Nanostructured materials for Lithium-ion battery technology

The Li-ion battery has for several years been at the forefront of powering an ever-increasing number of modem consumer electronic devices such as laptops, tablet PCs, cell phones, portable music players etc., while in more recent times, has also been sought to power a range of emerging electric and hybrid-electric vehicle classes. Given their extreme popularity, a number of features which define the performance of the Li-ion battery have become a target of improvement and have garnered tremendous research effort over the past two decades. Features such as battery capacity, voltage, lifetime, rate performance, together with important implications such as safety, environmental benignity and cost have all attracted attention. Although properties such as cell voltage and theoretical capacity are bound by the selection of electrode materials which constitute its interior, other performance makers of the Li-ion battery such as actual capacity, lifetime and rate performance may be improved by tailoring such materials with characteristics favourable to Li+ intercalation. One such tailoring route involves shrinking of the constituent electrode materials to that of the nanoscale, where the ultra-small diameters may bestow favourable Li+ intercalation properties while providing a necessary mechanical robustness during routine electrochemical operation. The work detailed in this thesis describes a range of synthetic routes taken in nanostructuring a selection of choice Li-ion positive electrode candidates, together with a review of their respective Li-ion performances. Chapter one of this thesis serves to highlight a number of key advancements which have been made and detailed in the literature over recent years pertaining to the use of nanostructured materials in Li-ion technology. Chapter two provides an overview of the experimental conditions and techniques employed in the synthesis and electrochemical characterisation of the as-prepared electrode materials constituting this doctoral thesis. Chapter three details the synthesis of small-diameter V2O5 and V2O5/TiO2 nanocomposite structures prepared by a novel carbon nanocage templating method using liquid precursors. Chapter four details a hydrothermal synthesis and characterisation of nanostructured β-LiVOPO4 powders together with an overview of their Li+ insertion properties while chapter five focuses on supercritical fluid synthesis as one technique in the tailoring of FeF2 and CoF2 powders having potentially appealing Li-ion 'conversion' properties. Finally, chapter six summarises the overall conclusions drawn from the results presented in this thesis, coupled with an indication of potential future work which may be explored upon the materials described in this work.

Synthesis & characterisation of group IV semiconducting nanowires

Semiconductor nanowires, particularly group 14 semiconductor nanowires, have been the subject of intensive research in the recent past. They have been demonstrated to provide an effective, versatile route towards the continued miniaturisation and improvement of microelectronics. This thesis aims to highlight some novel ways of fabricating and controlling various aspects of the growth of Si and Ge nanowires. Chapter 1 highlights the primary technique used for the growth of nanowires in this study, namely, supercritical fluid (SCF) growth reactions. The advantages (and disadvantages) of this technique for the growth of Si and Ge nanowires are highlighted, citing numerous examples from the past ten years. The many variables involved in this technique are discussed along with the resultant characteristics of nanowires produced (diameter, doping, orientation etc.). Chapter 2 outlines the experimental methodologies used in this thesis. The analytical techniques used for the structural characterisation of nanowires produced are also described as well as the techniques used for the chemical analysis of various surface terminations. Chapter 3 describes the controlled self-seeded growth of highly crystalline Ge nanowires, in the absence of conventional metal seed catalysts, using a variety of oligosilylgermane precursors and mixtures of germane and silane compounds. A model is presented which describes the main stages of self-seeded Ge nanowire growth (nucleation, coalescence and Ostwald ripening) from the oligosilylgermane precursors and in conjunction with TEM analysis, a mechanism of growth is proposed. Chapter 4 introduces the metal assisted etching (MAE) of Si substrates to produce Si nanowires. A single step metal-assisted etch (MAE) process, utilising metal ion-containing HF solutions in the absence of an external oxidant, was developed to generate heterostructured Si nanowires with controllable porous (isotropically etched) and non-porous (anisotropically etched) segments. In Chapter 5 the bottom-up growth of Ge nanowires, similar to that described in Chapter 3, and the top down etching of Si, described in Chapter 4, are combined. The introduction of a MAE processing step in order to “sink” the Ag seeds into the growth substrate, prior to nanowire growth, is shown to dramatically decrease the mean nanowire diameters and to narrow the diameter distributions. Finally, in Chapter 6, the biotin – streptavidin interaction was explored for the purposes of developing a novel Si junctionless nanowire transistor (JNT) sensor.

