Estudo da inspeção e caracterização de materiais compósitos por ultrassom

O presente trabalho foi desenvolvido com o intuito de estudar a utilização do método de ensaio não destrutivo de ultrassom para inspecionar e caracterizar materiais compósitos. Os objetivos principais da pesquisa foram medir a espessura, encontrar e dimensionar delaminações em reparo de material compósito laminado para tubulações e medir a velocidade do som no concreto para o cálculo do módulo de elasticidade. Inicialmente foram estudados os parâmetros físicos relevantes inerentes a cada material para o método de ultrassom, para então estabelecer uma metodologia de inspeção. A técnica de pulso-eco foi capaz de encontrar as descontinuidades no compósito laminado. Para a determinação do módulo de elasticidade do concreto, a técnica de transmissão foi utilizada obtendo-se resultados satisfatórios.

Sistemas inteligentes aplicados em monitoramento de estruturas aeronáuticas.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de sistemas inteligentes aplicados ao monitoramento de estruturas aeronáuticas abordando dois modelos distintos: o primeiro é a análise e classificação de imagens de ultrassom de estruturas aeronáuticas com objetivo de apoiar decisões em reparo de estruturas aeronáuticas. Foi definido como escopo do trabalho uma seção transversal da asa da aeronave modelo Boeing 707. Após a remoção de material superficial em áreas comprometidas por corrosão, é realizada a medição da espessura ao longo da área da peça. Com base nestas medições, a Engenharia realiza a análise estrutural, observando os limites determinados pelo manual de manutenção e determina a necessidade ou não de reparo. O segundo modelo compreende o método de impedância eletromecânica. É proposto o desenvolvimento de um sistema de monitoramento de baixo custo aplicado em uma barra de alumínio aeronáutico com 10 posições de fixação de porcas e parafusos. O objetivo do sistema é avaliar, a partir das curvas de impedância extraídas do transdutor PZT fixado na barra, sua capacidade de classificar a existência ou não de um dano na estrutura e, em caso de existência do dano, indicar sua localização e seu grau de severidade. Foram utilizados os seguintes classificadores neste trabalho: máquina de vetor de suporte, redes neurais artificiais e K vizinhos mais próximos.

Obtenção de nanocompósitos a partir da co-coagulação da borracha nitrílica e hidrotalcita

Partículas nanoestruturadas têm sido amplamente utilizadas como carga de reforço em matrizes elastoméricas, sendo substitutos eficazes das cargas convencionais, já consagradas, como o negro de fumo, mica, sílica. Em especial, as argilas têm mostrado grande potencial ao que se refere a melhor dispersão na matriz polimérica, em função de sua elevada razão de aspecto. Dentro do vasto universo de argilominerais, as argilas aniônicas, também conhecidas hidróxido duplo lamelar (HDL), apresentam como vantagem a possibilidade de ser projetada estruturalmente para as mais diversas finalidades, ao se modificar os ânions ou os cátions, ou até mesmo combiná-los na estrutura lamelar. E dentre os métodos existentes para se preparar compósitos a base de elastômero/argila, a co-coagulação do látex, é uma forma bastante eficaz e economicamente viável, uma vez que a borracha obtida após processo de coagulação já contém a carga incorporada. Este trabalho se dedicou a avaliar o processo de co-coagulação do látex de NBR e HDL, visando a obtenção de nanocompósitos. Para tanto HDL de composição Mg/Al-CO3 foi modificado com ânions DS, DBS e ST e foram preparadas suspensões aquosas, utilizando como ferramentas de dispersão ultraturrax e ultrassom de ponteira. As variáveis de processo avaliadas foram tipo e teor de HDL, tempo de mistura látex/suspensão aquosa de HDL, quantidade de coagulante e velocidade de agitação. Por fim, os coágulos obtidos foram formulados para avaliar a influência dos HDL na cinética de vulcanização e também para determinação das propriedades mecânicas convencionais. Os resultados obtidos comprovaram que a metodologia de dispersão de hidrotalcita ao látex nitrílico de modo prévio ao processo de coagulação é uma alternativa viável para a obtenção de nanocompósitos. O uso do ultrassom de ponteira como ferramenta na dispersão aquosa de HDL contribuiu para maior estabilidade da suspensão e o ajuste nos parâmetros do sistema de coagulação, levaram a obtenção de grumos uniformes do ponto de vista macroscópico e microscópico. As micrografias dos coágulos não vulcanizados obtidas por MEV-FEG confirmaram as informações apuradas a partir dos difratogramas de raios-X que apontou a formação de um sistema parcialmente esfoliado, em função da ausência dos picos característicos da hidrotalcita, além de indicarem a coexistência de partículas em dimensões micrométrica a nanométricas em uma mesma estrutura. A composição química do HDL, com a presença de átomos de magnésio e alumínio combinados com grupos hidroxila favoreceu a redução tanto o tempo de indução como de pré-cura. As propriedades mecânicas que se mostraram mais sensíveis ao grau de dispersão da carga foram a dureza, a deformação permanente à compressão (DPC) e o módulo de tração a 300% de deformação (E300), em especial para os compósitos contendo 10% m/m de HDL natural e modificado com estearato. A resistência à chama dos nanocompósitos de NBR-HDL vulcanizados apresentou um ligeiro aumento quando comparados à NBR pura, visto que esta é uma característica própria da hidrotalcita, decorrente da sua composição química

