Engineered zeolitic materials: synthesis and application

Les zéolithes étant des matériaux cristallins microporeux ont démontré leurs potentiels et leur polyvalence dans un nombre très important d’applications. Les propriétés uniques des zéolithes ont poussé les chercheurs à leur trouver constamment de nouvelles utilités pour tirer le meilleur parti de ces matériaux extraordinaires. Modifier les caractéristiques des zéolithes classiques ou les combiner en synergie avec d’autres matériaux se trouvent être deux approches viables pour trouver encore de nouvelles applications. Dans ce travail de doctorat, ces deux approches ont été utilisées séparément, premièrement avec la modification morphologique de la ZSM-12 et deuxièmement lors de la formation des matériaux de type coeur/coquille (silice mésoporeuses@silicalite-1). La ZSM-12 est une zéolithe à haute teneur en silice qui a récemment attiré beaucoup l’attention par ses performances supérieures dans les domaines de l’adsorption et de la catalyse. Afin de synthétiser la ZSM-12 avec une pureté élevée et une morphologie contrôlée, la cristallisation de la zéolithe ZSM-12 a été étudiée en détail en fonction des différents réactifs chimiques disponibles (agent directeur de structure, types de silicium et source d’aluminium) et des paramètres réactionnels (l’alcalinité, ratio entre Na, Al et eau). Les résultats présentés dans cette étude ont montré que, contrairement à l’utilisation du structurant organique TEAOH, en utilisant un autre structurant, le MTEAOH, ainsi que le Al(o-i-Pr)3, cela a permis la formation de monocristaux ZSM-12 monodisperses dans un temps plus court. L’alcalinité et la teneur en Na jouent également des rôles déterminants lors de ces synthèses. Les structures de types coeur/coquille avec une zéolithe polycristalline silicalite-1 en tant que coquille, entourant un coeur formé par une microsphère de silice mésoporeuse (tailles de particules de 1,5, 3 et 20-45 μm) ont été synthétisés soit sous forme pure ou chargée avec des espèces hôtes métalliques. Des techniques de nucléations de la zéolithe sur le noyau ont été utilisées pour faire croitre la coquille de façon fiable et arriver à former ces matériaux. C’est la qualité des produits finaux en termes de connectivité des réseaux poreux et d’intégrité de la coquille, qui permet d’obtenir une stéréosélectivité. Ceci a été étudié en faisant varier les paramètres de synthèse, par exemple, lors de prétraitements qui comprennent ; la modification de surface, la nucléation, la calcination et le nombre d’étapes secondaires de cristallisation hydrothermale. En fonction de la taille du noyau mésoporeux et des espèces hôtes incorporées, l’efficacité de la nucléation se révèle être influencée par la technique de modification de surface choisie. En effet, les microsphères de silice mésoporeuses contenant des espèces métalliques nécessitent un traitement supplémentaire de fonctionnalisation chimique sur leur surface externe avec des précurseurs tels que le (3-aminopropyl) triéthoxysilane (APTES), plutôt que d’utiliser une modification de surface avec des polymères ioniques. Nous avons également montré que, selon la taille du noyau, de deux à quatre traitements hydrothermaux rapides sont nécessaires pour envelopper totalement le noyau sans aucune agrégation et sans dissoudre le noyau. De tels matériaux avec une enveloppe de tamis moléculaire cristallin peuvent être utilisés dans une grande variété d’applications, en particulier pour de l’adsorption et de la catalyse stéréo-sélective. Ce type de matériaux a été étudié lors d’une série d’expériences sur l’adsorption sélective du glycérol provenant de biodiesel brut avec des compositions différentes et à des températures différentes. Les résultats obtenus ont été comparés à ceux utilisant des adsorbants classiques comme par exemple du gel de sphères de silice mésoporeux, des zéolithes classiques, silicalite-1, Si-BEA et ZSM-5(H+), sous forment de cristaux, ainsi que le mélange physique de ces matériaux références, à savoir un mélange silicalite-1 et le gel de silice sphères. Bien que le gel de sphères de silice mésoporeux ait montré une capacité d’adsorption de glycérol un peu plus élevée, l’étude a révélé que les adsorbants mésoporeux ont tendance à piéger une quantité importante de molécules plus volumineuses, telles que les « fatty acid methyl ester » (FAME), dans leur vaste réseau de pores. Cependant, dans l’adsorbant à porosité hiérarchisée, la fine couche de zéolite silicalite-1 microporeuse joue un rôle de membrane empêchant la diffusion des molécules de FAME dans les mésopores composant le noyau/coeur de l’adsorbant composite, tandis que le volume des mésopores du noyau permet l’adsorption du glycérol sous forme de multicouches. Finalement, cette caractéristique du matériau coeur/coquille a sensiblement amélioré les performances en termes de rendement de purification et de capacité d’adsorption, par rapport à d’autres adsorbants classiques, y compris le gel de silice mésoporeuse et les zéolithes.

