Investigation into the potential of using micro gas turbines in plug-in hybrid electric vehicles

The transport sector is considered to be one of the most dependent sectors on fossil fuels. Meeting ecological, social and economic demands throughout the sector has got increasingly important in recent times. A passenger vehicle with a more environmentally friendly propulsion system is the hybrid electric vehicle. Combining an internal combustion engine and an electric motor offers the potential to reduce carbon dioxide emissions. The overall objective of this research is to provide an appraisal of the use of a micro gas turbine as the range extender in a plug-in hybrid electric vehicle. In this application, the gas turbine can always operate at its most efficient operating point as its only requirement is to recharge the battery. For this reason, it is highly suitable for this purpose. Gas turbines offer many benefits over traditional internal combustion engines which are traditionally used in this application. They offer a high power-to-weight ratio, multi-fuel capability and relatively low emission levels due to continuous combustion.

Olefin / Paraffin separation using Task-Specific Materials based on Ionic Liquids: Advances in Gas Processing

In this work, 1-hexene was extracted from its mixtures with n-hexane in varying ratios using a task specific ionic liquid. Herein, the ionic liquid (IL) 1-butyl-3-methylimidazolium nitrate, [BMIM][NO3], was used and examined with and without the addition of a metal salt. The impact of water on both selectivity and distribution coefficient was also tested. Four potential metal salts were investigated, the results of which demonstrate that the dissolution of transition-metal salts in the IL improves the separation of 1-hexene from n-hexane through metal-olefin complexation. Additionally, the presence of water in IL solutions containing metal salt enhances this selectivity. Finally, UNIFAC was used to correlate the experimental LLE data with good accuracy.

Bioavailability of 2,4-dichlorophenol associated with soil water-soluble humic material

Interaction of organic xenobiotics with soil water-soluble humic material (WSHM) may influence their environmental fate and bioavailability. We utilized bacterial assays (lux-based toxicity and mineralization by Burkholderia sp. RASC) to assess temporal changes in the bioavailability of [¹⁴C]-2,4-dichlorophenol (2,4-DCP) in soil water extracts (29.5 μg mL^-1 2,4-DCP; 840.2 μg mL^-1 organic carbon). HPLC determined and bioavailable concentrations were compared. Gel permeation chromatography (GPC) was used to confirm the association of a fraction (>50%) of [¹⁴C]-2,4-DCP with WSHM. Subtle differences in parameters describing 2,4-DCP mineralization curves were recorded for different soil-2,4-DCP contact times. Problems regarding the interpretation of mineralization data when assessing the bioavailability of toxic compounds are discussed. The lux-bioassay revealed a time-dependent reduction in 2,4-DCP bioavailability: after 7 d, less than 20% was bioavailable. However, GPC showed no quantitative difference in the amount of WSHM-associated 2,4-DCP over this time. These data suggest qualitative changes in the nature of the 2,4-DCP-WSHM association and that associated 2,4-DCP may exert a toxic effect. Although GPC distinguished between free- and WSHM-associated 2,4-DCP, it did not resolve the temporal shift in bioavailability revealed by the lux biosensor. These results stress that assessment of risk posed by chemicals must be considered using appropriate biological assays.

The Use of High Surface Area Silica and Supercritical Carbon Dioxide to Enhance Solubility of Poorly Water-Soluble Drugs

