Poröse Materialien zeichnen sich durch hohe spezifische Oberflächen bzw. hohe spezifische Porenvolumina aus. Dies macht sie zu geeigneten Kandidaten für die Gasspeicherung, Stofftrennung und die heterogene Katalyse, die Hauptanwendungsgebiete poröser Materialien. Um poröse Materialien hinsichtlich der eben genannten Anwendungsfelder zu optimieren ist es von entscheidender Bedeutung, sie hinsichtlich ihrer jeweiligen Anwendung maßzuschneidern. Eine Klasse hochporöser Materialien, bei der das Maßschneidern der Poren möglich ist, ist die der metallorganischen Gerüstverbindungen [engl. Metal-Organic Frameworks (MOFs)]. MOFs zeichnen sich durch einen modularen Aufbau aus, der ein systematisches Design der Poren erlaubt. Auch poröse Polymere können durch Funktionalisierung der entsprechenden Monomere hinsichtlich verschiedener Anwendungsgebiete gezielt synthetisiert werden. Ein Ziel dieser Arbeit war die Integration des Metalls Rhodium als knotenbildendes Element in ein MOF. Dazu wurde Rhodium(II)-acetat, welches bereits das Schaufelradmotiv enthält, mit den trifunktionellen Carbonsäuren Trimesinsäure und 4,4´,4´´ Benzen-1,3,5-triyl-tribenzoesäure zu den MOFs DUT 82 und DUT 83 umgesetzt. Das Schaufelradmotiv als sekundäre Baueinheit in DUT-82 konnte durch röntgenabsorptionspektroskopische Untersuchungen nachgewiesen werden. Nach überkritischem Trocknen gefolgt von thermischer Aktivierung zeigten DUT-82 und DUT-83 eine permanente Porosität mit spezifischen BET-Oberflächen von bis zu 1150 m2g-1. Weiterhin konnte für DUT-82 eine sehr hohe Affinität zu Kohlenmonoxid, die selten für MOFs beobachtet wird, nachgewiesen werden. Berechnungen der Adsorptionsenthalpie ergaben bei niedrigen Beladungen einen Wert von ungefähr 50 kJmol-1, was für eine Chemisorption von Kohlenmonoxid an DUT-82 bei niedrigen Drücken spricht. Weiterhin zeigten katalytische Untersuchungen, dass sich DUT-82 als heterogener Hydrierkatalysator eignet. In einer Modellreaktion konnte Styrol erfolgreich zu Ethylbenzen umgesetzt werden. In einem weiteren Teil der Arbeit sollte ein MOF synthetisiert werden, das Stabilität und eine hohe Kapazität für Schwefelwasserstoff miteinander vereint. Eine Klasse bereits bekannter MOFs mit hoher Stabilität basiert auf dem [Zr6O4(OH)4]12+-Cluster. Durch Kombination des [Zr6O4(OH)4]12+-Clusters mit Bipyridindicarboxylat konnte das MOF UiO-67(bipy) hergestellt werden, welches isostrukturell zu UiO 67 ist. Untersuchungen an UiO 67(bipy) zeigten, dass das unbeladene Netzwerk keinen Schwefelwasserstoff adsorbiert. Die Bipyridinfunktionalität wurde anschließend für die permanente Integration weiterer Metallzentren (Metall = Cu, Ni, Co) genutzt. Dazu wurde UiO-67(bipy) zu wässrigen oder ethanolischen Metallsalzlösungen gegeben und es kam zur Adsorption der Metallsalze aus der Flüssigphase. Durch die postsynthetische Integration der Metallsalze konnte die Adsorptionskapazität der resultierenden Metallsalz@UiO-67(bipy)-Materialien für Schwefelwasserstoff bis auf 8 Gew.