Adsorption and desorption of phosphate on limestone in experiments simulating seawater intrusion

This study investigates the potential release of from carbonate aquifers exposed to seawater intrusion. Adsorption and desorption of in the presence of deionized water (DIW) and seawater were conducted on a large block of Pleistocene age limestone to simulate the effects of seawater intrusion into a coastal carbonate aquifer at the laboratory scale. The limestone showed strong adsorption of in DIW, while adsorption was significantly less in the presence of seawater. Dissolution of CaCO3 was found to prevent adsorption at salinities less than 30 psu. Adsorption of was limited at higher salinities (30–33 psu), due to competition with ions for adsorption sites. At a salinity3 precipitated. Concentrations of between 2 and 5 μmol/L were released by desorption when the limestone was exposed to seawater. The results of this study suggest that as seawater intrudes into an originally freshwater coastal aquifer, adsorbed may be released into the groundwater. Consequently, adsorbed is expected to be released from coastal carbonate aquifers world-wide as sea level continues to rise exposing more of the freshwater aquifer to seawater.

AFM and SPR studies of protein adsorption at solid/liquid interface

Membrane-like structure formed by surfactant molecules of didodecyldimethylammonium bromide (DDAB) on both HOPG and gold electrodes were studied with AFM and SPR techniques. The study shows that the thickness of the adsorbed layer of DDAB is strongly dependent on the concentration of the vesicle solution. We have also investigated the adsorption of redox protein, Cytochrome c, on graphite electrode with in situ tapping mode AFM. The protein adsorbs spontaneously onto the electrode covered with an adsorbed phosphate layer and forms a uniform monolayer. The adsorbed protein exhibits a reversible electron transfer at 0.17 V (Ag/AgCI) once the electrode potential has been increased to 0.75V. Using surface plasmon resonance spectroscopy we have measured subtle conformational change in protein, Cyt c, due to electron transfer of a single electron on MPA-coated gold electrode. The electron transfer induced change in the resonant angle is about 0.006 deg., which corresponds to ~ 0.2 A decreases in the thickness. This is consistent with that reduced state is more compact than the oxidized state.

Caracterização físico-química de sistemas micelares

The process of adsorption and micellization of the surfactants sodium dodecyl sulfate, dodecylammonium chloride and hexaethylene glycol mono-n-dodecyl ether in water-air interface has been studied using measurements of surface tension in aqueous media and NaCl 0.1 mol/L in temperatures of 25, 33 and 40 °C. From these data, critical micelle concentrations and thermodynamic parameters of micellization and adsorption were determined in order to elucidate the behaviors of micellization and adsorption for these surfactants in the proposed medium. For the determination of the thermodynamic parameters of adsorption we utilized the equations of isotherms of Langmuir and Gibbs. Γmáx values determined by the different equations were correlated to the explanation of results. Temperature and salinity were analyzed in terms of their influence on the micellization and adsorption process, and the results were explained based on intermolecular interactions. The values of Gmic have confirmed that the micelle formation for the surfactants studied occurs spontaneously

Remoção de corantes têxteis em solução aquosa utilizando bentonita natural e organofílica

Searches using organoclays have been the subject of great interest due to its wide application in industry and removal of environmental pollutants. The organoclays were obtained using bentonite (BEN) and cationic surfactants: hexadecyltrimethyl ammonium bromide (HDTMA-Br) and trimethyloctadecyl ammonium bromide (TMOA-Br) in ratios of 50 and 100 % of its ion exchange capacity. The materials were characterized by the techniques of X-ray diffraction (DRX), infrared spectroscopy (IR), X-ray fluorescence (FRX), thermal analysis (TA) and scanning electron microscopy (SEM). The bentonite and organobentonite were used on the adsorption of dyes, Remazol Blue RR (AZ) and Remazol Red RR (VM) in aqueous solution. The adsorption models of Langmuir and Freundlich were used for mathematical description of sorption equilibrium data and obtain the constants of the isotherms. The Freundlich model fit to the data for adsorption equilibrium of bentonite, on the other hand both the model fit to the Langmuir adsorption test of organoclays. The adsorption processes using adsorbents with both dyes interspersed with HDTMA-Br show endothermic and exothermic nature, respectively.

