Characterization and iodide adsorption behaviour of HDPY+ modified bentonite

Owing to its favourable physical, chemical and rheological properties, densely compacted bentonite or bentonite-sand mix is considered as a suitable buffer material in deep geological repositories to store high level nuclear waste. Iodine-129 is one of the significant nuclides in the high level waste owing to its long half life and poor sorption onto most geologic media. Bentonite by virtue of negatively charged surface has negligible affinity to retain iodide ions. As organo-bentonites are known to retain iodide ions, the present study characterizes hexadecylpyridinium chloride (HDPyCl.H2O) treated bentonite from Barmer India (referred as HDPy+B) for physico-chemical properties, engineering properties and the iodide adsorption behavior of the organo clay. Batch experiments revealed that HDPy+ ions are largely retained (94 % retention) via cation exchange; the ion-exchange process neutralizes the negative surface charge and bridges clay particles leading to reduction in Atterberg limits, clay content and sediment volume. The organo clay retains iodide by Coulombic attraction (at primary sites) and anion exchange (at secondary sites). The free-energy change (Delta G (o) = -25.5 kJ/mol) value indicated that iodide retention by organo clay is favored physical adsorption process. Iodide adsorption capacity of organo clay decreased significantly (85-100 %) on dilution with 50-80 % bentonite. On the other hand, dilution of bentonite with 50 % organo clay caused 58 % reduction in swell potential and 21 % reduction in swell pressure.

Mesostructured-aluminosilicate-Nafion hybrid membranes for direct methanol fuel cells

Organic-inorganic hybrid membranes are prepared from Nafion and acid functionalized aluminosilicate with varying structures and surface areas. Acid-functionalized mesostructured aluminosilicate with cellular foam framework (Al-MSU-F type) of surface area 463 m(2) g(-1), acid-functionalized aluminosilicate molecular sieves (Al-HMS type) of surface area 651 m(2) g(-1) and acid-functionalized mesostructured aluminosilicate with hexagonal network (Al-MCM-41 type) of surface area 799 m(2) g(-1) have been employed as potential filler materials to form hybrid membranes with Nafion. The structural behavior, water uptake, ion-exchange capacity, proton conductivity and methanol permeability of the hybrid membranes are extensively investigated. Direct methanol fuel cells (DMFCs) with Al-HMS-Nafion and Al-MCM-41-Nafion hybrid membranes deliver respective peak power-densities of 170 mW cm(-2) and 246 mW cm(-2), while a peak power-density of only 48 mW cm(-2) is obtained for the DMFC employing pristine recast-Nafion membrane under identical operating conditions. The unique properties associated with hybrid membranes could be exclusively attributed to the presence of pendant sulfonic-acid groups in the filler materials, which provide proton-conducting pathways between the filler and matrix in the hybrid membranes, and facilitate proton transport with adequate balance between proton conductivity and methanol permeability. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Charge-transfer-driven inclusion of neutral TCNQ molecules in the galleries of a layered double hydroxide: an experimental and computational study

The layered double hydroxides (LDH) or anionic clays are an important class of ion-exchange materials. They consist of positively charged brucite-like inorganic sheets with charge-compensating exchangeable anions in the interlamellar space. Here we show how neutral TCNQ (7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane) molecules can be included within the galleries of an LDH. To do so, we exploit the fact that TCNQ is a good electron acceptor that forms donor acceptor complexes with a variety of donors. The electron donor aniline was intercalated into a Mg-Al LDH as p-aminobenzoate (AB) ions by a conventional ion-exchange reaction. We show here that neutral TCNQ molecules may be driven into the galleries of the layered solid by charge-transfer complex formation with the intercalated p-aminobenzoate anions. We use diffraction and spectroscopic measurements in combination with molecular dynamics simulations and quantum chemical calculations to establish the nature of interactions and arrangement of the charge-transfer complex within the galleries of the layered double hydroxide. Electrostatic interactions between the TCNQ molecules and the anchored AB ions, subsequent to charge transfer, are the driving force for the inclusion of TCNQ molecules in the galleries of the LDH.