Purpose Poor water-solubility of BCS class II drugs can limit their commercialization because of reduced oral bioavailability. It has been reported that loading of drug by adsorption onto porous silica would enhance drug solubility due to the increased surface area available for solvent diffusion. In this work, solid dispersions are formed using supercritical carbon dioxide (scCO2). The aim of this research was to characterise the solid-state properties of scCO2 dispersion and to investigate the impact of altering scCO2 processing conditions on final amorphous product performance that could lead to enhancement of drug dissolution rate for BCS class II drugs. Methods Indomethacin (IND) was purchased from Sigma-Aldrich (Dorset, UK) and was used as a model drug with two grades of high surface area silica (average particle sizes 3&[micro] and 7&[micro]), which were obtained directly from Grace-Davison (Germany). Material crystallinity was evaluated using powder X-ray diffraction (PXRD, Rigaku™, miniflex II, Japan) and high-speed differential scanning calorimetry (Hyper-DSC 8000, Perkin Elmer, USA). Materials were placed in a high-pressure vessel consisting of a CO2 cylinder, a Thar™ Technologies P50 high-pressure pump and a 750 ml high-pressure vessel (Thar, USA). Physical mixtures were exposed to CO2 gas above its critical conditions. SEM imaging and elemental analysis were conducted using a Jeol 6500 FEGSEM (Advanced MicroBeam Inc., Austria). Drug release was examined using USP type II dissolution tester (Caleva™, UK). Results The two grades of silica were found to be amorphous using PXRD and Hyper-DSC. Using PXRD, it was shown that an increase in incubation time and pressure resulted in a decrease in the crystalline content. Drug release profiles from the two different silica formulations prepared under the same conditions are shown in Figure 1. It was found that there was a significant enhancement in drug release, which was influenced, by silica type and other experiment conditions such as temperature, pressure and exposure time. SEM imaging and elemental analysis showed drug deposited inside silica pores as well as on the outer surface. Conclusion This project has shown that silica carrier platforms may be used as an alternative approach to generating polymeric solid dispersions of amorphous drugs exhibiting enhanced solubility.

Shallow water methane-derived authigenic carbonate mounds at the Codling Fault Zone, western Irish Sea

Methane-derived authigenic carbonate (MDAC) mound features at the Codling Fault Zone (CFZ), located in shallow waters (50-120m) of the western Irish Sea were investigated and provide a comparison to deep sea MDAC settings. Carbonates consisted of aragonite as the major mineral phase, with δ¹³C depletion to -50‰ and δ¹⁸O enrichment to~2‰. These isotope signatures, together with the co-precipitation of framboidal pyrite confirm that anaerobic oxidation of methane (AOM) is an important process mediating methane release to the water column and the atmosphere in this region. ¹⁸O-enrichment could be a result of MDAC precipitation with seawater in colder than present day conditions, or precipitation with ¹⁸O-enriched water transported from deep petroleum sources. The ¹³C depletion of bulk carbonate and sampled gas (-70‰) suggests a biogenic source, but significant mixing of thermogenic gas and depletion of the original isotope signature cannot be ruled out. Active seepage was recorded from one mound and together with extensive areas of reduced sediment, confirms that seepage is ongoing. The mounds appear to be composed of stacked pavements that are largely covered by sand and extensively eroded. The CFZ mounds are colonized by abundant Sabellaria polychaetes and possible Nemertesia hydroids, which benefit indirectly from available hard substrate. In contrast to deep sea MDAC settings where seep-related macrofauna are commonly reported, seep-specialist fauna appear to be lacking at the CFZ. In addition, unlike MDAC in deep waters where organic carbon input from photosynthesis is limited, lipid biomarkers and isotope signatures related to marine planktonic production (e.g. sterols, alkanols) were most abundant. Evidence for microbes involved in AOM was limited from samples taken; possibly due to this dilution effect from organic matter derived from the photic zone, and will require further investigation. 

Repeatability and reliability of new air and water permeability tests for assessing the durability of high-performance concretes

This paper reports on the accuracy of new test methods developed to measure the air and water permeability of high-performance concretes (HPCs). Five representative HPC and one normal concrete (NC) mixtures were tested to estimate both repeatability and reliability of the proposed methods. Repeatability acceptance was adjudged using values of signal-noise ratio (SNR) and discrimination ratio (DR), and reliability was investigated by comparing against standard laboratory-based test methods (i.e., the RILEM gas permeability test and BS EN water penetration test). With SNR and DR values satisfying recommended criteria, it was concluded that test repeatability error has no significant influence on results. In addition, the research confirmed strong positive relationships between the proposed test methods and existing standard permeability assessment techniques. Based on these findings, the proposed test methods show strong potential to become recognized as international methods for determining the permeability of HPCs.

