Avaliação do desempenho de adsorventes obtidos a partir de resíduos da indústria de curtumes na adsorção de poluentes

Na procura por uma solução de valorização dos resíduos gerados pela indústria de curtumes, o presente trabalho tem como principais objectivos a preparação de adsorventes a partir de resíduos desta actividade e a avaliação do seu desempenho na adsorção de poluentes. Para atingir este objectivo, inicialmente procedeu-se à carbonização das aparas de couro wet-white à temperatura de 800 ºC. Seguidamente, os carbonizados foram activados por activação química, tendo sido o hidróxido de potássio o agente activante escolhido. As razões mássicas hidróxido de potássio:precursor usadas na impregnação, foram iguais a 0,5:1 e 1:1. Para a razão 0,5:1, as temperaturas de activação escolhidas foram 700 e 800 ºC. Para a razão de impregnação 1:1, as temperaturas de activação usadas foram 700, 800 e 900 ºC. Para uma avaliação preliminar da capacidade de adsorção dos carvões activados produzidos, efectuou-se a determinação do número de azul de metileno. Este teste provou serem as amostras activadas a 900 ºC as que apresentaram melhores resultados (número de azul de metileno: 24g/100g) e as amostras activadas a 700 ºC, as que apresentaram menor capacidade de adsorção (1g/100g, para a razão de 0,5:1 e 7g/100g, para a razão de 1:1). Verificou-se também que amostras preparadas com iguais condições de activação (temperatura de activação e razão de impregnação), mas produzidas a partir de carbonizado de diferentes granulometrias, apresentaram diferentes desempenhos na adsorção de azul de metileno. As propriedades texturais dos carvões activados produzidos foram obtidas pela determinação das isotérmicas de adsorção de azoto a 77 K. Para tal, selecionaram-se quatro amostras: dois carvões activados a 800 ºC, com uma razão de impregnação de 1:1 e dois carvões activados a 900 ºC, com a mesma razão de impregnação, obtidos a partir de carbonizados com diferentes granulometrias. As isotérmicas obtidas são características de materiais essencialmente microporosos, com mesoporos e macroporos. Verificou-se também que a granulometria do precursor carbonizado influencia as propriedades texturais dos carvões activados produzidos. Para as temperaturas de activação usadas, 800 e 900 ºC, os carvões activados preparados a partir de carbonizado de menor granulometria apresentam melhores propriedades texturais. O carvão activado que apresentou maior área superficial específica foi obtido a 900 ºC, a partir de carbonizado finamente moído (SBET = 1475 m2/g). Determinadas as propriedades texturais dos carvões activados produzidos, realizaram-se ensaios de adsorção do corante CORIACIDE DARK BROWN VR, usado na indústria de curtumes com um carvão activado produzido no âmbito deste trabalho e com um carvão activado comercial NORIT ROW 0,8. A amostra de carvão activado produzida a partir de resíduos de wet-white escolhida para estes ensaios foi o carvão activado a 800 ºC, à razão de 1:1, a partir de carbonizado finamente moído (ww_800_1:1_carb.moído). Verificou-se que as quantidades adsorvidas pela amostra ww_800_1:1_carb.moído variaram entre os valores 7,47 e 32,07 mgcorante/gcarvão activado. Quanto ao carvão activado comercial, as quantidades adsorvidas situaram-se entre 8,95 e 69,13 mgcorante/gcarvão activado. Assim, conclui-se que o carvão activado comercial apresentou melhor desempenho na adsorção do corante da indústria de curtumes. Os carvões activados obtidos revelaram-se materiais essencialmente microporosos, com capacidade de adsorção de poluentes, como por exemplo corantes, no entanto o seu desempenho seria mais eficaz na adsorção de pequenas moléculas devido ao elevado volume de microporos que apresentaram.

