Diesel/biodiesel soot oxidation with ceo2 and ceo2-zro2-modified cordierites: a facile way of accounting for their catalytic ability in fuel combustion processes

CeO2 and mixed CeO2-ZrO2 nanopowders were synthesized and efficiently deposited onto cordierite substrates, with the evaluation of their morphologic and structural properties through XRD, SEM, and FTIR. The modified substrates were employed as outer heterogeneous catalysts for reducing the soot originated from the diesel and diesel/biodiesel blends incomplete combustion. Their activity was evaluated in a diesel stationary motor, and a comparative analysis of the soot emission was carried out through diffuse reflectance spectroscopy. The analyses have shown that the catalyst-impregnated cordierite samples are very efficient for soot oxidation, being capable of reducing the soot emission in more than 60%.

Basic properties of potassium oxide supported on zeolite y studied by pyrrole-tpd and catalytic conversion of methylbutynol

ABSTRACT We report on the basic properties of zeolite NaY and potassium supported on NaY (K/NaY) assessed by pyrrole-TPD and MBOH transformation. Pyrrole-TPD revealed that impregnation of zeolite NaY with potassium promoted additional adsorption sites for pyrrole compared to parent zeolite. For zeolite with various potassium loadings, pyrrole adsorbed on K/NaY decreased with increased potassium loading. Reduction in pyrrole adsorption could be due to potassium hindering intrinsic basic sites (lattice oxygen), to oxide of potassium occluding in zeolite cavities restricting access for pyrrole, or to K2O reacting with pyrrole to form nondesorbed pyrrolate anions. On MBOH transformation, potassium almost completely suppressed NaY acid sites while K/NaY basicity increased with potassium loading.

Characterization and catalytic performance of potassium loaded on rice husk silica and zeolite nay for transesterification of jatropha seed oil

Rice husk silica (RHS) and NaY were used as supports for potassium (K) prepared from acetate buffer (B) and acetate (A) solutions. K loading did not destroy the NaY structure, but it caused a decrease in the surface area; the K species resided in micropores and on the external surface. In contrast, K loading resulted in the collapse and a decrease in the surface area of RHS. It was found that 12K/NaY-B was the most active catalyst for the transesterification of Jatropha seed oil. The minimum K content in K/NaY-B that provided complete conversion of the Jatropha seed oil was 11 wt%, and the biodiesel yield was 77.9%.

An undergraduate level experiment on the synthesis of Au nanoparticles and their size-dependent optical and catalytic properties

The synthesis of gold nanoparticles (Au NPs) 15, 26, and 34 nm in diameter, followed by the investigation of their size-dependent optical and catalytic properties, is described herein as an undergraduate level experiment. The proposed experiment covers concepts on the synthesis, stabilization, and characterization of Au NPs, their size-dependent optical and catalytic properties at the nanoscale, chemical kinetics, and the role of a catalyst. The experiment should be performed by groups of two or three students in three lab sessions of 3 h each and organized as follows: i) synthesis of Au NPs of different sizes and investigation of their optical properties; ii) evaluation of their catalytic activity; and iii) data analysis and discussion. We believe that this activity enables students to integrate these multidisciplinary concepts in a single experiment as well as to become introduced/familiarized with an active research field and current literature in the areas of nanoparticle synthesis and catalysis.

ACIDITY OF MODIFIED MORDENITES SYNTHESIZED FROM RICE HUSK SILICA AND CATALYTIC TRANSFORMATION OF METHYLBUTYNOL

Mordenite (MOR) was synthesized using rice husk silica and modified by base (B), acid (A) or acid-base (AB) and converted to H-form. The modification did not destroy the MOR structure but increased surface area and generated mesopores. Lewis acidity of the parent and modified MOR samples investigated by aluminum NMR and NH3-TPD showed a decrease in the following order: HMOR > BMOR > ABMOR > AMOR. For the catalytic transformation of methylbutynol, ABMOR provided the highest conversion and selectivity of products from acid sites.

