Is it possible to remove polymeric nanoparticles from aqueous paints during the activated sludge treatment?

The market for emulsion polymers (latexes) is large and growing at the expense of other manufacturing processes that emit higher amounts of volatile organic solvents. The paint industry is not an exception and solvent-borne paints have been gradually substituted by aqueous paints. In their life-cycle, much of the aqueous paint used for architectural or decorative purposes will eventually be discharged into wastewater treatment facilities, where its polymeric nanoparticles (mainly acrylic and styrene-acrylic) can work as xenobiotics to the microbial communities present in activated sludge. It is well established that these materials are biocompatible at macroscopic scale. But is their behaviour the same at nanoscale? What happens to the polymeric nanoparticles during the activated sludge process? Do nanoparticles agregate and are discharged together with the sludge or remain in emulsion? How do microorganisms interact with these nanoparticles? Are nanoparticles degradated by them? Are they adsorbed? Are these nanoparticles toxic to the microbial community? To study the influence of these xenobiotics in the activated sludge process, an emulsion of cross-linked poly(butyl methacrylate) nanoparticles of ca. 50 nm diameter was produced and used as model compound. Activated sludge from a wastewater treatment plant was tested by the OCDE’s respiration inhibition test using several concentrations of PBMA nanoparticles. Particle aggregation was followed by Dynamic Light Scattering and microorganism surfaces were observed by Atomic Force Microscopy. Using sequential batch reactors (SBRs) and continuous reactors, both inoculated with activated sludge, the consumption of carbon, ammonia, nitrite and nitrate was monitored and compared, in the presence and absence of nanoparticles. No particles were detected in all treated waters by Dynamic Light Scattering. This can either mean that microorganisms can efficiently remove all polymer nanoparticles or that nanoparticles tend to aggregate and be naturally removed by precipitation. Nevertheless respiration inhibition tests demonstrated that microorganisms consume more oxygen in the presence of nanoparticles, which suggests a stress situation. It was also observed a slight decrease in the efficiency of nitrification in the presence of nanoparticles. AFM images showed that while the morphology of some organisms remained the same both in the presence and absence of nanoparticles, others assumed a rough surface with hilly like shapes of ca. 50 nm when exposed to nanoparticles. Nanoparticles are thus likely to be either incorporated or adsorbed at the surface of some organisms, increasing the overall respiration rate and decreasing nitrification efficiency. Thus, despite its biocompatibility at macroscopic scale, PBMA is likely to be no longer innocuous at nanoscale.

Pt/Carbon materials as Bi-Functional catalysts for N-decane hydroisomerization

The activity and selectivity of bi-functional carbon-supported platinum catalysts for the hydroisomerization of n-alkanes have been studied. The influence of the properties of the carbon support on the performance of the catalysts were investigated by incorporating the metallic function on a series of carbons with varied porosity (microporous: GL-50 from Norit, and mesoporous: CMK-3) and surface chemistry (modified by wet oxidation). The characterization results achieved with H-2 chemisorption and TEM showed differences in surface metal concentrations and metal-support interactions depending on the support composition. The highest metal dispersion was achieved after oxidation of the carbon matrix in concentrated nitric acid, suggesting that the presence of surface functional sites distributed in inner and outer surface favors a homogeneous metal distribution. On the other hand, the higher hydrogenating activity of the catalysts prepared with the mesoporous carbon pointed out that a fast molecular traffic inside the pores plays an important role in the catalysts performance. For n-decane hydroisomerization of long chain n-alkanes, higher activities were obtained for the catalysts with an optimized acidity and metal dispersion along with adequate porosity, pointing out the importance of the support properties in the performance of the catalysts.

