Adsorption Calorimetry for Energy Conversion Technologies: Applications in Organic Photovoltaics, Catalysis, and Atomic Layer Deposition

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-07

Optimization of lipase production from yeasts strains isolated from olive mil wastewater

Dissertação submetida à Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências para a obtenção do Grau de Mestre em Microbiologia Aplicada.

Estudo dos tratamentos térmicos dos triacilglicerídeos, ácidos graxos e ésteres metílicos : perfil reacional e mecanismos

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2015.

Preferential location of lidocaine and etidocaine in lecithin bilayers as determined by EPR, fluorescence and H-2 NMR

We have examined the effect of the uncharged species of lidocaine (LDC) and etidocaine (EDC) on the acyl chain moiety of egg phosphatidylcholine liposomes. Changes in membrane organization caused by both anesthetics were detected through the use of EPR spin labels (5, 7 and 12 doxyl stearic acid methyl ester) or fluorescence probes (4, 6, 10, 16 pyrene-fatty acids). The disturbance caused by the LA was greater when the probes were inserted in more external positions of the acyl chain and decreased towards the hydrophobic core of the membrane. The results indicate a preferential insertion of LDC at the polar interface of the bilayer and in the first half of the acyl chain, for EDC. Additionally, 2 H NMR spectra of multilamellar liposomes composed by acyl chain-perdeutero DMPC and EPC (1:4 mol%) allowed the determination of the segmental order (S-mol) and dynamics (T-1) of the acyl chain region. In accordance to the fluorescence and EPR results, changes in molecular orientation and dynamics are more prominent if the LA preferential location is more superficial, as for LDC while EDC seems to organize the acyl chain region between carbons 2-8, which is indicative of its positioning. We propose that the preferential location of LDC and EDC inside the bilayers creates a "transient site", which is related to the anesthetic potency since it could modulate the access of these molecules to their binding site(s) in the voltage-gated sodium channel. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

EFFECT OF INTERMITTENT FRYING ON FATTY ACIDS, VITAMIN E, LIPID OXIDATION AND ACRYLAMIDE IN OILS AND PLANTAIN CHIPS COLLECTED FROM SMALL- SCALE PRODUCERS IN CAMEROON

Deep-fat frying is susceptible to induce the formation of undesirable products as lipid oxidation products and acrylamide in fried foods. Plantain chips produced by small-scale producers are sold to consumers without any control. The objective of this study was to evaluate the quality of plantain chips from local producers in relation to production process parameters and oils, and to identify the limiting factors for the production of acrylamide in plantain chips. Samples of frying oils and plantain chips prepared with either palm olein or soybean oil were collected from 10 producers in Yaoundé. Quality parameters determined in this study were: fatty acid composition of the oils, determined by gas chromatography (GC) of free acid methyl ester; trans fatty acids, determined by Fourier transform infra-red spectroscopy; Tocopherols and tocotrienols as markers of nutritional quality were analyzed by High Performance Liquid Chromatography in isocratic mode. Free fatty acids and acylglycerols as markers of lipid hydrolysis were analyzed by GC of trimethylsilyl derivatives of glycerides. Conjugated dienes, Anisidine value and viscosity as markers of lipid oxidation and thermal decomposition of the oils; acrylamide which is formed through Maillard reaction and identified as a toxic compound in various fried products. Asparagine content of the raw fresh plantain powder was also determined. Fatty acid composition of palm oleins was stable within a day of intermittent frying. In soybean oils, about 57% and 62.5% of linoleic and linolenic acids were lost but trans fatty acids were not detected. Soybean oils were partly hydrolysed leading to the formation of free fatty acids, monoacylglycerols and diacylglycerols. In both oils, tocopherols and tocotrienols contents decreased significantly by about 50%. Anisidine value (AV) and polymers contents increased slightly in fried palm oleins while conjugated hydroperoxides, AV and polymers greatly increased in soybean oils. Acrylamide was not detected in the chips. This is explained by the absence of asparagine in the raw plantains, the other acrylamide precursors being present. This study shows that the plantain chips prepared at the small-scale level in Yaounde with palm olein are of good quality regarding oxidation and hydrolysis parameters and the absence of acrylamide. In contrast, oxidation developed with soybean oil whose usage for frying should be questioned. Considering that asparagine is the limiting factor for the formation of acrylamide in plantain chips, its content depending on several factors such as production parameters and maturity stage should be explored.

