Application of Polysaccharide Hydrogels in Adsorption and Controlled-Extended Release of Fertilizers Processes

This article studied the applicability of poly(acrylamide) and methylcellulose (PAAm-MC) hydrogels as potential delivery vehicle for the controlled-extended release of ammonium sulfate (NH(4))(2)SO(4) and potassium phosphate (KH(2)PO(4)) fertilizers. PAAm-MC hydrogels with different acrylamide (AAm) and MC concentrations were prepared by a free radical polymerization method. The adsorption and desorption kinetics of fertilizers were determined using conductivity measurements based on previously built analytical curve. The addition of MC in the PAAm chains increased the quantities of (NH(4))(2)SO(4) and KH(2)PO(4) loaded and extended the time and quantities of fertilizers released. Coherently, both loading and releasing processes were strongly influenced by hydrophilic properties of hydrogels (AAm/MC mass proportion). The best sorption (124.0 mg KH(2)PO(4)/g hydrogel and 58.0 mg (NH(4))(2)SO(4)/g hydrogel) and desorption (54.9 mg KH(2)PO(4)/g hydrogel and 49.5 mg (NH(4))(2)SO(4)/g hydrogel) properties were observed for 6.0% AAm-1.0% MC hydrogels (AAm/MC mass proportion equal 6), indicating that these hydrogels are potentially viable to be used in controlled-extended release of fertilizers systems. (C) 2011 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 123: 2291-2298, 2012

Adsorption of Sodium Dodecyl Sulfate on Ge Substrate: The Effect of a Low-Polarity Solvent

This paper describes the adsorption of sodium dodecyl sulfate (SDS) molecules in a low polar solvent on Ge substrate by using Fourier transform infrared-attenuated total reflection (FTIR-ATR) spectroscopy and atomic force microscopy (AFM). The maximum SDS amount adsorbed is (5.0 +/- 0.3) x 10(14) molecules cm(-2) in CHCl3, while with the use of CCl4 as subphase the ability of SDS adsorbed is 48% lower. AFM images show that depositions are highly disordered over the interface, and it was possible to establish that the size of the SDS deposition is around 30-40 nm over the Ge surface. A complete description of the infrared spectroscopic bands for the head and tail groups in the SDS molecule is also provided.

Adsorption of caffeic acid on titanium dioxide: A spectroscopic study

Caffeic acid is an ortho-phenol found in vegetable tissues presenting important properties such as carcinogenesis inhibitor, anti-oxidant, anti-viral, anti-inflammatory and anti-rheumatic actions. It was observed that caffeic acid was not degraded in daylight during the adsorption on TiO2 at pH 4.8. The adsorption fit very well to a Brunauer-Emmett-Teller isotherm equation with a monolayer coverage of 68.15 mg(CA) g(TiO2)(-1) and saturation coverage of 195.4 mg(CA) g(TiO2)(-1). A strong adsorption of caffeic acid was verified on TiO2 for the dry solid obtained from the mixture. The Raman and IR spectroscopies revealed that the adsorption should occur through the interaction of the diphenol oxygens with contribution of CC double bond of the acrylic group, however, the carboxylic acid group did not have participation in the adsorption. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Study of adsorption isotherms of green coconut pulp

Brazil is considered one of the largest producers and consumers of tropical fruits. Green coconut (Cocos nucifera L.) stands out not only for its production and consumption, but also for the high amount of waste produced by coconut water industry and in natura consumption. Therefore, there is a need for utilization of this by-product. This study aims to study the adsorption isotherms of green coconut pulp and determine its isosteric heat of sorption. The adsorption isotherms at temperatures of 30, 40, 50, 60, and 70 °C were analyzed, and they exhibit type III behavior, typical of sugar rich foods. The experimental results of equilibrium moisture content were correlated by models present in the literature. The Guggenheim, Anderson and De Boer (GAB) model proved particularly good overall agreement with the experimental data. The heat of sorption determined from the adsorption isotherms increased with the decrease in moisture content. The heat of sorption is considered as indicative of intermolecular attractive forces between the sorption sites and water vapor, which is an important factor to predict the shelf life of dried products.

Oligonucleotide Adsorption Affects Phase Transition but Not Interdigitation of diC14-Amidine Bilayers

Oligonucleotides have been extensively used in basic research of gene expression and function, vaccine design, and allergy and cancer therapy. Several oligonucleotide-based formulations have reached the clinical trial phase and one is already on the market. All these applications, however, are dependent on suitable carriers that protect oligonucleotides against degradation and improve their capture by target cells. The cationic lipid diC14-amidine efficiently delivers nucleic acids to mammalian cells. It was recently shown that diC14-amidine bilayers present an interdigitated phase which strongly correlates with a potent fusogenic activity at low temperatures. Interdigitated phases correspond to very ordered gel phases where the two bilayer leaflets are merged; they usually result from perturbations at the interfacial region such as modifications of the polar headgroup area or dehydration of the bilayer. Interdigitation has been described for asymmetric lipids or mixed-chain lipids of different chain lengths and for lipids with large effective headgroup sizes. It has also been described for symmetric lipids under pressure modifications or in the presence of alcohol, glycerol, acetonitrile, polymyxin B, or ions like thiocyanate. Surprisingly, the role of polyelectrolytes on membrane interdigitation has been only poorly investigated. In the present work, we use dynamic light scattering (DLS), differential scanning calorimetry (DSC), and electron spin resonance (ESR) to explore the effect of a small single-stranded oligonucleotide (ODN) polyelectrolyte on the structure and colloid stability of interdigitated diC14-amidine membranes.