Extracção supercrítica de óleo de grainha de uva combinada com pré-tratamentos enzimáticos

Neste trabalho estudou-se a extracção supercrítica do óleo de grainha de uva, usando dióxido de carbono, e combinou-se este processo com um prétratamento enzimático da semente para aumentar o rendimento global da extracção. A qualidade dos extractos obtidos foi avaliada pelo seu conteúdo em triacilglicerídeos, perfil de ácidos gordos e capacidade antioxidante. Realizaram-se também alguns estudos exploratórios sobre a aplicação de um pré-tratamento de alta pressão (HPP) à grainha da uva. Adicionalmente, efectuou-se o estudo da extracção, fraccionamento e caracterização estrutural das procianidinas da grainha da uva, bem como a avaliação da sua capacidade antioxidante. A extracção de procianidinas da grainha da uva foi efectuada sequencialmente com metanol e acetona/água, tendo sido posteriormente fraccionadas por adição sucessiva de misturas metanol/clorofórmio progressivamente mais concentradas em clorofórmio. A caracterização das procianidinas foi feita por HPLC-UV e LC–MS, antes e depois de sujeitar as amostras a uma tiólise, e também por ESI-MS e ESI-MS/MS. Este estudo permitiu reportar, pela primeira vez, a ocorrência de procianidinas do tipo-A galoiladas na grainha da uva. Os resultados de HPLC-UV permitiram determinar o grau médio de polimerização das procianidinas e a sua composição monomérica em (+)- catequina, (-)-epicatequina e (-)-epicatequina-O-galato. Mostrou-se que a (+)- catequina é o flavan-3-ol terminal mais abundante e a (-)-epicatequina predomina largamente como unidade de extensão. No caso de procianidinas do tipo A, a ligação interflavânica C2-C7 encontra-se essencialmente nas unidades terminais. O grau médio de polimerização das diversas fracções varia entre 1.0 e 10.8. A sua capacidade antioxidante, medida pelo método espectrofotométrico de DPPH•, mostrou-se ser equivalente à de uma amostra comercial de (+)-catequina usada como referência. A partir dos graus médios de polimerização experimentais e das análises de FTIR das fracções correspondentes foi possível obter um modelo preditivo O-PLS com apenas uma variável latente. O pré-tratamento enzimático justificou-se pelo conhecimento existente acerca do uso de enzimas específicas que destroem parcialmente as paredes celulares. Atendendo à composição das paredes celulares da grainha da uva preparou-se uma suspensão contendo protease, xilanase, pectinase e celulase. Para determinar as condições experimentais do pré-tratamento que maximizam o rendimento da extracção, estudou-se o efeito do tempo de reacção, temperatura, pH, diâmetro médio das partículas de grainha moída e a concentração das enzimas. Os incrementos do rendimento da extracção de óleo observados atingiram 163.2%. O estudo da extracção supercrítica (SFE) do óleo da grainha de uva tratada e não-tratada permitiu obter as curvas de extracção correspondentes, bem com analisar a influência das condições operatórias sobre o seu andamento. Montou-se uma instalação laboratorial onde se realizaram experiências com dióxido de carbono a 160, 180, 200 e 220 bar e temperaturas de 313.15 e 323.15 K. Os rendimentos obtidos por SFE foram semelhantes aos de Soxhlet com n-hexano. As curvas de extracção medidas compreendem um primeiro período de extracção, onde se remove cerca de 92-97% do óleo disponível, e um segundo período, essencialmente difusional, com pouco impacto no rendimento final. Os vários extractos recolhidos e o óleo global obtido foram caracterizados para avaliar a sua qualidade e relacioná-la com as condições operatórias de SFE. Determinaram-se o conteúdo total em triacilglicerídeos, o seu perfil de ácidos gordos e a capacidade antioxidante (AOC). Os resultados mostraram que a AOC aumenta com a elevação da pressão e, acentuadamente, com o acréscimo da temperatura. Ao longo da curva de extracção, a AOC é mais pronunciada nos extractos iniciais, nomeadamente nos primeiros 30 a 40% da extracção. A modelação efectuada considerou que o óleo extractável se reparte entre células rompidas, predominantes na periferia da semente, e células intactas, mais interiores. Admitiu-se que o transporte de massa ocorre em série, i.e. das células intactas para as rompidas e destas para o solvente; mostrou-se que a dispersão axial era desprezável. Os balanços materiais à fase fluida e aos volumes de células rompidas e intactas, combinados com os fluxos interno, externo e a relação de equilíbrio foram resolvidos numericamente pelo método das linhas combinado com diferenças finitas atrasadas. O modelo reproduziu bem as curvas experimentais e permitiu simular curvas de eluição e os três perfis de concentração no leito.