FAST GC-FID METHOD FOR MONITORING ACIDIC AND BASIC CATALYTIC TRANSESTERIFICATION REACTIONS IN VEGETABLE OILS TO METHYL ESTER BIODIESEL PREPARATION

A fast gas chromatography with a flame ionisation detector (GC-FID) method for the simultaneous analysis of methyl palmitate (C16:0), stearate (C18:0), oleate (C18:1), linoleate (C18:2) and linolenate (C18:3) in biodiesel samples was proposed. The analysis was conducted in a customised ionic-liquid stationary-phase capillary, SLB-IL 111, with a length of 14 m, an internal diameter of 0.10 mm, a film thickness of 0.08 µm and operated isothermally at 160 °C using hydrogen as the carrier gas at a rate of 50 cm s-1 in run time about 3 min. Once methyl myristate (C14:0) is present lower than 0.5% m/m in real samples it was used as an internal standard. The method was successful applied to monitoring basic and acidic catalysis transesterification reactions of vegetable oils such as soybean, canola, corn, sunflower and those used in frying process.

A novel indicator reaction for the catalytic determination of V(V) at ppb levels by the kinetic spectrophotometric method

A novel sensitive and relatively selective kinetic method is presented for the determination of V(V), based on its catalytic effect on the oxidation reaction of Ponceau Xylydine by potassium bromate in presence of 5-sulfosalicylic acid (SSA) as activator. The reaction was monitored spectrophotometrically by measuring the decrease in absorbance of Ponceau Xylydine at 640 nm between 0.5 to 7 min (the fixed time method) in H3PO4 medium at 25ºC. The effect of various parameters such as concentrations of H3PO4, SSA, bromate and Ponceau Xylydine, temperature and ionic strength on the rate of net reaction were studied. The method is free from most interferences, especially from large amounts of V(IV). The decrease in absorbance is proportional to the concentration of V(V) over the entire concentration range tested (1-15 ng mL−1) with a detection limit of 0.46 ng mL-1 (according to statistical 3Sblank/k criterion) and a coefficient of variation (CV) of 1.8% (for ten replicate measurement at 95% confidence level). The proposed method suffers few interferences such as Cr(VI) and Hg(II) ions. The method was successfully applied to the determination of V(V) in tap water, drinking water, bottled mineral water samples and a certified standard reference material such as SRM-1640 with satisfactory results. The vanadium contents of water samples were also determined by FAAS for a comparison. The recovery of spiked vanadium(V) was found to be quantitative and the reproducibility was satisfactory. It was observed that the results of the SRM 1640 were in good agreement with the certified value.

Catalytic transformations of fatty acid derivatives for food, oleochemicals and fuels over carbon supported platinum group metals

