Nanoparticle-Driven Intermolecular Cooperativity and Miscibility in Polystyrene/Poly(vinyl methyl ether) Blends

The effect of silver nanoparticles (nAg) in PS/PVME polystyrene/poly(vinyl methyl ether)] blends was studied with respect to the evolution of morphology, demixing temperature, and segmental dynamics. In the early stage of demixing, PVME developed an interconnected network that coarsened in the late stage. The nAg induced miscibility in the blends as supported by shear rheological measurements. The physicochemical processes that drive phase separation in blends also led to migration of nAg to the PVME phase as supported by AFM. The segmental dynamics was greatly influenced by the presence of nAg due to the specific interaction of nAg with PVME. Slower dynamics and an increase in intermolecular cooperativity in the presence of nAg further supported the role of nAg in delaying the phase separation processes and augmenting the demixing temperature in the blends. Different theoretical models were assessed to gain insight into the dynamic heterogeneity in PS/PVME blends at different length scales.

Evaluation of the Interfacial Adhesion between Brittle Coating and Ductile Substrate by Cross-Secitional Indention

The cross-sectional indentation method is extended to evaluate the interfacial adhesion between brittle coating and ductile substrate. The experimental results on electroplated chromium coating/steel substrate show that the interfacial separation occurs due to the edge chipping of brittle coating. The corresponding models are established to elucidate interfacial separation processes. This work further highlights the advantages and potential of this novel indentation method.

Evaluation of the Interfacial Adhesion between Brittle Coating and Ductile Substrate by Cross-Secitional Indention

The cross-sectional indentation method is extended to evaluate the interfacial adhesion between brittle coating and ductile substrate. The experimental results on electroplated chromium coating/steel substrate show that the interfacial separation occurs due to the edge chipping of brittle coating. The corresponding models are established to elucidate interfacial separation processes. This work further highlights the advantages and potential of this novel indentation method

ESTUDO DA CONCENTRAÇÃO DE BIOMASSSA DE MICROALGAS POR FILTRAÇÃO E FLOCULAÇÃO

O cultivo de microalgas é uma matéria prima para produção de biocombustível e de captura de carbono devido a vantagens como alta produção de biomassa e rápido crescimento quando comparado com outras fontes de energia e não necessitar de terra fértil. O presente trabalho teve como objetivo estudar métodos de concentração da biomassa. A microalga utilizada foi a Isochrysis galbana. Os cultivos tiveram duração de 20 dias e concentração inicial de 7.104 cel/mL no meio de cultivo F2/Guillard. e foram realizados em fotobioreatores de 500 mL, 3 L e 12 L. Os experimentos foram conduzidos em foto-período de 12 h claro/escuro, com temperatura de 27 a 29 C. Ao final dos cultivos, as amostras foram levadas para a sequência de processos de separação. Inicialmente, foram realizados ensaios de microfiltração em membrana com porosidade de 0,45 m em procedimento do tipo dead-end e constatou-se a rápida e intensa formação de camada de fouling. Acrescentou-se uma etapa de separação por floculação preliminar à microfiltração, utilizando-se Al2(SO4)3 como agente floculante. O meio coagulado foi então filtrado e microfiltrado. O estudo combinado das 3 etapas de separação possibilitou 99% de remoção de biomassa.O teor de óleo obtido foi de 22,4%. Portanto, o trabalho apresenta uma configuração de concentração da biomassa Isochrysis galbana visando o processo de produção de biocombustíveis

