Permeability of Fractal Porous Media by Monte Carlo Simulations

The permeability of the fractal porous media is simulated by Monte Carlo technique in this work. Based oil the fractal character of pore size distribution in porous media, the probability models for pore diameter and for permeability are derived. Taking the bi-dispersed fractal porous media as examples, the permeability calculations are performed by the present Monte Carlo method. The results show that the present simulations present a good agreement compared with the existing fractal analytical solution in the general interested porosity range. The proposed simulation method may have the potential in prediction of other transport properties (such as thermal conductivity, dispersion conductivity and electrical conductivity) in fractal porous media, both saturated and unsaturated.

Síntese, caracterização e avaliação da capacidade bactericida de copolímeros à base de 2-vinilpiridina funcionalizados

Neste trabalho, dois copolímeros à base de 2-vinilpiridina (2Vpy), estireno (Sty) e divinilbenzeno (DVB) foram sintetizados empregando a técnica de polimerização em suspensão aquosa via radical livre. Os copolímeros com diferentes características morfológicas foram preparados variando a composição da mistura diluente, constituída por tolueno e n-heptano, solventes solvatantes e não solvatantes para as cadeias poliméricas. A caracterização estrutural desses materiais foi feita através de medidas de área específica, volume de poros, diâmetro médio de poros e densidade aparente. Além disso, esses materiais foram avaliados por microscopia ótica e eletrônica de varredura, por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR), análise termogravimétrica (TGA) e análise elementar. Os copolímeros Sty-DVB-2Vpy foram modificados quimicamente através de reação de quaternização das unidades de 2Vpy usando dois reagentes: iodeto de metila e acrilonitrila. A quaternização dos copolímeros Sty-DVB-2Vpy foi confirmada através de espectroscopia de infravermelho, pelo aparecimento das bandas de absorção características do íon peridíneo e do grupo nitrila e também pela análise do comportamento térmico. Os produtos dessas reações foram submetidos à avaliação da capacidade bactericida através do método de contagem em placas contra suspensão de Escherichia coli. O copolímero do tipo gel quaternizado com iodeto de metila apresentou a maior ação bactericida registrada, com eficiência até a concentração de 104 células/mL. Contudo, a maioria dos materiais quaternizados não apresentou ação biocida significativa. Com o objetivo de maximizar a atividade bactericida dos materiais preparados, os copolímeros quaternizados e não quaternizados foram impregnados com iodo por meio de duas metodologias: em solução e em fase vapor. O teor de iodo incorporado foi quantificado por análise gravimétrica. Foi possível observar que os copolímeros quaternizados e impregnados com iodo se mostraram mais eficientes como agentes bactericidas que os copolímeros não funcionalizados impregnados com iodo. De uma forma geral, foi possível perceber que a ação bactericida dos polímeros é fruto da associação entre as suas características de porosidade, o grau de quaternização alcançado e o teor de iodo incorporado. Para efeito de comparação foram feitos também ensaios bactericidas com uma resina comercial à base de Sty-DVB com grupo amônio quaternário, VP OC 1950. Os testes mostraram que a resina comercial não possui atividade bactericida. A impregnação de iodo a essa resina comercial forneceu um material com ação biocida semelhante à do copolímero do tipo gel, quaternizado com iodeto de metila e impregnado com iodo

ESTUDO DA CONCENTRAÇÃO DE BIOMASSSA DE MICROALGAS POR FILTRAÇÃO E FLOCULAÇÃO

O cultivo de microalgas é uma matéria prima para produção de biocombustível e de captura de carbono devido a vantagens como alta produção de biomassa e rápido crescimento quando comparado com outras fontes de energia e não necessitar de terra fértil. O presente trabalho teve como objetivo estudar métodos de concentração da biomassa. A microalga utilizada foi a Isochrysis galbana. Os cultivos tiveram duração de 20 dias e concentração inicial de 7.104 cel/mL no meio de cultivo F2/Guillard. e foram realizados em fotobioreatores de 500 mL, 3 L e 12 L. Os experimentos foram conduzidos em foto-período de 12 h claro/escuro, com temperatura de 27 a 29 C. Ao final dos cultivos, as amostras foram levadas para a sequência de processos de separação. Inicialmente, foram realizados ensaios de microfiltração em membrana com porosidade de 0,45 m em procedimento do tipo dead-end e constatou-se a rápida e intensa formação de camada de fouling. Acrescentou-se uma etapa de separação por floculação preliminar à microfiltração, utilizando-se Al2(SO4)3 como agente floculante. O meio coagulado foi então filtrado e microfiltrado. O estudo combinado das 3 etapas de separação possibilitou 99% de remoção de biomassa.O teor de óleo obtido foi de 22,4%. Portanto, o trabalho apresenta uma configuração de concentração da biomassa Isochrysis galbana visando o processo de produção de biocombustíveis

