Estudios de sistemas organizados con aplicaciones en nanoquímica, síntesis orgánica y en reactividad. Studies of organized systems with applications in nanochemistry, organic synthesis and reactivity.

El objetivo general de este proyecto es el estudio de distintos tipos de sistemas organizados, conocer los factores que determinan la forma de organización y las consecuencias que ésta tiene sobre la reactividad de moléculas que se encuentran en ese entorno organizado. Se pretende realizar, desde la fisicoquímica y la síntesis orgánica, aportes a áreas multidisciplinarias como la nanociencia y la nanotecnología. Se sintetizarán ciclodextrinas anfifílicas y se estudiará su comportamiento en solución y en interfases, sus propiedades de agregación y morfología. Se estudiará también la termodinámica de los procesos y la capacidad catalítica de estas ciclodextrinas anfifílicas en superficies bidimensionales en reacciones de hidrólisis de ésteres. Las ciclodextrinas anfifílicas sintetizadas en el laboratorio se utilizarán también en mezclas con otros surfactantes, con el objetivo de generar medios eficientes respecto a la solubilización y extracción de contaminantes orgánicos desde suelos. Se espera encontrar sistemas que presenten efectos sinérgicos. Se determinará el efecto de la formación de complejos con ciclodextrina sobre las propiedades fisicoquímicas y la reactividad de pesticidas de amplio uso en agricultura, en particular de compuestos organofosforados. Se investigarán ciclodextrinas que permitan controlar la liberación del agroquímico y se realizarán estudios de la reactividad de los pesticidas en solución y en medios que simulen el suelo determinando si la inclusión en las ciclodextrinas modifica la velocidad de descomposición. En la búsqueda de nuevos sistemas microheterogéneos se sintetizarán surfactantes gémini con una cadena hidrocarbonada y una perfluorada y se determinarán sus propiedades. Luego de su caracterización, estos surfactantes se aplicarán en estudios de reactividad de compuestos insolubles en agua.Se estudiará la formación de complejos de ciclodextrina con metales de transición y los mismos se utilizarán como catalizadores en reacciones de oxidación de sulfuros y de alquenos en medios acuosos y no acuosos buscando condiciones donde se logre inducción quiral. Se sintetizarán compuestos azufrados polifuncionales con los cuales se modificarán superficies de nanopartículas por quimioadsorción de los mismos. Dado que se pretende obtener compuestos con propiedades específicas que dependen de su estructura, se llevará a cabo el modelado computacional de las distintas moléculas en estudio, ya que esto podría aportar datos relevantes acerca de qué modificaciones estructurales podrían intensificar la propiedad o propiedades buscadas. En una etapa posterior se correlacionarán las propiedades predichas a través de cálculos teóricos con las observadas experimentalmente, lo que intrínsecamente conlleva a un mayor conocimiento del sistema.Los estudios propuestos en este proyecto permitirán avanzar en la comprensión de los factores supramoleculares que controlan y modulan la interacción de ligandos con sus receptores en interfases y la ocurrencia de reacciones hidrolíticas en interfases autoorganizadas.

Síntesis, caracterización y aplicaciones específicas de metalosilicatos cristalinos micro y mesoporosos con incorporación de nanoestructuras. Synthesis, characterization and specific aplications of crystalline micro and mesoporous metallosilicates with nanostructures.

