Hygrothermal Features of Laterite Dimension Stones for Sub-Saharan Residential Building Construction

The building sector is widely recognized as having a major impact on sustainable development. Both in developed and developing countries, sustainability in buildings approaches are growing. Laterite dimension stone (LDS) is a building material that was traditionally used in sub-Saharan Africa, but its technical features still need to be assessed. This article presents some results of a study focused on the characterization of LDS exploited in Burkina Faso for building purposes. The measured average thermal conductivity is 0.51  W/mK, which increases with water content and evolves with the specific gravity and with porosity. Rock mineral phases (quartz, goethite, hematite, magnetite) are cemented by kaolinite. The porosity of the material is high (30%), with macropores visible on the surface and found in the rock inner structure as well. Results from the hygrothermal monitoring of a pilot building are also presented.

Caracterização de novas membranas de titanossilicatos microporosos por ensaios de permeabilidade

O interesse crescente das membranas inorgânicas deve-se à potencial aplicação em novas áreas de investigação e da indústria, e em alternativa a operações mais convencionais. Em particular, as membranas de titanossilicatos oferecem vantagens importantes sobre as de zeólitos, pois podem ser sintetizadas sem agentes estruturantes orgânicos, para evitar a calcinação subsequente usualmente responsável por defeitos irreversíveis, exibem novas possibilidades de substituição isomórfica da matriz, permitindo um ajuste mais fino das propriedades catalíticas e de adsorção, e são capazes de separar misturas com base em diferenças de afinidade e tamanho molecular (efeito de peneiro). Os objectivos principais deste trabalho foram: i) a caracterização dinâmica de membranas do tipo zeolítico sintetizadas no Laboratório Associado CICECO, realizando-se experiências de permeação com gases puros e misturas; ii) o desenvolvimento e validação de novos modelos para a transferência de massa multicomponente através de membranas porosas pela abordagem de Maxwell-Stefan, tendo em conta os mecanismos específicos encontrados, particularmente a contribuição por difusão superficial; e iii) a modelação dos pontos experimentais medidos, bem como dados compilados da literatura. De forma a realizar os ensaios de permeação, desenhou-se, montou-se e testou-se uma instalação experimental. Para gases puros, os objectivos principais foram a medição de permeâncias a temperatura constante, por variação da pressão transmembranar r ( ΔP ), e de permeâncias a temperatura programada, conduzidas a ΔP constante. Seguidamente, calcularam-se as selectividades ideais. Em relação a misturas, a determinação de selectividades reais requer as fracções molares no permeado e no retido. Na globalidade, estudaram-se três suportes diferentes (aço inoxidável e α − alumina) e dezanove membranas de AM-3, ETS-10, ZSM-5 e zeólito 4A, utilizando-se H2, He, N2, CO2, e O2. A primeira avaliação exploratória da qualidade das membranas foi feita permeando azoto à temperatura ambiente. Assim, permeâncias superiores a 10−6 mol/m2s.Pa evidenciavam defeitos grosseiros, levando-nos a efectuar cristalizações adicionais sobre as primeiras camadas. Este procedimento foi implementado com oito membranas. Um trabalho experimental mais detalhado foi conduzido com cinco membranas. Membranas com curvas permeância-temperatura ( Π −T ) decrescentes indicam tipicamente transporte viscoso e de Knudsen, i.e. meso e macrodefeitos. Por exemplo, a membrana nº 3 de AM-3 exibiu este comportamento com H2, He, N2 e CO2 puros. A contribuição de Knudsen foi confirmada pela relação linear encontrada entre as permeâncias e