Modelling metal powder production by the gas atomisation process

Metal powder in the range of 10-100 microns is widely employed in the production of Raney nickel type catalysts for hydrogenation reactions and hydrogen fuel cell manufacture. In this presentation we examine the modelling of powder production in a gas atomisation vessel using CFD techniques. In a fully coupled Lagrangian-Eulerian two phase scheme, liquid meal particles are tracked through the vessel following atomisation of a liquid nickel-aluminium stream. There is full momentum, heat and turbulence transport between particles and surrounding argon gas and the model predicts the position of solidification depending on particle size and undercooled condition. Maps of collision probability of particles at different stages of solidification are computed, to predict the creation of satellite defects, or to initiate solidification of undercooled droplets. The model is used to support experimental work conducted under the ESA/EU project IMPRESS.

The atomisation of detergent slurries

A study was made to determine the conditions under which the optimum droplet size distribution (ie., narrowest size range with a minimum of fines and over-sized agglomerates), is generated in sprays from centrifugal pressure nozzles. A range of non-Newtonian detergent slurries were tested but the results are of wider application and parallel work was undertaken with water, ionic solutions and chalk slurries. Six centrifugal pressure nozzles were used and the drop-size distributions correlated as a function of fluid properties, pressure, fiowrate, feed temperature, and nozzle characteristics. Measurements were made using a Malvern Particle Size Anayser slung across a specially-designed transparent tower section of approximately 1.2m diameter in order to reduce obscuration caused by the spray and improve existing droplet sizing techniques. The results obtained were based upon the Rosin-Rammler distribution model and the Size Analyser provided a direct print-out of size distribution and the parameters characterising it. A Spraying System nozzle, AAASSTC8-8, produced the optimum spray distribution with the detergent slurry at a temperature of 60°C whilst operating at 1200 psi. With other fluids the Delevan 2.2SJ nozzle produced the optimum spray distribution operating at 1200 psi but with the Spraying Systems nozzles there was no clear-cut optimum set of conditions, ie. the nozzle and pressure varied depending upon the fluid being sprayed. The mechanisms of liquid sheet break-up and droplet dispersion were investigated in specially-constructed, scaled-up, transparent nozzles. A mathematical model of centrifugal pressure nozzle atomisation was developed based upon fundamental operating parameters rather than resorting to empirical correlations. This enabled theoretical predictions to be made over a wide range of operating conditions and nozzle types. The model predictions for volumetric fiowrate, liquid sheet length and air core diameter showed good agreement with the experimentally determined results. However, the model predicted smaller droplet sizes than were produced experimentally due to inaccuracies identified in the initial assumptions.

An effort towards understanding the sources of impurities in generating nanoparticles via liquid-phase methods

Generating nano-sized materials of a controlled size and chemical composition is essential for the manufacturing of materials with enhanced properties on an industrial scale, as well as for research purposes, such as toxicological studies. Among the generation methods for airborne nanoparticles (also known as aerosolisation methods), liquid-phase techniques have been widely applied due to the simplicity of their use and their high particle production rate. The use of a collison nebulizer is one such technique, in which the atomisation takes place as a result of the liquid being sucked into the air stream and injected toward the inner walls of the nebulizer reservoir via nozzles, before the solution is dispersed. Despite the above-mentioned benefits, this method also falls victim to various sources of impurities (Knight and Petrucci 2003; W. LaFranchi, Knight et al. 2003). Since these impurities can affect the characterization of the generated nanoparticles, it is crucial to understand and minimize their effect.

