Kinetics of autocatalytic acid hydrolysis of cellulose with crystalline and amorphous fractions

The acid hydrolysis of cellulose with crystalline and amorphous fractions is analyzed on the basis of autocatalytic model with a positive feedback of acid production from the degraded biopolymer. In the condition of low acid rate production compared with hydrolysis rate, both fraction of cellulose decrease exponentially with linear and cubic time dependence, and the normalized number of scissions per cellulose chain follows a sigmoid behavior with reaction time. The model predicts that self generated acidic compounds from cellulose accelerate the degradation of the biopolymer. However, if the acidic compounds produced are volatile species, then their release under low pressure will reduce the global rate of degradation of cellulose toward its intrinsic rate value determined by the residual acid catalyst present in the starting material.

Approximate solution of the autocatalytic hydrolysis of cellulose

Depolymerization of cellulose in homogeneous acidic medium is analyzed on the basis of autocatalytic model of hydrolysis with a positive feedback of acid production from the degraded biopolymer. The normalized number of scissions per cellulose chain, S(t)/nA degrees A = 1 - C(t)/C(0), follows a sigmoid behavior with reaction time t, and the cellulose concentration C(t) decreases exponentially with a linear and cubic time dependence, C(t) = C(0)exp[-at - bt (3)], where a and b are model parameters easier determined from data analysis.

Identification and dissolution behavior of the secondary uranium minerals in the corrosion products of Depleted Uranium (DU) ammunition formed in soils

