Synthèse et caractérisation physicochimique de peptides de polyglutamines

Neuf maladies neurodégénératives sont le produit de l’expression de gènes mutés, dans lesquels le codon CAG est répété au-delà d’un seuil pathologique. Ceci produit des protéines mutantes dans lesquelles sont insérés des segments de polyglutamines (polyGln), qui perdent leur activité et acquièrent une nouvelle fonction, ce qui est toxique pour le neurone. Ces altérations sont attribuables aux propriétés particulières de la polyGln. En effet, ces dernières possèdent la capacité de s’assembler pour former des corps d’inclusion intracellulaires. Cette propension à l’agrégation de la polyGln rend difficile l’étude de ces pathologies. C’est ainsi que l’utilisation de peptides peut s’avérer une approche avantageuse. Toutefois, la synthèse de polyGln est associée à de nombreuses délétions et nécessite l’ajout de groupements chargés afin de permettre leur purification. Cependant, ce prérequis donne lieu à des interactions électrostatiques qui biaisent la structure et la cinétique d’agrégation de ces peptides, en plus d’interférer avec l’évaluation d’éventuels agents thérapeutiques. L’objectif du projet est de développer un système permettant l’étude de la polyGln en s’affranchissant des effets de charges. Pour ce faire, deux approches ont été explorées, la première utilise la polyGln non chargée et la seconde utilise une structure polyGln-morpholine ayant des charges labiles en fonction du pH. Ces peptides ont été produits en utilisant une approche linéaire de synthèse peptidique sur support solide avec protection maximale des chaînes latérales. La purification a été effectuée par chromatographie de haute performance en phase inverse en milieu acide. Ces stratégies ont permis de produire des peptides de polyGln de grande pureté avec des rendements acceptables. Une procédure de solubilisation des peptides alliant sonication et lyophilisation a été développée afin d’étudier chacun de ces peptides à l’aide de diverses techniques physicochimiques, telles que la diffusion de la lumière, la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire, Raman et UV-visible, le dichroïsme circulaire et la microscopie optique polarisée. La polyGln non chargée solubilisée dans le trifluoroéthanol-eau a montré que la taille des particules et la vitesse d’agrégation sont proportionnelles à la fraction volumique en eau. De plus, la structure secondaire en solution est à prédominance alpha et semble être peu sensible à la fraction d’eau jusqu’à un certain seuil (25%) après lequel la structure aléatoire prédomine. L’analyse des agrégats à l’état solide montre des structures hélicoïdales > aléatoires et ont les caractéristiques des fibrilles amyloïdes. Le peptide de polyGln-morpholines a un pKa de 7,3 en milieu aqueux. Il demeure en solution lorsque le pH < pKa et à faible force ionique, alors qu’il s’autoassemble lorsque ces conditions ne sont pas respectées. Ceci suggère que la répulsion électrostatique est responsable de la stabilisation du peptide en solution. La dimension fractale nous indique que le peptide forme des agrégats compacts dont les constituants ont une taille de 2,5 nm, compatibles avec une conformation aléatoire compacte, en coude bêta ou hélicoïdale. Ceci est en accord avec l’étude structurale des peptides en solution qui a montré des espèces aléatoires > bêta > alpha. De plus, en RMN, l’élargissement des signaux du 1Hγ en cours d’agrégation suggère une interaction via les chaînes latérales. Les analyses en phase solide ont plutôt montré une prédominance de structures bêta et alpha. L’inhibition de l’agrégation à pH 8 varie selon rouge de Congo > tréhalose, alors que le peptide liant la polyGln 1 et la thioflavine T ne semble pas avoir d’effet. Ces approches ont donc permis pour la première fois de s’affranchir des effets de charges auparavant inhérents à l’étude de la polyGln en solution et par conséquent d’obtenir des informations inédites quant à la solubilité, la structure et la cinétique d’agrégation. Enfin, le dispositif à charges labiles permet d’évaluer l’efficacité d’éventuels agents thérapeutiques à pH quasi physiologique.

Développement de tensioactifs à base d’acides biliaires pegylés pour des applications pharmaceutiques

