Biossorção de lantânio por Sargassum sp.: ensaios em batelada e contínuos

Diante dos avanços tecnológicos, pesquisadores têm intensificado a busca por métodos de remoção de metais, que tragam bons resultados de captação a partir de efluentes contaminados, aliados a um baixo custo. A utilização de materiais biológicos como algas marinhas, fungos e bactérias vem se destacando e se tornando uma solução atrativa quando comparados com os tratamentos químicos convencionais; essa técnica é denominada biossorção. A biossorção é um processo de captação de íons metálicos de uma solução, a partir de interações entre o metal e determinados sítios ativos presentes na parede celular da biomassa. Existe também um crescente interesse pelo estudo dos elementos de terras raras (TR) por possuirem alto valor agregado, acarretado por processos caros e de alta complexidade na sua separação e purificação. Desta forma, este trabalho teve como objetivo descrever o potencial de biossorção de lantânio - um representante dos TR - pela macroalga Sargassum sp., a partir de soluções aquosas. Para isso foram realizados estudos em batelada, aplicando modelos cinéticos e de equilíbrio, e estudos em regime contínuo de biossorção dos íons de lantânio (III), além de um sistema contínuo bimetálico, no qual houve a adição do metal cério, outro TR. As determinações analíticas foram realizadas por espectrometria de emissão ótica por plasma indutivamente acoplado. Os ensaios cinéticos foram realizados nas concentrações metálicas de 10 e 100 mg.L-1 e em duas concentrações distintas de biomassa 2 e 5 g.L-1 na temperatura de 301C. Dois modelos cinéticos foram testados, pseudo-primeira ordem e segunda ordem, tendo o modelo de segunda ordem apresentado melhor ajuste dos dados, com r2 igual a 0,9697. No ensaio de equilíbrio foi construída a isoterma que apresentou um perfil crescente na captação no entanto não alcançou a remoção máxima. Os modelos de Langmuir e Freundlich foram utilizados para ajustar os dados da isoterma, sendo verificado maior correlação dos dados com o modelo de Langmuir; resultando num valor de captação máxima calculado pelo modelo de 3,55 mmol.g-1. No ensaio dinâmico foram realizados dois experimentos, 1 e 2. O Experimento 1 foi realizado com três colunas interligadas e recheadas com 20g de biomassa cada, sendo bombeada uma solução aquosa de lantânio na concentração de 1,41mmol.L-1. O Experimento 2 foi constituido de uma solução contendo lantânio e cério ambos na mesma concentração anterior de 1,41 mmol.L-1, sendo bombeada somente para uma única coluna recheada com 20g de biomassa. Os resultados demonstraram que o ponto de saturação não foi atingido dentro das 8 horas em que se deu o processo, o que indica a alta afinidade da Sargassum sp. pelo lantânio e que a presença do cério associada a redução da vazão prejudicou a captação do lantânio

Interações do lantânio e cério com microalgas dos gêneros Monoraphidium e Scenedesmus

Os elementos de terras raras, representados em sua maioria pelos lantanídeos, ocorrem principalmente como constituintes-traço da maioria dos minerais de rochas comuns (monazita, apatita) e também estão presentes em alguns minérios. Tais elementos foram largamente usados por décadas como fertilizantes na China. Na área das inovações tecnológicas, a demanda por esses metais vem crescendo por conta das suas aplicações em diversos campos. Consequentemente, grandes quantidades desses elementos são acumulados em ambientes aquáticos atingindo o fitoplâncton. Assim, as microalgas que são organismos ecologicamente importantes na cadeia alimentar têm sido frequentemente usadas em estudos ambientais para avaliar a toxicidade relativa de várias descargas químicas e são largamente estudadas na detecção dos primeiros impactos no ecossistema. Somado a isso, são biomassas que possuem boa capacidade de biossorção de metais devido à presença de ligantes na sua estrutura que promovem a captação deles quando em solução. Dessa forma, as interações entre as microalgas verdes Monoraphidium e Scenedesmus e os íons La3+ e Ce3+ foram investigadas neste trabalho. Para isso, foram avaliados o efeito tóxico e a bioacumulação do La3+ pelas duas microalgas verdes. Adicionalmente, estudos em batelada da biossorção do La3+ e Ce3+ em soluções contendo os elementos isoladamente ou em combinação foram realizados. No estudo de toxicidade e de bioacumulação o meio de cultivo utilizado foi o ASM-1, com e sem presença de La3+ (10 mg.L-1 a 100 mg.L-1), onde o efeito tóxico do metal foi monitorado por análises micro e macroscópica das células e também pela quantificação do crescimento celular baseada em medidas da massa seca. A bioacumulação do metal foi avaliada da mesma forma para ambas as microalgas. Os resultados obtidos mostraram que o efeito tóxico do metal foi presente em concentrações iônicas de 50 e 100 mg.L-1 e que houve uma bioconcentração do La3+ em ambas espécies de microalgas, principalmente quando a concentração inicial do La3+ foi de 10 e 25 mg.L-1, mostrando que houve uma relação direta entre a bioconcentração e a toxicidade do La3+. O gênero Monoraphidium bioconcentrou mais metal que o gênero Scenedesmus. Os resultados da biossorção dos metais em solução monoelementar mostraram que as microalgas apresentaram grande capacidade de captação do La3+ (20,7 mmol.g-1 para Monoraphidium sp. e 17,8 mmol.g-1 para Scenedesmus sp.) e do Ce3+ (25,7 mmol.g-1 para Monoraphidium sp. e 11,5 mmol.g-1 para Scenedesmus sp.). Os resultados obtidos revelaram que os dados melhor se ajustaram ao modelo de Freundlich, na maioria dos casos. Em sistema binário, notou-se que houve uma menor captação de cada um individualmente, evidenciando uma competição entre eles pelos mesmos sítios ligantes e que ambas apresentaram maior afinidade pelo Ce3+

