Process for the preparation of water-soluble cellulose hydrolysis products.

The title process comprises admixing cellulose with an ionic liq. capable of solvating or dissolving at least some of the cellulose, the ionic liq. being a compd. comprised solely of cations and anions (e.g., 1-ethyl-3-methylimidazolium sulfate) and which exists in a liq. state at a temp. at or below 150°, and in which the anions are selected from sulfate, hydrogen sulfate and nitrate; and treating the resulting solvate or soln. with an acid in the presence of water, the acid having a pKa in water of less than 2 at 25°. [on SciFinder(R)]

Ionic liquids containing secondary hydroxyl-groups and a method for their preparation.

The invention provides ionic liqs., [R'1CH(OH)CH2]NR'nX (X = anion, R' = alkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, alkylcarbonylalkyl, alkoxy, haloalkyl, haloalkoxy, alkenyloxy, alkynyloxy, cycloalkyloxy, aryl), having a secondary hydroxyl group, and an atom-efficient method for the prepn. of these ionic liqs., by epoxidn. of a protonated nitrogen- contg. org. base (which can optionally be prepd. in situ) in the presence of an anion suitable for supporting ionic liq. formation. Thus, reaction of 1-methylimidazole with HCl in EtOH ∼ 25° followed by treatment with propylene oxide gave 1-(2-hydroxypropyl)-3-methylimidazolium chloride. [on SciFinder(R)]

Process for the preparation of water-soluble cellulose hydrolysis products.

The title process comprises admixing cellulose with an ionic liq. capable of solvating or dissolving at least some of the cellulose, the ionic liq. being a compd. comprised solely of cations and anions (e.g., 1-ethyl-3-methylimidazolium sulfate) and which exists in a liq. state at a temp. at or below 150°, the cations in the ionic liq. having the general formula R1Z(R2)(R3)R4: in which Z represents a nitrogen or phosphorus atom, R1 represents a Me or Et group, each of R2 and R3, which may be the same or different, is selected from C4-8alkyl, optionally-substituted benzyl, optionally-substituted Ph, and C5-7cycloalkyl, and R4 represents C1-8 alkyl, optionally-substituted benzyl, optionally-substituted Ph or C5-7cyclohexyl; in which the optional substituents on a benzyl or Ph ring are one, two or three substituents selected from C1-4alkyl or alkoxy groups, halogen atoms and nitro groups; and treating the resulting solvate or soln. with an acid in the presence of water, the acid having a pKa in water of less than 2 at 25°. [on SciFinder(R)]

Rethinking Rice Preparation for Highly Efficient Removal of Inorganic Arsenic Using Percolating Cooking Water

A novel way of cooking rice to maximize the removal of the carcinogen inorganic arsenic (Asi) is presented here. In conventional rice cooking water and grain are in continuous contact, and it is known that the larger the water:rice cooking ratio, the more Asi removed by cooking, suggesting that the Asi in the grain is mobile in water. Experiments were designed where rice is cooked in a continual stream of percolating near boiling water, either low in Asi, or Asi free. This has the advantage of not only exposing grain to large volumes of cooking water, but also physically removes any Asi leached from the grain into the water receiving vessel. The relationship between cooking water volume and Asi removal in conventional rice cooking was demonstrated for the rice types under study. At a water-to-rice cooking ratio of 12:1, 57±5% of Asi could be removed, average of 6 wholegrain and 6 polished rice samples. Two types of percolating technology were tested, one where the cooking water was recycled through condensing boiling water steam and passing the freshly distilled hot water through the grain in a laboratory setting, and one where tap water was used to cook the rice held in an off-the-shelf coffee percolator in a domestic setting. Both approaches proved highly effective in removing Asi from the cooking rice, with up to 85% of Asi removed from individual rice types. For the recycled water experiment 59±8% and 69±10% of Asi was removed, on average, compared to uncooked rice for polished (n=27) and wholegrain (n=13) rice, respectively. For coffee percolation there was no difference between wholegrain and polished rice, and the effectiveness of Asi removal was 49±7% across 6 wholegrain and 6 polished rice samples. The manuscript explores the potential applications and further optimization of this percolating cooking water, high Asi removal, discovery.