Determinação por ultrassom de constantes elásticas de pastilhas de alumina utilizadas em varetas combustíveis de reatores nucleares.

Pastilhas de dióxido de urânio (UO2) são empregadas como combustível nos reatores nucleares de potência, onde as condições operacionais introduzem elevados gradientes térmicos nas pastilhas. Potências elevadas propiciam a fusão da parte central das pastilhas. O inchamento das pastilhas de dióxido de urânio (UO2), decorrente dos produtos de fissão, pode causar o trincamento do material, em função disso, o estudo do seu comportamento mecânico é importante. Esse trabalho avaliou a aplicação de método ultrassônico na obtenção de constantes elásticas. Em função das dificuldades no manuseio do material nuclear, optou-se por um estudo comparativo em pastilhas de alumina (Al2O3). Foram fabricados e usados dois conjuntos de 10 pastilhas de Al2O3 com densidades de 92% e 96%. Foi desenvolvida técnica ultrassônica por transmissão obtendo medidas do tempo de percurso de ondas ultrassônicas, longitudinais e transversais, usadas para a determinação das constantes elásticas do material. Equações relacionando a velocidade da onda ultrassônica ao módulo de elasticidade, módulo de cisalhamento e coeficiente de Poisson, permitiram obter essas constantes elásticas, que apresentaram excelente concordância com a literatura disponível para o Al2O3.

Correlação entre a espessura da parede vesical e os achados urodinâmicos em pacientes com lesão medular traumática. Avaliação da influência das alterações morfológicas da bexiga nos resultados da injeção de toxina botulínica tipo-A no detrusor

Medir a espessura da parede vesical (EPV) através da ultrassonografia, correlacioná-la com os parâmetros urodinâmicos e avaliar o papel destes parâmetros para lesão do trato urinário superior. Avaliar também o papel das alterações da forma da bexiga nos resultados de injeção de toxina botulínica tipo-A (BTX-A) no detrusor em pacientes com lesão medular traumática (LMT). Trata-se de dois estudos. O primeiro é um estudo transversal de 272 pacientes com LMT submetidos à ultrassonografia renal e de bexiga e estudo urodinâmico. A parede anterior da bexiga foi medida e comparada com os dados urodinâmicos. A cistografia foi realizada em 57 pacientes. O segundo foi um estudo prospectivo avaliando os resultados da injeção de BTX-A no detrusor em 27 pacientes considerando os achados urodinâmicos (pré e pós procedimento) e as deformidades da bexiga (cistografia). A média da EPV foi de 3,94 mm e foi estatisticamente maior em pacientes com hiperatividade detrusora neurogênica associada à dissinergia vesicoesfincteriana (HDN/DVE), em comparação com aqueles sem DVE (p<0,001). Essa média também foi maior em pacientes com complacência < 20 mL/cmH2O, comparada aos pacientes com complacência ≥ 20 mL/cmH2O (p<0,001). A média da pressão detrusora máxima (Pdet Max) foi estatisticamente maior nos pacientes com refluxo vesicoureteral (RVU) em comparação com aqueles sem RVU (100,7 vs 61,2 cmH2O respectivamente, p=0,022). Pacientes com complacência < 20 mL/cmH2O apresentaram prevalência de hidronefrose 4,2 vezes maior, comparada aos pacientes com complacência ≥ 20 mL/cmH2O. Não houve associação estatística entre EPV e hidronefrose ou RVU. Vinte e sete pacientes foram submetidos à injeção de BTX-A no detrusor. A média de tempo de continência urinária foi de 8 meses. Nove pacientes (33,3%) tinham forma vesical alterada e 8 casos (29,6%) tinham divertículos. A capacidade cistométrica máxima, Pdet max, volume reflexo e complacência não apresentaram diferença significativa na presença de divertículos ou alteração da forma. O aumento da EPV está associado à complacência < 20 mL/cmH2O e HDN/DVE em pacientes com LMT. No entanto, não houve relação entre a EPV e hidronefrose ou RVU. Baixa complacência e HDN/DVE são os principais fatores de risco para dano ao trato urinário superior. A presença de divertículos ou alteração da forma vesical não influenciou nos resultados após injeção de BTX-A no detrusor.