Exploring sand and bentonite - enhanced sand as filter media for nitrate removal

Increasing nitrate concentrations in ground water is deleterious to human health as ingestion of such water can cause methemoglobinemia in infants and even cancer in adults (desirable limit for nitrate as NO3 - 45 mg/L, IS code 10500-1991). Excess nitrate concentrations in ground water is contributed by reason being disposal of sewage and excessive use of fertilizers. Though numerous technologies such as reverse osmosis, ion exchange, electro-dialysis, permeable reactive barriers using zerovalent iron etc exists, nitrate removal continues to be one of challenging issue as nitrate ion is highly mobile within the soil strata. The tapping the denitrification potential of soil denitrifiers which are inherently available in the soil matrix is the most sustainable approach to mitigate accumulation of nitrate in ground water. The insitu denitrification of sand and bentonite enhanced sand (bentonite content = 5%) in presence of easily assimilable organic carbon such as ethanol was studied. Batch studies showed that nitrate reduction by sand follows first order kinetics with a rate constant 5.3x10(-2) hr(-1) and rate constant 4.3 x 10(-2) hr(-1) was obtained for bentonite-enhanced sand (BS) at 25 degrees C. Filter columns (height = 5 cm and diameter = 8.2 cm) were constructed using sand and bentonite-enhanced sand as filter media. The filtration rate through both the filter columns was maintained at average value of 2.60 cm/h. The nitrate removal rates through both the filter media was assessed for solution containing 22.6 mg NO3-N/L concentrations while keeping C/N mass ratio as 3. For sand filter column, the nitrate removal efficiency reached the average value of 97.6% after passing 50 pore volumes of the nitrate solution. For bentonite-enhanced sand filter column, the average nitrate removal efficiency was 83.5%. The time required for effective operation for sand filter bed was 100 hours, while bentonite-enhanced sand filter bed did not require any maturation period as that of sand filter bed for effective performance because the presence of micropores in bentonite increases the hydraulic retention time of the solution inside the filter bed.

Adsorption of Pb(II) and Cu(II) on α-quartz from aqueous solutions: influence of pH, ionic strength, and complexing ligands

Adsorption of aqueous Pb(II) and Cu(II) on α-quartz was studied as a function of time, system surface area, and chemical speciation. Experimental systems contained sodium as a major cation, hydroxide, carbonate, and chloride as major anions, and covered the pH range 4 to 8. In some cases citrate and EDTA were added as representative organic complexing agents. The adsorption equilibria were reached quickly, regardless of the system surface area. The positions of the adsorption equilibria were found to be strongly dependent on pH, ionic strength and concentration of citrate and EDTA. The addition of these non-adsorbing ligands resulted in a competition between chelation and adsorption. The experimental work also included the examination of the adsorption behavior of the doubly charged major cations Ca(II) and Mg(II) as a function of pH.

The theoretical description of the experimental systems was obtained by means of chemical equilibrium-plus-adsorption computations using two adsorption models: one mainly electrostatic (the James-Healy Model), and the other mainly chemical (the Ion Exchange-Surface Complex Formation Model). Comparisons were made between these two models.

The main difficulty in the theoretical predictions of the adsorption behavior of Cu(II) was the lack of the reliable data for the second hydrolysis constant(*β_2) The choice of the constant was made on the basis of potentiometric titratlons of Cu^(2+)

The experimental data obtained and the resulting theoretical observations were applied in models of the chemical behavior of trace metals in fresh oxic waters, with emphasis on Pb(II) and Cu(II).