Preparation of La2NiO4+δ powders as a cathode material for SOFC via a PVP-assisted hydrothermal route

Uniform submicron La₂NiO_4+δ (sm-LNO) powders have been synthesized by a facile polyvinylpyrrolidone (PVP)-assisted hydrothermal route. In the presence of PVP, sm-LNO of pure phase has been obtained by calcination at the relatively low temperature of 900 °C for 8 h. Compared micron-sized LNO (m-LNO) particles obtained at 1,000 °C by hydrothermal synthesis route without PVP assisted, the sm-LNO-PVP displays regularly shaped and well-distributed particles in the range of 0.3–0.5 μm. The scanning electron microscopy (SEM) results showed that the sm-LNO sample is submicronic and that the m-LNO sample shows agglomerates with a broad size distribution. The electrochemical performance of m-LNO and sm-LNO-PVP has been investigated by electrochemical impedance spectroscopy. The polarization resistance of the sm-LNO-PVP cathode reaches a value of 0.40 Ω cm² at 750 °C, which is lower than that of m-LNO (0.62 Ω cm²). This result indicates that a fine electrode microstructure with submicron particles can help to increase the active sites, accelerate oxygen diffusion, and reduce polarization resistance. An anode-supported single cell with sm-LNO cathode has been fabricated and tested over a temperature range from 650 to 800 °C. The maximum power density of the cell has achieved 834 mW cm⁻² at 750 °C. These results therefore show that this PVP-assisted hydrothermal method is an effective approach to construct submicron-structured cathode and enhance the performance of intermediate temperature solid oxide fuel cell.

In situ preparation of 3D graphene aerogels@hierarchical Fe3O4 nanoclusters as high rate and long cycle anode materials for lithium ion batteries

We describe a novel strategy for in situ fabrication of hierarchical Fe₃O₄ nanoclusters-GAs. Fe₃O₄ NCs-GAs deliver excellent rate capability (the reversible capacities obtained were 1442, 392 and 118 mA h g^-1 at 0.1C, 12C and 35C rates), and a high reversible capacity of 577 mA h g^-1 over 300 cycles at the current density of 5.2 A g^-1 (6C).

High temperature thermal stability of the HfO2/Ge (100) interface as a function of surface preparation studied by synchrotron radiation core level photo emission

High resolution soft x-ray photoemission spectroscopy (SXPS) have been used to study the high temperature thermal stability of ultra-thin atomic layer deposited (ALD) HfO2 layers (∼1 nm) on sulphur passivated and hydrofluoric acid (HF) treated germanium surfaces. The interfacial oxides which are detected for both surface preparations following HfO2 deposition can be effectively removed by annealing upto 700 °C without any evidence of chemical interaction at the HfO2/Ge interface. The estimated valence and conduction band offsets for the HfO2/Ge abrupt interface indicated that effective barriers exist to inhibit carrier injection.

Preparation and characterization of novel nanocomposites of inorganic/polysaccharide type