Les acides biliaires sont reconnus comme des tensioactifs d’origine biologique potentiellement applicables dans le domaine pharmaceutique. Leurs structures en font une plateforme idéale pour l’obtention de nouvelles architectures polymères. Des composés synthétisés par polymérisation anionique de dérivés d’oxirane comme l’oxyde d’éthylène, offre des dérivés amphiphiles pegylés démontrant des propriétés d’agrégation intéressantes en vue d’une amélioration de la biocompatibilité et de la capacité d’encapsulation médicamenteuse. Une large gamme d’acides biliaires pegylés (BA(EGn)x) a été préparée avec comme objectif premier leurs applications dans la formulation de principes actifs problématiques. Pour cela, une caractérisation rigoureuse du comportement de ces dérivés (modulation de la longueur (2 < n < 19) et du nombre de bras (2 < x < 4) de PEG) en solution a été réalisée. Dans le but d’améliorer la biodisponibilité de principes actifs lipophiles (cas de l’itraconazole), des nanoémulsions spontanées, composées de BA(EGn)x et d’acide oléique, ont été développées. L’évaluation in vitro, de la toxicité (cellulaire), et de la capacité de solubilisation des systèmes BA(EGn)x, ainsi que les paramètres pharmacocinétiques in vivo (chez le rat), suggèrent une livraison contrôlée par nos systèmes auto-assemblés lors de l’administration orale et intraveineuse. Aussi, la synthèse de copolymères en blocs en étoile à base d’acide cholique pegylés a été effectuée par polymérisation anionique par addition d’un second bloc au caractère hydrophobe de poly(éther d’allyle et de glycidyle) (CA(EGn-b-AGEm)4). Selon le ratio de blocs hydrophiles-hydrophobes CA(EGn-b-AGEm)4, des réponses thermiques en solution (LCST) ont été observées par un point de trouble (Cp) entre 8 oC et 37 oC. Un mécanisme de formation d’agrégats en plusieurs étapes est suggéré. La thiolation des allyles des PAGE permet une fonctionnalisation terminale à haute densité, comparable aux dendrimères. Les caractérisations physico-chimiques des CA(EGn-b-AGEm-NH2)4 et CA(EGn-b-AGEm-COOH)4 indiquent la formation de structures auto-assemblées en solution, sensibles à la température ou au pH. Cette fonctionnalisation élargie le domaine d’application des dérivés d’acides biliaires pegylés en étoile vers la transfection d’ADN, la livraison de siRNA thérapeutiques ou encore à une sélectivité de livraison médicamenteux (ex. sensibilité au pH, greffage ligands).

Nouvelles stratégies pour l’analyse des cyanotoxines par spectrométrie de masse

Les cyanobactéries ont une place très importante dans les écosystèmes aquatiques et un nombre important d’espèces considéré comme nuisible de par leur production de métabolites toxiques. Ces cyanotoxines possèdent des propriétés très variées et ont souvent été associées à des épisodes d’empoisonnement. L’augmentation des épisodes d’efflorescence d’origine cyanobactériennes et le potentiel qu’ils augmentent avec les changements climatiques a renchéri l’intérêt de l’étude des cyanobactéries et de leurs toxines. Considérant la complexité chimique des cyanotoxines, le développement de méthodes de détection simples, sensibles et rapides est toujours considéré comme étant un défi analytique. Considérant ces défis, le développement de nouvelles approches analytiques pour la détection de cyanotoxines dans l’eau et les poissons ayant été contaminés par des efflorescences cyanobactériennes nuisibles a été proposé. Une première approche consiste en l’utilisation d’une extraction sur phase solide en ligne couplée à une chromatographie liquide et à une détection en spectrométrie de masse en tandem (SPE-LC-MS/MS) permettant l’analyse de six analogues de microcystines (MC), de l’anatoxine (ANA-a) et de la cylindrospermopsine (CYN). La méthode permet une analyse simple et rapide et ainsi que la séparation chromatographique d’ANA-a et de son interférence isobare, la phénylalanine. Les limites de détection obtenues se trouvaient entre 0,01 et 0,02 μg L-1 et des concentrations retrouvées dans des eaux de lacs du Québec se trouvaient entre 0,024 et 36 μg L-1. Une deuxième méthode a permis l’analyse du b-N-méthylamino-L-alanine (BMAA), d’ANA-a, de CYN et de la saxitoxine (STX) dans les eaux de lac contaminés. L’analyse de deux isomères de conformation du BMAA a été effectuée afin d’améliorer la sélectivité de la détection. L’utilisation d’une SPE manuelle permet la purification et préconcentration des échantillons et une dérivatisation à base de chlorure de dansyle permet une chromatographie simplifiée. L’analyse effectuée par LC couplée à la spectrométrie de masse à haute résolution (HRMS) et des limites de détections ont été obtenues entre 0,007 et 0,01 µg L-1. Des échantillons réels ont été analysés avec des concentrations entre 0,01 et 0,3 µg L-1 permettant ainsi la confirmation de la présence du BMAA dans les efflorescences de cyanobactéries au Québec. Un deuxième volet du projet consiste en l’utilisation d’une technologie d’introduction d’échantillon permettant des analyses ultra-rapides (< 15 secondes/échantillons) sans étape chromatographique, la désorption thermique à diode laser (LDTD) couplée à l’ionisation chimique à pression atmosphérique (APCI) et à la spectrométrie de masse (MS). Un premier projet consiste en l’analyse des MC totales par l’intermédiaire d’une oxydation de Lemieux permettant un bris de la molécule et obtenant une fraction commune aux multiples congénères existants des MC. Cette fraction, le MMPB, est analysée, après une extraction liquide-liquide, par LDTD-APCI-MS/MS. Une limite de détection de 0,2 µg L-1 a été obtenue et des concentrations entre 1 et 425 µg L-1 ont été trouvées dans des échantillons d’eau de lac contaminés du Québec. De plus, une analyse en parallèle avec des étalons pour divers congénères des MC a permis de suggérer la possible présence de congénères ou d’isomères non détectés. Un deuxième projet consiste en l’analyse directe d’ANA-a par LDTD-APCI-HRMS pour résoudre son interférence isobare, la phénylalanine, grâce à la détection à haute résolution. La LDTD n’offre pas de séparation chromatographique et l’utilisation de la HRMS permet de distinguer les signaux d’ANA-a de ceux de la phénylalanine. Une limite de détection de 0,2 µg L-1 a été obtenue et la méthode a été appliquée sur des échantillons réels d’eau avec un échantillon positif en ANA-a avec une concentration de 0,21 µg L-1. Finalement, à l’aide de la LDTD-APCI-HRMS, l’analyse des MC totales a été adaptée pour la chair de poisson afin de déterminer la fraction libre et liée des MC et comparer les résultats avec des analyses conventionnelles. L’utilisation d’une digestion par hydroxyde de sodium précédant l’oxydation de Lemieux suivi d’une purification par SPE a permis d’obtenir une limite de détection de 2,7 µg kg-1. Des échantillons de poissons contaminés ont été analysés, on a retrouvé des concentrations en MC totales de 2,9 et 13,2 µg kg-1 comparativement aux analyses usuelles qui avaient démontré un seul échantillon positif à 2 µg kg-1, indiquant la possible présence de MC non détectés en utilisant les méthodes conventionnelles.

