Optimisation de l'extraction, en réacteur "batch", de biomasse énergétique à l'aide d'émulsions ultrasoniques de solvants verts

L’industrie des biocarburants de deuxième génération utilise, entre autre, la biomasse lignocellulosique issue de résidus forestiers et agricoles et celle issue de cultures énergétiques. Le sorgho sucré [Sorghum bicolor (L.) Moench] fait partie de ces cultures énergétiques. L’intérêt croissant de l’industrie agroalimentaire et des biocarburants pour cette plante est dû à sa haute teneur en sucres (jusqu’à 60% en masse sèche). En plus de se développer rapidement (en 5-6 mois), le sorgho sucré a l’avantage de pouvoir croître sur des sols pauvres en nutriments et dans des conditions de faibles apports en eau, ce qui en fait une matière première intéressante pour l’industrie, notamment pour la production de bioéthanol. Le concept de bioraffinerie alliant la production de biocarburants à celle de bioénergies ou de bioproduits est de plus en plus étudié afin de valoriser la production des biocarburants. Dans le contexte d’une bioraffinerie exploitant la biomasse lignocellulosique, il est nécessaire de s’intéresser aux différents métabolites extractibles en plus des macromolécules permettant la fabrication de biocarburants et de biocommodités. Ceux-ci pouvant avoir une haute valeur ajoutée et intéresser l’industrie pharmaceutique ou cosmétique par exemple. Les techniques classiques pour extraire ces métabolites sont notamment l’extraction au Soxhlet et par macération ou percolation, qui sont longues et coûteuses en énergie. Ce projet s’intéresse donc à une méthode d’extraction des métabolites primaires et secondaires du sorgho sucré, moins coûteuse et plus courte, permettant de valoriser économiquement l’exploitation industrielle du de cette culture énergétique. Ce travail au sein de la CRIEC-B a porté spécifiquement sur l’utilisation d’une émulsion ultrasonique eau/carbonate de diméthyle permettant de diminuer les temps d’opération (passant à moins d’une heure au lieu de plusieurs heures) et les quantités de solvants mis en jeu dans le procédé d’extraction. Cette émulsion extractive permet ainsi de solubiliser à la fois les métabolites hydrophiles et ceux hydrophobes. De plus, l’impact environnemental est limité par l’utilisation de solvants respectueux de l’environnement (80 % d’eau et 20 % de carbonate de diméthyle). L’utilisation de deux systèmes d’extraction a été étudiée. L’un consiste en la recirculation de l’émulsion, en continu, au travers du lit de biomasse; le deuxième permet la mise en contact de la biomasse et des solvants avec la sonde à ultrasons, créant l’émulsion et favorisant la sonolyse de la biomasse. Ainsi, en réacteur « batch » avec recirculation de l’émulsion eau/DMC, à 370 mL.min[indice supérieur -1], au sein du lit de biomasse, l’extraction est de 37,91 % en 5 minutes, ce qui est supérieur à la méthode ASTM D1105-96 (34,01 % en 11h). De plus, en réacteur « batch – piston », où la biomasse est en contact direct avec les ultrasons et l’émulsion eau/DMC, les meilleurs rendements sont de 35,39 % en 17,5 minutes, avec 15 psig de pression et 70 % d’amplitude des ultrasons. Des tests effectués sur des particules de sorgho grossières ont donné des résultats similaires avec 30,23 % d’extraits en réacteur « batch » avec recirculation de l’émulsion (5 min, 370 mL.min[indice supérieur -1]) et 34,66 % avec le réacteur « batch-piston » (30 psig, 30 minutes, 95 % d’amplitude).