Interfacial Phenomena in Pharmaceutical Low Moisture Content Powder Processing

Powders are essential materials in the pharmaceutical industry, being involved in majority of all drug manufacturing. Powder flow and particle size are central particle properties addressed by means of particle engineering. The aim of the thesis was to gain knowledge on powder processing with restricted liquid addition, with a primary focus on particle coating and early granule growth. Furthermore, characterisation of this kind of processes was performed. A thin coating layer of hydroxypropyl methylcellulose was applied on individual particles of ibuprofen in a fluidised bed top-spray process. The polymeric coating improved the flow properties of the powder. The improvement was strongly related to relative humidity, which can be seen as an indicator of a change in surface hydrophilicity caused by the coating. The ibuprofen used in the present study had a d50 of 40 μm and thus belongs to the Geldart group C powders, which can be considered as challenging materials in top-spray coating processes. Ibuprofen was similarly coated using a novel ultrasound-assisted coating method. The results were in line with those obtained from powders coated in the fluidised bed process mentioned above. It was found that the ultrasound-assisted method was capable of coating single particles with a simple and robust setup. Granule growth in a fluidised bed process was inhibited by feeding the liquid in pulses. The results showed that the length of the pulsing cycles is of importance, and can be used to adjust granule growth. Moreover, pulsed liquid feed was found to be of greater significance to granule growth in high inlet air relative humidity. Liquid feed pulsing can thus be used as a tool in particle size targeting in fluidised bed processes and in compensating for changes in relative humidity of the inlet air. The nozzle function of a two-fluid external mixing pneumatic nozzle, typical for small scale pharmaceutical fluidised bed processes, was studied in situ in an ongoing fluidised bed process with particle tracking velocimetry. It was found that the liquid droplets undergo coalescence as they proceed away from the nozzle head. The coalescence was expected to increase droplet speed, which was confirmed in the study. The spray turbulence was studied, and the results showed turbulence caused by the event of atomisation and by the oppositely directed fluidising air. It was concluded that particle tracking velocimetry is a suitable tool for in situ spray characterisation. The light transmission through dense particulate systems was found to carry information on particle size and packing density as expected based on the theory of light scattering by solids. It was possible to differentiate binary blends consisting of components with differences in optical properties. Light transmission showed potential as a rapid, simple and inexpensive tool in characterisation of particulate systems giving information on changes in particle systems, which could be utilised in basic process diagnostics.

Encapsulation de Dehalococcoides: avantage pour la déhalogénation des solvants chlorés en sites contaminés

Le tétrachloroéthène (PCE) et les éthènes chlorés qui lui sont apparentés ont été abondamment utilisés pour plusieurs applications en industrie dès le début du 20e siècle. Ils sont cependant comptés parmi les polluants les plus communs des sols et de l’eau et beaucoup d’efforts sont déployés afin de les éliminer. Nous croyons que la conversion des éthènes chlorés en éthènes par des microorganismes est une solution prometteuse. Le premier aspect du projet visait donc à établir les conditions pour lesquelles un consortium enrichi en Dehalococcoides ethenogenes permettrait la conversion complète de PCE en éthène. Les expériences réalisées nous ont permis de souligner le rôle de l’acide lactique ajouté aux cultures comme source de carbone et source indirecte d’électrons pour la déhalorespiration. Nous avons également pu établir l’effet de la concentration initiale de biomasse dans les cultures sur le profil de déhalogénation du PCE. Le deuxième aspect du projet visait à développer un protocole d’encapsulation du consortium dans une matrice polymérique afin de profiter des nombreux avantages potentiels de l’encapsulation. Nous avons testé trois montages d’encapsulation différents : atomisation avec jet d’air, atomisation avec vibrations ultrasoniques et « drop-wise ». Le dernier montage prévoyait l’encapsulation des cultures dans des billes d’alginate enrobées de chitosane gélifié par du lignosulfonate. C’est le seul montage qui nous a permis d’encapsuler le consortium de façon efficace sans effet significatifs négatifs sur son activité de déchlorination. Aussi, la comparaison des profils de déhalogénation du PCE de cellules encapsulées et cellules libres a montré une plus faible accumulation de TCE, 1,2-DCE et VC dans les échantillons de cellules encapsulée et, par conséquent, une conversion plus rapide et plus complète du PCE en éthène. Finalement, nous avons observé une tendance favorable à l’idée que les microorganismes encapsulés bénéficient d’un effet de protection contre de faibles concentrations d’oxygène.

La conservation du patrimoine urbain, catalyseur du renouvellement des pratiques urbanistiques? : une réflexion théorique sur l'appropriation de la notion de patrimoine urbain par l'urbanisme