Estudo do tempo de trânsito colônico em crianças e adolescentes com constipação intestinal crônica e disfunção do trato urinário inferior

A constipação intestinal e a disfunção do trato urinário inferior são condições associadas e bastante prevalentes na infância e adolescência. Existem múltiplas teorias para explicar essa associação, como: o efeito mecânico do reto cheio sobre a parede e o colo vesical; estimulo de reflexos sacrais a partir do reto distendido, e mais recentemente, a associação entre a bexiga e o reto no sistema nervoso central. Muitas destas crianças e adolescentes apresentam constipação refratária. Esse fato chama a atenção para a possibilidade de existência de uma desordem neuromuscular comum envolvendo o cólon e o trato urinário inferior. O objetivo desse estudo foi avaliar o trânsito colônico de crianças e adolescentes com constipação crônica refratária e sintomas do trato urinário inferior. Foi realizado um estudo observacional com análise transversal, no qual foram incluídos 16 indivíduos com constipação refratária e sintomas do trato urinário inferior, com idades entre sete e 14 anos (média de idade de 9,67 anos). Os participantes foram avaliados utilizando anamnese padrão; exame físico; diário miccional e das evacuações; escala de Bristol; Disfunctional Voiding Scoring System com versão validada para o português; ultrassonografia renal, de vias urinárias e medida de diâmetro retal; urodinâmica, estudo de trânsito colônico com marcadores radiopacos e manometria anorretal. O estudo de trânsito foi normal em três (18,75%) crianças, dez (62,5%) apresentaram constipação de trânsito lento e três (18,75%) obstrução de via de saída. A avaliação urodinâmica estava alterada em 14 das 16 crianças estudadas: dez (76,9%) apresentaram hiperatividade detrusora associada à disfunção miccional, três (23,1%) hiperatividade vesical isolada e um (6,25%) disfunção miccional sem hiperatividade vesical. Ao compararmos constipação de trânsito lento e disfunção do trato urinário inferior, dez (100%) sujeitos com constipação de trânsito lento e três (50%) sem constipação de trânsito lento apresentavam hiperatividade vesical (p=0,036). Sete (70%) sujeitos com constipação de trânsito lento e quatro (66,7%) sem constipação de trânsito lento apresentavam disfunção miccional (p=0,65). Ao compararmos constipação de trânsito lento e a presença de incontinência urinária, esta estava presente em nove (90%) participantes com constipação de trânsito lento e em um (16,7%) sem constipação de trânsito lento (p = 0,008). Quanto à urgência urinária, estava presente em 10 (100%) e três (50%) respectivamente (p = 0,036). O escore do Disfunctional Voiding Scoring System variou de 6 a 21. O subgrupo com constipação de trânsito lento mostrou um escore de Disfunctional Voiding Scoring System significativamente maior que o subgrupo sem constipação de trânsito lento. O presente estudo demonstrou alta prevalência de constipação de trânsito lento em crianças e adolescentes com constipação refratária e sintomas do trato urinário inferior. Este estudo foi pioneiro em demonstrar a associação entre hiperatividade vesical e constipação de trânsito lento e coloca em voga a possibilidade de uma desordem neuromuscular comum, responsável pela dismotilidade vesical e colônica. Futuros estudos envolvendo a motilidade intestinal e vesical são necessários para melhor compreensão do tema e desenvolvimento de novas modalidades terapêuticas.

O que os olhos veem, o coração sente: estudo sobre a detecção de malformação fetal na experiência de gestantes na Bahia.

