Produção e caracterização de polihidroxialcanoatos obtidos por fermentação da glicerina bruta residual do biodiesel

The aim of this study was to evaluate the production of polyhydroxyalkanoates (PHAs) by fermentation of Crude Glycerin, a byproduct of the biodiesel industry, by Cupriavidus necator IPT 026, 027 and 028. The influence of fermentation time and temperature in shake flasks were evaluated. The highest PHA production (2.82 g L-1) occurred at 35 ºC for 72 h of fermentation. The melting and initial thermal degradation temperatures of this PHA were 177.9 ºC and 306.33 ºC, respectively, with 55% crystallinity. FTIR spectrum was similar to those reported in literature. The polymer obtained presented three different methyl esters of hydroxyalkanoates in its composition, with molecular weight of 630 kDa. Bacteria can use Crude Glycerin as an inexpensive substrate to produce value-added biodegradable products, such as PHA.

Obtenção de nanocelulose da fibra de coco verde e incorporação em filmes biodegradáveis de amido plastificados com glicerol

Composites strengthened with nanocellulose have been developed with the aim of improving mechanical, barrier, and thermal properties of materials. This improvement is primarily due to the nanometric size and the high crystallinity of the incorporated cellulose. Cassava starch films plasticized with glycerol and incorporated with nanocellulose from coconut fibers were developed in this study. The effect of this incorporation was studied with respect to the water activity, solubility, mechanical properties, thermal analysis, and biodegradability. The study demonstrated that the film properties can be significantly altered through the incorporation of small concentrations of nanocellulose.

ISOLATION AND CHARACTERIZATION OF NANOFIBRILLATED CELLULOSE FROM OAT HULLS

The objectives of this work were to investigate the microstructure, crystallinity and thermal stability of nanofibrillated cellulose obtained from oat hulls using bleaching and acid hydrolysis at a mild temperature (45 ºC) followed by ultrasonication. The oat hulls were bleached with peracetic acid, and after bleaching, the compact structure around the cellulosic fibers was removed, and the bundles became individualized. The extraction time (30 or 60 min) did not affect the properties of the nanofibrillated cellulose, which presented a higher crystallinity index and thermal stability than the raw material (oat hulls). The nanocellulose formed interconnected webs of tiny fibers with diameters of 70-100 nm and lengths of several micrometers, producing nanofibers with a relatively high aspect ratio, thus indicating that these materials are suitable for polymer reinforcement.

ENCAPSULAÇÃO DO ÁCIDO L-ASCÓRBICO NO BIOPOLÍMERO NATURAL GALACTOMANANA POR SPRAY‑DRYING: PREPARAÇÃO, CARACTERIZAÇÃO E ATIVIDADE ANTIOXIDANTE

AbstractIn this study, the spray drying technique was used to prepare L-ascorbic acid (AA) microparticles encapsulated with galactomannan-an extract from the seeds of the Delonix regia species. The physico-chemical characteristics, antioxidant activity, and encapsulation efficiency of the AA microparticles were evaluated and characterized using thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry, infrared spectroscopy, X-ray diffraction, and scanning electron microscopy. The free-radical scavenging activity of the AA microparticles was determined at different environmental conditions using DPPH (1,1-diphenyl-2-picryl-hydrazyl). X-ray diffraction measurements demonstrated a loss of crystallinity in AA after the encapsulation process, and a DSC scan also showed the loss of the compound's melting peak. Thermogravimetric analysis showed small differences in the thermal stability of galactomannan before and after the incorporation of AA. The mean diameters of the obtained spherical microspheres were in the range of 1.39 ± 0.77 µm. The encapsulation efficiency of AA microparticles in different environmental conditions varied from 95.40 to 97.92, and the antioxidant activity showed values ranging from 0.487 to 0.550 mg mL-1.