Studies on the Flammability of Short Kevlar Fiber-Thermoplastic Polyurethane Composite

The flammability of short Kevlar aramide fiber-thermoplastic polyurethane (TPU) has been investigated with respect to fiber loading and various flame retardant additives such as halogen containing polymers, antimony oxide/chlorine donor combination, zinc borate, and aluminum hydroxide. Smoke generation was reduced drastically, while the oxygen index was reduced marginally in the presence of short fibers. The best improvement in the oxygen index was obtained with antimony oxide/chlorinated paraffin wax combination, in the weight ratio 1:6. A 70 phr loading of aluminum hydroxide improved LOI and reduced smoke generation.

Sorptional Behaviour of Metals on the Sediments and Humic acid of Mangrove Ecosystem

Humic substances are complex polymeric structures.No other polymers with such a wide range of properties are so widely distributed in nature.But still their moleculer structures are unknown. A structural knowledge is essential in determining their reactivity with metals.In the present work structural elucidation of humic acids from three different mangrove ecosystems of Cochin area is done with the available data from functional group analysis and various spectroscopic methods.13C NMR spectra of the solid samples with CPMAS,IR and SEM are very promising in revealing the complex structures of these polymeric substances.Sorptional studies on the sediment and humic acid of mangrove ecosystem reveals that the major portion of the organic matter is not extractable with Sodium hydroxide and humic acid only a small portion of the total organic matter. Humic acid is a good complexing agent and scavenger. Due to the nonextractable nature of the organic matter present with the sediment left after alkali extraction it is a better scavenger.

Investigations On The Electrical Characteristics Of Certain Semiconductor Films And Polymerized Para-Toluidine Films

The thesis is a report of the attempts made to prepare semiconducting and dielectric thin films and to study their electrical properties. It consists of (i) studies on the preparation and electrical characteristics of compound semiconductor thin films of silver sulphide and ferric hydroxide, and (ii) investigations on the electrical and dielectric properties of plasma polymerized thin films of para-toluidine element

Characterization and FTIR spectral studies of human urinary stones from Southern India

Urinary stones resected from urinary bladders of patients hailing from Kollam district of Kerala State, India were analyzed by SEM, XRD and by thermal analysis techniques. The analytical results indicate that, stones have different composition, i.e., calcium phosphate, calcium phosphate hydroxide and sodium calcium carbonate. Infrared spectral studies also reveal the presence of phosphates or carbonates in these samples. Further, IR spectral investigations have revealed that amorphous carbonated species are occupied in PO4 sites in calcium phosphate type stone and OH sites in calcium phosphate hydroxide sample. Thermal studies of these samples also reveal that, carbon dioxide is released from carbonated samples upon heating which is related to amount of carbon content and bond strength. Crystals with defects and irregular morphology are grown inside the urinary bladder due to variation in crystal growth conditions

A structural investigation relating to the pozzolanic activity of rice husk ashes

