Chitosan scaffold as an alternative adsorbent for the removal of hazardous food dyes from aqueous solutions

Hypothesis: The dye adsorption with chitosan is considered an eco-friendly alternative technology in relation to the existing water treatment technologies. However, the application of chitosan for dyes removal is limited, due to its low surface area and porosity. Then we prepared a chitosan scaffold with a megaporous structure as an alternative adsorbent to remove food dyes from solutions. Experiments: The chitosan scaffold was characterized by infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and structural characteristics. The potential of chitosan scaffold to remove five food dyes from solutions was investigated by equilibrium isotherms and thermodynamic study. The scaffold–dyes interactions were elucidated, and desorption studies were carried out. Findings: The chitosan scaffold presented pore sizes from 50 to 200 lm, porosity of 92.2 ± 1.2% and specific surface area of 1135 ± 2 m2 g 1. The two-step Langmuir model was suitable to represent the equilibrium data. The adsorption was spontaneous, favorable, exothermic and enthalpy-controlled process. Electrostatic interactions occurred between chitosan scaffold and dyes. Desorption was possible with NaOH solution (0.10 mol L 1). The chitosan megaporous scaffold showed good structural characteristics and high adsorption capacities (788–3316 mg g 1).

Hidroterapia canina

A hidroterapia é um recurso que pode ser utilizado como meio terapêutico nos animais. Este artigo de revisão bibliográfica tem como finalidade dar a conhecer as propriedades físicas da água, os seus benefícios e indicações no tratamento de cães. São traçadas algumas considerações sobre o plano de tratamento dos cães e expostas as várias modalidades existentes, tal como apresentados alguns dos exercícios terapêuticos que se podem realizar e equipamentos utilizados. Finalmente são abordadas as questões relacionadas com as precauções e contraindicações da hidroterapia, assim como os cuidados com o tratamento da água. Em conclusão, sugere-se a realização de mais investigação nesta área, em que veterinários e fisioterapeutas devem colaborar em conjunto, com vista a beneficiar o melhor amigo do Homem, o cão.

Método de sedimentación de partículas semiconductores coloidales

Se basa en el control del pH de la suspensión coloidal, modificándolo de tal manera que se alcance el punto isoeléctrico que es característico de cada tipo de partícula en presencia de un determinado electrolito. Una vez terminado el tratamiento de fotocatálisis se almacena la suspensión coloidal en un tanque y tras homogeneizar la misma mediante agitadores convencionales se toma una muestra representativa del volumen total y se añade una base o un ácido a la misma hasta conseguir el punto de carga eléctrica nula de la muestra. A continuación se añade al tanque de almacenamiento la cantidad adecuada de base o de ácido, extrapolada de la etapa anterior, con lo que se conseguirá el punto de carga eléctrica nula del volumen almacenado en el tanque. Finalmente se retira el sobrenadante limpio, una vez que se ha producido la sedimentación del catalizador en el fondo del tanque de almacenamiento.

Relação saúde e ambiente e trabalho de produtores rurais com propriedades de pequeno porte

Introdução: As mudanças no mundo do trabalho vem repercutindo de maneira positiva e negativa na saúde dos trabalhadores, na particularidade do ambiente rural. A inclusão de tecnologias representam parte destas mudanças, que buscam aumentar a produtividade e, consequentemente, a exposição ao riscos. Objetivos: o primeiro objetivo deste estudo incide em identificar o perfil do trabalhador agricultor rural na relação saúde, trabalho e ambiente. O segundo objetivo visa analisar a relação saúde e ambiente rural frente a percepção de agricultores e o terceiro e último, desenvolver um processo de intervenção junto à equipe da EMATER/ASCAR de Uruguaiana/RS, a partir da percepção de risco ocupacional de pequenos produtores rurais do município. Metodologia: a fim de contemplar a primeira produção realizou-se um estudo exploratório, descritivo, de abordagem quantitativa, com amostra intencional pareada de 20 agricultores de Uruguaiana/RS/Brasil. A coleta dos dados foi realizada por meio de questionário, observações não participantes e registro fotográfico. Os dados foram analisados quantitativamente e por meio da leitura dos registros nos diários de campo. O segundo estudo foi qualitativo tipo exploratório, realizado com uma amostra intencional de 27 agricultores, neste incluimos sete agricultores que participaram do estudo piloto. A análise temática resultou em dois temas: características socioeconômicas dos agricultores e ação humana na relação saúde e ambiente com dois significados principais na relação: benefícios e agravos. Resultados: as propriedades rurais eram de difícil acesso para transporte e coleta de lixo, ausência do tratamento de água e rede sanitária de esgoto; a maioria não possuía cuidado com a água e utilizavam agrotóxicos na produção. Todos identificaram a existência da relação entre saúde e ambiente, remetendo-se a siginificados como: ausência da doença e da dor, local natural, manutenção da vida, higiene, bem estar e poluição. Conclusão: os enfermeiros podem fomentar ações de cuidado à saúde dos trabalhadores que têm dificuldades de acesso às informações em saúde, mediante atenção e orientações aos riscos estabelecidos na relação saúde e ambiente, por meio da saúde socioambiental, no intuito de orientar estes trabalhadores para mudanças de hábitos que promoverão melhoras na saúde, ambiente e trabalho, propiciando o bem estar dos seres humanos.