Växtoljor som utgör en förnybar naturresurs används som sådana eller i modifierade former i många industriella processer, som är av stor betydelse för vårt vardagliga liv. Växtoljor används i livsmedel, i kemiska och farmaceutiska produkter, i textilindustrin, för framställning av färgämnen och beläggningsmaterial samt som miljövänliga bränslekomponenter. Fetter och oljor hör till de äldsta kemiska komponenterna som utnyttjas av människan. De består huvudsakligen av glycerolestrar och fettsyror. Fetter och oljor har typiskt en kolkedja med kol-koldubbelbindningar samt karboxyl- och estergrupper, som kan genom hydrering eller dekarboxylering konverteras till nyttiga och miljövänliga produkter med hjälp av ädelmetallkatalysatorer. Aktivt kol (C) används som bärare på katalysatorerna. Väteaddition, d.v.s. hydrering av växtoljor har varit föremål för omfattande forskning i över hundra års tid. Hydreringen är en viktig process, för den tillämpas på produktion av fetter och margarin. Omättade fettsyror hydreras traditionellt på nickelbaserade heterogena katalysatorer. Samtidigt med en partiell hydrering av fettsyrorna och fettsyraestrarna som har två dubbelbindningar pågår också isomeringsreaktioner, vilka ger cis- och transisomerer av reaktantmolekylerna. Den största nackdelen med nickelkatalysatorerna är deras giftighet samt bildning av ohälsosamma transisomerer i reaktionsprodukterna. Dessutom deaktiveras nickelkatalysatorn snabbt p.g.a. att nickeltvålar bildas i reaktionsblandningen. Platinabaserade katalysatorer lider däremot inte av dessa begränsningar. Metaller i platinagruppen i det periodiska systemet studerades i detalj för att avslöja kinetiska effekter i hydreringen av cis-metyloleat. Palladium, rutenium, rhodium, platina och iridium användes som katalytiska metaller. Metallhalten på aktivkolbärare var 1 vikt-%. De olika platinametallerna undersöktes för att kartlägga konkurrerande hydrerings- och isomeringsrutter på metallerna. Det visade sig att metallerna i andra raden av det periodiska systemet (Ru, Rh, Pd) är aktivare i isomeringsprocesserna, medan metallerna i tredje raden (Ir, Pt) har en lägre aktivitet. Pd/C valdes bland platinametallerna, för att den är attraktiv ur ekonomisk synvinkel och den är mycket aktiv och selektiv, speciellt jämfört med nickel. Tyngdpunkten i arbetet var utvecklingen av en alternativ, palladiumbaserad hydreringsteknologi som skulle ersätta den traditionella teknologin som är baserad på användningen av nickelkatalysatorer. Palladiumbaserade katalysatorer kan återcirkuleras, de är aktivare och mera resistenta mot syror och de bildar mindre mängder av skadliga transisomerer. För att denna teknologi skall bli ekonomiskt hållbar och konkurrenskraftig, måste den basera sig på de bästa möjliga katalysatorerna, vilket innebär att en optimal kombination av hög aktivitet och selektivitet samt en lång livstid för katalysatorn krävs. Därför inkluderades teknologiska aspekter kraftigt i forskningen. Mycket arbete satsades på design av palladium på en mesoporös kolbärare och undersökning av korrelationerna mellan katalysatorns egenskaper och dess aktivitet i isomeriseringsreaktionerna och i hydreringen av kol-koldubbelbindningarna i reaktantmolekylen. Katalysatorerna karakteriserades med många fysikaliska och kemiska metoder (transmissionselektronmikroskopi (TEM), röntgendiffraktion (XRD), röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS), temperaturprogrammerad reduktion (TPR), temperaturprogrammerad desorption (TPD) av kolmonoxid, kemisorption av kolmonoxid, fysisorption av kväve). Temperaturens, vätetryckets och katalysatorkoncentrationens inverkan på fettsyra- och isomersammansättningen hos de hydrerade oljorna bestämdes under kinetiska betingelser, i frånvaro av massöverföringseffekter. Syreavspjälkning genom fullständig dekarboxylering av karboxylgruppen i fettsyramolekylen är det hittills bästa sättet att framställa miljövänlig dieselolja, eftersom linjära paraffiner fås som reaktionsprodukter och en tillsats av dyr vätgas undviks. Deoxygeneringen undersöktes systematiskt på en Pd/C-katalysator (Sibunit) genom att använda mättade fettsyror C16-C20 och C22 som råvara. Produktmolekylen blev en dieselliknande kolvätemolekyl, med en kolatom färre än i utgångsmolekylen. Lika stora dekarboxyleringshastigheter observerades för rena, mättade fettsyror. En jämförelse av deoxygenereringshastigheterna för stearin-, olein- och linolsyra som råvara vid 300oC i närvaro av 1-volymprocent väte på mesoporös Pd/C (Sibunit) avslöjade att katalysatorns aktivitet och selektivitet ökade med en ökande mättningsgrad av reaktantmolekylen. Då stearinsyra användes som utgångsmolekyl, bestod huvudprodukterna av önskade C17-kolväten, medan mängden av aromatiska C17-komponenter ökade, då olein- och linolsyra användes som utgångsmolekyler. Katalysatordeaktiveringen var relativt påfallande vid deoxygeneringen av linolsyra så att endast 3% av fettsyrorna omsattes till produkter i 330 min. Deaktiveringen orsakades av aromatiska C17-komponenter samt av fettsyradimerer, som bildades via en Diels-Alderreaktion. Hydreringen av omättade fettsyror kan därför rekommenderas som ett primärt kemiskt steg i framställningen av miljövänliga dieselprodukter. Målet var också att öka förståelsen av palladiummetallernas roll i nanoskala, speciellt effekten av metallpartiklarna i katalytisk hydrering och deoxygenering. Pd/C-katalysatorer med lika stora halter av Pd syntetiserades och metallens dispersion på bärarmaterialet varierades systematiskt genom en kontrollerad uppväxt av palladiumnanopartiklar på aktiv kolbärare. Metalldispersionens effekt på hydrerings-hastigheten och cis-transförhållandet undersöktes i detalj. En optimal metalldispersion som gav den högsta dekarboxyleringshastigheten hittades. Massöverföringens inverkan på reaktionens hastighet studerades experimentellt och temperaturprogrammerad desorption av kolmonoxid från katalysatorytan undersöktes ingående. Hydrering av växtoljor genomfördes under satsvisa och kontinuerliga betingelser. Både finfördelat Pd/C och katalysatorgranulat användes i experimenten. Ett av målen med arbetet var uppskalningen av hydreringsprocesserna. Med tanke på stora produktionsvolymer var det logiskt att undersöka kontinuerliga hydrerings- och dekarboxyleringsteknologier. En kontinuerlig packad bäddreaktor studerades i laboratorieskala, vilket gav viktig information om katalysatorns långtidsstabilitet och deaktivering. Effekten av rena fettsyror och triglycerider som råvara samt metallpartikelstorleken och palladiumhalten studerades med hjälp av den kontinuerliga reaktorn. Produktionskapaciteten som erhölls med satsvis och kontinuerlig drift jämfördes. Dekarboxyleringen av stearinsyra undersöktes också i en kontinuerlig packad bädd. Omsättningsgraden blev 15% för en stabil katalysator.