Extraction and purification of triterpenic acids from eucalypt bark

A indústria da pasta e do papel é um sector importante da economia mundial, particularmente a que assenta em espécies de Eucalyptus. No entanto, essas indústrias geram quantidades significativas de correntes secundárias de subprodutos e resíduos de biomassa que podem ser exploradas em aplicações de valor acrescentado em vez de serem queimadas para produção de energia. Um exemplo nobre pode ser a produção de ácidos triterpénicos com estruturas dos tipos lupano, oleanano e ursano, dada a sua abundância em alguns destes resíduos, em particular na casca, adotando o conceito de biorrefinaria integrada numa fábrica de pasta. Estes compostos são conhecidos pelas suas inúmeras actividades biológicas, por exemplo, antioxidante, anti-inflamatória e antitumoral, e podem encontrar aplicações em produtos de elevado valor, tais como cosméticos, nutracêuticos ou farmacêuticos. Neste sentido, o estudo das potencialidades das cascas das espécies de eucalipto mais exploradas enquanto fontes de compostos triterpénicos é um tópico relevante. Por conseguinte, foram analisados e comparados em pormenor os teores e composições em ácidos triterpénicos (TTAs) das cascas externas de várias espécies de eucalipto (E. globulus, E. grandis, E. urograndis, E. maidenii e E. nitens). Os teores dos principais TTAs identificados nestas espécies variaram entre 4.5 g/kg no E. urograndis e 21.6 g/kg no E. nitens. Observou-se que as cascas externas de Eucalyptus de zonas temperadas e Mediterrânicas, nomeadamente E. nitens e E. globulus, são mais ricas em TTAs que as espécies de regiões tropicais e subtropicais. Além disso, a casca externa do E. globulus é claramente a mais rica em ácidos com estruturas do tipo ursano enquanto a do E. nitens é a mais rica em ácidos do tipo oleanano e lupano. Estes resultados levaram-nos a estudar a extração dos TTAs da casca de Eucalyptus, bem como a sua posterior concentração e purificação, a qual foi efetuada por extração sólido-líquido convencional combinada com a precipitação de solutos, e por extração com fluidos supercríticos (SFE). No que diz respeito à primeira abordagem referida, foi desenvolvido neste trabalho um método patenteado que permite obter extratos enriquecidos em TTAs das cascas de eucalipto baseado em tecnologias disponíveis no imediato. Em relação à segunda abordagem, e de forma a apostar em processos de baixo impacto ambiental exigidos pelas biorrefinarias do futuro, a SFE surge como uma opção natural. Assim, foi efetuada a SFE da casca caduca do E. globulus com dióxido de carbono puro e modificado para recuperar a fração de TTAs, e os resultados foram comparados com os obtidos por extração em Soxhlet com diclorometano. Foram realizados estudos preliminares sobre a influência da pressão (100-200 bar), a adição de co-solvente (0, 5 e 8% m/m de etanol), e operação em múltiplos passos a fim de avaliar a aplicabilidade da alternativa supercrítica para a sua produção eficiente e selectiva. Os resultados destacaram a influência da pressão e o importante papel resumo (cont.) desempenhado pelo co-solvente neste processo, cujo efeito foi mais relevante do que o aumento da pressão em várias dezenas de bar. Este trabalho foi depois otimizado, usando o planeamento factorial de experiências e a metodologia de superfícies de resposta, para analisar a influência da temperatura (40-60 ºC), pressão (100-200 bar), e teor de etanol (0.0-5.0% m/m) na recuperação dos TTAs e respectiva concentração nos extractos. Nestes intervalos, as melhores condições de operação encontradas foram 200 bar, 40 °C e 5% de etanol, para as quais