Redução de dimensionalidade em equilíbrio de fases fluidas

Atualmente, existem modelos matemáticos capazes de preverem acuradamente as relações entre propriedades de estado; e esta tarefa é extremamente importante no contexto da Engenharia Química, uma vez que estes modelos podem ser empregados para avaliar a performance de processos químicos. Ademais, eles são de fundamental importância para a simulação de reservatórios de petróleo e processos de separação. Estes modelos são conhecidos como equações de estado, e podem ser usados em problemas de equilíbrios de fases, principalmente em equilíbrios líquido-vapor. Recentemente, um teorema matemático foi formulado (Teorema de Redução), fornecendo as condições para a redução de dimensionalidade de problemas de equilíbrios de fases para misturas multicomponentes descritas por equações de estado cúbicas e regras de mistura e combinação clássicas. Este teorema mostra como para uma classe bem definidade de modelos termodinâmicos (equações de estado cúbicas e regras de mistura clássicas), pode-se reduzir a dimensão de vários problemas de equilíbrios de fases. Este método é muito vantajoso para misturas com muitos componentes, promovendo uma redução significativa no tempo de computação e produzindo resultados acurados. Neste trabalho, apresentamos alguns experimentos numéricos com misturas-testes usando a técnica de redução para obter pressões de ponto de orvalho sob especificação de temperaturas.

Emprego dos processos de eletrofloculação e osmose inversa no tratamento de águas oleosas

A descarga desenfreada de águas residuais no meio ambiente, ao longo dos últimos anos, vem acelerando o processo de contaminação e degradação dos corpos hídricos no mundo. Tais rejeitos apresentam elevada carga de contaminantes e de concentração de matéria orgânica o que leva a mortandade das espécies pela concorrência ao oxigênio e, em casos extremos, a aceleração dos processos de eutrofização. Pensando nisso, o presente trabalho estudou um sistema híbrido, em batelada, de tratamento de águas oleosas simuladas em laboratório pela adição de um determinado óleo lubrificante em uma solução aquosa de agentes emulsificantes e eletrólito suporte. O sistema de tratamento foi composto de duas etapas, onde na primeira avaliou-se o uso da técnica da eletrofloculação, responsável por quebrar a estabilidade das emulsões óleo/água e de uma segunda que avaliou o uso de processos de separação com membranas visando à remoção do metal adicionado ao efluente na etapa anterior. O sistema de eletrofloculação foi avaliado em relação ao uso de eletrodos de alumínio e ferro com correntes elétricas de 1A, 2A e 3A, nos modos contínuo e alternado. Os resultados apontaram um maior consumo evidente de massa de eletrodos quando do uso da corrente contínua, 4,0337g 0,0132 para o alumínio e 3,8260g 0,0181 para o ferro ao passo que o consumo foi de 2,1400g 0,0099 para o alumínio e 2,4121g 0,0127 para o ferro quando do o uso da corrente alternada. Foram alcançadas remoções máximas de 98 % 0 da DQO, 99,77 % 0,27 de remoção da cor e 100 % 0 de remoção da turbidez para o uso de corrente alternada e eletrodos de alumínio enquanto se alcançaram remoções máximas 96 % 1 da DQO, 99,46 % 0,82 de remoção da cor e também 100 % 0 de remoção da turbidez no uso de eletrodos de ferro. Na segunda etapa do estudo, a osmose inversa, o sistema utilizado atingiu rejeições de 99,53 % 0,12; 99,56 % 0,13 e de 98,87 % 0,36, para pressões respectivas de 10, 20 e 30 bar. Além disso, foram obtidos fluxos crescentes de permeado 10,87 L/h.m2 0,25; 15,67 L/h.m2 0,53; 18,49 L/h.m2 0,74 com o também aumento da pressão. Ao final do estudo alcançou-se um efluente final com baixa carga orgânica e de metais, estando o mesmo apto ao lançamento nos corpos receptores. Entretanto, mecanismos de controle, sobretudo de pH devem ser incluídos no projeto desses sistemas uma vez que esse parâmetro sofre alterações ao longo do processo

Problemas direto e inverso de processos de separação em leito móvel simulado mediante mecanismos cinéticos de adsorção

