Liquid-liquid equilibria in binary solutions formed by [Pyridinium-Derived][F4B] ionic liquids and alkanols:new experimental data and validation of a multiparametric model for correlating LLE data

[EN]Experimental solubility data are presented for a set of binary systems composed of ionic liquids (IL) derived from pyridium, with the tetrafluoroborate anion, and normal alcohols ranging from ethanol to decanol, in the temperature interval of 275 420 K, at atmospheric pressure. For each case, the miscibility curve and the upper critical solubility temperature (UCST) values are presented. The effects of the ILs on the behavior of solutions with alkanols are analyzed, paying special attention to the pyridine derivatives, and considering a series of structural characteristics of the compounds involved.

Identification and dissolution behavior of the secondary uranium minerals in the corrosion products of Depleted Uranium (DU) ammunition formed in soils

In der vorliegenden Studie wurden verschiedene Techniken eingesetzt um drei Proben (4, 7, and 8) die aus denrnKorrosionsprodukten von aus dem Kosovo Krieg stammenden Munitionskugeln, bestehend aus abgereichertem Uranrn(Depleted Uranium - DU), zu untersuchen. Als erstes Verfahren wurde die Raman-Spektroskopie eingesetzt. Hierbeirnzeigte sichin den Proben, charakterisiert durch einen Doppelpeak, die Anwesenheit von Schoepitrn(UO2)8O2(OH)12(H2O)12. Der erste und zweite Peakzeigte sich im Spektralbereich von 840,3-842,5 cm-1rnbeziehungsweise 853,6-855,8 cm-1. Diese Werte stimmen mit den Literaturwerten für Raman-Peaks für Schoepitrnüberein. Des Weiteren wurde bei dieser Untersuchungsmethode Becquerelite Ca(UO2)6O4(OH)6(H2O)8 mit einemrnPeak im Bereich zwischen 829 to 836 cm-1 gefunden. Aufgrund des Fehlens des Becquerelitespektrums in derrnSpektralbibliothek wurde eine in der Natur vorkommende Variante analysiert und deren Peak bei 829 cm-1 bestimmt,rnwas mit den Ergebnissen in den Proben korrespondiert. Mittels Röntgenbeugung (X-Ray Diffraction, XRD) zeigtenrnsich in allen Proben ähnliche Spektren. Das lässt darauf schließen, dass das pulverisierte Material in allen Probenrndas gleiche ist. Hierbei zeigte sich eine sehr gute Übereinstimmung mit Schoepit und/oder meta-rnSchoepit(UO2)8O2(OH)12(H2O)10, sowie Becquerelite. Weiterhin war weder Autunit, Sabugalit noch Uranylphosphatrnanwesend, was die Ergebnisse einer anderen Studie, durchgeführt an denselben Proben, wiederlegt. DiernAnwesenheit von P, C oder Ca im Probenmaterial konnte ausgeschlossen werden. Im Falle von Calciumkann diesrnmit der Anwesenheit von Uran erklärt werden, welches aufgrund seines Atomradius bevorzugt in Becquerelite (1:6)rneingebaut wird. Die beiden Hauptpeaks für Uran lagen im Falle von U 4f 7/2 bei 382.0 eV und im Falle von U 4f 5/2rnbei 392 eV. Diese Werte mit den Literaturwerten für Schoepit und meta-Schoepitüberein. Die Ergebnissernelektronenmikroskopischen Untersuchung zeigen U, O, Ca, Ti als dominante Komponenten in allen Messungen.rnElemente wie Si, Al, Fe, S, Na, und C wurden ebenfalls detektiert; allerdings kann nicht ausgeschlossen werden,rndass diese Elemente aus dem Boden in der unmittelbaren Umgebung der Munitionsgeschosse stammen. Gold wurdernebenfalls gemessen, was aber auf die Goldarmierung