Estudo da reação entre o metanol e o acetato de etila em catalisadores Mg/La por espectroscopia no infravermelho acoplada a espectrometria de massas

A transesterificação metílica em meio homogêneo é catalisada por bases, tais como hidróxidos e alcóxidos de sódio ou potássio e se processa em baixa temperatura de reação, mesmo em escala industrial. A utilização de catalisadores formados por sólidos básicos aparece como uma alternativa promissora aos processos homogêneos convencionais, tendo em vista as inúmeras vantagens como a redução da ocorrência das reações indesejáveis de saponificação e redução de custos dos processos pela diminuição do número de operações associadas. Em estudos anteriores realizados pelo grupo, catalisadores a base de Mg/La com diferentes composições químicas (9:1, 1:1 e 1:9) mostraram-se promissores para a obtenção de ésteres metílicos via reação de transesterificação, porém não foi possível fazer uma correlação entre atividade catalítica e as propriedades físico-químicas quando toda a série foi considerada. Assim, a realização de um estudo de caráter fundamental, baseado em reações modelo e uso de moléculas sonda, permite avançar no entendimento das propriedades de superfície destes catalisadores. Portanto, o presente trabalho estuda a reação entre metanol e acetato de etila em catalisadores a base de Mg/La utilizando espectroscopia de reflectância difusa no infravermelho com transformada de Fourier (DRIFTS) acoplada a espectrometria de massas (MS) identificando os intermediários e produtos formados para determinar a rota reacional. As análises de difração de raios X mostram que os precursores são predominantemente compostos por carbonatos hidratados de magnésio (Mg/La 1:1 e 9:1) e de lantânio (Mg/La 1:9). Os perfis de decomposição térmica e difratogramas de raios X obtidos a partir de tratamento térmico in situ indicaram que estes carbonatos se decompõem apenas a partir de 750 C. As análises de Dessorção a Temperatura Programada realizadas com moléculas sonda, metanol e acetato de etila, mostraram a adsorção em maior quantidade do metanol independente da composição química do sólido. A partir dos resultados obtidos por DRIFTS-MS foi proposta uma rota reacional para a reação de transesterificação do acetato de etila e metanol, que ocorre via adsorção do metanol e do acetato de etila na superfície do catalisador, seguida da formação de um intermediário tetraédrico formado pelas moléculas adsorvidas, que sofre um rearranjo formando etanol, acetato de metila, acetona e metano. Simultaneamente, parte do metanol adsorvido como metoxi monodentado é desidrogenado formando formiatos que são dessorvidos na forma de formaldeído e decompostos formando CO2 e H2

镧与钙的关系及对根系生理的影响

本研究通过探讨毛乌素沙地主要早生植物和中生植物的水分关系。对“早生植物”的概念作了进一步的分析的阐述，探讨了蒸腾作用、光合作用的气乳调节与植物叶片水分平衡的相互关系，并提出了以蒸腾“午体”为基础的关于划分植物水分生态类型的新概念。上述问题的探讨可作为对中国毛鸟素沙化化草地植物环境系统优化模式的水平衡假说的难证。探讨了为合理确定在研究地区种草造林的最佳密度所需进一步研究的内容：水分亏缺对植物量累积的抑制作用。并对该地区主要植物种的季节蒸腾耗水量作了估算。研究了依赖于主导环境因子的沙生植物蒸腾速率的回归模型。得出结论认为：对于蒸腾速率和叶面积指数，建立多元非线性回归可以取得较好结果。最后，对几个重要的蒸散预测模型和土壤水分运动的物理模型进行了评述，并探讨了这些模型对于干旱区蒸散预测研究的可行性，作为本研究的未来探讨的课题。

