Analysis of oxide and vanadate supports for catalytic hydrogen combustion: Kinetic and mechanistic investigations

Combustion synthesized oxide and vanadate compounds (CeO2, Fe2O3, CeVO4, and FeVO4) were tested for catalytic hydrogen combustion. The compounds were characterized by X-ray diffraction and X-ray photoelectron spectroscopy. All the four compounds showed good activity and stability for catalytic hydrogen combustion and more than 95% conversion was observed over all the compounds within 500 degrees C. The mechanisms for the reaction over the different classes of compounds (cerium-based and iron-based compounds) were proposed on the basis of spectroscopic observations. The main difference in the mechanisms was in the nature of adsorption of H2 over the sites. The elementary processes for the reaction were proposed, corresponding rate expressions were derived, and the rate parameters for the reaction were estimated using nonlinear regression. Langmuir-Hinshelwood and Eley-Rideal mechanisms were also tested for the reaction and the proposed mechanism was compared with these mechanisms. (c) 2011 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2012

Failure of pyrolysis coils coated with anit-coking film in an ethylene cracking plant

This paper presents a specific kind of failure in ethylene cracking coils coated with anticoking film. It investigates a case in which the coils made of 35Cr 45Ni high temperature alloy failed within two years of operation. The damage occurred due to heavy oxidation in localized regions of the coil resulting in the formation of blisters, which eventually failed by cracking. The mechanism involved was determined by studying the oxidized samples under a scanning electron microscope with an energy dispersive system and is attributed to the presence of rare earth metals in the anti-coking film and inherent casting defects in the base alloy. The cerium present in the anti-coking film diffused preferentially to a defect site in the parent alloy thereby resulting in its segregation which further led to embrittlement. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Monoclinic to cubic phase transformation in combustion synthesized gadolinium oxide

Gadolinium oxide, cerium oxide, and 10 mol% gadolinia doped ceria ceramic powders have been synthesized using combustion technique. Though the cubic gadolinia phase is stable at room temperature, single phase monoclinic gadolinia was obtained as a result of combustion synthesis using fuel lean and stoichiometric precursor compositions. This powder was subjected to calcination treatment and ceria doping to study the stability of phases and the rate of phase transformation from monoclinic to cubic gadolinia. It was found that monoclinic gadolinia transforms to cubic gadolinia upon calcination at temperatures less than 1200 degrees C. It was also found that rate of phase transformation is more for powder produced using fuel lean compositions; and the rate is enhanced upon ceria doping. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Recognition of double helical DNA by purine oligonucleotides via triple helix formation

Oligonucleotide-directed triple helix formation is one of the most versatile methods for the sequence specific recognition of double helical DNA. Chapter 2 describes affinity cleaving experiments carried out to assess the recognition potential for purine-rich oligonucleotides via the formation of triple helices. Purine-rich oligodeoxyribonucleotides were shown to bind specifically to purine tracts of double helical DNA in the major groove antiparallel to the purine strand of the duplex. Specificity was derived from the formation of reverse Hoogsteen G•GC, A•AT and T•AT triplets and binding was limited to mostly purine tracts. This triple helical structure was stabilized by multivalent cations, destabilized by high concentrations of monovalent cations and was insensitive to pH. A single mismatched base triplet was shown to destabilize a 15 mer triple helix by 1.0 kcal/mole at 25°C. In addition, stability appeared to be correlated to the number of G•GC triplets formed in the triple helix. This structure provides an additional framework as a basis for the design of new sequence specific DNA binding molecules.

In work described in Chapter 3, the triplet specificities and required strand orientations of two classes of DNA triple helices were combined to target double helical sequences containing all four base pairs by alternate strand triple helix formation. This allowed for the use of oligonucleotides containing only natural 3'-5' phosphodiester linkages to simultaneously bind both strands of double helical DNA in the major groove. The stabilities and structures of these alternate strand triple helices depended on whether the binding site sequence was 5'-(purine)_m (pyrimidine)_n-3' or 5'- (pyrimidine)_m (purine)_n-3'.

In Chapter 4, the ability of oligonucleotide-cerium(III) chelates to direct the transesterfication of RNA was investigated. Procedures were developed for the modification of DNA and RNA oligonucleotides with a hexadentate Schiff-base macrocyclic cerium(III) complex. In addition, oligoribonucleotides modified by covalent attachment of the metal complex through two different linker structures were prepared. The ability of these structures to direct transesterification to specific RNA phosphodiesters was assessed by gel electrophoresis. No reproducible cleavage of the RNA strand consistent with transesterification could be detected in any of these experiments.

