Growth regime map for liquid-bound granules: further development and experimental validation

An attempt was made to quantify the boundaries and validate the granule growth regime map for liquid-bound granules recently proposed by Iveson and Litster (AlChE J. 44 (1998) 1510). This regime map postulates that the type of granule growth behaviour is a function of only two dimensionless groups: the amount of granule deformation during collision (characterised by a Stokes deformation number, St(def)) and the maximum granule pore saturation, s(max). The results of experiments performed with a range of materials (glass ballotini, iron ore fines, copper chalcopyrite powder and a sodium sulphate and cellulose mixture) using both drum and high shear mixer granulators were examined. The drum granulation results gave good agreement with the proposed regime map. The boundary between crumb and steady growth occurs at St(def) of order 0.1 and the boundary between steady and induction growth occurs at St(def) of order 0.001. The nucleation only boundary occurs at pore saturations that increase from 70% to 80% with decreasing St(def). However, the high shear mixer results all had St(def) numbers which were too large. This is most likely to be because the chopper tip-speed is an over-estimate of the average impact velocity granules experience and possibly also due to the dynamic yield strength of the materials being significantly greater than the yield strengths measured at low strain rates. Hence, the map is only a useful tool for comparing the granulation behaviour of different materials in the same device. Until we have a better understanding of the flow patterns and impact velocities in granulators, it cannot be used to compare different types of equipment. Theoretical considerations also revealed that several of the regime boundaries are also functions of additional parameters not explicitly contained on the map, such as binder viscosity. (C) 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

An automated multi-unit composting facility for biodegradability evaluations

A system has been developed for studying the biodegradation of natural and synthetic polymeric material. The system is based on standard methods developed by the European Committee for Standardisation (CEN TC 261) (ISO/DIS 14855) and the American Society of Testing Materials, 'ASTM. Standard Test Method for Determining Aerobic. Biodegradation of Plastic Materials under Controlled Composting Conditions' (ASTM D 5338-92). A new low-cost compost facility has been used which satisfies the requirements of these standards. The system has been automated for data collection and has been run under the conditions specified by the standards. In the system, cellulose, newspaper and two starch-based polymers were treated with compost in a series of 3dm(3) vessels at 52 degreesC and under conditions of optimum moisture and pH. The degradation was followed over time by measuring the amount of carbon released as carbon dioxide. (C) 2001 Society of Chemical Industry.

The draft genome of Ciona intestinalis: Insights into chordate and vertebrate origins

The first chordates appear in the fossil record at the time of the Cambrian explosion, nearly 550 million years ago. The modern ascidian tadpole represents a plausible approximation to these ancestral chordates. To illuminate the origins of chordate and vertebrates, we generated a draft of the protein-coding portion of the genome of the most studied ascidian, Ciona intestinalis. The Ciona genome contains similar to16,000 protein-coding genes, similar to the number in other invertebrates, but only half that found in vertebrates. Vertebrate gene families are typically found in simplified form in Ciona, suggesting that ascidians contain the basic ancestral complement of genes involved in cell signaling and development. The ascidian genome has also acquired a number of lineage-specific innovations, including a group of genes engaged in cellulose metabolism that are related to those in bacteria and fungi.

Binder treatment and lubricant system for aluminium P/M

Organic binders are used in premixes for powder metallurgy applications to prevent dusting and segregation. This is a particular problem for aluminium powder metallurgy because the dust is a potential safety hazard. The binder must also burn out completely at low temperatures in an inert environment and not react with the metal powders. It is demonstrated that cellulose acetate, polyvinyl acetate and polyvinyl alcohol are effective dedusting agents but they react with the metal powders during sintering and decrease the sintered density. Paraffin wan is an effect dedusting agent that provided die wall lubricity, does not interfere with sintering and increases tensile strength and ductility.

