Spherical carbons: Synthesis, characterization and activation processes

Spherical carbons have been prepared through hydrothermal treatment of three carbohydrates (glucose, saccharose and cellulose). Preparation variables such as treatment time, treatment temperature and concentration of carbohydrate have been analyzed to obtain spherical carbons. These spherical carbons can be prepared with particle sizes larger than 10 μm, especially from saccharose, and have subsequently been activated using different activation processes (H3PO4, NaOH, KOH or physical activation with CO2) to develop their textural properties. All these spherical carbons maintained their spherical morphology after the activation process, except when KOH/carbon ratios higher than 4/1 were used, which caused partial destruction of the spheres. The spherical activated carbons develop interesting textural properties with the four activating agents employed, reaching surface areas up to 3100 m2/g. Comparison of spherical activated carbons obtained with the different activating agents, taking into account the yields obtained after the activation process, shows that phosphoric acid activation produces spherical activated carbons with higher developed surface areas. Also, the spherical activated carbons present different oxygen groups’ content depending on the activating agent employed (higher surface oxygen groups content for chemical activation than for physical activation).

Activated carbons with high nitrogen content by a combination of hydrothermal carbonization with activation

This paper reports the production of carbons materials with a nitrogen content around 8%(w/w) and a well-developed porous structure, with BET surface area and pore volume up to 2130 m2 g−1 and 1.12 cm3 g−1, respectively, produced by a combination of hydrothermal carbonization, an environmental friendly method in the production of sustainable tunable carbon materials, with traditional activation methods. The porosity was developed through an activation process according to different routes, namely activation with CO2 and chemical activation using CaCO3 and K2CO3. The successful production of activated carbons using chitosan as a nitrogen source revealed to be a good alternative to post-synthesis methods.

Efeito do número da passagem e do gênero das células doadoras de núcleo no desenvolvimento de bovinos produzidos por transferência nuclear

Objetivou-se com este trabalho avaliar o efeito do número da passagem e do sexo das células doadoras de núcleo no desenvolvimento embrionário e fetal após transferência nuclear. Para isso, oócitos bovinos foram maturados, enucleados e reconstruídos com células somáticas de animal adulto. Após a fusão e ativação química, os zigotos reconstituídos foram cultivados em Charles Rosenkranz 2 (CR2) com monocamada de células da granulosa a 38,8ºC em atmosfera umidificada a 5% de CO2 em ar, durante sete dias, e transferidos para receptoras sincronizadas. As taxas de clivagem e desenvolvimento a blastocisto de embriões reconstruídos com células cultivadas por tempo maior foram inferiores às obtidas com os demais tempos de cultivo. Além disso, os blastocistos produzidos não resultaram no desenvolvimento de uma gestação a termo. Embora a taxa de clivagem em embriões fêmeas tenha sido maior, o número de embriões que atingiram o estádio de blastocisto foi maior nos embriões machos. No período gestacional, fêmeas apresentaram maior taxa de aborto entre 90 e 120 dias de gestação. Esses resultados indicam que células doadoras de núcleos cultivados por longos períodos dificultam a produção de blastocistos e aumentam as chances de perdas durante a gestação. Embriões clonados machos têm maior competência para se desenvolver a blastocisto e resultam em menor taxa de perda gestacional.

Gene silencing during development of in vitro-produced female bovine embryos

In early development, female embryos (XX) produce twice the transcripts of X-linked genes compared with male embryos (XY). During the course of development, inactivation of the X chromosome equilibrates gene dosage, making the development of female embryos viable. Moreover, the biotechnologies used for producing embryos in vitro seem to work better with male embryos, making it easier for them to reach the blastocyst stage and allow for complete gestation. We investigated the expression of three X-linked genes that are involved in development, XIST, G6PD, and HPRT, and of the transcript interferon-tau, in male and female bovine blastocysts produced by nuclear transfer (NT) and by in vitro fertilization (IVF). Oocytes that had been matured in vitro were enucleated and reconstructed with somatic cells from adult animals at 18 h post-maturation. After fusion (two pulses of 2.25 kv/cm) and chemical activation (5.0 mu M ionomycin for 5 min and 2.0 mM 6-DMAP for 3 h), the oocytesomatic cell units were cultivated in CR2 with a monolayer of granulosa cells at 38.8 degrees C, in a humidified 5% CO(2) atmosphere. IVF embryos were inseminated, after centrifugation in a Percoll gradient, with 2 x 10(6) sperm/mL TALP medium supplemented with BSA and PHE and cultivated under the same conditions as the cloned embryos. We used real-time PCR to analyze the gene expression of individual blastocysts compared to expression of the housekeeping gene, GAPDH. The gene XIST was expressed in female embryos and not in male embryos produced by IVF, though it was expressed at low levels in male embryos produced by NT. Unlike previous reports, we found lower levels of the transcript of G6PD in females than in males, suggesting double silencing or other mechanisms of control of this gene. Female embryos produced by IVF expressed the HPRT gene at a higher level than female embryos produced by NT, suggesting that gene silencing proceeds faster in NT-produced female embryos due to ""inactivation memory"" from the nucleus donor. In conclusion, male and female embryos express different levels of X-chromosome genes and failures of these genes that are essential for development could reduce the viability of females. Nuclear transfer can modify this relation, possibly due to epigenetic memory, leading to frequent failures in nuclear reprogramming.

