Industrial effluents and their further reuse have shown an increasing interest. The current PhD Thesis is based on obtaining a new system for the treatment of textile effluents. The aim of this study is to remove colour and to degrade the hydrolysed reactive dyes as well as to achieve an effluent able to be reused in a new dyeing process. A total of 10 reactive dyes with different constitution are studied: chromophore group (azo and phtalocyanine), reactive group (chlorotriazine and vinilsulphone) and number of reactive groups (mono, bi and trireactive). Their behaviour respect to the decolouration and degradation is evaluated with several combinations of electrochemistry (EC) and ultraviolet irradiation (UV): EC alone, EC treatment with simultaneous UV (UVEC) and finally EC treatment with further UV (EC+UV). The electrochemical and photoelectrochemical treatment have demonstrated to be an efficient method in all the studied cases, achieving decolourations higher than 90%. All the studied dyes have similar behaviour except for the phtalocyanine which has lower kinetic decolourations rates than the azo group dyes. According to the different treatments studied, the optimised method is the one which starts with the EC treatment until 80% decolouration, followed by the UV irradiation in order to degrade the organohalogenated compounds generated during the electrolysis, which concentration is lower than 1ppm in all cases. In addition, different intensities are also studied (2A, 5A and 10A). The treatment performed at 10A is the most efficient due to the high rate of oxidants generation which enhances the dyes degradation. Different combinations of alkalis and electrolytes (NaOH with Na2SO4, and Na2CO3 with NaCl) are evaluated. In all the studied cases, high decolouration rates are obtained and the reuse is feasible when the residual alkali is removed before starting the new dyeing. Also, two kinds of anodes are studied (Ti/Pt and Ti/SnO2-Sb-Pt). In the presence of chloride, the first ones are the most efficient in effluents decolouration, showing kinetic rates around 4.5 times higher than the obtained with the second ones. However, in despite of a certain instability of Ti/SnO2-Sb-Pt anodes, they generate 2 to 7 times lower amounts of organic volatile compounds than the Ti/Pt anodes. On the other hand, different cell designs are used (¿Simple Batch Cell¿, ¿Recirculation Batch Cell¿ and the semi-industrial design). The two first ones, which only difference is the stirring mode, produce similar effluents decolouration. In addition, the results obtained with the semi-industrial pilot are in accordance with the laboratory designs. As a final part of the Thesis, different industrial baths which contain reactive dyes are treated. By one hand, the exhausted dyeing effluents and by the other hand the first washing effluents which contain surfactants. The main goal is to know the influence of the surfactant in the effluents decolouration.¿¿ The presence of the surfactant does not avoid the dyes degradation, although its decolouration kinetic rates decreased due to the higher degradable character of the surfactant. / Actualment, el consum d’aigua destinat a l’ús industrial és molt elevat. Tenint en compte l’escassetat de l’aigua i la seva contaminació, augmenta cada cop més l’interès en desenvolupar nous mètodes destinats al tractament d’efluents industrials que permetin la seva reutilització. La present Tesi Doctoral està basada en l’obtenció d’un nou sistema de tractament d’efluents tèxtils que permet decolorar i degradar els colorants reactius hidrolitzats, a més d’aconseguir un efluent tractat capaç de ser reutilitzat en un nou procés de tintura. S’han estudiat un total de 10 colorants reactius amb diferent constitució, tant respecte als grups cromòfors (azo i ftalocianina), com al tipus de grup reactiu (clorotriazina i vinilsulfona) o al nombre de grups reactius (mono, bi i trifuncionals). S’ha avaluat el comportament, en front la decoloració i la degradació, d’aquest tipus de colorants amb varies combinacions d’electroquímica (EC) i radiació ultraviolada (UV): tractament EC únicament, tractament EC simultani al UV (UVEC), i finalment tractament EC amb posterior radiació UV (EC+UV). L’aplicació dels tractaments electroquímic i fotoelectroquímic ha demostrat ser eficient en tots els casos, obtenint decoloracions superiors al 90%. Tots els colorants es comporten de manera similar, excepte els que contenen el grup cromòfor ftalocianina que mostra cinètiques de decoloració inferiors a les del grup cromòfor azo. Dels diferents tractaments assajats, el mètode òptim és el que s’inicia amb el tractament EC fins assolir un 80% de decoloració i a partir d’aquest punt, s’aplica la radiació UV per tal d’eliminar els compostos organohalogenats generats durant el tractament electroquímic en concentracions inferiors a 1ppm. També s’ha estudiat la influencia de la intensitat de treball (2A, 5A i 10A). La intensitat de 10A esdevé la més eficient, ja que genera més compostos oxidants que afavoreixen la degradació dels colorants. S’ha avaluat l’efecte de diferents combinacions d‘àlcali i d’electròlit (NaOH amb Na2SO4, i Na2CO3 amb NaCl). En tots els casos s’han obtingut elevades decoloracions i la reutilització és factible sempre i quan s’elimini tot l’àlcali residual abans de procedir a la nova tintura amb l’efluent tractat. A més, s’han estudiat dos tipus d’ànodes (Ti/Pt i Ti/SnO2-Sb-Pt). En presència de clorurs, els primers són els més eficients en la decoloració dels efluents, donant constants cinètiques de l’ordre de 4.5 vegades superiors. Els segons, encara que pateixen una certa inestabilitat, són els que generen menors quantitats de compostos orgànics volàtils, disminuint la seva concentració entre 2-7 vegades. D’altra banda, s’han emprat diferents dissenys de cel·les electroquímiques (“Simple Batch Cell”, “Recirculation Batch Cell” i la cel·la de disseny semi-industrial). Les dos primeres, que es diferencien en el sistema d’agitació, mostren decoloracions similars. A més, amb la cel·la de disseny semi-industrial