稀土元素镧在植物细胞中超微结构定位及与钙、铝关系研究

本文主要利用等离子体发射光谱元素含量分析( ICP)、亚细胞定位观察技术、以及电镜与能谱分析相结合技术，研究镧在绿豆(Phmeatus radiatus L.)幼苗不同部位组织细胞中的进入、运转、分配、含量和超微结构定位及与钙、铝关系。在全营养液加镧和缺钙营养液加镧处理的幼苗中，细胞超微结构受到不同程度影响，但其内未检测到镧。无离子水加镧处理幼苗，在低浓度、短时间条件下，镧进入、分布在质膜以外质外体系统中。高浓度镧处理时，镧沉淀能进入细胞内，并常看到堵塞胞间连丝，在质膜以外发现解体物质穿壁转移，并在壁中形成明暗相间的染色带。镧在植株中运输层层受阻，由根向叶其含量逐渐减少，而钙含量变化呈负相关，表明镧钙之间存在拮抗作用。 用焦锑酸钙的电镜细胞化学方法与能谱分析技术相结合，研究镧对细胞内Ca2+定位分布的影响，发现镧、钙沉淀颗粒的差异。在镧胁迫下，细胞质和核中Ca2+增多，液泡中Ca2+趋向于沿被膜分布，细胞结构受到破坏，说明镧胁迫下Ca2+水平增加与膜透性变化和Ca2+_CaM相关的许多生理生化过程有关。 初步探讨铝的毒害机理，发现铝也能进行超微结构定位观察，铝通过拮抗钙起作用，其作用机制与镧相似。

植物对重金属砷和镉胁迫适应的分子机理初探

随着现代工业的发展，重金属污染日趋严重。重金属污染引发的环境和健康问题在许多国家都有报道，我国的重金属污染状况也不容乐观。土壤和水体中的重金属污染可以通过食物链进入人体，对人类健康造成很大的危害，如诱发癌症 和畸胎等。 植物修复是一种利用植物对重金属或有机污染物的超富集能力清除或减低污染的环境生物技术。植物修复的生物学机制的研究为这项技术走向实用化奠定了基础。植物修复近期的进展可能来自于可更有效地富集重金属的植物品种的选择、土壤条件的改善等;但长远看来，植物修复技术的巨大进步将取决于新的可更好地抵抗重金属或降解有机毒物的基因的鉴定和克隆，并通过转基因技术创造一批新的植物品种，如可迅速大量富集重金属的高生物量的用作环境净化的植物，以及可排拒重金属吸收的粮食、蔬菜和水果等作物。 本研究针对砷污染的植物修复机制，以超富集砷的凤尾蕨属植物——蜈蚣草为试材取得了如下进展： 1． 以从砷污染地区采集的蜈蚣草（Pteris vittataL．）为植物材料，利用抑制消减杂交(SSH)分离了经砷诱导处理与其对照间表达有差异的cDNA片段，以期得到与砷富集密切相关的基因。其中筛选到的一个cDNA片段与ABC transporter (ATP-binding cassette transporter)有较高的同源性。通过RACE方法对该基因进行了克隆，并进行了初步的结构和功能分析。结果表明所获得的PvABCTl (Accession No. AY496966)为一全长cDNA，长度为2165 bp，其中开读框架为1791 bp，编码597个氨基酸。该基因所编码的蛋白中含有2个ABC transporter特性结构域，1个ATP-binding cassette和2个ATP/GTP结合位点(P-loop)，没有明显的跨膜区。 2． 对蜈蚣草在砷胁迫下PvABCT1基因的表达模式进行了研究。转录水平分析表明PvABCT1的表达受砷的诱导。进一步通过PvABCTl-GFP融合基因在洋葱细胞中的表达进行亚细胞定位，结果显示该基因可能定位于细胞质中。 3． 为了研究所克隆的PvABCT1基因的功能，本研究构建了PvABCT1的酵母表达载体，把该基因转入因ACR3基因缺失而对砷敏感的酵母突变株。酵母功能互补实验表明PvABCT1不仅不能与ACR3基因功能互补，反而使酵母对砷的敏感性增加，同时酵母细胞中的砷含量较未转化的酵母细胞增加。即在转入PvABCT1后，酵母细胞吸收了更多的砷。这暗示该基因与蜈蚣草中砷的高吸收有关。 针对食品重金属污染问题，本研究探讨了减低蔬菜对重金属吸收的方法及其 作用机理，取得了如下进展： 1．研究了钙离子和镧离子对镉离子胁迫下生菜种子萌发和植株生长的影响，结果表明在种子萌发时外施4 mM CaCI2或0.04 mg/L La(N03)3均可提高生菜对重金属镉的抗性。 2．通过检测0.5 mM CdCl2胁迫下生菜植株中的镉含量以及外施钙离子或镧离子后相应的镉含量，发现4 mM CaCl2可以增加镉胁迫下生菜植株中镉的积累;而0.04 mg/L La(N03)3可以降低镉胁迫下生菜植株中镉的积累。 3．对生菜中植物络合素合酶基因进行了克隆，通过RT-PCR分析以及植物络合素( phytochelatins，PCs)的检测，探讨了外施钙离子或镧离子对镉胁迫下生菜植株中植物络合素合酶基因在转录水平的表达量、植物络合素含量以及镉的积累三者之间的关系。结果表明：4 mM CaCl2可以提高镉胁迫下生菜植株中植物络合素合酶基因在转录水平的表达以及植物络合素的含量，增加镉的积累;而0.04 mg/L La(N03)3虽然同样可以提高植物络合素合酶基因在转录水平的表达以及植物络合素的含量，却能降低镉胁迫下生菜植株中镉的积累。这暗示外施钙离子可以促进用于重金属污染环境修复的植物对重金属的吸收，而外施镧离子可以用于降低叶菜类蔬菜中重金属镉的积累。