High-resolution seismic reflection investigation of gas accumulation and seepage in the tidal channels of the Ria of Aveiro barrier lagoon (Portugal)

O metano é um gás de estufa potente e uma importante fonte de energia. A importância global e impacto em zonas costeiras de acumulações e escape de gás metano são ainda pouco conhecidas. Esta tese investiga acumulações e escape de gás em canais de maré da Ria de Aveiro com dados de cinco campanhas de reflexão sísmica de alta resolução realizadas em 1986, 1999, 2002 e 2003. Estas incluem três campanhas de Chirp (RIAV99, RIAV02 e RIAV02A) e duas campanhas de Boomer (VOUGA86 e RIAV03). O processamento dos dados de navegação incluíram filtros de erros, correcções de sincronização de relógios de sistemas de aquisição de dados, ajuste de “layback” e estimativa da posição de “midpoint”. O processamento do sinal sísmico consistiu na correcção das amplitudes, remoção de ruído do tipo “burst”, correcções estáticas, correcção do “normal move-out”, filtragem passabanda, desconvolução da assinatura e migração Stolt F-K. A análise da regularidade do trajecto de navegação, dos desfasamentos entre horizontes e dos modelos de superfícies foi utilizada para controlo de qualidade, e permitiu a revisão e melhoria dos parâmetros de processamento. A heterogeneidade da cobertura sísmica, da qualidade do sinal, da penetração e da resolução, no seu conjunto constrangeram o uso dos dados a interpretações detalhadas, mas locais, de objectos geológicos da Ria. É apresentado um procedimento para determinar a escolha de escalas adequadas para modelar os objectos geológicos, baseado na resolução sísmica, erros de posicionamento conhecidos e desfasamentos médios entre horizontes. As evidências de acumulação e escape de gás na Ria de Aveiro incluem turbidez acústica, reflexões reforçadas, cortinas acústicas, domas, “pockmarks” e alinhamentos de “pockmarks” enterradas, horizontes perturbados e plumas acústicas na coluna de água (flares). A estratigrafia e a estrutura geológica controlam a distribuição e extensão das acumulações e escape de gás. Ainda assim, nestes sistemas de baixa profundidade de água, as variações da altura de maré têm um impacto significativo na detecção de gás com métodos acústicos, através de alterações nas amplitudes originais de reflexões reforçadas, turbidez acústica e branqueamento acústico em zonas com gás. Os padrões encontrados confirmam que o escape de bolhas de gás é desencadeado pela descida da maré. Há acumulações de gás em sedimentos Holocénicos e no substrato de argilas e calcários do Mesozóico. Evidências directas de escape de gás em sondagens em zonas vizinhas, mostraram gás essencialmente biogénico. A maioria do gás na área deve ter sido gerado em sedimentos lagunares Holocénicos. No entanto, a localização e geometria de estruturas de escape de fluidos em alguns canais de maré, seguem o padrão de fracturas do substrato Mesozóico, indicando uma possível fonte mais profunda de gás e que estas fracturas funcionam como condutas preferenciais de migração dos fluidos e exercem um controlo estrutural na ocorrência de gás na Ria.

Gas liquid equilibria at high pressures

Este trabalho tem como objectivo a medição da solubilidade de gases em líquidos a altas pressões. Para a realização experimental foi usada uma célula de altas pressões de volume variável e um método de observação directa para a detecção das transições de fase. As condições usadas neste trabalho experimental foram temperaturas entre 276.00 e 373.15 K e pressões ate 100 MPa. Numa primeira fase foram efectuadas medições de solubilidade de metano em anilina pura e para uma solução aquosa de composição mássica igual a 5% em anilina. A anilina é fundamentalmente usada em processos como a produção de borracha, de poliuretanos, pigmentos e tintas, fármacos, herbicidas e fungicidas. É usualmente produzida através de processos de redução do nitrobenzeno por reacção com o HCl. De facto, esta síntese é um processo químico complexo onde um grande número de processos compete entre si. Alterações nas condições do processo com a possível formação de produtos intermediários podem afectar a eficiência do processo. Para a sua melhoria foi sugerido que o hidrogénio usado fosse simultaneamente produzido e gasto no reactor principal. Neste caso e para a produção do mesmo, era necessário adicionar metano e água ao reactor. Tendo por base a ideia de que as reacções onde o hidrogénio é reagente e produto ocorrem em simultâneo, torna-se clara a importância do estudo da solubilidade do metano em anilina pura e em soluções aquosas desta. Numa segunda fase foi estudada a solubilidade do dióxido de carbono em soluções aquosas de tri-iso-butil(metil)fosfónio tosilato, com composições molares são de 4, 8 e 12% em líquido iónico. Este pertencente à família dos fosfónios. Possui uma viscosidade e densidade elevadas, é térmica e quimicamente estável e ainda possui uma elevada polaridade. Apresenta uma miscibilidade completa em água e nos solventes mais usuais, como o diclorometano e tolueno, não sendo no entanto míscivel em hexano. O tri-isobutil( metil)fosfónium tosilato é usado como solvente nos processos de hidroformilação de olefinas e ainda em processos de captura e conversão de dióxido de carbono. Neste trabalho experimental, a temperatura e a pressão foram inicialmente aumentadas até o sistema atingir o equilíbrio. A pressão é diminuída lentamente até se verificar o aparecimento/desaparecimento da última bolha de gás. A pressão à qual a última bolha de gás desaparece representa a pressão de equilíbrio para aquela temperatura. Este procedimento foi efectuado para vários sistemas e várias temperaturas.