Various factors determine the applicability of rice husk ash (RHA) as a pozzolanic material. The amount and accessibility of reactive sites is thought to be a key factor. A structural study of RHA samples in relation to their reactivity has been performed; Silica in RHA formed by burning rice husk in a laboratory furnace under continuous supply of air have been characterized as a function of incineration temperature, time and cooling regime. The characterization methods included chemical analyses, conductivity measurements, microscopic analysis, X-ray diffraction (XRD) and 29Si magic-angle spinning (MAS) nuclear magnetic resonance (NMR). In line with earlier observations, the analyses show that the highest amounts of amorphous silica occur in samples burnt in the range of 500 °C–700 °C. The 29Si NMR data allow direct identification of the reactive silanol sites in the RHA samples. De-convolution of the NMR spectra clearly shows that the quickly cooled RHA resulting from burning rice husk for 12 h at 500 °C has the highest amount of silanol groups. This sample also induced the largest drop in conductivity when added to a saturated calcium hydroxide solution giving an indication of its reactivity towards lime. Therefore, this RHA is the favorable sample to be used as pozzolanic cement additive

A study on mitigating the effect of sulphates in lime stabilised Cochin marine clays

Soft clays known for their high compressibility, low stiffness and low shear strength are always associated with large settlement. In place soil treatment using calcium-based stabilizers like lime and cement is a feasible solution to readdress strength deficiencies and problematic shrink/swell behaviour of unstable subgrade soils. Out of these, lime has been proved unambiguously as the most effective and economical stabilising agent for marine clays. Lime stabilisation creates long-term chemical changes in unstable clay soils to create strong, but flexible, permanent structural layers in foundations and other pavement systems. Even though calcium-based stabilizers can improve engineering properties of soft clays, problems can arise when they are used in soils rich in sulphates. It is possible for marine clays to be enriched with sulphates, either by nature or due to the discharge of nearby industrial wastes containing sulphates. The presence of sulphates is reported to adversely affect the cation exchange and pozzolanic reactions of cement and lime treated soil systems. The anions of sulphates may combine with the available calcium and alumina, and form insoluble ettringite in the soil system. Literature on sulphate attack in lime treated marine clays reports that formation of ettringite in lime-sodium sulphate-clay system is capable of adversely affecting the engineering behavior of marine clays. Only very few studies have been conducted on soft marine clays found along the coastal belt of Kerala and that too, is limited to Cochin marine clays. The studies conducted also have the limitation that the strength behaviour of lime stabilised clay was investigated only for one year. Practically no data pertaining to long term adverse effects likely to be brought about by sulphates on the strength and compressibility characteristics of Cochin marine clays is available. The overriding goal of this investigation was thus to examine the effectiveness of lime stabilisation in Cochin marine clays under varying sulphate contents. The study aims to reveal the changes brought about by varying sulphate contents on both physical and engineering properties of these clays stabilised by lime and the results for various curing periods up to two years is presented in this thesis. Quite often the load causing an unacceptable settlement may be less than the load required to cause shear failure and therefore attempt has been made in this research to highlight sulphate induced changes in both the compressibility and strength characteristics of lime treated Cochin marine clays. The study also aimed at comparing the available IS methods for sulphate quantification and has attempted to determine the threshold level of sulphate likely make these clays vulnerable by lime stabilisation. Clays used in this study were obtained from two different sites in Kochi and contained sulphate in two different concentrations viz., 0.5% and 0.1%. Two different lime percentages were tried out, 3% and 6%. Sulphate content was varied from 1% to 4% by addition of reagent grade sodium sulphate. The long term influence of naturally present sulphate is also investigated. X-ray diffraction studies and SEM studies have been undertaken to understand how the soil-lime reactions are affected in the presence of sodium sulphate. Natural sulphate content of 0.1% did not seem to have influenced normal soil lime reactions but 0.5% sulphate could induce significant changes adversely in both compressibility and strength behaviour of lime treated clays after long duration. Compressibility is seen to increase drastically with increasing sulphate content suggesting formation of ettringite on curing for longer periods. Increase in compression index and decrease in bond strength with curing period underlined the adverse effects induced in lime treated marine clays by the presence of sulphates. Presence of sulphate in concentrations ranging from 0.5 % to 4% is capable of adversely affecting the strength of lime treated marine clays. Considerable decrease is observed with increasing concentrations of sulphate. Ettringite formation due to domination of sodium ions in the system was confirmed in mineralogical studies made. Barium chloride and barium hydroxide is capable of bringing about beneficial changes both in compressibility and strength characteristics of lime treated Cochin marine clays in the presence of varying concentrations of sulphate and is strongly influenced by curing time. Clay containing sodium sulphate has increased strength values when either of barium compounds was used with lime ascompared with specimens treated with lime only. Barium hydroxide is observed to remarkably increase the strength as compared to barium chloride,when used in conjunction with lime to counteract the effect of sulphate.

