Effects Of The Flash Welding Process On Mechanical And Microstructural Properties Of Structural Steel Joints Assessed Using Dest

ASTM A529 carbon¿manganese steel angle specimens were joined by flash butt welding and the effects of varying process parameter settings on the resulting welds were investigated. The weld metal and heat affected zones were examined and tested using tensile testing, ultrasonic scanning, Rockwell hardness testing, optical microscopy, and scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy in order to quantify the effect of process variables on weld quality. Statistical analysis of experimental tensile and ultrasonic scanning data highlighted the sensitivity of weld strength and the presence of weld zone inclusions and interfacial defects to the process factors of upset current, flashing time duration, and upset dimension. Subsequent microstructural analysis revealed various phases within the weld and heat affected zone, including acicular ferrite, Widmanstätten or side-plate ferrite, and grain boundary ferrite. Inspection of the fracture surfaces of multiple tensile specimens, with scanning electron microscopy, displayed evidence of brittle cleavage fracture within the weld zone for certain factor combinations. Test results also indicated that hardness was increased in the weld zone for all specimens, which can be attributed to the extensive deformation of the upset operation. The significance of weld process factor levels on microstructure, fracture characteristics, and weld zone strength was analyzed. The relationships between significant flash welding process variables and weld quality metrics as applied to ASTM A529-Grade 50 steel angle were formalized in empirical process models.

Calculated sea surface temperatures of two sediment cores

The reconstruction of ocean history employs a large variety of methods with origins in the biological, chemical, and physical sciences, and uses modern statistical techniques for the interpretation of extensive and complex data sets. Various sediment properties deliver useful information for reconstructing environmental parameters. Those properties that have a close relationship to environmental parameters are called ''proxy variables'' (''proxies'' for short). Proxies are measurable descriptors for desired (but unobservable) variables. Surface water temperature is probably the most important parameter for describing the conditions of past oceans and is crucial for climate modelling. Proxies for temperature are: abundance of microfossils dwelling in surface waters, oxygen isotope composition of planktic foraminifers, the ratio of magnesium or strontium to calcium in calcareous shells or the ratio of certain organic molecules (e.g. alkenones produced by coccolithophorids). Surface water salinity, which is important in modelling of ocean circulation, is much more difficult to reconstruct. At present there is no established method for a direct determination of this parameter. Measurements associated with the paleochemistry of bottom waters to reconstruct bottom water age and flow are made on benthic foraminifers, ostracodes, and deep-sea corals. Important geochemical tracers are d13C and Cd/Ca ratios. When using benthic foraminifers, knowledge of the sediment depth habitat of species is crucial. Reconstructions of productivity patterns are of great interest because of important links to current patterns, mixing of water masses, wind, the global carbon cycle, and biogeography. Productivity is reflected in the flux of carbon into the sediment. There are a number of fluxes other than those of organic carbon that can be useful in assessing productivity fluctuations. Among others, carbonate and opal flux have been used, as well as particulate barite. Furthermore, microfossil assemblages contain clues to the intensity of production as some species occur preferentially in high-productivity regions while others avoid these. One marker for the fertility of sub-surface waters (that is, nutrient availability) is the carbon isotope ratio within that water (13C/12C, expressed as d13C). Carbon isotope ratios in today's ocean are negatively correlated with nitrate and phosphate contents. Another tracer of phosphate content in ocean waters is the Cd/Ca ratio. The correlation between this ratio and phosphate concentrations is quite well documented. A rather new development to obtain clues on ocean fertility (nitrate utilization) is the analysis of the 15N/14N ratio in organic matter. The fractionation dynamics are analogous to those of carbon isotopes. These various ratios are captured within the organisms growing within the tagged water. A number of reconstructions of the partial pressure of CO2 have been attempted using d13C differences between planktic and benthic foraminifers and d13C values of bulk organic material or individual organic components. To define the carbon system in sea water, two elements of the system have to be known in addition to temperature. These can be any combination of total CO2 , alkalinity, or pH. To reconstruct pH, the boron isotope composition of carbonates has been used. Ba patterns have been used to infer the distribution of alkalinity in past oceans. Information relating to atmospheric circulationand climate is transported to the ocean by wind or rivers, in the form of minerals or as plant andanimal remains. The most useful tracers in this respect are silt-sized particles and pollen.