Characterisation of gas and particle emissions from wildfires

Os incêndios florestais são uma importante fonte de emissão de compostos gasosos e de aerossóis. Em Portugal, onde a maioria dos incêndios ocorre no norte e centro do país, os incêndios destroem todos os anos milhares de hectares, com importantes perdas em termos económicos, de vidas humanas e qualidade ambiental. As emissões podem alterar consideravelmente a química da atmosfera, degradar a qualidade do ar e alterar o clima. Contudo, a informação sobre as caraterísticas das emissões dos incêndios florestais nos países do Mediterrâneo é limitada. Tanto a nível nacional como internacional, existe um interesse crescente na elaboração de inventários de emissões e de regulamentos sobre as emissões de carbono para a atmosfera. Do ponto de vista atmosférico da monitorização atmosférica, os incêndios são considerados um desafio, dada a sua variabilidade temporal e espacial, sendo de esperar um aumento da sua frequência, dimensão e severidade, e também porque as estimativas de emissões dependem das caraterísticas dos biocombustíveis e da fase de combustão. O objetivo deste estudo foi quantificar e caraterizar as emissões de gases e aerossóis de alguns dos mais representativos incêndios florestais que ocorreram no centro de Portugal nos verões de 2009 e de 2010. Efetuou-se a colheita de amostras de gases e de duas frações de partículas (PM2.5 e PM2.5-10) nas plumas de fumo em sacos Tedlar e em filtros de quartzo acoplados a um amostrador de elevado volume, respetivamente. Os hidrocarbonetos totais (THC) e óxidos de carbono (CO e CO2) nas amostras gasosas foram analisados em instrumentos automáticos de ionização de chama e detetores não dispersivos de infravermelhos, respetivamente. Para algumas amostras, foram também quantificados alguns compostos de carbonilo após reamostragem do gás dos sacos Tedlar em cartuchos de sílica gel revestidos com 2,4-dinitrofenilhidrazina (DNPH), seguida de análise por cromatografia líquida de alta resolução. Nas partículas, analisou-se o carbono orgânico e elementar (técnica termo-óptica), iões solúveis em água (cromatografia iónica) e elementos (espectrometria de massa com plasma acoplado por indução ou análise instrumental por ativação com neutrões). A especiação orgânica foi obtida por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massa após extração com recurso a vários solventes e separação dos extratos orgânicos em diversas classes de diferentes polaridades através do fracionamento com sílica gel. Os fatores de emissão do CO e do CO2 situaram-se nas gamas 52-482 e 822-1690 g kg-1 (base seca), mostrando, respetivamente, correlação negativa e positiva com a eficiência de combustão. Os fatores de emissão dos THC apresentaram valores mais elevados durante a fase de combustão latente sem chama, oscilando entre 0.33 e 334 g kg-1 (base seca). O composto orgânico volátil oxigenado mais abundante foi o acetaldeído com fatores de emissão que variaram desde 1.0 até 3.2 g kg-1 (base seca), seguido pelo formaldeído e o propionaldeído. Observou-se que as emissões destes compostos são promovidas durante a fase de combustão latente sem chama. Os fatores de emissão de PM2.5 e PM10 registaram valores entre 0.50-68 e 0.86-72 g kg-1 (base seca), respetivamente. A emissão de partículas finas e grosseiras é também promovida em condições de combustão lenta. As PM2.5 representaram cerca de 90% da massa de partículas PM10. A fração carbonosa das partículas amostradas em qualquer dos incêndios foi claramente dominada pelo carbono orgânico. Foi obtida uma ampla gama de rácios entre o carbono orgânico e o carbono elementar, dependendo das condições de combustão. Contudo, todos os rácios refletiram uma maior proporção de carbono orgânico em relação ao carbono elementar, típica das emissões de queima de biomassa. Os iões solúveis em água obtidos nas partículas da pluma de fumo contribuíram com valores até 3.9% da massa de partículas PM2.5 e 2.8% da massa de partículas de PM2.5-10. O potássio contribuiu com valores até 15 g mg-1 PM2.5 e 22 g mg-1 PM2.5-10, embora em massa absoluta estivesse maioritariamente presente nas partículas finas. Os rácios entre potássio e carbono elementar e entre potássio e carbono orgânico obtidos nas partículas da pluma de fumo enquadram-se na gama de valores relatados na literatura para emissões de queima de biomassa. Os elementos detetados nas amostras representaram, em média, valores até 1.2% e 12% da massa de PM2.5 e PM2.5-10, respetivamente. Partículas resultantes de uma combustão mais completa (valores elevados de CO2 e baixos de CO) foram caraterizadas por um elevado teor de constituintes inorgânicos e um menor conteúdo de matéria orgânica. Observou-se que a matéria orgânica particulada é composta principalmente por componentes fenólicos e produtos derivados, séries de compostos homólogos (alcanos, alcenos, ácidos alcanóicos e alcanóis), açúcares, biomarcadores esteróides e terpenóides, e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos. O reteno, um biomarcador das emissões da queima de coníferas, foi o hidrocarboneto aromático dominante nas amostras das plumas de fumo amostradas durante a campanha que decorreu em 2009, devido ao predomínio de amostras colhidas em incêndios em florestas de pinheiros. O principal açúcar anidro, e sempre um dos compostos mais abundantes, foi o levoglucosano. O rácio levoglucosano/OC obtido nas partículas das plumas de fumo, em média, registaram valores desde 5.8 a 23 mg g-1 OC. Os rácios levoglucosano/manosano e levoglucosano/(manosano+galactosano) revelaram o predomínio de amostras provenientes da queima de coníferas. Tendo em conta que a estimativa das emissões dos incêndios florestais requer um conhecimento de fatores de emissão apropriados para cada biocombustível, a base de dados abrangente obtida neste estudo é potencialmente útil para atualizar os inventários de emissões. Tem vindo a ser observado que a fase de combustão latente sem chama, a qual pode ocorrer simultaneamente com a fase de chama e durar várias horas ou dias, pode contribuir para uma quantidade considerável de poluentes atmosféricos, pelo que os fatores de emissão correspondentes devem ser considerados no cálculo das emissões globais de incêndios florestais. Devido à falta de informação detalhada sobre perfis químicos de emissão, a base de dados obtida neste estudo pode também ser útil para a aplicação de modelos no recetor no sul da Europa.