Síntese e caracterização de nanocompósitos magnéticos empregando polimerização radicalar em meios homogêneo (blk) e heterogêneo (miniemulsão)

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Curso de Pós-Graduação em Química, 2016.

Engineered zeolitic materials: synthesis and application

Les zéolithes étant des matériaux cristallins microporeux ont démontré leurs potentiels et leur polyvalence dans un nombre très important d’applications. Les propriétés uniques des zéolithes ont poussé les chercheurs à leur trouver constamment de nouvelles utilités pour tirer le meilleur parti de ces matériaux extraordinaires. Modifier les caractéristiques des zéolithes classiques ou les combiner en synergie avec d’autres matériaux se trouvent être deux approches viables pour trouver encore de nouvelles applications. Dans ce travail de doctorat, ces deux approches ont été utilisées séparément, premièrement avec la modification morphologique de la ZSM-12 et deuxièmement lors de la formation des matériaux de type coeur/coquille (silice mésoporeuses@silicalite-1). La ZSM-12 est une zéolithe à haute teneur en silice qui a récemment attiré beaucoup l’attention par ses performances supérieures dans les domaines de l’adsorption et de la catalyse. Afin de synthétiser la ZSM-12 avec une pureté élevée et une morphologie contrôlée, la cristallisation de la zéolithe ZSM-12 a été étudiée en détail en fonction des différents réactifs chimiques disponibles (agent directeur de structure, types de silicium et source d’aluminium) et des paramètres réactionnels (l’alcalinité, ratio entre Na, Al et eau). Les résultats présentés dans cette étude ont montré que, contrairement à l’utilisation du structurant organique TEAOH, en utilisant un autre structurant, le MTEAOH, ainsi que le Al(o-i-Pr)3, cela a permis la formation de monocristaux ZSM-12 monodisperses dans un temps plus court. L’alcalinité et la teneur en Na jouent également des rôles déterminants lors de ces synthèses. Les structures de types coeur/coquille avec une zéolithe polycristalline silicalite-1 en tant que coquille, entourant un coeur formé par une microsphère de silice mésoporeuse (tailles de particules de 1,5, 3 et 20-45 μm) ont été synthétisés soit sous forme pure ou chargée avec des espèces hôtes métalliques. Des techniques de nucléations de la zéolithe sur le noyau ont été utilisées pour faire croitre la coquille de façon fiable et arriver à former ces matériaux. C’est la qualité des produits finaux en termes de connectivité des réseaux poreux et d’intégrité de la coquille, qui permet d’obtenir une stéréosélectivité. Ceci a été étudié en faisant varier les paramètres de synthèse, par exemple, lors de prétraitements qui comprennent ; la modification de surface, la nucléation, la calcination et le nombre d’étapes secondaires de cristallisation hydrothermale. En fonction de la taille du noyau mésoporeux et des espèces hôtes incorporées, l’efficacité de la nucléation se révèle être influencée par la technique de modification de surface choisie. En effet, les microsphères de silice mésoporeuses contenant des espèces métalliques nécessitent un traitement supplémentaire de fonctionnalisation chimique sur leur surface externe avec des précurseurs tels que le (3-aminopropyl) triéthoxysilane (APTES), plutôt que d’utiliser une modification de surface avec des polymères ioniques. Nous avons également montré que, selon la taille du noyau, de deux à quatre traitements hydrothermaux rapides sont nécessaires pour envelopper totalement le noyau sans aucune agrégation et sans dissoudre le noyau. De tels matériaux avec une enveloppe de tamis moléculaire cristallin peuvent être utilisés dans une grande variété d’applications, en particulier pour de l’adsorption et de la catalyse stéréo-sélective. Ce type de matériaux a été étudié lors d’une série d’expériences sur l’adsorption sélective du glycérol provenant de biodiesel brut avec des compositions différentes et à des températures différentes. Les résultats obtenus ont été comparés à ceux utilisant des adsorbants classiques comme par exemple du gel de sphères de silice mésoporeux, des zéolithes classiques, silicalite-1, Si-BEA et ZSM-5(H+), sous forment de cristaux, ainsi que le mélange physique de ces matériaux références, à savoir un mélange silicalite-1 et le gel de silice sphères. Bien que le gel de sphères de silice mésoporeux ait montré une capacité d’adsorption de glycérol un peu plus élevée, l’étude a révélé que les adsorbants mésoporeux ont tendance à piéger une quantité importante de molécules plus volumineuses, telles que les « fatty acid methyl ester » (FAME), dans leur vaste réseau de pores. Cependant, dans l’adsorbant à porosité hiérarchisée, la fine couche de zéolite silicalite-1 microporeuse joue un rôle de membrane empêchant la diffusion des molécules de FAME dans les mésopores composant le noyau/coeur de l’adsorbant composite, tandis que le volume des mésopores du noyau permet l’adsorption du glycérol sous forme de multicouches. Finalement, cette caractéristique du matériau coeur/coquille a sensiblement amélioré les performances en termes de rendement de purification et de capacité d’adsorption, par rapport à d’autres adsorbants classiques, y compris le gel de silice mésoporeuse et les zéolithes.