Diversas aplicações industriais relevantes envolvem os processos de adsorção, citando como exemplos a purificação de produtos, separação de substâncias, controle de poluição e umidade entre outros. O interesse crescente pelos processos de purificação de biomoléculas deve-se principalmente ao desenvolvimento da biotecnologia e à demanda das indústrias farmacêutica e química por produtos com alto grau de pureza. O leito móvel simulado (LMS) é um processo cromatográfico contínuo que tem sido aplicado para simular o movimento do leito de adsorvente, de forma contracorrente ao movimento do líquido, através da troca periódica das posições das correntes de entrada e saída, sendo operado de forma contínua, sem prejuízo da pureza das correntes de saída. Esta consiste no extrato, rico no componente mais fortemente adsorvido, e no rafinado, rico no componente mais fracamente adsorvido, sendo o processo particularmente adequado a separações binárias. O objetivo desta tese é estudar e avaliar diferentes abordagens utilizando métodos estocásticos de otimização para o problema inverso dos fenômenos envolvidos no processo de separação em LMS. Foram utilizados modelos discretos com diferentes abordagens de transferência de massa, com a vantagem da utilização de um grande número de pratos teóricos em uma coluna de comprimento moderado, neste processo a separação cresce à medida que os solutos fluem através do leito, isto é, ao maior número de vezes que as moléculas interagem entre a fase móvel e a fase estacionária alcançando assim o equilíbrio. A modelagem e a simulação verificadas nestas abordagens permitiram a avaliação e a identificação das principais características de uma unidade de separação do LMS. A aplicação em estudo refere-se à simulação de processos de separação do Baclofen e da Cetamina. Estes compostos foram escolhidos por estarem bem caracterizados na literatura, estando disponíveis em estudos de cinética e de equilíbrio de adsorção nos resultados experimentais. De posse de resultados experimentais avaliou-se o comportamento do problema direto e inverso de uma unidade de separação LMS visando comparar os resultados obtidos com os experimentais, sempre se baseando em critérios de eficiência de separação entre as fases móvel e estacionária. Os métodos estudados foram o GA (Genetic Algorithm) e o PCA (Particle Collision Algorithm) e também foi feita uma hibridização entre o GA e o PCA. Como resultado desta tese analisouse e comparou-se os métodos de otimização em diferentes aspectos relacionados com o mecanismo cinético de transferência de massa por adsorção e dessorção entre as fases sólidas do adsorvente.

Determinação experimental e modelagem termodinâmica do equilíbrio de fases em sistemas com CO2, n-hexano, n-hexadecano e tetralina

A descoberta de petróleo na camada de Pré-Sal possibilita a geração de ganhos em relação à dependência energética do país, mas também grandes desafios econômicos e tecnológicos. Os custos de extração são maiores devido a vários fatores como a exigência de equipamentos de exploração que suportem elevadas pressões, altas temperaturas e grandes concentrações de gases ácidos, tais quais, dióxido de carbono (CO2) e sulfeto de hidrogênio (H2S). Uma das principais preocupações com o CO2 é evitar liberá-lo para a atmosfera durante a produção. Com a modelagem termodinâmica de dados de equilíbrio de sistemas envolvendo CO2 supercrítico e hidrocarbonetos é possível projetar equipamentos utilizados em processos de separação. A principal motivação do trabalho é o levantamento de dados de equilíbrio de fases de sistemas compostos de CO2 e hidrocarbonetos, possibilitando assim prever o comportamento dessas misturas. Os objetivos específicos são a avaliação do procedimento experimental, a estimação e predição dos parâmetros de interação binários para assim prever o comportamento de fases dos sistemas ternários envolvendo CO2 e hidrocarbonetos. Duas metodologias foram utilizadas para obtenção dos dados de equilíbrio: método estático sintético (visual) e método dinâmico analítico (recirculação das fases). Os sistemas avaliados foram: CO2 + n-hexano, CO2 + tetralina, CO2 + n-hexadecano, CO2 + n-hexano + tetralina e CO2 + tetralina + n-hexadecano à alta pressão; tetralina + n-hexadecano à baixa pressão. Para o tratamento dos dados foi utilizada equação de estado cúbica de Peng-Robinson e a regra de mistura clássica

Structural and photoelectric studies on double barrier quantum well infrared detectors

