Rheo-NMR study of water-based cellulose liquid crystal system at high shear rates

Since long ago cellulosic lyotropic liquid crystals were thought as potential materials to produce fibers competitive with spidersilk or Kevlar, yet the processing of high modulus materials from cellulose-based precursors was hampered by their complex rheological behavior. In this work, by using the Rheo-NMR technique, which combines deuterium NMR with rheology, we investigate the high shear rate regimes that may be of interest to the industrial processing of these materials. Whereas the low shear rate regimes were already investigated by this technique in different works [1-4], the high shear rates range is still lacking a detailed study. This work focuses on the orientational order in the system both under shear and subsequent relaxation process arising after shear cessation through the analysis of deuterium spectra from the deuterated solvent water. At the analyzed shear rates the cholesteric order is suppressed and a flow-aligned nematic is observed which for the higher shear rates develops after certain time periodic perturbations that transiently annihilate the order in the system. During relaxation the flow aligned nematic starts losing order due to the onset of the cholesteric helices leading to a period of very low order where cholesteric helices with different orientations are forming from the aligned nematic, followed in the final stage by an increase in order at long relaxation times corresponding to the development of aligned cholesteric domains. This study sheds light on the complex rheological behavior of chiral nematic cellulose-based systems and opens ways to improve its processing. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Syngas production by water electrolysis: preliminary tests on methane production

Master Thesis to obtain the Master degree in Chemical Engineering - Branch Chemical Processes

Hydrogen evolution on nanostructured Ni-Cu foams

Three-dimensional (3D) nickel-copper (Ni-Cu) nanostructured foams were prepared by galvanostatic electrodeposition, on stainless steel substrates, using the dynamic hydrogen bubble template. These foams were tested as electrodes for the hydrogen evolution reaction (HER) in 8 M KOH solutions. Polarisation curves were obtained for the Ni-Cu foams and for a solid Ni electrode, in the 25-85 degrees C temperature range, and the main kinetic parameters were determined. It was observed that the 3D foams have higher catalytic activity than pure Ni. HER activation energies for the Ni-Cu foams were lower (34-36 kJ mol(-1)) than those calculated for the Ni electrode (62 kJ mol(-1)). The foams also presented high stability for HER, which makes them potentially attractive cathode materials for application in industrial alkaline electrolysers.

Optimization studies through simulation of a methanol/water/glycerol distillation column

This paper presents an optimization study of a distillation column for methanol and aqueous glycerol separation in a biodiesel production plant. Considering the available physical data of the column configuration, a steady state model was built for the column using Aspen-HYSYS as process simulator. Several sensitivity analysis were performed in order to better understand the relation between the variables of the distillation process. With the information obtained by the simulator, it is possible to define the best range for some operational variables that maintain composition of the desired product under specifications and choose operational conditions to minimize energy consumptions.

Transformation of Medicago truncatula with the arginine decarboxylase gene to modify polyamine metabolism toward water deficit resistance

Dissertation submitted to obtain a Ph.D. (Doutoramento) degree in Biology at the Instituto de Tecnologia Química e Biológica da Universidade Nova de Lisboa

Sensor electroquímico seletivo para a Norfloxacina

A Norfloxacina (NFX) é um antibiótico antibacteriano indicado para combater bactérias Gram-negativas e amplamente utilizado para o tratamento de infeções no trato respiratório e urinário. Com a necessidade de realizar estudos clínicos e farmacológicos esenvolveram-se métodos de análise rápida e sensitiva para a determinação da Norfloxacina. Neste trabalho foi desenvolvido um novo sensor eletroquímico sensível e seletivo para a deteção da NFX. O sensor foi construído a partir de modificações efetuadas num elétrodo de carbono vítreo. Inicialmente o elétrodo foi modificado com a deposição de uma suspensão de nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNT) de modo a aumentar a sensibilidade de resposta analítica. De seguida um filme polímerico molecularmente impresso (MIP) foi preparado por eletrodeposição, a partir de uma solução contendo pirrol (monómero funcional) e NFX (template). Um elétrodo de controlo não impresso foi também preparado (NIP). Estudouse e caraterizou-se a resposta eletroquímica do sensor para a oxidação da NFX por voltametria de onda quadrada. Foram optimizados diversos parâmetros experimentais, tais como, condições ótimas de polimerização, condições de incubação e condições de extração. O sensor apresenta um comportamento linear entre a intensidade da corrente do pico e o logaritmo da concentração de NFX na gama entre 0,1 e 8μM. Os resultados obtidos apresentam boa precisão, com repetibilidade inferior a 6% e reprodutibilidade inferior a 9%. Foi calculado a partir da curva de calibração um limite de deteção de 0,2 μM O método desenvolvido é seletivo, rápido e de fácil manuseamento. O sensor molecularmente impresso foi aplicado com sucesso na deteção da NFX em amostras de urina real e água.