High-temperature mechanical properties of aluminium alloys reinforced with titanium diboride (TiB2) particles

The physical and mechanical properties of metal matrix composites were improved by the addition of reinforcements. The mechanical properties of particulate-reinforced metal-matrix composites based on aluminium alloys (6061 and 7015) at high temperatures were studied. Titanium diboride (TiB2) particles were used as the reinforcement. All the composites were produced by hot extrusion. The tensile properties and fracture characteristics of these materials were investigated at room temperature and at high temperatures to determine their ultimate strength and strain to failure. The fracture surface was analysed by scanning electron microscopy. TiB2 particles provide high stability of the aluminium alloys (6061 and 7015) in the fabrication process. An improvement in the mechanical behaviour was achieved by adding TiB2 particles as reinforcement in both the aluminium alloys. Adding TiB2 particles reduces the ductility of the aluminium alloys but does not change the microscopic mode of failure, and the fracture surface exhibits a ductile appearance with dimples formed by coalescence.

1987 census of manufactures.

Mode of access: Internet.

Industry wage survey.

Mode of access: Internet.

The effects of metallurgical variables on the mechanical properties of high-chromium cast irons

The.use of high-chromium cast irons for abrasive wear resistance is restricted due to their poor fracture toughness properties. An.attempt was made to improve the fracture characteristics by altering the distribution, size and.shape of the eutectic carbide phase without sacrificing their excellent wear resistance. This was achieved by additions of molybdenum or tungsten followed by high temperature heat treatments. The absence of these alloying elements or replacement of them with vanadium or manganese did not show any significant effect and the continuous eutectic carbide morphology remained the same after application of high temperature heat treatments. The fracture characteristics of the alloys with these metallurgical variables were evaluated for both sharp-cracks and blunt notches. The results were used in conjunction with metallographic and fractographic observations to establish possible failure mechanisms. The fracture mechanism of the austenitic alloys was found to be controlled not only by the volume percent but was also greatly influenced by the size and distribution of the eutectic carbides. On the other hand, the fracture mechanism of martensitic alloys was independent of the eutectic carbide morphology. The uniformity of the secondary carbide precipitation during hardening heat treatments was shown to be a reason for consistant fracture toughness results being obtained with this series of alloys although their eutectic carbide morphologies were different. The collected data were applied to a model which incorporated the microstructural parameters and correlated them with the experimentally obtained valid stress intensity factors. The stress intensity coefficients of different short-bar fracture toughness test specimens were evaluated from analytical and experimental compliance studies. The.validity and applicability of this non-standard testing technique for determination of the fracture toughness of high-chromium cast irons were investigated. The results obtained correlated well with the valid results obtained from standard fracture toughness tests.

Micropartículas de quitosana estruturadas com aerosil®: estabilidade, adsorção, encapsulação e liberação de substâncias ativas

