Photocatalytic reactors for environmental remediation: A review

Research in the field of photocatalytic reactors in the past three decades has been an area of extensive and diverse activity with an extensive range of suspended and fixed film photocatalyst configurations being reported. The key considerations for photocatalytic reactors, however, remain the same; effective mass transfer of pollutants to the photocatalyst surface and effective deployments and illumination of the photocatalyst. Photocatalytic reactors have the potential versatility to be applied to the remediation of a range of water and gaseous effluents. Furthermore they have also been applied to the treatment of potable waters. The scale-up of photocatalytic reactors for waste and potable water treatment plants has also been demonstrated. Systems for the reduction of carbon dioxide to fuel products have also been reported. This paper considers the main photocatalytic reactor configurations that have been reported to date. 

Carboxydothermus hydrogenoformans comme catalyseur biologique pour la conversion du monoxyde de carbone en hydrogène simultanément a la minéralisation de calcium et phosphate

La gazéification est aujourd'hui l'une des stratégies les plus prometteuses pour valoriser les déchets en énergie. Cette technologie thermo-chimique permet une réduction de 95 % de la masse des intrants et génère des cendres inertes ainsi que du gaz de synthèse (syngaz). Le syngaz est un combustible gazeux composé principalement de monoxyde de carbone (CO), d'hydrogène (H2) et de dioxyde de carbone (CO2). Le syngaz peut être utilisé pour produire de la chaleur et de l'électricité. Il est également la pierre angulaire d'un grand nombre de produits à haute valeur ajoutée, allant de l'éthanol à l'ammoniac et l'hydrogène pur. Les applications en aval de la production de syngaz sont dictées par son pouvoir calorifique, lui-même dépendant de la teneur du gaz en H2. L’augmentation du contenu du syngaz en H2 est rendu possible par la conversion catalytique à la vapeur d’eau, largement répandu dans le cadre du reformage du méthane pour la production d'hydrogène. Au cours de cette réaction, le CO est converti en H2 et CO2 selon : CO + H2O → CO2 + H2. Ce processus est possible grâce à des catalyseurs métalliques mis en contact avec le CO et de la vapeur. La conversion catalytique à la vapeur d’eau a jusqu'ici été réservé pour de grandes installations industrielles car elle nécessite un capital et des charges d’exploitations très importantes. Par conséquent, les installations de plus petite échelle et traitant des intrants de faible qualité (biomasse, déchets, boues ...), n'ont pas accès à cette technologie. Ainsi, la seule utilisation de leur syngaz à faible pouvoir calorifique, est limitée à la génération de chaleur ou, tout au plus, d'électricité. Afin de permettre à ces installations une gamme d’application plus vaste de leurs syngaz, une alternative économique à base de catalyseur biologique est proposée par l’utilisation de bactéries hyperthermophiles hydrogénogènes. L'objectif de cette thèse est d'utiliser Carboxydothermus hydrogenoformans, une bactérie thermophile carboxydotrophe hydrogénogène comme catalyseur biologique pour la conversion du monoxyde de carbone en hydrogène. Pour cela, l’impact d'un phénomène de biominéralisation sur la production d’H2 a été étudié. Ensuite, la faisabilité et les limites de l’utilisation de la souche dans un bioréacteur ont été évaluées. Tout d'abord, la caractérisation de la phase inorganique prédominante lorsque C. hydrogenoformans est inoculé dans le milieu DSMZ, a révélé une biominéralisation de phosphate de calcium (CaP) cristallin en deux phases. L’analyse par diffraction des rayons X et spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier de ce matériau biphasique indique une signature caractéristique de la Mg-whitlockite, alors que les images obtenues par microscopie électronique à transmission ont montré l'existence de nanotiges cristallines s’apparentant à de l’hydroxyapatite. Dans les deux cas, le mode de biominéralisation semble être biologiquement induit plutôt que contrôlé. L'impact du précipité de CaP endogène sur le transfert de masse du CO et la production d’H2 a ensuite été étudié. Les résultats ont été comparés aux valeurs obtenues dans un milieu où aucune précipitation n'est observée. Dans le milieu DSMZ, le KLa apparent (0.22 ± 0.005 min-1) et le rendement de production d’H2 (89.11 ± 6.69 %) étaient plus élevés que ceux obtenus avec le milieu modifié (0.19 ± 0.015 min-1 et 82.60 ± 3.62% respectivement). La présence du précipité n'a eu aucune incidence sur l'activité microbienne. En somme, le précipité de CaP offre une nouvelle stratégie pour améliorer les performances de transfert de masse du CO en utilisant les propriétés hydrophobes de gaz. En second lieu, la conversion du CO en H2 par la souche Carboxydothermus hydrogenoformans fut étudiée et optimisée dans un réacteur gazosiphon de 35 L. Parmi toutes les conditions opérationnelles, le paramètre majeur fut le ratio du débit de recirculation du gaz sur le débit d'alimentation en CO (QR:Qin). Ce ratio impacte à la fois l'activité biologique et le taux de transfert de masse gaz-liquide. En effet, au dessus d’un ratio de 40, les performances de conversion du CO en H2 sont limitées par l’activité biologique alors qu’en dessous, elles sont limitées par le transfert de masse. Cela se concrétise par une efficacité de conversion maximale de 90.4 ± 0.3 % et une activité spécifique de 2.7 ± 0.4 molCO·g–1VSS·d–1. Malgré des résultats prometteurs, les performances du bioréacteur ont été limitées par une faible densité cellulaire, typique de la croissance planctonique de C. hydrogenoformans. Cette limite est le facteur le plus contraignant pour des taux de charge de CO plus élevés. Ces performances ont été comparées à celles obtenues dans un réacteur à fibres creuses (BRFC) inoculé par la souche. En dépit d’une densité cellulaire et d’une activité volumétrique plus élevées, les performances du BRFC à tout le moins cinétiquement limitées quand elles n’étaient pas impactées par le transfert de masse, l'encrassement et le vieillissement de la membrane. Afin de parer à la dégénérescence de C. hydrogenoformans en cas de pénurie de CO, la croissance de la bactérie sur pyruvate en tant que seule source de carbone a été également caractérisée. Fait intéressant, en présence simultanée de pyruvate et de CO, C. hydrogenoformans n’a amorcé la consommation de pyruvate qu’une fois le CO épuisé. Cela a été attribué à un mécanisme d'inhibition du métabolisme du pyruvate par le CO, faisant ainsi du pyruvate le candidat idéal pour un système in situ de secours.