Produção de carvão activado a partir de resíduos da indústria de curtumes

As aparas de wet-blue e de wet-white constituem um resíduo sólido da indústria de curtumes com um elevado teor em carbono, tornando relevante a sua utilização na preparação de materiais de interesse tecnológico. Este trabalho teve como objectivo a preparação de carvões activados a partir de resíduos da indústria de curtumes. Os métodos de activação utilizados para a preparação dos carvões activados foram a activação física com dióxido de carbono e activação química com hidróxido de potássio. A carbonização dos resíduos foi estudada na gama de temperaturas de 500 ºC a 800 ºC, verificando-se que a sua carbonização se pode considerar completa para a temperatura de 800 ºC. Na activação física os precursores foram previamente carbonizados sob uma atmosfera inerte a 800 ºC e posteriormente activados a 940 ºC usando o CO2 como agente activante. Na etapa de activação variou-se o tempo de activação (20, 40 e 60 minutos) de modo a estudar a influência do grau de queima nas propriedades texturais dos carvões activados. O carvão activado obtido pelo método de activação física com maior área superficial específica foi o carvão preparado a partir do resíduo de wet-blue para um tempo de activação de 40 minutos e grau de queima de 23 % (SBET = 152 m2/g). Para a activação química, procedeu-se à impregnação dos precursores com KOH usando razões mássicas de impregnação KOH:precursor de 0,5:1, 1:1 e 3:1. A impregnação foi efectuada directamente nos resíduos de wet-blue e de wet-white e nos resíduos de wet-blue e de wet-white carbonizados. A activação foi efectuada a 940 ºC sob uma atmosfera inerte, com uma velocidade de aquecimento de 5 ºC/min, e um tempo de activação de 1 hora. No caso da série de carvões activados obtidos por impregnação do precursor, o carvão que exibe melhores propriedades texturais é o carvão activado preparado por impregnação na razão de 1:1 a partir do resíduo de wet-blue (SBET = 1696 m2/g). Na série de carvões activados preparados por impregnação do precursor carbonizado, o carvão com melhores propriedades texturais é o carvão proveniente da impregnação do carbonizado do resíduo de wet-blue na razão de 3:1 (SBET = 1507 m2/g). Os carvões activados obtidos por este método de activação são essencialmente microporosos e com elevada área superficial específica. Testes de adsorção preliminares mostram que estes carvões activados têm um bom desempenho para a remoção de cor de efluentes da indústria de curtumes. Concluiu-se que por activação química com KOH dos resíduos de wet-blue e wet-white se obtêm carvões activados com boas propriedades texturais, elevadas áreas superficiais específicas e elevado volume de microporos, quando comparadas com as dos carvões activados resultantes da activação física. Deste modo, chegou-se à conclusão que ambos os resíduos são bons precursores para a produção de carvão activado, mais propriamente recorrendo à activação química, reduzindo assim o volume de resíduos da indústria de curtumes destinados ao aterro.

Preparação de materiais de carbono para a adsorção de compostos orgânicos voláteis (COV).

A presente dissertação estudou a produção de carvão ativado a partir de resíduo de wet-blue, proveniente da indústria de curtumes, para a adsorção de compostos orgânicos voláteis, nomeadamente o acetato de etilo. Este estudo teve como principais objetivos: a otimização das condições de preparação de carvões ativados a partir deste tipo de resíduo; a avaliação do seu desempenho na adsorção do acetato de etilo e a correlação das propriedades texturais dos adsorventes com o seu desempenho na adsorção do COV. O método de ativação para a preparação dos carvões ativados foi a ativação química com hidróxido de potássio. Nesta etapa foi estudado o efeito da temperatura de ativação e da razão de impregnação KOH:precursor nas propriedades texturais. Nestes ensaios observou-se uma diminuição do rendimento de carbonizado com o aumento da temperatura de ativação e da razão KOH:precursor. Para a caracterização dos carvões ativados foram determinados os seus parâmetros texturais a partir das isotérmicas de adsorção/dessorção de N2 a 77 K. O carvão ativado com melhores propriedades texturais foi o ativado a 900ºC e com razão de impregnação de 3:1, m ca_900 3:1, com área superficial específica de 1902 m2/g, seguindo-se o carvão preparado a 800 ºC e com a mesma razão de impregnação, m ca_800 3:1, com área superficial específica de 1830 m2/g. Por fim, foi avaliado o desempenho do carvão ativado selecionado, m ca_800 3:1, na remoção de acetato de etilo de uma corrente gasosa. Foram efetuados ensaios de adsorção/ dessorção de acetato de etilo e o modelo de Langmuir foi ajustado aos resultados experimentais obtidos, tendo-se determinado uma capacidade de saturação de 500 mgCOV/ gadsorvente.