Ni(II), Cu(II), AND Zn(II) COMPLEXES DERIVED FROM A NEW SCHIFF BASE 2-((Z)-(3-METHYLPYRIDIN-2- YLEIMINO)METHYL)PHENOL AND SYNTHESIS OF NANO SIZED METAL OXIDE PARTICLES FROM THESE COMPOUNDS

Synthesis, spectral identification, and magnetic properties of three complexes of Ni(II), Cu(II), and Zn(II) are described. All three compounds have the general formula [M(L)2(H2O)2], where L = deprotonated phenol in the Schiff base 2-((z)-(3-methylpyridin-2-yleimino)methyl)phenol. The three complexes were synthesized in a one-step synthesis and characterized by elemental analysis, Fourier transform infrared spectroscopy, electronic spectra, X-ray diffraction (XRD), and room temperature magnetic moments. The Cu(II) and Ni(II) complexes exhibited room temperature magnetic moments of 1.85 B.M. per copper atom and 2.96 B.M. per nickel atom. The X-band electron spin resonance spectra of a Cu(II) sample in dimethylformamide frozen at 77 K (liquid nitrogen temperature) showed a typical ΔMS = ± 1 transition. The complexes ([M(L)2(H2O)2]) were investigated by the cyclic voltammetry technique, which provided information regarding the electrochemical mechanism of redox behavior of the compounds. Thermal decomposition of the complexes at 750 ºC resulted in the formation of metal oxide nanoparticles. XRD analyses indicated that the nanoparticles had a high degree of crystallinity. The average sizes of the nanoparticles were found to be approximately 54.3, 30.1, and 44.4 nm for NiO, CuO, and ZnO, respectively.

Synthesis, characterization and thermal behaviour of solid state compounds of 2-chlorobenzylidenepyruvate with trivalent aluminium, gallium, indium and scandium metals

Solid state compounds M-2-Cl-BP, where 2-Cl-BP is 2-chlorobenzylidenepyruvate and M represents Al, Ga, In, and Sc were prepared. X-ray powder diffractometry, infrared spectroscopy and simultaneous thermogravimetry-differential thermal analysis (TG-DTA), have been used to characterize and to study the thermal behavior of these compounds. The results provided information concerning the stoichiometry, crystallinity, thermal stability and thermal decomposition of the compounds.

Synthesis and thermal studies of solid state 2-chloro-benzylidenepyruvic acid and its compounds with sodium, aluminium (III), gallium (III) and indium (III) cations

The synthesis of sodium 2-chlorobenzylidenepyruvate and its corresponding acid as well as binary, binary together with it's acid or hydroxo-2-chorobenzylidenepyruvate of aluminium (III), gallium (III) and indium (III), were isolated. Chemical analysis, thermogravimetry, derivative thermogravimetry (TG/DTG), simultaneous thermogravimetry-differential thermal analysis (TG-DTA) and X-ray powder diffractometry have been employed to characterize and to study the thermal behaviour of these compounds. The results provided information concerning the stoichiometry, crystallinity, thermal stability and thermal decomposition.

Synthesis, characterization and thermal studies of solid state 4-methylbenzylidenepyruvate of some trivalent metal ions

Solid state compounds of 4-methylbenzylidenepyruvate with Al(III), Ga(III), In(III) and Sc(III) have been synthesized. Complexometry, X-ray powder diffractometry, infrared spectroscopy and simultaneous thermogravimetry-differential thermal analysis (TG-DTA) have been used to characterize and to study the thermal behavior of these compounds. The results provided information concerning the stoichiometry, crystallinity, thermal stability and thermal decomposition of these compounds.