in den Probenaufbereitungsbehältern zurückgeführt werdenrnkann. Die Elektronenmikroskopie zeigte außerdem einige Stellen in denen elementares Uran und Bodenmineralernsowie sekundäre Uranminerale auftraten. Die Elementübersicht zeigt einen direkten Zusammenhang zwischen U andrnCa und gleichzeitig keine Korrelation zwischen U und Si, oder Mg. Auf der anderen Seite zeigte sich aber einrnZusammenhang zwischen Si und Al da beide Konstituenten von Bodenmineralen darstellen. Eine mit Hilfe derrnElektronenstrahlmikroanalyse durchgeführte quantitative Analyse zeigte den Massenanteil von Uran bei ca. 78 - 80%,rnwas mit den 78,2% and 79,47% für Becquerelite beziehungsweise Schoepit aufgrund ihrer Summenformelrnkorrespondiert. Zusätzlich zeigt sich für Calcium ein Massenanteil von 2% was mit dem Wert in Becquerelite (2.19%)rnrecht gut übereinstimmt. Der Massenanteil von Ti lag in einigen Fällen bei 0,77%, was auf eine noch nicht korrodierternDU-Legierung zurückzuführen ist. Ein Lösungsexperiment wurde weiterhin durchgeführt, wobei eine 0,01 M NaClO4-rnLösung zum Einsatz kam in der die verbliebene Probensubstanz der Korrosionsprodukte gelöst wurde;rnNatriumperchlorate wurde hierbei genutzt um die Ionenstärke bei 0,01 zu halten. Um Verunreinigungen durchrnatmosphärisches CO2 zu vermeiden wurden die im Versuch für die drei Hauptproben genutzten 15 Probenbehälterrnmit Stickstoffgas gespült. Eine Modelkalkulation für den beschriebenen Versuchsaufbau wurde mit Visual MINTEQrnv.3.0 für die mittels vorgenannten Analysemethoden beschriebenen Mineralphasen im pH-Bereich von 6 – 10 imrnFalle von Becquerelite, und Schoepit berechnet. Die modellierten Lösungskurven wurden unter An- und Abwesenheitrnvon atmosphärischem CO2 kalkuliert. Nach dem Ende des Lösungsexperiments (Dauer ca. 6 Monate) zeigten diernKonzentrationen des gelösten Urans, gemessen mittels ICP-OES, gute Übereinstimmung mit den modelliertenrnSchoepit und Becquerelite Kurven. Auf Grund des ähnlichen Löslichkeitverhaltens war es nicht möglich zwichen denrnbeiden Mineralen zu unterscheiden. Schoepit kontrolliert im sauren Bereich die Löslichkeit des Urans, währendrnbecquerelit im basichen am wenigsten gelöst wird. Des Weiteren bleibt festzuhalten, dass ein Anteil an CO2 in diernverschlossenen Probenbehälter eingedrungen ist, was sich mit der Vorhersage der Modeldaten deckt. Die Löslichkeitrnvon Uran in der Lösung als Funktion des pH-Wertes zeigte die niedrigsten Konzentrationen im Falle einer Zunahmerndes pH-Wertes von 5 auf 7 (ungefähr 5,1 x 10-6 mol/l) und einer Zunahme des pH-Wertes auf 8 (ungefähr 1,5 x 10-6rnmol/l bei). Oberhalb dieses Bereichs resultiert jeder weitere Anstieg des pH-Wertes in einer Zunahme gelösten Uransrnin der Lösung. Der ph-Wert der Lösung wie auch deren pCO2-Wert kontrollieren hier die Menge des gelösten Urans.rnAuf der anderen Seite zeigten im Falle von Becquerelite die Ca-Konzentrationen höhere Werte als erwartet, wobeirnwahrscheinlich auf eine Vermischung der Proben mit Bodensubstanz zurückgeführt werden kann. Abschließendrnwurde, unter Berücksichtigung der oben genannten Ergebnisse, eine Fallstudie aus Basrah (Irak) diskutiert, wo inrnzwei militärischen Konflikten Uranmunition in zwei Regionen unter verschiedenen Umweltbedingungen eingesetztrnwurden.

