Adsorption mechanisms of removing heavy metals and dyes from aqueous solution using date pits solid adsorbent

A potential usefulness of raw date pits as an inexpensive solid adsorbent for methylene blue (MB), copper ion (Cu2+), and cadmium ion (Cd2+) has been demonstrated in this work. This work was conducted to provide fundamental information from the study of equilibrium adsorption isotherms and to investigate the adsorption mechanisms in the adsorption of MB, Cu2+, and Cd2+ onto raw date pits. The fit of two models, namely Langmuir and Freundlich models, to experimental data obtained from the adsorption isotherms was checked. The adsorption capacities of the raw date pits towards MB and both Cu2+ and Cd2+ ions obtained from Langmuir and Freundlich models were found to be 277.8, 35.9, and 39.5 mg g(-1), respectively. Surface functional groups on the raw date pits surface substantially influence the adsorption characteristics of MB, Cu2+, and Cd2+ onto the raw date pits. The Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) studies show clear differences in both absorbances and shapes of the bands and in their locations before and after solute adsorption. Two mechanisms were observed for MB adsorption, hydrogen bonding and electrostatic attraction, while other mechanisms were observed for Cu2+ and Cd2+. For Cu2+, binding two cellulose/lignin units together is the predominant mechanism. For Cd2+. the predominant mechanism is by binding itself using two hydroxyl groups in the cellulose/lignin unit. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

An in vitro Study to Assess the Potential of a Unique Micro porous Algal Derived Cap Bone Void Filler in Comparison with Clinically-Used Bone Void Fillers

Macroporosity(>100µm) in bone void fillers is a known prerequisite for tissue regeneration, but recent literature has highlighted the added benefit of microporosity(0.5 - 10µm). The aim of this study was to compare the in vitro performances of a novel interconnective microporous hydroxyapatite (HA) derived from red algae to four clinically available macroporous calcium phosphate (CaP) bone void fillers. The use of algae as a starting material for this novel void filler overcomes the issue of sustainability, which overshadows continued use of scleractinian coral in the production of some commercially available materials, namely Pro-OsteonTM and Bio-Coral®. This study investigated the physicochemical properties of each bone voidfiller material using x-ray diffraction, fourier transform infrared spectroscopy, inductive coupled plasma, and nitrogen gas absorption and mercury porosimetry. Biochemical analysis, XTT, picogreen and alkaline phosphatase assays were used to evaluate the biological performances of the five materials. Results showed that algal HA is non-toxic to human foetal osteoblast (hFOB) cells and supports cell proliferation and differentiation. The preliminary in vitro testing of microporous algal-HA suggests that it is comparable to the four clinically approved macroporous bone void fillers tested. The results demonstrate that microporous algal HA has good potential for use in vivo and in new tissue engineered strategies for hard tissue repair.

Identification of a suitable sterilisation method for collagen derived from a marine Demosponge

Collagen is widely used as a biomedical material, and its importance is likely to grow as research and understanding progresses in this field. As a biomedical material, ensuring the sterility of collagen before use as, or incorporation into, a medical device is paramount. However, common sterilisation techniques can induce changes in the physical structure and protein chemistry of collagen, potentially affecting the performance. In this preliminary study, the influence of autoclaving, gamma irradiation and ethylene oxide gas sterilisation on the denaturation temperature and helical content of the collagen was evaluated using differential scanning calorimetry and Fourier transform infrared spectroscopy. Early results indicate that all sterilisation techniques affect collagen properties but suggest that the least damaging of the techniques investigated was y irradiation.

Competitive adsorption of aqueous metal ions on an oxidized nanoporous activated carbon\

Competitive adsorption is the usual situation in real applications, and it is of critical importance in determining the overall performance of an adsorbent. In this study, the competitive adsorption characteristics of all the combinations of binary mixtures of aqueous metal ion species Ca2+(aq), Cd2+(aq), Pb2+(aq), and Hg2+(aq) on a functionalized activated carbon were investigated. The porous structure of the functionalized active carbon was characterized using N-2 (77 K) and CO2 (273 K) adsorption. The surface group characteristics were examined by temperature-programmed desorption, Fourier transform infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, acid/base titrations, and measurement of the point of zero charge (pH(PZC)). The adsorption of aqueous metal ion species M2+(aq), on acidic oxygen functional group sites mainly involves an ion exchange mechanism. The ratios of protons displaced to the amount of M2+(aq) metal species adsorbed have a linear relationship for both single-ion and binary mixtures of these species. Hydrolysis of metal species in solution may affect the adsorption, and this is the case for adsorption of Hg2+(aq) and Pb2+(aq). Competitive adsorption decreases the amounts of individual metal ions adsorbed, but the maximum amounts adsorbed still follow the order Hg2+(aq) > Pb2+(aq) > Cd2+(aq) > Ca2+(aq) obtained for single metal ion adsorption. The adsorption isotherms for single metal ion species were used to develop a model for competitive adsorption in binary mixtures, involving exchange of ions in solution with surface proton sites and adsorbed metal ions, with the species having different accessibilities to the porous structure. The model was validated against the experimental data.