Enhancing the Usability of Drug Materials by Electrostatic Atomisation

Electrospraying or electrostatic atomisation is a process of liquid disruption by electrostatic forces. When liquid is brought into an electric field, charge is induced to its surface. Once the repulsive electrostatic force exceeds the liquid surface tension, the liquid disrupts into small highly charged droplets. The size of the electrosprayed droplets can range from hundreds of micrometers down to a few tens of nanometers. Electrospraying can be used not only to produce droplets, but also solid particles. The research presented in this thesis concentrates on producing drug particles by this method. In the experiments, a drug powder was dissolved in a convenient solvent and the solution was atomised. The solvent was then evaporated from the formed droplets in a drying medium and inside each droplet, a dense cluster of the dissolved drug remained. From the pharmaceutical point of view, the most important characteristics of the produced particles are size distribution, porosity, crystal form and degree of crystallinity. These properties affect the dissolution behaviour and ultimately the drug bioavailability in the body. The effects of electrostatic atomization on the aforementioned characteristics are generally not well understood. The research focused on studying these particle properties and finding possible correlations with the spraying parameters. The produced droplets were dried either under atmospheric or reduced pressure, the latter in order to improve the drying process. Special emphasis was put on implementing the spraying under reduced pressure, and the effects of the drying pressure on particle properties. Based on the results, the possibilities to enhance the dissolution of poorly soluble drugs by this method were estimated. In the course of experiments, it was also discovered that electrospraying may have a profound effect on the polymorphic form of the produced drug particles. In the light of the obtained results, it was concluded that electrospraying may offer a valuable tool to overcome some of the challenges met in modern drug development and formulation.

Stability and properties of cellulose-sodium hydroxide solution systems

Since cellulose is a linear macromolecule it can be used as a material for regenerated cellulose fiber products e.g. in textile fibers or film manufacturing. Cellulose is not thermoformable, thus the manufacturing of these regenerated fibers is mainly possible through dissolution processes preceding the regeneration process. However, the dissolution of cellulose in common solvents is hindered due to inter- and intra-molecular hydrogen bonds in the cellulose chains, and relatively high crystallinity. Interestingly at subzero temperatures relatively dilute sodium hydroxide solutions can be used to dissolve cellulose to a certain extent. The objective of this work was to investigate the possible factors that govern the solubility of cellulose in aqueous NaOH and the solution stability. Cellulose-NaOH solutions have the tendency to form a gel over time and at elevated temperature, which creates challenges for further processing. The main target of this work was to achieve high solubility of cellulose in aqueous NaOH without excessively compromising the solution stability. In the literature survey an overview of the cellulose dissolution is given and possible factors contributing to the solubility and solution properties of cellulose in aqueous NaOH are reviewed. Furthermore, the concept of solution rheology is discussed. In the experimental part the focus was on the characterization of the used materials and properties of the prepared solutions mainly concentrating on cellulose solubility and solution stability.

Optimization of extrusion process for production of nutritious pellets

A blend of 50% Potato Starch (PS), 35% Quality Protein Maize (QPM), and 15% Soybean Meal (SM) were used in the preparation of expanded pellets utilizing a laboratory extruder with a 1.5 × 20.0 × 100.0 mm die-nozzle. The independent variables analyzed were Barrel Temperature (BT) (75-140 °C) and Feed Moisture (FM) (16-30%). The effect of extrusion variables was investigated in terms of Expansion Index (EI), apparent density (ApD), Penetration Force (PF) and Specific Mechanical Energy (SME), viscosity profiles, DSC, crystallinity by X-ray diffraction, and Scanning Electronic Microscopy (SEM). The PF decreased from 30 to 4 kgf with the increase of both independent variables (BT and FM). SME was affected only by FM, and decreased with the increase in this variable. The optimal region showed that the maximum EI was found for BT in the range of 123-140 °C and 27-31% for FM, respectively. The extruded pellets obtained from the optimal processing region were probably not completely degraded, as shown in the structural characterization. Acceptable expanded pellets could be produced using a blend of PS, QPM, and SM by extrusion cooking.