One-step preparation of optically transparent Ni-Fe oxide film electrocatalyst for oxygen evolution reaction

Optically transparent cocatalyst film materials is very desirable for improved photoelectrochemical (PEC)oxygen evolution reaction (OER) over light harvesting photoelectrodes which require the exciting light to irradiate through the cocatalyst side, i.e., front-side illumination. In view of the reaction overpotential at electrode/electrolyte interface, the OER electrocatalysts have been extensively used as cocatalysts for PEC water oxidation on photoanode. In this work, the feasibility of a one-step fabrication of the transparent thin film catalyst for efficient electrochemical OER is investigated. The Ni-Fe bimetal oxide films, 200 nm in thickness, are used for study. Using a reactive magnetron co-sputtering technique, transparent(> 50% in wavelength range 500-2000 nm) Ni-Fe oxide films with high electrocatalytic activities were successfully prepared at room temperature. Upon optimization, the as-prepared bimetal oxide film with atomic ratio of Fe/Ni = 3:7 demonstrates the lowest overpotential for the OER in aqueous KOH solution, as low as 329 mV at current density of 2 mA cm 2, which is 135 and 108 mV lower than that of as-sputtered FeOx and NiOx thin films, respectively. It appears that this fabrication strategy is very promising to deposit optically transparent cocatalyst films on photoabsorbers for efficient PEC water splitting.

Talk on water ecological economics and participatory watershed governance

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Ambiente pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Water-contact patterns and risk factors for Schistosoma mansoni infection in a rural village of Northeast Brazil

Schistosomiasis mansoni in the Serrano village, municipality of Cururupu, state of Maranhão, Brazil, is a widely spread disease. The PECE (Program for the Control of Schistosomiasis), undertaken since 1979 has reduced the prevalence of S. mansoni infection and the hepatosplenic form of the disease. Nevertheless piped water is available in 84% of the households, prevalence remains above 20%. In order to identify other risk factors responsible for the persistence of high prevalence levels, a cross-sectional survey was carried out in a systematic sample of 294 people of varying ages. Socioeconomic, environmental and demographic variables, and water contact patterns were investigated. Fecal samples were collected and analyzed by the Kato-Katz technique. Prevalence of S. mansoni infection was 24.1%, higher among males (35.5%) and between 10-19 years of age (36.6%). The risk factors identified in the univariable analysis were water contacts for vegetable extraction (Risk Ratio - RR = 2.92), crossing streams (RR = 2.55), bathing (RR = 2.35), fishing (RR = 2.19), hunting (RR = 2.17), cattle breeding (RR = 2.04), manioc culture (RR = 1.90) and leisure (RR = 1.56). After controlling for confounding variables by proportional hazards model the risks remained higher for males, vegetable extraction, bathing in rivers and water contact in rivers or in periodically inundated parts of riverine woodland (swamplands)

Recovery of acid and base from brackish water by bipolar membrane electrodialysis