O uso de polímeros naturais no âmbito da preparação de nanocompósitos não tem sido tão amplamente estudado quando comparado com os polímeros sintéticos. Assim, esta tese tem como objectivo estudar metodologias para a preparação de novos materiais nanocompósitos sob a forma de dispersões e filmes utilizando polissacarídeos como matriz. A tese está dividida em cinco capítulos sendo o último capítulo dedicado às conclusões gerais e a sugestões para trabalhos futuros. Inicialmente é apresentada uma breve revisão bibliográfica sobre os principais temas colocando esta tese em contexto. Considerações sobre o uso de polímeros naturais e a sua combinação com a utilização de nanopartículas inorgânicas para a fabricação de novos bionanocomposites são descritas e os objectivos e outline da tese são também apresentados. No segundo capítulo, a preparação de partículas de sílica puras ou modificadas bem como a sua caracterização por FTIR, SEM, TEM, TGA, DLS (tamanho e potencial zeta) e medições de ângulo de contacto são discutidas. De modo a melhorar a compatibilidade da sílica com os polissacarídeos, as partículas SiO2 foram modificados com dois compostos do tipo organosilano: 3- metacril-oxipropil-trimetoxissilano (MPS) e 3-aminopropil-trimetoxissilano (APS). As partículas SiO2@MPS foram posteriormente encapsuladas com de poli(metacrilato de glicidilo) utilizando a técnica de polimerização em emulsão. A utilização dos nanocompósitos resultantes na preparação de dispersões de bionanocompósitos não foi bem sucedida e por esse motivo não os estudos não foram prosseguidos. O uso de SiO2@APS na preparação de dispersões bionanocomposite foi eficiente. No terceiro capítulo é apresentada uma revisão sobre dispersões bionanocompósitas e respectiva caracterização destacando aspectos fundamentais sobre reologia e microestrutura. Em seguida, é discutido o estudo sistemático realizado sobre o comportamento reológico de dispersões de SiO2 utilizando três polissacarídeos distintos no que concerne a carga e as características gelificantes: a goma de alfarroba (não iónica), o quitosano (catiónico) e a goma xantana (aniónica) cujas propriedades reológicas são amplamente conhecidas. Os estudos reológicos realizados sob diferentes condições demonstraram que a formação de géis frágeis e/ou bem estruturados depende do tamanho SiO2, da concentração, do pH e da força iónica. Estes estudos foram confirmados por análises microestruturais usando a microscopia electrónica a baixas temperaturas (Cryo-SEM). No quarto capítulo, são apresentados os estudos relativos à preparação e caracterização de filmes bionanocompósitos utilizando quitosano como matriz. Primeiramente é apresentada uma revisão sobre filmes de bionanocompósitos e os aspectos fundamentais das técnicas de caracterização utilizadas. A escolha do plasticizante e da sua concentração são discutidas com base nas propriedades de filmes de quitosano preparados. Em seguida, o efeito da concentração de sílica e dos métodos utilizados para a dispersar na matriz de polissacarídeo, bem como o efeito da modificação da superfície da sílica é avaliado. As características da superfície e as propriedades de barreira, mecânicas e térmicas são discutidas para cada conjunto de filmes preparados antes e após a sua neutralização. Os resultados obtidos mostraram que a dispersão das cargas no plasticizante e posterior adição à matriz polissacarídica resultaram apenas em pequenas melhorias já que o problema da agregação de sílica não foi ultrapassado. Por esse motivo foram preparados filmes com SiO2@APS os quais apresentaram propriedades melhores apesar da agregação das partículas não ter sido completamente impedida. Tal pode estar relacionado com o processo de secagem dos filmes. Finalmente, no capítulo 5, são apresentadas as principais conclusões obtidas e algumas sugestões para trabalho futuro.