Cette thèse questionne l’apport de la conservation du patrimoine urbain à l’urbanisme. Il y est avancé que l’association entre la conservation du patrimoine urbain et l'urbanisme, dans leur cadre conceptuel actuel, plutôt que d’être le catalyseur du renouvellement de l’urbanisme, a perpétué une appréhension fragmentée et une atomisation de l'établissement, consacrant ainsi le paradigme fonctionnaliste, qui conditionne encore largement les pratiques urbanistiques contemporaines, au Québec notamment. En effet, bien que depuis les années 1960 la conservation du patrimoine soit présentée comme le fil rouge dans le redéploiement de la compétence d’édifier, plusieurs études soulignent les résultats mitigés de nombreuses expériences de conservation ainsi qu’une contribution limitée relativement à la formulation des projets urbains. Plus particulièrement, malgré la reconnaissance de l’intérêt de la patrimonialisation et de la fécondité potentielle de l’idée de patrimoine en général, l’urbanisme n’est pas parvenu à en définir les termes de la contribution, tant au plan conceptuel que processuel, en regard de sa propre projectualité. De ce fait, il ne réussit pas à affranchir la réflexion patrimoniale du registre de la conservation afin de se l’approprier véritablement. Cette thèse explique les causes de cette incapacité à partir d’une analyse des conditions de l’appropriation de la notion de patrimoine urbain mises de l’avant par l’approche giovannonienne. Celle-ci, fondamentalement urbanistique, propose une conception du patrimoine urbain qui s’émancipe du monument historique et du registre de la conservation. Indissociable d’une projectualité urbanistique, l’intérêt pour le patrimoine urbain de Giovannoni relève d’une reconnaissance du déjà là qui fonde des modalités de prises en charge de l’existant. Celles-ci posent les bases d’un renouvellement de la manière de penser l’urbanisme. La notion giovannonienne de patrimoine urbain, qui réfère à l’ensemble urbain patrimonial, devient l’élément de base d’une analyse morphologique urbanistique qui permet de conceptualiser l’agglomération contemporaine comme ensemble marqué par les ruptures et les discontinuités. Prenant appui sur une démarche dialogique, l’approche giovannonienne relève d’une mise en tension des singularités et d’une appréhension conjointe des différentes registres, ceux des formes et des forces, de l’existant et du souhaité, du penser et du faire. Giovannoni dépasse ainsi l’opposition entre continuité et rupture portée par les pratiques afin de penser l’articulation du nouveau à l’ancien. La confrontation de l’approche giovannonienne aux différentes perspectives qui ont marqué l’urbanisme moderne, montre que ces modalités de prise en charge de l’existant sont conditionnelles à l’accomplissement des promesses de la considération du patrimoine urbain. Autrement, l’association de la conservation du patrimoine urbain et de l’urbanisme culmine dans une double assimilation : l’assimilation du patrimoine urbain au monument historique d’architecture conduit à confondre projet d’urbanisme et projet de conservation.

Contribution au développement de matrices hydrophiles à base de carboxyméthylamidon sodique à haute teneur en amylose : élaboration et évaluation des performances

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

High-amylose carboxymethyl starch matrices for oral sustained drug-release : in vitro and in vivo evaluation

