Synthesis and characterization of poly(epsilon-caprolactone)-poly(L-lactide) diblock copolymers with an organic amino calcium catalyst

The quasiliving characteristics of the ringopening polymerization of epsilon-caprolactone (CL) catalyzed by an organic amino calcium were demonstrated. Taking advantage of this feature, we synthesized a series of poly (F-caprolactone) (PCL)-poly(L-lactide) (PLA) cliblock copolymers with the sequential addition of the monomers CL and L-lactide. The block structure was confirmed by H-1-NMR, C-13-NMR, and gel permeation chromatography analysis. The crystalline structure of the copolymers was investigated by differential scanning calorimetry and wide-angle X-ray diffraction analysis. When the molecular weight of the PLA block was high enough, phase separation took place in the block copolymer to form PCL and PLA domains, respectively.

Ring-opening polymerization of epsilon-caprolactone and L-lactide using organic amino calcium catalyst

Poly (6-caprolactone) (PCL) and poly (L-lactide) (PLA) were prepared by ring-opening Polymerization catalyzed by organic amino calcium catalysts (Ca/PO and Ca/EO) which were prepared by reacting calcium ammoniate Ca(NH3)(6) with propylene oxide and ethylene oxide, respectively. The catalysts exhibited high activity and the ring-opening polymerization behaved a quasi-living characteristic. Based on the Fr-IR spectra and the calcium contents of the catalysts, and based on the H-1 NMR end-group analysis of the low molecular weight PCL prepared using catalysts Ca/PO and Ca/EO, it was proposed that the catalysts have the structure of NH2-Ca-O-CH(CH3)(2) and NH2-CaO-CH2CH3 for Ca/PO and Ca/EO, respectively. The ring-opening polymerization of CL and LA follows a coordination-insertion mechanism and the active site is the Ca-O bond.

Synthesis and characterization of PCL/PEG/PCL triblock copolymers by using calcium catalyst

Triblock copolymer PCL-PEG-PCL was prepared by ring-opening polymerization of epsilon-caprolactone (CL) in the presence of poly(ethylene glycol) catalyzed by calcium ammoniate at 60 degreesC in xylene solution. The copolymer composition and triblock structure were confirmed by H-1 NMR and C-13 WR measurements. The differential scanning calorimetry and wide-angle X-ray diffraction analyses revealed the micro-domain structure in the copolymer. The melting temperature T-c and crystallization temperature T-c of the PEG domain were influenced by the relative length of the PCL blocks. This was caused by the strong covalent interconnection between the two domains. Aqueous micelles were prepared from the triblock copolymer. The critical micelle concentration was determined to be 0.4-1.2 mg/l by fluorescence technique using pyrene as probe, depending on the length of PCL blocks, and lower than that of corresponding PCL-PEG diblock copolymers. The H-1 NMR spectrum of the micelles in D2O demonstrated only the -CH2CH2O- signal and thus confirmed. the PCL-core/PEG-shell structure of the micelles.

Synthesis of poly(epsilon-caprolactone)-b-poly(gamma-benzyl-L-glutamic acid) block copolymer using amino organic calcium catalyst

A biodegradable two block copolymer, poly(epsilon-caprolactone)-b- poly(gamma-benzyl-L-glutamic acid) (PCL-PBLG) was synthesized successfully by ring-opening polymerization of N-carboxyanhydride of gamma-benzyl-L-glutamate (BLG-NCA) with aminophenyl-terminated PCL as a macroinitiator. The aminophenethoxyl-terminated PCL was prepared via hydrogenation of a 4-nitrophenethoxyl-teminated PCL, which was novelly obtained from the polymerization of c-caprolactone (CL) initiated by amino calcium 4-nitrobenzoxide. The structures of the block copolymer and its precursors from the initial step of PCL were confirmed and investigated by H-1 NMR, FT-IR, GPC, and FT-ICRMS analyses and DSC measurements.