os modelos de regressão estatisticamente validados previram um rendimento de extração de 1.2% com 50% de concentração em TTAs, correspondendo ao rendimento em TTAs de 5.1 g/kg de casca e uma recuperação de 79.2% comparativamente ao valor do Soxhlet. Os TTAs livres e acetilados apresentaram tendências de extracção bastante distintas devido às suas diferentes afinidades para o CO2 causadas pelas diferentes polaridades: os derivados acetilados aproximam-se de um patamar máximo a cerca de 200 bar e 5% de etanol, enquanto a extração dos TTAs livres apresenta uma tendência sempre crescente no intervalo de condições estudado. Foram também medidas curvas cumulativas de SFE da casca do E. globulus de forma a analisar o comportamento cinético do processo em termos de rendimento total, rendimento em TTAs, rendimento em TTAs livres, rendimento em TTAs acetilados, e concentração dos TTAs nos extractos. Foi analisada a influência da pressão, temperatura, teor de co-solvente e caudal do dióxido de carbono sobre as respostas anteriores. Os dados experimentais foram modelados com os modelos Logístico, de Dessorção, de Placa Plana Simples, e de Difusão. Na globalidade, os resultados confirmaram que a pressão e o teor de etanol têm um efeito significativo sobre as curvas de extração, os rendimentos finais e as concentrações dos extratos, e mostraram a presença de limitações externas à transferência de massa em alguns ensaios. Mais uma vez, as famílias individuais de TTAs livres e acetilados apresentaram diferentes tendências de extracção. A modelação permitiu-nos confirmar não só o importante papel desempenhado pela difusão intraparticular na SFE, mas também a contribuição da resistência no filme em alguns ensaios. Após a análise de todos os resultados, foi efetuado um ensaio em duas etapas em série, possibilitando o enriquecimento do teor em TTAs no extracto devido às diferentes condições adotadas em cada etapa. Por último, um éster metílico de um ácido triterpénico do tipo oleanano - morolato de metilo - foi identificado pela primeira vez enquanto componente da casca de Eucalyptus na casca externa do Eucalyptus grandis x globulus, onde ocorre em teores elevados. A sua extração com CO2 supercrítico foi também realizada, visando a conceção de uma alternativa de extração ambientalmente benigna para este composto. A 200 bar e 60 ºC, a remoção do morolato de metilo atingiu um patamar às 6 h para 5.1 kg h-1 de CO2 / kg de casca. Em geral, e de forma semelhante à SFE da casca do E. globulus, os TTAs acetilados foram mais significativamente extraídos quando comparados com os seus ácidos livres, o que está diretamente relacionado com a natureza menos polar destas moléculas. O trabalho apresentado nesta tese é uma contribuição para a valorização de uma corrente de biomassa com baixo valor na indústria de pasta em duas vertentes complementares. Por um lado, aumentou o conhecimento da composição lipofílica das cascas de Eucalyptus spp. com interesse comercial para a produção de pasta, destacando o seu potencial enquanto fontes de ácidos triterpénicos. Por outro lado, foram desenvolvidos dois processos alternativos e facilmente integráveis numa fábrica de pasta para a sua exploração a partir da casca: um baseado em tecnologias convencionais bem estabelecidas a nível industrial, prevendo a sua aplicação a curto prazo, e um outro baseado na SFE, seguindo as tendências das futuras biorrefinarias.

Extração e caracterização de extratos de Jatropha gossypiifolia L.: avaliação da sua atividade antimicrobiana e antioxidante

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de mestre em Engenharia Química e Biológica