Biodegradable microspheres used as controlled release systems are important in pharmaceutics. Chitosan biopolymer represents an attractive biomaterial alternative because of its physicochemical and biological characteristics. Chitosan microspheres are expected to become promising carrier systems for drug and vaccine delivery, especially for non-invasive ways oral, mucosal and transdermal routes. Controlling the swelling rate and swelling capacity of the hydrogel and improving the fragile nature of microspheres under acidic conditions are the key challenges that need to be overcomed in order to enable the exploration of the full pharmaceutical potential use of these microparticles. Many studies have focused on the modification of chitosan microsphere structures with cross-linkers, various polymers blends and new organic-inorganic hybrid systems in order to obtain improved properties. In this work, microspheres made of chitosan and nanosized hydrophobic silica (Aerosil R972) were produced by a method consisting of two steps. First, a preparation of a macroscopically homogeneous chitosan-hydrophobic silica dispersion was prepared followed by spray drying. FTIR spectroscopy, X-ray powder diffraction, differential scanning calorimetry, thermal gravimetric analysis, scanning electron microscopy (SEM) and high-resolution transmission electron microscopy (TEM) were used to characterize the microspheres. Also, the were conducted acid stability, moisture sorption capacity, release properties and biological assays. The chitosan-hydrophobic silica composite microspheres showed improved thermal degradation, lower water affinity, better acid stability and ability to retard rifampicin and propranolol hydrochloride (drug models) release under simulated physiological conditions. In vitro biocompatibility studies indicated low cytotoxicity and low capacity to activate cell production of the pro-inflammatory mediator nitric oxide. The results show here encourage further studies on the use of the new chitosan-hydrophobic silica composite microspheres as drug carrier systems via oral or nasal routes.

Fracture patterns and petrophysical properties of carbonates undergoing regional folding : A case study from Kurdistan, N Iraq

Acknowledgements The authors thank the Ministry of Natural Resources in Iraqi Kurdistan Region for permission to publish this paper. Gulf Keystone Petroleum Ltd. and HKN Energy Ltd. are acknowledged for providing the subsurface datasets. Great thanks to Colin Taylor at the University of Aberdeen for his assistance in the laboratory work. Thoughtful reviews by two anonymous referees improved the clarity of the paper. Graham Banks is thanked for his helpful and constructive review on a late version of the manuscript, which has significantly improved this paper.

Estudo comparativo da queima rápida com a queima tradicional nas propriedades de materiais cerâmicos de base argilos

Dutra, R. P. S.; Varela,M. L.; Nascimento, R. M. ; Gomes, U. U. ; Martinelli1, A. E. ; Paskocimas, C. A. Estudo comparativo da queima rápida com a queima tradicional nas propriedades de materiais cerâmicos de base argilosa. Cerâmica [online]. 2009, vol.55, n.333, pp. 100-105. ISSN 0366-6913. doi:Disponivem em: . Acesso em: 04 out. 2010.

Développement de matériaux à base de protéines extraites du byssus de la moule bleue Mytilus edulis

