Aspectes físics i químics del destintatge de paper revista mitjançant tensioactius catiònics

En una tesi anterior (Puig, 2004) es varen estudiar els aspectes mecànics vinculats al desfibratge i als consums energètics associats al procés de desintegració per acabar quantificant les forces implicades en el procés d'individualització dels components de diferents paperots. Aquest estudi, ha permès conèixer les condicions de desintegració que condueixen a un mínim consum energètic, aspecte complementari al reciclatge i destintatge del paperot però molt important per aconseguir un procés realment sostenible. Degut als requeriments del mercat, hi ha un altre aspecte o vessant realment important com és l'eliminació de tinta. Aquest procés, malgrat la complexitat industrial, es pot reduir o simplificar en dues etapes: la desintegració i la flotació. Ambdues, per raons d'eficàcia i condicionades pels agents químics que s'utilitzen, es realitzen en medi fortament alcalí (entorn d'un pH a 12). Aquest fet, genera una forta contaminació (DQO elevada) i per tant, és un procés poc respectuós amb el medi ambient. Els factors que condicionen treballar en medi alcalí són principalment, el despreniment de la tinta del suport, clarament accelerat en medi bàsic i fonamental per un bon destintatge i la utilització de tensioactius aniònics. Aquests tensioactius són sensibles al pH i la seva eficàcia disminueix en medi neutre o quasi neutre. Atès el que s'ha exposat, s'ha plantejat aquesta tesi que porta per títol "Aspectes Físics i Químics del Destintatge de Paper Revista mitjançant Tensioactius Catiònics", com un estudi del procés de destintatge de paper revista recuperat parant especial atenció a les variables físico-químiques i mecàniques del procés i a la seva influència en el despreniment i fragmentació de la tinta, així com en el procés d'eliminació de la tinta per flotació per tal d'avaluar la viabilitat d'un procés de destintatge en medi neutre enfront del destintatge alcalí convencional. S'ha utilitzat, com a paperot a destintar, el paper revista ja que aquest tipus de paper representa un percentatge elevat del paper recuperat a la Unió Europea. A més, aquest tipus de paper és utilitzat habitualment en les plantes de destintatge industrials per millorar les propietats de les suspensions destintades de paper de diari. La utilització de tensioactius catiònics és deguda a que la seva activitat no es veu afectada pel pH de la suspensió. Així, durant la comparació dels processos de destintatge en medi neutre i en medi alcalí, les eficàcies dels processos no es veuran influenciades pel grau d'ionització del tensioactiu. Donada l'absència d'estudis sobre la influència de les variables del procés en les mesures de concentració efectiva de tinta residual (ERIC) i ja que s'ha emprat aquest paràmetre per avaluar el despreniment i fragmentació de la tinta durant l'etapa de desintegració. En primer lloc, s'ha plantejat un estudi fonamental de la influència que poden tenir les variables del procés (granulometria, concentració de tinta i tipus de suport) en aquest paràmetre. Pel que fa a l'etapa de flotació, s'estudiarà l'efectivitat d'aquesta etapa, posant especial atenció a la capacitat del tensioactiu per eliminar tota la tinta despresa en l'etapa de desintegració. A més, donada la poca informació bibliogràfica referida als mecanismes de flotació amb tensioactius catiònics i la influència que té l'adsorció d'aquests agents per part de la suspensió paperera en l'etapa de flotació, s'ha dut a terme un estudi de l'adsorció dels tensioactius catiònics per part dels components d'una suspensió paperera. Per tant, la tesi realitzada té com a objectius:  Estudi fonamental de les mesures de ERIC (concentració efectiva de tinta residual) amb suports específics.  Estudi de la desintegració en medi neutre i comparació amb la desintegració clàssica.  Modelització del desfibratge de paperot a l'etapa de desintegració.  Estudi de l'eliminació de tinta per flotació en medi neutre i comparació amb la flotació clàssica.  Estudi del mecanisme d'adsorció de tensioactius en suspensions de cel·lulosa sintètica i de paperot.