Improved polymeric medical devices for active substances delivery

The work presented in this thesis was developed in collaboration with a Portuguese company, BeyonDevices, devoted to pharmaceutical packaging, medical technology and device industry. Specifically, the composition impact and surface modification of two polymeric medical devices from the company were studied: inhalers and vaginal applicators. The polyethylene-based vaginal applicator was modified using supercritical fluid technology to acquire self-cleaning properties and prevent the transport of bacteria and yeasts to vaginal flora. For that, in-situ polymerization of 2-substituted oxazolines was performed within the polyethylene matrix using supercritical carbon dioxide. The cationic ring-opening polymerization process was followed by end-capping with N,N-dimethyldodecylamine. Furthermore, for the same propose, the polyethylene matrix was impregnated with lavender oil in supercritical medium. The obtained materials were characterized physical and morphologically and the antimicrobial activity against bacteria and yeasts was accessed. Materials modified using 2-substituted oxazolines showed an effective killing ability for all the tested microorganisms, while the materials modified with lavender oil did not show antimicrobial activity. Only materials modified with oligo(2-ethyl-2-oxazoline) maintain the activity during the long term stability. Furthermore, the cytotoxicity of the materials was tested, confirming their biocompatibilty. Regarding the inhaler, its surface was modified in order to improve powder flowability and consequently, to reduce powder retention in the inhaler´s nozzle. New dry powder inhalers (DPIs), with different needle’s diameters, were evaluated in terms of internal resistance and uniformity of the emitted dose. It was observed that they present a mean resistance of 0.06 cmH2O0.5/(L/min) and the maximum emitted dose obtained was 68.9% for the inhaler with higher needle´s diameter (2 mm). Thus, this inhaler was used as a test and modified by the coating with a commonly-used force control agent, magnesium stearate, dried with supercritical carbon dioxide (scCO2) and the uniformity of delivered dose tests were repeated. The modified inhaler showed an increase in emitted dose from 68.9% to 71.3% for lactose and from 30.0% to 33.7% for Foradil.

Engineering bio-based polymers using alternative solvents and processes

The work presented in this thesis explores novel routes for the processing of bio-based polymers, developing a sustainable approach based on the use of alternative solvents such as supercritical carbon dioxide (scCO2), ionic liquids (ILs) and deep eutectic solvents (DES). The feasibility to produce polymeric foams via supercritical fluid (SCF) foaming, combined with these solvents was assessed, in order to replace conventional foaming techniques that use toxic and harmful solvents. A polymer processing methodology is presented, based on SCF foaming and using scCO2 as a foaming agent. The SCF foaming of different starch based polymeric blends was performed, namely starch/poly(lactic acid) (SPLA) and starch/poly(ε-caprolactone) (SPCL). The foaming process is based on the fact that CO2 molecules can dissolve in the polymer, changing their mechanical properties and after suitable depressurization, are able to create a foamed (porous) material. In these polymer blends, CO2 presents limited solubility and in order to enhance the foaming effect, two different imidazolium based ILs (IBILs) were combined with this process, by doping the blends with IL. The use of ILs proved useful and improved the foaming effect in these starch-based polymer blends. Infrared spectroscopy (FTIR-ATR) proved the existence of interactions between the polymer blend SPLA and ILs, which in turn diminish the forces that hold the polymeric structure. This is directly related with the ability of ILs to dissolve more CO2. This is also clear from the sorption experiments results, where the obtained apparent sorption coefficients in presence of IL are higher compared to the ones of the blend SPLA without IL. The doping of SPCL with ILs was also performed. The foaming of the blend was achieved and resulted in porous materials with conductivity values close to the ones of pure ILs. This can open doors to applications as self-supported conductive materials. A different type of solvents were also used in the previously presented processing method. If different applications of the bio-based polymers are envisaged, replacing ILs must be considered, especially due to the poor sustainability of some ILs and the fact that there is not a well-established toxicity profile. In this work natural DES – NADES – were the solvents of choice. They present some advantages relatively to ILs since they are easy to produce, cheaper, biodegradable and often biocompatible, mainly due to the fact that they are composed of primary metabolites such as sugars, carboxylic acids and amino-acids. NADES were prepared and their physicochemical properties were assessed, namely the thermal behavior, conductivity, density, viscosity and polarity. With this study, it became clear that these properties can vary with the composition of NADES, as well as with their initial water content. The use of NADES in the SCF foaming of SPCL, acting as foaming agent, was also performed and proved successful. The SPCL structure obtained after SCF foaming presented enhanced characteristics (such as porosity) when compared with the ones obtained using ILs as foaming enhancers. DES constituted by therapeutic compounds (THEDES) were also prepared. The combination of choline chloride-mandelic acid, and menthol-ibuprofen, resulted in THEDES with thermal behavior very distinct from the one of their components. The foaming of SPCL with THEDES was successful, and the impregnation of THEDES in SPCL matrices via SCF foaming was successful, and a controlled release system was obtained in the case of menthol-ibuprofen THEDES.