A Chloride Ion-Selective Potentiometric Sensor Based on a Polymeric Schiff Base Complex

This paper describes the fabrication of an ion-selective electrode in which a polymeric Schiff base complex of cobalt(II) is used as the ionophore.The main advantage of the electrode is that it is mechanically stable upto 3 months..The electrode shows a linear response in the range of 2.5 × 10-5-0.5 × 10-1 mol dm-3. The response time of the electrode is 30 s.The pH range at which the electrode works is 3.8 to 6.8. The electrode was found to be selective towards chloride ion in the presence of ions like Na+, Ca2+, Mn2+, ,Fe3+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, CH3COO-, NO3-, SO42- ,Br- and NO2-.

Magnetic and processability studies of nitrile rubber vulcanisates containing barium ferrite and carbon black

Fine particles of barium ferrite (BaFe12O19) belonging to the M-type hexagonal ferrites were prepared by the conventional ceramic techniques. They were incorporated into a nitrile rubber matrix according to a specific recipe for various loadings to produce rubber ferrite composites (RFC). The percolation threshold is not reached for a maximum loading of 130 phr (parts per hundred rubber). Here in this paper, the magnetic properties and processability of the nitrile rubber based RFCs containing barium ferrite (BaF) and HAF carbon black is reported. The magnetic properties of the ceramic ferrite and these rubber ferrite composites were evaluated and it was found that the coercivity values of RFCs were less than that of the ceramic BaF, but remained constant with the loading of both the ferrite filler and carbon black. However, other properties like saturation magnetization and magnetic remanence increased with the loading of ferrite filler.

The use of colloidal gas aphrons as novel downstream processing for the recovery of astaxanthin from cells of Phaffia rhodozyma

BACKGROUND: There is an increasing interest in obtaining natural products with bioactive properties, using fermentation technology. However, the downstream processing consisting of multiple steps can be complicated, leading to increase in the final cost of the product. Therefore there is a need for integrated, cost-effective and scalable separation processes. RESULTS: The present study investigates the use of colloidal gas aphrons (CGA), which are surfactant-stabilized microbubbles, as a novel method for downstream processing. More particularly, their application for the recovery of astaxanthin from the cells of Phaffia rhodozyma is explored. Research carried out with standard solutions of astaxanthin and CGA generated from the cationic surfactant hexadecyl. trimethyl ammonium bromide (CTAB) showed that up to 90% recovery can be achieved under optimum conditions, i.e., pH 11 with NaOH 0.2 mol L-1. In the case of the cells' suspension from the fermentation broth, three different approaches were investigated: (a) the conventional integrated approach where CGA were applied directly; (b) CGA were applied to the clarified suspension of cells; and finally (c) the in situ approach, where CGA are generated within the clarified suspension of cells. Interestingly, in the case of the whole suspension (approach a) highest recoveries (78%) were achieved under the same conditions found to be optimal for the standard solutions. In addition, up to 97% recovery of total carotenoids could be achieved from the clarified suspension after pretreatment with NaOH. This pretreatment led to maximum cell disruption as well as optimum conditioning for subsequent CGA separation. CONCLUSIONS: These results demonstrate the potential of CGA for the recovery of bioactive components from complex feedstock. (c) 2008 Society of Chemical Industry.