High temperature robust SOI ethanol sensor

In this paper we present a robust SOI-CMOS ethanol sensor based on a tungsten-doped lanthanum iron oxide sensing material. The device shows response to gas, has low power consumption, good uniformity, high temperature stability and can be manufactured at low cost and with integrated circuitry. The platform is a tungsten-based CMOS micro-hotplate that has been shown to be stable for over two thousand hours at a high temperature (600°C) in a form of accelerated life test. The tungsten-doped lanthanum iron oxide was deposited on the micro-hotplate as a slurry with terpineol using a syringe, dried and annealed. Preliminary gas testing was done and the material shows response to ethanol vapour. These results are promising and we believe that this combination of a robust CMOS micro-hotplate and a good sensing material can form the basis for a commercial CMOS gas sensor. © 2011 Published by Elsevier Ltd.

Low-field magnetoresistance in La0.7Ca0.3MnO 3 manganite compounds prepared by the spray drying technique

Calcium-substituted lanthanum manganite compounds were synthesized by the spray drying technique. This method - whose main advantages are versatility, high reproducibility and scalability - yields small grain materials of high homogeneity and displaying low-field magnetoresistance effects. We report about the physical and chemical characterizations of these samples in order to investigate the potential interest of spray drying for the production of materials for low-field magnetoresistance applications. We have studied the dependence of the low-field magnetoresistance on the temperature and duration of the thermal treatment applied to the pelletized powders. The issue of the shape anisotropy (demagnetisation effects) influence on the magnetoresistance properties has also been dealt with. © 2005 Springer Science + Business Media, Inc.

Solid-state MAS NMR studies on the hydrothermal stability of the zeolite catalysts for residual oil selective catalytic cracking

By using the solid-state MAS NMR technique, the hydrothermal stabilities (under 100% steam at 1073 K) of HZSM-5 zeolites modified by lanthanum and phosphorus have been studied. They are excellent zeolite catalysts for residual oil selective catalytic cracking (RSCC) processes. It was indicated that the introduction of phosphorus to the zeolite via impregnation with orthophosphoric acid led to dealumination as well as formation of different Al species, which were well distinguished by Al-27 3Q MAS NMR. Meanwhile, the hydrothermal stabilities of the zeolites (P/HZSM-5, La-P/HZSM-5) were enhanced even after the samples were treated under severe conditions for a prolonged time. It was found that the Si-O-Al bonds were broken under hydrothermal conditions, while at the same time the phosphorous compounds would occupy the silicon sites to form (SiO)(x)Al(OP)(4 - x) species. With increasing time, more silicon sites around the tetrahedral coordinated Al in the lattice can be replaced till the aluminum is completely expelled from the framework. The existence of lanthanum can partially restrict the breaking of the Si-O-Al bonds and the replacement of the silicon sites by phosphorus, thus preventing dealumination under hydrothermal conditions. This was also proved by P-31 MAS NMR spectra. (C) 2004 Elsevier Inc. All rights reserved.