o inverso da raiz quadrada da massa molar. O mecanismo viscoso foi também identificado, pois as permeâncias eram inversamente proporcionais à viscosidade do gás ou, atendendo a equações do tipo de Chapman-Enskog, directamente proporcionais a 2 0.5 k d M (onde k d é o diâmetro cinético e M a massa molar). Um comportamento de permeação distinto observou-se com a membrana nº 5 de AM-3. As permeâncias registadas a temperatura programada eram aproximadamente constantes para o N2, CO2 e O2, enquanto com o H2 cresciam significativamente. Conjuntamente elas evidenciam a ocorrência de macro, meso e microdefeitos intercristalinos. O transporte gasoso activado através dos microporos compensa o impacto diminuidor dos meso e macroporos. Ao contrário do N2, CO2 e O2, o pequeno diâmetro do hidrogénio torna-lhe possível permear através dos microporos intracristalinos, o que lhe adiciona um mecanismo de transferência responsável por esse crescimento. No que respeita à difusão superficial, o sistema CO2/ZSM-5 pode ser tomado como um exemplo paradigmático. Uma vez que este zeólito adsorve o CO2, as permeâncias diminuem com o crescimento de ΔP , em virtude de as concentrações no sólido aumentarem de forma não linear e tenderem para a saturação. Os resultados contrastantes obtidos com azoto realçam ainda mais o mecanismo superficial, pois o N2 não é adsorvido e as permeâncias medidas são constantes. Globalmente, as selectividades ideais calculadas ( α* ) variam de cerca de 1 a 4.2. Este parâmetro foi também utilizado para discriminar as melhores membranas, uma vez que baixos valores de α* denotam o escoamento viscoso não-selectivo típico de macrodefeitos. Por exemplo, o H2/CO2 na membrana nº 3 de AM-3 apresentou α* = 3.6 − 4.2 para 40–120ºC, enquanto que na membrana nº 5 de AM-3 originou α* = 2.6 − 3.1. Estes resultados corroboraram as observações anteriores, segundo as quais a membrana nº 5 era melhor do que a nº 3. Alguns ensaios foram realizados com membranas saturadas com água para aumentar a selectividade: as medições mostraram claramente uma melhoria inicial seguida de uma redução consistente de α* com o aumento da temperatura, devido à remoção das moléculas de água responsáveis pela obstrução de alguns poros. Em relação às selectividades reais de misturas contendo hidrogénio, devem ser realizadas mais experiências e a quantificação do hidrogénio deve ser melhorada. No que concerne à modelação, novos factores termodinâmicos de Maxwell- Stefan foram derivados para as isotérmicas mono e multicomponente de Nitta, Langmuir-Freundlich e Toth, tendo sido testadas com dados de equilíbrio e de permeação da literatura. (É importante realçar que só estão publicadas equações para Langmuir e Dual-Site Langmuir de componentes puros e misturas). O procedimento de validação adoptado foi exigente: i) as isotérmicas multicomponente foram previstas a partir das de gás puro; ii) os parâmetros de difusão dos componentes puros foram ajustados a dados de permeação de cada gás; iii) depois, as difusividades cruzadas de Maxwell- Stefan foram estimadas pela relação de Vignes; finalmente, v) as novas equações foram testadas usando-se estes parâmetros, tendo sido capazes de estimar com sucesso fluxos binários. Paralelamente ao enfoque principal do trabalho, derivou-se um novo modelo para permuta iónica em materiais microporosos baseado nas equações de Maxwell-Stefan. Este foi validado com dados experimentais de remoção de Hg2+ e Cd2+ de soluções aquosas usando ETS-4. A sua capacidade preditiva foi também avaliada, sendo possível concluir que se comporta muito bem. Com efeito, conseguiram-se boas previsões com parâmetros optimizados a partir de conjuntos de dados independentes. Este comportamento pode ser atribuído aos princípios físicos sólidos da teoria de Maxwell-Stefan.