Plasma polymerization of 2-iodothiophene

Continuous wave rf plasma polymerization of 2-iodothiophene has been studied using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray absorption near-edge spectroscopy (XANES), and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The variation in plasma polymer stoichiometry and the extent of monomer fragmentation are found to be critically dependent upon the electrical discharge power.

On-line FTIR spectroscopic investigations of methanol oxidation in a direct methanol fuel cell

A real-time Fourier transform infrared spectroscopy (FTIRS) analysis of the products of methanol oxidation in a prototype direct-methanol fuel cell operating at high temperatures (150 to 185°C) is reported here. The methanol oxidation products on platinum black and platinum-ruthenium catalyst surfaces were determined as a function of the fuel cell operating temperature, current density, and methanol/water mole ratio. Neither formaldehyde nor formic acid was detected in anode exhaust gas at all cell operating conditions. The product distributions of methanol oxidation obtained by on-line FTIRS are consistent with our previous results obtained by on-line mass spectroscopy under similar conditions. With pure methanol in anode feed, methanaldimethylacetal was found to be the main product, methyl formate and CO were also found. However, when water was present in the anode feed, the main product was CO , and the formation of methanaldimethylacetal and methyl formate decreased significantly with increase of the water/methanol mole ratio. Increase of cell operating temperature enhanced the formation of CO and decreased the formation of methanaldimethylacetal and methyl formate. Pt/Ru catalyst is more active for methanol oxidation and has a higher selectivity toward CO formation than Pt-black. Nearly complete methanol oxidation, i.e., the product was almost exclusively CO , was achieved using a Pt/Ru catalyst and a water/methanol mole ratio of 2 or higher in the anode feed at a temperature of 185°C or above.

Milling plant and soil material in plastic tubes over-estimates carbon and under-estimates nitrogen concentrations

Milling of plant and soil material in plastic tubes, such as microcentrifuge tubes, over-estimates carbon (C) and under-estimates nitrogen (N) concentrations due to the introduction of polypropylene into milled samples, as identified using Fourier-transform infra-red spectroscopy.

This study compares C and N concentrations of roots and soil milled in microcentrifuge tubes versus stainless steel containers, demonstrating that a longer milling time, greater milling intensity, smaller sample size and inclusion of abrasive sample material all increase polypropylene contamination from plastic tubes leading to overestimation of C concentrations by up to 8 % (0.08 g g(-1)).

Erroneous estimations of C and N, and other analytes, must be assumed after milling in plastic tubes and milling methods should be adapted to minimise such error.

Using Flory-Huggins phase diagrams as a pre-formulation tool for the production of amorphous solid dispersions; a comparison between hot-melt extrusion and spray drying

Objectives: Amorphous drug forms provide a useful method of enhancing the dissolution performance of poorly water-soluble drugs; however, they are inherently unstable. In this article, we have used Flory–Huggins theory to predict drug solubility and miscibility in polymer candidates, and used this information to compare spray drying and melt extrusion as processes to manufacture solid dispersions.
Method:  Solid dispersions were characterised using a combination of thermal (thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry) and spectroscopic (Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray diffraction methods. 
Key Findings: Spray drying permitted generation of amorphous solid dispersions to be produced across a wider drug concentration than melt extrusion. Melt extrusion provided sufficient energy for more intimate mixing to be achieved between drug and polymer, which may improve physical stability. It was also confirmed that stronger drug–polymer interactions might be generated through melt extrusion. Remixing and dissolution of recrystallised felodipine into the polymeric matrices did occur during the modulated differential scanning calorimetry analysis, but the complementary information provided from FTIR confirms that all freshly prepared spray-dried samples were amorphous with the existence of amorphous drug domains within high drug-loaded samples. 
Conclusion: Using temperature–composition phase diagrams to probe the relevance of temperature and drug composition in specific polymer candidates facilitates polymer screening for the purpose of formulating solid dispersions.