Application of near surface mounted (NSM) strengthening technique to traditional timber frame walls

Timber frame buildings are well known as an efficient seismic resistant structure popular all over the world not only due to their seismic performance, but also to their low cost and the strength they offer. These constructions still exist today and it is important to be able to preserve them, so a better knowledge on their behaviour is sought. Furthermore, historic technologies could be used even in modern constructions to build seismic resistant buildings using more natural materials with lesser costs. A great rehabilitation effort is being carried out on this type of buildings, as their neglect has led to decay or their change in use and alterations to the structure has led to the need to retrofit such buildings; only recently studies on their behaviour have become available and only a few of them address the issue of possible strengthening techniques for this kind of walls. In this scope, an innovative retrofitting technique (near surface mounted steel flat bars) is proposed and validated on traditional timber frame walls based on an extensive experimental program. The results of the static cyclic tests on distinct wall typologies retrofitted with the NSM technique are herein presented and discussed in detail. The main features on deformation, lateral stiffness, lateral resistance and seismic performance indexes are analysed

Addressing Sea Surface Salinity retrieval at different spatial resolution. Feasibility study using OCCAM data within SEPS simulator and L2 processor tools

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la National Oceanography Centre of Southampton (NOCS), Gran Bretanya, entre maig i juliol del 2006. La possibilitat d’obtenir una estimació precissa de la salinitat marina (SSS) és important per a investigar i predir l’extensió del fenòmen del canvi climàtic. La missió Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) va ser seleccionada per l’Agència Espacial Europea (ESA) per a obtenir mapes de salinitat de la superfície marina a escala global i amb un temps de revisita petit. Abans del llençament de SMOS es preveu l’anàlisi de la variabilitat horitzontal de la SSS i del potencial de les dades recuperades a partir de mesures de SMOS per a reproduir comportaments oceanogràfics coneguts. L’objectiu de tot plegat és emplenar el buit existent entre les fonts de dades d’entrada/auxiliars fiables i les eines desenvolupades per a simular i processar les dades adquirides segons la configuració de SMOS. El SMOS End-to-end Performance Simulator (SEPS) és un simulador adhoc desenvolupat per la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) per a generar dades segons la configuració de SMOS. Es va utilitzar dades d’entrada a SEPS procedents del projecte Ocean Circulation and Climate Advanced Modeling (OCCAM), utilitzat al NOCS, a diferents resolucions espacials. Modificant SEPS per a poder fer servir com a entrada les dades OCCAM es van obtenir dades de temperatura de brillantor simulades durant un mes amb diferents observacions ascendents que cobrien la zona seleccionada. Les tasques realitzades durant l’estada a NOCS tenien la finalitat de proporcionar una tècnica fiable per a realitzar la calibració externa i per tant cancel•lar el bias, una metodologia per a promitjar temporalment les diferents adquisicions durant les observacions ascendents, i determinar la millor configuració de la funció de cost abans d’explotar i investigar les posibiltats de les dades SEPS/OCCAM per a derivar la SSS recuperada amb patrons d’alta resolució.

Surface topography and mixed-pixel effects on the simulated L-band brightness temperatures.

The impact of topography and mixed pixels on L-band radiometric observations over land needs to be quantified to improve the accuracy of soil moisture retrievals. For this purpose, a series of simulations has been performed with an improved version of the soil moisture and ocean salinity (SMOS) end-to-end performance simulator (SEPS). The brightness temperature generator of SEPS has been modified to include a 100-m-resolution land cover map and a 30-m-resolution digital elevation map of Catalonia (northeast of Spain). This high-resolution generator allows the assessment of the errors in soil moisture retrieval algorithms due to limited spatial resolution and provides a basis for the development of pixel disaggregation techniques. Variation of the local incidence angle, shadowing, and atmospheric effects (up- and downwelling radiation) due to surface topography has been analyzed. Results are compared to brightness temperatures that are computed under the assumption of an ellipsoidal Earth.