s’obtenen resultats concordants amb els dissenys de laboratori. / Actualmente, el consumo de agua destinado al uso industrial es muy elevado. Teniendo en cuenta la escasez del agua y su contaminación, está aumentando cada vez más el interés por desarrollar nuevos métodos destinados al tratamiento de efluentes industriales que permitan a la vez la reutilización del agua. La presente Tesis Doctoral se basa en la obtención de un nuevo sistema de tratamiento de efluentes textiles que permite decolorar y degradar los colorantes reactivos hidrolizados, además de conseguir un efluente capaz de ser reutilizado en un nuevo proceso de tintura. Se han estudiado un total de 10 colorantes reactivos de diferente constitución, tanto en lo que respecta a los grupos cromóforos (azo y ftalocianina), como al tipo de grupo reactivo (clorotriazina y vinilsulfona) o al número de grupos reactivos (mono, bi y trifuncionales). Se ha evaluado el comportamiento de este tipo de colorantes respecto a la decoloración y la degradación mediante diferentes combinaciones de electroquímica (EC) y radiación ultravioleta (UV): tratamiento EC únicamente, tratamiento EC simultáneo al UV (UVEC) y finalmente, tratamiento EC con posterior radiación UV (EC+UV). La aplicación del tratamiento electroquímico y fotoelectroquímico ha demostrado ser eficiente en todos los casos, obteniéndose decoloraciones superiores al 90%. Todos los colorantes se comportan de manera similar, a excepción de los que contienen el grupo cromóforo ftalocianina cuyas constantes cinéticas de decoloración son inferiores a las del grupo cromóforo azo. Respecto a los diferentes tratamientos ensayados, el método óptimo es el que se inicia con el tratamiento EC hasta llegar al 80% de decoloración, punto a partir del cual se aplica la radiación UV a fin de eliminar los compuestos organoclorados generados durante el tratamiento electroquímico en concentraciones inferiores a 1ppm. También se ha estudiado la influencia de la intensidad de trabajo (2A, 5A y 10A). La intensidad de 10A es la más eficiente, ya que se generan proporcionalmente más compuestos oxidantes que favorecen la degradación de los colorantes. Se ha evaluado el efecto de diferentes combinaciones de álcali y electrolito (NaOH con Na2SO4 y Na2CO3 con NaCl). En todos los casos se han obtenido elevadas decoloraciones y la reutilización es factible siempre que se elimine todo el álcali residual antes de proceder a una nueva tintura con el efluente tratado. Además, se han estudiado dos tipos de ánodos (Ti/Pt y Ti/SnO2-Sb- Pt). En presencia de cloruros, los primeros son los más eficientes respeto a la decoloración de los efluentes, dando constantes cinéticas del orden de 4.5 veces superiores. Los segundos, aunque sufren una cierta inestabilidad, son los que generan menores cantidades de compuestos orgánicos volátiles, disminuyendo su concentración entre 2-7 veces. Por otra parte, se han utilizado distintos diseños de celdas electroquímicas (“Simple Batch Cell”, “Recirculation Batch Cell” y la celda de diseño semi-industrial). Las dos primeras, que se diferencian en el modo de agitación, muestran decoloraciones similares. Además, con la celda semi-industrial se obtienen resultados concordantes con los obtenidos mediante los diseños de laboratorio.

La present tesi s’emmarca dins d’una de les línies del Grup de Recerca Paperer i Gràfic (CIPAGRAF), del Departament d’Enginyeria Tèxtil i Paperera de l’Escola Tècnica Superior d’Enginyeries Industrial i Aeronàutica de Terrassa, encaminada a l’aplicacióde la Biotecnologia per desenvolupar nous sistemes enzimàtics per al blanqueig depastes i modificació de fibres cel·lulòsiques. La implantació d’etapes enzimàtiques en les seqüències de blanqueig de pasta de paper a nivell industrial continua essent, avui en dia, un dels principals reptes en el camp de la investigació paperera. La reducció de l’impacte ambiental, l’optimització de costos, així com el desenvolupament de productes paperers amb propietats noves i millorades, justifiquen l’estudi de noves seqüències enzimàtiques basades en l’aplicació de sistemes lacasa-mediador. La utilització d’una matèria prima renovable, el kenaf, està en sintonia amb el creixent interès de l’ús de fibres no fusteres per a l’obtenció de nous productes lignocel·lulòsics d’alt valor afegit. Així doncs, aquesta tesi es fonamenta en l’ús d’enzims per a blanquejar pasta de kenaf. Les seqüències de blanqueig enzimàtic estudiades consten de diferents tractaments amb el sistema lacasa-mediador (Etapa L). Les lacases utilitzades en aquesta etapa provenen dels fongs Pycnoporus cinnabarinus i Trametes villosa, les quals s’apliquen amb diferents mediadors naturals (compostos fenòlics derivats de la lignina) i amb un mediador sintètic. L’etapa enzimàtica es completa amb diferents etapes de blanqueig químic (quelant, peròxid d’hidrogen i peròxid d’hidrogen pressuritzat). Al final de les seqüències s’obtenen, en funció del mediador utilitzat en l’etapa enzimàtica, fibres de kenaf amb un alt contingut de cel·lulosa i altes blancors. En aquest sentit, en el transcurs de l’experimentació s’ha constatat la importància de la naturalesa química del mediador, ja que els diferents radicals fenoxi formats en l’etapa enzimàtica determinen la capacitat oxidativa del sistema lacasa-mediador. Per altra banda, els resultats obtinguts remarquen el paper de la composició química de la lignina de kenaf en el procés enzimàtic. La capacitat oxidativa de la lacasa augmenta en presència de pasta de kenaf i la quantitat d’àcids hexenurònics presents en la mateixa limita el grau de blancor assolit en els diferents tractaments, encara que el resultat final es semblant o superior a una pasta TCF convencional. L’aplicació de xilanases després de l’etapa enzimàtica lacasa-mediador es mostra efectiva en l’eliminació d’aquests àcids, essent una possible via de millora als tractaments proposats en la present tesi. / The present thesis has been performed in the research group CIPAGRAF (Grup de Recerca Paperer i Gràfic) of the Departament d'Enginyeria Tèxtil i Paperera at the