Reactivity of human fetal and adult immortalized hepatocytes to potentially toxic bilirubin and bile acid species

Dissertação apresentada para a obtenção do Grau de Mestre em Genética Molecular e Biomedicina, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Waste recovery into activated carbon for water purification from heavy metals

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química Pela Universidade Nova de Lisboa,Faculdade de Ciências e Tecn

Hydrogenating activity of Pt/zeolite catalysts focusing acid support and metal dispersion influence

Toluene hydrogenation was studied over catalysts based on Pt supported on large pore zeolites (HUSY and HBEA) with different metal/acid ratios. Acidity of zeolites was assessed by pyridine adsorption followed by FTIR showing only small changes before and after Pt introduction. Metal dispersion was determined by H2–O2 titration and verified by a linear correlation with the intensity of Pt0–CO band obtained by in situ FTIR. It was also observed that the electronic properties of Pt0 clusters were similar for the different catalysts. Catalytic tests showed rapid catalyst deactivation with an activity loss of 80–95% after 60 min of reaction. The turnover frequency of fresh catalysts depended both on metal dispersion and the support. For the same support, it changed by a 1.7-fold (HBEA) and 4.0-fold (HUSY) showing that toluene hydrogenation is structure-sensitive, i.e. hydrogenating activity is not a unique function of accessible metal. This was proposed to be due to the contribution to the overall activity of the hydrogenation of adsorbed toluene on acid sites via hydrogen spillover. Taking into account the role of zeolite acidity, the catalysts series were compared by the activity per total adsorbing sites which was observed to increase steadily with nPt/(nPt + nA). An increase of the accessible Pt atoms leads to an increase on the amount of spilled over hydrogen available in acid sites therefore increasing the overall activity. Pt/HBEA catalysts were found to be more active per total adsorbing site than Pt/HUSY which is proposed to be due to an augmentation in the efficiency of spilled over hydrogen diffusion related to the proximity between Pt clusters and acid sites. The intervention of Lewis acid sites in a greater extent than that measured by pyridine adsorption may also contribute to this higher activity of Pt/HBEA catalysts. These results reinforce the importance of model reactions as a closer perspective to the relevant catalyst properties in reaction conditions.

Gastric acid secretion response in the Cebus apella: a monkey model of chronic Chagas disease

The objective was to study the secretory pattern, both basal and stimulated either by histamine (0.1 mg/kg) or pentagastrin (64 ug/kg) in eighteen Cebus apella monkeys chronically infected with different T. cruzi strains (CA1, n=10; Colombian, n=4 and Tulahuen, n=4) and to describe the morphological findings in the gastrointestinal tract in twelve infected (6 sacrificed and 6 spontaneously dead) and four healthy monkeys. All infected monkeys and 35 healthy ones were evaluated by contrast X-ray examination. No differences were observed in basal acid output between control and infected groups. Animals infected with the Tulahuen and Colombian strains showed significant lower values of peak acid output in response to histamine or pentagastrin (p<0.01 and p<0.05 respectively; "t" test) in comparison to the controls. Barium contrast studies showed enlargement and dilatation of the colon in three infected animals. Histopathological lesions were seen in 75% of the autopsied animals either in colon alone (33%) or both, in colon and esophagus (42%). The normal secretion observed in the CA1 infected group could be due to a lower virulence of the strain, a lower esophagic tropism or the necessity of a longer post-infection time to cause lesions.

Arylhydrazones of barbituric acid: synthesis, coordination ability and catalytic activity of their CoII, CoII/IIIand CuIIcomplexes toward peroxidative oxidation of alkanes

New ortho-substituted arylhydrazones of barbituric acid, 5-(2-(2-hydroxyphenyl)hydrazono) pyrimidine-2,4,6(1H,3H,5H)-trione (H4L1) and the sodium salt of 2-(2-(2,4,6-trioxotetra-hydropyrimidin-5(2H)-ylidene)hydrazinyl) benzenesulfonic acid (H4L2), [Na(H3L2)(mu-H2O)(H2O)(2)](2) (1), were used in the synthesis of Cu-II, Co-II and Co-II/III complexes, [Cu(H2L1)(H2O)(im)]center dot 3H(2)O (im = imidazole) (2), [Co(H2O)(6)] [Co(H2L1)(2)](2)center dot 8H(2)O (3), [Co(H2L2)(im)(3)] (4), [Cu(H2L2)(im)(2)]center dot H2O (5) and [Co(H2O)(6)][H3L2](2)center dot 8H(2)O (6). The complexes are water soluble and the mono-or di-deprotonated ligands display different coordination modes, depending on the synthetic conditions. The electrochemical behaviour of all the compounds was investigated by cyclic voltammetry and controlled potential electrolysis, revealing that the ligands are also redox active. All the compounds were evaluated as catalysts for the peroxidative (with H2O2) oxidation of cyclohexane at room temperature. The compounds 2 and 3 are the most active ones (yields up to 21% and TON up to 213 are achieved, in the presence of 3).