Caracterização elementar de ligas metálicas em implantes dentários

An ideal biomaterial for dental implants must have very high biocompatibility, which means that such materials should not provoke any serious adverse tissue response. Also, used metal alloys must have high fatigue resistance due the masticatory force and good corrosion resistance. These properties are rendered by using alpha and beta stabilizers, such as Al, V, Ni, Fe, Cr, Cu, Zn. Commercially pure titanium (TiCP) is used often for dental and orthopedic implants manufacturing. However, sometimes other alloys are employed and consequently it is essential to research the chemical elements present in those alloys that could bring prejudice for the health. Present work investigated TiCP metal alloys used for dental implant manufacturing and evaluated the presence of stabilizing elements within existing limits and standards for such materials. For alloy characterization and identification of stabilizing elements it was used EDXRF technique. This method allows to perform qualitative and quantitative analysis of the materials using the spectra of the characteristic X-rays emitted by the elements present in the metal samples. The experimental setup was based on two X- rays tubes (AMPTEK Mini X model with Ag and Au targets), a X-123SDD detector (AMPTEK) and a 0.5mm Cu collimator, developed due to the sample characteristics. The other experimental setup used as a complementary technique is composed of an X-ray tube with a Mo target, collimator 0.65mm and XFlash (SDD) detector - ARTAX 200 (BRUKER). Other method for elemental characterization by energy dispersive spectroscopy (EDS) applied in present work was based on Scanning Electron Microscopy (SEM) EVO® (Zeeis). This method also was used to evaluate the surface microstructure of the sample. The percentual of Ti obtained in the elementary characterization was among 93.35 ± 0.17% and 95.34 ± 0.19 %. These values are considered below the reference limit of 98.635% to 99.5% for TiCP, established by Association of metals centric materials engineers and scientists Society (ASM). The presence of elements Al and V in all samples also contributed to underpin the fact that are not TiCP implants. The values for Al vary between 6.3 ± 1.3% and 3.7 ± 2.0% and for V, between 0.26 ± 0.09% and 0.112 ± 0.048%. According to the American Society for Testing and Materials (ASTM), these elements should not be present in TiCP and in accordance with the National Institute of Standards and Technology (NIST), the presence of Al should be <0.01% and V should be of 0.009 ± 0.001%. Obtained results showed that implant materials are not exactly TiCP but, were manufactured using Ti-Al-V alloy, which contained Fe, Ni, Cu and Zn. The quantitative analysis and elementary characterization of experimental results shows that the best accuracy and precision were reached with X-Ray tube with Au target and collimator of 0.5 mm. Use of technique of EDS confirmed the results of EDXRF for Ti-Al-V alloy. Evaluating the surface microstructure by SEM of the implants, it was possible to infer that ten of the thirteen studied samples are contemporaneous, rough surface and three with machined surface.

Durabilité aux cycles de gel-dégel de bétons fabriqués avec des liants binaires et ternaires

La dégradation du béton associée à l’exposition en ambiance hivernale rigoureuse est une problématique connue en Amérique du Nord en raison de la sévérité du climat en période hivernale. Un des types de dégradation, la fissuration interne, se manifeste par l'apparition d'une intense microfissuration du béton en surface, mais aussi à l'intérieur de la masse. Celle-ci peut conduire à une perte de cohésion du matériau, réduisant ses caractéristiques mécaniques et sa perméabilité. Dans un souci de développement durable et de recherche performancielle, des liants ternaires, comprenant des ajouts minéraux autre que la fumée de silice ont été développés. Les études scientifiques portant sur l’influence du facteur d’espacement à ce type de dégradation sont peu nombreuses, voire inexistantes. Il est par conséquent important de vérifier si les spécifications actuelles permettent d’assurer la confection d’un matériau durable au gel. Dans ce mémoire, nous avons étudié l’influence du facteur d’espacement, du paramètre E/L, de l’influence du type de superplastifiant et d’un granulat marginal sur la résistance à la fissuration interne des bétons en utilisant l’essai accéléré normalisé ASTM C666, procédure A lors de l’utilisation de liants ternaires. Une grande partie de cette recherche a porté sur l’étude de la relation entre le facteur d’espacement et la tenue aux cycles gel-dégel des bétons. Le projet s’est divisé en 4 phases, la première a permis de déterminer un intervalle contenant le facteur d’espacement critique pour chacun des liants étudiés. Il est ainsi établi qu’il est nécessaire d’avoir un facteur d’espacement inférieur à 340 µm pour assurer la durabilité des bétons V-S formulés à partir de liants ternaires. La deuxième phase a montré que le type de superplastifiant n’influe pas sur le facteur d’espacement critique, mais change les caractéristiques du réseau d’air à l’état frais. La troisième phase a porté sur l’analyse de l’influence d’une variation du rapport E/L sur la durabilité au gel-dégel. Il en résulte qu’une variation dans les limites permises n’a pas d’incidence sur le facteur d’espacement critique tant que les hypothèses restent dans l’intervalle prescrit par le tome VII de la norme 3101. La dernière et quatrième phase a permis de montrer que le granulat marginal sélectionné n’a pas d’incidence particulière sur la résistance au gel-dégel en fissuration interne.