Preparation of new materials by heterogeneous modification of cellulose

O presente trabalho teve como principal objectivo estudar a modificação química heterogénea controlada de fibras de celulose com diferentes reagentes de modo a alterar as suas propriedades de superfície, em especial em termos da criação de um carácter hidrofóbico e lipofóbico, preservando, sempre que possível, as suas propriedades mecânicas e, consequentemente, abrindo novas perspectivas de aplicação. O desenvolvimento do trabalho envolveu três abordagens principais, envolvendo, em cada caso, o estudo de diferentes condições reaccionais. Na primeira abordagem foram utilizados como reagentes de modificação compostos perfluorados, nomeadamente o anidrido trifluoroacético (TFAA), o cloreto de 2,3,4,5,6-pentafluorobenzoílo (PFBz) e o cloreto de 3,3,3- trifluoropropanoílo (TFP), para promover a acilação heterogénea da superfície das fibras. A segunda estratégia usada consistiu na preparação de híbridos de celulose do tipo orgânico-inorgânico classe-II, através da modificação das fibras de celulose com o (3-isocianatopropil)trietoxissilano (ICPTEOS), um reagente organossilano bifuncional. A ligação às fibras de celulose foi efectuada através das funções isocianato e, posteriormente, os grupos etoxissilano foram sujeitos a tratamentos de hidrólise ácida, como tal ou na presença de outros siloxanos, nomeadamente o tetraetoxissilano (TEOS) e o 1H,1H,2H,2Hperfluorodeciltrietoxissilano (PFDTEOS). Finalmente, a última abordagem foi baseada na modificação das fibras com triclorometilssilano (TCMS), através de uma reacção gás-sólido, que dispensou assim o uso de solventes orgânicos. A ocorrência de modificação química foi em cada caso confirmada por Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier e Reflectância Total Atenuada (FTIR-ATR), Análise Elementar (EA) e determinação de ângulos de contacto. Adicionalmente, e dependendo de cada caso específico, diversas outras técnicas foram empregues na caracterização aprofundada dos materiais preparados, nomeadamente Ressonância Magnética Nuclear CPMAS no Estado Sólido (RMN), Espectroscopia de Difracção de Raios-X (XRD), Análise Termogravimétrica (TGA), Espectrometria de Massa de Iões Secundários com Análise de Tempo de Vôo (ToF-SIMS), Espectroscopia Fotoelectrónica de Raios-X (XPS) e Microscopia Electrónica de Varrimento (SEM). Relativamente à acilação das fibras de celulose com reagentes perfluorados, o sucesso da reacção foi comprovado por FTIR-ATR, EA, XPS e ToF-SIMS. Neste contexto, obtiveram-se fibras modificadas possuindo graus de substituição (DS) compreendidos entre 0.006 e 0.39. Verificou-se por XRD que, em geral, mesmo para os valores de DS mais elevados, a cristalinidade das fibras não foi afectada, indicando que a modificação foi limitada às camadas mais superficiais das mesmas ou a regiões amorfas das suas camadas mais internas. Adicionalmente, observou-se por ToF-SIMS que a distribuição dos grupos perfluorados à superfície das fibras foi, de facto, bastante heterogénea. Todos os derivados de celulose perfluorados apresentaram elevada hidrofobicidade e lipofobicidade, tendo-se atingido ângulos de contacto com água e diiodometano de 126º e 104º, respectivamente. Um aspecto interessante relativo a estes materiais é que a elevada omnifobicidade foi observada mesmo para valores de DS muito reduzidos, não se mostrando significativamente afectada pelo aumento dos mesmos. Em consonância, verificou-se por XPS que a cobertura da superfície das fibras de celulose com grupos perfluorados aumentou apenas ligeiramente com o aumento do DS, apontando para a esterificação de camadas mais internas das fibras, associada, neste caso, predominantemente aos seus domínios amorfos. No que diz respeito à estabilidade hidrolítica destes derivados, obtiveram-se dois tipos distintos de comportamento. Por um lado, as fibras de celulose trifluoroacetiladas são facilmente hidrolisáveis em meio neutro, e, por outro, as fibras pentafluorobenzoiladas e trifluoropropanoiladas mostram-se bastante resistentes face a condições de hidrólise em meio neutro e ácido (pH 4), podendo, contudo, ser facilmente hidrolisadas em meio alcalino (pH 9 e 12, para derivados do PFBz e do TFP, respectivamente). Na segunda abordagem verificou-se a ocorrência de reacção por FTIR-ATR e EA. Em geral, a modificação química com ICPTEOS ocorre predominantemente nas zonas mais superficiais das fibras de celulose ou em regiões amorfas. Contudo, em condições reaccionais mais severas (maior quantidade de reagente e tempo de reacção), esta atingiu também regiões cristalinas, afectando, consequentemente, a estrutura cristalina das fibras, como verificado por XRD. Por RMN de 29Si observou-se que após reacção com o ICPTEOS já existiam indícios de alguma hidrólise dos grupos etoxissilano, e que a sua subsequente condensação parcial tinha levado à formação de uma película inorgânica em redor das fibras (verificado por SEM), constituída maioritariamente por estruturas lineares, com uma contribuição mais modesta de estruturas “diméricas” e outras mais ramificadas. Consequentemente, este revestimento inorgânico transformou as fibras de celulose em materiais híbridos com elevada hidrofobicidade (ângulos de contacto com água entre 103-129º). A hidrólise ácida dos restantes grupos etoxissilano, como tal ou na presença de TEOS, originou híbridos de celulose com elevada hidrofilicidade, sendo impossível medirem-se os ângulos de contacto com água dos produtos finais, devido à presença maioritária de grupos silanol (Si-OH) e ligações Si-O-Si à superfície, os quais contribuíram para o consequente aumento de energia de superfície. No entanto, quando a hidrólise foi realizada na presença de PFDTEOS, obtiveram-se materiais híbridos com elevada hidrofobicidade e lipofobicidade (ângulos de contacto com água e diiodometano de 140º e 134º, respectivamente), devido à combinação da presença de grupos perfluorados e micro- e nano-rugosidades na superfície das fibras de celulose, conforme confirmado por SEM. Finalmente, a última abordagem permitiu preparar materiais derivados de celulose altamente hidrofóbicos e lipofóbicos (ângulos de contacto com água e diiodometano de 136º e 109º, respectivamente) por um processo simples, envolvendo tempos de tratamento tão curtos como 0.5 min. Este comportamento omnifóbico foi gerado pelo efeito sinergético entre a diminuição de energia de superfície das fibras, devido à presença de grupos metilo dos resíduos de TCMS ligados a estas, e a condensação dos resíduos de TCMS na forma de micro- e nano-partículas inorgânicas, que levou à criação de um revestimento rugoso à superfície das fibras, conforme observado por RMN de 29Si e SEM, respectivamente. A pré-humidificação das fibras de celulose demonstrou desempenhar um importante papel de “acelerador” dos processos de hidrólise e condensação das moléculas de TCMS. Nestas condições, o tempo de tratamento foi um dos parâmetros mais relevantes, pois para tempos de tratamento muito curtos (0.5 min) os materiais resultantes não apresentaram quaisquer diferenças a nível de propriedades físico-químicas em relação ao substrato de partida (a humidade em excesso consumiu todo o TCMS antes que este conseguisse reagir com os grupos hidroxilo das fibras de celulose), possuindo, por exemplo, valores de ângulos de contacto com água idênticos. Para tempos de tratamento mais longos, como 30 min, os materiais finais apresentaram a maior quantidade de componentes inorgânicos, tal como verificado por EA e TGA. Assim, o controlo da humidade das fibras é imperativo para se poder moldar as propriedades finais dos produtos. Esta última abordagem é particularmente promissora uma vez que tem como base um sistema simples e “verde” que pode ser facilmente implementado. Em conclusão, este trabalho permitiu demonstrar que a modificação química heterogénea controlada das fibras de celulose representa uma iniciativa promissora para a preparação de novos materiais obtidos a partir de recursos renováveis, com propriedades interessantes e passíveis de ser potencialmente aplicados em diferentes áreas. Para além do mais, as estratégias de modificação estudadas podem também ser precursoras de novos estudos que possam vir a ser desenvolvidos dentro do mesmo âmbito.