Estudo da desativação térmica de catalisadores à base de óxidos mistos de cério e zircônio

Em termos ambientais, os catalisadores automotivos se destacam pelos resultados altamente significativos alcançados após seu uso obrigatório em veículos leves. No entanto, as condições térmicas em que eles operam podem levar a um processo de perda de atividade significativa, após certo tempo de operação. Dentro desse contexto, este trabalho estudou o efeito da temperatura na desativação térmica de catalisadores automotivo modelo. Foram preparados catalisadores baseados em óxido misto de cério e zircônio na proporção 50% em mol de cério e zircônio (CZ). A partir dele foram produzidos os catalisadores Pd-CZ e Pd-CZ-LaAl. O catalisador Pd-CZ foi produzido pela impregnação do CZ com Pd na concentração de 0,5% m/m de CZ. O catalisador Pd-CZ-LaAl foi produzido a partir de uma mistura física do Pd-CZ com o suporte LaAl (alumina dopada com La na concentração de 1,9 % m/m de Al2O3), seguida de calcinação a 500˚C. Foram realizados envelhecimentos a 900C e 1200C em mufla com atmosfera oxidante por 12 e 36h. Os catalisadores foram caracterizados por um conjunto de técnicas físico-químicas. Foram realizadas análises de fisissorção de N2 para a medição da área específica e o estudo da evolução do diâmetro e volume de poros das amostras novas e envelhecidas. Análises de difração de raios X (DRX) foram feitas de forma a acompanhar possíveis transições de fases após o envelhecimento das amostras. Foi realizada análise química para validar a composição das amostras e ensaios de análise térmica para o catalisador CZ visando identificar a temperatura onde ocorre o fenômeno de segregação de fases. Realizaram-se ensaios de redução a temperatura programada (RTP) visando quantificar o consumo de hidrogênio e associá-lo à evolução da redutibilidade das amostras após o envelhecimento térmico. Finalmente, a avaliação catalítica foi realizada com base nas reações de oxidação do CO e do propano e de redução do NO pelo CO, através da obtenção de curvas de lightoff. As análises de DRX mostraram que o envelhecimento a 900C ocasionou alterações de fases da alumina, mas não foi verificada segregação de fases no CZ. Já a 1200C observou-se a referida segregação de fases, que coincide com a drástica queda na área específica das amostras, em alguns casos observando-se o colapso das propriedades texturais do catalisador. As análises de RTP mostraram que, em determinadas condições, o envelhecimento térmico promove a redutibilidade do sistema CZ e a introdução de Pd torna o catalisador mais facilmente redutível o que é evidenciado pelo deslocamento dos picos de redução para temperaturas mais baixas em comparação ao CZ puro. Os testes catalíticos mostraram que a introdução do Pd é um fator fundamental para a conversão do propano. Os catalisadores contendo Pd também converteram melhor o CO. Para os catalisadores envelhecidos a 1200C, o único resultado positivo foi no caso do Pd-CZ-LaAl que apesar deste tratamento térmico, ainda converteu o CO, propano e NO. Desta forma o catalisador Pd-CZ-LaAl apresentou resultados mais satisfatórios e isto evidencia que a mistura com LaAl melhora o desempenho e a estabilidade térmica do catalisador em altas temperaturas (acima de 300C).

大尺寸Ce：Lu1.6Y0.4SiO5闪烁晶体的生长和光谱特性

采用中频感应提拉法生长出尺寸为Ф60mm×110mm的Ce：Lu1.6Y0.4SiO5（LYSO）晶体,与LSO晶体相比,LYSO晶体的优势是提高了晶体质量、降低了熔点和原料成本等.在室温下测试了LYSO晶体的透过光谱、激发光谱和发射光谱,结果表明Y的加入使LSO晶体的吸收边向短波方向偏移.Ce^3＋的4f^1→5d^1跃迁吸收导致紫外区产生三个吸收带.发射光谱具有Ce^3＋典型的双峰特征,经Gaussian多峰值拟合,双峰395nm和418nm归属于Ce1发光中心,而435nm的发光峰与Ce2发光中心有

Estudo de catalisadores modelo à base de CeO2-ZrO2 dopado com cobre para controle de emissões de NOx