Effects of Soil Compaction and Organic Carbon Content on Preferential Flow in Loamy Field Soils

Abstract: Preferential flow and transport through macropores affect plant water use efficiency and enhance leaching of agrochemicals and the transport of colloids, thereby increasing the risk for contamination of groundwater resources. The effects of soil compaction, expressed in terms of bulk density (BD), and organic carbon (OC) content on preferential flow and transport were investigated using 150 undisturbed soil cores sampled from 15 × 15–m grids on two field sites. Both fields had loamy textures, but one site had significantly higher OC content. Leaching experiments were conducted in each core by applying a constant irrigation rate of 10 mm h−1 with a pulse application of tritium tracer. Five percent tritium mass arrival times and apparent dispersivities were derived from each of the tracer breakthrough curves and correlated with texture, OC content, and BD to assess the spatial distribution of preferential flow and transport across the investigated fields. Soils from both fields showed strong positive correlations between BD and preferential flow. Interestingly, the relationships between BD and tracer transport characteristics were markedly different for the two fields, although the relationship between BD and macroporosity was nearly identical. The difference was likely caused by the higher contents of fines and OC at one of the fields leading to stronger aggregation, smaller matrix permeability, and a more pronounced pipe-like pore system with well-aligned macropores.

Solute movement through intact columns of cryoturbated Upper Chalk

Cryoturbated Upper Chalk is a dichotomous porous medium wherein the intra-fragment porosity provides water storage and the inter-fragment porosity provides potential pathways for relatively rapid flow near saturation. Chloride tracer movement through 43 cm long and 45 cm diameter undisturbed chalk columns was studied at water application rates of 0.3, 1.0, and 1.5 cm h(-1). Microscale heterogeneity in effluent was recorded using a grid collection system consisting of 98 funnel-shaped cells each 3.5 cm in diameter. The total porosity of the columns was 0.47 +/- 0.02 m(3) m(-3), approximately 13% of pores were >15 mu m diameter, and the saturated hydraulic conductivity was 12.66 +/- 1.31 m day(-1). Although the column remained unsaturated during the leaching even at all application rates, proportionate flow through macropores increased as the application rate decreased. The number of dry cells (with 0 ml of effluent) increased as application rate decreased. Half of the leachate was collected from 15, 19 and 22 cells at 0.3, 1.0, 1.5 cm h(-1) application rates respectively. Similar breakthrough curves (BTCs) were obtained at all three application rates when plotted as a function of cumulative drainage, but they were distinctly different when plotted as a function of time. The BTCs indicate that the columns have similar drainage requirement irrespective of application rates, as the rise to the maxima (C/C-o) is almost similar. However, the time required to achieve that leaching requirement varies with application rates, and residence time was less in the case of a higher application rate. A two-region convection-dispersion model was used to describe the BTCs and fitted well (r(2) = 0.97-0-99). There was a linear relationship between dispersion coefficient and pore water velocity (correlation coefficient r = 0.95). The results demonstrate the microscale heterogeneity of hydrodynamic properties in the Upper Chalk. Copyright (C) 2007 John Wiley & Sons, Ltd.

Effects of metal pollution on soil macroinvertebrate burrow systems

A reduction in the numbers of macroinvertebrates present in soil may have a negative effect on soil structure, infiltration rates, and gas exchanges. Soil pollution by metal is known to have a detrimental effect on soil macrofauna. The aim of the present study was to evaluate (1) direct and indirect effects of soil pollution on soil macroinvertebrate bioturbation and (2) effects of the two macroinvertebrate communities found in a polluted and a nonpolluted area (one supposed sensitive, the other tolerant to metals) on burrow systems parameters. Macroinvertebrate porosity was studied using X-ray tomography. Three-dimensional reconstructions and characterisation of the burrow system were obtained using image analysis. Results showed that metal pollution principally affected the spatial distribution of macropores (more macropores were found near the soil surface) and the shape of the burrow system (branching rate was higher in the polluted soil), whereas soil macroinvertebrate composition principally affects burrow density parameters (the number of burrows was higher for the sensitive macroinvertebrate community).

Observing the Solubilization of Lipid Bilayers by Detergents with Optical Microscopy of GUVs

The solubilization of lipid bilayers by detergents was studied with optical microscopy of giant unilamellar vesicles (GUVs) composed of palmitoyl oleoyl phoshatidylcholine (POPC). A solution of the detergents Triton X-100 (TX-100) and sodium dodecyl sulfate (SDS) was injected with a micropipette close to single GUVs. The solubilization process was observed with phase contrast and fluorescence microscopy and found to be dependent on the detergent nature. In the presence of TX-100, GUVs initially showed an increase in their surface area, due to insertion of TX-100 with rapid equilibration between the two leaflets of the bilayer. Then, above a solubility threshold, several holes opened, rendering the bilayer a lace fabric appearance, and the bilayer gradually vanished. On the other hand, injection of SDS caused initially an increase in the membrane spontaneous curvature, which is mainly associated with incorporation of SDS in the outer layer only. This created a stress in the membrane, which caused either opening of transient macropores with substantial decrease in vesicle size or complete vesicle bursting. In another experimental setup, the extent of solubilization/destruction of a collection of GUVs was measured as a function of either TX-100 or SDS concentration.