Production de biodiesel à partir de microalgues par catalyses homogène et hétérogène

Résumé : Au Canada, près de 80% des émissions totales, soit 692 Mt eq. CO[indice inférieur 2], des gaz à effet de serre (GES) sont produits par les émissions de dioxyde de carbone (CO[indice inférieur 2]) provenant de l’utilisation de matières fossiles non renouvelables. Après la Conférence des Nations Unies sur les changements climatiques, COP21 (Paris, France), plusieurs pays ont pour objectif de réduire leurs émissions de GES. Dans cette optique, les microalgues pourraient être utilisées pour capter le CO[indice inférieur 2] industriel et le transformer en biomasse composée principalement de lipides, de glucides et de protéines. De plus, la culture des microalgues n’utilise pas de terre arable contrairement à plusieurs plantes oléagineuses destinées à la production de biocarburants. Bien que les microalgues puissent être transformées en plusieurs biocarburants tels le bioéthanol (notamment par fermentation des glucides) ou le biométhane (par digestion anaérobie), la transformation des lipides en biodiesel pourrait permettre de réduire la consommation de diesel produit à partir de pétrole. Cependant, les coûts reliés à la production de biodiesel à partir de microalgues demeurent élevés pour une commercialisation à court terme en partie parce que les microalgues sont cultivées en phase aqueuse contrairement à plusieurs plantes oléagineuses, ce qui augmente le coût de récolte de la biomasse et de l’extraction des lipides. Malgré le fait que plusieurs techniques de récupération des lipides des microalgues n’utilisant pas de solvant organique sont mentionnées dans la littérature scientifique, la plupart des méthodes testées en laboratoire utilisent généralement des solvants organiques. Les lipides extraits peuvent être transestérifiés en biodiesel en présence d’un alcool tel que le méthanol et d’un catalyseur (catalyses homogène ou hétérogène). Pour la commercialisation du biodiesel à partir de microalgues, le respect des normes ASTM en vigueur est un point essentiel. Lors des essais en laboratoire, il a été démontré que l’extraction des lipides en phase aqueuse était possible afin d’obtenir un rendement maximal en lipides de 36% (m/m, base sèche) en utilisant un prétraitement consistant en une ébullition de la phase aqueuse contenant les microalgues et une extraction par des solvants organiques. Pour l’estérification, en utilisant une résine échangeuse de cations (Amberlyst-15), une conversion des acides gras libres de 84% a été obtenue à partir des lipides de la microalgue Chlorella protothecoïdes dans les conditions suivantes : température : 120°C, pression autogène, temps de réaction : 60 min, ratio méthanol/lipides: 0.57 mL/g et 2.5% (m/m) Amberlyst-15 par rapport aux lipides. En utilisant ces conditions avec une catalyse homogène (acide sulfurique) et une seconde étape alcaline avec de l’hydroxyde de potassium (température : 60°C ; temps de réaction : 22.2 min; ratio catalyseur microalgue : 2.48% (m/m); ratio méthanol par rapport aux lipides des microalgues : 31.4%), un rendement en esters méthyliques d’acides gras (EMAG) de 33% (g EMAG/g lipides) a été obtenu à partir des lipides de la microalgue Scenedesmus Obliquus. Les résultats démontrent que du biodiesel peut être produit à partir de microalgues. Cependant, basé sur les présents résultats, il sera necessaire de mener d’autre recherche pour prouver que les microalgues sont une matière première d’avenir pour la production de biodiesel.