Large-scale production and purification of recombinant protein from an insect cell/baculovirus system in Erlenmeyer flasks: application to the chicken poly(ADP-ribose) polymerase catalytic domain

A simple and inexpensive shaker/Erlenmeyer flask system for large-scale cultivation of insect cells is described and compared to a commercial spinner system. On the basis of maximum cell density, average population doubling time and overproduction of recombinant protein, a better result was obtained with a simpler and less expensive bioreactor consisting of Erlenmeyer flasks and an ordinary shaker waterbath. Routinely, about 90 mg of pure poly(ADP-ribose) polymerase catalytic domain was obtained for a total of 3 x 109 infected cells in three liters of culture

Catalytic direct synthesis of hydrogen peroxide in a novel microstructured reactor

The direct synthesis from hydrogen and oxygen is a green alternative for production of hydrogen peroxide. However, this process suffers from two challenges. Firstly, mixtures of hydrogen and oxygen are explosive over a wide range of concentrations (4-94% H2 in O2). Secondly, the catalytic reaction of hydrogen and oxygen involves several reaction pathways, many of them resulting in water production and therfore decreasing selectivity. The present work deals with these two challenges. The safety problem was dealed by employing a novel microstructured reactor. Selectivity of the reaction was highly improved by development a set of new catalysts. The final goal was to develop an effective and safe continuous process for direct synthesis of hydrogen peroxide from H2 and O2. Activated carbon cloth and Sibunit were examined as the catalysts’ supports. Palladium and gold monometallic and palladium-gold bimetallic catalysts were thoroughly investigated by numerous kinetic experiments performed in a tailored batch reactor and several catalyst charachterization methods. A complete set of data for direct synthesis of H2O2 and its catalytic decomposition and hydrogenation was obtained. These data were used to assess factors influencing selectivity and activity of the catalysts in direct synthesis of H2O2 as well as its decomposition and hydrogenation. A novel microstructured reactor was developed based on hydrodynamics and mass transfer studies in prototype microstractural plates. The shape and the size of the structural elements in the microreactor plate were optimized in a way to get high gas-liquid interfacial area and gas-liquid mass transfer. Finally, empirical correlations for the volumetric mass transfer coefficient were derived. A bench-scale continuous process was developed by using the novel microstructral plate reactor. A series of kinetic experiments were performed to investigate the effects of the gas and the liquid feed rates and their ratio, the amount of the catalyst, the gas feed composition and pressure on the final rate of H2O2 production and selectivity.