% gesteigert werden. Neben Adsorption und Katalyse ist die Sensorik ein weiteres Anwendungsfeld von MOFs. Eine organische Einheit, die sich als sensitive Komponente für eine Integration in ein MOF anbietet, ist Dihydro-1,2,4,5-tetrazin, das zu 1,2,4,5-Tetrazin oxidiert werden kann. Das bemerkenswerte Merkmal dieser Reaktion ist der radikale Farbwechsel von Gelb nach Pink. Nach erfolgreicher Synthese der Dihydro-1,2,4,5-tetrazindicarbonsäure sollte sie durch Kombination mit dem [Zr6O4(OH)4]12+-Cluster zu einem UiO-66 analogen Netzwerk in ein stabiles Netzwerk integriert werden. Da die direkte Syntheseroute eines UiO-66 analogen Netzwerks nicht zum Erfolg führte, wurde die mildere Variante des Linkeraustauschs gewählt. Über diese Route konnte das Dihydro-1,2,4,5-tetrazindicarboxylat erfolgreich partiell in das UiO-66 Netzwerk integriert werden. Anschließende Untersuchungen zeigten, dass die in das Netzwerk eingebaute Dihydro-1,2,4,5-tetrazin-Einheit sowohl in der Flüssig- als auch in der Gasphase erfolgreich oxidiert werden kann, was durch UV/vis-Messungen belegt werden konnte. Eine weitere Klasse poröser Materialien, die hervorragende chemische Stabilität aufweist, ist die der konjugierten Triazin-Netzwerke. Sie entstehen durch Cyclotrimerisierung multifunktioneller Nitrile. Durch geschickte Wahl der Monomere ist eine Funktionalisierung der Triazin-Netzwerke möglich. Um ein chirales Triazin-Netzwerk zu synthetisieren, wurde Spirobiindan erfolgreich mit Nitrilgruppen funktionalisiert. Die Umsetzung des Monomers in einer Zinkchlorid-Schmelze führte zu porösen Polymeren mit spezifischen BET-Oberflächen von bis zu 1180 m2g 1. Dabei konnte die Porengrößenverteilung des Triazin-Netzwerkes durch Variation des Verhältnisses von Zinkchlorid zu Monomer gezielt eingestellt werden. Die Polymersynthese erfolgte mit einer racemischen Mischung des Monomers und führte somit zu einem achiralen Polymer. Erste Untersuchungen zeigten, dass eine Trennung des racemisch vorliegenden Monomers mittels Hochleistungsflüssigchromatographie möglich ist. Die Imidazoliumgruppe ist eine weitere Baueinheit, die in Triazin-Polymere integriert werden sollte, da sie leicht in ein N-Heterocyclisches Carben überführt werden kann. N-Neterocyclische Carbene können direkt als Katalysator bzw. als Ligand für eine Vielzahl von Metallen zur Generierung eines Katalysators genutzt werden. Über mehrstufige Synthesen konnten zwei nitrilfunktionalisierte Imidazoliumsalze hergestellt werden. Die anschließende Cyclotrimerisierung führte zu porösen Polymeren mit spezifischen BET-Oberflächen von bis zu 680 m2g-1. Erste katalytische Untersuchungen zum Einsatz dieser Triazin-Netzwerke in Umpolungsreaktionen von Zimtaldehyd mit 2,2,2 Trifluoracetophenon zeigten jedoch lediglich einen geringen Umsatz zum gewünschten Produkt.