Morphological and mechanical properties of hybrid matrices of polysiloxane-polyvinyl alcohol prepared by sol-gel technique and their potential for immobilizing enzyme

Hybrid matrices of polysiloxane-polyvinyl alcohol (POS-PVA) were prepared by sol-gel technique using different concentrations of the organic component (polyvinyl alcohol, PVA) in the synthesis medium. The goal was to prepare carriers for immobilizing enzyme by taking into consideration properties as hardness, mean pore diameter, specific surface area and pore size distribution. The matrices were activated with sodium metaperiodate to render functional groups for binding the lipase from Candida rugosa, used here as a study model. Results showed that low proportion of PVA gave POS-PVA with low surface area and pore volume, although with higher hardness. The chemical activation decreased the pore volume and increased the pore size with a decrease on the surface area of about 60-75%. The matrices for enzyme immobilization were chosen considering the best combination of high surface area and hardness. Thus, the POS-PVA prepared with 5.56 x 10(-5) M of PVA with a surface area of 123 m(2)/g and hardness of 71 HV (50 gf 30 s) was shown to be suitable to immobilize the lipase, with an immobilization yield of about 40%. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Covalent attachment of Candida rugosa lipase on chemically modified hybrid matrix of polysiloxane-polyvinyl alcohol with different activating compounds

Candida rugosa lipase was immobilized by covalent binding on hybrid matrix of polysiloxane-polyvinyl alcohol chemically modified with different activating agents as glutaraldehyde, sodium metaperiodate and carbonyldiimidazole. The experimental results suggested that functional activating agents render different interactions between enzyme and support, producing consequently alterations in the optimal reaction conditions. Properties of the immobilized systems were assessed and their performance on hydrolytic and synthetic reactions were evaluated and compared with the free enzyme. In hydrolytic reactions using p-nitrophenyl palmitate as substrate all immobilized systems showed higher thermal stability and optima pH and temperature values in relation to the free lipase. Among the activating compounds, carbonyldiimidazole resulted in a total recovery of activity on the support and the highest thermal stability. For the butyl butyrate synthesis, the best performance (molar conversion of 95% and volumetric productivity of 2.33 g L-1 h(-1)) was attained with the lipase immobilized on POS-PVA activated with sodium metaperiodate. The properties of the support and immobilized derivatives were also evaluated by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopies and chemical composition (FTIR). (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Production, characterization and application of activated carbon from brewer`s spent grain lignin

Different types of activated carbon were prepared by chemical activation of brewer`s spent grain (BSG) lignin using H(3)PO(4) at various acid/lignin ratios (1, 2, or 3 g/g) and carbonization temperatures (300, 450, or 600 degrees C), according to a 2(2) full-factorial design. The resulting materials were characterized with regard to their surface area, pore volume, and pore size distribution, and used for detoxification of BSG hemicellulosic hydrolysate (a mixture of sugars, phenolic compounds, metallic ions, among other compounds). BSG carbons presented BET surface areas between 33 and 692 m(2)/g, and micro- and mesopores with volumes between 0.058 and 0.453 cm(3)/g. The carbons showed high capacity for adsorption of metallic ions, mainly nickel, iron, chromium, and silicon. The concentration of phenolic compounds and color were also reduced by these sorbents. These results suggest that activated carbons with characteristics similar to those commercially found and high adsorption capacity can be produced from BSG lignin. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A master equation model for bimolecular reaction via multi-well isomerization intermediates

A reversible linear master equation model is presented for pressure- and temperature-dependent bimolecular reactions proceeding via multiple long-lived intermediates. This kinetic treatment, which applies when the reactions are measured under pseudo-first-order conditions, facilitates accurate and efficient simulation of the time dependence of the populations of reactants, intermediate species and products. Detailed exploratory calculations have been carried out to demonstrate the capabilities of the approach, with applications to the bimolecular association reaction C3H6 + H reversible arrow C3H7 and the bimolecular chemical activation reaction C2H2 +(CH2)-C-1--> C3H3+H. The efficiency of the method can be dramatically enhanced through use of a diffusion approximation to the master equation, and a methodology for exploiting the sparse structure of the resulting rate matrix is established.

Preparação e caracterização de carvão ativado quimicamente a partir da casca de arroz

This work consists in a study about the chemical activation of charred rice hulls using NaOH as the activation agent. The influence of the naturally-occurring silica was particularly evidenced. X-ray diffraction patterns showed the formation of sodium carbonate and silicates in the activated samples, whereas thermogravimetric curves revealed a strong reduction in the ash content of these samples after washing with water. Nitrogen adsorption data indicated a microporosity development only in the washed samples, with BET surface area values of 450 and 1380 m2/g achieved for the samples activated at 800 °C starting from the precursor with or without silica, respectively.

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.

Ligantes de baixo impacto ambiental e baixo custo, baseados na ativação química de escórias de aciaria

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Обработка углеродных адсорбентов методом механохимической активации с целью воздействия на теплые туманы

თბილ ნისლებზე ზემოქმედების მიზნით დამუშავებული იქნა ტექნოლოგია და მეთოდიკა წვრილდისპერსული ნახშირბადოვანი ადსორბენტის მასალებად მექანოქიმიური აქტივაციის გზით