Chart of a portion of North-West Greenland : altered according to the positions and measurements obtained by the Swedish expedition of 1870

Kartta kuuluu A. E. Nordenskiöldin kokoelmaan

Catalytic upgrading of biomass extractives to fine chemicals over supported ionic liquid catalysts (SILCAs)

Behovet av förnyelsebar energi ökar ständigt eftersom det finns en strävan att minska beroendet av fossila bränslen. Dessutom är tillgångar av fossila bränslen begränsade. Miljövänliga processer för bioraffinaderier erbjuder en stor möjlighet för produktion av energi, bränslen och kemikalier. Den finska och svenska skogsindustrin har en lång tradition i utnyttjandet av skogsbiomassor. Bioraffinaderier som integreras med pappers- och cellulosaindustrin kan frambringa både ekonomiska och ekologiska fördelar i framställning av traditionella och biobaserade produkter. I doktorsarbetet studerades omvandling av extraktivämnen till finkemikalier som kan användas t.ex. av läkemedelsindustrin. Extraktivämnen fås ur biomassa. I forskningsarbetet framställdes biobaserade finkemikalier med hjälp av katalysatorer som baserar sig på joniska vätskor. Biomassan består av cellulosa, hemicellulosa, lignin och extraktivämnen, vilka huvudsakligen är terpener, vaxer och fettsyror. Extraktivämen är vedens komponenter, som kan separeras ur vedmaterialet med hjälp av neutrala lösningsmedel. Joniska vätskekatalysatorer som var immobiliserade på fasta bärare utnyttjades för isomerisering av α,β-pinenoxider samt hydrogenering citral. Inverkan av joniska vätskor på katalysatorns aktivitet och reaktionernas produktfördelning undersöktes under varierande reaktionsbetingelser. Kinetiska modeller för pinenoxidens isomeriseringsreaktioner beskrev väl experimentellt upptäckta skillnader mellan olika katalysatorer. --------------------------------------------------- Uusiutuvan energian tarve on kasvussa, koska riippuvuutta fossiilisista polttoaineista pyritään vähentämään. Tämän lisäksi fossiilisten polttoaineiden varannot ovat rajalliset. Ympäristöystävälliset biojalostusprosessit ovat näin ollen suuri mahdollisuus energian, polttoaineiden ja kemikaalien tuotannossa. Suomen ja Ruotsin metsäteollisuudella on pitkät perinteet metsäbiomassojen hyödyntämisessä. Paperi- ja selluteollisuuden yhteyteen integroiduilla biojalostamoilla voidaan luoda taloudellisia ja ympäristöllisiä etuja sekä perinteisten että biopohjaisten tuotteiden valmistuksessa. Väitöstyössä on tutkittu biomassan uuteaineiden kemiallista muuntamista hienokemikaaleiksi, joita voidaan käyttää esimerkiksi lääkeaineteollisuudessa. Biopohjaisia hienokemikaaleja on valmistettu biomassan uuteaineista ionisiin nesteisiin perustuvilla katalyyteillä. Biomassa koostuu selluloosasta, hemiselluloosasta, ligniinistä sekä uuteaineista, jotka ovat pääosin terpeenejä, vahoja tai rasvahappoja. Uuteaineet ovat puun komponentteja, jotka voidaan erottaa puusta neutraalien liuottimien avulla. Kiinteän kantajan päälle immobilisoituja ionisia nestekatalyyttejä (Supported Ionic Liquid Catalyst) hyödynnettiin α,β-pineenioksidien isomerisointireaktioissa sekä sitraalin vedytysreaktioissa. Ionisten nesteiden vaikutusta katalyyttien aktiivisuuteen sekä reaktioiden tuotejakaumaan tutkittiin erilaisissa reaktio-olosuhteissa. Pineenioksidien isomerisointireaktioiden kineettiset mallit kuvasivat hyvin kokeellisesti todettuja katalyyttien eroavaisuuksia.