Hydrothermal carbonization in the synthesis of sustainable porous carbon materials

Carbon materials are found versatile and applicable in wide range of applications. During the recent years research of carbon materials has focussed on the search of environmentally friendly, sustainable, renewable and low-cost starting material sources as well as simple cost-efficient synthesis techniques. As an alternative synthesis technique in the production of carbon materials hydrothermal carbonization (HTC) has shown a great potential. Depending on the application HTC can be performed as such or as a pretreatment technique. This technique allows synthesis of carbon materials i.e. hydrochars in closed vessel in the presence of water and self-generated pressure at relatively low temperatures (180-250 ˚C). As in many applications well developed porosity and heteroatom distribution are in a key role. Therefore in this study different techniques e.g. varying feedstock, templating and post-treatment in order to introduce these properties to the hydrochars structure were performed. Simple monosaccharides i.e. fructose or glucose and more complex compounds such as cellulose and sludge were performed as starting materials. Addition of secondary precursor e.g. thiophenecarboxaldehyde and ovalbumin was successfully exploited in order to alter heteroatom content. It was shown that well-developed porosity (SBET 550 m2/g) can be achieved via one-pot approach (i.e. exploitation of salt mixture) without conventionally used post-carbonization step. Nitrogen-enriched hydrochars indicated significant Pb(II) and Cr(VI) removal efficiency of 240 mg/g and 68 mg/g respectively. Sulphur addition into carbon network was not found to have enhancing effect on the adsorption of methylene blue or change acidity of the carbon material. However, these hydrochars were found to remove 99.9 % methylene blue and adsorption efficiency of these hydrochars remained over 90 % even after regeneration. In addition to water treatment application N-rich high temperature treated carbon materials were proven applicable as electrocatalyst and electrocatalyst support. Hydrothermal carbonization was shown to be workable technique for the production of carbon materials with variable physico-chemical properties and therefore hydrochars could be applied in several different applications e.g. as alternative low-cost adsorbent for pollutant removal from water.

Quantitative characterization of physico-chemical properties of the active layers of reverse osmosis and nanofiltration membranes, and their relation to membrane performance

The main objectives of this dissertation were: (i) to develop experimental and analytical procedures to quantify different physico-chemical properties of the ultra-thin (~ 100 nm) active layers of reverse osmosis (RO) and nanofiltration (NF) membranes and their interactions with contaminants; (ii) to use such procedures to evaluate the similarities and differences between the active layers of different RO/NF membranes; and (iii) to relate characterization results to membrane performance. Such objectives were motivated by the current limited understanding of the physico-chemical properties of active layers as a result of traditional characterization techniques having limitations associated with the nanometer-scale spatial resolution required to study these ultra-thin films. Functional groups were chosen as the main active layer property of interest. Specific accomplishments of this study include the development of procedures to quantify in active layers as a function of pH: (1) the concentration of both negatively and positively ionized functional groups; (2) the stoichiometry of association between ions (i.e., barium) and ionized functional groups (i.e., carboxylate and sulfonate); and (3) the steric effects experienced by ions (i.e., barium). Conceptual and mathematical models were developed to describe experimental results. The depth heterogeneity of the active layer physico-chemical properties and interactions with contaminants studied in this dissertation was also characterized. Additionally, measured concentrations of ionized functional groups in the polyamide active layers of several commercial RO/NF membranes were used as input in a simplified RO/NF transport model to predict the rejection of a strong electrolyte (i.e., potassium iodide) and a weak acid (i.e., arsenious acid) at different pH values based on rejection results at one pH condition. The good agreement between predicted and experimental results showed that the characterization procedures developed in this study serve as useful tools in the advancement of the understanding of the properties and structure of the active layers of RO/NF membranes, and the mechanisms of contaminant transport through them.