Mécanismes de déformation de nanoparticules d’Au par irradiation ionique

Résumé Dans la présente thèse, nous avons étudié la déformation anisotrope par bombardement ionique de nanoparticules d'or intégrées dans une matrice de silice amorphe ou d'arséniure d’aluminium cristallin. On s’est intéressé à la compréhension du mécanisme responsable de cette déformation pour lever toute ambigüité quant à l’explication de ce phénomène et pour avoir une interprétation consistante et unique. Un procédé hybride combinant la pulvérisation et le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma a été utilisé pour la fabrication de couches nanocomposites Au/SiO2 sur des substrats de silice fondue. Des structures à couches simples et multiples ont été obtenues. Le chauffage pendant ou après le dépôt active l’agglomération des atomes d’Au et par conséquent favorise la croissance des nanoparticules. Les nanocomposites Au/AlAs ont été obtenus par implantation ionique de couches d’AlAs suivie de recuit thermique rapide. Les échantillons des deux nanocomposites refroidis avec de l’azote liquide ont été irradiés avec des faisceaux de Cu, de Si, d’Au ou d’In d’énergie allant de 2 à 40 MeV, aux fluences s'étendant de 1×1013 à 4×1015 ions/cm2, en utilisant le Tandem ou le Tandetron. Les propriétés structurales et morphologiques du nanocomposite Au/SiO2 sont extraites en utilisant des techniques optiques car la fréquence et la largeur de la résonance plasmon de surface dépendent de la forme et de la taille des nanoparticules, de leur concentration et de la distance qui les séparent ainsi que des propriétés diélectriques du matériau dans lequel les particules sont intégrées. La cristallinité de l’arséniure d’aluminium est étudiée par deux techniques: spectroscopie Raman et spectrométrie de rétrodiffusion Rutherford en mode canalisation (RBS/canalisation). La quantité d’Au dans les couches nanocomposites est déduite des résultats RBS. La distribution de taille et l’étude de la transformation de forme des nanoparticules métalliques dans les deux nanocomposites sont déterminées par microscopie électronique en transmission. Les résultats obtenus dans le cadre de ce travail ont fait l’objet de trois articles de revue. La première publication montre la possibilité de manipuler la position spectrale et la largeur de la bande d’absorption des nanoparticules d’or dans les nanocomposites Au/SiO2 en modifiant leur structure (forme, taille et distance entre particules). Les nanoparticules d’Au obtenues sont presque sphériques. La bande d’absorption plasmon de surface (PS) correspondante aux particules distantes est située à 520 nm. Lorsque la distance entre les particules est réduite, l’interaction dipolaire augmente ce qui élargit la bande de PS et la déplace vers le rouge (602 nm). Après irradiation ionique, les nanoparticules sphériques se transforment en ellipsoïdes alignés suivant la direction du faisceau. La bande d’absorption se divise en deux bandes : transversale et longitudinale. La bande correspondante au petit axe (transversale) est décalée vers le bleu et celle correspondante au grand axe (longitudinale) est décalée vers le rouge indiquant l’élongation des particules d’Au dans la direction du faisceau. Le deuxième article est consacré au rôle crucial de la déformation plastique de la matrice et à l’importance de la mobilité des atomes métalliques dans la déformation anisotrope des nanoparticules d’Au dans les nanocomposites Au/SiO2. Nos mesures montrent qu'une valeur seuil de 2 keV/nm (dans le pouvoir d'arrêt électronique) est nécessaire pour la déformation des nanoparticules d'or. Cette valeur est proche de celle requise pour la déformation de la silice. La mobilité des atomes d’Au lors du passage d’ions est confirmée par le calcul de la température dans les traces ioniques. Le troisième papier traite la tentative de formation et de déformation des nanoparticules d’Au dans une matrice d’arséniure d’aluminium cristallin connue pour sa haute résistance à l’amorphisation et à la déformation sous bombardement ionique. Le résultat principal de ce dernier article confirme le rôle essentiel de la matrice. Il s'avère que la déformation anisotrope du matériau environnant est indispensable pour la déformation des nanoparticules d’or. Les résultats expérimentaux mentionnés ci-haut et les calculs de températures dans les traces ioniques nous ont permis de proposer le scénario de déformation anisotrope des nanoparticules d’Au dans le nanocomposite Au/SiO2 suivant: - Chaque ion traversant la silice fait fondre brièvement un cylindre étroit autour de sa trajectoire formant ainsi une trace latente. Ceci a été confirmé par la valeur seuil du pouvoir d’arrêt électronique. - L’effet cumulatif des impacts de plusieurs ions conduit à la croissance anisotrope de la silice qui se contracte dans la direction du faisceau et s’allonge dans la direction perpendiculaire. Le modèle de chevauchement des traces ioniques (overlap en anglais) a été utilisé pour valider ce phénomène. - La déformation de la silice génère des contraintes qui agissent sur les nanoparticules dans les plans perpendiculaires à la trajectoire de l’ion. Afin d’accommoder ces contraintes les nanoparticules d’Au se déforment dans la direction du faisceau. - La déformation de l’or se produit lorsqu’il est traversé par un ion induisant la fusion d’un cylindre autour de sa trajectoire. La mobilité des atomes d’or a été confirmée par le calcul de la température équivalente à l’énergie déposée dans le matériau par les ions incidents. Le scénario ci-haut est compatible avec nos données expérimentales obtenues dans le cas du nanocomposite Au/SiO2. Il est appuyé par le fait que les nanoparticules d’Au ne se déforment pas lorsqu’elles sont intégrées dans l’AlAs résistant à la déformation.