Nesta dissertação pretendeu-se estudar a viabilidade do uso de eletrodiálise com membranas bipolares (BM) na recuperação de ácido clorídrico e de hidróxido de sódio a partir de um efluente industrial que contém 1.4 mol/L de cloreto de sódio. Estas membranas mostraram ser uma ferramenta eficiente para a produção de ácidos e bases a partir do respetivo sal. Foi feita uma seleção de diferentes membranas bipolares (Neosepta, Fumatech e PCA) e aniónicas (PC-SA e PC-ACID 60) na tentativa de encontrar a combinação mais adequada para o tratamento do efluente. Dependendo do critério, o melhor arranjo de membranas é o uso de PC-ACID 60 (membrana aniónica), PC-SK (membrana catiónica) e membranas bipolares do tipo Neosepta para maior pureza dos produtos; membranas bipolares Fumatech para maior eficiência de dessalinização e membranas bipolares PCA para um maior grau de dessalinização. Tecnologicamente foi possível obter uma dessalinização de 99.8% em quatro horas de funcionamento em modo batch com recirculação de todas as correntes. Independentemente da combinação usada é recomendável que o processo seja parado quando a densidade de corrente deixa de ser máxima, 781 A/m2. Assim é possível evitar o aumento de impurezas nos produtos, contra difusão, descida instantânea do pH e uma dessalinização pouco eficiente. A nível piloto o principal fornecedor de membranas e unidade de tratamento “stack” é a marca alemã PCA. Sendo assim realizaram-se ensaios de repetibilidade, contra difusão, avaliação económica e upscaling utilizando as membranas bipolares PCA. A nível económico estudou-se o uso de dois tipos de unidades de tratamento; EDQ 380 e EDQ 1600, para diferentes níveis de dessalinização (50, 75 e 80%). Tendo em conta a otimização económica, é recomendável uma dessalinização máxima de 80%, uma vez que a eficiência de processo a este ponto é de 40%. A aplicação do método com a unidade EDQ 1600 para uma dessalinização de 50% é a mais vantajosa economicamente, com custos de 16 €/m3 de efluente tratado ou 0,78 €/kg Cl- removido. O número de unidades necessárias é 4 posicionados em série.

Estudo eletroquímico do dano oxidativo promovido por RNOS e PAH e o efeito protetor de antioxidantes no ADN

No dia-a-dia, os organismos vivos estão sujeitos a vários tipos de agressões de origem endógena e exógena. A produção endógena exagerada de agentes oxidantes que ocorre nos processos metabólicos dos seres vivos está intimamente associada ao aparecimento e desenvolvimento de várias patologias. Por outro lado, e devido às atividades antropogénicas, muitos agentes oxidantes de origem ambiental e alimentar entram por via exógena no organismo dos seres vivos provocando igualmente danos a nível celular. De modo a protegerem-se dos efeitos pejorativos provocados por estes compostos, os organismos vivos desenvolveram mecanismos complexos de defesa antioxidante. Este trabalho consistiu no estudo eletroquímico do dano oxidativo induzido por agentes oxidantes (PAH (hidrocarbonetos aromáticos policíclicos), H2O2, NO• e HClO) e do efeito protetor, ao dano oxidativo, promovido por antioxidantes no material baseado no ADN recorrendo à utilização de um biossensor de bases púricas, adenina-EPC (elétrodo pasta de carbono) e dA20-EPC, utilizando a voltametria de onda quadrada (VOQ) como técnica de deteção. A aplicação da eletroquímica apresenta várias vantagens para a quantificação da capacidade antioxidante total (CAT) pois, permite a redução da quantidade de reagentes e amostra em análise, elimina a etapa de remoção de cor (a cor é um interferente nos métodos óticos) e não requer equipamentos dispendiosos. Foram seguidas diferentes abordagens para a construção dos biossensores. A primeira consistiu na construção de um adenina-EPC em três etapas: i) condicionamento do EPC, ii) eletrodeposição da adenina no EPC e iii) leitura do sinal eletroquímico. Assim, foram otimizados diversos parâmetros: concentração de adenina (150,0 mg/L), potencial de condicionamento (Ec) (+ 1,80 V), potencial de deposição (Ed) (+ 0,40 V), tempo de condicionamento (tc) (180 s) e tempo de deposição (td) (240 s). Foi aplicado o adenina-EPC no estudo do dano oxidativo provocado por PAH (benzo (g,h,i) perileno) e constatou-se que era necessário transformar o benzo (g,h,i) perileno num radical para se possível observar danos oxidativos induzidos no biossensor. A nova estratégia consistiu na construção de um dA20-EPC, através da adsorção física de uma gota de dA20 na superfície do EPC, com posterior secagem e leitura do sinal eletroquímico. Neste procedimento foi otimizada a concentração de dA20 (100,0 mg/L). O dano oxidativo provocado pelo H2O2, NO• e HClO foi estudado sobre o dA20-EPC e verificou-se que os três agentes oxidantes induziam dano oxidativo no dA20-EPC. Confirmou-se a capacidade do ácido ascórbico (AA) em proteger o dA20-EPC do dano oxidativo induzido por H2O2 e NO•. O biossensor desenvolvido (dA20-EPC) foi aplicado na avaliação da CAT de diferentes amostras reais (café, sumo de laranja e água aromatizada de laranja) usando-se como agentes oxidantes o H2O2 e NO•. Todas as amostras analisadas apresentaram ter capacidade antioxidante. Quando se utilizou o dA20-EPC na presença de H2O2, verificou-se que as amostras de café apresentam valores mais elevados de CAT (1130-1488 mg AAE/L) do que as amostras de bebidas (110 mg AAE/L em água aromatizada e 775 mg AAE/L em sumo). Os valores de CAT obtidos para amostras de sumo e água aromatizada na presença de NO• indicam que a amostra de sumo possui maior teor de CAT (871 mg AAE/L) conforme era esperado, do que a amostra de água aromatizada (172 mg AAE/L). Na presença de HClO, o valor de CAT mais elevado pertence a uma amostra de sumo (513 mg AAE/L) mas, o valor de CAT da amostra de sumo natural é muito mais baixa do que o esperado (17 mg AAE/L). Foram estudados outros antioxidantes para além do AA (ácido cumárico, ácido gálico e ácido cafeico), e constatou-se que cada um deles promove proteção ao dA20-EPC na presença de cada um dos diferentes contaminantes (H2O2, NO• e HClO).