Esta tese discute o impacto do Diagnóstico de Malformação fetal na experiência das gestantes usuárias do SUS na Bahia, destacando as noções de dia-gnosis e pro-gnosis desenvolvidas por Gross e Shuval (2008) de forma associada à medicina do risco no encontro médico-paciente. Destaca o discurso biomédico na formatação diagnóstica, as diferentes percepções de risco e o forte engajamento das usuárias frente às tecnologias pré-natais e intervenções cirúrgicas neonatais, caucionado na esperança de que o avanço da ciência seja capaz de reverter ou abrandar a condição do seu feto/bebê. È diante da responsabilização da mulher por não ter produzido um feto/bebê saudável, mas um feto/bebê malformado, que se observa a prevalência de normas culturais e de gênero que conferem à maternidade um lugar de autossacrificio, de dedicação e criação dos filhos, como também status social O espaço pré-natal é marcado pela ausência de discussão a respeito do prognóstico de tais condições, com a consequente busca pelas gestantes do conhecimento por meio da internet, da opinião do marido e da crença religiosa que servem de alicerce para lidar com a antecipação da deficiência. As gestantes acreditam ser este um desígnio de Deus, uma espécie de provação e uma prova de amor incondicional ao futuro filho com deficiência (que poderá ou não sobreviver). A maioria das gestantes, 20 entrevistadas, prefere, contudo, ter um filho com deficiência do que sofrer sua perda. Em outra vertente, a tese analisa a forma como se organiza o sistema de saúde quanto à detecção de uma malformação congênita, apontando a precariedade da rede de atenção básica quanto à qualificação dos profissionais e o devido encaminhamento referente ao serviço especializado. A tecnologia de visualização o ultrassom obstétrico é a primordial ferramenta para detecção de alguma alteração fetal, porém somente ocorre o esclarecimento do diagnóstico de malformação fetal no serviço público de referência em medicina fetal em Salvador, Bahia. Destaca-se a falta de uma política pública do Ministério da Saúde que norteie o desenvolvimento da medicina fetal no Brasil, haja vista os diferentes impactos diante das tecnologias de inovação em saúde que geram vulnerabilidades e desigualdades sociais. Enfatiza-se a necessidade de uma revisão quanto à regulamentação do uso do ultrassom obstétrico que impeça o uso abusivo ou sua omissão diante dos crescentes casos de anomalias congênitas.

Moderate speed impact damage to 2D-braided glass-carbon composites

Hybrid glass-carbon 2D braided composites with varying carbon contents are impacted using a gas gun by impactors of masses 12.5 and 44.5. g, at impact energies up to 50. J. The damage area detected by ultrasound C-scan is found to increase roughly linearly with impact energy, and is larger for the lighter impactor at the same impact energy. The area of whitening of the glass tows on the distal side corresponds with the measured C-scan damage area. X-ray imaging shows more intense damage, at the same impact energy, for a higher-mass impactor. Braids with more glass content have a modest increase in density, decrease in modulus, and reduction in the C-scan area and dent depth at the impact site, particularly at the higher impact energies. Impact damage is found to reduce significantly the compressive strength, giving up to a 26% reduction at the maximum impact energy. © 2012 Elsevier Ltd.

Ultrasonic imaging of 3D displacement vectors using a simulated 2D array and beamsteering.

Most quasi-static ultrasound elastography methods image only the axial strain, derived from displacements measured in the direction of ultrasound propagation. In other directions, the beam lacks high resolution phase information and displacement estimation is therefore less precise. However, these estimates can be improved by steering the ultrasound beam through multiple angles and combining displacements measured along the different beam directions. Previously, beamsteering has only considered the 2D case to improve the lateral displacement estimates. In this paper, we extend this to 3D using a simulated 2D array to steer both laterally and elevationally in order to estimate the full 3D displacement vector over a volume. The method is tested on simulated and phantom data using a simulated 6-10MHz array, and the precision of displacement estimation is measured with and without beamsteering. In simulations, we found a statistically significant improvement in the precision of lateral and elevational displacement estimates: lateral precision 35.69μm unsteered, 3.70μm steered; elevational precision 38.67μm unsteered, 3.64μm steered. Similar results were found in the phantom data: lateral precision 26.51μm unsteered, 5.78μm steered; elevational precision 28.92μm unsteered, 11.87μm steered. We conclude that volumetric 3D beamsteering improves the precision of lateral and elevational displacement estimates.

Ultrasonic imaging of 3D displacement vectors using a simulated 2D array and beamsteering

Most quasi-static ultrasound elastography methods image only the axial strain, derived from displacements measured in the direction of ultrasound propagation. In other directions, the beam lacks high resolution phase information and displacement estimation is therefore less precise. However, these estimates can be improved by steering the ultrasound beam through multiple angles and combining displacements measured along the different beam directions. Previously, beamsteering has only considered the 2D case to improve the lateral displacement estimates. In this paper, we extend this to 3D using a simulated 2D array to steer both laterally and elevationally in order to estimate the full 3D displacement vector over a volume. The method is tested on simulated and phantom data using a simulated 6-10 MHz array, and the precision of displacement estimation is measured with and without beamsteering. In simulations, we found a statistically significant improvement in the precision of lateral and elevational displacement estimates: lateral precision 35.69 μm unsteered, 3.70 μm steered; elevational precision 38.67 μm unsteered, 3.64 μm steered. Similar results were found in the phantom data: lateral precision 26.51 μm unsteered, 5.78 μm steered; elevational precision 28.92 μm unsteered, 11.87 μm steered. We conclude that volumetric 3D beamsteering improves the precision of lateral and elevational displacement estimates. © 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Microfluidics-based acoustic microbubble biosensor