Multiple source quantum well model of porous silicon light emission

Based on photoluminescence, Fourier transform infrared spectroscopy, and atomic force microscopy results, a new light emitting model for porous silicon (multiple source quantum well model) is proposed.

A comparison of gold nanoparticle surface co-functionalization approaches using Polyethylene Glycol (PEG) and the effect on stability, non-specific protein adsorption and internalization

To create clinically useful gold nanoparticle (AuNP) based cancer therapeutics it is necessary to co-functionalize the AuNP surface with a range of moieties; e.g. Polyethylene Glycol (PEG), peptides and drugs. AuNPs can be functionalized by creating either a mixed monolayer by attaching all the moieties directly to the surface using thiol chemistry, or by binding groups to the surface by means of a bifunctional polyethylene glycol (PEG) linker. The linker methodology has the potential to enhance bioavailability and the amount of functional agent that can be attached. While there is a large body of published work using both surface arrangements independently, the impact of attachment methodology on stability, non-specific protein adsorption and cellular uptake is not well understood, with no published studies directly comparing the two most frequently employed approaches. This paper compares the two methodologies by synthesizing and characterizing PEG and Receptor Mediated Endocytosis (RME) peptide co-functionalized AuNPs prepared using both the mixed monolayer and linker approaches. Successful attachment of both PEG and RME peptide using the two methods was confirmed using Dynamic Light Scattering, Fourier Transform Infrared Spectroscopy and gel electrophoresis. It was observed that while the 'as synthesized' citrate capped AuNPs agglomerated under physiological salt conditions, all the mixed monolayer and PEG linker capped samples remained stable at 1M NaCl, and were stable in PBS over extended periods. While it was noted that both functionalization methods inhibited non-specific protein attachment, the mixed monolayer samples did show some changes in gel electrophoresis migration profile after incubation with fetal calf serum. PEG renders the AuNP stable in-vivo however, studies with MDA-MB-231 and MCF 10A cell lines indicated that functionalization with PEG, blocks cellular uptake. It was observed that co-functionalization with RME peptide using both the mixed monolayer and PEG linker methods greatly enhanced cellular internalization compared to PEG capped AuNPs.