Pt/Carbon materials as Bi-Functional catalysts for N-decane hydroisomerization

The activity and selectivity of bi-functional carbon-supported platinum catalysts for the hydroisomerization of n-alkanes have been studied. The influence of the properties of the carbon support on the performance of the catalysts were investigated by incorporating the metallic function on a series of carbons with varied porosity (microporous: GL-50 from Norit, and mesoporous: CMK-3) and surface chemistry (modified by wet oxidation). The characterization results achieved with H-2 chemisorption and TEM showed differences in surface metal concentrations and metal-support interactions depending on the support composition. The highest metal dispersion was achieved after oxidation of the carbon matrix in concentrated nitric acid, suggesting that the presence of surface functional sites distributed in inner and outer surface favors a homogeneous metal distribution. On the other hand, the higher hydrogenating activity of the catalysts prepared with the mesoporous carbon pointed out that a fast molecular traffic inside the pores plays an important role in the catalysts performance. For n-decane hydroisomerization of long chain n-alkanes, higher activities were obtained for the catalysts with an optimized acidity and metal dispersion along with adequate porosity, pointing out the importance of the support properties in the performance of the catalysts.

Influence of constraining and confinement in the molecular mobility of low molecular weight materials

Dissertation presented to obtain a Ph.D. Degree in Chemical Physics

Waste recovery into activated carbon for water purification from heavy metals

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química Pela Universidade Nova de Lisboa,Faculdade de Ciências e Tecn

Carbon key-properties for microcystin adsorption in drinking water treatment: structure or surface chemistry?

Dissertação para Obtenção de Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

The effect of water inorganic matrix in ibuprofen adsorption onto activated carbon for water and wastewater treatment

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Towards printed carbon nanotube transistors on paper substrates

This thesis reports the work performed in the optimization of deposition parameters of Multi – Walled Carbon Nanotubes (MWCNT) targeting the development of a Field Effect Transistors (FET) on paper substrates. The CNTs were dispersed in a water solution with sodium dodecyl sulphate (SDS) through ultrasonication, ultrasonic bath and a centrifugation to remove the supernatant and have a homogeneous solution. Several deposition tests were performed using different types of CNTs, dis-persants, papers substrates and deposition techniques, such as spray coating and inkjet printing. The characterization of CNTs was made by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Hall Effect. The most suitable CNT coatings able to be used as semiconductor in FETs were deposited by spray coat-ing on a paper substrate with hydrophilic nanoporous surface (FS2) at 100 ºC, 4 bar, 10 cm height, 5 second of deposition time and 90 seconds of drying between steps (4 layers of CNTs were deposited). Planar electrolyte gated FETs were produced with these layers using gold-nickel gate, source and drain electrodes. Despite the small current modulation (Ion/Ioff ratio of 1.8) one of these devices have p-type conduction with a field effect mobility of 1.07 cm2/V.s.

Food safety in wine: removal of ochratoxin A in contaminated white wine using commercial fining agents