A role for pectin in the control of cell expansion

Uptake of nutrients and water depends on the growth of roots through elongation of individual cells near the. root tip. Many of the numerous components of Type I primary cell walls, those of dicotyledons and monocotyledons other than grasses (Poaceae), have been determined, and many hypotheses have been proposed for the control of cell expansion. This important aspect of plant growth still needs elucidation, however. A model is proposed in which pectin, which occurs as a calcium (Ca) pectate gel between the load-bearing cellulose microfibrils and xyloglucan (XG) chains, controls the rate at which cells expand. It is considered that the increasing tension generated by the expanding cell is transmitted to interlocked XG chains and cellulose microfibrils. The resulting deformation of the embedded Ca pectate gel elicits the excretion of protons from the cytoplasm, possibly via compounds such as cell wall-associated kinases, that weakens the Ca pectate gel, permitting slippage of XG molecules through the action of expansin. Further slippage is prevented by deformation of the pectic gel, proton diffusion, and the transfer of residual tension to adjacent XG chains. Evidence for this model is based on the effects of pH, Ca, and aluminum (Al) on root elongation and on the reactions of these cations with Ca pectate. This model allows for genetic selection of plants and adaptation of individual plants to root environmental conditions.

Caracterização da ontogenética do pau-brasil

As ações de reflorestamento com o pau-brasil (Caesalpinia echinata Lam.) depende de informações de suas características ecofisiológicas sujeitas às variações ontogenéticas e ambientais. O objetivo desse trabalho foi caracterizar alguns aspectos morfológicos, anatômicos, fisiológicos e estruturais de parede celular de C. echinata nas fases juvenil, jovem e adulto em condições naturais em um fragmento da Floresta Atlântica. Foi analisada a biometria, concentração de nutrientes e dos pigmentos cloroplastídicos dos foliólulos, anatomia foliar e do xilema secundário do caule e a constituição dos polímeros estruturais de parede celular. Os indivíduos juvenis localizados no estrato inferior da floresta se destacaram pela maior área foliar específica e maiores teores de pigmentos cloroplastídicos bem como pelas maiores dimensões de suas células guardas associado às maiores concentrações de K e Ca foliar. Estruturalmente, os indivíduos juvenis apresentaram menores elementos de vasos e teores de lignina. Os indivíduos jovens apresentaram valores intermediários das variáveis analisadas. Já os indivíduos adultos, cujas copas alcançavam o dossel, se destacaram pelo maior espessamento do limbo, da cutícula e do parênquima lacunoso, teor de água foliar, densidade estomática e teor de lignina foliar e caulinar cuja capacidade de síntese foi associada ao maior teor de P foliar. O conteúdo de celulose foliar e caulinar não variou entre as diferentes fases ontogenéticas. As hemiceluloses são do tipo xilanos com possibilidade de presença de xiloglucano dada a maior fração de xilose (±12% MS) e galactose (±1% MS). A glucose foi o monossacarídeo mais representativo (±40% MS) sem diferenças ontogenéticas. As diferenças morfológicas, anatômicas, fisiológicas e estruturais parecem, também, estarem sob controle da irradiância mais intensa na copa dos indivíduos adultos. Os resultados denotam que o plantio consorciado com espécies de crescimento rápido seja a melhor ação para o reflorestamento de C. echinata.

Assessment of saccharide fractionation by ultrafiltration and nanofiltration

This paper addresses the investigation of the fractionation of saccharide mixtures and saccharide mixtures with calcium using ultrafiltration (UF) and nanofiltration (NF). A set of cellulose acetate membranes covered a wide range of molecular weight cut-off (MWCO) ranging from 250 to 46,000 Da and the total feed concentration of saccharides mixtures varied from 1550 to 4700 ppm with the ratio of the two saccharides-solutes (glucose to raffinose) being kept constant at the value of 1.8. The evolution pattern of the saccharide concentration ratio in the UF/NF permeate streams displayed a dependence on the membrane MWCO, on the total sugar concentration and on the presence of calcium ions. For the highest total sugar content, the membranes with MWCO from 2000 to 7000 Da showed saccharide fractionation capability that was enhanced in the presence of calcium. The Steric Pore Flow Model was used to predict individual solute permeation behaviours and to assess the deviations to steric hindered transport of the solutes in multi-component saccharide solutions. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Structural Color and Iridescence in Transparent Sheared Cellulosic Films

Shear transparent cellulose free-standing thin films can develop iridescence similar to that found in petals of the tulip Queen of the Night. The iridescence of the film arises from the modulation of the surface into bands periodically spread perpendicular to the shear direction. Small amounts of nanocrystalline cellulose (NCC) rods in the precursor liquid-crystalline solutions do not disturb the optical properties of the solutions but enhance the mechanical characteristics of the films and affects their iridescence. Smaller bands periodicity, not affected by the NCC rods, slightly deviated from the shear direction is also observed. NCCs are crucial to tune and understand the film's surface features formation. Our findings could lead to new materials for application in soft reflective screens and devices.