Le byssus est un amas de fibres que les moules produisent afin de s’ancrer aux surfaces immergées sous l’eau. Ces fibres sont pourvues de propriétés mécaniques impressionnantes combinant rigidité, élasticité et ténacité élevées. De plus, elles possèdent un comportement d’auto-guérison de leurs propriétés mécaniques en fonction du temps lorsque la contrainte initialement appliquée est retirée. Les propriétés mécaniques de ces fibres sont le résultat de l’agencement hiérarchique de protéines de type copolymère blocs riches en collagène et de la présence de métaux formant des liens sacrificiels réversibles avec certains acides aminés comme les DOPA et les histidines. Bien que cette fibre soit très intéressante pour la production de matériaux grâce à son contenu élevé en collagène potentiellement biocompatible, cette ressource naturelle est traitée comme un déchet par les mytiliculteurs. L’objectif de cette thèse était de valoriser cette fibre en extrayant les protéines pour générer une nouvelle classe de matériaux biomimétiques. Un hydrolysat de protéines de byssus (BPH) riche en acides aminés chargés, i.e. ~30 % mol, et permettant de former des films a pu être généré. Lorsque solubilisé à pH 10.5, le BPH forme un hydrogel contenant des structures en triple hélice de collagène et des feuillets β anti-parallèles intra- et inter-moléculaires. Suite à l’évaporation de l’eau, le film de BPH résultant est insoluble en milieu aqueux à cause des structures secondaires très stables agissant comme points de réticulation effectifs. Les propriétés mécaniques des films de BPH sont modulables en fonction du pH. Au point isoélectrique (pI = 4.5), les interactions électrostatiques entre les charges opposées agissent comme points de réticulation et augmentent la rigidité des films et leur contrainte à la rupture sans affecter la déformation à la rupture. À pH plus élevé ou plus bas que le pI, les performances mécaniques des films sont plus faibles à cause de la répulsion entre les groupements fonctionnels de même charge qui interagissent plutôt avec les molécules d’eau et causent le gonflement de la matrice protéique des films. Le BPH contenant un nombre élevé d’acides aminés chargés et réactifs, nous avons pu réticuler les films de manière covalente à l’aide d’EDC ou de glutaraldéhyde. Les propriétés mécaniques des films sont modulables en fonction de la concentration d’EDC utilisée lors de la réticulation ou en employant du glutaraldéhyde comme agent réticulant. Les films sont à la fois plus rigides et plus forts avec un degré de réticulation élevé, mais perdent leur extensibilité à mesure que les segments libres de s’étirer lors d’une traction deviennent entravés par les points de réticulation. La réticulation augmente également la résistance à la dégradation enzymatique par la collagénase, les films les plus fortement réticulés lui étant pratiquement insensibles. La spectroscopie infrarouge montre enfin que la réticulation entraîne une transition de feuillets β anti-parallèles inter-moléculaires vers des structures de type hélices de collagène/PPII hydratées. Des liens sacrificiels ont été formés dans les films de BPH par traitement au pI et/ou avec différents métaux, i.e. Na+, Ca2+, Fe3+, afin de moduler les propriétés mécaniques statiques et d’évaluer le rôle de ces traitements sur le comportement d’auto-guérison lors de tests mécaniques cycliques avec différents temps de repos. Plus la valence des ions métalliques ajoutés augmente, plus les propriétés mécaniques statiques affichent un module, une contrainte à la rupture et une ténacité élevés sans toutefois affecter la déformation à la rupture, confirmant la formation de liens sacrificiels. Les tests mécaniques cycliques montrent que les traitements au pI ou avec Ca2+ créent des liens sacrificiels ioniques réversibles qui mènent à un processus d’auto-guérison des performances mécaniques dépendant du pH. L’ajout de Fe3+ à différentes concentrations module les performances mécaniques sur un plus large intervalle et la nature plus covalente de son interaction avec les acides aminés permet d’atteindre des valeurs nettement plus élevées que les autres traitements étudiés. Le Fe3+ permet aussi la formation de liens sacrificiels réversibles menant à l’auto-guérison des propriétés mécaniques. Les spectroscopies Raman et infrarouge confirment que le fer crée des liaisons avec plusieurs acides aminés, dont les histidines et les DOPA. Les résultats dans leur ensemble démontrent que les films de BPH sont des hydrogels biomimétiques du byssus qui peuvent être traités ou réticulés de différentes façons afin de moduler leurs performances mécaniques. Ils pourraient ainsi servir de matrices pour des applications potentielles dans le domaine pharmaceutique ou en ingénierie tissulaire.

Evaluación de vetiver (Chrysopogon zizanioides) y la elefanta (Pennisetum purpureum) en el diseño de humedales artificiales