Behavior of geopolymer concrete exposed to elevated temperatures

The research in the area of geopolymer is gaining momentum during the past 20 years. Studies confirm that geopolymer concrete has good compressive strength, tensile strength, flexural strength, modulus of elasticity and durability. These properties are comparable with OPC concrete.There are many occasions where concrete is exposed to elevated temperatures like fire exposure from thermal processor, exposure from furnaces, nuclear exposure, etc.. In such cases, understanding of the behaviour of concrete and structural members exposed to elevated temperatures is vital. Even though many research reports are available about the behaviour of OPC concrete at elevated temperatures, there is limited information available about the behaviour of geopolymer concrete after exposure to elevated temperatures. A preliminary study was carried out for the selection of a mix proportion. The important variable considered in the present study include alkali/fly ash ratio, percentage of total aggregate content, fine aggregate to total aggregate ratio, molarity of sodium hydroxide, sodium silicate to sodium hydroxide ratio, curing temperature and curing period. Influence of different variables on engineering properties of geopolymer concrete was investigated. The study on interface shear strength of reinforced and unreinforced geopolymer concrete as well as OPC concrete was also carried out. Engineering properties of fly ash based geopolymer concrete after exposure to elevated temperatures (ambient to 800 °C) were studied and the corresponding results were compared with those of conventional concrete. Scanning Electron Microscope analysis, Fourier Transform Infrared analysis, X-ray powder Diffractometer analysis and Thermogravimetric analysis of geopolymer mortar or paste at ambient temperature and after exposure to elevated temperature were also carried out in the present research work. Experimental study was conducted on geopolymer concrete beams after exposure to elevated temperatures (ambient to 800 °C). Load deflection characteristics, ductility and moment-curvature behaviour of the geopolymer concrete beams after exposure to elevated temperatures were investigated. Based on the present study, major conclusions derived could be summarized as follows. There is a definite proportion for various ingredients to achieve maximum strength properties. Geopolymer concrete with total aggregate content of 70% by volume, ratio of fine aggregate to total aggregate of 0.35, NaOH molarity 10, Na2SiO3/NaOH ratio of 2.5 and alkali to fly ash ratio of 0.55 gave maximum compressive strength in the present study. An early strength development in geopolymer concrete could be achieved by the proper selection of curing temperature and the period of curing. With 24 hours of curing at 100 °C, 96.4% of the 28th day cube compressive strength could be achieved in 7 days in the present study. The interface shear strength of geopolymer concrete is lower to that of OPC concrete. Compared to OPC concrete, a reduction in the interface shear strength by 33% and 29% was observed for unreinforced and reinforced geopolymer specimens respectively. The interface shear strength of geopolymer concrete is lower than ordinary Portland cement concrete. The interface shear strength of geopolymer concrete can be approximately estimated as 50% of the value obtained based on the available equations for the calculation of interface shear strength of ordinary portland cement concrete (method used in Mattock and ACI). Fly ash based geopolymer concrete undergoes a high rate of strength loss (compressive strength, tensile strength and modulus of elasticity) during its early heating period (up to 200 °C) compared to OPC concrete. At a temperature exposure beyond 600 °C, the unreacted crystalline materials in geopolymer concrete get transformed into amorphous state and undergo polymerization. As a result, there is no further strength loss (compressive strength, tensile strength and modulus of elasticity) in geopolymer concrete, whereas, OPC concrete continues to lose its strength properties at a faster rate beyond a temperature exposure of 600 °C. At present no equation is available to predict the strength properties of geopolymer concrete after exposure to elevated temperatures. Based on the study carried out, new equations have been proposed to predict the residual strengths (cube compressive strength, split tensile strength and modulus of elasticity) of geopolymer concrete after exposure to elevated temperatures (upto 800 °C). These equations could be used for material modelling until better refined equations are available. Compared to OPC concrete, geopolymer concrete shows better resistance against surface cracking when exposed to elevated temperatures. In the present study, while OPC concrete started developing cracks at 400 °C, geopolymer concrete did not show any visible cracks up to 600 °C and developed only minor cracks at an exposure temperatureof 800 °C. Geopolymer concrete beams develop crack at an early load stages if they are exposed to elevated temperatures. Even though the material strength of the geopolymer concrete does not decrease beyond 600 °C, the flexural strength of corresponding beam reduces rapidly after 600 °C temperature exposure, primarily due to the rapid loss of the strength of steel. With increase in temperature, the curvature at yield point of geopolymer concrete beam increases and thereby the ductility reduces. In the present study, compared to the ductility at ambient temperature, the ductility of geopolymer concrete beams reduces by 63.8% at 800 °C temperature exposure. Appropriate equations have been proposed to predict the service load crack width of geopolymer concrete beam exposed to elevated temperatures. These equations could be used to limit the service load on geopolymer concrete beams exposed to elevated temperatures (up to 800 °C) for a predefined crack width (between 0.1mm and 0.3 mm) or vice versa. The moment-curvature relationship of geopolymer concrete beams at ambient temperature is similar to that of RCC beams and this could be predicted using strain compatibility approach Once exposed to an elevated temperature, the strain compatibility approach underestimates the curvature of geopolymer concrete beams between the first cracking and yielding point.