In der vorliegenden Studie wurden verschiedene Techniken eingesetzt um drei Proben (4, 7, and 8) die aus denrnKorrosionsprodukten von aus dem Kosovo Krieg stammenden Munitionskugeln, bestehend aus abgereichertem Uranrn(Depleted Uranium - DU), zu untersuchen. Als erstes Verfahren wurde die Raman-Spektroskopie eingesetzt. Hierbeirnzeigte sichin den Proben, charakterisiert durch einen Doppelpeak, die Anwesenheit von Schoepitrn(UO2)8O2(OH)12(H2O)12. Der erste und zweite Peakzeigte sich im Spektralbereich von 840,3-842,5 cm-1rnbeziehungsweise 853,6-855,8 cm-1. Diese Werte stimmen mit den Literaturwerten für Raman-Peaks für Schoepitrnüberein. Des Weiteren wurde bei dieser Untersuchungsmethode Becquerelite Ca(UO2)6O4(OH)6(H2O)8 mit einemrnPeak im Bereich zwischen 829 to 836 cm-1 gefunden. Aufgrund des Fehlens des Becquerelitespektrums in derrnSpektralbibliothek wurde eine in der Natur vorkommende Variante analysiert und deren Peak bei 829 cm-1 bestimmt,rnwas mit den Ergebnissen in den Proben korrespondiert. Mittels Röntgenbeugung (X-Ray Diffraction, XRD) zeigtenrnsich in allen Proben ähnliche Spektren. Das lässt darauf schließen, dass das pulverisierte Material in allen Probenrndas gleiche ist. Hierbei zeigte sich eine sehr gute Übereinstimmung mit Schoepit und/oder meta-rnSchoepit(UO2)8O2(OH)12(H2O)10, sowie Becquerelite. Weiterhin war weder Autunit, Sabugalit noch Uranylphosphatrnanwesend, was die Ergebnisse einer anderen Studie, durchgeführt an denselben Proben, wiederlegt. DiernAnwesenheit von P, C oder Ca im Probenmaterial konnte ausgeschlossen werden. Im Falle von Calciumkann diesrnmit der Anwesenheit von Uran erklärt werden, welches aufgrund seines Atomradius bevorzugt in Becquerelite (1:6)rneingebaut wird. Die beiden Hauptpeaks für Uran lagen im Falle von U 4f 7/2 bei 382.0 eV und im Falle von U 4f 5/2rnbei 392 eV. Diese Werte mit den Literaturwerten für Schoepit und meta-Schoepitüberein. Die Ergebnissernelektronenmikroskopischen Untersuchung zeigen U, O, Ca, Ti als dominante Komponenten in allen Messungen.rnElemente wie Si, Al, Fe, S, Na, und C wurden ebenfalls detektiert; allerdings kann nicht ausgeschlossen werden,rndass diese Elemente aus dem Boden in der unmittelbaren Umgebung der Munitionsgeschosse stammen. Gold wurdernebenfalls gemessen, was aber auf die Goldarmierung in den Probenaufbereitungsbehältern zurückgeführt werdenrnkann. Die Elektronenmikroskopie zeigte außerdem einige Stellen in denen elementares Uran und Bodenmineralernsowie sekundäre Uranminerale auftraten. Die Elementübersicht zeigt einen direkten Zusammenhang zwischen U andrnCa und gleichzeitig keine Korrelation zwischen U und Si, oder Mg. Auf der anderen Seite zeigte sich aber einrnZusammenhang zwischen Si und Al da beide Konstituenten von Bodenmineralen darstellen. Eine mit Hilfe derrnElektronenstrahlmikroanalyse durchgeführte quantitative Analyse zeigte den Massenanteil von Uran bei ca. 78 - 80%,rnwas mit den 78,2% and 79,47% für Becquerelite beziehungsweise Schoepit aufgrund ihrer Summenformelrnkorrespondiert. Zusätzlich zeigt sich für Calcium ein Massenanteil von 2% was mit dem Wert in Becquerelite (2.19%)rnrecht gut übereinstimmt. Der Massenanteil von Ti lag in einigen Fällen bei 0,77%, was auf eine noch nicht korrodierternDU-Legierung zurückzuführen ist. Ein Lösungsexperiment wurde weiterhin durchgeführt, wobei eine 0,01 M NaClO4-rnLösung zum Einsatz kam in der die verbliebene Probensubstanz der Korrosionsprodukte gelöst wurde;rnNatriumperchlorate wurde hierbei genutzt um die Ionenstärke bei 0,01 zu halten. Um Verunreinigungen durchrnatmosphärisches CO2 zu vermeiden wurden die im Versuch für die drei Hauptproben genutzten 15 Probenbehälterrnmit Stickstoffgas gespült. Eine Modelkalkulation für den beschriebenen Versuchsaufbau wurde mit Visual MINTEQrnv.3.0 für die mittels vorgenannten Analysemethoden beschriebenen Mineralphasen im pH-Bereich von 6 – 10 imrnFalle von Becquerelite, und Schoepit berechnet. Die modellierten Lösungskurven wurden unter An- und Abwesenheitrnvon atmosphärischem CO2 kalkuliert. Nach dem Ende des Lösungsexperiments (Dauer ca. 6 Monate) zeigten diernKonzentrationen des gelösten Urans, gemessen mittels ICP-OES, gute Übereinstimmung mit den modelliertenrnSchoepit und Becquerelite Kurven. Auf Grund des ähnlichen Löslichkeitverhaltens war es nicht möglich zwichen denrnbeiden Mineralen zu unterscheiden. Schoepit kontrolliert im sauren Bereich die Löslichkeit des Urans, währendrnbecquerelit im basichen am wenigsten gelöst wird. Des Weiteren bleibt festzuhalten, dass ein Anteil an CO2 in diernverschlossenen Probenbehälter eingedrungen ist, was sich mit der Vorhersage der Modeldaten deckt. Die Löslichkeitrnvon Uran in der Lösung als Funktion des pH-Wertes zeigte die niedrigsten Konzentrationen im Falle einer Zunahmerndes pH-Wertes von 5 auf 7 (ungefähr 5,1 x 10-6 mol/l) und einer Zunahme des pH-Wertes auf 8 (ungefähr 1,5 x 10-6rnmol/l bei). Oberhalb dieses Bereichs resultiert jeder weitere Anstieg des pH-Wertes in einer Zunahme gelösten Uransrnin der Lösung. Der ph-Wert der Lösung wie auch deren pCO2-Wert kontrollieren hier die Menge des gelösten Urans.rnAuf der anderen Seite zeigten im Falle von Becquerelite die Ca-Konzentrationen höhere Werte als erwartet, wobeirnwahrscheinlich auf eine Vermischung der Proben mit Bodensubstanz zurückgeführt werden kann. Abschließendrnwurde, unter Berücksichtigung der oben genannten Ergebnisse, eine Fallstudie aus Basrah (Irak) diskutiert, wo inrnzwei militärischen Konflikten Uranmunition in zwei Regionen unter verschiedenen Umweltbedingungen eingesetztrnwurden.

A Multiplicative Homomorphic Sealed-Bid Auction-Based on Goldwasser-Micali Encryption

Instead of the costly encryption algorithms traditionally employed in auction schemes, efficient Goldwasser-Micali encryption is used to design a new sealed-bid auction. Multiplicative homomorphism instead of the traditional additive homomorphism is exploited to achieve security and high efficiency in the auction. The new scheme is the currently known most efficient non-interactive sealed-bid auction with bid privacy.