Avaliação da influência da interação polímero-solvente sobre a porosidade de copolímeros de acrilonitrila e divinilbenzeno obtidos por polimerização em suspensão

Neste trabalho, copolímeros à base de acrilonitrila e divinilbenzeno foram sintetizados, utilizando a técnica de polimerização em suspensão, na presença de três agentes porogênicos diferentes (álcool isoamílico, metil-etil-cetona e tolueno). Esses copolímeros foram caracterizados por meio da determinação da densidade aparente, do volume e diâmetro de poros, por microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura e foram avaliados quanto à capacidade de inchamento em heptano e tolueno. O principal intuito dessa pesquisa foi correlacionar a formação da estrutura porosa desses materiais com os principais parâmetros de síntese (grau de diluição dos monômeros, poder solvatante do diluente e teor do agente de reticulação). Desses parâmetros, o que mais influenciou na formação da estrutura porosa desses materiais foi o poder solvatante do diluente. A teoria dos parâmetros de solubilidade de Hansen e Hildebrand foi utilizada com o intuito de fazer uma previsão das características porosas dos copolímeros à base de acrilonitrila e divinilbenzeno sintetizados na presença de três diluentes diferentes. Dentre esses diluentes, o álcool isoamílico foi o pior solvente para os copolímeros de AN-DVB, em todos os teores de agente de reticulação e em todas as diluições utilizadas. O tolueno foi o melhor solvente para os copolímeros que contêm altos teores de agente de reticulação. Estas observações estão de acordo com as previsões dos parâmetros de solubilidade de Hansen e Hildebrand. A metil-etil-cetona foi o melhor solvente para os copolímeros que contêm teores intermediários de agente de reticulação. Esta observação só está condizente com o parâmetro de solubilidade de Hansen.

Caracterização química de fases cristalográficas e física dos cimentos MTA Fillapex, AH Plus, Sealer 26 e Endofill

O objetivo desta pesquisa consiste em analisar através da caracterização química de fases cristalinas a composição e estrutura; e com a caracterização física a densidade, porosidade e área superficial dos seguintes cimentos endodônticos: MTA Fillapex, AH Plus, Sealer 26 e o Endofill. Para tal, foram realizadas análises dos cimentos antes da manipulação (pó e pastas) e depois da manipulação (corpos de prova). Empregando-se as técnicas de caracterização química: DRX e FRX e como técnicas de caracterização física: Picnometria de Hélio, a porosimetria de mercúrio, distribuição granulométrica e área superficial pela metodologia de BET. A caracterização química detalhou a composição dos cimentos sendo compatível com a descrição do fabricante e forneceu a quantificação das suas fases. A caracterização física mostrou que o MTA Fillapex apresentou os melhores resultados: a menor porosidade, o menor volume médio e o menor diâmetro do poro, o Sealer 26 dentre os cimentos resinosos apresentou o pior resultado, o Endofill mostrou-se melhor que o Sealer 26 tendo a maior densidade, o menor diâmetro das partículas, a distribuição granulométrica mais homogênea comparando-se a este. Os cimentos a base de resina mostraram um diâmetro do poro menor que o Endofill. Estes resultados podem estar ligados diretamente aos requisitos de um material obturador ideal. A metodologia utilizada produziu um detalhamento das características químicas e físicas dos cimentos estudados, mostrando um caminho para novas pesquisas na área.

Composite beta-AgVO3@V5+1.6V4+0.4O4.8 hydrogels and xerogels for catalytic applications

Comunicación (Poster) en panel del congreso: Designing New Heterogeneous Catalysts, Faraday Discussion, 4–6 April 2016. London, United Kingdom.

The development of a scanning strategy for the manufacture of porous biomaterials by selective laser melting.

Porous structures are used in orthopaedics to promote biological fixation between metal implant and host bone. In order to achieve rapid and high volumes of bone ingrowth the structures must be manufactured from a biocompatible material and possess high interconnected porosities, pore sizes between 100 and 700 microm and mechanical strengths that withstand the anticipated biomechanical loads. The challenge is to develop a manufacturing process that can cost effectively produce structures that meet these requirements. The research presented in this paper describes the development of a 'beam overlap' technique for manufacturing porous structures in commercially pure titanium using the Selective Laser Melting (SLM) rapid manufacturing technique. A candidate bone ingrowth structure (71% porosity, 440 microm mean pore diameter and 70 MPa compression strength) was produced and used to manufacture a final shape orthopaedic component. These results suggest that SLM beam overlap is a promising technique for manufacturing final shape functional bone ingrowth materials.

