupling, for the formation of Ir(III)/Au(III) and Re(I)/Au(III) hetero binuclear complexes, and the second was a 1,3-dipolar Cu(I)-catalyzed “Click” cycloaddition, between the terminal alkyne and azide. The synthesized products were characterized through photophysical analysis, evaluating how the photoemissive properties of these substrates were affected by the formation of more complex structures. In questo lavoro di tesi sperimentale sono stati preparati due complessi luminescenti di Ir(III) e Re(I) che presentano un alchino terminale sul legante tetrazolico. Lo scopo è stato quello di utilizzarli come building blocks per la sintesi di strutture più complesse. Sono state esplorate due semplici reazioni: la prima di coupling, per la formazione di complessi etero binucleari Ir(III)/Au(III) e Re(I)/Au(III), e la seconda di “click”, ossia una cicloaddizione 1,3-dipolare Cu(I) catalizzata tra l’alchino terminale e un’azide. I prodotti sintetizzati sono stati caratterizzati attraverso analisi fotofisiche, valutando come le proprietà fotoemissive di questi substrati siano influenzate in seguito alla formazione di strutture più complesse.

I) Improving low photocurrent of pseudorotaxane based solar cell II) Synthesis and characterization of new Fe(0) cyclopentadienone complexes

Next to conventional solar panels that harvest direct sunlight, p-type dye-sensitized solar cells (DSSCs) have been developed, which are able to harvest diffuse sunlight. Due to unwanted charge recombination events p-type DSSCs exhibit low power conversion efficiencies (PCEs). Previous research has shown that dye-redox mediator (RM) interactions can prevent these recombination events, resulting in higher PCEs. It is unknown how the nature of dye-RM interactions affects the PCEs of pseudorotaxane-based solar cells. In this research this correlation is investigated by comparing one macrocycle, the 3-NDI, in combination with the three dyes that contains a recognition sites. 2D-DOSY-NMR experiments have been conducted to evaluate the diffusion constants (LogD) of the three couple. The research project has been stopped due to the coronavirus pandemic. The continuation of this thesis would have been to synthesize a dye on the basis of the data obtained from the diffusion tests and attempt the construction of a solar cell to then evaluate its effectiveness. During my training period I synthetized new Fe(0) cyclopentadienone compounds bearing a N-Heterocyclic Carbene ligand. The aim of the thesis was to achieve water solubility by modifications of the cyclopentadienone ligand. These new complexes have been modified using a sulfonation reaction, replacing an hydroxyl with a sulfate group, on the alkyl backbone of the cyclopentadienone ligand. All the complexes were characterized with IR, ESI-MS and NMR spectroscopy, and a new Fe(0) cyclopentadienone complex, involved as an intermediate, was obtained as a single crystal and was characterized also with X-Ray spectroscopy.