Characterization of wood biochar and evaluation of its adsorption potential for removal of sulphate from produced water in offshore oil and gas industry

This thesis analyses the potential of wood biochar as an adsorbent in removal of sulphate from produced water. In worldwide offshore oil and gas industry, a large volume of waste water is generated as produced water. Sulphur compounds present in these produced water streams can cause environmental problems, regulatory problems and operational issues. Among the various sulphur removal technologies, the adsorption technique is considered as a suitable method since the design is simple, compact, economical and robust. Biochar has been studied as an adsorbent for removal of contaminants from water in a number of studies due to its low cost, potential availability, and adsorptive characteristics. In this study, biochar produced through fast pyrolysis of bark, hardwood sawdust, and softwood sawdust were characterized through a series of tests and were analysed for adsorbent properties. Treating produced water using biochar sourced from wood waste is a two-fold solution to environmental problems as it reduces the volume of these wastes. Batch adsorption tests were carried out to obtain adsorption capacities of each biochar sample using sodium sulphate solutions. The highest sulphur adsorption capacities obtained for hardwood char, softwood char and bark char were 11.81 mg/g, 9.44 mg/g, and 7.94 mg/g respectively at 10 °C and pH=4. The adsorption process followed the second order kinetic model and the Freundlich isotherm model. Adsorption reaction was thermodynamically favourable and exothermic. The overall analysis concludes that the wood biochar is a feasible, economical, and environmental adsorbent for removal of sulphate from produced water.

Multi-impurity adsorption model for modeling crystal purity and shape evolution during crystallization processes in impure media

Peer reviewed

Développement d’une lentille cornéenne médicamentée

L’utilisation de lentilles cornéennes peut servir à améliorer le profil d’administration d’un principe actif dans les yeux. Avec une efficacité d’administration de 5% par l’utilisation de gouttes, on comprend rapidement que l’administration oculaire doit être améliorée. Cette faible administration a donné naissance à plusieurs tentatives visant à fabriquer des lentilles cornéennes médicamentées. Cependant, à cause de multiples raisons, aucune de ces tentatives n’a actuellement été mise sur le marché. Nous proposons dans cette étude, une possible amélioration des systèmes établis par le développement d’une lentille cornéenne à base de 2-(hydroxyéthyle)méthacrylate (HEMA), dans laquelle des microgels, à base de poly N-isopropylacrylamide (pNIPAM) thermosensible encapsulant un principe actif, seront incorporé. Nous avons donc débuté par développer une méthode analytique sensible par HPCL-MS/MS capable de quantifier plusieurs molécules à la fois. La méthode résultante a été validée selon les différents critères de la FDA et l’ICH en démontrant des limites de quantifications et de détections suffisamment basses, autant dans des fluides simulés que dans les tissus d’yeux de lapins. La méthode a été validée pour sept médicaments ophtalmiques : Pilocarpine, lidocaïne, proparacaïne, atropine, acétonide de triamcinolone, timolol et prednisolone. Nous avons ensuite fait la synthèse des microgels chargés négativement à base de NIPAM et d’acide méthacrylique (MAA). Nous avons encapsulé une molécule modèle dans des particules ayant une taille entre 200 et 600 nm dépendant de la composition ainsi qu’un potentiel zêta variant en fonction de la température. L’encapsulation de la rhodamine 6G (R6G) dans les microgels a été possible jusqu’à un chargement (DL%) de 38%. L’utilisation des isothermes de Langmuir a permis de montrer que l’encapsulation était principalement le résultat d’interactions électrostatiques entre les MAA et la R6G. Des cinétiques de libérations ont été effectuées à partir d’hydrogels d’acrylamide chargés en microgels encapsulant la R6G. Il a été trouvé que la libération des hydrogels chargés en microgels s’effectuait majoritairement selon l’affinité au microgel et sur une période d’environ 4-24 heures. La libération à partir de ces systèmes a été comparée à des formules d’hydrogels contenant des liposomes ou des nanogels de chitosan. Ces trois derniers (liposomes, microgels et nanogels) ont présenté des résultats prometteurs pour différentes applications avec différents profils de libérations. Enfin, nous avons transposé le modèle développé avec les gels d’acrylamide pour fabriquer des lentilles de contact de 260 à 340 µm d’épaisseur à base de pHEMA contenant les microgels avec une molécule encapsulée devant être administrée dans les yeux. Nous avons modifié la composition de l’hydrogel en incorporant un polymère linéaire, la polyvinylpyrrolidone (PVP). L’obtention d’hydrogels partiellement interpénétrés améliore la rétention d’eau dans les lentilles cornéennes. L’encapsulation dans les microgels chargés négativement a donné de meilleurs rendements avec la lidocaïne et cette dernière a été libérée de la lentille de pHEMA en totalité en approximativement 2 heures qu’elle soit ou non encapsulée dans des microgels. Ainsi dans cette étude pilote, l’impact des microgels n’a pas pu être déterminé et, de ce fait, nécessitera des études approfondies sur la structure et les propriétés de la lentille qui a été développée. En utilisant des modèles de libération plus représentatifs de la physiologie de l’œil, nous pourrions conclure avec plus de certitude concernant l’efficacité d’un tel système d’administration et s’il est possible de l’optimiser.