Investigation of the airborne submicrometer particles emitted by dredging vessels using a plume capture method

This paper presents a method for investigating ship emissions, the plume capture and analysis system (PCAS), and its application in measuring airborne pollutant emission factors (EFs) and particle size distributions. The current investigation was conducted in situ, aboard two dredgers (Amity: a cutter suction dredger and Brisbane: a hopper suction dredger) but the PCAS is also capable of performing such measurements remotely at a distant point within the plume. EFs were measured relative to the fuel consumption using the fuel combustion derived plume CO2. All plume measurements were corrected by subtracting background concentrations sampled regularly from upwind of the stacks. Each measurement typically took 6 minutes to complete and during one day, 40 to 50 measurements were possible. The relationship between the EFs and plume sample dilution was examined to determine the plume dilution range over which the technique could deliver consistent results when measuring EFs for particle number (PN), NOx, SO2, and PM2.5 within a targeted dilution factor range of 50-1000 suitable for remote sampling. The EFs for NOx, SO2, and PM2.5 were found to be independent of dilution, for dilution factors within that range. The EF measurement for PN was corrected for coagulation losses by applying a time dependant particle loss correction to the particle number concentration data. For the Amity, the EF ranges were PN: 2.2 - 9.6 × 1015 (kg-fuel)-1; NOx: 35-72 g(NO2).(kg-fuel)-1, SO2 0.6 - 1.1 g(SO2).(kg-fuel)-1and PM2.5: 0.7 – 6.1 g(PM2.5).(kg-fuel)-1. For the Brisbane they were PN: 1.0 – 1.5 x 1016 (kg-fuel)-1, NOx: 3.4 – 8.0 g(NO2).(kg-fuel)-1, SO2: 1.3 – 1.7 g(SO2).(kg-fuel)-1 and PM2.5: 1.2 – 5.6 g(PM2.5).(kg-fuel)-1. The results are discussed in terms of the operating conditions of the vessels’ engines. Particle number emission factors as a function of size as well as the count median diameter (CMD), and geometric standard deviation of the size distributions are provided. The size distributions were found to be consistently uni-modal in the range below 500 nm, and this mode was within the accumulation mode range for both vessels. The representative CMDs for the various activities performed by the dredgers ranged from 94-131 nm in the case of the Amity, and 58-80 nm for the Brisbane. A strong inverse relationship between CMD and EF(PN) was observed.

Antispin thrust allocation for marine vessels

In extreme weather conditions, thrusters on ships and rigs may be subject to severe thrust losses caused by ventilation and in-and-out-of-water events. When a thruster ventilates, air is sucked down from the surface and into the propeller. In more severe cases, parts of or even the whole propeller can be out of the water. These losses vary rapidly with time and cause increased wear and tear in addition to reduced thruster performance. In this paper, a thrust allocation strategy is proposed to reduce the effects of thrust losses and to reduce the possibility of multiple ventilation events. This thrust allocation strategy is named antispin thrust allocation, based on the analogous behavior of antispin wheel control of cars. The proposed thrust allocation strategy is important for improving the life span of the propulsion system and the accuracy of positioning for vessels conducting station keeping in terms of dynamic positioning or thruster-assisted position mooring. Application of this strategy can result in an increase of operational time and, thus, increased profitability. The performance of the proposed allocation strategy is demonstrated with experiments on a model ship.

Kinematic models for manoeuvring and seakeeping of marine vessels

The motion of marine vessels has traditionally been studied using two different approaches: manoeuvring and seakeeping. These two approaches use different reference frames and coordinate systems to describe the motion. This paper derives the kinematic models that characterize the transformation of motion variables (position, velocity, accelerations) and forces between the different coordinate systems used in these theories. The derivations hereby presented are done in terms of the formalism adopted in robotics. The advantage of this formulation is the use of matrix notation and operations. As an application, the transformation of linear equations of motion used in seakeeping into body-fixed coordinates is considered for both zero and forward speed.

Manoeuvring control of underactuated surface vessels using manifold regulation for Port-Hamiltonian systems

This paper considers the manoeuvring of underactuated surface vessels. The control objective is to steer the vessel to reach a manifold which encloses a waypoint. A transformation of configuration variables and a potential field are used in a Port-Hamiltonian framework to design an energy-based controller. With the proposed controller, the geometric task associated with the manoeuvring problem depends on the desired potential energy (closed-loop) and the dynamic task depends on the total energy and damping. Therefore, guidance and motion control are addressed jointly, leading to model-energy-based trajectory generation.