Convencionalmente, metais nobres são empregados como metais ativos em catalisadores automotivos, mas o uso de cobre vem sendo estudado pelo fato de promover sítios ativos para adsorção química e redução de NOx. Diante deste contexto, esta dissertação visa testar novas formulações de catalisadores, com foco em seu desempenho na reação de redução do NO pelo CO e sua seletividade a N2. Foram avaliados o método de adição de cobre no preparo e os teores de cobre utilizados na preparação. Os métodos de adição utilizados foram impregnação a seco (IS), reação em estado sólido (RS) e coprecipitação (CO). Os teores de cobre estudados ficaram entre 0,36 e 6,9% (m/m). Além disso, foi estudado o impacto no desempenho do catalisador após envelhecimento térmico a 950C por 12h. Foram empregadas as seguintes técnicas de caracterização textural e físico-química como espectrometria de absorção atômica, fisissorção de N2, difração de raios X, espectroscopia Raman e redução a temperatura programada. Os catalisadores também foram avaliados na reação de redução do NO pelo CO. A análise textural indicou que o método de coprecipitação levou a características texturais diferentes dos outros catalisadores. Análises de DRX mostraram a formação de CuO cristalino para teores iguais ou superiores a 3,3% (m/m) de cobre. As análises de Redução a Temperatura Programada (RTP) indicaram que ocorreu uma forte interação na interface entre o suporte e as espécies de cobre dispersas, acompanhada da diminuição da temperatura de redução do CuO e da redução parcial da céria em temperaturas mais baixas. Os testes catalíticos mostraram um melhor desempenho dos catalisadores (IS) que apresentaram conversões mais elevadas em menores temperaturas. Com relação ao envelhecimento, observou-se uma diminuição significativa da eficiência dos catalisadores. Uma comparação com catalisadores à base de metal nobre mostrou um bom desempenho dos catalisadores à base de cobre, com a vantagem destes apresentarem emissão de N2O restrita a baixas temperaturas

Three-photon-excited upconversion luminescence of Ce3+: YAP crystal by femtosecond laser irradiation

Infrared to ultraviolet and visible upconversion luminescence was demonstrated in trivalent cerium doped YAlO3 crystal (Ce3+: YAP) under focused infrared femtosecond laser irradiation. The fluorescence spectra show that the upconverted luminescence comes from the 5d-4f transitions of trivalent cerium ions. The dependence of luminescence intensity of trivalent cerium on infrared pumping power reveals that the conversion of infrared radiation is dominated by three-photon excitation process. It is suggested that the simultaneous absorption of three infrared photons pumps the Ce3+ ion into upper 5d level, which quickly nonradiatively relax to lowest 5d level. Thereafter, the ions radiatively return to the ground states, leading to the characteristic emission of Ce3+. (c) 2005 Optical Society of America.

Ce：Lu2Si2O7闪烁晶体的结构和光谱特性

采用中频感应提拉法生长出Ce：Lu：Si2O7(Ce：LPS)晶体．通过x射线粉末衍射分析，晶体结构属单斜晶系的C21m空间群·光学显微镜下可观测到晶体的(110)解理．在室温下测试了Ce：LPS晶体的吸收光谱、激发光谱和发射光谱。结果表明，Ce：LPS晶体的吸收峰只有两个，分别位于302和349nm，且与激发峰的位置一致，归因于Ce^3+的4f^1→5d^1跃迁的特征吸收所致．发射光谱具有Ce^3+典型的双峰特征，经Gaussian多峰值拟合，带状谱是由384和407nm两个发射峰叠加而成，且后者的强度

掺铈硅酸钆闪烁晶体的研究进展与发展方向

本文综述了铈离子掺质硅酸钆(Ce：Gd2SiO5)闪烁晶体的结构、闪烁性能、闪烁机理及晶体生长的研究现状，重点讨论了Ce：GsO闪烁晶体生长的研究进展；提出了硅酸钆闪烁晶体未来研究发展的几个方向为：大尺寸晶体的生长、高光输出的研究、混合型硅酸钆晶体的研究等。

红外飞秒激光诱导Ce^3＋掺杂闪烁晶体的上转换发光研究

本文研究了红外飞秒激光照射下Ce^3＋ 掺杂的YAP和LSO两种闪烁晶体的上转换发光现象.实验发现在飞秒激光泵浦下,这两种晶体的荧光均来自于Ce^3＋离子的5d-4f跃迁.荧光强度与泵浦光功率之间的依赖关系揭示了Ce^3＋：YAP和Ce^3＋：LSO晶体的上转换过程皆由三光子吸收过程所主导.分析表明,Ce^3＋：YAP和Ce^3＋：LSO晶体中的三光子吸收是三光子同时吸收.