Études de la ténacité d'adsorption de la sérum-albumine sur des monocouches auto-assemblées hydrophobes

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

The nature of alkanethiol self-assembled monolayer adsorption on sputtered gold substrates

A detailed study of the self-assembly and coverage by 1-nonanethiol of sputtered Au surfaces using molecular resolution atomic force microscopy (AFM) and scanning tunneling microscopy (STM) is presented. The monolayer self-assembles on a smooth Au surface composed predominantly of {111} oriented grains. The domains of the alkanethiol monolayer are observed with sizes typically of 5-25 nm, and multiple molecular domains can exist within one Au grain. STM imaging shows that the (4 × 2) superlattice structure is observed as a (3 × 2√3) structure when imaged under noncontact AFM conditions. The 1-nonanethiol molecules reside in the threefold hollow sites of the Au{111} lattice and aligned along its lattice vectors. The self-assembled monolayer (SAM) contains many nonuniformities such as pinholes, domain boundaries, and monatomic depressions which are present in the Au surface prior to SAM adsorption. The detailed observations demonstrate limitations to the application of 1-nonanethiol as a resist in atomic nanolithography experiments to feature sizes of ∼20 nm.

Dissociative adsorption of methane on the Cu and Zn doped (111) surface of CeO2

The development of economical heterogeneous catalysts for the activation of methane is a major challenge for the chemical industry. Screening potential candidates becomes more feasible using rational catalyst design to understand the activity of potential catalysts for CH4 activation. The focus of the present paper is the use of density functional theory to examine and elucidate the properties of doped CeO2. We dope with Cu and Zn transition metals having variable oxidation state (Cu), and a single oxidation state (Zn), and study the activation of methane. Zn is a divalent dopant and Cu can have a +1 or +2 oxidation state. Both Cu and Zn dopants have an oxidation state of +2 after incorporation into the CeO2 (111) surface; however a Hubbard +U correction (+U = 7) on the Cu 3d states is required to maintain this oxidation state when the surface interacts with adsorbed species. Dissociation of methane is found to occur locally at the dopant cations, and is thermodynamically and kinetically more favorable on Zn-doped CeO2 than Cu-doped CeO2. The origins of this lie with the Zn(II) dopant moving towards a square pyramidal geometry in the sub surface layer which facilitates the formation of two-coordinated surface oxygen atoms, that are more beneficial for methane activation on a reducible oxide surface. These findings can aid in rational experimental catalyst design for further exploration in methane activation processes.

Études de la ténacité d'adsorption de la sérum-albumine sur des monocouches auto-assemblées hydrophobes

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Activated lignin‒chitosan extruded blends for efficient adsorption of methylene blue

This work investigates the production of activated lignin-chitosan extruded (ALiCE) pellets with controlled particle size distribution (almost spherical: dp ~500‒1000µm) for efficient methylene blue adsorption. The novel preparation method employed in this study successfully produced activated lignin-chitosan pellets. Structural and morphological characterizations were performed using BET, FTIR and SEM-EDX analyses. The influence of contact time, solution pH, ionic strength, initial adsorbate concentration and desorption studies was investigated. The experimental data fitted well with the Langmuir isotherm (R2 = 0.997), yielding a maximum adsorption capacity of 36.25mg/g. The kinetic data indicated that methylene blue (MB) adsorption onto ALiCE can be represented by the pseudo second-order-model with intraparticle processes initially controlling the process of MB adsorption. Overall, these results indicate that the novel ALiCE offers great potential for removing cationic organic pollutants from rivers and streams.