Síntese e caracterização de biodiesel obtido via catálises homogênea e heterogênea de óleo extraído de sementes de Helianthus annuus

O biodiesel é definido como um mono alquil éster de ácidos graxos de cadeia longa derivado de fontes renováveis tais como óleos vegetais e gorduras animais. Sua importância esta associada ao uso como um combustível alternativo para motores do ciclo Diesel podendo ser utilizado puro ou em misturas com o diesel representando economia de petróleo e menor poluição ambiental. Em geral é obtido por meio da reação de transesterificação na qual os triacilgliceróis, principais constituintes dos óleos e gorduras reagem com álcool, em presença de um catalisador ácido ou básico, produzindo ésteres de ácidos graxos e glicerol. A transesterificação pode ser conduzida por catálise homogênea ou heterogênea. O grande desafio da indústria é otimizar o processo a fim de alcançar um produto e uma rota de produção tecnologicamente eficiente e ambientalmente correta. O objetivo desta pesquisa foi estudar a síntese do biodiesel utilizando o processo de transesterificação do óleo de girassol por catálises homogênea e heterogênea. Foram realizadas reações de transesterificação via rotas metílica e etílica, empregando como catalisador homogêneo alcóxido de potássio e como catalisador heterogêneo a resina comercial de troca iônica Amberlyst 26

Preparação e avaliação biocida de compósitos à base de resinas reticuladas contendo nanopartículas de prata

Neste trabalho, foram utilizadas três resinas reticuladas comerciais de troca iônica e caráter ácido à base de estireno e divinilbenzeno: AmberliteGT73 da Rohm and Haas Co. com grupo tiol, Lewatit VPOC1800 da Bayer Co. com grupo sulfônico e Amberlyst 15WET da Rohm and Haas Co. também com grupo sulfônico. As citadas resinas comerciais foram escolhidas por apresentarem grande capacidade de troca iônica, estabilidade e grupos funcionais de interesse para a introdução de íons Ag+. As resinas foram tratadas com ácido clorídrico para garantir as formas ácidas de seus grupos funcionais e em seguida a redução dos íons Ag+, provenientes de solução de nitrato de prata, foi realizada in situ pela hidroxilamina em presença de solução protetora de colóide composta por 2-hidróxi-etil-celulose e gelatina 1:1. Alguns parâmetros foram modificados durante a redução dos íons Ag+ a Ag0, como por exemplo, o tempo de adição da solução redutora de hidroxilamina, a solução utilizada para controle do pH, e condições do repouso após o controle do pH. Após a incorporação das nanopartículas de prata, tanto as resinas comerciais quanto o produto final foram caracterizados por titulometria, fluorescência de raios-x, análise termogravimétrica, análise elementar, grau de inchamento, difração de raios-x, microscopias ótica e eletrônica. A avaliação da atividade biocida foi realizada através do método da contagem em placas utilizando-se uma cepa de Escherichia Coli ATCC25922TM em concentrações de 103 a 107 células/mL. Todos os compósitos obtidos mostraram atividade bactericida significante, sendo que foi possível perceber que a ação bactericida dos compósitos está relacionada com a presença de prata na forma metálica e a características como tamanho, formato e dispersão das partículas na matriz polimérica. Para efeito de comparação, foram realizados ensaios bactericidas com os copolímeros de partida e assim foi comprovado que a ação bactericida pôde ser atribuída somente às nanopartículas de prata

Desenvolvimento de membranas de poli(éter imida) sultonada para a permeacão de gases