Produção de bioetanol a partir de um resíduo orgânico proveniente da central de compostagem da LIPOR

Mestrado em Engenharia Química

Controlo de águas do processo e optimização da produção de papel

Na Fábrica de Papel da Ponte Redonda fabricam-se sacos de papel multi-folhas e papel reciclado do tipo Kraft. Tendo em consideração a primeira actividade, é de grande interesse optimizar o processo de fabrico de papel com vista a incorporara a máxima taxa de papel produzido internamente nas diferentes camadas dos sacos de papel. Os papéis de maior interesse são os do tipo Fluting e Liners, tendo sido produzidos em 2010 um total de 4,9 mil toneladas, ou seja 90% de todo o papel fabricado em 2010, correspondendo a a 4 mil toneladas de papéis do tipo Liners e 0,9 mil toneladas para os papéis do tipo Fluting. Nos papéis do tipo Liners incluem-se os papéis do tipo Test-Liner e Kraft-Liner, representando em termos produtivos valores idênticos. No âmbito deste trabalho, em que se pretendeu controlar as águas do processo e optimizar a produção de papel, foram introduzidos uma unidade de flutuação e um sistema que permitisse regular a consistência da suspensão fibrosa à entrada da máquina do papel, e foram ainda estudadas as possibilidades de adição de produtos químicos para melhorar as características da pasta assim como um tratamento microbiológico mais eficaz para todo o processo. Para se avaliar se as medidas implementadas teriam um impacto positivo na qualidade desses dois tipos de papéis, desenvolveu-se o trabalho em duas fases: a primeira envolve a introdução de um sistema de flutuação e de um sistema de controlo de consistência da pasta, assim como a selecção de produtos químicos a adicionar ao processo. A segunda fase consistiu na avaliação do efeito destas medidas nas características do papel fabricado. Para o efeito foram escolhidos dois tipos de papel e de diferentes gramagens, nomeadamente Test-Liner de 80 g/m2 e Fluting de 110 g/m2. Introduziu-se um flutuador com o objectivo de tratar parte das águas do processo de fabrico com vista a serem reutilizadas em determinadas aplicações possíveis para a qualidade da água obtida (lavagens e água do processo), de modo a conseguir-se uma poupança de água, assim como aproveitar-se as lamas resultantes, ricas em fibra de celulose, para utilizá-las como matéria-prima. Foi introduzido um regulador de consistência no processo da Ponte Redonda com o objectivo de alimentar de uma forma constante a consistência da pasta à entrada da máquina do papel proporcionando uma melhor formação da folha, devido à ligação entre fibras, na direcção máquina e direcção transversal. Esse sistema inovador é um Regulador de Consistência que vem proporcionar à máquina do papel uma alimentação em fibra mais constante. O fabrico de papel apenas a partir de fibras de celulose não permitirá obter um papel com as características desejadas para a sua utilização. Para corrigir estas deficiências, são adicionados produtos químicos para atribuir ou melhorar as propriedades dos papéis. Desta forma considerou-se interessante introduzir no processo um agente de retenção numa fase posterior à preparação da pasta e antes da chegada à máquina de papel, de forma a melhorar as características da suspensão fibrosa. Assim foi implementado um sistema cuja eficácia foi avaliada. Concluiu-se que com a sua implementação a máquina de papel apresentou melhores resultados na drenagem e na turbidez da água removida, significando uma água com menor teor de matéria suspensa e dissolvida, devido à melhor agregação das fibras dispersas na suspensão fibrosa, levando a um aumento da drenagem e consequentemente melhor eficiência das prensas e secaria. Foi também elaborado um estudo para introdução de um sistema de tratamento microbiológico em todo o processo de fabrico de papel, devido à existência de microorganismos prejudiciais ao seu fabrico. Concluiu-se que a água clarificada proveniente do flutuador apresentou qualidade aceitável para os objectivos pretendidos. No entanto, considerando a eficiência de 26,5% na remoção de sólidos suspensos será necessário mais algum tempo de utilização da água clarificada, cerca de um ano, para avaliar se esta terá algum efeito prejudicial nos equipamentos. Verificou-se que devido à existência de microrganismos em todo o processo de fabrico de papel será necessário efectuar lavagens aos tinões, tanques e circuitos com alguma regularidade, aproveitando-se as paragens do processo assim como implementar um sistema de tratamento microbiológico mais eficaz. Em resultado das medidas implementadas concluiu-se que os papéis produzidos apresentaram melhorias, tendo-se obtido melhores resultados em todos os ensaios de resistência. No papel do tipo Test-Liner destacam-se os bons resultados nos ensaios de superfície, Cobb60 e rebentamento. No caso do parâmetro do Cobb60, foi um resultado surpreendente visto que por norma este tipo de papéis reciclados não suportam este ensaio. Concluiu-se também que as medidas implementadas proporcionaram uma melhor agregação e ligação entre fibras, e melhor formação da folha na máquina do papel proporcionando aos papéis propriedades físico-mecânicas mais interessantes.