Escola Tècnica Superior d'Enginyeries Industrial i Aeronàutica de Terrassa. One of the research topics of the group is the application of enzymes in pulp biobleaching processes and in the modification of cellulosic fibers. The implementation of enzymatic stages in paper pulp bleaching sequences is, at present, one of the main challenges of the research in the paper industry. The application of laccase-mediator systems can lead to a reduction of environmental impact and to cost optimization, as well as to the development of paper-derived products with novel and improved properties. The use of a renewable raw material -kenaf- is in accordance with the growing interest in the utilization of non-wood fibers for the production of new high-added value lignocellulosic products. Consequently, the present thesis is based on the use of enzymes for kenaf pulp bleaching. The enzymatic bleaching sequences studied involve different treatments with the laccase-mediator system (Stage L). The two fungal enzymes used in this stage- Pycnoporus cinnabarinus and Trametes villosa laccases-have been assisted by different natural mediators (lignin-derived phenolic compounds) and a synthetic one. The enzymatic stage has been completed with different chemical bleaching stages (chelating, hydrogen peroxide and pressurized hydrogen peroxide). At the end of the sequences, kenaf fibers with high cellulose levels and brightness were obtained. The significance of the chemical nature of the mediator has been emphasized because the different phenoxy radicals formed in the enzymatic stage determine the oxidative capacity of the laccase-mediator system. In addition, the results obtained also show the role of the chemical composition of kenaf lignin in the enzymatic process. The laccase oxidative capacity increases in the presence of kenaf pulp, and the amount of hexenuronic acids present limits the degree of brightness. Nevertheless, for the enzymatic treatments, the final results are similar to or better than for a conventional chlorine-free treatment. The application of xilanases after the laccase-mediator stage has been shown to be efficient in hexenuronic acids removal, opening possible new improvements to the treatments reported in this work.

Coal-fired power plants are a major source of emissions for a number of air pollutants including SO2, NOx, particulate matter (PM), HCl, HF, and Hg amongst. In this work, intensive sampling campaigns were carried out at two power plants in Spain in 2007 and 2008 to study the fate of trace elements. Input and output flows were sampled in the coal combustion unit (boiler and Electrostatic Precipitator (ESP)) and in the Flue Gas Desulphurisation (FGD) system. Analyses of solid, water, gaseous, and PM samples, mass balance calculations and studies on partitioning for trace elements were conducted for the Pulverised Coal Combustion, FGD systems, and for the whole installation (PCC+FGD). Desulphurisation efficiency and emission abatement capacity for inorganic trace pollutants at both power plants was also assessed on the basis of these results. Results revealed (1) an unusual speciation of Hg in the outgoing gaseous stream of the flue gas desulphurisation (OUT-FGD) system at the two power plants: Hg0 was the dominant Hg OUT-FGD species at PP1, and Hg2+ at PP2; (2) a different retention of gaseous Hg between the two sampling campaigns at the coal-fired power plant under co-combustion conditions: a higher retention of Hg2+ in 2007 (73%) than in 2008 (24%) at PP2; (3) a high concentration of trace pollutants and a distinctive behaviour of some elements in the waters of re-circulation to the scrubber at both power plants: Al, F, and SO42 presented a higher concentration in the 2007 gypsum slurry than at PP2 in 2008 and that at PP1; and (4) a characteristic leaching behaviour of some elements from FGD-gypsum: insignificant leaching of heavy metals from FGD-gypsums was found at PP2. The behaviour of Se proved to be the inverse. Laboratory experiments were conducted to reproduce the differences in speciation of gaseous Hg OUT-FGD with respect to that detected at industrial scale. Thermodynamic modelling tools were employed to study the causes of the different retention and speciation of gaseous Hg OUT-FGD and causes and effects of the high concentration of elements in the waters of re-circulation. Potentiometric titration experiments for FGD-gypsum samples were conducted to study the leaching behaviour of some elements from FGD-gypsum. Laboratory experiments confirmed Hg0 as the dominant species in the OUT-FGD gas at PP1, and Hg2+ at PP2. The gaseous speciation of Hg2+ OUT-FGD at PP2 in 2007 and in 2008 was caused by the high concentration of HCl and Hg in the IN-FGD gaseous stream. The unusual speciation of Hg2+ OUT-FGD at PP2 was probably due to the evaporation of HgCl2 particles from the gypsum slurry in the OUT-FGD gas. The Al-additive used at PP2 was responsible for the higher retention of gaseous Hg in 2007 than in 2008. The enrichment of inorganic trace pollutants in the re-circulated water streams at PP1 and PP2 resulted from the continuous re-circulation of filtered water to the scrubber. The emission of the enriched elements by entraining particles and droplets of gypsum slurry OUT-FGD was the most significant consequence of such a fact. Thermodynamic modelling revealed that the Al-additive i) increased the concentration of F- in filtered waters at PP2 in 2007, ii) gave rise to the differential behaviour and enrichment of Al, F, SO42-, Mg, and U in gypsum slurries and filtered waters, iii) led to the formation of SO42- complexes with metals increasing their concentrations in the gypsum slurry from PP1 to PP2-2008 and 2007, iv) caused the acidification of gypsum slurry from PP2 via aluminium hydrolysis, and v) induced the protonation of the PP2 FGD-gypsum surfaces. The relatively high leaching values of Se and the absence of significant leaching of heavy metals from the PP2 FGD-gypsums resulted from the protonation of the surface of the FGD-gypsum and the formation of SO4-complexes.