Mineralisation of the fungicide 14C-labelled metalaxyl fungicide in Brazilian soils.

Laboratory incubation experiments were carried out to estimate the mineralisation of metalaxyl 14C {N-(2-6 dimethyphenyl)-N-(methoxyacetyl) alanine methyl ester} in four Brazilian soils with different physico-chemical properties, at 3 and 30 ?g a.i. g-1. In the Petrolina sandy soil the mineralisation presented higher 14CO2 production rates, at two essayed concentrations, after 70 days. Microbiological studies were done to determine the numbers of bacteria, actinobacteria and fungi (CFU g-1 soil). In relation with other microbial community, bacterial population demonstrated to be a major component of the cultivable heterotrophic community after the application.of the compound. No detectable metabolites were found in this study. The results suggest that soil properties and application history may have a strong influence on the fungicide behavior in these soil samples.

Proton NMR and infrared investigations of secondary dithiocarbamate ester: molecular conformation and vibrational assignment of S-methyl N-methyl dithiocarbamate

Rotational isomerism of S-methyl N-methyl dithiocarbamate (MMDTC) has been investigated by means of variable temperature proton NMR and i.r. spectroscopy. The i.r. spectra of MMDTC as neat, solution and at sub-ambient temperatures have been examined. Normal vibrational analysis of all the fundamentals of MMDTC has been carried out, the vibrational assignment has been compared with those of related secondary thioamides to note the consistency in the assignments and to obtain the pattern characteristic of the secondary thioamide vibrations.

Molecular vibrations and conformation of primary dithiocarbamate ester. Infrared and NMR studies on S-methyl dithiocarbamate

The i.r. spectra of a primary dithiocarbamate ester namely, S-methyl dithiocarbamate (SMDTC) and its N-dideuterated compound have been measured between 4000 and 30 cm−1. Spectra in solution and at liquid nitrogen temperature have also been obtained. Assignment of all the fundamentals has been proposed and supported from a full normal coordinate analysis. The band assignments for SMDTC have been compared with those of related molecules and the characteristic bands of primary thioamides are derived. Conformational flexibility of SMDTC has been examined by i.r. and proton NMR spectroscopy. The hindered rotation around the C---N bond has been studied by a complete line shape analysis. The magnitude of ---NH2 and ---CH3 torsional barriers is also estimated from vibrational frequencies and force constants.

Mixing properties of ester-containing solutions: a study on the ternary (methyl alkanoate (pentanoate and methanoate)+methanol and the corresponding binaries. New contributions to the (ester+ester) interactions

[EN]This work studies the volumetric (VE m) and energetic (HE m) properties resulting from the mixing processes of binary systems and the corresponding ternary of two methyl esters (methanoate and pentanoate) with methanol. The three binaries produce net endothermic mixing effects, with important energetic interactions, with maximum values of HE m ffi 400 J mol 1 , for the (ester + ester) system. This produces expansive effects VE m > 0, but the binaries of the (methyl esters + methanol) give rise to contractions VE m < 0, due to the formation of molecular aggregates.