Development of a nanoporous and multilayer drug-delivery platform for medical implants.

Biodegradable polymers can be applied to a variety of implants for controlled and local drug delivery. The aim of this study is to develop a biodegradable and nanoporous polymeric platform for a wide spectrum of drug-eluting implants with special focus on stent-coating applications. It was synthesized by poly(DL-lactide-co-glycolide) (PLGA 65:35, PLGA 75:25) and polycaprolactone (PCL) in a multilayer configuration by means of a spin-coating technique. The antiplatelet drug dipyridamole was loaded into the surface nanopores of the platform. Surface characterization was made by atomic force microscopy (AFM) and spectroscopic ellipsometry (SE). Platelet adhesion and drug-release kinetic studies were then carried out. The study revealed that the multilayer films are highly nanoporous, whereas the single layers of PLGA are atomically smooth and spherulites are formed in PCL. Their nanoporosity (pore diameter, depth, density, surface roughness) can be tailored by tuning the growth parameters (eg, spinning speed, polymer concentration), essential for drug-delivery performance. The origin of pore formation may be attributed to the phase separation of polymer blends via the spinodal decomposition mechanism. SE studies revealed the structural characteristics, film thickness, and optical properties even of the single layers in the triple-layer construct, providing substantial information for drug loading and complement AFM findings. Platelet adhesion studies showed that the dipyridamole-loaded coatings inhibit platelet aggregation that is a prerequisite for clotting. Finally, the films exhibited sustained release profiles of dipyridamole over 70 days. These results indicate that the current multilayer phase therapeutic approach constitutes an effective drug-delivery platform for drug-eluting implants and especially for cardiovascular stent applications.

Effects of seed layer on the realization of larger self-assembled coherent InAs/GaAs quantum dots

The size and shape evolution of self-assembled InAs quantum dots (QDs) influenced by 2.0 ML InAs seed layer has been systematically investigated for 2.0, 2.5, and 2.9 ML deposition on GaAs(100) substrate. Based on comparisons with the formation of large incoherent InAs islands on single-layer samples at late growth stage, the larger coherent InAs quantum dots at 2.9 ML deposition has been observed on the second InAs layer. A simple model analysis accounting for the surface strain distribution influenced by buried islands gives a stronger increment of critical QD diameter for dislocation nucleation on the second layer in comparison with the single-layer samples. Additionally, the inhibition of dislocation nucleation in InGaAs/GaAs large islands can also be explained by our theoretical results. (C) 2000 American Institute of Physics. [S0021-8979(00)08922-2].

Preparation and characterization of monolithic columns for capillary electrochromatography with weak electroosmotic flow

Monolithic columns of capillary electrochromatography (CEC) with weak electroosmotic flow (EOF) have been prepared by in situ polymerization of butyl methacrylate and ethylene dimethacrylate, without any charged groups in the reaction mixture. The reproducibility of such columns has been proved good no matter whether they are prepared in the same batch or in different batches. In the case of BMA-EDMA monoliths, besides the traditional ternary mixture - 1-propanol, 1,4-butanediol, and water, binary porogenic solvents with only alcohols have also been adopted. Compared with ternary porogenic solvents, the design with binary ones allows for fine control of the pore diameter and the formation of the specific surface of the monolithic polymers. The composition of porogenic reagents has also been shown to have an effect on EOF in the column systems. In addition, the Joule heat effect in such columns has been studied by varying the inner diameter of columns. Through the separation of acidic compounds, monolithic columns with low EOF have shown potential in the analysis of charged samples.

Post-steam-treatment of Mo/HZSM-5 catalysts: An alternative and effective approach for enhancing their catalytic performances of methane dehydroaromatization

Post-steam-treatment is a facile and effective method for improving the catalytic performances of Mo/HZSM-5 catalysts in methane dehydroaromatization under nonoxidative conditions. The treatment can enhance the stability of the catalyst and also give a higher methane conversion and a higher yield of light aromatics, as well as a decrease in the formation rate of carbonaceous deposits. (27)Al, (29)Si, and (1)H multinuclear magic angle spinning nuclear magnetic resonance, X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray diffraction, X-ray fluorescence spectroscopy, and thermogravimetric analysis measurements as well as catalytic reaction evaluations were employed to conduct comparative studies on the properties of the catalysts before and after the post-steam-treatment. The results revealed that the number of free Bronsted acid sites per unit cell decreased, while more Mo species migrated into the HZSM-5 channels for the 6Mo/HZSM-5 catalysts after the post-steam-treatment. In addition, the average pore diameter was also larger for the post-steam-treated catalysts, and this was advantageous for mass transport of the reaction products. However, a severe post-steam-treatment, i.e., with longer treating time, of the 6Mo/HZSM-5 catalyst will lead to the formation of the Al(2)(MoO(4))(3) phases, which is detrimental to the reaction.