Determinação simultânea de Glicerol livre e total, MONO-, DI e triglicerídeos em biodiesel etílico de girassol, mamona e da mistura de sebo e soja empregando GC-FID

O biodiesel produzido para ser comercializado no Brasil deve estar de acordo aos padrões de qualidade estabelecidos pela resolução de 4 de fevereiro de 2010 da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e do Biocombustível (ANP, 04/2010). Neste trabalho, foi estudada a aplicação dos métodos ASTM D 6584 e EN 14105 para o biodiesel de mamona e biodiesel oriundo de rota etílica. Ambos os métodos empregam GC (Cromatografia Gasosa, do inglês Gas Chromatography) com FID (Detecção por Ionização em Chama, do inglês Flame Ionization Detection) e reação de sililação com N-metil-N-(trimetilsilil)trifluoracetamida (MSTFA). Os compostos foram identificados para quantificação pelos tempos de retenção, para os diglicerídeos e triglicerídeos foram utilizadas bandas de tempo de retenção. Os parâmetros de validação considerados foram: curva analítica, linearidade, sensibilidade, robustez, precisão e exatidão. Os métodos ASTM D 6584 e EN 14105 apresentaram sensibilidade semelhante para todos os compostos. Foram escolhidas as condições cromatográficas estabelecidas pelo método ASTM D 6584 por ser mais rápido que o EN14105 e ter sensibilidade semelhante. O método apresentou boa linearidade com todas as curvas analíticas com r maiores que 0,999. A reação de sililação com MSTFA foi otimizada para o biodiesel etílico de mamona em virtude da sua composição química. Um volume de 500 μL de MSTFA foi escolhido para realização dos ensaios de exatidão e precisão. Os valores de exatidão ficaram entre 67 e 145,9% com valores de precisão menores que 11%. Foi avaliada a ocorrência de efeito matriz para biodiesel etílico de mamona, sendo que esse efeito foi considerado baixo para glicerol, monooleína e dioleína e médio para trioleína. Mesmo havendo efeito de matriz o preparo das curvas analíticas em solvente conforme sugerido pelos métodos de referência foi mantido. O método foi robusto frente às variações da composição química da matriz. Na aplicação do método, esse se mostrou adequado para amostras de biodiesel etílico de mamona, de girassol e da mistura de sebo e soja.

Investigate the effect of antibacterial ingredients used in marine paints in sea water

In this study, consider to the mechanism of controlled depletion paint, has been made the Antifouling (A/F) paints that use these in a paint system which applied on the steel. As a first step, it is necessary to prove that the system subject to investigation does fit into the mechanisms proposed for the CDPs system. According to this, the machine was designed and built as for ASTM D5108-90, D4939-89. Specimens immersed in natural sea water and were rotating by 60 r/min rotor. Painted specimens were tested for 59 days. The main objective of this study was to investigate if new antifouling paint are less toxic than traditional paint and more efficient. For this reason, Zineb and Ziram which is an ingredient in antifouling paints, was also studied. Zineb and Ziram are known as booster biocides in A/P composition. We used the Zineb and Ziram and synthesis of these in a A/F paints. The concentration of booster biocides are 3% and 6% in paints. We use scanning electron microscopy (SEM) for evaluation of paint film. The settlement and the growth of living organism on immersed surfaces was observed during 59 days. According to reports, the growth of organism was observed for A/F paint contains, 3% Zineb after 20days,3%Ziram after 24days and 3% Zineb +Ziram after 30days. By measuring leached rate of the Zn in A/F paints, we figured out the effectiveness of booster biocides on the growth of organism, for example in the absence of booster biocides, the critical released rate for preventing biofilm for A/F paint with ZnO is 15 μg/cm2day. This despite the fact that this figure for A/F paint contain Zineb is 4 μg/cm2, Ziram is 3 μg/cm2 and Zineb +Ziram is 2 μg/cm2.