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Emissions of hydrogen sulfide (H2S) from construction and demolition (C & D) landfills can result in odors that are a significant nuisance to nearby neighborhoods and businesses. As Florida’s population continues to grow and create development pressures, housing is built closer to existing landfills. Additionally, new landfills will be created in the future. This research project was undertaken to develop a detailed modeling methodology for use by counties and other landfill owners to provide them with an objective and scientifically defensible means to establish odor buffer zones around C & D landfills. A technique for estimating methane (and odorous gas) emissions from municipal solid waste (MSW) landfills was recently developed by researchers at the University of Central Florida. This technique was based on measuring hundreds of ambient methane concentrations near the surface of the landfill, and combining that data with matrix inversion mathematics to back-solve the dispersion equations. The technique was fully documented in two peer-reviewed journal articles. This project extends that methodology. In this work the author measured ambient H2S concentrations at various locations in a C & D landfill, and applied those same matrix inversion techniques to determine the H2S emission rates from the landfill. The emission rates were then input into the AERMOD dispersion model to determine H2S odor buffer distances around the landfill. Three sampling trips to one C & D landfill were undertaken, data were taken, and the modeling techniques were applied. One problem encountered was that H2S emissions from C & D landfills are typically about 1000 times smaller than methane emissions (from MSW landfills). Thus, H2S iv ambient concentrations often are near the detection limits of the instruments, and the data may not be as reliable. However, this approach could be used for any particular C & D landfill if the appropriate amount of data were available to characterize its emissions with some certainty. The graphical tool developed in this work shows isopleths of "H2S" concentrations at various distances, and color codes the isopleths into a "green-yellow-red" scheme (analogous to a traffic signal) that depicts zones where private landowners likely will not detect odors, where they may experience some odors, or where they likely will experience odors. The "likelihood" can be quantified by selecting the Nth highest hourly concentrations in one year to form the plot. In this study, N was conservatively selected as 8. Requiring that concentrations be at or below the 8 th highest concentration in a year corresponds to a 99.9% probability of not exceeding that concentration at that distance in any future year. The graphical tool can be applied to any C & D landfill but each landfill is different. So this technique depends on having a fairly good estimate of the rate of emissions of H2S from the landfill in question, and at least one year’s worth of hourly meteorological data (wind speed, direction, and stability class) that is representative of the landfill location. The meteorological data can be obtained with relative ease for most locations in Florida; however, the emission data must be obtained from on-site measurements for any given landfill.

Research on the cure and early detection of diseases such as diabetes, Alzheimer's, and Parkinson's is becoming of great interest due to the increasing number of people affected by them every year. An accurate and quick detection of various damaging species is highly critical in treatments of such diseases not only for exploring possible cures but also for early detection. If these diseases are detected during the initial stages than the possibility of curing them is much higher. Motivated by this, many researchers today have developed numerous types of sensing devices that can detect various physiological and biological compounds. However, most of these sensors are enzyme based. They have several setbacks such as the lack of sensitivity, restricted selectivity, short shelf life, and biological fouling. To overcome these obstacles, we examine the use of nanoceria modified Pt and Au electrodes for the detection of glucose and reactive oxygen species such as hydrogen peroxide. Amperometric detection of glucose and hydrogen peroxide is critical for biological applications for diabetes and possible Alzheimer's and Parkinson's patients. This dissertation focuses on the exploration of non-enzymatic detection of glucose and reactive oxygen species which has the prospective to be used for biological applications, in addition to an investigation of an odor control technology that uses these reactive oxygen species for the treatment of wastewater plants. The combination of bi-metallic composites with nanoceria showed increased oxidation ability towards glucose and hydrogen peroxide. The following dissertation expands on the relationship between bi-metallic nanoceria composite materials and its electro-oxidation of glucose and hydrogen peroxide towards biological sensing along with an investigation of an odor control technology that utilizes generates hydroxyl radical fine particle mist for the degradation of hydrogen sulfide odor in wastewater treatment plants.