Hélices e Espirais em Micro e Nanofibras Celulósicas

A celulose é o polímero renovável mais abundante do mundo. É conhecido pela sua excelente biocompatibilidade, propriedades térmicas e mecânicas. A celulose assim como os polipéptideos e o ADN, pertence a uma família de moléculas orgânicas que dão origem à formação de fases líquidas cristalinas (LCs) colestéricas. A Passiflora Edulis, tal como outras plantas trepadeiras, possui longas e flexíveis gavinhas que permitem à planta encontrar um suporte para se fixar. As gavinhas podem assumir a forma de espirais ou de hélices consoante sejam sustentadas por apenas uma ou por ambas as extremidades. As hélices apresentam muitas vezes duas porções helicoidais, uma esquerda e outra direita, separadas por um segmento recto denominado perversão. Este comportamento é consequência da curvatura intrínseca das gavinhas produzidas pela planta trepadeira. O mesmo comportamento pode ser observado em micro e nanofibras celulósicas fabricadas a partir de soluções líquido-cristalinas, numa escala três a quatro ordens de grandeza inferior à das gavinhas. Este facto sugere que o modelo físico utilizado tenha invariância de escala. Neste trabalho é feito o estudo de fibras e jactos que imitam as estruturas helicoidais apresentadas pelas gavinhas das plantas trepadeiras. As fibras e jactos são produzidos a partir de soluções líquidas cristalinas celulósicas. De modo a determinar as características morfológicas e estruturais, que contribuem para a curvatura das fibras, foram utilizadas técnicas de imagem por ressonância magnética (MRI), microscopia óptica com luz polarisada (MOP), microscopia electrónica de varrimento (SEM) e microscopia de força atómica (AFM) . A variação da forma das estruturas helicoidais com a temperatura parece ser relevante para o fabrico de membranas não tecidas para aplicação em sensores termo-mecânicos.

Copper, nickel and zinc removal by peanut hulls: batch and column studies in mono, tri-component systems and with real effluent

The main goal of this research study was the removal of Cu(II), Ni(II) and Zn(II) from aqueous solutions using peanut hulls. This work was mainly focused on the following aspects: chemical characterization of the biosorbent, kinetic studies, study of the pH influence in mono-component systems, equilibrium isotherms and column studies, both in mono and tri-component systems, and with a real industrial effluent from the electroplating industry. The chemical characterization of peanut hulls showed a high cellulose (44.8%) and lignin (36.1%) content, which favours biosorption of metal cations. The kinetic studies performed indicate that most of the sorption occurs in the first 30 min for all systems. In general, a pseudo-second order kinetics was followed, both in mono and tri-component systems. The equilibrium isotherms were better described by Freundlich model in all systems. Peanut hulls showed higher affinity for copper than for nickel and zinc when they are both present. The pH value between 5 and 6 was the most favourable for all systems. The sorbent capacity in column was 0.028 and 0.025 mmol g-1 for copper, respectively in mono and tri-component systems. A decrease of capacity for copper (50%) was observed when dealing with the real effluent. The Yoon-Nelson, Thomas and Yan’s models were fitted to the experimental data, being the latter the best fit.