Ambient Air Quality Monitoring in Metropolitan City of Lagos, Nigeria

Twenty one sampling locations were assessed for carbon monoxide (CO), carbondioxide (CO2), oxygen (O2), sulphur dioxide (SO2), nitrogen dioxide (NO2), nitrogen oxide (NO), suspended particulate matter (SPM) and noise level using air pollutants measurement methods approved by ASTM for each specific parameter. All equipments and meters were all properly pre-calibrated before each usage for quality assurance. Findings of the study showed that measured levels of noise (61.4 - 101.4 dBA), NO (0.0 - 3.0 ppm), NO2 (0.0 - 3.0 ppm), CO (1.0 – 42.0 ppm) and SPM (0.14 – 4.82 ppm) in all sampling areas were quite high and above regulatory limits however there was no significant difference except in SPM (at all the sampling points), and noise, NO2 and NO (only in major traffic intersection). Air quality index (AQI) indicates that the ambient air can be described as poor for SPM, varied from good to very poor for CO, while NO and NO2 are very good except at major traffic intersection where they were both poor and very poor (D-E). The results suggest that strict and appropriate vehicle emission management, industrial air pollution control coupled with close burning management of wastes should be considered in the study area to reduce the risks associated with these pollutants.

Diseño del proceso de una torre de vacío. Ventajas de la simulación

Los hidrocarburos pesados son el mayor recurso del petróleo en el mundo, sin embargo en el pasado se habían dejado de lado como recurso energético debido a las dificultades y costos asociados de su producción [1]. La industria financia estas investigaciones por la importancia del tema en producción y caracterización. Al trabajar con una torre de vacio los datos necesarios para los cálculos son las temperaturas ASTM (10mmHg) y la densidad del crudo con la cual se obtiene la curva TBP760 (True Boiling Point), también se necesita las especificaciones de los productos y los rendimientos respecto de la alimentación. Para poder correlacionar los distintos puntos de ebullición con los porcentajes de vaporizado para cada cambio de presión de los distintos productos, se construye un diagrama de fases con las temperaturas EFV760 (Equilibrium Flash Vaporization) y EFV10. El simulador a través de cálculos internos resuelve automáticamente el diagrama de fases, en comparación con la dificultad que representan los cálculos manuales del mismo, tal como son explicitados precedentemente. En este trabajo se desarrolla la simulación de una torre de vacío mediante el simulador Aspen HYSYS V8.3, empleando como alimentación un crudo pesado. Lo antes expuesto constituye una importante ventaja el uso del simulador frente al cálculo convencional, considerando los tiempos de resolución de los diseños de procesos.

Determination of thresholds in marine molluscs as an alternative to the Environmental Quality Standards in marine water defined in the Water Framework Directive

The Water Framework Directive (WFD) establishes Environmental Quality Standards (EQS) in marine water for 34 priority substances. Among these substances, 25 are hydrophobic and bioaccumulable (2 metals and 23 organic compounds). For these 25 substances, monitoring in water matrix is not appropriate and an alternative matrix should be developed. Bivalve mollusks, particularly mussels (Mytilus edulis, Mytilus galloprovincialis), are used by Ifremer as a quantitative biological indicator since 1979 in France, to assess the marine water quality. This study has been carried out in order to determine thresholds in mussels at least as protective as EQS in marine water laid down by the WFD. Three steps are defined: - Provide an overview of knowledges about the relations between the concentrations of contaminants in the marine water and mussels through bioaccumulation factor (BAF) and bioconcentration factor (BCF). This allows to examine how a BCF or a BAF can be determined: BCF can be determined experimentally (according to US EPA or ASTM standards), or by Quantitative Activity-Structure Relationship models (QSAR): four equations can be used for mussels. BAF can be determined by field experiment; but none standards exists. It could be determined by using QSAR but this method is considered as invalid for mussels, or by using existing model: Dynamic Budget Model, but this is complex to use. - Collect concentrations data in marine water (Cwater) in bibliography for those 25 substances; and compare them with concentration in mussels (Cmussels) obtained through French monitoring network of chemicals contaminants (ROCCH) and biological integrator network RINBIO. According to available data, this leads to determine the BAF or the BCF (Cmussels /Cwater) with field data. - Compare BAF and BCF values (when available) obtained with various methods for these substances: BCF (stemming from the bibliography, using experimental process), BCF calculated by QSAR and BAF determined using field data. This study points out that experimental BCF data are available for 3 substances (Chlorpyrifos, HCH, Pentachlorobenzene). BCF by QSAR can be calculated for 20 substances. The use of field data allows to evaluate 4 BAF for organic compounds and 2 BAF for metals. Using these BAF or BCF value, thresholds in shellfish can be determined as an alternative to EQS in marine water.