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

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

Light controlled synthesis of nucleic acids

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Bioquímica - especialidade Biotecnologia, pela Universidade Nova de Lisboa,Faculdade de Ciências e Tecnologia

SIMPLIFIED DIAGNOSIS OF MALARIA INFECTION: GFM/PCR/ELISA A SIMPLIFIED NUCLEIC ACID AMPLIFICATION TECHNIQUE BY PCR/ELISA

We report an adaptation of a technique for the blood sample collection (GFM) as well as for the extraction and amplification of Plasmodium DNA for the diagnosis of malaria infection by the PCR/ELISA. The method of blood sample collection requires less expertise and saves both time and money, thus reducing the cost by more than half. The material is also suitable for genetic analysis in either fresh or stored specimens prepared by this method.

Estudo do óxido de cálcio como catalisador para a transesterificação de óleos alimentares usados

O instável mas tendencialmente crescente preço dos combustíveis associado a preocupações ambientais cada vez mais enraizadas nas sociedades, têm vindo a despoletar uma maior atenção à procura de combustíveis alternativos. Por outro lado, várias projecções indicam um aumento muito acentuado do consumo energético global no curto prazo, fruto do aumento da população e do nível de industrialização das sociedades. Neste contexto, o biodiesel (ésteres de ácidos gordos) obtido através da transesterificação de triglicerídeos de origem vegetal ou animal, surge como a alternativa “verde” mais viável para utilização em equipamentos de combustão. A reacção de transesterificação é catalisada, por norma com recurso a catalisadores homogéneos alcalinos (NaOH ou KOH). Este tipo de processo, o único actualmente com expressão a nível industrial, apresenta algumas desvantagens que, para além de aumentarem o custo do produto final, contribuem para reduzir a benignidade do mesmo: a impossibilidade de reutilização do catalisador, o aumento do número e complexidade das etapas de separação e a produção de efluentes resultantes das referidas etapas. Com o intuito de minimizar ou eliminar estes problemas, vários catalisadores heterogéneos têm vindo a ser estudados para esta reacção. Apesar de muitos apresentarem resultados promissores, a grande maioria não tem viabilidade para aplicação industrial seja devido ao seu próprio custo, seja devido aos pré-tratamentos necessários à sua utilização. Entre estes catalisadores, o óxido de cálcio é talvez o que apresenta resultados mais promissores. O crescente número de estudos envolvendo este catalisador em detrimento de outros, é por si mesmo prova do potencial do CaO. A realização deste trabalho pretendia atingir os seguintes objectivos principais: • Avaliar a elegibilidade do óxido de cálcio enquanto catalisador da reacção de transesterificação de óleos alimentares usados com metanol; • Avaliar qual a sua influência nas características dos produtos finais; • Avaliar as diferenças de performance entre o óxido de cálcio activado em atmosfera inerte (N2) e em ar, enquanto catalisadores da reacção de transesterificação de óleos alimentares usados com metanol; • Optimizar as condições da reacção com recurso às ferramentas matemáticas disponibilizadas pelo planeamento factorial, através da variação de quatro factores chave de influência: temperatura, tempo, relação metanol / óleo e massa de catalisador utilizado. O CaO utlizado foi obtido a partir de carbonato de cálcio calcinado numa mufla a 750 °C durante 3 h. Foi posteriormente activado a 900 °C durante 2h, em atmosferas diferentes: azoto (CaO-N2) e ar (CaO-Ar). Avaliaram-se algumas propriedades dos catalisadores assim preparados, força básica, concentração de centros activos e áreas específicas, tendo-se obtido uma força básica situada entre 12 e 14 para ambos os catalisadores, uma concentração de centros activos de 0,0698 mmol/g e 0,0629 mmol/g e áreas específicas de 10 m2/g e 11 m2/g respectivamente para o CaO-N2 e CaO-Ar. Efectuou-se a transesterificação, com catálise homogénea, da mistura de óleos usados utilizada neste trabalho com o objectivo de determinar os limites para o teor de FAME’s (abreviatura do Inglês de Fatty Acid Methyl Esters’) que se poderiam obter. Foi este o parâmetro avaliado em cada uma das amostras obtidas por catálise heterogénea. Os planos factoriais realizados tiveram como objectivo maximizar a sua quantidade recorrendo à relação ideal entre tempo de reacção, temperatura, massa de catalisador e quantidade de metanol. Verificou-se que o valor máximo de FAME’s obtidos a partir deste óleo estava situado ligeiramente acima dos 95 % (m/m). Realizaram-se três planos factoriais com cada um dos catalisadores de CaO até à obtenção das condições óptimas para a reacção. Não se verificou influência significativa da relação entre a quantidade de metanol e a massa de óleo na gama de valores estudada, pelo que se fixou o valor deste factor em 35 ml de metanol / 85g de óleo (relação molar aproximada de 8:1). Verificou-se a elegibilidade do CaO enquanto catalisador para a reacção estudada, não se tendo observado diferenças significativas entre a performance do CaO-N2 e do CaO-Ar. Identificaram-se as condições óptimas para a reacção como sendo os valores de 59 °C para a temperatura, 3h para o tempo e 1,4 % de massa de catalisador relativamente à massa de óleo. Nas referidas condições, obtiveram-se produtos com um teor de FAME’s de 95,7 % na catálise com CaO-N2 e 95,3 % na catálise com CaO-Ar. Alguns autores de estudos consultados no desenvolvimento do presente trabalho, referiam como principal problema da utilização do CaO, a lixiviação de cálcio para os produtos obtidos. Este facto foi confirmado no presente trabalho e na tentativa de o contornar, tentou-se promover a carbonatação do cálcio com a passagem de ar comprimido através dos produtos e subsequente filtração. Após a realização deste tratamento, não mais se observaram alterações nas suas propriedades (aparecimento de turvação ou precipitados), no entanto, nos produtos obtidos nas condições óptimas, a concentração de cálcio determinada foi de 527 mg/kg no produto da reacção catalisada com CaO-N2 e 475 mg/kg com CaO-A. O óxido de cálcio apresentou-se como um excelente catalisador na transesterificação da mistura de óleos alimentares usados utilizada no presente trabalho, apresentando uma performance ao nível da obtida por catálise homogénea básica. Não se observaram diferenças significativas de performance entre o CaO-N2 e o CaO-Ar, sendo possível obter nas mesmas condições reaccionais produtos com teores de FAME’s superiores a 95 % utilizando qualquer um deles como catalisador. O elevado teor de cálcio lixiviado observado nos produtos, apresenta-se como o principal obstáculo à aplicação a nível industrial do óxido de cálcio como catalisador para a transesterificação de óleos.