La síntesis de materiales cristalinos micro y mesoporosos con incorporación de micro/nano partículas/clusters de especies formadas con entidades propias interaccionando con las redes, como óxidos de metales, cationes de neutralización, especies metálicas, etc., pueden potencialmente ser utilizados como "materiales hospedaje" en óptica, electrónica, sensores, como materiales magnéticos, en estrategias ambientales de control de la contaminación, catálisis en general y procesos de separación. Se sintetizaran y caracterizaran por diversas técnicas fisicoquímicas, zeolitas microporosas de poro medio (ZSM) y poro grande (Y), y materiales mesoporosos (MCM-41). La aplicación de los mismos se orientara, por una parte, a procesos catalíticos tecnológicamente innovadores relacionados con los siguientes campos: a)catálisis ambiental: transformación de desechos plásticos (polietileno, polipropileno, poliestireno o mezclas de los mismos) a hidrocarburos de mayor valor agregado (gasolinas, gasoil, gases licuados de petróleo, hidrocarburos aromáticos); b)química fina: oxidación parcial de hidrocarburos aromáticos hacia la obtención de commodities, fármacos, etc. Por otra parte, se evaluaran las propiedades magnéticas (ferromagnetismo, paramagnetismo, superparamagnetismo, diamagnetismo) que algunos de estos materiales presentan, en busca de su correlación con sus propiedades catalíticas, cuando sea factible. Se estudiaran las condiciones óptimas de síntesis de los materiales, aplicando técnicas hidrotermicas o sol gel, controlando variables como temperaturas y tiempos de síntesis, pH de geles iniciales-intermedios-finales, tipo de fuentes precursoras, etc. La modificación de las matrices con Co, Cr, Mn, H, o Zn, se realizara mediante diversos tratamientos químicos (intercambio, impregnación) a partir de las sales correspondientes, con el objeto de incorporar elementos activos al estado iónico, metálico, clusters, etc.; y la influencia de distintos tratamientos térmicos (oxidantes, inertes o reductores; atmósferas dinámicas o estáticas; temperaturas). La caracterización estructural de los materiales será por: AA (cuantificación elemental de bulk); XRD (determinacion de presencia de especies oxidos o metalicas de Zn, Co, Cr, o Mn; determinacion de cristalinidad y estructura); BET (determinacion de area superficial); DSC-TG-DTA (determinacion de estabilidad de las matrices sintetizadas); FTIR de piridina (determinacion de tipo-fuerza-cantidad de sitios activos); Raman y UV-reflectancia difusa (determinacion de especies ionicas interacturando o depositadas sobre las matrices); TPR (identificacion de especies reducibles); SEM-EDAX (determinacion de tamaño de particulas de especies activas y de las matrices y cuanfiticacion superficial); Magnetómetros SQUID y de muestra vibrante (medición de magnetización y susceptibilidad magnética a temperatura ambiente con variación de campo externo aplicado, y variación de temperaturas (4 a 300 K) con campo externo fijo). En síntesis, se plantean tres grandes áreas de trabajo: No1)Síntesis y caracterización de materiales micro y mesoporosos nanoestructurados; No2) Evaluación de las propiedades catalíticas; No3) Evaluación de las propiedades magnéticas. Estos lineamientos nos permitirán generar nuevos conocimientos científicos-tecnológicos, formando recursos humanos (dos becarios posdoctorales; un becario doctoral; tres becarios alumnos de investigación; aproximadamente 15 pasantes de grado al año) aptos para emprender tales desafíos. Los conocimientos originados son constantemente trabajados en las actividades docentes de grado y posgrado que los integrantes del proyecto poseen. Finalmente serán transmitidos y puestos a consideración de pares evaluadores en presentaciones a congresos nacionales e internacionales y revistas especializadas.

Síntesis y Caracterización de Materiales Nanoestructurados para el Almacenamiento de Hidrógeno. Hidrogen storage: Synthesis and characterization of nanostructured materials.