Preparation and in vivo evaluation of insulin-loaded biodegradable nanoparticles prepared from diblock copolymers of PLGA and PEG

The aim of this study was to design a controlled release vehicle for insulin to preserve its stability and biological activity during fabrication and release. A modified, double emulsion, solvent evaporation, technique using homogenisation force optimised entrapment efficiency of insulin into biodegradable nanoparticles (NP) prepared from poly (dl-lactic-co-glycolic acid) (PLGA) and its PEGylated diblock copolymers. Formulation parameters (type of polymer and its concentration, stabiliser concentration and volume of internal aqueous phase) and physicochemical characteristics (size, zeta potential, encapsulation efficiency, in vitro release profiles and in vitro stability) were investigated. In vivo insulin sensitivity was tested by dietinduced type II diabetic mice. Bioactivity of insulin was studied using Swiss TO mice with streptozotocin-induced type I diabetic profile. Insulin-loaded NP were spherical and negatively charged with an average diameter of 200–400 nm. Insulin encapsulation efficiency increased significantly with increasing ratio of co-polymeric PEG. The internal aqueous phase volume had a significant impact on encapsulation efficiency, initial burst release and NP size. Optimised insulin NP formulated from 10% PEG-PLGA retained insulin integrity in vitro, insulin sensitivity in vivo and induced a sustained hypoglycaemic effect from 3 hours to 6 days in type I diabetic mice.