Sources and pathways of methane formed in oxidative environments

Methane is the most abundant reduced organic compound in the atmosphere. As the strongest known long-lived greenhouse gas after water vapour and carbon dioxide methane perturbs the radiation balance of Earth’s atmosphere. The abiotic formation of methane requires ultraviolet irradiation of organic matter or takes place in locations with high temperature and/or pressure, e.g. during biomass burning or serpentinisation of olivine, under hydrothermal conditions in the oceans deep or below tectonic plates. The biotic methane formation was traditionally thought to be formed only by methanogens under strictly anaerobic conditions, such as in wetland soils, rice paddies and agricultural waste. rnIn this dissertation several chemical pathways are described which lead to the formation of methane under aerobic and ambient conditions. Organic precursor compounds such as ascorbic acid and methionine were shown to release methane in a chemical system including ferrihydrite and hydrogen peroxide in aquatic solution. Moreover, it was shown by using stable carbon isotope labelling experiments that the thio-methyl group of methionine was the carbon precursor for the methane produced. Methionine, a compound that plays an important role in transmethylation processes in plants was also applied to living plants. Stable carbon isotope labelling experiments clearly verified that methionine acts as a precursor compound for the methane from plants. Further experiments in which the electron transport chain was inhibited suggest that the methane generation is located in the mitochondria of the plants. The abiotic formation of methane was shown for several soil samples. Important environmental parameter such as temperature, UV irradiation and moisture were identified to control methane formation. The organic content of the sample as well as water and hydrogen peroxide might also play a major role in the formation of methane from soils. Based on these results a novel scheme was developed that includes both biotic and chemical sources of methane in the pedosphere.rn

Coating of surfaces of composite materials with enzymatically formed biosilica

Die Bildung kieselsäurehaltiger Spicula in marinen Schwämmen ist nur möglich durch die enzymatische Aktivität des Silicatein- in Verbindung mit der stöchiometrischen Selbstassemblierung des Enzyms mit anderen Schwammproteinen. Die vorliegende Arbeit basiert auf einem biomimetischen Ansatz mit dem Ziel, unterschiedliche Oberflächen für biotechnologische und biomedizinische Anwendungen mit Biosilica und Biotitania zu beschichten und zu funktionalisieren. Für biotechnologische Anwendungen ist dabei das Drucken von Cystein-getaggtem Silicatein auf Gold-Oberflächen von Bedeutung, denn es ermöglichte die Bildung definierter Biotitania-Strukturen (Anatas), welche als Photokatalysator den Abbau eines organischen Farbstoffs bewirkten. Des Weiteren zeigte sich die bio-inspirierte Modifikation von Tyrosin-Resten an rekombinantem Silicatein-(via Tyrosinase) als vielversprechendes Werkzeug zur Beschleunigung der Selbstassemblierung des Enzyms zu mesoskaligen Filamenten. Durch eine solche Modifikation konnte Silicatein auch auf der Oberfläche von anorganischen Partikeln immobilisiert werden, welches die Assemblierung von anorganisch-organischen Verbundwerkstoffen in wäßriger Umgebung förderte. Die resultierenden supramolekularen Strukturen könnten dabei in bio-inspirierten und biotechnologischen Anwendungen genutzt werden. Weiterhin wurde in der vorliegenden Arbeit die Sekundärstruktur von rekombinantem Silicatein- (Monomer und Oligomer) durch Raman Spektroskopie analysiert, nachdem das Protein gemäß einer neu etablierten Methode rückgefaltet worden war. Diese Spektraldaten zeigten insbesondere Änderungen der Proteinkonformation durch Solubilisierung und Oligomerisierung des Enzyms. Außerdem wurden die osteoinduzierenden und osteogenen Eigenschaften unterschiedlicher organischer Polymere, die herkömmlich als Knochenersatzmaterial genutzt werden, durch Oberflächenmodifikation mit Silicatein/Biosilica verbessert: Die bei der Kultivierung knochenbildender Zellen auf derart oberflächenbehandelten Materialien beobachtete verstärkte Biomineralisierung, Aktivierung der Alkalischen Phosphatase, und Ausbildung eines typischen zellulären Phänotyps verdeutlichen das Potential von Silicatein/Biosilica für der Herstellung neuartiger Implantat- und Knochenersatzmaterialien.