Extrações de óleos de sementes de citros e suas atividades sobre a formiga cortadeira Atta sexdens e seu fungo simbionte

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Extração por fluido supercrítico de alguns inseticidas carbamatos em amostras de batata, com determinação por HPLC/fluorescência e confirmação por HPLC/espectrometria de massas

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

From coffee industry waste materials to skin-friendly products with improved skin fat levels

Spent coffee grounds (SCG), which are the residue obtained from the treatment of coffee with hot water or steam, can be used for industrial applications, due to the high content in lipids. The cosmetic products might be a suitable application for these types of residues because the barrier properties of the stratum corneum (SC) are largely dependent on the intactness of the lipid lamellae that surrounds the corneocytes. The purpose of this work was to assess the feasibility of using the lipid fraction of SCG extracted with supercritical carbon dioxide in the development of new cosmetic formulations with improved skin lipids (sebum) and hydration. The use of spent coffee lipid extract in cosmetic industry seems to be a suitable approach to recycle the wastes from coffee industry. Emulsion containing 10% of the lipid fraction of SCG (SpentCofOil cream) presented promising characteristics in the improvement of sebum skin levels with a good acceptance by consumers when compared to an emulsion containing 10% w/w of green coffee oil (GreenCofOil cream) and a placebo without coffee oil (NoCofOil cream). Practical applications: In this work, the authors develop and characterize a cream containing 10% of the lipid fraction of SCG extracted with supercritical carbon dioxide with improved skin lipids (sebum) and hydration. © 2013 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.

Métodos de obtenção de lignanas de Holostylis reniformis provenientes de duas regiões brasileiras

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Determinação de parâmetros de transferência de massa do processo de extração supercrítica

A extração com fluido supercrítico de materiais líquidos e sólidos despertou o interesse para aplicações industriais nas últimas décadas, mais particularmente sob o conceito de química verde e biorrefinarias, portanto é fundamental que se faça uma modelagem desse processo a fim de otimizar as condições operacionais e simular o processo. O objetivo geral deste trabalho consiste na determinação de parâmetros de transferência de massa do processo de extração supercrítica de matriz sólida, empregando o dióxido de carbono como solvente, a partir de dados cinéticos de extração e na avaliação sistemática de cinco modelos matemáticos para descrever as cinéticas de extração dos óleos da polpa e da casca do buriti, do óleo de açaí de da oleoresina de cúrcuma, medidas no Laboratório de Extração Supercrítica, da Faculdade de Engenharia Química (UFPA), a fim de contribuir para o estudo de ampliação de escala e análise de custo de produção. Foram avaliados os modelos de Tan e Liou, Goto et al. (1993), Martinez et al. (2003), Esquível et al. (1999), e Sovová (1994). A modelagem das cinéticas de extração foi realizada utilizando aplicativos computacionais desenvolvidos e validados neste trabalho a partir de diferentes dados experimentais publicados na literatura. Diante de 40 cinéticas medidas com diferentes equipamentos de extração, configurações de leito, tipos de matérias primas, preparo dos materiais, pressão e temperatura e outros parâmetros de processo (com destaque ao rendimento global e a vazão de solvente), foi construído um panorama dos resultados acerca da capacidade dos modelos de transferência de massa em descrever as mais diferentes curvas globais de extração. De forma geral, os modelos de Goto et al. (1993) e Sovová (1994) apresentaram as melhores previsões aos dados experimentais das matérias primas tratadas neste trabalho com menores valores de quadrado, erros relativo, faixa de erro e desvios padrão e valores de R² próximos da unidade.