Procés de destintatge del paper per flotació. Avaluació de l'eficàcia de l'eliminació de tinta

La tesi doctoral presentada té com a objectius principals l'estudi de les etapes fonamentals de desintegració i flotació en un procés de destintatge de papers vell de qualitats elevades per a poder millorar l'eficàcia d'aquestes etapes clau. Conté una revisió teòrica completa i molt actualitzada del procés de desintegració i flotació tant a nivell macroscòpic com microscòpic. La metodologia de treball en el laboratori, la posada a punt dels aparells, així com les anàlisis efectuades per a valorar la resposta del procés (anàlisi de blancor, anàlisi d'imatge i anàlisi de la concentració efectiva de tinta residual) estan descrites en el capítol de material i mètodes. La posada en marxa permet obtenir unes primeres conclusions respecte la necessitat de treballar amb una matèria primera homogènia i respecte la no significació de la temperatura de desintegració dins l'interval de treball permès al laboratori (20-50°C). L'anàlisi de les variables mecàniques de desintegració: consistència de desintegració (c), velocitat d'agitació en la desintegració (N) i temps de desintegració (t), permet de discernir que la consistència de desintegració és una variable fonamental. El valor de consistència igual al 10% marca el límit d'existència de les forces d'impacte mecànic en la suspensió fibrosa. A consistències superiors, les forces viscoses i d'acceleració dominen l'etapa de desintegració. Existeix una interacció entre la consistència i el temps de desintegració, optimitzant-se aquesta darrera variable en funció del valor de la consistència. La velocitat d'agitació és significativa només per a valors de consistència de desintegració inferiors al 10%. En aquests casos, incrementar el valor de N de 800 a 1400 rpm representa una disminució de 14 punts en el factor de destintabilitat. L'anàlisi de les variables químiques de desintegració: concentració de silicat sòdic (% Na2SiO3), peròxid d'hidrogen (% H2O2) i hidròxid sòdic (% Na2OH), proporciona resultats força significatius. El silicat sòdic presenta un efecte altament dispersant corroborat per les corbes de distribució dels diàmetres de partícula de tinta obtingudes mitjançant anàlisi d'imatges. L'hidròxid sòdic també presenta un efecte dispersant tot i que no és tant important com el del silicat sòdic. Aquests efectes dispersants són deguts principalment a l'increment de les repulsions electrostàtiques que aporten a la suspensió fibrosa aquests reactius químics fent disminuir l'eficàcia d'eliminació de l'etapa de flotació. El peròxid d'hidrogen utilitzat generalment com agent blanquejant, actua en aquests casos com a neutralitzador dels grups hidroxil provinents tant del silicat sòdic com de l'hidròxid sòdic, disminuint la repulsió electrostàtica dins la suspensió. Amb l'anàlisi de les variables hidrodinàmiques de flotació: consistència de flotació (c), velocitat d'agitació durant la flotació (N) i cabal d'aire aplicat (q), s'aconsegueix la seva optimització dins el rang de treball permès al laboratori. Valors elevats tant de la velocitat d'agitació com del cabal d'aire aplicat durant la flotació permeten eliminar majors quantitats de tinta. La consistència de flotació assoleix valors òptims depenent de les condicions de flux dins la cel·la de flotació. Les metodologies d'anàlisi emprades permeten obtenir diferents factors de destintabilitat. Entre aquests factors existeix una correlació important (determinada pels coeficients de correlació de Pearson) que permet assegurar la utilització de la blancor com a paràmetre fonamental en l'anàlisi del destintatge de papers vells, sempre i quan es complementi amb anàlisis d'imatge o bé amb anàlisi de la concentració efectiva de tinta residual. S'aconsegueixen expressions empíriques tipus exponencial que relacionen aquests factors de destintabilitat amb les variables experimentals. L' estudi de les cinètiques de flotació permet calcular les constants cinètiques (kBlancor, kERIC, kSupimp) en funció de les variables experimentals, obtenint un model empíric de flotació que relacionant-lo amb els paràmetres microscòpics que afecten realment l'eliminació de partícules de tinta, deriva en un model fonamental molt més difícil d'interpretar. Mitjançant l'estudi d'aquestes cinètiques separades per classes, també s'aconsegueix determinar que l'eficàcia d'eliminació de partícules de tinta és màxima si el seu diàmetre equivalent és superior a 50 μm. Les partícules amb diàmetres equivalents inferiors a 15 μm no són eliminades en les condicions de flotació analitzades. Es pot dir que és físicament impossible eliminar partícules de tinta de diàmetres molt diferents amb la mateixa eficiència i sota les mateixes condicions de treball. El rendiment del procés analitzat en funció de l'eliminació de sòlids per l'etapa de flotació no ha presentat relacions significatives amb cap de les variables experimentals analitzades. Únicament es pot concloure que addicionar quantitats elevades de silicat sòdic provoca una disminució tant de sòlids com de matèria inorgànica presents en les escumes de flotació.