Procés de destintatge del paper per flotació. Avaluació de l'eficàcia de l'eliminació de tinta

La tesi doctoral presentada té com a objectius principals l'estudi de les etapes fonamentals de desintegració i flotació en un procés de destintatge de papers vell de qualitats elevades per a poder millorar l'eficàcia d'aquestes etapes clau. Conté una revisió teòrica completa i molt actualitzada del procés de desintegració i flotació tant a nivell macroscòpic com microscòpic. La metodologia de treball en el laboratori, la posada a punt dels aparells, així com les anàlisis efectuades per a valorar la resposta del procés (anàlisi de blancor, anàlisi d'imatge i anàlisi de la concentració efectiva de tinta residual) estan descrites en el capítol de material i mètodes. La posada en marxa permet obtenir unes primeres conclusions respecte la necessitat de treballar amb una matèria primera homogènia i respecte la no significació de la temperatura de desintegració dins l'interval de treball permès al laboratori (20-50°C). L'anàlisi de les variables mecàniques de desintegració: consistència de desintegració (c), velocitat d'agitació en la desintegració (N) i temps de desintegració (t), permet de discernir que la consistència de desintegració és una variable fonamental. El valor de consistència igual al 10% marca el límit d'existència de les forces d'impacte mecànic en la suspensió fibrosa. A consistències superiors, les forces viscoses i d'acceleració dominen l'etapa de desintegració. Existeix una interacció entre la consistència i el temps de desintegració, optimitzant-se aquesta darrera variable en funció del valor de la consistència. La velocitat d'agitació és significativa només per a valors de consistència de desintegració inferiors al 10%. En aquests casos, incrementar el valor de N de 800 a 1400 rpm representa una disminució de 14 punts en el factor de destintabilitat. L'anàlisi de les variables químiques de desintegració: concentració de silicat sòdic (% Na2SiO3), peròxid d'hidrogen (% H2O2) i hidròxid sòdic (% Na2OH), proporciona resultats força significatius. El silicat sòdic presenta un efecte altament dispersant corroborat per les corbes de distribució dels diàmetres de partícula de tinta obtingudes mitjançant anàlisi d'imatges. L'hidròxid sòdic també presenta un efecte dispersant tot i que no és tant important com el del silicat sòdic. Aquests efectes dispersants són deguts principalment a l'increment de les repulsions electrostàtiques que aporten a la suspensió fibrosa aquests reactius químics fent disminuir l'eficàcia d'eliminació de l'etapa de flotació. El peròxid d'hidrogen utilitzat generalment com agent blanquejant, actua en aquests casos com a neutralitzador dels grups hidroxil provinents tant del silicat sòdic com de l'hidròxid sòdic, disminuint la repulsió electrostàtica dins la suspensió. Amb l'anàlisi de les variables hidrodinàmiques de flotació: consistència de flotació (c), velocitat d'agitació durant la flotació (N) i cabal d'aire aplicat (q), s'aconsegueix la seva optimització dins el rang de treball permès al laboratori. Valors elevats tant de la velocitat d'agitació com del cabal d'aire aplicat durant la flotació permeten eliminar majors quantitats de tinta. La consistència de flotació assoleix valors òptims depenent de les condicions de flux dins la cel·la de flotació. Les metodologies d'anàlisi emprades permeten obtenir diferents factors de destintabilitat. Entre aquests factors existeix una correlació important (determinada pels coeficients de correlació de Pearson) que permet assegurar la utilització de la blancor com a paràmetre fonamental en l'anàlisi del destintatge de papers vells, sempre i quan es complementi amb anàlisis d'imatge o bé amb anàlisi de la concentració efectiva de tinta residual. S'aconsegueixen expressions empíriques tipus exponencial que relacionen aquests factors de destintabilitat amb les variables experimentals. L' estudi de les cinètiques de flotació permet calcular les constants cinètiques (kBlancor, kERIC, kSupimp) en funció de les variables experimentals, obtenint un model empíric de flotació que relacionant-lo amb els paràmetres microscòpics que afecten realment l'eliminació de partícules de tinta, deriva en un model fonamental molt més difícil d'interpretar. Mitjançant l'estudi d'aquestes cinètiques separades per classes, també s'aconsegueix determinar que l'eficàcia d'eliminació de partícules de tinta és màxima si el seu diàmetre equivalent és superior a 50 μm. Les partícules amb diàmetres equivalents inferiors a 15 μm no són eliminades en les condicions de flotació analitzades. Es pot dir que és físicament impossible eliminar partícules de tinta de diàmetres molt diferents amb la mateixa eficiència i sota les mateixes condicions de treball. El rendiment del procés analitzat en funció de l'eliminació de sòlids per l'etapa de flotació no ha presentat relacions significatives amb cap de les variables experimentals analitzades. Únicament es pot concloure que addicionar quantitats elevades de silicat sòdic provoca una disminució tant de sòlids com de matèria inorgànica presents en les escumes de flotació.