Caracterização e transformação de Lenhosulfonatos de Eucalyptus globulus

Os lenhosulfonatos representam um sub-produto formado durante o cozimento ao sulfito ácido, sendo queimados para a regeneração da base e recuperação de energia. No entanto, os lenhosulfonatos são também considerados uma importante matéria-prima para a produção de vários produtos de valor acrescentado. Os objectivos principais deste trabalho foram contribuir para uma melhor compreensão sobre a caracterização química e estrutural dos lenhosulfonatos do Eucalyptus globulus, assim como, para complementar a informação disponível sobre a síntese e a caracterização estrutural e térmica de materiais poliméricos obtidos a partir de compostos modelo dos produtos de oxidação dos lenhosulfonatos. O licor de cozimento ao sulfito foi analisado em termos do teor de cinzas, extractáveis, compostos voláteis, açúcares e lenhosulfonatos. O teor de cinzas e açúcares no licor de cozimento é muito elevado, tendo sido necessário purificar o mesmo (2,8-13,8 % e 3,2-9,1 %, respectivamente). A análise dos açúcares mostrou uma quantidade considerável de pentoses, sendo o açúcar predominante a xilose. Os lenhosulfonatos foram purificados, isolados e caracterizados por química molhada (titulação potenciométrica e oxidação com permanganato), análise elementar, espectroscopia de ultravioleta/visível (UV/Vis), espectroscopia de infravermelho de transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de ressonância magnética nuclear de protão (RMN de 1H) e carbono (RMN de 13C), espectrometria de massa de ionização por electrospray (ESI-MS), cromatografia de permeação em gel (GPC), termogavimetria (TGA) e calorimetria diferencial de varrimento (DSC). Os lenhosulfonatos são constituídos principalmente por unidades S, são parcialmente sulfonados e possuem um peso molecular relativamente baixo (Mw = 1250-2400 Da). A ruptura das ligações β-O-4 e α-O-4 da lenhina do Eucalyptus globulus após cozimento ao sulfito ácido originam olígomeros de baixo peso molecular cuja estrutura foi elucidada por RMN 1D/2D e ESI-MS. A degradação térmica dos lenhosulfonatos apresentou dois máximos de degradação a 188-190ºC e a 315-380ºC. As curvas de DSC mostraram um pico endotérmico para temperaturas inferiores a 130ºC e um pico exotérmico a 300-500ºC. Os lenhosulfonatos foram despolimerizados na presença de oxigénio molecular em meio alcalino. Os produtos de oxidação principais foram o aldeído siríngico, a vanilina, o ácido vanílico e o ácido siríngico. A adição do catalisador (sal de cobre) promoveu a oxidação dos lenhosulfonatos aumentando o rendimento dos aldeídos aromáticos (< 50%). A presença de açúcares nos lenhosulfonatos teve um efeito negativo no rendimento dos produtos de oxidação principais. Alguns compostos modelo dos produtos de oxidação dos lenhosulfonatos foram polimerizados por poliadição (catiónica e radicalar) e policondensação. Os monómeros e os polímeros foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho de transformada de Fourier e reflectância total atenuada (FTIR-ATR), RMN em solução e no estado sólido, UV/Vis no estado sólido, GPC, difracção de raios-X (XRD), TGA e DSC. Os compostos modelo estudados foram os estirenos metoxi-substituídos (p-metoxiestireno e 3,4-dimetoxiestireno) e os ácidos hidroxi aromáticos metoxi-substituídos (ácido vanílico e ácido siríngico). O 3,4-dimetoxiestireno foi ainda copolimerizado com o éter isobutil vinílico e os seus copolímeros foram desmetilados, assim como, o poli(p-metoxiestireno) e o poli(3,4-dimetoxiestireno). A polimerização catiónica do p-metoxiestireno e 3,4-dimetoxiestireno é mais rápida e mais completa do que a polimerização radicalar produzindo polímeros com pesos moleculares elevados. O poli(p-metoxiestireno) (Mw = 235000 Da) possui um peso molecular maior do que o poli(3,4-dimetoxiestireno) (Mw = 18800 Da). A estabilidade térmica e a temperatura de transição vítrea diminuiram com a presença do segundo grupo metoxilo. A desmetilação dos homopolímeros foi bem sucedida, tendo sido corroborada por FTIR-ATR e RMN. A policondensação do ácido siríngico foi dificultada pela presença do segundo grupo metoxilo, tendo sido necessário adicionar uma maior quantidade do agente de condensação devido a factores estéricos. O poli(ácido vanílico) e poli(ácido siríngico) são insolúveis na maior parte dos solventes orgânicos, sendo parcialmente solúveis em clorofórmio, ácido triflúoracético, 1,1,2,2- tetracloroetano, dimetilsulfóxido, tetrahidrofurano, N,N’-dimetilformamida e 1,1,1,3,3,3-hexaflúor-2-propanol. A estabilidade térmica diminuiu com a presença do segundo grupo metoxilo e os dois polímeros não exibiram temperatura de transição vítrea. O poli(ácido vanílico) e poli(ácido siríngico) apresentaram uma estrutura muito cristalina (grau de cristalinidade 70% e 50%, respectivamente). O segundo grupo metoxilo aumentou o valor da absorvância, mas a forma do espectro de UV/Vis foi similar. A polimerização catiónica do éter isobutil vinílico resultou na produção de um polímero muito viscoso com peso molecular elevado (Mw = 20400 Da). A degradação térmica do polímero ocorreu em várias gamas de temperatura e foi completa (0% de resíduo a 800ºC). A copolimerização catiónica do 3,4-dimetoxiestireno com o éter isobutil vinílico foi realizada com proporções diferentes 80:20, 50:50 e 20:80. Os copolímeros apresentaram uma viscosidade elevada e um peso molecular baixo (Mw = 2000-4000 Da) que aumentou com a quantidade de éter isobutil vinílico. A degradação térmica dos copolímeros ocorreu também em várias gamas de temperatura, sendo a sua degradação completa (0,9-1,5% de resíduo a 800ºC). A desmetilação dos copolímeros não foi bem sucedida, tendo sido confirmada por FTIR-ATR e RMN.