Plastic films for polytunnels can prolong the effective residual life of cypermethrin to over 6 months

Synthetic pyrethroid insecticides are degraded almost entirely by ultraviolet (UV)-catalysed oxidation. A bioassay using the beetle Tribolium confusum duVal caged on bandages soaked in 0.04% a.i. cypermethrin showed large differences in residual insecticide-life under three plastic films available for cladding polytunnels. Cypermethrin exposed to a UV film that transmitted 70% of UVB and 80% of UVA killed all beetles for 8 weeks, compared to only 3 weeks for cypermethrin exposed in a clear plastic envelope. Cypermethrin under a UV-absorbing film that reduced the transmission of UVB and UVA to 14% and 50%, respectively, gave a complete kill for 17 weeks. Reducing the transmission of UVB to virtually zero, and that of UVA to only 3%, using a UV-opaque film prolonged the effective life of the cypermethrin residue to 26 weeks, and some beetles were still killed for a further 11 weeks. Even after this time, beetles exposed to cypermethrin from the UV-opaque treatment were still affected by the insecticide, and only showed near-normal mobility after 24 months of pesticide exposure to the UV-opaque film. These results have implications for the recommended intervals between cypermethrin treatment and crop harvest, and on the time of introduction of insect-based biological control agents, when UV-opaque films are used in commercial horticulture.

Predicting the concentration of residual methanol in industrial formalin using machine learning

In this thesis, a machine learning approach was used to develop a predictive model for residual methanol concentration in industrial formalin produced at the Akzo Nobel factory in Kristinehamn, Sweden. The MATLABTM computational environment supplemented with the Statistics and Machine LearningTM toolbox from the MathWorks were used to test various machine learning algorithms on the formalin production data from Akzo Nobel. As a result, the Gaussian Process Regression algorithm was found to provide the best results and was used to create the predictive model. The model was compiled to a stand-alone application with a graphical user interface using the MATLAB CompilerTM.

Soil remediation using a coupled process: soil washing with surfactant followed by photo-Fenton oxidation

In the present work the use of a coupled process, soil washing and photo-Fenton oxidation, was investigated for remediation of a soil contaminated with p.p'-DDT (DDT) and p.p'-DDE (DDE), and a soil artificially contaminated with diesel. In the soil washing experiments,Triton X-100(TX-100) aqueous solutions were used at different concentrations to obtain wastewaters with different compositions. Removal efficiencies of 66% (DDT). 80% (DDE) and 100% (diesel) were achieved for three sequential washings using a TX-100 solution strength equivalent to 12 times the effective critical micelle concentration of the surfactant (12 CMC(eff)). The wastewater obtained was then treated using a solar photo-Fenton process. After 6 h irradiation, 99, 95 and 100% degradation efficiencies were achieved for DDT, DDE and diesel, respectively. In all experiments, the concentration of dissolved organic carbon decreased by at least 95%, indicating that residual concentration of contaminants and/or TX-100 in the wastewater was very low. The co-extraction of metals was also evaluated. Among the metals analyzed (Pb, Cr, Ni, Cu. Cd, Mn and Co), only Cr and Mn were detected in the wastewater at concentrations above the maximum value permitted by current Brazilian legislation. The effective removal of contaminants from soil by the TX-100 washing process, together with the high degradation efficiency of the solar photo-Fenton process, suggests that this procedure could be a useful option for soil remediation. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

A Study of the Concentration of a Copper-Zinc Ore.

The ore under investigation in this thesis is a copper-zinc ore which came from the state of New Mexico. The exact location is unobtainable. The purpose of the investigation was to determine the most effective means of concentration of the valuable min­erals present in the ore.

The Testing and Concentration of a Low Grade Copper-Nickel Ore.

The purpose of this thesis is to investigate the possi­bility of concentrating a low grade copper-nickel ore, to determine the most effective method of concentration, and to attempt to draw some conclusions to determine whether or not the concentrates produced would be of sufficient high grade to make the recovery of nickel and copper a profit­able enterprise.

Reduced complexity two stage vector quantization

We address the issue of complexity for vector quantization (VQ) of wide-band speech LSF (line spectrum frequency) parameters. The recently proposed switched split VQ (SSVQ) method provides better rate-distortion (R/D) performance than the traditional split VQ (SVQ) method, even at the requirement of lower computational complexity. but at the expense of much higher memory. We develop the two stage SVQ (TsSVQ) method, by which we gain both the memory and computational advantages and still retain good R/D performance. The proposed TsSVQ method uses a full dimensional quantizer in its first stage for exploiting all the higher dimensional coding advantages and then, uses an SVQ method for quantizing the residual vector in the second stage so as to reduce the complexity. We also develop a transform domain residual coding method in this two stage architecture such that it further reduces the computational complexity. To design an effective residual codebook in the second stage, variance normalization of Voronoi regions is carried out which leads to the design of two new methods, referred to as normalized two stage SVQ (NTsSVQ) and normalized two stage transform domain SVQ (NTsTrSVQ). These two new methods have complimentary strengths and hence, they are combined in a switched VQ mode which leads to the further improvement in R/D performance, but retaining the low complexity requirement. We evaluate the performances of new methods for wide-band speech LSF parameter quantization and show their advantages over established SVQ and SSVQ methods.