Atributos físicos nos tempos de adoção de manejos em Latossolo cultivado com soja

A condução das operações de preparo de forma inadequada ocasiona sérios problemas de conservação do solo, destacando-se a compactação, que acarreta a redução do espaço poroso, principalmente dos macroporos, e altera os atributos físico-hídricos. Este trabalho teve como objetivo verificar a influência dos diferentes sistemas e tempos de adoção de manejos em Latossolo Vermelho de Jaboticabal, Estado de São Paulo, por meio da densidade máxima, e correlacioná-la com a produtividade da soja, a densidade relativa e a umidade crítica de compactação. O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado com parcelas subdivididas (cinco sistemas de uso e três camadas), com quatro repetições. Os cinco sistemas de uso foram: plantio direto por cino anos (SPD5), plantio direto por sete anos (SPD7), plantio direto por nove anos (SPD9), preparo convencional (SPC) e uma área adjacente de mata nativa (MN). As camadas do solo avaliadas foram as de 0-0,10, 0,10-0,20 e 0,20-0,30 m, nas quais foram determinados a densidade máxima do solo (Ds máx), a umidade crítica de compactação (Ugc), a densidade relativa do solo (Dsr), a composição granulométrica, a porosidade e o teor de matéria orgânica do solo. Os resultados mostraram que o comportamento das curvas de compactação do solo foi o mesmo em todas as camadas dos diferentes manejos e que os teores de matéria orgânica não justificaram as pequenas alterações da Ds máx. Para o Latossolo Vermelho, as operações mecanizadas nos sistemas de manejo podem ser executadas na faixa de 0,13 a 0,19 kg kg-1 de umidade sem causar degradação física. Verificou-se que a Dsr ótima e a umidade crítica de compactação foram de 0,86 e 0,15 kg kg-1, respectivamente, embora os diferentes sistemas e tempos de adoção de manejo tenham apresentado comportamento semelhante quanto à produtividade da soja.

Preparation of hierarchically structured porous aluminas by a dual soft template method

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Efficiency of ethanol conversion induced by controlled modification of pore structure and acidic properties of alumina catalysts

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Design of hierarchical porous aluminas by using one-pot synthesis and different calcination temperatures

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Formation of TiO2 ceramic foams from the integration of the sol-gel method with surfactants assembly and emulsion

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Zirconia foams prepared by integration of the sol-gel method and dual soft template techniques

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

The use of landforms to predict the variability of soil and orange attributes

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Development, characterization and clinical use of a biodegradable composite scaffold for bone engineering in oro-maxillo-facial surgery

We have developed a biodegradable composite scaffold for bone tissue engineering applications with a pore size and interconnecting macroporosity similar to those of human trabecular bone. The scaffold is fabricated by a process of particle leaching and phase inversion from poly(lactide-co-glycolide) (PLGA) and two calcium phosphate (CaP) phases both of which are resorbable by osteoclasts; the first a particulate within the polymer structure and the second a thin ubiquitous coating. The 3-5 mu m thick osteoconductive surface CaP abrogates the putative foreign body giant cell response to the underlying polymer, while the internal CaP phase provides dimensional stability in an otherwise highly compliant structure. The scaffold may be used as a biomaterial alone, as a carrier for cells or a three-phase drug delivery device. Due to the highly interconnected macroporosity ranging from 81% to 91%, with macropores of 0.8 similar to 1.8 mm, and an ability to wick up blood, the scaffold acts as both a clot-retention device and an osteoconductive support for host bone growth. As a cell delivery vehicle, the scaffold can be first seeded with human mesenchymal cells which can then contribute to bone formation in orthotopic implantation sites, as we show in immune-compromised animal hosts. We have also employed this scaffold in both lithomorph and particulate forms in human patients to maintain alveolar bone height following tooth extraction, and augment alveolar bone height through standard sinus lift approaches. We provide a clinical case report of both of these applications; and we show that the scaffold served to regenerate sufficient bone tissue in the wound site to provide a sound foundation for dental implant placement. At the time of writing, such implants have been in occlusal function for periods of up to 3 years in sites regenerated through the use of the scaffold.

Powder processing and In Vivo evaluation of a titanium porous coating implant

The processing of titanium porous coatings using powder metallurgy technique to achieve a porous structure that allows osseointegration with bone tissue was discussed. The porous microstructure exhibited micropores and interconnected macropores with size ranges that allowed bone ingrowth. The macropores in the coatings were originated from the binder evaporation while the micropore was related with the porous titanium powder and the low compaction pressure used. The in vivo evaluation indicated that osseointegration had occurred between the bone and porous material.