Aportación a la investigación sobe la reducción de las emisiones de NOx en grupos diesel utilizados para generación de energía eléctrica

Programa de doctorado: Energía y Medio Ambiente

Sviluppi di catalizzatori per l'abbattimento di NOx in presenza di ossigeno

Il traffico veicolare è la principale fonte antropogenica di NOx, idrocarburi (HC) e CO e, dato che la sostituzione dei motori a combustione interna con sistemi alternativi appare ancora lontana nel tempo, lo sviluppo di sistemi in grado di limitare al massimo le emissioni di questi mezzi di trasporto riveste un’importanza fondamentale. Sfortunatamente non esiste un rapporto ottimale aria/combustibile che permetta di avere basse emissioni, mentre la massima potenza ottenibile dal motore corrisponde alle condizioni di elevata formazione di CO e HC. Gli attuali sistemi di abbattimento permettono il controllo delle emissioni da sorgenti mobili tramite una centralina che collega il sistema di iniezione del motore e la concentrazione di ossigeno del sistema catalitico (posto nella marmitta) in modo da controllare il rapporto aria/combustibile (Fig. 1). Le marmitte catalitiche per motori a benzina utilizzano catalizzatori “three way” a base di Pt/Rh supportati su ossidi (allumina, zirconia e ceria), che, dovendo operare con un rapporto quasi stechiometrico combustibile/comburente, comportano una minore efficienza del motore e consumi maggiori del 20-30% rispetto alla combustione in eccesso di ossigeno. Inoltre, questa tecnologia non può essere utilizzata nei motori diesel, che lavorano in eccesso di ossigeno ed utilizzano carburanti con un tenore di zolfo relativamente elevato. In questi ultimi anni è cresciuto l’interesse per il controllo delle emissioni di NOx da fonti veicolari, con particolare attenzione alla riduzione catalitica in presenza di un eccesso di ossigeno, cioè in condizioni di combustione magra. Uno sviluppo recente è rappresentato dai catalizzatori tipo “Toyota” che sono basati sul concetto di accumulo e riduzione (storage/reduction), nei quali l’NO viene ossidato ed accumulato sul catalizzatore come nitrato in condizioni di eccesso di ossigeno. Modificando poi per brevi periodi di tempo le condizioni di alimentazione da ossidanti (aria/combustibile > 14,7 p/p) a riducenti (aria/combustibile < 14,7 p/p) il nitrato immagazzinato viene ridotto a N2 e H2O. Questi catalizzatori sono però molto sensibili alla presenza di zolfo e non possono essere utilizzati con i carburanti diesel attualmente in commercio. Obiettivo di questo lavoro di tesi è stato quello di ottimizzare e migliorare la comprensione del meccanismo di reazione dei catalizzatori “storage-reduction” per l’abbattimento degli NOx nelle emissioni di autoveicoli in presenza di un eccesso di ossigeno. In particolare lo studio è stato focalizzato dapprima sulle proprietà del Pt, fase attiva nei processi di storage-reduction, in funzione del tipo di precursore e sulle proprietà e composizione della fase di accumulo (Ba, Mg ed una loro miscela equimolare) e del supporto (γ-Al2O3 o Mg(Al)O). Lo studio è stato inizialmente focalizzato sulle proprietà dei precursori del Pt, fase attiva nei processi di storage-reduction, sulla composizione della fase di accumulo (Ba, Mg ed una loro miscela equimolare) e del supporto (γ-Al2O3 o Mg(Al)O). E’ stata effettuata una dettagliata caratterizzazione chimico-fisica dei materiali preparati tramite analisi a raggi X (XRD), area superficiale, porosimetria, analisi di dispersione metallica, analisi in riduzione e/o ossidazione in programmata di temperatura (TPR-O), che ha permesso una migliore comprensione delle proprietà dei catalizzatori. Vista la complessità delle miscele gassose reali, sono state utilizzate, nelle prove catalitiche di laboratorio, alcune miscele più semplici, che tuttavia potessero rappresentare in maniera significativa le condizioni reali di esercizio. Il comportamento dei catalizzatori è stato studiato utilizzando differenti miscele sintetiche, con composizioni che permettessero di comprendere meglio il meccanismo. L’intervallo di temperatura in cui si è operato è compreso tra 200-450°C. Al fine di migliorare i catalizzatori, per aumentarne la resistenza alla disattivazione da zolfo, sono state effettuate prove alimentando in continuo SO2 per verificare la resistenza alla disattivazione in funzione