Effect of fumigation temperature on the efficacy of phosphine against strongly resistant psocids liposcelis bostrychophila (Pscodoptera: Liposcelididae)

Species of Liposcelis psocids have emerged as major pests of stored grain in Australia in recent years. Several populations have been detected with high resistance to phosphine, the major chemical treatment. Highest resistance has been detected in the cosmopolitan species Liposcelis bostrychophila. As part of a national resistance management strategy to maintain the viability of phosphine, we are developing minimum effective dosage regimes (concentration x time) required to control all life stages of resistant L. bostrychophila at a range of grain temperatures. Four concentrations of phosphine, 0.1, 0.17, 0.3 aid 1 mg/L, were evaluated for their effectiveness against strongly resistant L. bostrychophila at a series of fumigation temperatures: 20, 25, 30 and 35°C. Results were recorded as the least number of days taken to achieve population extinction. We found that, at any fixed concentration of phosphine, time to population extinction decreased as fumigation temperature increased from 20 to 30°C. For example, at 0.1 mg/L, it took more than 14 days at 20°C to completely control these insects, whereas at 30°C it took only seven days. Increase in fumigation temperature from 25OC to 30°C dramatically reduced the exposure period needed to achieve population extinction of resistant psocids. For example, a dose of 0.17 mg/L over six days at 30°C completely controlled strongly resistant L. bostrychophila populations that can survive at 1 mg/L and 25°C over the same exposure period. Findings from our study will be used to formulate recommendations for registered dosage rates and fumigation periods for use in Australia.

A rigorous analytical method for doubly periodic cylindrical inclusions under longitudinal shear and its application

An infinite elastic solid containing a doubly periodic parallelogrammic array of cylindrical inclusions under longitudinal shear is studied. A rigorous and effective analytical method for exact solution is developed by using Eshelby's equivalent inclusion concept integrated with the new results from the doubly quasi-periodic Riemann boundary value problems. Numerical results show the dependence of the stress concentrations in such heterogeneous materials on the periodic microstructure parameters. The overall longitudinal shear modulus of composites with periodic distributed fibers is also studied. Several problems of practical importance, such as those of doubly periodic holes or rigid inclusions, singly periodic inclusions and single inclusion, are solved or resolved as special cases. The present method can provide benchmark results for other numerical and approximate methods. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Toxicidade e bioacumulação de cobre em micro-organismos fotoautotróficos

Microalgas e cianobactérias têm sido amplamente recomendadas para biomonitoração de metais pesados e outros poluentes, sendo considerados indicadores sensíveis às alterações ambientais e utilizados como organismos testes na regulamentação dos níveis de metal. Estes micro-organismos fotossintetizantes são produtores primários da base da cadeia alimentar aquática e são os primeiros a serem afetados pela poluição por metais pesados. O cobre é um metal normalmente considerado como nutriente essencial para a vida aquática mas pode ser tóxico para algumas espécies. Portanto, neste estudo foram avaliados o efeito tóxico e a bioacumulação de cobre (II) em quatro espécies de micro-organismos fotoautotróficos componentes do fitoplâncton dulcícola, duas cianobactérias filamentosas (Anabaena sp. e Oscillatoria sp) e duas microalgas da classe das clorofíceas (Monorraphidium sp. e Scenedesmus sp.). O meio de cultivo utilizado nos ensaios foi o ASM-1 com e sem a presença de cobre (0,6 mg/L a 12 mg Cu2+/L) onde, o efeito tóxico do metal foi monitorado por contagem celular para as microalgas e por peso seco para as cianobactérias. A bioacumulação do metal foi avaliada da mesma forma para todos os micro-organismos, através de coletas de amostras no decorrer do experimento e determinação da concentração de cobre em solução por espectrometria de absorção atômica com chama. Os resultados obtidos mostram que o efeito tóxico do metal é diretamente proporcional à concentração inicial para os micro-organismos estudados, mas que o cobre (II) foi mais tóxico para as cianobactérias que para as microalgas verdes. A bioacumulação teve uma relação direta com o efeito tóxico do metal sobre os micro-organismos. Os resultados obtidos permitem sugerir que cobre (II) tem efeito negativo no fitoplâncton, inibindo o crescimento e alterando parâmetros metabólicos como a fotossíntese. A bioacumulação do metal pode comprometer os níveis tróficos da cadeia alimentar, afetando seu transporte para seres superiores