The repulsive and feeding-deterrent effects of electropositive metals on juvenile sandbar sharks (Carcharhinus plumbeus)

Reducing shark bycatch and depredation (i.e., damage caused by sharks to gear, bait, and desired fish species) in pelagic longline fisheries targeting tunas and swordfish is a priority. Electropositive metals (i.e., a mixture of the lanthanide elements lanthanum, cerium, neodymium, and praseodymium) have been shown to deter spiny dogfish (Squalus acanthias, primarily a coastal species) from attacking bait, presumably because of interactions with the electroreceptive system of this shark. We undertook to determine the possible effectiveness of electropositive metals for reducing the interactions of pelagic sharks with longline gear, using sandbar sharks (Carcharhinus plumbeus, family Carcharhinidae) as a model species. The presence of electropositive metal deterred feeding in groups of juvenile sandbar sharks and altered the swimming patterns of individuals in the absence of food motivation (these individuals generally avoided approaching electropositive metal closer than ~100 cm). The former effect was relatively short-lived however; primarily (we assume) because competition with other individuals increased feeding motivation. In field trials with bottom longline gear, electropositive metal placed within ~10 cm of the hooks reduced the catch of sandbar sharks by approximately two thirds, compared to the catch on hooks in the proximity of plastic pieces of similar dimensions. Electropositive metals therefore appear to have the potential to reduce shark interactions in pelagic longline fisheries, although the optimal mass, shape, composition, and distance to baited hooks remain to be determined.

Identificação da formação de titanato de bário a partir de mistura reacional calcinada em diferentes temperaturas via difração de raios X, espectroscopia fotoacústica e análise térmica

Os materiais ferroelétricos têm sido utilizados em muitas áreas da tecnologia e da ciência, pois possuem um grande número de aplicações, como: sensores; transdutores; capacitores; dispositivos ópticos; dentre outras. A busca por novos materiais cerâmicos ferroelétricos tem sido grande. Um dos materiais cerâmicos ferroelétricos mais estudados é o titanato de bário (BT). São vários os métodos de produção e caracterização do titanato de bário. Neste trabalho, pós cerâmicos de titanato de bário foram obtidos por reação do estado sólido a partir de misturas reacionais calcinadas em diferentes temperaturas entre 400C e 900C. Foram três as misturas reacionais: não dopadas; dopadas com 1%; e dopadas com 5% de dióxido de cério (CeO2). A identificação da formação do BT, nos pós cerâmicos produzidos, foi feita a partir de três técnicas de caracterização: difração de raios X (DRX); espectroscopia fotoacústica (PAS); e técnicas de análise térmica. Com a técnica DRX, difratogramas mostraram que a plena formação do titanato de bário ocorreu a partir da temperatura de calcinação de 700C. Para a amostra não dopada com cério e calcinada a 800C, houve deslocamento de todos os picos de difração. Nas amostras dopadas com dióxido de cério houve deslocamento de todos os picos de difração, em relação as amostras não dopadas. Observou-se também que nas amostras dopadas com 5% de CeO2, e calcinadas a 700C e 800C, resíduos de dióxido de cério foram observados nos difratogramas. Com a técnica PAS, espectros de absorção foram obtidos. Foi possível observar uma grande diferença de absorção da amostra calcinada a 600 e 630C, indicando a formação do titanato de bário a partir da temperatura de 630C, nas amostras sem a dopagem dióxido de cério. Houve um alargamento nas bandas de absorção a partir da temperatura de 600C, quando o dióxido de cério entrou na matriz. Foi também possível determinar as energias de band-gap das amostras utilizando o método de Tauc. Com as técnicas de análise térmica, em especial através da técnica termogravimétrica (TG/DTG), foi comprovado que até 400C não havia formação de titanato de bário. Visto que nesta temperatura de calcinação houve a maior perda de massa durante a rampa de aquecimento. O início da formação do titanato de bário foi observado a partir da temperatura de calcinação de 500C, assim como nas técnicas DRX e PAS. Portanto, com os resultados apresentados, foi demonstrada a identificação da formação do titanato de bário nas misturas reacionais calcinadas, com auxílio das potencialidades das três técnicas utilizadas.