Preparation of new materials by heterogeneous modification of cellulose

O presente trabalho teve como principal objectivo estudar a modificação química heterogénea controlada de fibras de celulose com diferentes reagentes de modo a alterar as suas propriedades de superfície, em especial em termos da criação de um carácter hidrofóbico e lipofóbico, preservando, sempre que possível, as suas propriedades mecânicas e, consequentemente, abrindo novas perspectivas de aplicação. O desenvolvimento do trabalho envolveu três abordagens principais, envolvendo, em cada caso, o estudo de diferentes condições reaccionais. Na primeira abordagem foram utilizados como reagentes de modificação compostos perfluorados, nomeadamente o anidrido trifluoroacético (TFAA), o cloreto de 2,3,4,5,6-pentafluorobenzoílo (PFBz) e o cloreto de 3,3,3- trifluoropropanoílo (TFP), para promover a acilação heterogénea da superfície das fibras. A segunda estratégia usada consistiu na preparação de híbridos de celulose do tipo orgânico-inorgânico classe-II, através da modificação das fibras de celulose com o (3-isocianatopropil)trietoxissilano (ICPTEOS), um reagente organossilano bifuncional. A ligação às fibras de celulose foi efectuada através das funções isocianato e, posteriormente, os grupos etoxissilano foram sujeitos a tratamentos de hidrólise ácida, como tal ou na presença de outros siloxanos, nomeadamente o tetraetoxissilano (TEOS) e o 1H,1H,2H,2Hperfluorodeciltrietoxissilano (PFDTEOS). Finalmente, a última abordagem foi baseada na modificação das fibras com triclorometilssilano (TCMS), através de uma reacção gás-sólido, que dispensou assim o uso de solventes orgânicos. A ocorrência de modificação química foi em cada caso confirmada por Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier e Reflectância Total Atenuada (FTIR-ATR), Análise Elementar (EA) e determinação de ângulos de contacto. Adicionalmente, e dependendo de cada caso específico, diversas outras técnicas foram empregues na caracterização aprofundada dos materiais preparados, nomeadamente Ressonância Magnética Nuclear CPMAS no Estado Sólido (RMN), Espectroscopia de Difracção de Raios-X (XRD), Análise Termogravimétrica (TGA), Espectrometria de Massa de Iões Secundários com Análise de Tempo de Vôo (ToF-SIMS), Espectroscopia Fotoelectrónica de Raios-X (XPS) e Microscopia Electrónica de Varrimento (SEM). Relativamente à acilação das fibras de celulose com reagentes perfluorados, o sucesso da reacção foi comprovado por FTIR-ATR, EA, XPS e ToF-SIMS. Neste contexto, obtiveram-se fibras modificadas possuindo graus de substituição (DS) compreendidos entre 0.006 e 0.39. Verificou-se por XRD que, em geral, mesmo para os valores de DS mais elevados, a cristalinidade das fibras não foi afectada, indicando que a modificação foi limitada às camadas mais superficiais das mesmas ou a regiões amorfas das suas camadas mais internas. Adicionalmente, observou-se por ToF-SIMS que a distribuição dos grupos perfluorados à superfície das fibras foi, de facto, bastante heterogénea. Todos os derivados de celulose perfluorados apresentaram elevada hidrofobicidade e lipofobicidade, tendo-se atingido ângulos de contacto com água e diiodometano de 126º e 104º, respectivamente. Um aspecto interessante relativo a estes materiais é que a elevada omnifobicidade foi observada mesmo para valores de DS muito reduzidos, não se mostrando significativamente afectada pelo aumento dos mesmos. Em consonância, verificou-se por XPS que a cobertura da superfície das fibras de celulose com grupos perfluorados aumentou apenas ligeiramente com o aumento do DS, apontando para a esterificação de camadas mais internas das fibras, associada, neste caso, predominantemente aos seus domínios amorfos. No que diz respeito à estabilidade hidrolítica destes derivados, obtiveram-se dois tipos distintos de comportamento. Por um lado, as fibras de celulose trifluoroacetiladas são facilmente hidrolisáveis em meio neutro, e, por outro, as fibras pentafluorobenzoiladas e trifluoropropanoiladas mostram-se bastante resistentes face a condições de hidrólise em meio neutro e ácido (pH 4), podendo, contudo, ser