A busca por membranas com propriedades adequadas a separação de gases em escala industrial tem levado a modificação e sIntese de polImeros de engenharia, com objetivo de obter membranas com propriedades adequadas. Uma das modificaçoes que tem se apresentado promissora é a inserção de grupos sulfônicos em polImeros comerciais. Espera-se que o polImero sulfonado apresente um aumento na permeação de gases polares, em relação a gases apolares, devido a sua estrutura mais polar e flexIvel. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho é a sIntese e caracterização de membranas de poli(éter imida) sulfonada para a permeação de gases. Um planejamento experimental foi desenvolvido, em diferentes condiçoes reacionais de temperatura, tempo e excesso de um dos reagentes (ácido acético), para a sIntese de poli(éter imida) sulfonada (SPEI). Através deste planejamento, constatou-se que as variáveis que mais influenciam o grau de sulfonação são a temperatura e o tempo. O polImero com o maior grau de sulfonação, determinado por capacidade de troca iônica (IEC= 92 mEq H+/g), foi utilizado para o preparo da membrana de SPEI, obtida pela técnica de inversão de fase por evaporação do solvente, utilizando-se clorofórmio como solvente. Este filme foi caracterizado a partir das seguintes análises: espectroscopia de infravermelho (FTIR), calorimetria diferencial de varredura (DSC), análise termogravimétrica (TGA) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), a fim de avaliar a influência da inserção do grupo sulfônico na matriz polimérica. O espectro de infravermelho de SPEI apresentou bandas relacionadas as vibraçoes assimétricas em 1240 cm-1 (ligação O=S=O), ligação simétrica em 1171 cm-1 (O=S=O) e ligação S-O entre 1010-1024 cm-1. Isto indica a presença de grupos sulfônicos. A análise de DSC foi realizada entre 150-250C. Nesta faixa, não foram observadas alteraçoes na temperatura de transição vItrea (Tg) do polImero modificado (217C). Acredita-se que a decomposição do grupo sulfona aconteça antes da temperatura atingir o Tg do polImero. Esta suposição é confirmada na análise de TGA. As imagens de MEV mostraram que foram obtidos filmes livres de poros e defeitos. A membrana da SPEI foi utilizada no ensaio de permeaçao dos gases 02, N2 e C02, a fim de determinar a permeabilidade e seletividade da membrana. As permeabilidades encontradas para o gas oxigênio foram de 0,76 barrer para a PEI e 0,46 barrer para a SPEI. A seletividade do dióxido de carbono em relaçao ao oxigênio aumentou de 3,5, na membrana de PEI, para 4,83, na membrana de SPEI. Em relaçao ao nitrogênio, as permeabilidades medidas foram 0,064 barrer e 0,043 barrer, para a PEI e para a SPEI, respectivamente, enquanto a seletividade em relaçao ao C02 aumentou de 41,1 para 55,5. Estes resultados indicam que o efeito de sorçao predominou devido ao aumento das interaçöes moleculares, reduzindo assim o volume livre, o que tornou a membrana sulfonada mais compacta, com permeabilidade menor e maior seletividade. Estes resultados corroboram com a premissa de que a sulfonaçao é um processo promissor para o desenvolvimento de membranas mais eficientes.

利用离子交换技术制备跑道形波导谐振腔滤波器的研究

采用AgNO3和KNO3混和熔盐作为离子交换源，在K9玻璃上制备了跑道形波导谐振腔滤波器。利用ASE宽带光源和光谱仪对器件特性进行了测试，得到的该滤波器自由光谱范围为0．176nm。对比对Cr=4dB和3dB带宽δλ=0.13nm来说，耦合系数和传输损耗分别为κ=0．9和α=3．2dB／cm。测试了环形腔的热光调相特性，在16℃的变化范围内实现了2π的相移。通过分析，波导材料的热光系数约为1．49×10^-5/C。该滤波器不仅可用于滤波、传感等领域，而且也可与其它波导结构相结合实现新的功能。

平面交叉型微透镜阵列的制作及成像特性研究

介绍了采用光刻离子交换工艺制作平面交叉型微透镜阵列的方法。利用积分形式的光线方程式讨论了平面交叉型微透镜的近轴光学特性，研究了微透镜的光线轨迹方程式和一些重要的近轴成像特性，利用ABCD定理得到了平面交叉型微透镜像距、焦距、像高、横向放大率和主平面位置的数学表达式，焦距的理论计算结果和实验数据吻合得很好。