Occurrence of Giardia cysts and Cryptosporidium oocysts in activated sludge samples in Campinas, SP, Brazil

Giardia and Cryptosporidium have caused several outbreaks of gastroenteritis in humans associated with drinking water. Contaminated sewage effluents are recognized as a potential source of waterborne protozoa. Due to the lack of studies about the occurrence of these parasites in sewage samples in Brazil, we compared the efficiency of two procedures for concentrating cysts and oocysts in activated sludge samples of one sewage treatment plant. For this, the samples were submitted to i) concentration by the ether clarification procedure (ECP) and to ii) purification by sucrose flotation method (SFM) and aliquots of the pellets were examined by immunofluorescence. Giardia cysts were present in all samples (100.0%; n = 8) when using ECP and kit 1 reagents, while kit 2 resulted in six positive samples (85.7%; n = 7). As for SFM, cysts were detected in 75.0% and 100.0% of these samples (for kit 1 and 2, respectively). Regarding Cryptosporidium, two samples (25.0%; kit 1 and 28.5% for kit 2) were detected positive by using ECP, while for SFM, only one sample (examined by kit 1) was positive (12.5%). The results of the control trial revealed Giardia and Cryptosporidium recovery efficiency rates for ECP of 54.5% and 9.6%, while SFM was 10.5% and 3.2%, respectively. Considering the high concentration detected, a previous evaluation of the activated sludge before its application in agriculture is recommended and with some improvement, ECP would be an appropriate simple technique for protozoa detection in sewage samples.