El hidrógeno tiene, actualmente, una atención considerable por su posible uso como combustible limpio y otros usos industriales y se ha demostrado que es posible hacer funcionar motores de combustión interna, por lo tanto es una alternativa viable respecto de fuentes de energía no renovables como el petróleo y tal vez sea en el futuro la tecnología más prometedora para reducir la contaminación, conservando el suministro de combustibles fósiles. Uno de los principales problemas para la utilización del hidrógeno como combustible es el del almacenamiento para que pueda ser seguro y transportable con todos los riesgos que esto supone. En este sentido el estudio de la adsorción de polímeros conductores (tal como polianilina, PANI o polipirrol PPy) y su posterior polimerización sobre hospedajes como aluminosilicatos meso y microporosos y carbones mesoporosos, es de suma importancia por sus propiedades para el almacenamiento de H2. El objetivo general de este proyecto es Investigar el almacenamiento de hidrógeno en nuevos composites nano/microestructurados. La síntesis de materiales micro/mesoporosos (MFI, MEL, BEA, L, MS41, SBA-15, SBA-1, SBA-3, SBA-16, CMK-3) para usos como hospedaje se realizan por sol-gel o síntesis hidrotérmica y se modificarán con TiO2, CeO2, ZrO2 y eventualmente con Ir, Ni, Zr. Muestras de estos hospedajes serán expuestos a vapores del monómero puro (anilina o pirrol). Luego se polimerizarán por polimerización oxidativa. Los nanocomposites sintetizados se caracterizarán por XRD, FTIR, DSC, TGA, SEM, TEM, EXFAS, XANES, UV-Vis. La adsorción de hidrógeno sobre los composites se llevará a cabo en un Reactor Parr, desde presiones atmosféricas y a altas presiones y varias temperaturas de adsorción . Los estudios de desorción de hidrogeno se llevarán a cabo en un equipo Chemisorb Micrometrics y se realizarán estudios termogravimétricos y de capacidad de retención de Hidrogeno por el nanocomposite. La importancia del estudio de este proceso tiene importantes implicancias económicas y sociales que serán preponderantes en el futuro debido a las cada vez más exigentes regulaciones ambientales. Además se contribuirá al avance del conocimiento científico, ya que es posible diseñar nuevos materiales, los que además permitirán generar reservorios de H2 con alta eficiencia. Por lo consiguiente: - Se desarrollarán nuevos materiales nanoestructurados, micro y mesoporosos y nanoclusters de especies activas en los hospedajes como así también la inclusión de polímeros (PANI, PPy) dentro de los canales de estos materiales. - Se caracterizarán estos materiales por métodos espectroscópicos (fisicoquímica de superficie). - Se estudiará la adsorción /absorcion de H2 en los nuevos materiales desarrollados. -Se aplicarán métodos de diseño de experimento (RDS), para optimizar el proceso de almacenamiento de H2, nivel de interacción de variables sinérgicas o colinérgicas.

Degradación de efluentes de las industrias del cuero y textil mediante procesos fotocatalíticos heterogéneos empleando la luz solar. Degradation of effluents from the leather and textile industries through heterogeneous photocatalytic processes using sunlight.