Composição do fitoplâncton e cianotoxinas em um reservatório utilizado para o abastecimento público: o efeito do tratamento de água convencional.

Florações de cianobactérias nocivas ocorrem frequentemente em reservatórios brasileiros, devido ao incremento de nutrientes pela eutrofização e pelas mudanças climáticas, como o aquecimento global. Estas florações alteram a qualidade dos corpos hídricos, produzindo compostos de gosto e odor e cianotoxinas, que representam um problema para as Estações de Tratamento de Água (ETAs). Estes compostos, quando dissolvidos na água dificultam os tratamentos convencionais. Além das cianobacérias, um dinoflagelado exótico tem ocorrido em águas doces brasileiras, incluindo reservatórios utilizados para o abastecimento público. Os reservatórios de Caxias do Sul (RS – Brasil) são gerenciados pelo Serviço Autônomo Municipal de Água e Esgoto (SAMAE) e apresentam um histórico de florações de cianobactérias nocivas, como Dolichospermum Bory de Saint-Vincent ex Bornet & Flahault e Microcystis (Kützing) ex Lemmermann, dentre outras. Além disso, desde 2012, tem ocorrido nestes reservatórios florações de Ceratium furcoides. Este organismo quando em extensas florações tem sido relacionado à perda da qualidade dos corpos hídricos. O reservatório Maestra foi construído entre os anos de 1965-1970 e abastece 22% da população de Caxias do Sul. Este reservatório fornece água para a ETA Celeste Gobatto, que utiliza o método convencional de tratamento da água. Este trabalho esta estruturado em três capítulos. O primeiro consiste de uma revisão bibliográfica de assuntos relavantes acerca do histórico do monitoramento da qualidade dos reservatórios no Brasil, da biologia de algas e cianobactérias, e as principais cianotixinas e acidentes devido à intoxicação no Brasil. Além disso, é feita uma breve revisão sobre o tratamento convencional da água, mostrando a importância de cada etapa para a remoção das impurezas, de acordo com os padrões de potabilidade da Portaria 2914. O segundo capítulo é manuscrito na forma de artigo científico intítulado “Composição de algas, cianobactérias e cianotoxinas no reservatório Maestra – Caxias do Sul, RS – Brasil”. Este estudo foi realizado entre janeiro de 2012 a abril de 2013. O terceiro capítulo consta de um manuscrito na forma de artigo científico, intitulado “Efeito do tratamento de água convencional na remoção de algas, cianobactérias e cianotoxinas em uma Estação de Tratamento de Água Convencional”. A eficiência de remoção foi avaliada em escala piloto, em uma Estação de Tratamento de Água de Caxias do Sul – RS a qual utiliza o método convencional de tratamento.

Revisão do plano de segurança da água do sistema regional do Carvoeiro

Os Planos de Segurança da Água surgem com a necessidade de aumentar a segurança da água de abastecimento, superando a monitorização de conformidade de “fim de linha”, permitindo aumentar a confiança do consumidor na qualidade da água que lhe é fornecida. Esta nova abordagem recorre a uma metodologia de gestão baseada na identificação e no controlo de riscos em pontos críticos de um sistema de abastecimento, em complemento do controlo realizado através da monitorização da conformidade da água entregue aos consumidores. O Plano de Segurança da Água (PSA) encontra-se implementado no Sistema Regional do Carvoeiro (SRC) desde o ano de 2009. O SRC é um sistema de abastecimento de água em alta, sendo constituído por conjunto de infraestruturas de captação, tratamento, transporte e armazenamento de água desde a sua origem, localizada no rio Vouga, em Carvoeiro, até aos municípios integrados na Associação de Municípios do Carvoeiro-Vouga. Atendendo à obra de expansão do SRC, tornou-se imperativo efetuar uma revisão ao PSA, sendo este o objetivo primordial do trabalho de estágio desenvolvido na empresa Águas do Vouga S.A, concessionária responsável pela gestão do SRC. Para a prossecução deste objetivo, o trabalho desenvolvido envolveu os seguintes passos metodológicos: identificação das operações aplicadas no SRC; identificação de perigos e eventos perigosos em todos os órgãos constituintes do sistema; avaliação de riscos; identificação de pontos críticos de controlo; identificação de pontos de monitorização e medidas preventivas; elaboração do plano de monitorização, incluindo, procedimentos de controlo operacional em condições normais de funcionamento e em caso de desvio; validação deste plano. Deste trabalho resultou a identificação de 166 eventos perigosos, 17 tipologias de perigos, 3 pontos de controlo crítico e 17 pontos de monitorização. Os pontos de controlo crítico foram identificados nos processos de tratamento da ETA do Carvoeiro. O primeiro foi localizado na etapa de filtração com areia, antracite e zeólitos correspondendo aos perigos com metais (Fe e Mn), outros compostos químicos perigosos, partículas, turvação, matéria orgânica e alumínio. O segundo ponto foi identificado na etapa de filtração com filtros de carvão ativado granular relativo ao aparecimento de sabor e cianotoxinas. O terceiro ponto de controlo crítico foi encontrado na etapa de desinfeção referente aos microrganismos patogénicos. Os pontos de monitorização foram localizados ao longo do sistema em situações onde não se dispõem de nenhuma medida de controlo para eliminar o perigo e antes e após os pontos de controlo crítico. O plano de monitorização foi desenvolvido para estes pontos, embora os limites e procedimentos definidos devam ser alvo de revisão após a conclusão da obra de expansão do sistema. A validação da revisão do plano foi iniciada, mas cingiu-se apenas na avaliação preliminar de riscos, prévia ao início de operação da ETA do Carvoeiro. Para além da revisão deste plano, foram realizadas outras tarefas, nomeadamente uma análise à qualidade da água fornecida e distribuída pelo sistema, a elaboração do plano PCQA para o ano de 2016, a configuração da plataforma de gestão operacional NAVIATM e a revisão do Manual de Gestão da Águas do Vouga relativo ao processo de qualidade na captação, tratamento e distribuição e ao processo de qualidade na gestão do PSA.