The presence of mycotoxins in foodstuff is a matter of concern for food safety. Mycotoxins are toxic secondary metabolites produced by certain molds, being ochratoxin A (OTA) one of the most relevant. Wines can also be contaminated with these toxicants. Several authors have demonstrated the presence of mycotoxins in wine, especially ochratoxin A (OTA) [1]. Its chemical structure is a dihydro-isocoumarin connected at the 7-carboxy group to a molecule of L--phenylalanine via an amide bond. As these toxicants can never be completely removed from the food chain, many countries have defined levels in food in order to attend health concerns. OTA contamination of wines might be a risk to consumer health, thus requiring treatments to achieve acceptable standards for human consumption [2]. The maximum acceptable level of OTA in wines is 2.0 g/kg according to the Commission regulation No. 1881/2006 [3]. Therefore, the aim of this work was to reduce OTA to safer levels using different fining agents, as well as their impact on white wine physicochemical characteristics. To evaluate their efficiency, 11 commercial fining agents (mineral, synthetic, animal and vegetable proteins) were used to get new approaches on OTA removal from white wine. Trials (including a control without addition of a fining agent) were performed in white wine artificially supplemented with OTA (10 µg/L). OTA analysis were performed after wine fining. Wine was centrifuged at 4000 rpm for 10 min and 1 mL of the supernatant was collected and added of an equal volume of acetonitrile/methanol/acetic acid (78:20:2 v/v/v). Also, the solid fractions obtained after fining, were centrifuged (4000 rpm, 15 min), the resulting supernatant discarded, and the pellet extracted with 1 mL of the above solution and 1 mL of H2O. OTA analysis was performed by HPLC with fluorescence detection according to Abrunhosa and Venâncio [4]. The most effective fining agent in removing OTA (80%) from white wine was a commercial formulation that contains gelatine, bentonite and activated carbon. Removals between 10-30% were obtained with potassium caseinate, yeast cell walls and pea protein. With bentonites, carboxymethylcellulose, polyvinylpolypyrrolidone and chitosan no considerable OTA removal was verified. Following, the effectiveness of seven commercial activated carbons was also evaluated and compared with the commercial formulation that contains gelatine, bentonite and activated carbon. The different activated carbons were applied at the concentration recommended by the manufacturer in order to evaluate their efficiency in reducing OTA levels. Trial and OTA analysis were performed as explained previously. The results showed that in white wine all activated carbons except one reduced 100% of OTA. The commercial formulation that contains gelatine, bentonite and activated carbon (C8) reduced only 73% of OTA concentration. These results may provide useful information for winemakers, namely for the selection of the most appropriate oenological product for OTA removal, reducing wine toxicity and simultaneously enhancing food safety and wine quality.

Effect of different carbon materials as electron shuttles in the anaerobic biotransformation of nitroanilines

Aromatic amines resulted from azo dyes biotransformation under anaerobic conditions are generally recalcitrant to further anaerobic degradation. The catalytic effect of carbon materials (CM) on the reduction of azo dyes is known and has been confirmed in this work by increasing 3-fold the biological reduction rate of Mordant Yellow 1 (MY1). The resulting m-nitroaniline (m-NoA) was further degraded to m-phenylenediamine (m-Phe) only in the presence of CM. The use of CM to degraded anaerobically aromatic amines resulted from azo dye reduction was never reported before. In the sequence, we studied the effect of different CM on the bioreduction of o-, m- and p-NoA. Three microporous activated carbons with different surface chemistry, original (AC0), chemical oxidized with HNO3 (ACHNO3) and thermal treated (ACH2), and three mesoporous carbons, xerogels (CXA and CXB) and nanotubes (CNT) were assessed. In the absence of CM, NoA were only partially reduced to the corresponding Phe, whereas in the presence of CM, more than 90% was converted to the corresponding Phe. ACH2 and AC0 were the best electron shuttles, increasing the rates up to 8-fold. In 24h, the biological treatment of NoA and MY1 with AC0, decreased up to 88% the toxicity towards a methanogenic consortium, as compared to the non-treated solutions. This article is protected by copyright. All rights reserved

Estudi de l’evolució del límit superior del bosc mitjançant la pedoantracologia a la zona de Plaus de Boldís-Montarenyo (Pallars Sobirà)

L'objectiu d'aquesta recerca és l'estudi de l'evolució del límit superior del bosc en la vessant sud dels Pirineus, concretament a l'àrea dels Plaus de Boldís-Montarenyo (Lladorre, Pallars Sobirà). S'han usat diferents fonts i metodologies amb cobertures temporals diverses. Per una banda s'ha emprat la pedoantracologia, per tal d'analitzar el carbons incorporats en el sòl. Per altra banda, s'ha treballat amb Sistemes d'Informació Geogràfica; també s'han consultat fonts escrites i orals. S'ha dut a terme una anàlisi complexa d'aquesta evolució entesa com el resultat de la interacció entre natura i societat, amb un ús essencialment ramader, durant els últims 6.000 anys.

Synthesis of medium-chain-length polyhydroxyalkanoates in arabidopsis thaliana using intermediates of peroxisomal fatty acid beta-oxidation.