della composizione del catalizzatore. I principali risultati conseguiti possono essere così riassunti: A. Caratteristiche Fisiche. Dall’analisi XRD si osserva che l’impregnazione con Pt(NH3)2(NO2)2 o con la sospensione nanoparticellare in DEG, non modifica le proprietà chimico-fisiche del supporto, con l’eccezione del campione con sospensione nanoparticellare impregnata su ossido misto per il quale si è osservata sia la segregazione del Pt, sia la presenza di composti carboniosi sulla superficie. Viceversa l’impregnazione con Ba porta ad una significativa diminuzione dell’area superficiale e della porosità. B. Caratteristiche Chimiche. L’analisi di dispersione metallica, tramite il chemiassorbimento di H2, mostra per i catalizzatori impregnati con Pt nanoparticellare, una bassa dispersione metallica e di conseguenza elevate dimensioni delle particelle di Pt. I campioni impregnati con Pt(NH3)2(NO2)2 presentano una migliore dispersione. Infine dalle analisi TPR-O si è osservato che: Maggiore è la dispersione del metallo nobile maggiore è la sua interazione con il supporto, L’aumento della temperatura di riduzione del PtOx è proporzionale alla quantità dei metalli alcalino terrosi, C. Precursore Metallo Nobile. Nelle prove di attività catalitica, con cicli ossidanti e riducenti continui in presenza ed in assenza di CO2, i catalizzatori con Pt nanoparticellare mostrano una minore attività catalitica, specie in presenza di un competitore come la CO2. Al contrario i catalizzatori ottenuti per impregnazione con la soluzione acquosa di Pt(NH3)2(NO2)2 presentano un’ottima attività catalitica, stabile nel tempo, e sono meno influenzabili dalla presenza di CO2. D. Resistenza all’avvelenamento da SO2. Il catalizzatore di riferimento, 17Ba1Pt/γAl2O3, mostra un effetto di avvelenamento con formazione di solfati più stabili che sul sistema Ba-Mg; difatti il campione non recupera i valori iniziali di attività se non dopo molti cicli di rigenerazione e temperature superiori ai 300°C. Per questi catalizzatori l’avvelenamento da SO2 sembra essere di tipo reversibile, anche se a temperature e condizioni più favorevoli per il 1.5Mg8.5Ba-1Pt/γAl2O3. E. Capacità di Accumulo e Rigenerabilità. Tramite questo tipo di prova è stato possibile ipotizzare e verificare il meccanismo della riduzione. I catalizzatori ottenuti per impregnazione con la soluzione acquosa di Pt(NH3)2(NO2)2 hanno mostrato un’elevata capacità di accumulo. Questa è maggiore per il campione bimetallico (Ba-Mg) a T < 300°C, mentre per il riferimento è maggiore per T > 300°C. Per ambedue i catalizzatori è evidente la formazione di ammoniaca, che potrebbe essere utilizzata come un indice che la riduzione dei nitrati accumulati è arrivata al termine e che il tempo ottimale per la riduzione è stato raggiunto o superato. Per evitare la formazione di NH3, sul catalizzatore di riferimento, è stata variata la concentrazione del riducente e la temperatura in modo da permettere alle specie adsorbite sulla superficie e nel bulk di poter raggiungere il Pt prima che l’ambiente diventi troppo riducente e quindi meno selettivo. La presenza di CO2 riduce fortemente la formazione di NH3; probabilmente perché la CO2, occupando i siti degli elementi alcalino-terrosi lontani dal Pt, impedisce ai nitriti/nitrati o all’H2 attivato di percorrere “elevate” distanze prima di reagire, aumentando così le possibilità di una riduzione più breve e più selettiva. F. Tempo di Riduzione. Si è migliorata la comprensione del ruolo svolto dalla concentrazione dell’agente riducente e dell’effetto della durata della fase riducente. Una durata troppo breve porta, nel lungo periodo, alla saturazione dei siti attivi, un eccesso alla formazione di NH3 Attraverso queste ultime prove è stato possibile formulare un meccanismo di reazione, in particolare della fase riducente. G. Meccanismo di Riduzione. La mobilità dei reagenti, nitriti/nitrati o H2 attivato è un elemento fondamentale nel meccanismo della riduzione. La vicinanza tra i siti di accumulo e quelli redox è determinante per il tipo di prodotti che si possono ottenere. La diminuzione della concentrazione del riducente o l’aumento della temperatura concede maggiore tempo o energia alle specie adsorbite sulla superficie o nel bulk per migrare e reagire prima che l’ambiente diventi troppo riducente e quindi meno selettivo.