Se desarrolla un estudio numérico-experimental de la microestructura de solidificación y la segregación en palanquillas de aceros hipoeutectoides fabricadas con el proceso de colada continua. Un programa desarrollado en FORTRAN, resuelve con el método de los elementos finitos la transferencia de calor. Con los resultados del problema térmico y los parámetros microestructurales se simulan los espaciados dendríticos primarios y secundarios, y la cantidad de segregación que son generados durante el proceso de colada continua. La simulación numérica de la transferencia de calor, se valida con problemas industriales propuestos en bibliografía. Con las condiciones reales de operación, la composición química de cada acero y los modelos de cada zona de enfriamiento, se determina la evolución del campo de temperaturas y los espesores de las zonas líquida y sólida, las velocidades de enfriamiento y el gradiente térmico. En la medida en que se incrementa la velocidad de colada se observa que, la solidificación comienza más tarde y la longitud metalúrgica crece. El efecto de la temperatura de colada en los nodos internos es más apreciable que en los nodos superficiales. Si el flujo de agua de los rociadores se incrementa la temperatura en los nodos superficiales disminuye y el efecto demora más tiempo en llegar al centro de la palanquilla. La variación del porcentaje de C en la evolución de la temperatura afecta sólo en los nodos internos. Asumiendo condiciones de simetría la caracterización de los espaciados dendríticos se realiza en un cuarto de palanquilla. La simulación numérica de éstos se valida con los resultados experimentales de bibliografía y del presente estudio. Se realiza un ajuste numérico-experimental de los parámetros termo-físicos M y N que dan lugar a las ecuaciones que describen la evolución de los espaciados dendríticos. Se concluye que cerca de la superficie de la palanquilla no hay efecto de la variación de la velocidad de colada y del flujo de agua de los rociadores sobre los espaciados dendríticos, y, por otra parte, se observa que si hay efecto de la variación de la temperatura de colada y del contenido de C sobre los espaciados dendríticos. La predicción de la segregación en aleaciones de acero, se realiza con una metodología original no reportada en bibliografía denominada formulación mixta. Como primer paso se estudian los modelos analíticos de la microsegregación y la macrosegregación, y como éstos se relacionan con el problema térmico y microestructural. La caracterización en palanquillas de acero para los elementos químicos C, Mn, P, Si, S y Cr se realiza por espectrometría. Entre los resultados numéricos del problema térmico y los espaciados dendríticos, y los resultados experimentales de la segregación, la tendencia no es evidente. Por lo tanto, en la formulación mixta, un parámetro de ajuste θ que varía entre 0 y 1, permite combinar de modo proporcional la influencia de los fenómenos de microsegregación y macrosegregación. La predicción de la segregación se realiza con un parámetro de ajuste promedio obtenido de siete aceros. En la mayoría de los casos para los elementos químicos C, Si, Mn, P, S y Cr se ha observado que el parámetro de ajuste promedio fluctúa entre 0.4 y 0.5. En el borde de la palanquilla la segregación es negativa para los elementos químicos C y P, sucediendo lo contrario cerca del origen en donde predomina la segregación positiva para los elementos químicos C, Si, P y S. En la simulación del proceso son omitidos el campo de velocidades, la agitación electromagnética, la aceleración de gravedad y las asimetrías del proceso. Se obtienen buenos resultados de la transferencia de calor y los espaciados dendríticos. Sin embargo, desde una perspectiva numérica la simulación de la segregación presentó más dificultades, dado que la distribución de la composición química experimental es más heterogénea, sin implicar un problema de calidad en el material. / A numerical-experimental study of the solidification microstructure of a continuous casting process of seven steel billets is carried out. The heat transfer problem is solved by the finite element method with a FORTRAN developed program. In the continuous casting process, the primary and secondary dendritic arm spacing and segregation that are generated are simulated based on the results of the thermal problem and microstructural parameters. The heat transfer numerical simulation, is validated with analytic solutions and two industrial problems proposed in literature. The temperature field evolution, liquid and solid areas thicknesses, the cooling rates and thermal gradient are determined with real operating conditions, the chemical composition of each steel and the models of each cooling zone. If the casting speed increases, the solidification starts later and the metallurgical length increase. The effect of the casting temperature in the internal nodes is greater than in the surface nodes. If the spray water flow is increased, the surface nodes temperature decreases and the cooling effect suffer a delay in reaching the center of the billet. The effect of carbon content on temperature is observed only in the internal nodes. Assuming conditions of symmetry, characterization of the primary and secondary dendritic arm spacing is performed in a quarter of the billet. The numerical simulation of these dendritic arm spacings is validated with experimental results of literature and the present study. Coupling experimental measurements with numerical simulation a fit of the parameters M and N give rise to equations predicting the dendritic arm spacing. A good prediction is obtained. No effects are observed in the variation of the casting speed and spray water flow on dendritic arm spacing near the billet surface, while an effect is experimented with a variation of the superheat and carbon content on dendritic arm spacing. The prediction of segregation is performed with an original methodology not reported in literature, and here called mixed formulation. As a first step analytical models of microsegregation and macrosegregation, are studied. As well they are associated to the thermal and microstructural problem. In steel billets the characterization of C, Mn, P, Si, S and Cr is performed by spectrometry. There is no evident trend between the numerical results of the thermal problem and dendritic arm spacings, and the experimental results of segregation. Therefore, a fitting parameter ¿ is implemented in the mixed formulation allowing a proportional combination of the influence of microsegregation and macrosegregation phenomena. The segregation is predicted with an average fitting parameter obtained from seven steels. In most cases, for the chemical elements C, Mn, P, Si, S and Cr, it has been observed that average fitting parameter ranges between 0.4 and 0.5. At the edge of the billet, negative segregation is obtained for C and P, while close to the center, positive segregation predominates for the chemical elements C, Si, P and S. In the continuous casting process simulation, velocity field, electromagnetic stirring, acceleration of gravity and asymmetries of the process are omitted. Good results of heat transfer and dendritic arm spacings have been obtained. However, the numerical simulation of segregation presented more difficulties, since the experimental chemical composition distribution is more heterogeneous.