Preparação de dispersões sólidas de praziquantel com polivinilpirrolidona pelo processo do fluido supercrítico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Extratos de sementes de gergelim preto (Sesamum indicum L) obtidos via CO2 supercrítico: isotermas de rendimento global, dados cinéticos e ajustes, ácidos graxos totais, fitosteróis e efeitos neuroprotetores

Na medicina popular brasileira, sementes de gergelim preto (Sesamum indicum L) é um dos mais importantes ingrediente presentes em um chá usado para tratar vítimas de acidente vascular encefálico (AVE). Porém, o isolamento de extratos de gergelim preto para fins medicinais usando a tecnologia do fluido supercrítico não foi realizado. O objetivo deste trabalho foi investigar algumas variáveis de processo da extração com fluido supercrítico em sementes de gergelim preto para gerar extratos aplicáveis a pesquisa do AVE isquêmico focal. Duas isotermas (40 e 60 ºC) foram exploradas, combinadas com pressões de 200-400 bar, em vazão mássica de CO₂ constante de 5,9 x 10^-5 kg/s. Os rendimentos globais foram de 37-53% em base seca. O maior rendimento foi obtido em 60 ºC e 400 bar. A composição de ácidos graxos mostrou uma elevada razão de insaturados/ saturados. A análise de conteúdo de fitosteróis no extrato de maior rendimento revelou maiores quantidades de β-sitosterol + sitostanol, colesterol, campesterol + campestanol + 24-metileno colesterol, Δ-5 avenasterol and estigmasterol, enquanto que menores níveis de Δ-5,24 estigmastadienol, brassicasterol, clerosterol + Δ-5-23 estigmastadienol, Δ-7 avenasterol, eritrodiol and Δ-7 estigmastenol foram observados. As curvas de extração das extrações com fluido supercrítico no menor e maior rendimento mássico (200 e 400 bar a 60 ºC) foram ajustadas pelos modelos de Tan e Liou (1989), Martinez et al. (2003), Esquível et al. (1999), Goto et al. (1993) e Sovová (1994 e 2012). Os modelos de Tan e Liou (1989), Goto et al. (1993) e Sovová (1994 e 2012) apresentaram as melhores valores nominais de somas residuais dos quadrados. Experimentos pilotos sugerem que o extrato obtido via fluido supercrítico de gergelim preto é neuroprotetor em relação a isquemia focal por endotelina-1 no córtex motor de ratos machos adultos, observada a redução da área de infarto isquêmico.

Composition and age of ores and bottom sediments accumulated within and near the Rainbow hydrothermal field

Results of direct geological and geochemical observations of the modern Rainbow hydrothermal field (Mid-Atlantic Ridge, 36°14'N; 33°54'W) carried out from the deep-sea manned Mir submersibles during Cruises 41 and 42 of the R/V Akademik Mstislav Keldysh in 1998-1999 and data of laboratory studies of collected samples are under consideration in the paper. The field lacks neovolcanic rocks and the axial part of the rift is filled in with a serpentinite protrusion. In this field there occur metalliferous sediments, as well as active and relict sulfide edifices composed of sulfide minerals; pyrrhotite, chalcopyrite, isocubanite, sphalerite, marcasite, pyrite, bornite, chalcosine, digenite, magnetite, anhydrite, rare troilite, wurtzite, millerite, and pentlandite have been determined. Sulfide ores are characterized by concentric-zoned textures. During in situ measurements during 35 minutes temperature of hydrothermal fluids was varying within a range from 250 to 350°C. Calculated chemical and isotopic composition of hydrothermal fluid shows elevated concentrations of Cl, Ni, Co, CH4, and H2. Values of d34S of H2S range from +2.4 to +3.1 per mil, of d13C of CH4 from -15.2 to -11.2 per mil, and d13C of CO2 from +1.0 to -4.0 per mil. Fluid inclusions are homogenized at temperatures from 140 to 360°C, whereas salinity of the fluid varies from 4.2 to 8.5 wt %. d34S values of sulfides range from +1.3 to +12.5 per mil. 3He/4He ratio in mineral-forming fluid contained in the fluid inclusions from sulfides of the Rainbow field varies from 0.00000374 to 0.0000101. It is shown that hydrothermal activity in the area continues approximately during 100 ka. It is assumed that the fluid and sulfide edifices contain components from the upper mantle. A hypothesis of phase separation of a supercritical fluid that results in formation of brines is proposed. Hydrothermal activity is related to the tectonic, not volcanic, phase of the Mid-Atlantic Ridge evolution.