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<p>Colorectal cancer leads to more than 600,000 deaths worldwide per year. An abundance of research has shown that several non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) can exert chemotherapeutic and chemo-preventative effects in colorectal cancer patients. It is important to note, that use of many different NSAIDs carries a significant risk for cardiovascular and gastrointestinal (GI) complications. A recently developed group of NSAIDs, which release hydrogen sulfide (H₂S), has been shown to have greatly reduced these side effects as compared to conventional NSAIDs. This is likely attributable to the ability of H₂S to increase the resistance of the GI mucosa to injury, as well as to accelerate repair of injury when it occurs. Moreover, H₂S has been shown to be a vasodilator, and therefore may offset some of the hypertensive effects of NSAIDs.</p> <p>We assessed the chemotherapeutic actions of two of these newly developed NSAIDs. ATB-346 is an H₂S-releasing derivative of naproxen and ATB-352 is an H₂S-releasing derivative of ketoprofen. These drugs were tested in the azoxymethane mouse model and in the APC^Min/+mouse model of Colorectal cancer.</p> <p>In the azoxymethane model of colorectal cancer ATB-346 caused a significant reduction in number aberrant crypt foci (ACF), which are pre-neoplastic lesions used as markers of colorectal cancer. The reduction was superior to naproxen at all doses tested. ATB-352 also caused a significant reduction in the number of ACF, however the reduction was not superior to that produced by ketoprofen. In APC^Min/+mice treated with ATB-346 for 14 days (14.5 mg/kg) we observed a complete inhibition of the formation of colonic polyps/tumours and a 97.5% reduction in total polyp score. Shorter treatment with ATB-346 also produced similar reduction in total polyp score. We found that ATB-346-treated mice had lower levels of b-catenin and cmyc without significant changes in APC or p53 levels. <strong></strong></p> <p>These results demonstrate ATB-346 can exert superior chemo-preventative effects in mice models of colon cancer while leading to no gastric or intestinal damage.</p> / Master of Science (MSc)

Hydrogen sulfide is a naturally occurring compound that is very toxic, highly flammable and has a characteristic “rotten egg” smell. It can irritate eyes and airways or even cause death when highly concentrated in air. It can exist both in gaseous and aqueous form where the dissolution of hydrogen sulfide in water is highly affected by pH. There are several industries with hydrogen sulfide related problems, either for safety or economic reasons (e.g., the mining industry, pulp and paper processing, oil and gas refineries, and wastewater treatment plants). The aim was to construct and test a filter of iron oxides to treat water from dissolved hydrogen sulfide. This was done through column experiments where the columns were filled with hematite and slag from the steel industry. Both the hematite and slag columns had sulfide precipitation, evident in the black discoloration, and the sulfide concentrations drastically reduced in the outlet water compared to the inlet water, indicating that the columns worked. However, there were some signs of preferential flow. Calculations indicate that the iron in the columns would be sufficient to precipitate approximately 1138 mg L−1 H2S at a flow rate of 0.2 ml min−1 for roughly 66 days, based on mean values for the three hematite columns. This was only a small-scale column experiment, and if scaled up from 0.2 ml min−1 to 0.5 L s−1 in the field, the amount of hematite used would have to be increased by 150 000 to last the same amount of time. This method would hence be difficult to apply in the field since it would be difficult to change the filter. / Vätesulfid (H2S) är en naturligt förekommande förening som är väldigt giftig, mycket brandfarlig och har en karaktäristisk ”ruttet ägg” lukt. Det kan irritera ögon och luftvägar, samt orsaka dödsfall vid höga koncentrationer. Vätesulfid kan förekomma både som gas och upplöst i vätska, där dess vattenlöslighet påverkas kraftigt av pH. Det finns flera industrier som har problem med vätesulfid i sina verksamheter, ur ett säkerhets- och ekonomiskt perspektiv (t.ex. vattenreningsverk, gruv-, pappers-, och oljeindustrier). Syftet var att konstruera och testa ett filter på järnoxider för att rena vatten från vätesulfid. Filtret fungerar genom att vätesulfid och järnoxider reagerar för att fälla som järnsulfid och elementärt svavel. Undersökningen genomfördes som kolonnförsök där kolonnerna fylldes med hematit eller slagg från stålindustrin. Både hematit och slaggkolonnerna påvisade järnsulfidutfällning, tydliggjort på de svarta missfärgningarna, samt minskningen av sulfidkoncentrationen i utloppsvattnet jämfört med inloppsvattnet. Dessvärre uppstod problem med preferentiellt flöde. Beräkningar visar att järnet i kolonnerna skulle räcka för att fälla ca 1138 mg L−1 H2S vid ett flöde på 0,2 ml min−1 i uppskattningsvis 66 dagar, baserat på medelvärden för de tre hematitkolonnerna. Med tanke på att det här enbart är ett småskaligt experiment skulle en ökning från 0,2 ml min−1 till 0,5 L s−1 i fältskala innebära att mängden hematit skulle behöva ökas med 150 000 för att fungera lika lång tid. Den här metoden är således svår att applicera storskaligt med tanke på att det skulle bli komplicerat att byta filtret. / SULFREM