This paper proposes a chip-scale microbubble-based biosensing platform. An encapsulated microbubble oscillates acoustically in liquid when exposed to an ultrasound field with its resonant frequency set by shell parameters. Changes in the resonant frequency of the microbubble can be used to monitor analyte-binding events on the shell. A device concept is proposed where ultrasonic transducers are integrated within a microfluidic channel, inside which electrodes are patterned for differential measurements of microbubble impedance. This device enables simultaneous measurements of the acoustic and electrical response of the microbubble, from which both mechanical and electrical parameters can be extracted. These parameters are used to provide a signature of the analyte. This paper presents acoustic and electrical models of the microbubbles, with the effect of shell parameters being thoroughly discussed. © 2013 IEEE.

Design and modeling of an integrated device for acoustic resonance spectroscopy

This paper investigates the design and modelling of an integrated device for acoustic resonance spectroscopy (ARS). Miniaturisation of such platforms can be achieved using MEMS technology thereby enabling scaling of device dimensions to investigate smaller specimens while simultaneously operating at higher frequencies. We propose an integrated device where the transducers are mounted in close proximity with the specimen to be analysed (e.g. by integrating ultrasound transducers within a microfluidic channel). A finite element (FE) model and a simplified analytical model have been constructed to predict the acoustic response of a sample embedded in such a device configuration. A FE simulation is performed in COMSOL by embedding the piezoelectric transducers in representative fluid media. Resonant frequencies associated with the measurement can be extracted from this data. The response of various media modelled through FEA matches with analytical predictions for a range of biological media. A variety of biological media may be identified by using the measured resonant frequencies as a signature of relevant physical characteristics. The paper establishes the modelling basis of an integrated acoustic resonant spectrometer that is then applied to examine the impact of geometrical scaling on system resolution. © 2013 IEEE.