Les amidons non modifiées et modifiés représentent un groupe d’excipients biodégradables et abondants particulièrement intéressant. Ils ont été largement utilisés en tant qu’excipients à des fins diverses dans des formulations de comprimés, tels que liants et/ou agents de délitement. Le carboxyméthylamidon sodique à haute teneur en amylose atomisé (SD HASCA) a été récemment proposé comme un excipient hydrophile à libération prolongée innovant dans les formes posologiques orales solides. Le carboxyméthylamidon sodique à haute teneur en amylose amorphe (HASCA) a d'abord été produit par l'éthérification de l'amidon de maïs à haute teneur en amylose avec le chloroacétate. HASCA a été par la suite séché par atomisation pour obtenir le SD HASCA. Ce nouvel excipient a montré des propriétés présentant certains avantages dans la production de formes galéniques à libération prolongée. Les comprimés matriciels produits à partir de SD HASCA sont peu coûteux, simples à formuler et faciles à produire par compression directe. Le principal objectif de cette recherche était de poursuivre le développement et l'optimisation des comprimés matriciels utilisant SD HASCA comme excipient pour des formulations orales à libération prolongée. A cet effet, des tests de dissolution simulant les conditions physiologiques du tractus gastro-intestinal les plus pertinentes, en tenant compte de la nature du polymère à l’étude, ont été utilisés pour évaluer les caractéristiques à libération prolongée et démontrer la performance des formulations SD HASCA. Une étude clinique exploratoire a également été réalisée pour évaluer les propriétés de libération prolongée de cette nouvelle forme galénique dans le tractus gastro-intestinal. Le premier article présenté dans cette thèse a évalué les propriétés de libération prolongée et l'intégrité physique de formulations contenant un mélange comprimé de principe actif, de chlorure de sodium et de SD HASCA, dans des milieux de dissolution biologiquement pertinentes. L'influence de différentes valeurs de pH acide et de temps de séjour dans le milieu acide a été étudiée. Le profil de libération prolongée du principe actif à partir d'une formulation de SD HASCA optimisée n'a pas été significativement affecté ni par la valeur de pH acide ni par le temps de séjour dans le milieu acide. Ces résultats suggèrent une influence limitée de la variabilité intra et interindividuelle du pH gastrique sur la cinétique de libération à partir de matrices de SD HASCA. De plus, la formulation optimisée a gardé son intégrité pendant toute la durée des tests de dissolution. L’étude in vivo exploratoire a démontré une absorption prolongée du principe actif après administration orale des comprimés matriciels de SD HASCA et a montré que les comprimés ne se sont pas désintégrés en passant par l'estomac et qu’ils ont résisté à l’hydrolyse par les α-amylases dans l'intestin. Le deuxième article présente le développement de comprimés SD HASCA pour une administration orale une fois par jour et deux fois par jour contenant du chlorhydrate de tramadol (100 mg et 200 mg). Ces formulations à libération prolongée ont présenté des valeurs de dureté élevées sans nécessiter l'ajout de liants, ce qui facilite la production et la manipulation des comprimés au niveau industriel. La force de compression appliquée pour produire les comprimés n'a pas d'incidence significative sur les profils de libération du principe actif. Le temps de libération totale à partir de comprimés SD HASCA a augmenté de manière significative avec le poids du comprimé et peut, de ce fait, être utilisé pour moduler le temps de libération à partir de ces formulations. Lorsque les comprimés ont été exposés à un gradient de pH et à un milieu à 40% d'éthanol, un gel très rigide s’est formé progressivement sur leur surface amenant à la libération prolongée du principe actif. Ces propriétés ont indiqué que SD HASCA est un excipient robuste pour la production de formes galéniques orales à libération prolongée, pouvant réduire la probabilité d’une libération massive de principe actif et, en conséquence, des effets secondaires, même dans le cas de co-administration avec une forte dose d'alcool. Le troisième article a étudié l'effet de α-amylase sur la libération de principe actif à partir de comprimés SD HASCA contenant de l’acétaminophène et du chlorhydrate de tramadol qui ont été développés dans les premières étapes de cette recherche (Acetaminophen SR et Tramadol SR). La modélisation mathématique a montré qu'une augmentation de la concentration d’α-amylase a entraîné une augmentation de l'érosion de polymère par rapport à la diffusion de principe actif comme étant le principal mécanisme contrôlant la libération de principe actif, pour les deux formulations et les deux temps de résidence en milieu acide. Cependant, même si le mécanisme de libération peut être affecté, des concentrations d’α-amylase allant de 0 UI/L à 20000 UI/L n'ont pas eu d'incidence significative sur les profils de libération prolongée à partir de comprimés SD HASCA, indépendamment de la durée de séjour en milieu acide, le principe actif utilisé, la teneur en polymère et la différente composition de chaque formulation. Le travail présenté dans cette thèse démontre clairement l'utilité de SD HASCA en tant qu'un excipient à libération prolongée efficace.

Levels of copper in Nile tilapia from Brazil

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

Evaluation of modifiers for determination of V in parsley by GF AAS

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

GFAAS determination of mercury in muscle samples of fish from Amazon, Brazil

In the present study, a simple, rapid and sensitive method was developed for the determination of mercury concentrations in the muscle tissue of fish from the Brazilian Amazon using graphite furnace atomic absorption spectrometry (GFAAS) following acid mineralization of the samples in an ultrasonic cold water bath. Using copper nitrate as a chemical modifier in solution and sodium tungstate as permanent modifier, we were able to attain thermal stabilization of the mercury up to the atomisation temperature of 1600 °C in the GFAAS assay. The calculated limits of detection (LOD) and quantification (LOQ) were 0.014 and 0.047 mg kg-1, respectively. © 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Selektiver Nachweis von Uran-236 mittels hochauflösender Resonanzionisations-Massenspektrometrie