Eliminación de compuestos causantes de olores mediante adsorbentes/catalizadores obtenidos a partir de lodos de depuradora

El aumento de la cantidad de lodos y las dificultades inherentes a su aplicación agrícola y/o disposición en vertederos, hace necesario encontrar nuevas alternativas para su gestión. A nivel europeo, hoy en día se tiende hacia la aplicación de tratamientos térmicos (incineración, pirólisis y gasificación) que permiten una valoración energética de los lodos, si bien generan un residuo sólido que sigue siendo necesario gestionar. El problema medioambiental provocado por (malos) olores resulta difícil de abordar de una manera genérica, teniendo en consideración la propia naturaleza del olor y sus posibles causas. Los olores en las EDARs son provocados básicamente por la degradación de la materia orgánica en condiciones anaeróbicas y se detectan en todas las operaciones unitarias en diferentes niveles de concentración. Esta tesis incidiendo en ambos aspectos, tiene por objeto investigar la valorización de lodos como materiales precursores de adsorbentes/ catalizadores para la eliminación de olores en el entorno de las EDARs, maximizando la reutilización de los lodos. Para la realización de los experimentos se han seleccionado lodos procedentes de tres EDARs situadas en la región de Girona (SC, SB, SL) que difieren en cuanto al tratamiento de los lodos. Ambas muestras han sido caracterizadas con el fin de determinar las diferencias más importantes en los lodos de partida. Los parámetros de caracterización incluyen el análisis de composición química (análisis elemental e inmediato, determinación contenido en cenizas, medida pH, DRX, FT-IR, SEM / EDX) así como análisis de superficie (adsorción de N2 y CO2). En primer lugar los lodos caracterizados han sido sometidos a diferentes tratamientos térmicos de gasificación y pirólisis y los adsorbentes/ catalizadores obtenidos se han probado como adsorbentes para la eliminación de H2S. Como consecuencia de este estudio, se ha desechado el uso de uno de lodos (SC) puesto que se obtenían resultados muy similares a (SB), a continuación el estudio se centró en el lodo de SL. Con este objetivo se han preparado 12 muestras 6 de ellas pirolizadas y 6 gasificadas en el rango de temperaturas que comprende 600-1100 ºC. Posteriormente las muestras han sido caracterizadas y se ha determinado la capacidad de eliminación (x/M) del H2S. Los resultados muestran que hemos sido capaces de obtener unos materiales que si bien, presentan un bajo desarrollo de porosidad dan lugar a valores de capacidades de eliminación elevados y comparables a carbones y materiales adsorbentes comerciales (Centaur, Sorbalit). Las elevadas eficiencias de eliminación se atribuyen básicamente a la presencia de especies catalíticamente activas tales como los óxidos mixtos de calcio y hierro determinados por DRX en las muestras tratadas térmicamente. El segundo bloque de resultados se centra la mejora de las propiedades texturales de estos materiales adsorbentes. Con este objetivo se llevaron acabo procesos de activación física con CO2 y química con H3PO4 e hidróxidos alcalinos (NaOH y KOH), que hasta el momento no se había probado con este tipo de precursores. Los resultados indican que la activación física (CO2) y química (H3PO4) no son unos buenos métodos para la obtención de adsorbentes altamente porosos con este tipo de materia prima bajo las condiciones probadas, sin embargo la activación con hidróxidos alcalinos da lugar a materiales adsorbentes con superficies específicas de hasta 1600 m2g-1. En el caso de la activación con hidróxidos, tanto el incremento de la relación agente activante/ precursor como el incremento de la temperatura producen un descenso del rendimiento, al mismo tiempo que incrementan el valor de SBET. Los materiales resultantes de la activación con hidróxidos alcalinos se han probado como adsorbentes/ catalizadores para la eliminación de H2S. Los resultados indican que un incremento del área superficial no es indicativo de un aumento de la capacidad de eliminación dada la naturaleza ácida de estos materiales obtenidos. Con el fin de contrarrestar el efecto ácido de estos materiales se han realizado los mismos ensayos añadiendo NaOH al lecho de reacción llegando a valores de x/M de hasta 450 mgg-1. Posteriormente también se han realizado ensayos de eliminación de NH3 con algunas de estas muestras, y los resultados obtenidos de x/M son del orden de carbones activados comerciales. Los materiales adsorbentes obtenidos tras la activación con hidróxidos alcalinos se convierten en materiales muy atractivos para ser utilizados como adsorbentes/ catalizadores de múltiples contaminantes (COVs, Hg...).