QUESTIONNAIRES IN THE SCREENING FOR Schistosoma mansoni INFECTION: A STUDY OF SOCIO DEMOGRAPHIC AND WATER CONTACT VARIABLES IN FOUR COMMUNITIES IN BRAZIL

The use of questionnaires has been recommended for identifying, at a lower cost, individuals at risk for schistosomiasis. In this study, validity of information obtained by questionnaire in the screening for Schistosoma mansoni infection was assessed in four communities in the State of Minas Gerais, Brazil. Explanatory variables were water contact activities, sociodemographic characteristics and previous treatment for schistosomiasis. From 677, 1474, 766 and 3290 individuals eligible for stool examination in the communities, 89 to 97% participated in the study. The estimated probability of individuals to be infected, if they have all characteristics identified as independently associated with S.mansoni infection, varied from 15% in Canabrava, to 42% in Belo Horizonte, 48% in Comercinho and 80% in São José do Acácio. Our results do not support the hypothesis that a same questionnaire on risk factors could be used in screening for S.mansoni infection in different communities.

Biochemistry of grape berries: post-genomics approaches to uncover the effects of water deficits on ripening

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biochemistry, Plant Physiology

Occurrence of Cryptosporidium oocysts and Giardia cysts in raw water from the Atibaia river, Campinas, Brazil

Cryptosporidium parvum and Giardia duodenalis are waterborne parasites that have caused several outbreaks of gastrointestinal disease associated with drinking water. Due to the lack of studies about the occurrence of these protozoa in water in the Southeast of Brazil, an investigation was conducted to verify the presence of cysts and oocysts in superficial raw water of the Atibaia River. The water samples were submitted to membrane filtration (3.0 mum) and elution was processed by (1) scraping and rinsing of membrane (RM method) and (2) acetone-dissolution (ADM method). Microbiologic and chemical parameters were analyzed. Aliquots of the pellets were examined by immunofluorescence (Merifluor, Meridian Diagnostics, Cincinnati, Ohio). All water samples were positive for Cryptosporidium and Giardia, in spite of the high turbidity. Higher recovery rates occurred in samples treated by the RM method than by the ADM technique. The goal for future work is the assessment of viability of cysts and oocysts to determine the public health significance of this finding.

Sarcosine oxidase composite screen-printed electrode for sarcosine determination in biological samples

As the prostate cancer (PCa) progresses, sarcosine levels increase both in tumor cells and urine samples, suggesting that this metabolite measurements can help in the creation of non-invasive diagnostic methods for this disease. In this work, a biosensor device was developed for the quantification of sarcosine via electrochemical detection of H2O2 (at 0.6 V) generated from the catalyzed oxidation of sarcosine. The detection was carried out after the modification of carbon screen printed electrodes (SPEs) by immobilization of sarcosine oxidase (SOX) on the electrode surface. The strategies used herein included the activation of the carbon films by an electrochemical step and the formation of an NHS/EDAC layer to bond the enzyme to the electrode, the use of metallic or semiconductor nanoparticles layer previously or during the enzyme immobilization. In order to improve the sensor stability and selectivity a polymeric layer with extra enzyme content was further added. The proposed methodology for the detection of sarcosine allowed obtaining a limit of detection (LOD) of 16 nM, using a linear concentration range between 10 and 100 nM. The biosensor was successfully applied to the analysis of sarcosine in urine samples.