Study of the synthesis, crystallization, and morphology of poly(ethylene glycol)-poly(is an element of-caprolactone) diblock copolymers

Poly(ethylene glycol) -poly(epsilon-caprolactone) diblock copolymers PEG-PCL were synthesized by ring-opening polymerization of c-caprolactone using monomethoxy poly(ethylene glycol) as the macroinitiator and calcium ammoniate as the catalyst. Obvious mutual influence between PEG and PCL crystallization was studied by altering the relative block length. Fixing the length of the PEG block (M-n = 5000) and increasing the length of the PCL block, the crystallization temperature of the PCL block rose gradually from I to about 35 degreesC while that of the PEG block dropped from 36 to -6.6 degreesC. Meanwhile, the melting temperature of the PCL block went up from 30 to 60 degreesC, while that of the PEG block declined from 60 to 41 degreesC. If the PCL block was longer than the PEG block, the former would crystallize first when cooling from a molten state and led to obviously imperfect crystallization of PEG and vice versa. And they both crystallized at the same temperature, if their weight fractions were equal. We found that the PEG block could still crystallize at -6.6 degreesC even when its weight fraction is only 14%. A unique morphology of concentric spherulites was observed for PEG5000-PCL5000.

An easily prepared palladium-hydrogel nanocomposite catalyst for C-C coupling reactions

Supported metallic nanoparticles are important composite materials owing to their enormous potential for applications in various fields. In this work, palladium nanoparticles were prepared in situ in a calcium-cholate (Ca-Ch) hydrogel by reduction with sodium cyanoborohydride. The hydrogel matrix appeared to assist the controlled growth as well as stabilization of palladium nanoparticles. The palladium nanoparticle/Ca-Ch hydrogel hybrid was characterized by scanning and transmission electron microscopy, atomic force microscopy, X-ray diffraction, and energy-dispersive X-ray spectroscopy. Furthermore, the PdNP/Ca-Ch hybrid xerogel was shown to act as an active catalyst for the Suzuki reaction under aqueous aerobic conditions. The PdNP/Ca-Ch xerogel retains its catalytic activities on storage for several months.

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.

Use of high-resolution thermogravimetric analysis (HRTG) technique in spent FCC catalyst/Portland cement pastes

Thermogravimetric analysis is one of the most common instrumental techniques used for the characterization of pastes, mortars and concretes based on both calcium hydroxide and Portland cement. Important information about pozzolanic materials can be assessed concerning calcium hydroxide consumption and the formation of new hydrated products. Nevertheless, in some cases, problems associated with the overlapped decomposition processes for hydrates make the analysis of obtained data difficult. In this paper, the use of high-resolution thermogravimetric analysis, a powerful technique that allows separating decomposition processes in analysis of hydrated binders, was performed for spent FCC catalyst-Portland cement pastes. These pastes were monitored for 1, 4, 8 h and 1, 2, 3, 7 and 28 curing days. In order to study the influence of the pozzolanic material (spent FCC catalyst), Portland cement replacements of 5, 15 and 30 % by mass were carried out. The presence of spent FCC catalyst in blended pastes modified the amount and the nature of the formed hydrates, mainly ettringite and stratlingite.

Synthesis of 4-arm star poly(L-Lactide) oligomers using an in situ-generated calcium-based initiator

Using an in situ-generated calcium-based initiating species derived from pentaerythritol, the bulk synthesis of well-defined 4-arm star poly(L-lactide) oligomers has been studied in detail. The substitution of the traditional initiator, stannous octoate with calcium hydride allowed the synthesis of oligomers that had both low PDIs and a comparable number of polymeric arms (3.7 – 3.9) to oligomers of similar molecular weight. Investigations into the degree of control observed during the course of the polymerization found that the insolubility of pentaerythritol in molten L-lactide resulted in an uncontrolled polymerization only when the feed mole ratio of L-lactide to pentaerythritol was 13. At feed ratios of 40 and greater, a pseudo-living polymerization was observed. As part of this study, in situ FT-Raman spectroscopy was demonstrated to be a suitable method to monitor the kinetics of the ring-opening polymerization (ROP) of lactide. The advantages of using this technique rather than FT-IR-ATR and 1H NMR for monitoring L-lactide consumption during polymerization are discussed.