From cellulosic based liquid crystalline sheared solutions to 1D and 2D soft materials

Liquid crystalline cellulosic-based solutions described by distinctive properties are at the origin of different kinds of multifunctional materials with unique characteristics. These solutions can form chiral nematic phases at rest, with tuneable photonic behavior, and exhibit a complex behavior associated with the onset of a network of director field defects under shear. Techniques, such as Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Rheology coupled with NMR (Rheo-NMR), rheology, optical methods, Magnetic Resonance Imaging (MRI), Wide Angle X-rays Scattering (WAXS), were extensively used to enlighten the liquid crystalline characteristics of these cellulosic solutions. Cellulosic films produced by shear casting and fibers by electrospinning, from these liquid crystalline solutions, have regained wider attention due to recognition of their innovative properties associated to their biocompatibility. Electrospun membranes composed by helical and spiral shape fibers allow the achievement of large surface areas, leading to the improvement of the performance of this kind of systems. The moisture response, light modulated, wettability and the capability of orienting protein and cellulose crystals, opened a wide range of new applications to the shear casted films. Characterization by NMR, X-rays, tensile tests, AFM, and optical methods allowed detailed characterization of those soft cellulosic materials. In this work, special attention will be given to recent developments, including, among others, a moisture driven cellulosic motor and electro-optical devices.

Study of thermochemical treatments of cork in the 150-400ºC range using colour analysis and Ftir spectroscopy

A study of chemical transformations of cork during heat treatments was made using colour variation and FTIR analysis. The cork enriched fractions from Quercus cerris bark were subjected to isothermal heating in the temperature range 150–400 ◦C and treatment time from 5 to 90 min. Mass loss ranged from 3% (90 min at 150 ◦C) to 71% (60 min at 350 ◦C). FTIR showed that hemicelluloses were thermally degraded first while suberin remained as the most heat resistant component. The change of CIE-Lab parameters was rapid for low intensity treatments where no significant mass loss occurred (at 150 ◦C L* decreased from the initial 51.5 to 37.3 after 20 min). The decrease in all colour parameters continued with temperature until they remained substantially constant with over 40% mass loss. Modelling of the thermally induced mass loss could be made using colour analysis. This is applicable to monitoring the production of heat expanded insulation agglomerates.

Desenvolvimento de métodos rápidos para deteção de drogas no meio aquático

A vasta aplicação de antibióticos em sistemas de aquacultura tem conduzido ao aparecimento de espécies microbianas resistentes, devendo ser evitada ou, se possível, minimizada. A minimização implica um controlo muito rigoroso das doses aplicadas, algo que só pode ser realizado se todo o processo analítico for simples, barato e puder ser implementado no local. O presente trabalho descreve para este efeito um sistema sensor constituído por papel quimicamente modificado, cujo procedimento analítico foi semelhante à monitorização de pH através das conhecidas tiras indicadoras de pH universal. O papel foi modificado com base em reacções de monocamadas e assumiu uma coloração típica após contacto com o antibiótico. A intensidade da coloração estava também relacionada com a concentração desse antibiótico. Como prova deste conceito, o sensor proposto foi desenhado tendo em vista a monitorização de oxitetraciclina, um dos antibióticos utilizados neste contexto com elevada frequência. A modificação do papel foi baseada na alteração química das unidades de glucose na matriz sólida por reacção covalente com reagentes apropriados. Foram utilizadas duas estratégias diferentes para este efeito: uma foi baseada em reacções de tipo sol-gel e a outra em reacção de adição nucleófila. Posteriormente, o papel foi modificado com espécies metálicas capazes de mudar de cor na presença da oxitetraciclina. Estas modificações químicas foram avaliadas e optimizadas relativamente a vários parâmetros, no sentido de promover uma variação de cor intensa face à concentração de antibiótico. Procedeu-se ainda ao controlo desta modificação por técnicas de espectroscopia de infravermelho. A variação de cor foi avaliada por comparação visual, mas registada por imagem digital. Os materiais sensores preparados foram ainda caracterizados do ponto de vista do seu desempenho analítico. Incluíram-se aqui a identificação de uma relação linear entre coordenadas de cor e concentração, a atribuição de uma gama de concentrações capaz de fornecer uma resposta previsível e resposta cruzada face a outros antibióticos. Procedeu-se ainda à aplicação dos sensores numa amostra de água ambiental dopada com antibiótico. De uma forma geral, foi possível estabelecer um processo simples de modificação de papel capaz de aferir a presença e a quantidade de tetraciclinas, mais concretamente a oxitetraciclina. O processo aqui estabelecido é promissor, antevendo a concretização de uma metodologia simples, barata e local para a monitorização de anitbióticos em águas.