Die vorliegende Dissertation beschreibt die Entwicklung, den Aufbau und die Erprobung eines neuartigen lasermassenspektrometrischen Nachweises des Ultraspurenisotops 236U. Das Nuklid 236U wird vorwiegend in Kernreaktoren durch Neutroneneinfang aus 235U gebildet und dient damit als Schlüsselisotop zur Unterscheidung anthropogenen Urans von natürlichem Uran-Vorkommen. Mit seinem Nachweis wird die Untersuchung der Migration von Kernbrennstoff in der Umwelt und die Beantwortung kritischer Fragen in der nuklearen Forensik ermöglicht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Verfahren der hochauflösenden Resonanzionisations-Massenspektrometrie auf die Anforderungen des selektiven Nachweises von Uran-Isotopen angepasst. Wesentliche Schritte waren hierbei die Untersuchung einer effizienten Atomisation von Uran-Proben, die Identifikation atomarer und autoionisierender Zustände für eine resonante Anregungsleiter, die vollständige Spezifikation der Anregungsleiter für alle Uran-Isotope und schließlich die Umsetzung der Erkenntnisse in ein analytisches Messverfahren. Die optische Selektivität des Verfahrens konnte durch Dichtematrixrechnungen zu ca. 14 Größenordnungen abgeschätzt werden; die Nachweisgrenze des Verfahrens für das Isotopenverhältnis 236U / 238U ist dabei gegenwärtig durch Untergrund begrenzt und beträgt ca. 3 · 10−8. Mit diesen Spezifikationen konnte die Linearität und Präzision des Nachweisverfahrens über einen dynamischen Bereich von vier Größenordnungen nachgewiesen werden.

Highly accurate isotope composition measurements by a miniature laser ablation mass spectrometer designed for in situ investigations on planetary surface

An experimental procedure for precise and accurate measurements of isotope abundances by a miniature laser ablation mass spectrometer for space research is described. The measurements were conducted on different untreated NIST standards and galena samples by applying pulsed UV laser radiation (266 nm, 3 ns and 20 Hz) for ablation, atomisation, and ionisation of the sample material. Mass spectra of released ions are measured by a reflectron-type time-of-flight mass analyser. A computer controlled performance optimiser was used to operate the system at maximum ion transmission and mass resolution. At optimal experimental conditions, the best relative accuracy and precision achieved for Pb isotope compositions are at the per mill level and were obtained in a range of applied laser irradiances and a defined number of accumulated spectra. A similar relative accuracy and precision was achieved in the study of Pb isotope compositions in terrestrial galena samples. The results for the galena samples are similar to those obtained with a thermal ionisation mass spectrometer (TIMS). The studies of the isotope composition of other elements yielded relative accuracy and precision at the per mill level too, with characteristic instrument parameters for each element. The relative accuracy and precision of the measurements is degrading with lower element/isotope concentration in a sample. For the elements with abundances below 100 ppm these values drop to the percent level. Depending on the isotopic abundances of Pb in minerals, 207Pb/206Pb ages with accuracy in the range of tens of millions of years can be achieved.

Characterisation of waste derived intermediate pyrolysis oils for use as diesel engine fuels

This paper studies the characteristics of intermediate pyrolysis oils derived from sewage sludge and de-inking sludge (a paper industry residue), with a view to their use as fuels in a diesel engine. The feedstocks were dried and pelletised, then pyrolysed in the Pyroformer intermediate pyrolysis system. The organic fraction of the oils was separated from the aqueous phase and characterised. This included elemental and compositional analysis, heating value, cetane index, density, viscosity, surface tension, flash point, total acid number, lubricity, copper corrosion, water, carbon residue and ash content. Most of these results are compared with commercial diesel and biodiesel. Both pyrolysis oils have high carbon and hydrogen contents and their higher heating values compare well with biodiesel. The water content of the pyrolysis oils is reasonable and the flash point is found to be high. Both pyrolysis oils have good lubricity, but show some corrosiveness. Cetane index is reduced, which may influence ignition. Also viscosity is increased, which may influence atomisation quality. Carbon residue and ash content are both high, indicating potential deposition problems. Compared with de-inking sludge pyrolysis oil (DSPO), sewage sludge pyrolysis oil (SSPO) has a higher heating value, but higher corrosiveness and viscosity. The conclusions are that both intermediate pyrolysis oils will be able to provide sufficient heat when used in diesel engine; however poor combustion and carbon deposition may be encountered. Blending of these pyrolysis oils with diesel or biodiesel could overcome these problems and is recommended for further investigation.