自养氨氧化混合种群特性和共存机理初步研究

组特殊自养氨氧化混合种群，表现：无机环境种群生长迅速、生物量高；在一个完全无机的自养生长环境中，不仅保持高氨氧化速率，并出现丰富的异养微生物种群；该种群置于异养、厌氧环境中，迅速表现出产氢特征。对于这样一个特殊的生态体系，研究其共生机理，以及联接这些种群之间的碳源和能源问题，将具有非常重要意义。我们拟从种群特征、细胞表面分泌产物、游离体系产物多糖、蛋白和脂肪酸方面开展研究。 第一部分，自养氨氧化混合种群的基本特征。采用氨氧化培养基，进行种群氨氧化特征研究；采用扫描电镜观察自养混合种群的微观特征；沉降、离心去除微生物种群，分析水相中的总有机碳、糖类等物质；利用LB培养基进行种群的分离、纯化，并采用DGGE手段对微生物种群结构进行分析。结果表明，接入菌种后（2/5000（V/V）），培养液中氨（200mg/L）在3－5天内快速降解；亚硝酸盐与氨氮变化呈负相关趋势，仅有少量硝酸盐含量（< 30mg/L）。氨氧化种群的生物量增长与氨氧化趋势一致，初始生物量7.75 mg/L(蛋白含量)，3-5天后生物量快速增长，并达到最高63.06 mg/L（蛋白含量）。电镜图片显示，种群外包裹一层粘液。离心除去菌体后，检测培养液总有机碳和糖的含量，同样表现出与生物量增长相似的特征，分别由初始的3.73、2.35 mg/L，3－5内天迅速增加，并分别达到最大值35.19、27.45 mg/L。经初步分离、纯化并对纯化菌株进行测序，获得了10株异养微生物分别为布鲁氏菌科苍白杆菌属、纤维单孢菌、类芽孢菌属、黄杆菌属、无色杆菌、鞘脂单胞菌、嗜麦芽寡养单胞菌、噬氢菌属、硫红球菌、假单胞菌；DGGE显示，约有20分条离带，我们对其中的两条优势条带进行切割回收测序，鉴定为欧洲亚硝化单胞菌（Nitrosomonas eur）。 第二部分：混合种群自养-异养菌共生的可能机制。在对微生物种群特征初步分析基础上，针对胞外糖类组分可能被微生物代谢分解，我们重点对微生物细胞蛋白质与糖类进行分析。采用超声结合RIPA裂解液裂解，SDS-PAGE电泳分析混合种群总蛋白种类，并通过氨基酸分析仪及红外光谱法分析氨基酸组成及蛋白红外特征。采用超声破碎结合反复冻融对细胞样品进行处理，提取液采用醇沉、Sevage脱氮白，凝胶过滤方法脱盐和分级分离。对提取物的糖分析包括：紫外扫描，红外光谱，核磁共振，单糖组成分析；扫描电镜观察菌群破裂现象。SDS-PAGE分析结果表明：氨氧化种群不同生长阶段都显示出42kD蛋白表达量很高，d4时42kD蛋白表达已经很强，4-7d内一直持续这种过量表达，直到d8后表达开始减弱。说明42kD蛋白可能与氨氧化密切相关。红外光谱分析显示：细胞提取物的特征峰分布在3427.42cm-1、1718.18 cm-1和1681.72 cm-1、1160.07和1086.74 cm-1，分别对应为OH、 C=O、C－O－C基团，表明具有蛋白的典型特征；氨基酸分析显示蛋白中的Gly,Asp,Ala,Glu含量相对较高。 提取物中胞外多糖分离谱图得到不均一组分，共得到6个收集峰；紫外扫描在201－213 nm处有多糖吸收峰，同样表明多糖成分不均一性；多糖红外光谱特征峰主要分别在3400.49 cm-1、2920.28 cm-1、1154.54和1087.52 cm-1，对应OH、－CH2－ or CH 、C－O－H or C－O－C等多糖特征基团；多糖提取物核磁共振1H d4.3～5.9之间出现强吸收峰，这是1H中，多糖存在的明显证据，1H NMR中，其中O-乙酰基的甲基上的氢信号为d1.1～1.3之间。糖肟全苯甲酸酯衍生物的HPLC测定中，得到单一的单糖峰，由于时间问题，还未进行更深入的试验；电镜图片显示，种群中的细胞有大量的破裂现象。 实验表明，自养氨氧化混合种群显示出快速的氨氧化速率，氨氧化过程生物量和有机质的增加明显。微生物种群包裹粘液层，并分离纯化出大量的异养菌；去除菌体后的游离培养液中存在有机质（包括多糖）说明无机自养生长体系中存在异养菌生长、繁殖的二次碳源；细胞提取物中蛋白条带数目多、种类丰富；细胞多糖提取物具有明显的多糖特征，以及单糖的存在。结合种群的显微特征和游离体系中的有机质的检测结果，我们认为，无机自养生长体系中，种群细胞生长过程中发生的破裂现象可能是导致大量的蛋白、多糖释放到游离胞外，并成为其他异养菌生长的碳源和氮源。这可能是自养体系中，大量异养菌共生的可能机制，至于是什么原因引起种群生长过程中产生的破裂现象，还有待下一步深入研究。 A group of mixed autotrophic ammonia oxidizing populations, having much biological characteristic tested by concerned personnel for pilot test: Performed rapid population growth and obtained high biomass in inorganic environment; Not only maintained a high rate of ammoxidation, promoted a wealth of heterotrophic microbial populations growth in a totally inorganic and autotrophic growth environment; Placed in heterotrophic and anaerobic environment,had the performance characteristics that could rapidly produce hydrogen.For such a special ecological system, Study its symbiotic mechanism and the connection between these populations of carbon and energy issues, will have a very important significance. We intended from the characteristics of the population, the secretion product of cell surface, free substance in the liquid medium like polysaccharide, protein and fatty acids carrying out research. Part I: The basic features of mixed autotrophic ammonia oxidizing populations . Use inorganic liquid medium, processed study for ammonia oxidation characteristics of the population; we used scanning electron microscopy to get micro-features of autotrophic ammonia oxidizing populations .The medium was carried out settlement and centrifugal then removed the microbial populations, after all of that we analysis the water phase for total organic carbon(TOC), carbohydrate and other substances; Solid ammonia oxidizing medium was adopted to separation and purification of population, DGGE means was for structure analysis of microbial population. The results showed that after the inoculum of bacteria (2 / 5000 (V / V)), ammonia in the culture medium (200 mg / L) was rapid degradation in 3-5 days; ammonia and nitrite have the negative correlation between changes in the trend, then only a small amount of nitrate content (<30mg / L). The biomass growth of ammoxidation population in line with the trend of ammonia oxidation, the initial volume of it was 7.75 mg / L (protein content), in 3-5 days upto 63.06 mg / L (protein content). Electron microscope image showed, the populations were wrapped in a layer of mucus, including the a large number ruptted micorbe , Centrifuge to remove bacteria, then detected the medium for total organic carbon and sugar content, result took on the same characteristics with biomass growth, that were from the initial 3.73、2.35 mg / L respectively, in 3-6 days achieved rapid increase in the maximum to 35.19、27.45 