La presente tesis se centra en la caracterización de dos aceros microaleados de medio carbono, con composición química diferente, mediante ensayos de comprensión en caliente a velocidades de deformación verdadera constante. Por ello, se estudia las características de fluencia y el comportamiento de recristilización dinámica de los dos aceros a diferentes temperaturas y velocidades de deformación. Asimismo se ha analizado el efecto de la precipitación dinámica y la interacción entre la recristalización y la precipitación dinámica.Usando el modelo dinámico de materiales se optimizan, en este estudio, los parámetros del proceso de deformación mediante los mapas de procesado de cada acero, a diferentes condiciones de austenizacion. Los resultados obtenidos muestran que los mapas de deformación exhiben varios dominios asociados a los fenómenos de restauración y recristalización dinámica. Además se verifica que la estructura inicial tiene un efecto muy importante en la evolución de los mapas de procesado y el comportamiento a fluencia de ambos aceros.También se comprueba que el comportamiento a fluencia en caliente de ambos aceros estudiados puede ser correctamente modelizado con la ecuación clásica del senohiperbolico teniendo en cuenta la normalización de la tensión por el modulo de young y de la velocidad de deformación por el coeficiente de autodifusion de la ustenita d(t). Además, se verifica que para mantener la validez del modelo utilizado es necesario incluir una tensión adicional a la tensión global cuando el tamaño de grano inicial es muy fino.

Nowadays biopolymers are a good alternative to petrochemical polymers. One of these biopolymers is Poly[(R)-3- Hydroxybutyrate] (PHB) which is produced from renewable resources by various microorganisms and, after its use it can be composted. It has different applications as bulk material in packing films, containers or paper coatings. Due to its excellent biocompatibility and biodegradability, PHB is a potential material for applications in drug delivery. It is therefore important to continue investigating the different strategies to ensure the competitiveness between these biopolymers and petroleumbased polymers. The first part of the thesis is mainly focused on finding a new PHB-producing bacterium capable of developing and producing a significant concentration of biopolymer using one of the conventional medium for PHB industrial production. Therefore, four water and mud samples were taken from four Bolivian salty lakes and the microorganisms were isolated in order to detect the best PHB-producing bacterial strain. A bacterium identified as a new strain of the genus Bacillus was selected for polymer production studies. This microorganism was tested under fed-batch fermentations. The results showed a high specific growth rate, and a percentage of 70% PHB in cell dry mass , with limitation in nitrogen source. The strain not only grew properly in the industrial condition proposed, but it also produced and accumulated a larger content of PHB than ever reached before for its genus. The strain was deposited in the Spanish Type Culture Collection (CECT), as Bacillus megaterium uyuni S29. The characterization of the resultant biopolymers concluded that the strain synthesized PHB homopolymer with two main molecular masses around 600 and 125 kDa with polydispersity index of 1.2 and 1.5 respectively. Moreover, the thermal analyses of the biomaterial showed different properties compared to the ones of common PHB, enlarging the application possibilities to this biopolyester. After obtaining the polymer from the bacteria, the second part was focused on its transformation. A sustainable degradation process set out for an easy industrial scale application was proposed in the second part of this thesis. A copolymer from PHA family, poly[3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate] , was used to carry out an enzymatic degradation of the material. Two commercially available lipases were used to decrease the polymer molecular mass to oligomers between 5 and 1 kDa. It was the first time that these triglyceride lipases were used for this type of application and due to the positive results one of them was used for degradation of PHB. The results confirmed the enzymatic reaction of the used lipase with PHB and showed a controlled decrease of the molecular mass from 300 kDa to 4 kDa. In the third part of the study, the application of the PHB as a drug delivery system was analyzed. Doxycycline is a well known broad-spectrum antibiotic but there are some concerns over its possible side effects. In order to avoid this problem and reach the infection with an effective drug concentration, protection and controlled delivery of doxycycline are desirable. Thus, different drug-entrapment and emulsification methods were studied in order to obtain optimal doxycycline -loaded PHB micro- and nano-particles. The results showed that the combination of ultrasounds with high speed stirring in the preparation of double emulsion is highly effective in obtaining doxycycline -loaded PHB particles with high drug loading and entrapment efficiency, and with great method efficiency. Furthermore, the qualitative antibacterial activity found in different formulations show that these particles are good candidates for drug