Modeling multiple state electrostatically formed nanowire transistors

The present thesis work proposes a new physical equivalent circuit model for a recently proposed semiconductor transistor, a 2-drain MSET (Multiple State Electrostatically Formed Nanowire Transistor). It presents a new software-based experimental setup that has been developed for carrying out numerical simulations on the device and on equivalent circuits. As of 2015, we have already approached the scaling limits of the ubiquitous CMOS technology that has been in the forefront of mainstream technological advancement, so many researchers are exploring different ideas in the realm of electrical devices for logical applications, among them MSET transistors. The idea that underlies MSETs is that a single multiple-terminal device could replace many traditional transistors. In particular a 2-drain MSET is akin to a silicon multiplexer, consisting in a Junction FET with independent gates, but with a split drain, so that a voltage-controlled conductive path can connect either of the drains to the source. The first chapter of this work presents the theory of classical JFETs and its common equivalent circuit models. The physical model and its derivation are presented, the current state of equivalent circuits for the JFET is discussed. A physical model of a JFET with two independent gates has been developed, deriving it from previous results, and is presented at the end of the chapter. A review of the characteristics of MSET device is shown in chapter 2. In this chapter, the proposed physical model and its formulation are presented. A listing for the SPICE model was attached as an appendix at the end of this document. Chapter 3 concerns the results of the numerical simulations on the device. At first the research for a suitable geometry is discussed and then comparisons between results from finite-elements simulations and equivalent circuit runs are made. Where points of challenging divergence were found between the two numerical results, the relevant physical processes are discussed. In the fourth chapter the experimental setup is discussed. The GUI-based environments that allow to explore the four-dimensional solution space and to analyze the physical variables inside the device are described. It is shown how this software project has been structured to overcome technical challenges in structuring multiple simulations in sequence, and to provide for a flexible platform for future research in the field.

Bioengineered periodontal tissue formed on titanium dental implants

The ability to use autologous dental progenitor cells (DPCs) to form organized periodontal tissues on titanium implants would be a significant improvement over current implant therapies. Based on prior experimental results, we hypothesized that rat periodontal ligament (PDL)-derived DPCs can be used to bioengineer PDL tissues on titanium implants in a novel, in vivo rat maxillary molar implant model. Analyses of recovered implants revealed organized PDL tissues surrounding titanium implant surfaces in PDL-cell-seeded, and not in unseeded control, implants. Rat PDL DPCs also exhibited differentiative potential characteristic of stem cells. These proof-of-principle findings suggest that PDL DPCs can organize periodontal tissues in the jaw, at the site of previously lost teeth, indicating that this method holds potential as an alternative approach to osseointegrated dental implants. Further refinement of this approach will facilitate the development of clinically relevant methods for autologous PDL regeneration on titanium implants in humans.

Synthesis of Macrocyclic Polymers Formed via Intramolecular Radical Trap-Assisted Atom Transfer Radical Coupling

The synthesis of cyclic polystyrene (Pst) with an alkoxyamine functionality has been accomplished by intramolecular radical coupling in the presence of a nitroso radical trap Linear alpha,omega-dibrominated polystyrene, produced by the atom transfer radical polymerization (ATRP) of styrene using a dibrominated initiator, was subjected to chain-end activation via the atom transfer radical coupling (ATRC) process under pseudodilute conditions in the presence of 2-methyl-2-nitrosopropane (MNP). This radical trap-assisted, intramolecular ATRC (RTA-ATRC) produced cyclic polymers in greater than 90% yields possessing < G > values in the 0.8-0.9 range as determined by gel permeation chromatography (GPC). Thermal-induced opening of the cycles, made possible by the incorporated alkoxyamine, resulted in a return to the original apparent molecular weight, further supporting the formation of cyclic polymers in the RTA-ATRC reaction. Liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) provided direct confirmation of the cyclic architecture and the incorporation of the nitroso group into the macrocycle RTA-ATRC cyclizations carried out with faster rates of polymer addition into the redox active solution and/or in the presence of a much larger excess of MNP (up to a 250:1 ratio of MNP:C-Br chain end) still yielded cyclic polymers that contained alkoxyamine functionality.