Nanonization of megestrol acetate by laser fragmentation in aqueous milieu

Faculté de Pharmacie

Low cost synthesis of cathode and anode materials for lithium-ion batteries

Dans cette thèse, nous démontrons des travaux sur la synthèse à faible coût des matériaux de cathode et l'anode pour les piles lithium-ion. Pour les cathodes, nous avons utilisé des précurseurs à faible coût pour préparer LiFePO4 et LiFe0.3Mn0.7PO4 en utilisant une méthode hydrothermale. Tout d'abord, des matériaux composites (LiFePO4/C) ont été synthétisés à partir d'un précurseur de Fe2O3 par une procédé hydrothermique pour faire LiFePO4(OH) dans une première étape suivie d'une calcination rapide pour le revêtement de carbone. Deuxièmement, LiFePO4 avec une bonne cristallinité et une grande pureté a été synthétisé en une seule étape, avec Fe2O3 par voie hydrothermale. Troisièmement, LiFe0.3Mn0.7PO4 a été préparé en utilisant Fe2O3 et MnO comme des précurseurs de bas coûts au sein d'une méthode hydrothermale synthétique. Pour les matériaux d'anode, nous avons nos efforts concentré sur un matériau d'anode à faible coût α-Fe2O3 avec deux types de synthèse hydrothermales, une a base de micro-ondes (MAH) l’autre plus conventionnelles (CH). La nouveauté de cette thèse est que pour la première fois le LiFePO4 a été préparé par une méthode hydrothermale en utilisant un précurseur Fe3+ (Fe2O3). Le Fe2O3 est un précurseur à faible coût et en combinant ses coûts avec les conditions de synthèse à basse température nous avons réalisé une réduction considérable des coûts de production pour le LiFePO4, menant ainsi à une meilleure commercialisation du LiFePO4 comme matériaux de cathode dans les piles lithium-ion. Par cette méthode de préparation, le LiFePO4/C procure une capacité de décharge et une stabilité de cycle accrue par rapport une synthétisation par la méthode à l'état solide pour les mêmes précurseurs Les résultats sont résumés dans deux articles qui ont été récemment soumis dans des revues scientifiques.

Investigations on Some Titania Supported Catalysts

Titania is a versatile metal oxide with multiple applications. Titania supported catalysts are reported to be much more active compared to conventional silica or alumina supported ones in some reactions. TiO2 (anatase) having high surface area, with better crystallinity and high onset temperature of rutilation can be prepared by thermal hydrolysis of titanyl sulfate solution under controlled conditions. Calcinations at 350oC for 6 hrs were necessary to crystallize anatase. Method of preparation and percentage of the loaded metal oxides have greater influence on surface area. Drastic decrease in surface area was observed upon rutilation. Rutilation started at different temperatures depending on the metal oxide and the method of preparation. TiO2 should be characterized with high surface area, phase purity and high onset temperature of rutilation.Which should be well above the optimum temperature of a designated reaction in which it is employed as a catalyst. Variation in physical properties, depending upon the method of preparation is greater in TiO2 supported catalysts. Methanation activity was found to be highly dependent on nickel concentration present on the surface of the pellets. The methanation activity is strongly influenced by support material. The rate and turn over frequency of methanation and toluene oxidation activity of these catalysts are also equally important from an industrial point of view.