Análise de falhas em martelos oscilantes dos desfibradores da indústria sucroalcooleira da Região Norte-Nordeste

The failure of materials is always an unwelcome event for several reasons: human lives are put in danger, economic losses, and interference in the availability of products and services. Although the causes of failures and behaviour of materials can be known, the prevention of such a condition is difficult to be guaranteed. Among the failures, wear abrasion by the low voltage is the kind of failure that occurs in more equipment and parts industry. The Plants Sucroalcooleiras suffer significant losses because of such attrition, this fact that motivated their choice for the development of this work. For both, were considered failures in the swing hammers desfibradores stopped soon after the exchange provided in accordance with tonnage of cane processed, then were analyzed by the level of wear testing of rubber wheel defined by the standard ASTM G65-91.The failures were classified as to the origin of the cause and mechanism, moreover, were prepared with samples of welding procedures according to ASME code, sec. IX as well, using the technique of thermal spraying to analyze the performance of these materials produced in laboratories, and compares them with the solder used in the plant. It was observed that the bodies-of-proof prepared by the procedure described as welding, and the thermal spraying the results of losing weight have been minimized significantly compared to the preparations in the plant. This is because the use of techniques more appropriate and more controlled conditions of the parameters of welding. As for the thermal spraying, this technique has presented a satisfactory result, but requires the use of these coatings in the best condition for real affirmation of the results

BENEFICIAL REUSE OF LOCALLY-AVAILABLE WASTE MATERIALS AS LIGHTWEIGHT AGGREGATE IN LIGHTWEIGHT CONCRETE

This study investigated the physical characteristics of lightweight concrete produced using waste materials as coarse aggregate. The study was inspired by the author’s Peace Corps service in Kilwa, Tanzania. Coconut shell, sisal fiber, and PET plastic were chosen as the test waste products due to their abundance in the area. Two mixes were produced for each waste product and the mix proportions designed for resulting compressive strengths of 3000 and 5000 psi. The proportions were selected based on guidelines for lightweight concrete from the American Concrete Institute. In preparation for mixing, coconut shells were crushed into aggregate no larger than 3/4 inch, sisal fiber was cut into pieces no longer than 3/8 inch, and PET plastic was shredded into 1/4 inch-wide strips no longer than 6 inches. Replicate samples were mixed and then cured for 28 days before they were tested for compressive strength, unit weight, and absorption. The resulting data were compared to ASTM Standards for lightweight concrete masonry units to determine their adequacy. Based on these results, there is potential for coconut shell to be used as coarse aggregate in lightweight concrete. Sisal fiber was unsuccessful in producing the appropriate compressive strength. However, the reduction in spalling of the hardened concrete and the induction of air in the mixes incorporating sisal fiber suggests that it has the potential to improve other characteristics of lightweight concrete. Concrete mixes using PET plastic as aggregate resulted in adequate compressive strengths, but were too dense to be considered ‘lightweight’ concrete. With some adjustments to slightly decrease absorption and unit weight, the PET plastic concrete mixes could be classified as medium weight concrete and, therefore, achieve many of the same benefits as would be seen with lightweight concrete.

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.

Hall Effect and transient surface photovoltage (SPV) study of Cu3BiS3 thin films

Se presentan las propiedades eléctricas del compuesto Cu3BiS3 depositado por co-evaporación. Este es un nuevo compuesto que puede tener propiedades adecuadas para ser utilizado como capa absorbente en celdas solares. Las muestras fueron caracterizadas a través de medidas de efecto Hall y fotovoltaje superficial transiente (SPV). A través de medidas de efecto Hall se encontró que la concentración de portadores de carga n es del orden de 1016 cm-3 independiente de la relación de masas de Cu/Bi. También se encontró que la movilidad de este compuesto (μ del orden de 4 cm2V -1s-1) varía de acuerdo con los mecanismos de transporte que la gobiernan en dependencia con la temperatura. A partir de las medidas de SPV se encontró alta densidad de defectos superficiales, defectos que son pasivados al superponer una capa buffer sobre el compuesto Cu3BiS3.