mg / L respectively. After initial separation、 purification ,then processed sequencing to strains purified and got the result that there were 10 heterotrophic microorganisms : Brucella Branch pale bacillus, Cellu lomonas, Bacillus species category, a Flavobacterium, colorless Bacteria, Aeromonas sheath fat, little support maltophilia Aeromonas, macrophages species hydrogen, sulphur-MI, Pseudomonas bacteria spores; DGGE display, there were 20 separation bands approximately. Part II: Mixed populations that autotrophic - heterotrophic bacteria symbiotic mechanism. On the basis of preliminary analysis of microbial population characteristics, aiming at extracellular carbohydrate components might be decomposition by microbial, we focused on microbial cell protein and carbohydrate analysis. Using ultrasound combined with RIPA lysis cracking the cells, SDS-PAGE electrophoresis analysis the total protein species of the population, and through the amino acid analyzer studied the compositions of amino acid and infrared spectroscopy analysis of a protein infrared characteristics. Using ultrasound combined with repeatedly freezing and thawing to treated the cell sample, then took the means that alcohol precipitation, deproteinization by Sevage, gel filtration aimed at desalination and grade separation to deal with the lysates . The extraction of sugar analysis included: UV scanning, IR, NMR, single-sugar composition analysis. SDS-PAGE analysis showed that: 42 kD protein expression was very high at different growth stages of mixed autotrophic ammonia oxidizing populations , on the fourth day, 42 kD protein expression had been very strong, 4-7d, it had continued this excessive expression, then started to weaken after 7 days. 42 kD protein that might be closely associated with ammonia oxidation. Infrared spectral analysis showed that: cell extracts with the characteristic that the peak distribution in 3427.42 cm-1、1718.18 cm-1 and 1681.72 cm-1、1160.07 cm-1 and 1086.74 cm-1 corresponding to OH、C = O、C-O-C Groups which had the typical characteristics of protein; and analysis showed that amino acids including Gly, Asp, Ala, Glu ,the content in the protein is relatively high. Exopolysaccharide in the extracts had the separation map that it was uneven, received a total of six collection peaks by the detection mode of phenol-sulphruic acid method ; ultraviolet scan in the 201-213 nm department had polysaccharide absorbing peak, the same ingredients that polysaccharide heterogeneity; infrared polysaccharide spectral characteristics of the main peak at 3400.49 cm-1, 2920.28 cm-1, 1154.54 and 1087.52 cm-1, corresponding OH,-CH2-or CH, C-O-H or C-O-C;and other characteristics of polysaccharide group; 1H NMR of polysaccharide extract appeared absorption peak between d4.3 ~5.9, which is the apparent evidence of polysaccharide, In 1H NMR, the hydrogen signal of one of O-acetyl was between 1.1 to 1.3. The determination of Sugar oxime whole benzoate derivatives by HPLC, there was a single-sugar peak, as a matter of time, yet more in-depth test. Summary: Mixed autotrophic ammonia oxidizing populations show us that it had the ability in ammonia oxidizing and it was great, organic matter and biomass increased significantly in the process of ammonia oxidation. Microbial populations was wrapped up slime layer, the phenomenon of cell breakdown obviously, and there were a lot of separation and purification of the heterotrophic bacteria; a lot of organic matter (including polysaccharides)remined in the medium that removal of cell indicated the inorganic system existed secondary carbon sources that could be used by the heterotrophic bacteria ; there were a large number proteins bands of cell extract, rich variety; cell extracts of polysaccharide had obvious characteristics of polysaccharide, and the existence evidence of single-sugar. Combined population of microscopic characteristics and free of organic matter in the test results, we believe that the health of inorganic system, population growth occurred in the course of the breakdown of the phenomenon is likely to lead to a lot of protein and polysaccharide released into the extracellular free, And other heterotrophic bacteria use them to the growth as carbon and nitrogen. This may be autotrophic system, the large number of heterotrophic bacteria symbiotic mechanism.