Biossorção de tório com emprego de Sargassum filipendula

Com o aumento do rigor para descarte de efluentes contaminado com metais pesados, as pesquisas têm se intensificado na busca de métodos de remoção, que tragam bons resultados de captação dos metais, aliado a um baixo custo. O uso de biomassas como bactérias, fungos e algas marinhas como material adsorvente, tem se apresentado como uma alternativa, principalmente para soluções com baixo teor de metais. Neste trabalho, a alga marinha Sargassum filipendula foi avaliada na sua capacidade de remoção do metal tório de uma solução sintética e do efluente dos laboratórios de análises ambientais do IRD. A cinética desta biossorção foi estudada em regime de batelada e o equilíbrio foi alcançado com 180 min de reação. Dois modelos cinéticos foram utilizados nesta avaliação, um de primeira ordem e um modelo de pseudo segunda ordem, tendo o modelo de segunda ordem apresentado um melhor ajuste dos dados. Na avaliação da capacidade máxima de captação do tório pela biomassa marinha em regime de batelada, foi construída a isoterma que apresentou um perfil crescente na captação alcançando um máximo de 2,59 mol/g. Os modelos de Langmuir e Freundlich foram utilizados para ajustar os dados da isoterma, tendo apresentado maior correlação com os dados o modelo de Langmuir, resultando num valor de captação máxima calculado pelo modelo de 2,92 mol/g. A capacidade de remoção do metal tório da alga Sargassum filipendula também foi avaliada em regime contínuo. Um estudo de altura crítica de leito foi realizado preenchendo-se uma coluna com diferentes massas de alga correspondendo a diferentes alturas de leito. A concentração de tório residual foi quantificada na solução de saída e a menor concentração na saída foi alcançada com 40 cm de leito ou 96 g de biomassa. Após este estudo um sistema contínuo com duas colunas, com 96 g de biomassa cada, e uma bomba peristáltica foi utilizado para o tratamento do efluente real do IRD, contendo não apenas o metal tório, mas outros metais como urânio, cálcio, cromo, ferro, chumbo, etc. Cento e cinco litros de efluente foram tratados numa concentração de 6 mg/L, a concentração do efluente de saída foi de 3,75 mg/L. A caracterização do efluente quanto aos metais presentes foi realizada em ICP-MS, os resultados demonstraram que não houve competição pelos sítios ligantes da biomassa entre o tório e os demais metais. Além disso, alguns metais como cálcio, ferro e magnésio, tiveram um aumento na concentração de saída indicando a presença do mecanismo de troca iônica na biossorção do tório por Sargassum filipendula

Processo de separação por membranas para remoção de sulfato de níquel e zinco de efluente sintético de indústrias metal-mecânicas

O objetivo do presente trabalho foi investigar o desempenho de membranas comerciais e funcionalizadas na remoção de metais pesados de efluentes sintéticos, simulando os efluentes gerados pelas indústrias metal-mecânicas. As membranas funcionalizadas foram preparadas em laboratório a partir de diferentes poli (éter imidas) sulfonadas, SPEI, que apresentavam alta hidrofilicidade e capacidade de troca iônica. As permeabilidades hidráulicas das membranas de SPEI aumentaram com o grau de sulfonação. Porém, as rejeições foram ainda muito baixas comparadas as membranas comerciais. Por esta razão, algumas membranas comerciais (NF-90, SW30, HRP98PP e BW30LE) foram investigadas e avaliadas quanto ao comportamento da permeabilidade de água e o grau de rejeição a metais pesados. Os resultados mostraram que a membrana de osmose inversa de baixa energia (BW30LE) tinha o melhor fluxo de água (48,44 L/h.m2) e grau de rejeição a cádmio (98%). Logo, ela foi selecionada para o tratamento dos efluentes sintéticos de indústrias metal-mecânicas contendo níquel e zinco. As indústrias da região de Valencia, na Espanha, forneceram amostras de seus efluentes para análise quantitativa, possibilitando o prepararo de soluções sintéticas modelos. Os resultados foram obtidos variando algumas condições de permeação, tais como a força motriz, o pH e a concentração dos metais na solução de alimentação. Os resultados indicaram que o processo de osmose inversa com a membrana BW30LE é altamente adequado para o tratamento de efluentes contendo metais pesados