GaAs/AlAs/GaAlAs double barrier quantum well (DBQW) structures are employed for making 3-5 um photovoltaic infrared (IR) detectors with a peak detectivity of 5 x 10(11) cm Hz(1/2)/W at 80 K. Double crystal X-ray diffraction is combined with synchrotron radiation X-ray analysis to determine successfully the exact thickness of GaAs, AlAs and GaAlAs sublayers. The interband photovoltaic (PV) spectra of the linear array of the detectors are measured directly by edge excitation method, providing the information about spatial separation processes of photogenerated carriers in the multiquantum wells and the distribution of built-in field in the active region. The spectral response of the IR photocurrent of the devices is also measured and compared with the temperature dependent IR absorption of the DBQW samples in order to get a better understanding of the bias-controlled optical and transport behavior of the detector photoresponse and thus to optimize the detector performance. (C) 1999 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Structural and photoelectric studies on double barrier quantum well infrared detectors

GaAs/AlAs/GaAlAs double barrier quantum well (DBQW) structures are employed for making the 3 similar to 5 mu m photovoltaic infrared (IR) detectors with a peak detectivity of 5x10(11) cmHz(1/2)/W at 80K. The double crystal x-ray diffraction is combined with synchrotron radiation x-ray analysis to determine the exact thickness of GaAs, AlAs and GaAlAs sublayers. The interband photovoltaic (PV) spect ra of the DBQW sample and the spectral response of the IR photocurrent of the devices are measured directly by edge excitation method, providing the information about spatial separation processes of photogenerated carriers in the multiquantum wells and the distribution of built-in field in the active region.

Moleculary imprinted polymers for extraction of components from foodstruffs

The present invention relates to a novel class of water compatible molecularly imprinted polymers (AquaMIPs) capable of selectively binding target molecules such as riboflavin, or analogues thereof, in water or aqueous media, their synthesis and use thereof in food processing and extraction or separation processes.

Metal-organic frameworks based on phosphonate linkers

During the last few decades, Metal-Organic Frameworks (MOFs), also known as Coordination Polymers, have attracted worldwide research attentions due to their incremented fascinating architectures and unique properties. These multidimensional materials have been potential applications in distinct areas: gas storage and separation, ion exchange, catalysis, magnetism, in optical sensors, among several others. The MOF research group at the University of Aveiro has prepared MOFs from the combination of phosphonate organic primary building units (PBUs) with, mainly, lanthanides. This thesis documents the last findings in this area involving the synthesis of multidimensional MOFs based on four di- or tripodal phosphonates ligands. The organic PBUs were designed and prepared by selecting and optimizing the best reaction conditions and synthetic routes. The self-assembly between phosphonate PBUs and rare-earths cations led to the formation of several 1D, 2D and 3D families of isotypical MOFs. The preparation of these materials was achieved by using distinct synthetic approaches: hydro(solvo)thermal, microwave- and ultrasound-assisted, one-pot and ionothermal synthesis. The selection of the organic PBUs showed to have an important role in the final architectures: while flexible phosphonate ligands afforded 1D, 2D and dense 3D structures, a large and rigid organic PBU isolated a porous 3D MOF. The crystal structure of these materials was successfully unveiled by powder or single-crystal X-ray diffraction. All multidimensional MOFs were characterized by standard solid-state techniques (FT-IR, electron microscopy (SEM and EDS), solid-state NMR, elemental and thermogravimetric analysis). Some MOF materials exhibited remarkable thermal stability and robustness up to ca. 400 ºC. The intrinsic properties of some MOFs were investigated. Photoluminescence studies revealed that the selected organic PBUs are suitable sensitizers of Tb3+ leading to the isolation of intense green-emitting materials. The suppression of the O−H quenchers by deuteration or dehydration processes improves substantially the photoluminescence of the optically-active Eu3+-based materials. Some MOF materials exhibited high heterogeneous catalytic activity and excellent regioselectivity in the ring-opening reaction of styrene oxide (PhEtO) with methanol (100% conversion of PhEtO at 55 ºC for 30 min). The porous MOF material was employed in gas separation processes. This compound showed the ability to separate propane over propylene. The ionexchanged form of this material (containing K+ cations into its network) exhibited higher affinity for CO2 being capable to separate acetylene over this environment non-friendly gas.