Applications for nanomaterials in critical technologies

This thesis is devoted to the development, synthesis, properties, and applications of nano materials for critical technologies, including three areas: (1) Microbial contamination of drinking water is a serious problem of global significance. About 51% of the waterborne disease outbreaks in the United States can be attributed to contaminated ground water. Development of metal oxide nanoparticles, as viricidal materials is of technological and fundamental scientific importance. Nanoparticles with high surface areas and ultra small particle sizes have dramatically enhanced efficiency and capacity of virus inactivation, which cannot be achieved by their bulk counterparts. A series of metal oxide nanoparticles, such as iron oxide nanoparticles, zinc oxide nanoparticles and iron oxide-silver nanoparticles, coated on fiber substrates was developed in this research for evaluation of their viricidal activity. We also carried out XRD, TEM, SEM, XPS, surface area measurements, and zeta potential of these nanoparticles. MS2 virus inactivation experiments showed that these metal oxide nanoparticle coated fibers were extremely powerful viricidal materials. Results from this research suggest that zinc oxide nanoparticles with diameter of 3.5 nm, showing an isoelectric point (IEP) at 9.0, were well dispersed on fiberglass. These fibers offer an increase in capacity by orders of magnitude over all other materials. Compared to iron oxide nanoparticles, zinc oxide nanoparticles didn’t show an improvement in inactivation kinetics but inactivation capacities did increase by two orders of magnitude to 99.99%. Furthermore, zinc oxide nanoparticles have higher affinity to viruses than the iron oxide nanoparticles in presence of competing ions. The advantages of zinc oxide depend on high surface charge density, small nanoparticle sizes and capabilities of generating reactive oxygen species. The research at its present stage of development appears to offer the best avenue to remove viruses from water. Without additional chemicals and energy input, this system can be implemented by both points of use (POU) and large-scale use water treatment technology, which will have a significant impact on the water purification industry. (2) A new family of aliphatic polyester lubricants has been developed for use in micro-electromechanical systems (MEMS), specifically for hard disk drives that operate at high spindle speeds (>15000rpm). Our program was initiated to address current problems with spin-off of the perfluoroether (PFPE) lubricants. The new polyester lubricant appears to alleviate spin-off problems and at the same time improves the chemical and thermal stability. This new system provides a low cost alternative to PFPE along with improved adhesion to the substrates. In addition, it displays a much lower viscosity, which may be of importance to stiction related problems. The synthetic route is readily scalable in case additional interest emerges in other areas including small motors. (3) The demand for increased signal transmission speed and device density for the next generation of multilevel integrated circuits has placed stringent demands on materials performance. Currently, integration of the ultra low-k materials in dual Damascene processing requires chemical mechanical polishing (CMP) to planarize the copper. Unfortunately, none of the commercially proposed dielectric candidates display the desired mechanical and thermal properties for successful CMP. A new polydiacetylene thermosetting polymer (DEB-TEB), which displays a low dielectric constant (low-k) of 2.7, was recently developed. This novel material appears to offer the only avenue for designing an ultra low k dielectric (1.85k), which can still display the desired modulus (7.7Gpa) and hardness (2.0Gpa) sufficient to withstand the process of CMP. We focused on further characterization of the thermal properties of spin-on poly (DEB-TEB) ultra-thin film. These include the coefficient of thermal expansion (CTE), biaxial thermal stress, and thermal conductivity. Thus the CTE is 2.0*10-5K-1 in the perpendicular direction and 8.0*10-6 K-1 in the planar direction. The low CTE provides a better match to the Si substrate which minimizes interfacial stress and greatly enhances the reliability of the microprocessors. Initial experiments with oxygen plasma etching suggest a high probability of success for achieving vertical profiles.