Pomegranate liquor preparation and analysis

The pomegranate (Punica granatum L.) liquor has been produced for several centuries in the south of Portugal, mainly in the mountain areas. The “Assaria” variety is the preferred cultivar due to its organoleptic properties and high arils to peel ratio. Wild pomegranates are also widely distributed but, despite the health benefits that have been associated to the fruits, they continue to be unappreciated for consumption. Liquor preparation is a very good alternative for wild pomegranate fruits. We prepared pomegranate liquors by following a maceration procedure using the arils or juice of Assaria and wild pomegranate fruits. Strawberry tree (Arbutus unedo L.) fruit spirits were used to prepare the liquors. At the end of the maceration time 5 day as minimum sugar syrup was added. The maturation period was three months or longer. The obtained liquors showed a very attractive pink colour. The colour and the total polyphenol, as well as the anthocyanin and ellagitannin profiles, were measured at the end of the maceration and maturation times. Wild pomegranates gave rise liquors with more intense pink colour and higher polyphenol contents than the prepared using Assaria fruits. The anthocyanin and ellagitannin profiles also indicated higher contents of polyphenols for liquors prepared using wild pomegranate fruits. When juice is used instead of complete arils during the maceration period punicalin is not present and the consequently total polyphenols is low. The main anthocyanins identified in the liquors were delphinidin-3,5-diglucoside, cyaniding-3,5-diglucoside, delphinidin–3-glucoside, cyaniding–3-glucoside, pelargonidin–3–glucoside; the main ellagitannins were punicalagin and punicalin.

Analysing organochlorine pesticides in strawberry jams using GC-ECD, GC-MS/MS and QuEChERS sample preparation

This paper describes a comparison of adaptations of the QuEChERS (quick, easy, cheap, effective, rugged and safe) approach for the determination of 14 organochlorine pesticide (OCP) residues in strawberry jam by concurrent use of gas chromatography (GC) coupled to electron capture detector (ECD) and GC tandem mass spectrometry (GC-MS/MS). Three versions were tested based on the original QuEChERS method. The results were good (overall average of 89% recoveries with 15% RSD) using the ultrasonic bath at five spiked levels. Performance characteristics, such as accuracy, precision, linear range, limits of detection (LOD) and quantification (LOQ), were determined for each pesticide. LOD ranged from 0.8 to 8.9 microg kg-1 ; LOQ was in the range of 2.5–29.8 microg kg- 1; and calibration curves were linear (r2>0.9970) in the whole range of the explored concentrations (5–100 microg kg- 1). The LODs of these pesticides were much lower than the maximum residue levels (MRLs) allowed in Europe for strawberries. The method was successfully applied to the quantification of OCP in commercially available jams. The OCPs were detected lower than the LOD.

Shear strength of adhesively bonded polyolefins with minimal surface preparation

Interest in polyethylene and polypropylene bonding has increased in the last years. However, adhesive joints with adherends which are of low surface energy and which are chemically inert present several difficulties. Generally, their high degree of chemical resistance to solvents and dissimilar solubility parameters limit the usefulness of solvent bonding as a viable assembly technique. One successful approach to adhesive bonding of these materials involves proper selection of surface pre-treatment prior to bonding. With the correct pre-treatment it is possible to glue these materials with one or more of several adhesives required by the applications involved. A second approach is the use of adhesives without surface pre-treatment, such as hot melts, high tack pressure-sensitive adhesives, solvent-based specialty adhesives and, more recently, structural acrylic adhesives as such 3M DP-8005® and Loctite 3030®. In this paper, the shear strengths of two acrylic adhesives were evaluated using the lap shear test method ASTM D3163 and the block shear test method ASTM D4501. Two different industrial polyolefins (polyethylene and polypropylene) were used for adherends. However, the focus of this study was to measure the shear strength of polyethylene joints with acrylic adhesives. The effect of abrasion was also studied. Some test specimens were manually abraded using 180 and 320 grade abrasive paper. An additional goal of this work was to examine the effect of temperature and moisture on mechanical strength of adhesive joints.