Spray coating technique asa surface treatment for woodcontaining paper grades

The objective of this work was to introduce the emerging non-contacting spray coating process and compare it to the existing coating techniques. Particular emphasis was given to the details of the spraying process of paper coating colour and the base paper requirements set by the new coating method. Spraying technology itself is nothing new, but the atomisation process of paper coating colour is quite unknown to the paper industry. The differences between the rheology of painting and coating colours make it very difficult to utilise the existing information from spray painting research. Based on the trials, some basic conclusion can be made:The results of this study suggest that the Brookfield viscosity of spray coating colour should be as low as possible, presently a 50 mPas level is regarded as an optimum. For the paper quality and coater runnability, the solids level should be as high as possible. However, the graininess of coated paper surface and the nozzle wear limits the maximum solids level to 60 % at the moment. Most likelydue to the low solids and low viscosity of the coating colour the low shear Brookfield viscosity correlates very well with the paper and spray fan qualities. High shear viscosity is also important, but yet less significant than the low shear viscosity. Droplet size should be minimized and besides keeping the brrokfield viscosity low that can be helped by using a surfactant or dispersing agent in the coating colour formula. Increasing the spraying pressure in the nozzle can also reduce the droplet size. The small droplet size also improves the coating coverage, since there is hardly any levelling taking place after the impact with the base paper. Because of the lack of shear forces after the application, the pigment particles do not orientate along the paper surface. Therefore the study indicates that based on the present know-how, no quality improvements can be obtained by the use of platy type of pigments. The other disadvantage of them is the rapid deterioration of the nozzle lifetime. Further research in both coating colour rheology and nozzle design may change this in the future, but so far only round shape pigments, like typically calcium carbonate is, can be used with spray coating. The low water retention characteristics of spray coating, enhanced by the low solids and low viscosity, challenge the base paper absorption properties.Filler level has to be low not to increase the number of small pores, which have a great influence on the absorption properties of the base paper. Hydrophobic sizing reduces this absorption and prevents binder migration efficiently. High surface roughness and especially poor formation of the base paper deteriorate thespray coated paper properties. However, pre-calendering of the base paper does not contribute anything to the finished paper quality, at least at the coating colour solids level below 60 %. When targeting a standard offset LWC grade, spraycoating produces similar quality to film coating, but yet blade coating being on a slightly better level. However, because of the savings in both investment and production costs, spray coating may have an excellent future ahead. The porousnature of the spray coated surface offers an optimum substrate for the coldset printing industry to utilise the potential of high quality papers in their business.

Optimization of the HS-SPME-GC/MS technique for the analysis of volatile compounds in caprine Coalho cheese using response surface methodology

Abstract Caprine Coalho cheese presents great potential for a typical protected designation of origin, considering that this traditional Brazilian cheese presents a slightly salty and acid flavor, combined with a unique texture. This study optimized the HS-SPME-GC-MS methodology for volatile analysis of Coalho cheese, which can be used as a tool to help in the identification of the distinctive aroma profile of this cheese. The conditions of equilibrium time, extraction temperature and time were optimized using the statistical tool factorial experimental design 23, and applying the desirability function. After the evaluation, it was concluded that the optimum extraction conditions comprised equilibrium and extraction time of 20 and 40 minutes, respectively; and ideal extraction temperature of 45 °C. The optimum extraction of volatile compounds in goat Coalho cheese captured 32 volatile compounds: 5 alcohols, 5 esters, 3 ketones, 6 acids, 3 aldehydes, 3 terpenes, and 7 hydrocarbons.

Autocrine loop in the purinergic control of airway surface liquid volume : monitoring with a novel side-view imaging technique

La Fibrose Kystique (FK) est une maladie dégénérative qui entraine une dégénération des poumons dû au problème de clairance mucociliaire (CMC). Le volume de surface liquide (SL) couvrant les cellules pulmonaires est essentiel à la clairance de mucus et au combat contre les infections. Les nucléotides extracellulaires jouent un rôle important dans la CMC des voies aériennes, en modifiant le volume de la SL pulmonaire. Cependant, les mécanismes du relâchement de l’ATP et de leurs déplacements à travers la SL, restent inconnus. Des études ultérieures démontrent que l’exocytose d’ATP mécano-sensible et Ca2+-dépendant, dans les cellules A549, est amplifié par les actions synergétiques autocrine/paracrine des cellules avoisinantes. Nous avions comme but de confirmer la présence de la boucle purinergique dans plusieurs modèles de cellules épithéliales et de développer un système nous permettant d’observer directement la SL. Nous avons démontrés que la boucle purinergique est fonctionnelle dans les modèles de cellules épithéliales examinés, mis appart les cellules Calu-3. L’utilisation de modulateur de la signalisation purinergique nous a permis d’observer que le relâchement d’ATP ainsi que l’augmentation du [Ca2+]i suivant un stress hypotonique, sont modulés par le biais de cette boucle purinergique et des récepteurs P2Y. De plus, nous avons développé un système de microscopie qui permet d’observer les changements de volume de SL en temps réel. Notre système permet de contrôler la température et l’humidité de l’environnement où se trouvent les cellules, reproduisant l’environnement pulmonaire humain. Nous avons démontré que notre système peut identifier même les petits changements de volume de SL.