Ordered macroporous films from self-assembly of two-armed polymer with a crown ether core

Highly ordered honeycomb-like macroporous films were obtained via self-assembly of a two-armed polymer with a crown ether core under controlled conditions. A possible mechanism is speculated, primarily based on the strong affinity between the crown ether cores. The pore size and arrangement are sensitive to the solvent evaporation rate and the solution concentration. Upon spontaneous drying, the pore diameter (D) depends on the concentration (c) by a relation of D=518c(-0.610).

Textural and structural properties of bioactive glasses in the system CaO-SiO2

Gel-derived CaO-SiO2 binary glasses of CaO mole fractions 0. 2, 0.3 and 0. 4 have been prepared and characterised. Pore diameter specific pore volume, skeletal density and porosity were found to increase with increasing CaO-content, whereas a concomitant decrease in specific surface area was observed. Si-29 NMR indicated that the 0.2 CaO mole fraction glass consisted of higly polymerized Q(4) and Q(3) silicate species, with some Q(2) units. With increasing CaO mole fraction, these silicate species became progressively depolymerised such that isolated SiO4 tetrahedra were detected within the 0.4 CaO glass matrix. Unusually, the glasses retained a proportion of Q(4) and Q(3) species as the CaO mole fraction was increased. All glass formulations exhibited in vitro bioactivity. The rate of hydroxyapatite precipitation followed the order 0.2 CaO > 0.4 CaO > > 0.3 CaO, an effect that is attributed to differences in the rate of dissolution of calcium from these glasses. This, in turn, appears to be dependent upon the proportion of Ca 21 participating in the formation of the glassy network.

High capacity carbon based electrodes for lithium/oxygen batteries

Porous carbon aerogels are prepared by polycondensation of resorcinol (R) and formaldehyde (F)catalyzed by sodium carbonate (C) followed by carbonization of the resultant aerogels at 800? in an inert atmosphere. The porous texture of the carbons has been adjusted by the change of the molar ratio of resorcinol to catalyst (R/C) in the gel precursors in the range of 100 to 500. The porous structure of the aerogels and carbon aerogels are characterized by N2 adsorption-desorption measurements at 77 K. It is found that total pore volume and average pore diameter of the carbons increase with increase in the R/C ratio of the gel precursors.The prepared carbon aerogels are used as active materials in fabrication of composite carbon electrodes. The electrochemical performance of the electrodes has been tested by using them as cathodes in a Li/O2 cell. Through the galvanostatic charge/discharge measurements, it is found that with an increase of R/C ratio, the specific capacity of the Li/O2 cell fabricated from the carbon aerogels increases from 716 to 2077 charge/discharge cycles indicate that the carbon samples possess excellent stability on cycling.

Effect of composition, solvent exchange liquid and drying method on the porous structure of phenol-formaldehyde gels

Organic gels have been synthesized by sol–gel polycondensation of phenol (P) and formaldehyde (F) catalyzed by sodium carbonate (C). The effect of synthesis parameters such as phenol/catalyst ratio (P/C), solvent exchange liquid and drying method, on the porous structure of the gels have been investigated. The total and mesopore volumes of the PF gels increased with increasing P/C ratio in the range of P/C B 8, after this both properties started to decrease with P/C ratio for P/C[8 and the gel with P/C = 8 showed the highest total and mesopore volumes of 1.281 and 1.279 cm3 g-1 respectively. The gels prepared by freeze drying possessed significantly higher porosities than the vacuum dried gels. The pore volume and average pore diameter of the freeze dried gels were significantly higher than those of the vacuum dried gels. T-butanol emerged as the preferred solvent for the removal of water from the PF hydrogel prior to drying, as significantly higher pore volumes and specific surface areas were obtained in the corresponding dried gels. The results showed that freeze drying with t-butanol and lower P/C ratios were favourable conditions for the synthesis of highly mesoporous phenol–formaldehyde gels.