El creciente desarrollo de la industria del cuero y textil en nuestro país, y específicamente en la provincia de Córdoba, ha hecho resurgir en los ultimos años una problemática aún no resuelta que es la elevada contaminación de los recursos hídricos. En ambas industrias, la operación de teñido involucra principalmente colorantes de tipo azoico los cuales son "no biodegradables" y se fragmentan liberando aminas aromáticas cancerígenas. Para abordar esta problemática, la fotocatálisis heterogénea aparece como una nueva tecnología que permitiría la completa mineralización de estos colorantes. A través de radiación y un fotocatalizador sólido adecuado se pueden generan radicales libres eficientes para la oxidación de materia orgánica (colorantes) en medio acuoso. En este sentido, se proponen tamices moleculares mesoporosos modificados con metales de transición (MT) como fotocatalizadores potencialmente aptos para la degradación de estos contaminantes. El propósito principal de este proyecto es el diseño, síntesis, caracterización y evaluación de materiales mesoporosos que presenten actividad fotocatalítica ya sea mediante la modificación de su estructura con diversos metales fotosensibles y/o empleándolos como soporte de óxido de titanio. Se pretende evaluar estos materiales en la degradación de colorantes intentando desplazar su fotosensibilidad hacia la radiación visible para desarrollar nuevas tecnologías con menor impacto ambiental y mayor aprovechamiento de la energía solar. Para ello se sintetizarán materiales del tipo MCM-41 modificados con distintos MT tales como Fe, Cr, Co, Ni y Zn mediante incorporación directa del ión metálico o impregnación. Al mismo tiempo, tanto estos últimos materiales como el MCM-41 silíceo serán empleados como soporte de TiO2. Sus propiedades fisicoquímicas se caracterizarán mediante distintas técnicas instrumentales y su actividad fotocatalítica se evaluará en la degradación de colorantes azoicos bajo radiación visible. Se seleccionará el catalizador más eficiente y se estudiarán los diversos factores que afectan el proceso de fotodegradación. Así mismo, el análisis de la concentración del colorante y los productos presentes en el medio en función del tiempo de reacción permitirá inferir sobre la cinética de la decoloración y postular posibles mecanismos de fotodegradación. Con esta propuesta se espera contribuír al desarrollo de un sector industrial importante en nuestra provincia como es el de las industrias del cuero y textil, mediante la generación de nuevas tecnologías que empleen la energía solar para la degradación de sus efluentes (colorantes). En este sentido, se espera desarrollar nuevos materiales optimizados para lograr la mayor eficiencia fotocatalítica. Esto conduciría entonces hacia la remediación de un problema ambiental de alto impacto tanto para nuestra provincia y nuestro país como para la población mundial, como es la contaminación de los recursos hídricos. Finalmente, con este proyecto se contribuirá a la formación de dos doctorandos y un maestrando, cuyos temas de tesis están vinculados con nuestro objeto de estudio. The increasing development of the textile and leather industries in our country, and specifically in Córdoba, has revived an unresolved problem that is the high contamination of water resources. In both industries, the dyeing involves mainly type azoic dyes which are not biodegradable and break releasing carcinogenic aromatic amines. Heterogeneous photocatalysis appears as a new technology that would allow the complete mineralization of these pollutants. Through radiation and a suitable solid it is possible to generate free radicals for efficient oxidation of organic matter (dyes) in aqueous medium. In this respect, mesoporous molecular sieves modified with transition metals are proposed as potential photocatalysts. The main purpose of this project is the synthesis of mesoporous materials having photocatalytic activity for the degradation of dyes. We will try to move their photosensitivity to visible radiation to develop new technologies with lower environmental impact and greater use of solar energy. Materials MCM-41 modified with metals (Fe, Cr, Co, Ni and Zn) will be synthesized by direct incorporation or impregnation. These materials and the siliceous MCM-41 will be then employed as support of TiO2. The materials will be evaluated in the photocatalytic degradation of azoic dyes under visible radiation. The influence of different factors on the photodegradation proccess will be studied. Kinetic studies will be carried out and a possible reaction way will be proposed. Thus, this work will contribute to the advancement of an important industrial sector and the remediation of an environmental problem with high impact for our province and our country. Moreover, this proyect will contribute to the development of two doctoral tesis and one magister tesis which are vinculated with our study subject.

Development of a semi-automatic self learning pattern recognition system for the control of electronic boards

This project was funded under the Applied Research Grants Scheme administered by Enterprise Ireland. The project was a partnership between Galway - Mayo Institute of Technology and an industrial company, Tyco/Mallinckrodt Galway. The project aimed to develop a semi - automatic, self - learning pattern recognition system capable of detecting defects on the printed circuits boards such as component vacancy, component misalignment, component orientation, component error, and component weld. The research was conducted in three directions: image acquisition, image filtering/recognition and software development. Image acquisition studied the process of forming and digitizing images and some fundamental aspects regarding the human visual perception. The importance of choosing the right camera and illumination system for a certain type of problem has been highlighted. Probably the most important step towards image recognition is image filtering, The filters are used to correct and enhance images in order to prepare them for recognition. Convolution, histogram equalisation, filters based on Boolean mathematics, noise reduction, edge detection, geometrical filters, cross-correlation filters and image compression are some examples of the filters that have been studied and successfully implemented in the software application. The software application developed during the research is customized in order to meet the requirements of the industrial partner. The application is able to analyze pictures, perform the filtering, build libraries, process images and generate log files. It incorporates most of the filters studied and together with the illumination system and the camera it provides a fully integrated framework able to analyze defects on printed circuit boards.