Extended optimal estimation techniques for sea surface temperature from the Spinning Enhanced Visible and Infra-Red Imager (SEVIRI)

Sea surface temperature (SST) can be estimated from day and night observations of the Spinning Enhanced Visible and Infra-Red Imager (SEVIRI) by optimal estimation (OE). We show that exploiting the 8.7 μm channel, in addition to the “traditional” wavelengths of 10.8 and 12.0 μm, improves OE SST retrieval statistics in validation. However, the main benefit is an improvement in the sensitivity of the SST estimate to variability in true SST. In a fair, single-pixel comparison, the 3-channel OE gives better results than the SST estimation technique presently operational within the Ocean and Sea Ice Satellite Application Facility. This operational technique is to use SST retrieval coefficients, followed by a bias-correction step informed by radiative transfer simulation. However, the operational technique has an additional “atmospheric correction smoothing”, which improves its noise performance, and hitherto had no analogue within the OE framework. Here, we propose an analogue to atmospheric correction smoothing, based on the expectation that atmospheric total column water vapour has a longer spatial correlation length scale than SST features. The approach extends the observations input to the OE to include the averaged brightness temperatures (BTs) of nearby clear-sky pixels, in addition to the BTs of the pixel for which SST is being retrieved. The retrieved quantities are then the single-pixel SST and the clear-sky total column water vapour averaged over the vicinity of the pixel. This reduces the noise in the retrieved SST significantly. The robust standard deviation of the new OE SST compared to matched drifting buoys becomes 0.39 K for all data. The smoothed OE gives SST sensitivity of 98% on average. This means that diurnal temperature variability and ocean frontal gradients are more faithfully estimated, and that the influence of the prior SST used is minimal (2%). This benefit is not available using traditional atmospheric correction smoothing.

Sea surface temperature from a geostationary satellite by optimal estimation

Optimal estimation (OE) is applied as a technique for retrieving sea surface temperature (SST) from thermal imagery obtained by the Spinning Enhanced Visible and Infra-Red Imager (SEVIRI) on Meteosat 9. OE requires simulation of observations as part of the retrieval process, and this is done here using numerical weather prediction fields and a fast radiative transfer model. Bias correction of the simulated brightness temperatures (BTs) is found to be a necessary step before retrieval, and is achieved by filtered averaging of simulations minus observations over a time period of 20 days and spatial scale of 2.5° in latitude and longitude. Throughout this study, BT observations are clear-sky averages over cells of size 0.5° in latitude and longitude. Results for the OE SST are compared to results using a traditional non-linear retrieval algorithm (“NLSST”), both validated against a set of 30108 night-time matches with drifting buoy observations. For the OE SST the mean difference with respect to drifter SSTs is − 0.01 K and the standard deviation is 0.47 K, compared to − 0.38 K and 0.70 K respectively for the NLSST algorithm. Perhaps more importantly, systematic biases in NLSST with respect to geographical location, atmospheric water vapour and satellite zenith angle are greatly reduced for the OE SST. However, the OE SST is calculated to have a lower sensitivity of retrieved SST to true SST variations than the NLSST. This feature would be a disadvantage for observing SST fronts and diurnal variability, and raises questions as to how best to exploit OE techniques at SEVIRI's full spatial resolution.

An implicit technique for solving 3D low Reynolds number moving free surface flows

This paper describes the development of an implicit finite difference method for solving transient three-dimensional incompressible free surface flows. To reduce the CPU time of explicit low-Reynolds number calculations, we have combined a projection method with an implicit technique for treating the pressure on the free surface. The projection method is employed to uncouple the velocity and the pressure fields, allowing each variable to be solved separately. We employ the normal stress condition on the free surface to derive an implicit technique for calculating the pressure at the free surface. Numerical results demonstrate that this modification is essential for the construction of methods that are more stable than those provided by discretizing the free surface explicitly. In addition, we show that the proposed method can be applied to viscoelastic fluids. Numerical results include the simulation of jet buckling and extrudate swell for Reynolds numbers in the range [0.01, 0.5]. (C) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Surface Corrosion of Ti-16Si-4B Powder Alloy Implanted With Nitrogen by Plasma-Based Technique

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Efficacy of Air-abrasion Technique and Additional Surface Treatment at Titanium/Resin Cement Interface

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Determination of free glycerol in biodiesel at a platinum oxide surface using potential cycling technique

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

A Novel Plasma Technique for Surface Treatment: The Plasma Expander

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)