Estudo de adsorção de ácidos naftênicos a partir de correntes de hidrocarbonetos

Ácidos naftênicos correspondem à complexa mistura de ácidos carboxílicos presentes no petróleo, responsáveis diretamente pela sua acidez e pela sua corrosividade em fase líquida durante o refino. Tais compostos também estão presentes nas frações destiladas do petróleo, causando diversos problemas na qualidade final do produto. Uma possível forma de remover esses ácidos das frações destiladas é através da adsorção em materiais porosos. Contudo, os resultados até então apresentados indicam que resinas trocadoras de íons seriam os melhores adsorventes destes compostos, o que poderia aumentar o custo do processo e diminuir sua viabilidade. Neste trabalho, dois adsorventes comerciais (argila e alumina ativada) foram caracterizados por diversas técnicas físico-químicas e avaliados quanto à sua capacidade de remover os ácidos naftênicos de frações médias e pesadas de petróleo. Avaliou-se, ainda, para fins de comparação, o comportamento de ácidos naftênicos comerciais em óleos sintéticos preparados com óleo mineral. Em complementação, a corrosividade do aço carbono nos meios estudados foi também verificada. A argila apresentou maior afinidade com os ácidos naftênicos, tendo capacidade de adsorção superior e cinética de processo ligeiramente mais rápida às da alumina para as cargas sintéticas. No entanto, em virtude da maior concorrência pelos sítios de adsorção, apresentada pelos outros componentes presentes em óleos reais, observou-se uma perda na eficiência para estas amostras. Neste caso, a alumina apresentou melhores resultados. Embora ambos adsorventes tenham apresentado boa capacidade de remoção do soluto, a resina trocadora de íons ainda apresentou resultado mais eficaz para as amostras reais. Nas condições desse estudo, a taxa de corrosão do aço nas amostras sintéticas e em duas das reais não foi significativa e apenas uma delas apresentou-se corrosiva (Óleo 1). No entanto, a remoção dos ácidos naftênicos por adsorção conseguiu reduzir a taxa de corrosão neste meio em até 99%

掺铒磷酸盐玻璃离子交换波导表面保护的研究

对离子交换波导制备过程中掺铒磷酸盐玻璃表面的侵蚀问题进行了研究，分析了产生侵蚀的原因，提出镀K9玻璃薄膜的方法，对掺铒磷酸盐玻璃表面进行保护．采用光学显微镜和原子力显微镜对波导表面特性进行了表征。同时对平板波导的光学特性进行了测试．研究表明K9玻璃薄膜不仅能够对掺铒磷酸盐玻璃起到保护作用，同时允许交换离子透过进入磷酸盐玻璃形成波导层．

K9玻璃薄膜对离子交换磷酸盐玻璃波导表面保护的优化研究

采用镀K9玻璃薄膜方法来解决离子交换掺铒磷酸盐玻璃波导表面的侵蚀问题,对K9玻璃薄膜的厚度进行了优化研究。测量分析了样品的荧光光谱和荧光寿命,采用光学显微镜和棱镜耦合技术对不同K9玻璃薄膜厚度下制备波导的表面形貌和导光特性进行了表征和测试。结果表明,与掺铒磷酸盐玻璃原材料相比,镀K9玻璃薄膜后荧光光谱保持不变,荧光寿命稍有下降(约0.2 ms);K9玻璃薄膜的厚度在60~80 nm的范围内保护效果最佳。为下一步制备掺铒有源玻璃光波导器件奠定了良好的实验基础。