Residence of liquids in the infra-junctional portion of the proximal stomach in patients with gastroesophageal reflux disease

Patients with gastroesophageal reflux disease may have disturbances of gastric motility, which could play a role in the pathophysiology of the disease. Recent studies have suggested that the gastric region just below the gastroesophageal junction may have a distinct physiological behavior. We determined whether patients with gastroesophageal reflux disease have abnormal residence of food in the infra-junctional portion of the stomach after ingesting a liquid nutrient meal. Fasted adult patients with reflux disease (N = 11) and healthy volunteers (N = 10) ingested a liquid meal (320 ml; 437 kcal) labeled with 99m technetium-phytate and their total gastric emptying half-time and regional emptying from the stomach infra-junctional region were determined. In 8 patients, episodes of postprandial acidic reflux to the esophagus were measured for 2 h using pH monitoring. There were no differences between reflux patients and controls regarding total gastric emptying time (median: 68 min; range: 39-123 min vs 65 min and 60-99 min, respectively; P > 0.50). Food residence in the infra-junctional area was similar for patients and controls: 23% (range: 20-30) vs 27% (range: 19-30%; P = 0.28) and emptying from this area paralleled total gastric emptying (Rs = 0.79; P = 0.04). There was no correlation between residence of food in the infra-junctional area and episodes of gastroesophageal reflux (Rs = 0.06; P = 0.88). We conclude that it is unlikely that regional motor disturbances involving the infra-junctional region of the stomach play a relevant role in the pathogenesis of acidic gastroesophageal reflux.

Target-directed catalytic metallodrugs

Most drugs function by binding reversibly to specific biological targets, and therapeutic effects generally require saturation of these targets. One means of decreasing required drug concentrations is incorporation of reactive metal centers that elicit irreversible modification of targets. A common approach has been the design of artificial proteases/nucleases containing metal centers capable of hydrolyzing targeted proteins or nucleic acids. However, these hydrolytic catalysts typically provide relatively low rate constants for target inactivation. Recently, various catalysts were synthesized that use oxidative mechanisms to selectively cleave/inactivate therapeutic targets, including HIV RRE RNA or angiotensin converting enzyme (ACE). These oxidative mechanisms, which typically involve reactive oxygen species (ROS), provide access to comparatively high rate constants for target inactivation. Target-binding affinity, co-reactant selectivity, reduction potential, coordination unsaturation, ROS products (metal-associated vsmetal-dissociated; hydroxyl vs superoxide), and multiple-turnover redox chemistry were studied for each catalyst, and these parameters were related to the efficiency, selectivity, and mechanism(s) of inactivation/cleavage of the corresponding target for each catalyst. Important factors for future oxidative catalyst development are 1) positioning of catalyst reduction potential and redox reactivity to match the physiological environment of use, 2) maintenance of catalyst stability by use of chelates with either high denticity or other means of stabilization, such as the square planar geometric stabilization of Ni- and Cu-ATCUN complexes, 3) optimal rate of inactivation of targets relative to the rate of generation of diffusible ROS, 4) targeting and linker domains that afford better control of catalyst orientation, and 5) general bio-availability and drug delivery requirements.