Screened Hybrid Exact Exchange Correction Scheme for Adsorption Energies on Perovskite Oxides

The bond formation between an oxide surface and oxygen, which is of importance for numerous surface reactions including catalytic reactions, is investigated within the framework of hybrid density functional theory that includes nonlocal Fock exchange. We show that there exists a linear correlation between the adsorption energies of oxygen on LaMO3 (M = Sc–Cu) surfaces obtained using a hybrid functional (e.g., Heyd–Scuseria–Ernzerhof) and those obtained using a semilocal density functional (e.g., Perdew–Burke–Ernzerhof) through the magnetic properties of the bulk phase as determined with a hybrid functional. The energetics of the spin-polarized surfaces follows the same trend as corresponding bulk systems, which can be treated at a much lower computational cost. The difference in adsorption energy due to magnetism is linearly correlated to the magnetization energy of bulk, that is, the energy difference between the spin-polarized and the non-spin-polarized solutions. Hence, one can estimate the correction ...

Fibronectin/phosphorylcholine coatings on fluorocarboned surfaces: a study upon adsorption and grafting processes

Depuis ces dernières décennies, le domaine des biomatériaux a connu un essor considérable, évoluant de simples prothèses aux dispositifs les plus complexes pouvant détenir une bioactivité spécifique. Outre, le progrès en science des matériaux et une meilleure compréhension des systèmes biologiques a offert la possibilité de créer des matériaux synthétiques pouvant moduler et stimuler une réponse biologique déterminée, tout en améliorant considérablement la performance clinique des biomatériaux. En ce qui concerne les dispositifs cardiovasculaires, divers recouvrements ont été développés et étudiés dans le but de modifier les propriétés de surface et d’améliorer l’efficacité clinique des tuteurs. En effet, lorsqu’un dispositif médical est implanté dans le corps humain, son succès clinique est fortement influencé par les premières interactions que sa surface établit avec les tissus et les fluides biologiques environnants. Le recouvrement à la surface de biomatériaux par diverses molécules ayant des propriétés complémentaires constitue une approche intéressante pour atteindre différentes cibles biologiques et orienter la réponse de l’hôte. De ce fait, l’élucidation de l’interaction entre les différentes molécules composant les recouvrements est pertinente pour prédire la conservation de leurs propriétés biologiques spécifiques. Dans ce travail, des recouvrements pour des applications cardiovasculaires ont été créés, composés de deux molécules ayant des propriétés biologiques complémentaires : la fibronectine (FN) afin de promouvoir l’endothélialisation et la phosphorylcholine (PRC) pour favoriser l’hémocompatibilité. Des techniques d’adsorption et de greffage ont été appliquées pour créer différents recouvrements de ces deux biomolécules sur un polymère fluorocarboné déposé par traitement plasma sur un substrat en acier inoxydable. Dans un premier temps, des films de polytétrafluoroéthylène (PTFE) ont été utilisés en tant que surface modèle afin d’explorer l’interaction de la PRC et de la FN avec les surfaces fluorocarbonées ainsi qu’avec des cellules endothéliales et du sang. La stabilité des recouvrements de FN sur l’acier inoxydable a été étudiée par déformation, mais également par des essais statiques et dynamiques sous-flux. Les recouvrements ont été caractérisés par Spectroscopie Photoéléctronique par Rayons X, immunomarquage, angle de contact, Microscopie Électronique de Balayage, Microscopie de Force Atomique et Spectrométrie de Masse à Ionisation Secondaire à Temps de Vol (imagerie et profilage en profondeur). Des tests d’hémocompatibilité ont été effectués et l’interaction des cellules endothéliales avec les recouvrements a également été évaluée. La FN greffée a présenté des recouvrements plus denses et homogènes alors que la PRC quant à elle, a montré une meilleure homogénéité lorsqu’elle était adsorbée. La caractérisation de la surface des échantillons contenant FN/PRC a été corrélée aux propriétés biologiques et les recouvrements pour lesquels la FN a été greffée suivie de l’adsorption de la PRC ont présenté les meilleurs résultats pour des applications cardiovasculaires : la promotion de l’endothélialisation et des propriétés d’hémocompatibilité. Concernant les tests de stabilité, les recouvrements de FN greffée ont présenté une plus grande stabilité et densité que dans le cas de l’adsorption. En effet, la pertinence de présenter des investigations des essais sous-flux versus des essais statiques ainsi que la comparaison des différentes stratégies pour créer des recouvrements a été mis en évidence. D’autres expériences sont nécessaires pour étudier la stabilité des recouvrements de PRC et de mieux prédire son interaction avec des tissus in vivo.