En este trabajo se presenta la descripción e investigación en la evaluación de vetiver (Chrysopogon zizanioides) y la elefanta (Pennisetum purpureum) en el diseño de humedales artificiales. Para el tratamiento de aguas residuales de origen doméstico, siendo la vegetación uno de los principales componentes de estos sistemas de tratamientos no convencionales. Muchos \sistemas naturales" están siendo considerados con el propósito del tratamiento del agua residual y control de la contaminación del agua, debido a su alta fiabilidad ambiental y los bajos costos de construcción y mantenimiento, es el caso de los humedales artificiales. El interés en los sistemas naturales está basado en la conservación de los recursos asociados con estos sistemas como opuesto al proceso de tratamiento convencional de aguas residuales que es intensivo respecto al uso de energía y químicos. Los wetlands o humedales artificiales constituyen una alternativa de tratamiento debido a su alta eficiencia de remoción de contaminantes, a su bajo costo de instalación y mantenimiento y a su alta fiabilidad ambiental, generalmente un humedal artificial esta constituido por un medio de soporte el cual generalmente es arena o grava, vegetación y microorganismos o biopelícula los cuales llevan los diferentes procesos bioquímicos para remover los contaminantes del afluente. El objetivo general de este trabajo ha sido: Evaluar la eficiencia de remoción de materia orgánica, sólidos, nitrógeno y fósforo total de dos especies de plantas: vetiver (Chrysopogon zizanioides) y la elefanta (Pennisetum purpureum), en el diseño de humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales de origen doméstico. Los humedales artificiales o sistemas pilotos, se encuentran ubicados en la universidad de Medellín y reciben una preparación de agua sintética, que asemeja a las características de un agua residual de origen doméstico. En el presente trabajo se evalúa el porcentaje de remoción de la carga orgánica de aguas residuales, en un sistema de tratamiento por humedales artificiales con dos especies vegetales. El sistema fue diseñado con tres módulos instalados de manera adjunta. En el primero no se integra ninguna especie vegetal, solo el medio de sustrato el cual constituye el blanco (-), en el segundo se integraron organismos de la especie vetiver (Chrysopogon zizanioides), en el tercer sistema piloto, organismos de la especie elefanta (Pennisetum purpureum) y en el cuarto organismos de la especie papiro japones (Cyperus alternifolius), los cuales constituyen el control positivo (+). Los módulos experimentales fueron limpiados, cortados y adecuados acorde al montaje inicial de las plantas y al espacio requerido para su disposición. A cada sistema piloto se le agrega medio de soporte constituido por grava (5 a 10 cm) y arena (15 a 20 cm), el sustrato es evaluado y caracterizado por su diámetro nominal, posterior en cada sistema se siembran las especies en un área de 3x3 y cada humedal por dos semanas se adecua bajo la solución de Hoagland y Arnon y régimen de humedad. En el agua sintética se analizaron los siguientes parámetros: pH, sólidos totales, sólidos suspendido totales, sólidos disueltos totales, demanda química de oxígeno (DQO), demanda bioquímica de oxígeno (DBO5), nitrógeno total (NTK) y fosforo total (PT). También se realizó la determinación del crecimiento de las plantas a partir del incremento de biomasa, porosidad de la raíz y de igual forma se determina NTK y PT. Los resultados demostraron que el sistema es una opción para la remoción de la carga orgánica y de nutrientes en aguas residuales de origen doméstico, de bajo costo de operación y mantenimiento, especialmente se observa que las plantas que crecen en sistemas de régimen de humedad ácuico y ústico, tienden a tener una mayor recepción y adaptación en los humedales artificiales pilotos, es el caso de la elefanta (Pennisetum purpureum), el cual presenta las más altas tasas de remoción de contaminantes y nutrientes en el afluente, seguido por el papiro japonés (Cyperus alternifolius) y el vetiver (Chrysopogon zizanioides), respecto a tasas de remoción. La remoción de contaminantes que se presentan más altos respectivamente, constituyen sólidos en primera instancia, seguido por la demanda bioquímica de oxigeno (DBO5), demanda química de oxígeno (DQO), nitrógeno total (NTK) y fósforo total (PT), estos últimos presentan una baja tasa de remoción, debido a la naturaleza misma del contaminante, a los organismos que realizan la remoción y absorción y al tiempo de retención que se elige, el cual influye en la tasa de remoción del contaminante siendo menor en la concentración de fósforo, pero se encuentranen el rango esperado para estos sistemas de tratamiento no convencionales.

Estudo comparativo da queima rápida com a queima tradicional nas propriedades de materiais cerâmicos de base argilos

Dutra, R. P. S.; Varela,M. L.; Nascimento, R. M. ; Gomes, U. U. ; Martinelli1, A. E. ; Paskocimas, C. A. Estudo comparativo da queima rápida com a queima tradicional nas propriedades de materiais cerâmicos de base argilosa. Cerâmica [online]. 2009, vol.55, n.333, pp. 100-105. ISSN 0366-6913. doi:Disponivem em: . Acesso em: 04 out. 2010.