Assemblage structure and secondary production of mesozooplankton in shallow water volcanic CO2 vents of the Azores

Dissertação de mestrado, Biologia Marinha, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Validation of a method for the analysis of volatile organic compounds in water

Dissertação de mestrado, Qualidade em Análises, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Optimization of HS-SPME analytical conditions using factorial design for trihalomethanes determination in swimming pool water samples

Trihalomethanes (THMs) are widely referred and studied as disinfection by-products (DBPs). The THMs that are most commonly detected are chloroform (TCM), bromodichloromethane (BDCM), chlorodibromomethane (CDBM), and bromoform (TBM). Several studies regarding the determination of THMs in swimming pool water and air samples have been published. This paper reviews the most recent work in this field, with a special focus on water and air sampling, sample preparation and analytical determination methods. An experimental study has been developed in order to optimize the headspace solid-phasemicroextraction (HS-SPME) conditions of TCM, BDCM, CDBM and TBM from water samples using a 23 factorial design. An extraction temperature of 45 °C, for 25min, and a desorption time of 5 min were found to be the best conditions. Analysis was performed by gas chromatography with an electron capture detector (GC-ECD). The method was successfully applied to a set of 27 swimming pool water samples collected in the Oporto area (Portugal). TCM was the only THM detected with levels between 4.5 and 406.5 μg L−1. Four of the samples exceeded the guideline value for total THMs in swimming pool water (100 μgL−1) indicated by the Portuguese Health Authority.