facilmente hidrolisadas em meio alcalino (pH 9 e 12, para derivados do PFBz e do TFP, respectivamente). Na segunda abordagem verificou-se a ocorrência de reacção por FTIR-ATR e EA. Em geral, a modificação química com ICPTEOS ocorre predominantemente nas zonas mais superficiais das fibras de celulose ou em regiões amorfas. Contudo, em condições reaccionais mais severas (maior quantidade de reagente e tempo de reacção), esta atingiu também regiões cristalinas, afectando, consequentemente, a estrutura cristalina das fibras, como verificado por XRD. Por RMN de 29Si observou-se que após reacção com o ICPTEOS já existiam indícios de alguma hidrólise dos grupos etoxissilano, e que a sua subsequente condensação parcial tinha levado à formação de uma película inorgânica em redor das fibras (verificado por SEM), constituída maioritariamente por estruturas lineares, com uma contribuição mais modesta de estruturas “diméricas” e outras mais ramificadas. Consequentemente, este revestimento inorgânico transformou as fibras de celulose em materiais híbridos com elevada hidrofobicidade (ângulos de contacto com água entre 103-129º). A hidrólise ácida dos restantes grupos etoxissilano, como tal ou na presença de TEOS, originou híbridos de celulose com elevada hidrofilicidade, sendo impossível medirem-se os ângulos de contacto com água dos produtos finais, devido à presença maioritária de grupos silanol (Si-OH) e ligações Si-O-Si à superfície, os quais contribuíram para o consequente aumento de energia de superfície. No entanto, quando a hidrólise foi realizada na presença de PFDTEOS, obtiveram-se materiais híbridos com elevada hidrofobicidade e lipofobicidade (ângulos de contacto com água e diiodometano de 140º e 134º, respectivamente), devido à combinação da presença de grupos perfluorados e micro- e nano-rugosidades na superfície das fibras de celulose, conforme confirmado por SEM. Finalmente, a última abordagem permitiu preparar materiais derivados de celulose altamente hidrofóbicos e lipofóbicos (ângulos de contacto com água e diiodometano de 136º e 109º, respectivamente) por um processo simples, envolvendo tempos de tratamento tão curtos como 0.5 min. Este comportamento omnifóbico foi gerado pelo efeito sinergético entre a diminuição de energia de superfície das fibras, devido à presença de grupos metilo dos resíduos de TCMS ligados a estas, e a condensação dos resíduos de TCMS na forma de micro- e nano-partículas inorgânicas, que levou à criação de um revestimento rugoso à superfície das fibras, conforme observado por RMN de 29Si e SEM, respectivamente. A pré-humidificação das fibras de celulose demonstrou desempenhar um importante papel de “acelerador” dos processos de hidrólise e condensação das moléculas de TCMS. Nestas condições, o tempo de tratamento foi um dos parâmetros mais relevantes, pois para tempos de tratamento muito curtos (0.5 min) os materiais resultantes não apresentaram quaisquer diferenças a nível de propriedades físico-químicas em relação ao substrato de partida (a humidade em excesso consumiu todo o TCMS antes que este conseguisse reagir com os grupos hidroxilo das fibras de celulose), possuindo, por exemplo, valores de ângulos de contacto com água idênticos. Para tempos de tratamento mais longos, como 30 min, os materiais finais apresentaram a maior quantidade de componentes inorgânicos, tal como verificado por EA e TGA. Assim, o controlo da humidade das fibras é imperativo para se poder moldar as propriedades finais dos produtos. Esta última abordagem é particularmente promissora uma vez que tem como base um sistema simples e “verde” que pode ser facilmente implementado. Em conclusão, este trabalho permitiu demonstrar que a modificação química heterogénea controlada das fibras de celulose representa uma iniciativa promissora para a preparação de novos materiais obtidos a partir de recursos renováveis, com propriedades interessantes e passíveis de ser potencialmente aplicados em diferentes áreas. Para além do mais, as estratégias de modificação estudadas podem também ser precursoras de novos estudos que possam vir a ser desenvolvidos dentro do mesmo âmbito.