delivery systems. These best methods were used with the PHAs produced throughout the thesis in order to confirm their suitability for different PHAs and to study the possibility of improving the results of drug entrapment and method efficiency. / Actualmente, los biopolímeros son una buena alternativa a los polímeros derivados del petróleo. Uno de estos biopolímeros es el poli[(R)-3-hidroxibutirato] (PHB) producido a partir de recursos renovables por diversos microorganismos. Tiene diferentes aplicaciones como material a granel para films de embalaje, recipientes o revestimientos de papel. Debido a su excelente biocompatibilidad y biodegradabilidad, el PHB es un material con gran potencial para ser aplicado como vehículo para administración de fármacos. La primera parte de la tesis se centra en la búsqueda de una nueva bacteria productora de PHB capaz de desarrollar y producir una concentración significativa de biopolímero usando un medio convencional de forma industrial. Se partió de cuatro muestras de agua y barro tomadas de cuatro lagos salados de Bolivia. Los microorganismos se aislaron con el fin de detectar las mejores cepas bacterianas productoras de PHB. Para los estudios de producción de polímeros, se seleccionó una nueva cepa del género Bacillus, identificada como Bacillus megaterium uyuni S29. Se utilizó este microorganismo en diferentes fermentaciones fed-batch. Los resultados mostraron una alta tasa de crecimiento específico y se llegó a un porcentaje final de PHB de 70% en masa celular, llegando a limitar la fuente de nitrógeno. La cepa no sólo creció adecuadamente en las condiciones industriales propuestas, sino que también produjo y acumuló un gran contenido de PHB que no se había logrado antes con este género. La caracterización de los biopolímeros resultantes concluyó que Bacillus megaterium uyuni S29 sintetiza PHB homopolímero con dos masas moleculares principales de alrededor de 600 y 125 kDa con índices de polidispersidad de 1,2 y 1,5 respectivamente. Además, los análisis térmicos mostraron propiedades diferentes a las del PHB común, ampliando las posibilidades de aplicación de este biopoliéster. Después de obtener el polímero, la segunda parte de la tesis se centró en el estudio de su transformación. Por lo tanto, se estudió una propuesta de proceso sostenible de degradación de PHAs pensada para una posterior aplicación a escala industrial. Se utilizó un copolímero de la familia de los PHAs, el poli(3-hidroxibutirato-co-4- hidroxibutirato), para llevar a cabo su degradación enzimática. Se emplearon dos lipasas comerciales para disminuir la masa molecular del polímero y obtener oligómeros con masa molecular entre 5 y 1 kDa. Fue la primera vez que dichas lipasas de triglicéridos han sido utilizadas con este copolímero. Por consiguiente, se empleó una de ellas para la degradación de PHB. Se confirmó que la reacción enzimática de esta lipasa con el PHB produjo una disminución controlada de la masa molecular de 300 kDa a 4 kDa. En la tercera parte de la tesis se analizó la aplicación del PHB como sistema de liberación de fármaco. Doxiciclina es un conocido antibiótico de amplio espectro. Con el fin de evitar efectos secundarios y llegar a la infección con una concentración de fármaco eficaz, se requiere una protección y administración controlada de doxiciclina . Así que se estudiaron diferentes métodos de atrapamiento molecular y de preparación de emulsificaciones con el fin de obtener micro- y nano-partículas de PHB cargadas con doxiciclina . Los resultados mostraron que la combinación de ultrasonidos con agitación a alta velocidad en la preparación de emulsión doble es muy eficaz para la obtención de estas partículas. Además, los resultados de actividad antibacteriana llevados a cabo con estas partículas mostraron que son buenas candidatas para la liberación doxiciclina . Los mejores métodos encontrados para la formación de partículas de PHB se utilizaron con los PHAs producidos a lo largo de la tesis para confirmar su idoneidad con otros PHAs.

Proefschrift--Universiteit van Amsterdam, 2003. / Bibliogr. p. 497-505. Index. Résumé en anglais.

Proefschrift Universiteit van Amsterdam. / Met lit. opg., reg. - Met samenvatting in het Engels.

In March 2000, the European Commission presented a Green Paper on greenhouse gas emissions trading within Europe, supporting implementation of a Community-wide scheme in which the design and regulation of all essential elements would be harmonized at the Community level. The present paper analyzes economic arguments used to justify such a coordinated scenario, showing these arguments to be based on misleading rhetoric about fair trade and harmonization. Diverse allocations of emissions allowances across Member States are justified in theory. In practice, too, no empirical evidence or model-based results demonstrate that an uncoordinated European trading scheme would adversely affect competitiveness to any significant extent or substantially increase industrial relocations. / Includes bibliographical references (p. 9-11). / Abstract in HTML and technical report in PDF available on the Massachusetts Institute of Technology Joint Program on the Science and Policy of Global Change website (http://mit.edu/globalchange/www/) / Supported in part by the Institut Français de l'Energie.