Biossorção de tório com emprego de Sargassum filipendula

Com o aumento do rigor para descarte de efluentes contaminado com metais pesados, as pesquisas têm se intensificado na busca de métodos de remoção, que tragam bons resultados de captação dos metais, aliado a um baixo custo. O uso de biomassas como bactérias, fungos e algas marinhas como material adsorvente, tem se apresentado como uma alternativa, principalmente para soluções com baixo teor de metais. Neste trabalho, a alga marinha Sargassum filipendula foi avaliada na sua capacidade de remoção do metal tório de uma solução sintética e do efluente dos laboratórios de análises ambientais do IRD. A cinética desta biossorção foi estudada em regime de batelada e o equilíbrio foi alcançado com 180 min de reação. Dois modelos cinéticos foram utilizados nesta avaliação, um de primeira ordem e um modelo de pseudo segunda ordem, tendo o modelo de segunda ordem apresentado um melhor ajuste dos dados. Na avaliação da capacidade máxima de captação do tório pela biomassa marinha em regime de batelada, foi construída a isoterma que apresentou um perfil crescente na captação alcançando um máximo de 2,59 mol/g. Os modelos de Langmuir e Freundlich foram utilizados para ajustar os dados da isoterma, tendo apresentado maior correlação com os dados o modelo de Langmuir, resultando num valor de captação máxima calculado pelo modelo de 2,92 mol/g. A capacidade de remoção do metal tório da alga Sargassum filipendula também foi avaliada em regime contínuo. Um estudo de altura crítica de leito foi realizado preenchendo-se uma coluna com diferentes massas de alga correspondendo a diferentes alturas de leito. A concentração de tório residual foi quantificada na solução de saída e a menor concentração na saída foi alcançada com 40 cm de leito ou 96 g de biomassa. Após este estudo um sistema contínuo com duas colunas, com 96 g de biomassa cada, e uma bomba peristáltica foi utilizado para o tratamento do efluente real do IRD, contendo não apenas o metal tório, mas outros metais como urânio, cálcio, cromo, ferro, chumbo, etc. Cento e cinco litros de efluente foram tratados numa concentração de 6 mg/L, a concentração do efluente de saída foi de 3,75 mg/L. A caracterização do efluente quanto aos metais presentes foi realizada em ICP-MS, os resultados demonstraram que não houve competição pelos sítios ligantes da biomassa entre o tório e os demais metais. Além disso, alguns metais como cálcio, ferro e magnésio, tiveram um aumento na concentração de saída indicando a presença do mecanismo de troca iônica na biossorção do tório por Sargassum filipendula

Effects of crystalline quality on the ultraviolet emission and electrical properties of the ZnO films deposited by magnetron sputtering

The ZnO films were deposited on c-plane sapphire, Si (0 0 1) and MgAl2O4 (1 1 1) substrates in pure Ar ambient at different substrate temperatures ranging from 400 to 750 degrees C by radio frequency magnetron sputtering. X-ray diffraction, photoluminescence and Hall measurements were used to evaluate the growth temperature and the substrate effects on the properties of ZnO films. The results show that the crystalline quality of the ZnO films improves with increasing the temperature up to 600 degrees C, the crystallinity of the films is degraded as the growth temperature increasing further, and the ZnO film with the best crystalline quality is obtained on sapphire at 600 degrees C. The intensity of the photoluminescence and the electrical properties strongly depend on the crystalline quality of the ZnO films. The ZnO films with the better crystallinity have the stronger ultraviolet emission, the higher mobility and the lower residual carrier concentration. The effects of crystallinity on light emission and electrical properties, and the possible origin of the n-type conductivity of the undoped ZnO films are also discussed. (C) 2009 Elsevier B. V. All rights reserved.

Electronic structure of Mn-doped ZnO quantum wires: A mean-field theory study

Based on the effective-mass model and the mean-field approximation, we investigate the energy levels of the electron and hole states of the Mn-doped ZnO quantum wires (x=0.0018) in the presence of the external magnetic field. It is found that either twofold degenerated electron or fourfold degenerated hole states split in the field. The splitting energy is about 100 times larger than those of undoped cases. There is a dark exciton effect when the radius R is smaller than 16.6 nm, and it is independent of the effective doped Mn concentration. The lowest state transitions split into six Zeeman components in the magnetic field, four sigma(+/-) and two pi polarized Zeeman components, their splittings depend on the Mn-doped concentration, and the order of pi and sigma(+/-) polarized Zeeman components is reversed for thin quantum wires (R < 2.3 nm) due to the quantum confinement effect.