Post-synthetic modification of metal–organic frameworks

Post-synthetic modification (PSM) of metal-organic frameworks encompassing the chemical transformation of the linker present is a promising new route for engineering optical centres and tuning the light emission properties of materials, both in the visible and in the near infrared (NIR) spectral regions. Here, PSM of isoreticular metal-organic framework-3 (IRMOF-3) with ethyl oxalyl monochloride, ethyl acetoacetate, pentane-2,4-dione, 3-(2- hydroxyphenyl)-3-oxopropanal, 2-chloroacetic acid, glyoxylic acid, methyl vinyl ketone and diethyl (ethoxymethylene)malonate followed by chelation of trivalent lanthanide ions afforded intriguing near infrared (Nd3+) and visible (Eu3+, Tb3+) light emitters. IRMOF-3 was used as a case in point due to both its highly porous crystalline structure and the presence of non-coordinating amino groups on the benzenedicarboxylate (bdc) linker amenable to modification. The materials were characterised by elemental analysis, powder X-ray diffraction, optical, scanning and transmission electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, and liquid and solid-state nuclear magnetic resonance. The solid-state luminescence properties of Ln-modified-IRMOF-3 were investigated at room temperature. The presence of the bdc aromatic ring, β– diketonate and oxalate enhanced the Ln3+ sensitization via ligand-to-metal energy transfer (anthena effect). As far as photocalysis is concerned, we have synthesized metal−organic frameworks (Cr-MIL-125-AC, Ag-MIL-125-AC) by a green method (solid–vapors reactions). The resulting functionalized materials show a photocatalytic activity for methylene blue degradation up to 6.52 times larger than that of the commercial photocatalyst hombikat UV-100. These findings open the door for further research for improving the photocatalytic performance of metal-organic frameworks.

Test and development of microcapsules for rigid polyurethane foam

Tese de mestrado em Química Tecnológica, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2016

Enzymatic grafting: A novel approach to develop multifunctional materials of interest

Today more than 99% of plastics are petroleum-based because of the availability and cost of the raw material. The durability of disposed plastics contributes to the environmental problems as waste and their persistence in the environment causes deleterious effects on the ecosystem. Environmental pollution awareness and the demand for green technology have drawn considerable attention of both academia and industry into biodegradable polymers. In this regard green chemistry technology has the potential to provide solution to this issue. Enzymatic grafting has recently been the focus of green chemistry technologies due to the growing environmental concerns, legal restrictions, and increasing availability of scientific knowledge. Over the last several years, research covering various applications of robust enzymes like laccases and lipases has been increased rapidly, particularly in the field of polymer science, to graft multi-functional materials of interest. In principle, enzyme-assisted grafting may modify/impart a variety of functionalities to the grafted composites which individual materials fail to demonstrate on their own. The modified polymers through grafting have a bright future and their development is practically boundless. In the present study series of graft composites with poly(3-hydroxybutyrate) (P(3HB) as side chain and cellulose as a backbone polymer were successfully synthesised by introducing enzymatic grafting technique where laccase and lipase were used as model catalysts [1-3]. Subsequently, the resulting composites were removed from the casting surface under ambient environment and characterised by Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), scanning electron microscopy (SEM), and X-ray diffraction (XRD) in detail. Moreover, the thermo-mechanical behaviours of the grafted composites were investigated by differential scanning calorimetry (DSC) and dynamic mechanical analyser (DMA) measurements, respectively. In addition, hydrophobic and hydrophilic characteristics of the grafted polymers were studied through drop contour analysis using water contact angle (WCA). In comparison to the individual counterparts improvement was observed in the thermo- mechanical properties of the composites to varied extent. The tensile strength, elongation at break, and Young’s modulus values of the composites reached their highest levels in comparison to the films prepared with pure P(3HB) only which was too fragile to measure any of the above said characteristics. Interestingly, untreated P(3HB) was hydrophobic in nature and after lipase treatment P(3HB) and P(3HB)-EC-based graft composite attained higher level of hydrophilicity. This is a desired characteristic that enhances the biocompatibility of the materials for proper cell adhesion and proliferation therefore suggesting potential candidates for tissue engineering/bio-medical type applications [3]. The present research will be a first step in the biopolymer modification. To date no report has been found in literature explaining the laccase/lipase assisted grafting of P(3HB) [1-3]. The newly grafted composites exhibit unique functionalities with wider range of potential applications in bio-plastics, pharmaceutical, and cosmetics industries, tissue engineering, and biosensors. [1] H.M.N. Iqbal, G. Kyazze, T. Tron and T. Keshavarz, Cellulose 21, 3613-3621 (2014). [2] H.M.N. Iqbal, G. Kyazze, T. Tron and T. Keshavarz, Carbohydrate Polymers 113, 131-137 (2014). [3] H.M.N. Iqbal, G. Kyazze, T. Tron and T. Keshavarz, Polymer Chemistry In-Press, DOI: 10.1039/C4PY0 0857J (2014).