The use of colloidal gas aphrons as novel downstream processing for the recovery of astaxanthin from cells of Phaffia rhodozyma

BACKGROUND: There is an increasing interest in obtaining natural products with bioactive properties, using fermentation technology. However, the downstream processing consisting of multiple steps can be complicated, leading to increase in the final cost of the product. Therefore there is a need for integrated, cost-effective and scalable separation processes. RESULTS: The present study investigates the use of colloidal gas aphrons (CGA), which are surfactant-stabilized microbubbles, as a novel method for downstream processing. More particularly, their application for the recovery of astaxanthin from the cells of Phaffia rhodozyma is explored. Research carried out with standard solutions of astaxanthin and CGA generated from the cationic surfactant hexadecyl. trimethyl ammonium bromide (CTAB) showed that up to 90% recovery can be achieved under optimum conditions, i.e., pH 11 with NaOH 0.2 mol L-1. In the case of the cells' suspension from the fermentation broth, three different approaches were investigated: (a) the conventional integrated approach where CGA were applied directly; (b) CGA were applied to the clarified suspension of cells; and finally (c) the in situ approach, where CGA are generated within the clarified suspension of cells. Interestingly, in the case of the whole suspension (approach a) highest recoveries (78%) were achieved under the same conditions found to be optimal for the standard solutions. In addition, up to 97% recovery of total carotenoids could be achieved from the clarified suspension after pretreatment with NaOH. This pretreatment led to maximum cell disruption as well as optimum conditioning for subsequent CGA separation. CONCLUSIONS: These results demonstrate the potential of CGA for the recovery of bioactive components from complex feedstock. (c) 2008 Society of Chemical Industry.

Synergetic effect of carbon nanopore size and surface oxidation on CO2 capture from CO2/CH4 mixtures

We have studied the synergetic effect of confinement (carbon nanopore size) and surface chemistry (the number of carbonyl groups) on CO2 capture from its mixtures with CH4 at typical operating conditions for industrial adsorptive separation (298 K and compressed CO2CH4 mixtures). Although both confinement and surface oxidation have an impact on the efficiency of CO2/CH4 adsorptive separation at thermodynamics equilibrium, we show that surface functionalization is the most important factor in designing an efficient adsorbent for CO2 capture. Systematic Monte Carlo simulations revealed that adsorption of CH4 either pure or mixed with CO2 on oxidized nanoporous carbons is only slightly increased by the presence of functional groups (surface dipoles). In contrast, adsorption of CO2 is very sensitive to the number of carbonyl groups, which can be examined by a strong electric quadrupolar moment of CO2. Interestingly, the adsorbed amount of CH4 is strongly affected by the presence of the co-adsorbed CO2. In contrast, the CO2 uptake does not depend on the molar ratio of CH4 in the bulk mixture. The optimal carbonaceous porous adsorbent used for CO2 capture near ambient conditions should consist of narrow carbon nanopores with oxidized pore walls. Furthermore, the equilibrium separation factor was the greatest for CO2/CH4 mixtures with a low CO2 concentration. The maximum equilibrium separation factor of CO2 over CH4 of ∼18–20 is theoretically predicted for strongly oxidized nanoporous carbons. Our findings call for a review of the standard uncharged model of carbonaceous materials used for the modeling of the adsorption separation processes of gas mixtures containing CO2 (and other molecules with strong electric quadrupolar moment or dipole moment).

Contact electrification and adhesion between dissimilar materials

Simultaneous measurements of surface force and surface charge demonstrate strong attraction due to the spontaneous transfer of electrical charge from one smooth insulator (mica) to another (silica) as a result of simple, nonsliding contact in dry nitrogen. The measured surface charge densities are 5 to 20 millicoulombs per square meter after contact. The work required to separate the charged surfaces is typically 6 to 9 joules per square meter, comparable to the fracture energies of ionic-covalent materials. Observation of partial gas discharges when the surfaces are approximately 1 micrometer apart gives valuable insight into the charge separation processes underlying static electrical phenomena in general.