Polyhydroxyalkanoate (PHA) is a family of polymers composed primarily of R-3-hydroxyalkanoic acids. These polymers have properties of biodegradable thermoplastics and elastomers. Medium-chain-length PHAs (MCL-PHAs) are synthesized in bacteria by using intermediates of the beta-oxidation of alkanoic acids. To assess the feasibility of producing MCL-PHAs in plants, Arabidopsis thaliana was transformed with the PhaC1 synthase from Pseudomonas aeruginosa modified for peroxisome targeting by addition of the carboxyl 34 amino acids from the Brassica napus isocitrate lyase. Immunocytochemistry demonstrated that the modified PHA synthase was appropriately targeted to leaf-type peroxisomes in light-grown plants and glyoxysomes in dark-grown plants. Plants expressing the PHA synthase accumulated electron-lucent inclusions in the glyoxysomes and leaf-type peroxisomes, as well as in the vacuole. These inclusions were similar to bacterial PHA inclusions. Analysis of plant extracts by GC and mass spectrometry demonstrated the presence of MCL-PHA in transgenic plants to approximately 4 mg per g of dry weight. The plant PHA contained saturated and unsaturated 3-hydroxyalkanoic acids ranging from six to 16 carbons with 41% of the monomers being 3-hydroxyoctanoic acid and 3-hydroxyoctenoic acid. These results indicate that the beta-oxidation of plant fatty acids can generate a broad range of R-3-hydroxyacyl-CoA intermediates that can be used to synthesize MCL-PHAs.

Compartmentalized Cerebral Metabolism of [1,6-(13)C]Glucose Determined by in vivo (13)C NMR Spectroscopy at 14.1 T.

Cerebral metabolism is compartmentalized between neurons and glia. Although glial glycolysis is thought to largely sustain the energetic requirements of neurotransmission while oxidative metabolism takes place mainly in neurons, this hypothesis is matter of debate. The compartmentalization of cerebral metabolic fluxes can be determined by (13)C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy upon infusion of (13)C-enriched compounds, especially glucose. Rats under light α-chloralose anesthesia were infused with [1,6-(13)C]glucose and (13)C enrichment in the brain metabolites was measured by (13)C NMR spectroscopy with high sensitivity and spectral resolution at 14.1 T. This allowed determining (13)C enrichment curves of amino acid carbons with high reproducibility and to reliably estimate cerebral metabolic fluxes (mean error of 8%). We further found that TCA cycle intermediates are not required for flux determination in mathematical models of brain metabolism. Neuronal tricarboxylic acid cycle rate (V(TCA)) and neurotransmission rate (V(NT)) were 0.45 ± 0.01 and 0.11 ± 0.01 μmol/g/min, respectively. Glial V(TCA) was found to be 38 ± 3% of total cerebral oxidative metabolism, accounting for more than half of neuronal oxidative metabolism. Furthermore, glial anaplerotic pyruvate carboxylation rate (V(PC)) was 0.069 ± 0.004 μmol/g/min, i.e., 25 ± 1% of the glial TCA cycle rate. These results support a role of glial cells as active partners of neurons during synaptic transmission beyond glycolytic metabolism.

ELOVL6 Genetic Variation Is Related to Insulin Sensitivity: A New Candidate Gene in Energy Metabolism

BACKGROUND: The elongase of long chain fatty acids family 6 (ELOVL6) is an enzyme that specifically catalyzes the elongation of saturated and monounsaturated fatty acids with 12, 14 and 16 carbons. ELOVL6 is expressed in lipogenic tissues and it is regulated by sterol regulatory element binding protein 1 (SREBP-1). OBJECTIVE: We investigated whether ELOVL6 genetic variation is associated with insulin sensitivity in a population from southern Spain. DESIGN: We undertook a prospective, population-based study collecting phenotypic, metabolic, nutritional and genetic information. Measurements were made of weight and height and the body mass index (BMI) was calculated. Insulin resistance was measured by homeostasis model assessment. The type of dietary fat was assessed from samples of cooking oil taken from the participants' kitchens and analyzed by gas chromatography. Five SNPs of the ELOVL6 gene were analyzed by SNPlex. RESULTS: Carriers of the minor alleles of the SNPs rs9997926 and rs6824447 had a lower risk of having high HOMA_IR, whereas carriers of the minor allele rs17041272 had a higher risk of being insulin resistant. An interaction was detected between the rs6824447 polymorphism and the intake of oil in relation with insulin resistance, such that carriers of this minor allele who consumed sunflower oil had lower HOMA_IR than those who did not have this allele (P = 0.001). CONCLUSIONS: Genetic variations in the ELOVL6 gene were associated with insulin sensitivity in this population-based study.