Processing and Composition Effects on the Fracture Behavior of Spray-Formed 7XXX Series Al Alloys

The fracture properties of high-strength spray-formed Al alloys were investigated, with consideration of the effects of elemental additions such as zinc,manganese, and chromium and the influence of the addition of SiC particulate. Fracture resistance values between 13.6 and 25.6 MPa (m)1/2 were obtained for the monolithic alloys in the T6 and T7 conditions, respectively. The alloys with SiC particulate compared well and achieved fracture resistance values between 18.7 and 25.6 MPa (m)1/2. The spray-formed materials exhibited a loss in fracture resistance (KI) compared to ingot metallurgy 7075 alloys but had an improvedperformance compared to high-solute powder metallurgy alloys of similar composition. Characterization of the fracture surfaces indicated a predominantly intergranular decohesion, possibly facilitated by the presence of incoherent particles at the grain boundary regions and by the large strength differentialbetween the matrix and precipitate zone. It is believed that at the slip band-grain boundary intersection, particularly in the presence of large dispersoids and/or inclusions, microvoid nucleation would be significantly enhanced. Differences in fracture surfaces between the alloys in the T6 and T7 condition were observed and are attributed to inhomogeneous slip distribution, which results in strain localization at grain boundaries. The best overall combination of fracture resistance properties were obtained for alloys with minimum amounts of chromium and manganese additions.

Fastener-Based Computational Models of Cold-Formed Steel Shear Walls

Cold-formed steel (CFS) combined with wood sheathing, such as oriented strand board (OSB), forms shear walls that can provide lateral resistance to seismic forces. The ability to accurately predict building deformations in damaged states under seismic excitations is a must for modern performance-based seismic design. However, few static or dynamic tests have been conducted on the non-linear behavior of CFS shear walls. Thus, the purpose of this research work is to provide and demonstrate a fastener-based computational model of CFS wall models that incorporates essential nonlinearities that may eventually lead to improvement of the current seismic design requirements. The approach is based on the understanding that complex interaction of the fasteners with the sheathing is an important factor in the non-linear behavior of the shear wall. The computational model consists of beam-column elements for the CFS framing and a rigid diaphragm for the sheathing. The framing and sheathing are connected with non-linear zero-length fastener elements to capture the OSB sheathing damage surrounding the fastener area. Employing computational programs such as OpenSees and MATLAB, 4 ft. x 9 ft., 8 ft. x 9 ft. and 12 ft. x 9 ft. shear wall models are created, and monotonic lateral forces are applied to the computer models. The output data are then compared and analyzed with the available results of physical testing. The results indicate that the OpenSees model can accurately capture the initial stiffness, strength and non-linear behavior of the shear walls.

3,4-Dehydrodebrisoquine, a novel debrisoquine metabolite formed from 4-hydroxydebrisoquine that affects the CYP2D6 metabolic ratio

Considerable unexplained intersubject variability in the debrisoquine metabolic ratio (urinary debrisoquine/4-hydroxydebrisoquine) exists within individual CYP2D6 genotypes. We speculated that debrisoquine was converted to as yet undisclosed metabolites. Thirteen healthy young volunteers, nine CYP2D6*1 homozygotes [extensive metabolizers (EMs)] and four CYP2D6*4 homozygotes [poor metabolizers (PMs)] took 12.8 mg of debrisoquine hemisulfate by mouth and collected 0- to 8- and 8- to 24-h urines, which were analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GCMS) before and after treatment with beta-glucuronidase. Authentic 3,4-dehydrodebrisoquine was synthesized and characterized by GCMS, liquid chromatography-tandem mass spectrometry, and (1)H NMR. 3,4-Dehydrodebrisoquine is a novel metabolite of debrisoquine excreted variably in 0- to 24-h urine, both in EMs (3.1-27.6% of dose) and PMs (0-2.1% of dose). This metabolite is produced from 4-hydroxydebrisoquine in vitro by human and rat liver microsomes. A previously unstudied CYP2D6*1 homozygote was administered 10.2 mg of 4-hydroxydebrisoquine orally and also excreted 3,4-dehydrodebrisoquine. EMs excreted 6-hydroxydebrisoquine (0-4.8%) and 8-hydroxydebrisoquine (0-1.3%), but these phenolic metabolites were not detected in PM urine. Debrisoquine and 4-hydroxydebrisoquine glucuronides were excreted in a highly genotype-dependent manner. A microsomal activity that probably does not involve cytochrome P450 participates in the further metabolism of 4-hydroxydebrisoquine, which we speculate may also lead to the formation of 1- and 3-hydroxydebrisoquine and their ring-opened products. In conclusion, this study suggests that the traditional metabolic ratio is not a true measure of the debrisoquine 4-hydroxylation capacity of an individual and thus may, in part, explain the wide intragenotype variation in metabolic ratio.