Existe una demanda creciente de dispositivos de análisis multianalito, con aplicaciones potenciales en los campos de la biomedicina y biotecnología, así como en el ámbito industrial y ambiental. Para el desarrollo de estos dispositivos resulta esencial un buen control espacial durante la etapa de inmovilización de las biomoléculas de interés; cada una de ellas debe ser depositada de forma precisa sobre la superficie del sensor (por ejemplo, un transductor amperométrico), evitando solapamientos que puedan comprometer la especificidad del sistema. El objetivo de esta tesis es desarrollar diferentes métodos de patterning para la inmovilización selectiva de biomoléculas. El primer método consiste en la electrodeposición selectiva de nanopartículas de oro biofuncionalizadas para el desarrollo de biochips. Se trata de un método de patterning controlado electroquímicamente, en el que las nanopartículas de oro se modifican en primer lugar recubriéndolas con diversos enzimas y a continuación se electrodepositan selectivamente sobre la superficie de un electrodo. Como parte de esta metodología, se prepararon nanopartículas de oro biofuncionalizadas utilizando tres estrategias diferentes: a través del enlace dativo oro-tiol, por adsorción directa o mediante interacción electrostática siguiendo la técnica layer-by-layer (capa por capa). Para la funcionalización de las nanopartículas de oro se emplearon distintas biomoléculas, como los enzimas peroxidasa de rábano (HRP), glucosa oxidasa (GOX) y albúmina de suero bovino (BSA), y finalmente oligonucleótidos modificados con moléculas fluorescentes y grupos tiol. Las nanopartículas biofuncionalizadas fueron caracterizadas mediante técnicas de espectroscopía UV-visible, microscopía electrónica de transmisión (TEM) y medida del potencial zeta. Mediante espectroscopía UV-visible se observó un pico de resonancia de plasmón característico de las nanopartículas modificadas, relacionado con la estabilidad de la preparación. La medida del potencial zeta permitió la caracterización de las nanopartículas de oro modificadas capa por capa con polímero redox y enzimas. También se estudiaron los cambios en el potencial zeta de nanopartículas modificadas con BSA a distintos valores de pH. Tras la preparación de las partículas biofuncionalizadas, se llevaron a cabo estudios fundamentales de electrodeposición de nanopartículas de oro modificadas con BSA y un polímero redox, con el fin de analizar el efecto de varios parámetros: potencial aplicado, tiempo de deposición, distancia entre los electrodos, superficie del electrodo auxiliar y pH del medio. Para estudiar el comportamiento electrocatalítico de las nanopartículas modificadas una vez electrodepositadas, se llevaron a cabo experimentos utilizando coloides de oro modificados con HRP y GOX. A continuación se empleó esta metodología para el desarrollo de biochips, utilizando dos configuraciones diferentes. En la primera, se electrodepositaron nanopartículas de oro funcionalizadas con GOX y HRP y modificadas con un polímero redox sobre la superficie de un chip de electrodos interdigitados (IDE), consiguiendo eliminar por completo las repuestas no específicas. En la segunda configuración, las partículas se modificaron con una capa adicional de polímero redox, comprobando de nuevo la ausencia total de respuestas no específicas después de la electrodeposición. Esta método de patterning es genérico y puede utilizarse para la producción de diversos biochips. El segundo método de patterning también está basado en el control electroquímico, y consiste en la modificación de los electrodos con monocapas autoensambladas electroactivas cuya funcionalidad es modulable en función del potencial aplicado. En esta metodología, la monocapa electroactiva contiene grupos acetal que pueden ser desprotegidos selectivamente mediante la aplicación de un potencial en zonas específicas de la superficie del electrodo. De esta manera quedan expuestos en la superficie grupos aldehído activos, que pueden ser fácilmente conjugados con aminas primarias presentes en las biomoléculas de interés. Los enzimas GOX y HRP se usaron como proteínas modelo para comprobar la versatilidad de esta técnica. Su aplicabilidad para la fabricación de biochips se demostró con medidas amperométricas y medidas en tiempo real mediante resonancia de plasmón de superficie combinado con electroquímica (eSPR). La tercera metodología es también un sistema de patterning controlado electroquímicamente, pero en este caso se utiliza la inmovilización del 4,4-bipiridil como base para la creación de biochips. Se sintetizaron moléculas de 4,4-bipiridil funcionalizadas con grupos carboxílicos, que fueron caracterizadas electroquímicamente y a continuación conjugadas con las biomoléculas de interés para la creación de biochips. La selectividad de estos sistemas se demostró colorimétricamente, obteniéndose niveles mínimos de respuesta inespecífica. Por último, el cuarto de los métodos de patterning desarrollados está basado en la técnica de fotolitografía. Los enzimas glucosa oxidasa y sarcosina oxidasa se depositaron selectivamente junto con un polímero redox sobre la superficie de electrodos interdigitados utilizando un proceso de lift off, consiguiendo eliminar por completo las señales cruzadas o cross-talk. Como parte de esta metodología se optimizaron varios procedimientos de inmovilización de las biomoléculas, con el fin de seleccionar la estrategia más adecuada. También se llevaron a cabo ensayos con diferentes reactivos para eliminar la adsorción inespecífica. Finalmente, el sistema optimizado fue aplicado sobre IDEs fabricados mediante fotolitografía. Los sensores de glucosa y sarcosina respondieron de forma selectiva a sus respectivos sustratos, con ausencia total de cross-talk. La presente tesis está estructurada en 7 capítulos. En el Capítulo I se exponen las bases del desarrollo de biochips, métodos de patterning con control electroquímico, otros métodos de patterning selectivo y las técnicas de fotolitografía, así como un resumen de la tesis. El Capítulo 2 y 3 describe la síntesis de coloides de oro, la modificación con biomoléculas, los estudios de estabilidad y los estudios fundamentales de electrodeposición de las nanopartículas de oro modificadas sobre la superficie de los electrodos. En el Capítulo 4 se muestra la aplicación de la electrodeposición de nanopartículas de oro biofuncionalizadas para la creación de biochips. El Capítulo 5 describe la inmovilización selectiva de biomoléculas mediante la desprotección electroquímica de monocapas