Search for very high energy Gamma radiation from the Starburst Galaxy IC 342

This thesis describes a search for very high energy (VHE) gamma-ray emission from the starburst galaxy IC 342. The analysis was based on data from the 2003 — 2004 observing season recorded using the Whipple 10-metre imaging atmospheric Cherenkov telescope located on Mount Hopkins in southern Arizona. IC 342 may be classed as a non-blazar type galaxy and to date only a few such galaxies (M 87, Cen A, M 82 and NGC 253) have been detected as VHE gamma-ray sources. Analysis of approximately 24 hours of good quality IC 342 data, consisting entirely of ON/OFF observations, was carried out using a number of methods (standard Supercuts, optimised Supercuts, scaled optimised Supercuts and the multivariate kernel analysis technique). No evidence for TeV gamma-ray emission from IC 342 was found. The significance was 0.6 a with a nominal rate of 0.04 ± 0.06 gamma rays per minute. The flux upper limit above 600 GeV (at 99.9 % confidence) was determined to be 5.5 x 10-8 m-2 s-1, corresponding to 8 % of the Crab Nebula flux in the same energy range.

Some results of study of variations of light ions concentration and their connections with the ionizing radiation and sub-micron aerosol content in air under the conditions of Tbilisi city

Results of analysis of variations of sum light ions concentration and their connections with radon, galactic cosmic rays intensity and content of sub-micron aerosols by diameter ≥ 0.1 micron in surface boundary layer of Tbilisi city are given.

The Feedback Effect of Intensity of Ionizing Radiation With the Light Ions Content in Atmosphere. Paradox (the Tbilisi Type of a Smog), or Usual Phenomenon for the Strongly Pollution Cities?.

თბილისში მსუბუქი იონების, რადონის და გალაქტიკური კოსმოსური სხივების ნეიტრონული კომპონენტის ინტენსივობის 2009-2010 წლებში კომპლექსური მონიტორინგის მონაცემების მიხედვით გამოვლენილია მაიონიზებელი გამოსხივების ინტენსივობისა და ატმოსფეროში მსუბუქი იონების შემცველობის უკუკავშირის ეფექტი.

SQL based frequent pattern mining

Data mining, frequent pattern mining, database mining, mining algorithms in SQL

Synthesis of integrated chemical processes for the production of single enantiomers

Magdeburg, Univ., Fak. für Elektrotechnik und Informationstechnik, Diss., 2011

Synthesis of plantwide control strategies using mixed integer optimization

Magdeburg, Univ., Fak. für Elektrotechnik und Informationstechnik, Diss., 2012

A Comparison of Radiation Dose Between Standard and 3D Angiography in Congenital Heart Disease