Avaliação de aditivos para remoção catalítica de SOx em unidades de fcc

Os óxidos de enxofre (SOx) são um dos maiores poluentes atmosféricos e um dos precursores da chuva ácida. Um levantamento feito na Petrobrás mostrou que cerca de 17% dos SOx emitidos numa refinaria são oriundos do processo de FCC. Com o avanço dos controles ambientais, traduzido numa legislação mais restritiva, a técnica de incorporação de aditivos para remoção de SOx em UFCCs apresenta-se como a alternativa de menor custo frente outras tecnologias de abate das emissões de SOx. No presente trabalho, foram estudados aditivos constituídos por compostos derivados de hidrotalcitas com a substituição parcial do magnésio e do alumínio por cobre e/ou manganês, sendo estes impregnados ou não por dióxido de cério. Estes aditivos foram submetidos a testes de desempenho em uma unidade multi-propósito acoplada a um micro-GC/TCD. Em todos os testes, a corrente gasosa para a etapa de adsorção oxidativa foi de 1700 ppm de SO2 e 1,5% O2 em He e, para a etapa de regeneração, 30% H2/He. No primeiro conjunto de testes, realizou-se uma adsorção a 720C de 10 min e regeneração com um patamar a 530C, seguido de um TPR até 800C. Observou-se que as amostras impregnadas com cério apresentaram o melhor desempenho na remoção de SO2, indicando que o cério pode ter um papel de promotor da oxidação de SO2 a SO3. Os resultados do TPR mostram que as amostras com cério e com manganês parecem apresentar menores temperaturas de redução dos sulfatos, apesar das maiores liberações de H2S serem identificadas nas amostras com cobre. No segundo conjunto de testes, a adsorção foi a 720C durante 35 min e a regeneração a 650C por 5 minutos em um patamar de 5 minutos, seguida de um TPR até 800C. Para os tempos de sulfatação curtos (5 e 10 min), os resultados confirmaram o efeito positivo que a incorporação de CeO2 apresenta sobre a adsorção oxidativa do SO2. Todavia, para tempos de reação maiores (35 min), não se observou uma correlação clara entre a composição química do catalisador e a quantidade total de SOx removida. Os aditivos foram ainda testados em ciclos de reação-regeneração em condições equivalentes ao segundo conjunto de testes descrito. De um modo geral, os aditivos que contêm cobre têm uma vida útil superior aos demais, possivelmente, pelo fato do cobre ter importante papel na regeneração do aditivo

Estudo da redução do NO pelo CO usando catalisadores de ródio suportado em óxido misto de cério e zircônio e óxido misto derivado de hidrotalcita

Esta tese teve como objetivo avaliar o desempenho de catalisadores de Rh suportados em cério-zircônio (CZ) e em óxido misto de magnésio e alumínio (HT) derivado de hidrotalcita na reação de redução do NO pelo CO em meio estequiométrico. Os suportes puros e impregnados com Rh foram nomeados CZ, RhCZ, HT e RhHT. Os suportes foram preparados por coprecipitação e o metal nobre foi adicionado no teor de 0,15% (m/m) por impregnação a seco. Foram realizados testes de caracterização como fisissorção de N2, DRX, TPR, espectroscopia Raman, DRIFTS, TGA-DTA e TPD-CO/NO. Para a avaliação catalítica, foi utilizada uma mistura de 1%NO + 1%CO em He e a atividade e seletividade foram expressas através das concentrações dos gases envolvidos ao longo de uma rampa de temperatura desde a temperatura ambiente até 500C. Os resultados de caracterização indicaram nítidas diferenças estruturais e físico-químicas entre os dois tipos de catalisadores nas isotermas de adsorção de N2, nos perfis de redução e nos difratogramas, já dando indícios de que os mecanismos de reação seriam diferentes. Pelas análises de DRIFTS identifica-se a presença de bandas características de espécies de CO adsorvidas no Rh somente para o catalisador RhCZ a baixa temperatura, ressaltando a interação Rh-CZ, também evidenciadas pelos resultados de Raman, mas que provavelmente não ocorrem com o óxido misto de Al e Mg. Observou-se que o suporte de CZ foi mais ativo a baixas temperaturas que o suporte de HT, porém o catalisador RhHT foi mais seletivo a N2 a 350C e emitiu menos N2O ao longo da faixa de temperatura avaliada do que o catalisador RhCZ. Resultados de TPD de NO e comparações de curvas experimentais e teóricas envolvendo as concentrações de CO, CO2 e NOx durante os testes catalíticos, acompanhados também pelas análises de DRIFTS nas mesmas condições, indicam que a redução do Rh e a afinidade do catalisador pelo NO são importantes para favorecer a maior seletividade da reação de redução do NO pelo CO a N2.