autoensambladas electroactivas. En el Capítulo 6 se muestra la síntesis, caracterización e inmovilización selectiva de derivados de 4,4- bipiridil funcionalizados con HRP. El Capítulo 7 describe el patterning selectivo en la escala micrométrica de dos oxidasas sobre un chip de electrodos interdigitados mediante fotolitografía. Finalmente, el Capítulo 8 resume las conclusiones y el trabajo futuro. / There is an increasing demand of multianalyte sensing devices having potential applications in biomedical, biotechnological, industrial and environmental fields. A good spatial control during biomolecule deposition step is strictly necessary; each biomolecule has to be precisely deposited on the surface of the relevant sensor (eg., an amperometric transducer), avoiding mixing that can compromise the biosensor specificity. The aim of this thesis is to develop different patterning methods for the selective immobilization of biomolecules. The first method is selective electrodeposition of biofunctionalized Au nanoparticles for biosensor arrays. This is an electrochemically controlled patterning method where the Au nanoparticles modified by the enzymes initially and later the enzyme modified Au nanoparticles were electrodeposited selectively on the electrode surface. As a part of this methodology, initially biofunctionalized Au nanoparticles were prepared using three different approcahes. One is Au-thiol dative bonding, the second is direct adsorption and finally electrostatic layerby- layer approach. Different biomolecules like horse radish peroxidase(HRP), glucose oxidase (GOX), bovine serum albumin(BSA), and finally fluorescence labelled oilgonucleotide thiols were used to attch to the Au nanoparticles. Biofunctionalized Au nanoparticles were characterized by different techniques like zeta sizer, UV-Vis spectroscopy, transmission electron microscopy (TEM). UV-Vis spectroscopy showed the successfull modification of Au nanoparticles with a characterstic surface plasmon peak related to the stability. By using zeta sizer, layer-by-layer modification of the Au nanoparticles with redox polymer and enzymes were characterized successfully. Changes of the Au nanoparticles modified with BSA was characterised at different pH s by using the zeta sizer. After the preparation of biofunctionalized particles, some fundamental studies were done with electrodeposition of Au nanoparticles modified with medically important BSA, redox polymer to see how different parameters like potential, time of deposition, interelectrode distance, counter electrode sized, pH, effect the electrodeposition. As a part of these fundamental studies Au colloids modified with HRP and GOX were deposited for studying the electrocalaytic behaviour of the enzymes on the Au nanoparticles after electrodeposition. Later this methodology was applied for creating biosensor arrays by using two different approaches. In the first approach, GOX and HRP functionalized redox polymer modified Au nanoparticles were electrodeposited successfully on an interdigitated electrode (IDE) array with complete absence of non-specific response. In the second approach the particles were modified with an extra redox polymer layer and proved that there is complete absence of nonspecific response after electrodeposition. Moreover, this patterning methodology is generic and can be used for production of different biochips. The second method is another electrochemically controlled patterning method where the electrodes were immobilized with self assembled monolayers with electroactive functionalities which can be tunable with potentials. In this methodology, electroactive self-assembled monolayer contains an active ligand aldehyde which can be readily conjugated to the primary amine group of the biomolecule is protected in the form of acetal. Later when a active potential was applied to the underlying electrode surface, the acetal functionality is deprotected to reveal the aldehyde functionality which was further conjugated to the biomolecule. Two enzymes GOX, HRP were used as model proteins to prove the versatility of this technique. Amperometric as well as real time measurements proved the selective applicability of this technique for creation of biosensor arrays. The third methodology is also an electrochemically controlled patterning methodology where the special advantage of the electrochemically-controlled immobilization of the 4,4-bipyridyl was taken as base for the creation of biosensor arrays. In this methodology, carboxylic acid functionalised 4,4, bipyridyl molecules were synthesized and characterized by electrochemistry. Later the biomolecules were conjugated to these special molecules for the creation of sensor arrays. Proof of selectivity was shown using colourimetrically with minimal non-specific response. Finally in the fourth method which is based on the photolithography technique, two different oxidases GOX & SOX were patterned along with redox polymer selectively on an IDE array using the lift off process with complete absence of cross-talk. As a part of this methodology, different immobilization methods were optimized initially for checking the best optimisation strategy. Later different reagents were tried to optimise the best reagent that prevents the non-specific adsorption. Later this optimised system was applied on the pholithographically created IDE array. Sarcosine and glucose sensors responded selectively to their substrates with complete absence of cross talk. This thesis is structured in 7 chapters. Chapter 1 establishes to basics of the biosensor arrays, electrochemically controlled patterning methods, other selectively patterned methods, photolithography and summary of this thesis. Chapter 2 describes about the gold colloid synthesis, modification with the biomolecules, stability studies. Chapter 3 decribes fundamental studies of the electrodeposition of the functionalised Au nanoparticles on the electrode surface. Chapter 4 describes the application of the electrodeposition of the protein functionalised Au nanoparticles for the creation of biosensor arrays. Chapter 5 describes the selective immobilization of biomolecules through electrochemical deprotection of electroactive self-assembled monolayers. Chapter 6 describes the synthesis, characterization and selective immobilization of HRP functionalized 4,4-bipyridyl derivatives. Chapter 7 describes the selective microscale protein patterning of two oxidases on an IDE array through photolithography. Finally chapter 8 summarizes the conclusions and the future work.