Background: The use of three-dimensional rotational angiography (3D-RA) to assess patients with congenital heart diseases appears to be a promising technique despite the scarce literature available. Objectives: The objective of this study was to describe our initial experience with 3D-RA and to compare its radiation dose to that of standard two-dimensional angiography (2D-SA). Methods: Between September 2011 and April 2012, 18 patients underwent simultaneous 3D-RA and 2D-SA during diagnostic cardiac catheterization. Radiation dose was assessed using the dose-area-product (DAP). Results: The median patient age and weight were 12.5 years and 47.5 Kg, respectively. The median DAP of each 3D-RA acquisition was 1093µGy.m2 and 190µGy.m2 for each 2D-SA acquisition (p<0.01). In patients weighing more than 45Kg (n=7), this difference was attenuated but still significant (1525 µGy.m2 vs.413µGy.m2, p=0.01). No difference was found between one 3D-RA and three 2D-SA (1525µGy.m2 vs.1238 µGy.m2, p = 0.575) in this population. This difference was significantly higher in patients weighing less than 45Kg (n=9) (713µGy.m2 vs.81µGy.m2, P = 0.008), even when comparing one 3D-RA with three 2D-SA (242µGy.m2, respectively, p<0.008). 3D-RA was extremely useful for the assessment of conduits of univentricular hearts, tortuous branches of the pulmonary artery, and aorta relative to 2D-SA acquisitions. Conclusions: The radiation dose of 3D-RA used in our institution was higher than those previously reported in the literature and this difference was more evident in children. This type of assessment is of paramount importance when starting to perform 3D-RA.

The Benefits of Prone SPECT Myocardial Perfusion Imaging in Reducing Both Artifact Defects and Patient Radiation Exposure

AbstractBackground:Prone imaging has been demonstrated to minimize diaphragmatic and breast tissue attenuation.Objectives:To determine the role of prone imaging on the reduction of unnecessary rest perfusion studies and coronary angiographies performed, thus decreasing investigation time and radiation exposure.Methods:We examined 139 patients, 120 with an inferior wall and 19 with an anterior wall perfusion defect that might represented attenuation artifact. Post-stress images were acquired in both the supine and prone position. Coronary angiography was used as the “gold standard” for evaluating coronary artery patency. The study was terminated and rest imaging was obviated in the presence of complete improvement of the defect in the prone position. Quantitative interpretation was performed. Results were compared with clinical data and coronary angiographic findings.Results:Prone acquisition correctly revealed defect improvement in 89 patients (89/120) with inferior wall and 12 patients (12/19) with anterior wall attenuation artifact. Quantitative analysis demonstrated statistically significant difference in the mean summed stress scores (SSS) of supine and mean SSS of prone studies in patients with disappearing inferior wall defect in the prone position and patent right coronary artery (true negative results). The mean difference between SSS in supine and in prone position was higher with disappearing than with remaining defects.Conclusion:Technetium-99m (Tc-99m) tetrofosmin myocardial perfusion imaging with the patient in the prone position overcomes soft tissue attenuation; moreover it provides an inexpensive, accurate approach to limit the number of unnecessary rest perfusion studies and coronary angiographies performed.

Does Ad Hoc Coronary Intervention Reduce Radiation Exposure? – Analysis of 568 Patients

Background:Advantages and disadvantages of ad hoc percutaneous coronary intervention have been described. However little is known about the radiation exposure of that procedure as compared with the staged intervention.Objective:To compare the radiation dose of the ad hoc percutaneous coronary intervention with that of the staged procedureMethods:The dose-area product and total Kerma were measured, and the doses of the diagnostic and therapeutic procedures were added. In addition, total fluoroscopic time and number of acquisitions were evaluated.Results:A total of 568 consecutive patients were treated with ad hoc percutaneous coronary intervention (n = 320) or staged percutaneous coronary intervention (n = 248). On admission, the ad hoc group had less hypertension (74.1% vs 81.9%; p = 0.035), dyslipidemia (57.8% vs. 67.7%; p = 0.02) and three-vessel disease (38.8% vs. 50.4%; p = 0.015). The ad hoc group was exposed to significantly lower radiation doses, even after baseline characteristic adjustment between both groups. The ad hoc group was exposed to a total dose-area product of 119.7 ± 70.7 Gycm2, while the staged group, to 139.2 ± 75.3 Gycm2 (p < 0.001).Conclusion:Ad hoc percutaneous coronary intervention reduced radiation exposure as compared with diagnostic and therapeutic procedures performed at two separate times.

Advancing the understanding of brain function with multivariate pattern analysis

Magdeburg, Univ., Fak. für Naturwiss., Diss., 2009