Comparison of methane produced by straw fed sheep in open-circuit respiration with methane predicted by fermentation characteristics measured by an in vitro gas procedure

Reducing carbon conversion of ruminally degraded feed into methane increases feed efficiency and reduces emission of this potent greenhouse gas into the environment. Accurate, yet simple, predictions of methane production of ruminants on any feeding regime are important in the nutrition of ruminants, and in modeling methane produced by them. The current work investigated feed intake, digestibility and methane production by open-circuit respiration measurements in sheep fed 15 untreated, sodium hydroxide (NaOH) treated and anhydrous ammonia (NH3) treated wheat, barley and oat straws. In vitro fermentation characteristics of straws were obtained from incubations using the Hohenheim gas production system that measured gas production, true substrate degradability, short-chain fatty acid production and efficiency of microbial production from the ratio of truly degraded substrate to gas volume. In the 15 straws, organic matter (OM) intake and in vivo OM digestibility ranged from 563 to 1201 g and from 0.464 to 0.643, respectively. Total daily methane production ranged from 13.0 to 34.4 l, whereas methane produced/kg OM matter apparently digested in vivo varied from 35.0 to 61.8 l. The OM intake was positively related to total methane production (R2 = 0.81, P<0.0001), and in vivo OM digestibility was also positively associated with methane production (R2 = 0.67, P<0.001), but negatively associated with methane production/kg digestible OM intake (R2 = 0.61, P<0.001). In the in vitro incubations of the 15 straws, the ratio of acetate to propionate ranged from 2.3 to 2.8 (P<0.05) and efficiencies of microbial production ranged from 0.21 to 0.37 (P<0.05) at half asymptotic gas production. Total daily methane production, calculated from in vitro fermentation characteristics (i.e., true degradability, SCFA ratio and efficiency of microbial production) and OM intake, compared well with methane measured in the open-circuit respiration chamber (y = 2.5 + 0.86x, R2 = 0.89, P<0.0001, Sy.x = 2.3). Methane production from forage fed ruminants can be predicted accurately by simple in vitro incubations combining true substrate degradability and gas volume measurements, if feed intake is known.

Tanniniferous Dichrostachys cinerea fruits do not require detoxification for goat nutrition: in sacco and in vivo evaluations

This study investigated the potential of Dichrostachys cinerea fruits as a protein supplement in semi-arid areas of Zimbabwe. The tanniniferous fruits were treated with aqueous solutions of polyethylene glycol (PEG) or sodium hydroxide (NaOH). Both treatments increased the soluble fraction, rate of degradation and effective degradability (ED) of nitrogen (N) in sacco. The PEG effects were higher than the NaOH effects (e.g. a 25% vs. 6% increase in effective N degradabilities, respectively). Five treatments were evaluated in a N-balance trial using Matebele goats: ground, PEG- or NaOH-treated D. cinerea fruits, a commercial protein supplement (CPS) and no supplement. Animals offered ground fruits or CPS retained most N (3.7 or 4.1 g N/day, respectively), while those offered NaOH- or PEG-treated fruits retained significantly less N (2.7 or 1.0 g/day, respectively). Unsupplemented animals were in negative N balance (-2.4 g/day). PEG treatment deactivated the tannins more than the NaOH treatment. PEG treatment resulted in excessive protein degradation in the rumen leading to high urine N loss. It is concluded that the D. cinerea fruits were beneficial for goat N-nutrition and that the tannins did not require inactivation. D. cinerea fruits can, therefore, replace the expensive commercial protein supplement. It is also suggested that the collection and grinding of fruits could be used as a management tool to control bush encroachment. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Electrochemical and sonoelectrochemical monitoring of indigo reduction by glucose

The reduction of indigo (dispersed in water) to leuco-indigo (dissolved in water) is an important industrial process and investigated here for the case of glucose as an environmentally benign reducing agent. In order to quantitatively follow the formation of leuco-indigo two approaches based on (i) rotating disk voltammetry and (ii) sonovoltammetry are developed. Leuco-indigo, once formed in alkaline solution, is readily monitored at a glassy carbon electrode in the mass transport limit employing hydrodynamic voltammetry. The presence of power ultrasound further improves the leuco-indigo determination due to additional agitation and homogenization effects. While inactive at room temperature, glucose readily reduces indigo in alkaline media at 65 degrees C. In the presence of excess glucose, a surface dissolution kinetics limited process is proposed following the rate law d eta(leuco-indigo)/dt = k x c(OH-) x S-indigo where eta(leuco-indigo) is the amount of leuco-indigo formed, k = 4.1 x 10(-9) m s(-1) (at 65 degrees C, assuming spherical particles of I gm diameter) is the heterogeneous dissolution rate constant,c(OH-) is the concentration of hydroxide, and Sindigo is the reactive surface area. The activation energy for this process in aqueous 0.2 M NaOH is E-A = 64 U mol(-1) consistent with a considerable temperature effects. The redox mediator 1,8-dihydroxyanthraquinone is shown to significantly enhance the reaction rate by catalysing the electron transfer between glucose and solid indigo particles. (c) 2006 Elsevier Ltd. All fights reserved.