Enzyme assisted extraction of chitin from shrimp shells (Litopenaeus vannamei)

BACKGROUND: Chemical chitin extraction generates large amounts of wastes and increases partial deacetylation of the product. Therefore, the use of biological methods for chitin extraction is an interesting alternative. The effects of process conditions on enzyme assisted extraction of chitin from the shrimp shells in a systematic way were the focal points of this study. RESULTS: Demineralisation conditions of 25C, 20 min, shells-lactic acid ratio of 1:1.1 w/w; and shells-acetic acid ratio of 1:1.2 w/w, the maximum demineralisation values were 98.64 and 97.57% for lactic and acetic acids, respectively. A total protein removal efficiency of 91.10% by protease from Streptomyces griseus with enzyme-substrate ratio 55 U/g, pH 7.0 and incubation time 3 h is obtained when the particle size range is 50-25 μm, which was identified as the most critical factor. The X-ray diffraction and 13C NMR spectroscopy analysis showed that the lower percent crystallinity and higher degree of acetylation of chitin from enzyme assisted extraction may exhibit better solubility properties and less depolymerisation in comparison with chitin from the chemical extraction. CONCLUSION: The present work investigates the effects of individual factors on process yields, and it has shown that, if the particle size is properly controlled a reaction time of 3 h is more than enough for deproteination by protease. Physicochemical analysis indicated that the enzyme assisted production of chitin seems appropriate to extract chitin, possibly retaining its native structure.

4-amine-2-mercaptopyrimidine modified silica gel applied in Cd(II) and Pb(II) extraction from an aqueous medium

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

Attachment of 2,2-bipyridine onto a silica gel for application as a sequestering agent for copper, cadmium and lead ions from an aqueous medium

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

Production of low methoxyl pectin using immobilized pectin methylesterase silica from acerola (Malpighia glabra L.)

The aim of this work was to develop an efficient reactor for the production of low methoxyl pectin, using pectinmethylesterase (PME, EC 3.1.1.11) from acerola immobilized on silica. The immobilized enzyme was used in up to 50 successive bioconversion runs at 50 degrees C with an efficiency loss of less than 20%. The fixed-bed reactor (6.0 x 1.5 cm) was prepared using PME immobilized in glutaraldehyde-activated silica operated at 50 degrees C with an optimum flow rate of 10 mL h(-1). The bioconversion yield was shown to strongly depend on the nature of the enzymatic preparation. An efficiency of 44% was achieved when concentrated PME was used, compared with only 30% with purified PME, both after an 8-h run. The process described could provide the basis for the development of a commercial-scale process. (c) 2006 Society of Chemical Industry.

Screening of supports for the immobilization of pectinmethylesterase from acerola (Malpighia glabra L)

A partially purified extract of pectinmethylesterase (PME) from acerola fruit was immobilized on various supports: glass, celite, chrysotile, agarose, concanavalin A Sepharose 4B, egg shell, polyacrylamide and gelatin. In addition, reticulation with glutaraldehyde was assessed, as well as the use of gelatin in the presence of celite, glass and silica. The highest immobilization yields were obtained when the pectinmethylesterase was immobilized in concanavalin A Sepharose 4B (81.7%) and in gelatin-water (78.0%). (C) 2004 Society of Chemical Industry.

Optimisation of a fermentation process for butanol production by particle swarm optimisation (PSO)

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

Microcompósitos fotocatalíticos a base de 'Ti' 'O IND.2' modificados com 'Ag'

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Ti/TiO2 nanotubes enhance Mycobacterium fortuitum, Mycobacterium chelonae and Mycobacterium abscessus inactivation in water

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

Improved pretreatments applied to the sugarcane bagasse and release of lignin and hemicellulose from the cellulose-enriched fractions by sulfuric acid hydrolysis

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