Développement de matériaux à base de protéines extraites du byssus de la moule bleue Mytilus edulis

Le byssus est un amas de fibres que les moules produisent afin de s’ancrer aux surfaces immergées sous l’eau. Ces fibres sont pourvues de propriétés mécaniques impressionnantes combinant rigidité, élasticité et ténacité élevées. De plus, elles possèdent un comportement d’auto-guérison de leurs propriétés mécaniques en fonction du temps lorsque la contrainte initialement appliquée est retirée. Les propriétés mécaniques de ces fibres sont le résultat de l’agencement hiérarchique de protéines de type copolymère blocs riches en collagène et de la présence de métaux formant des liens sacrificiels réversibles avec certains acides aminés comme les DOPA et les histidines. Bien que cette fibre soit très intéressante pour la production de matériaux grâce à son contenu élevé en collagène potentiellement biocompatible, cette ressource naturelle est traitée comme un déchet par les mytiliculteurs. L’objectif de cette thèse était de valoriser cette fibre en extrayant les protéines pour générer une nouvelle classe de matériaux biomimétiques. Un hydrolysat de protéines de byssus (BPH) riche en acides aminés chargés, i.e. ~30 % mol, et permettant de former des films a pu être généré. Lorsque solubilisé à pH 10.5, le BPH forme un hydrogel contenant des structures en triple hélice de collagène et des feuillets β anti-parallèles intra- et inter-moléculaires. Suite à l’évaporation de l’eau, le film de BPH résultant est insoluble en milieu aqueux à cause des structures secondaires très stables agissant comme points de réticulation effectifs. Les propriétés mécaniques des films de BPH sont modulables en fonction du pH. Au point isoélectrique (pI = 4.5), les interactions électrostatiques entre les charges opposées agissent comme points de réticulation et augmentent la rigidité des films et leur contrainte à la rupture sans affecter la déformation à la rupture. À pH plus élevé ou plus bas que le pI, les performances mécaniques des films sont plus faibles à cause de la répulsion entre les groupements fonctionnels de même charge qui interagissent plutôt avec les molécules d’eau et causent le gonflement de la matrice protéique des films. Le BPH contenant un nombre élevé d’acides aminés chargés et réactifs, nous avons pu réticuler les films de manière covalente à l’aide d’EDC ou de glutaraldéhyde. Les propriétés mécaniques des films sont modulables en fonction de la concentration d’EDC utilisée lors de la réticulation ou en employant du glutaraldéhyde comme agent réticulant. Les films sont à la fois plus rigides et plus forts avec un degré de réticulation élevé, mais perdent leur extensibilité à mesure que les segments libres de s’étirer lors d’une traction deviennent entravés par les points de réticulation. La réticulation augmente également la résistance à la dégradation enzymatique par la collagénase, les films les plus fortement réticulés lui étant pratiquement insensibles. La spectroscopie infrarouge montre enfin que la réticulation entraîne une transition de feuillets β anti-parallèles inter-moléculaires vers des structures de type hélices de collagène/PPII hydratées. Des liens sacrificiels ont été formés dans les films de BPH par traitement au pI et/ou avec différents métaux, i.e. Na+, Ca2+, Fe3+, afin de moduler les propriétés mécaniques statiques et d’évaluer le rôle de ces traitements sur le comportement d’auto-guérison lors de tests mécaniques cycliques avec différents temps de repos. Plus la valence des ions métalliques ajoutés augmente, plus les propriétés mécaniques statiques affichent un module, une contrainte à la rupture et une ténacité élevés sans toutefois affecter la déformation à la rupture, confirmant la formation de liens sacrificiels. Les tests mécaniques cycliques montrent que les traitements au pI ou avec Ca2+ créent des liens sacrificiels ioniques réversibles qui mènent à un processus d’auto-guérison des performances mécaniques dépendant du pH. L’ajout de Fe3+ à différentes concentrations module les performances mécaniques sur un plus large intervalle et la nature plus covalente de son interaction avec les acides aminés permet d’atteindre des valeurs nettement plus élevées que les autres traitements étudiés. Le Fe3+ permet aussi la formation de liens sacrificiels réversibles menant à l’auto-guérison des propriétés mécaniques. Les spectroscopies Raman et infrarouge confirment que le fer crée des liaisons avec plusieurs acides aminés, dont les histidines et les DOPA. Les résultats dans leur ensemble démontrent que les films de BPH sont des hydrogels biomimétiques du byssus qui peuvent être traités ou réticulés de différentes façons afin de moduler leurs performances mécaniques. Ils pourraient ainsi servir de matrices pour des applications potentielles dans le domaine pharmaceutique ou en ingénierie tissulaire.