Phase transformation in the surface region of zirconia and doped zirconia detected by UV Raman spectroscopy

The phase evolution of yttrium oxide and lanthanum oxide doped zirconia (Y2O3-ZrO2 and La2O3-ZrO2, respectively) from their tetragonal to monoclinic phase has been studied using UV Raman spectroscopy, visible Raman spectroscopy and XRD. UV Raman spectroscopy is found to be more sensitive at the surface region while visible Raman spectroscopy and XRD mainly give the bulk information. For Y2O3-ZrO2 and La2O3-ZrO2, the transformation of the bulk phase from the tetragonal to the monoclinic is significantly retarded by the presence of yttrium oxide and lanthanum oxide. However, the tetragonal phase in the surface region is difficult to stabilize, particularly when the stabilizer's content is low. The phase in the surface region can be more effectively stabilized by lanthanum oxide than yttrium oxide even though zirconia seemed to provide more enrichment in the surface region of the La2O3-ZrO2 sample than the Y2O3-ZrO2 sample, based on XPS analysis. The surface structural tension and the enrichment of the ZrO2, component in the surface region of ZrO2-Y2O3 and ZrO2-La2O3 might be the reasons for the striking difference between the phase change in the surface region and the bulk. Accordingly, the stabilized tetragonal surface region can significantly prevent the phase transition from developing into the bulk when the stabilizer's content is high.

On configuration of exchanged La3+ on ZSM-5: A theoretical approach to the improvement in hydrothermal stability of La-modified ZSM-5 zeolite

Density functional calculations have been employed to investigate the locating and binding of lanthanum cation, i.e., La(OH)(2)(+), on HZSM-5 zeolite. Through geometry optimization, it was determined that lanthanum ions are favorably accommodated in the two 6-T rings of the straight channels (Clusters 1 and 2, see Sec. III A for details). Cluster 1 was found to exist in prior to Cluster 2 due to the preference of Al substitution in the T11 site (Cluster 1) rather than in the T8 site (Cluster 2). Geometry-optimization of Cluster 1 containing another two lanthanide ions Nd3+ and Yb3+ was also carried out and it was found that a monotonic decrease in Ln-O bond length will take place as the atomic number increases, conforming well to the rule of lanthanide contraction. Some of the optimized parameters are comparable to the corresponding experimental values in Y zeolite, which confirms that the optimized configurations are acceptable. The average frequencies of hydroxyls attached to La3+ or Yb3+ in Cluster 1 fall at 3609.16 and 3579.76 cm(-1), respectively, with the gap of these two frequencies close to that in the sodalite cage of Y zeolite. Compared to H-form zeolite, the charges on both Al and O atoms in Ln-ZSM-5 zeolite show an obvious increase, which will undoubtedly lead to a stronger mutual interaction and hence enhance the stability of the [AlO4](-) anion. Moreover, the Ln(OH)(2)(+) seem to have thickened the zeolite framework, which can effectively retard the process of dealumination. Through the evaluation of the possibility for dimer formation, it turned out that when the exchange degree arrived to approximately 0.28, lanthanum monomers began to aggregate into dimers, and were completely converted into dimers when the exchange degree approached 0.60. (C) 2003 American Institute of Physics.

Influence of the deposition energy on the composition and thermal cycling behavior of La-2(Zr0.7Ce0.3)(2)O-7 coatings

Lanthanum-zirconium-cerium composite oxide (La-2(Zr0.7Ce0.3)(2)O-7, LZ7C3) coatings were prepared under different conditions by electron beam-physical vapor deposition (EB-PVD). The composition, crystal structure, surface and cross-sectional morphologies, cyclic oxidation behavior of these coatings were studied. Elemental analysis indicates that the coating composition has partially deviated from the stoichiometry of the ingot, and the existence of excess La2O3 is also observed.

La-2(Zr0.7Ce0.3)(2)O-7 - A new oxide ceramic material with high sintering-resistance

Oxide ceramics with high sintering-resistance above 1473 K have very important applications in thermal barrier coatings (TBCs), catalytic combustion and high-temperature structural materials. Lanthanum zirconate (La2Zr2O7, LZ) is an attractive TBC material which has higher sintering-resistance than yttria stabilized zirconia (YSZ), and this property could be further improved by the proper addition of ceria.