Urban ponds as an aquatic biodiversity resource in modified landscapes.

Urbanization is a global process contributing to the loss and fragmentation of natural habitats. Many studies have focused on the biological response of terrestrial taxa and habitats to urbanization. However, little is known regarding the consequences of urbanization on freshwater habitats, especially small lentic systems. In this study we examined aquatic macroinvertebrate diversity (family and species level) and variation in community composition between 240 urban and 784 non-urban ponds distributed across the UK. Contrary to predictions, urban ponds supported similar numbers of invertebrate species and families compared to non-urban ponds. Similar gamma diversity was found between the two groups at a family level, and while at a species level gamma diversity was higher in non-urban ponds, this difference was not statistically significant. The biological communities of urban ponds were markedly different to those of non-urban ponds and the variability in urban pond community composition was greater than that in non-urban ponds, contrary to previous work showing homogenisation of communities in urban areas. Positive spatial autocorrelation was recorded for urban and non-urban ponds at 0-50 km (distance between pond study sites) and negative spatial autocorrelation was observed at 100-150 km, and was stronger in urban ponds in both cases. Ponds do not follow the same ecological patterns as terrestrial and lotic habitats (reduced taxonomic richness) in urban environments; in contrast they support high taxonomic richness and contribute significantly to regional faunal diversity. Individual cities are complex structural mosaics which evolve over long periods of time and are managed in diverse ways, promoting the development of a wide-range of environmental conditions and habitat niches in urban ponds which can promote greater heterogeneity between pond communities at larger scales. Ponds provide an opportunity for managers and environmental regulators to conserve and enhance freshwater biodiversity in urbanized landscapes whilst also facilitating key ecosystem services including storm water storage and water treatment.

Engineered Vesicles for Perchlorate Degradation

This study demonstrates the use of engineered vesicles to reduce perchlorate. Specifically, cell-free extracts containing perchlorate reductase and chlorite dismutase enzymes were encapsulated in a triblock copolymer vesicle functionalized with the outer membrane porin OmpF. The porin allows for perchlorate transport into the vesicles, inside which the encapsulated enzymes transform perchlorate to chloride. Perchlorate reduction was quantified using a methyl viologen colorimetric technique. The vesicle solutions had perchlorate-reducing activities ranging from 35-45 units per liter. This work shows that vesicles can provide a mechanism to utilize environmentally-relevant biological enzymes. When incorporated into a vesicle, the enzymes could be used outside of environmental conditions where they would normally be expressed by natural bacteria.

Downstream processing of reverse osmosis brine: Characterisation of potential scaling compounds

Reverse osmosis (RO) brine produced at a full-scale coal seam gas (CSG) water treatment facility was characterized with spectroscopic and other analytical techniques. A number of potential scalants including silica, calcium, magnesium, sulphates and carbonates, all of which were present in dissolved and non-dissolved forms, were characterized. The presence of spherical particles with a size range of 10-1000nm and aggregates of 1-10 microns was confirmed by transmission electron microscopy (TEM). Those particulates contained the following metals in decreasing order: K, Si, Sr, Ca, B, Ba, Mg, P, and S. Characterization showed that nearly one-third of the total silicon in the brine was present in the particulates. Further, analysis of the RO brine suggested supersaturation and precipitation of metal carbonates and sulphates during the RO process should take place and could be responsible for subsequently capturing silica in the solid phase. However, the precipitation of crystalline carbonates and sulphates are complex. X-ray diffraction analysis did not confirm the presence of common calcium carbonates or sulphates but instead showed the presence of a suite of complex minerals, to which amorphous silica and/or silica rich compounds could have adhered. A filtration study showed that majority of the siliceous particles were less than 220nm in size, but could still be potentially captured using a low molecular weight ultrafiltration membrane. © 2015 Elsevier Ltd.