New Catalysts for the Renewable Production of Monomers for Bioplastics

Terephthalic acid (PTA) is one of the monomers used for the synthesis of the polyester, polyethylene terephthalate (PET), that is used for the large-scale manufacture of synthetic fibers and plastic bottles. PTA is largely produced from the liquid-phase oxidation of petroleum-derived p-xylene (PX). However, there are now ongoing worldwide efforts exploring alternative routes for producing PTA from renewable, biomass resources.

In this thesis, I present a new route to PTA starting from the biomass-derived platform chemical, 5-hydroxymethylfurfural (HMF). This route utilizes new, selective Diels-Alder-dehydration reactions involving ethylene and is advantageous over the previously proposed Diels-Alder-dehydration route to PTA from HMF via 2,5-dimethylfuran (DMF) since the H₂ reduction of HMF to DMF is avoided. Specifically, oxidized derivatives of HMF are reacted as is, or after etherification-esterification with methanol, with ethylene over solid Lewis acid catalysts that do not contain strong Brønsted acids in order to synthesize intermediates of PTA and its equally important diester, dimethyl terephthalate (DMT). The partially oxidized HMF, 5-(hydroxymethyl)furoic acid (HMFA) is reacted with high pressure ethylene over a pure-silica molecular sieve catalyst containing framework tin (Sn-Beta) to produce the Diels-Alder-dehydration product, 4-(hydroxymethyl)benzoic acid (HMBA), with ~30% selectivity at ~20% yield. If HMFA is protected with methanol to form methyl 5-(methoxymethyl)furan-2-carboxylate (MMFC), MMFC can react with ethylene in the presence of a pure-silica molecular sieve containing framework zirconium (Zr-Beta) to produce methyl 4-(methoxymethyl)benzenecarboxylate (MMBC) with >70% selectivity at >20% yield. HMBA and MMBC can then be oxidized to produce PTA and DMT, respectively. When Lewis acid containing mesoporous silica (MCM-41) and amorphous silica, or Brønsted acid containing zeolites (Al-Beta), are used as catalysts, a significant decrease in selectivity/yield of the Diels-Alder-dehydration product is observed.

An investigation to elucidate the reaction network and side products in the conversion of MMFC to MMBC was performed, and the main side products are found to be methyl 4-formylcyclohexa-1,3-diene-1-carboxylate and the ethylene Diels-Alder adduct of this cyclohexadiene. These products presumably form by a different dehydration pathway of the MMFC/ethylene Diels-Alder adduct and should be included when determining the overall selectivity to PTA or DMT since, like MMBC, these compounds are precursors to PTA or DMT.

Fundamental physical and chemical information on the ethylene Diels-Alder-dehydration reactions catalyzed by the Lewis acid-containing molecular sieves was obtained. Madon-Boudart experiments using Zr-Beta as catalyst show that the reaction rates are limited by chemical kinetics only (physical transport limitations are not present), all the Zr⁴⁺ centers are incorporated into the framework of the molecular sieve, and the whole molecular sieve crystal is accessible for catalysis. Apparent activation energies using Zr-Beta are low, suggesting that the overall activation energy of the system may be determined by a collection of terms and is not the true activation energy of a single chemical step.