超声与磁粉强化含单宁废水生物处理研究

单宁是一种典型的有毒难降解污染物，在制革、造纸、制药、印染等行业废水中广泛存在，对水环境造成污染并且影响废水生物处理效果。本研究针对含单宁废水生物处理效率低、较高浓度时微生物受抑制且污泥容易膨胀等问题，采用超声和磁粉来强化含单宁废水生物处理，研究超声和磁粉对微生物活性、污染物去除及污泥沉降性能的影响，并对其作用机理进行了分析和探讨。 研究结果表明，活性污泥系统中单宁酸容积负荷可以达到1.8kgCOD/(m3·d)，单宁酸和COD去除率分别达到85.2%和79.6%，但如果负荷进一步增大则微生物活性迅速降低。系统在pH 5~8、温度20~35℃、DO>1 mg/L的条件下具有较好的单宁酸降解效果和处理稳定性。单宁降解动力学参数为：μmax =0.208h-1；Ks=226mg/L；Ki=522mg/L；kd=0.0092h-1；Y =0.594。 磁粉对系统处理效果和污泥沉降性能有一定的促进作用，且效果要优于外磁场。适宜的磁粉粒径和投加量分别为0.05~0.15mm和1.0g/L，COD去除率比对照系统提高6.4%，SVI降低28.6%，污泥絮体结构紧密。磁粉强化主要是通过其对污泥菌胶团的凝聚、吸附作用以及对微生物活性的强化作用实现。 在适当强度（0.4W/cm2）和辐照时间（20min）的超声作用下污泥絮体和细胞膜通透性增大，酶分泌也增多，系统的COD去除率比对照提高了8.8%，单宁酶酶活提高了11%。但超声也使污泥絮体结构松散，沉降性能下降，SVI比对照系统升高9.3%。 由于污泥流失加剧导致污泥浓度相对较低，声磁联合强化系统相对于磁粉强化系统其处理效果并没有提高。但相对于单纯活性污泥系统，声磁联合作用下系统处理效果、污泥沉降性能以及系统运行稳定性都得到明显改善。本研究为难降解废水的生物处理提供了一个新的思路。 Tannins are typical refractory and toxic pollutants that commonly exist in wastewater from dye, medicine, paper and leather industries and cause many problems associated with environmental pollution and biological treatment of wastewater. Biological treatment efficiency of tannin-containing wastewater is usually low owing to its biological toxicity and low biodegradability, microbes are usually inhibited under high tannin concentration and sludge bulking frequently occurs. In this study, ultrasound and magnetic powder were used to improve the biological treatment performance of simulated tannic acid-containing wastewater. The effects of ultrasonic irradiation and magnetic powder on microbial activity, tannic acid degradation rate and sludge sedimentation were investigated. The augmentation mechanisms were analyzed and discussed. The experimental results showed that the microbes were prominently inhibited under high tannic acid concentration, but moderate degradation efficiency can be maintained under a tannic acid load of up to 1.8kgCOD/(m3·d), with the tannic acid degradation and COD removal percentage of 85.2% and 79.6% respectively. The highest degradation rates and treatment stability were achieved at pH range of 5~8, temperature range of 20~35℃ and DO concentration of above 1mg/L. The kinetic parameters were estimated, including: μmax =0.208h-1；Ks=226mg/L；Ki=522mg/L；kd=0.0092h-1；Y =0.594. The microbial activity, tannic acid degradation rate and sludge sedimentation were improved by adding Fe3O4 magnetic powder, and the augmentation performance was better than external magnetic field. The appropriate particle size and dosage of magnetic powder were found to be 0.05~0.15mm and 1.0g/L, respectively, under which the COD removal percentage was improved by 6.4% and SVI value decreased by 28.6%, and compact floc structure was observed. This was mainly caused by the flocculation and adsorption effects of magnetic powder against sludge floc and the stimulation of microbial activity under appropriate magnetic field. Under appropriate ultrasonic irradiation (ultrasonic intensity 0.4W/cm2, ultrasonic irradiation time 20min), the permeability of floc and cell membrane are improved, transfer of substrate and oxygen were reinforced; meanwhile, more enzyme were produced by microbes under the slight damage caused by ultrasound. However, the floc structure became loose under ultrasonic irradiation, leading to relatively poor sedimentation, with the SVI value 9.3% higher than the control system. Although the magnetic powder-ultrasonic irradiation combined augmentation system showed no improvement in treatment performance compared with sole magnetic augmentation system owing to its relatively low sludge concentration, it guaranteed the stable operation of system, meanwhile the tannic acid degradation and sludge sedimentation were significantly improved compared with sole activated sludge system. This study gives a new idea for biological treatment of refractory wastewater.

Facile synthesis of PtRu/C electrocatalyst with high activity and high loading for passive direct methanol fuel cell by synergetic effect of ultrasonic radiation and mechanical stirring

The PtRu/C electrocatalyst with high loading (PtRu of 60 wt%) was prepared by synergetic effect of ultrasonic radiation and mechanical stirring. Physicochemical characterizations show that the size of PtRu particles of as-prepared PtRu/C catalyst is only several nanometers (2-4 nm), and the PtRu nanoparticles were homogeneously dispersed on carbon surface. Electrochemistry and single passive direct methanol fuel cell (DMFC) tests indicate that the as-prepared PtRu/C electrocatalyst possessed larger electrochemical active surface (EAS) area and enhanced electrocatalytic activity for methanol oxidation reaction (MOR). The enhancement could be attributed to the synergetic effect of ultrasound radiation and mechanical stirring, which can avoid excess concentration of partial solution and provide a uniform environment for the nucleation and growth of metal particles simultaneously hindering the agglomeration of PtRu particles on carbon surface.