La dysfonction des mécanismes de régulation vasculaire, observée dans les états de choc septique (CS), hémorragique (CH) et la cirrhose (C), remet en question l’efficacité des substances vasoactives utilisées. L’objectif de ce travail est l’évaluation hémodynamique, systémique et splanchnique de l’administration d’hydrogène sulfuré [H2S], de terlipressine [TP] et de noradrénaline [NE] au cours des complications des CS, CH et C. Suite à une ischémie/reperfusion (I/R) chez le rat, le sepsis n’a pas d’impact particulier sur le rein, lors de la phase précoce, alors que le débit rénal varie en réponse aux variations de pression artérielle, incluant le phénomène d’autorégulation. Le CS est associé très précocement à une augmentation du flux sanguin dans les capillaires péritubulaires et à une dysfonction rénale limitée par la perfusion de NE. Au cours d’un CH retransfusé et réanimé par un remplissage vasculaire, l’inhibition endogène de H2S aggrave la dysfonction rénale suite à une diminution des vitesses microcirculatoires péritubulaires et favorise un syndrome de fuite capillaire. A l’inverse, l’administration exogène de H2S pourrait provoquer un rétrocontrôle négatif sur l’activité de l’enzyme principale de production de H2S endogène, la CSE. Lors d’une hypertension portale par C chez le rat, la NE augmente la pression porte à faibles doses et augmente la contraction maximale des veines portes in vitro par rapport à la vasopressine, ce qui augmente le risque hémorragique. Au contraire, la TP diminue le débit mésentérique et la pression porte, ce qui favorise la réponse hémodynamique de réduction du risque d’hémorragie digestive. / The impairment of vascular regulatory mechanisms observed in cirrhosis and shock situations, reduces the effectiveness of vasoactive substances used in treatments. The aim of this study is the hemodynamic, systemic and splanchnic assessments of vasoactive molecules proposed for the treatment of septic shock, hemorrhagic shock and cirrhosis complications (hydrogen sulfide [H2S], terlipressin [TP] and norepinephrine [NE]). In a model of ischemia/reperfusion (I/R), sepsis has no particular impact on the kidney since renal blood flow varies in response to mean arterial blood pressure variations, including an auto-regulation phenomenon. Sepsis is very rapidly associated with hypervelocity of blood flow in peritubular capillaries and renal dysfunction, both of wich are reserved by NE infusion. In hemorrhagic shock model controlled and resuscitated by Gelofusin® perfusion, we demonstrated that inhibition of endogenous H2S worsening renal dysfunction due to decreased renal peritubular microcirculatory velocities and promotes capillary leak syndrome. While the exogenous administration of H2S, could cause a negative feedback on the activity of the principal enzyme of endogenous H2S production, the CSE. During portal hypertension by cirrhosis in rats, NE increases the portal venous pressure, at low doses, and is more efficient than vasopressin on the portal veins of cirrhotic rats in vitro. However TP significantly reduces the mesenteric artery blood flow and the portal vein pressure. Taken together, TP could reduce the variceal bleeding risk associated with cirrhosis in comparison to NE.

L'ischémie/reperfusion (I/R) est un phénomène très fréquent en clinique humaine. Ce phénomène est observé lors de la désobstruction d'une artère digestive, du traitement d'un état de choc, ainsi qu'au cours d'autres pathologies. L'interruption de la perfusion tissulaire (ischémie) et le rétablissement de celle-ci (reperfusion) sont la cause de la mise en place de troubles hémodynamiques et métaboliques. L'I/R est souvent présentée comme étant la principale source de l'hyperlactatémie et le moteur de la réponse inflammatoire lors des états de choc (cardiogénique, hypovolémique, septique). Parallèlement, elle est responsable de l'induction de la production de la libération des espèces réactives de l'oxygène, des cytokines et du monoxyde d'azote. Suite à un choc hémorragique par Ischémie/reperfusion chez le rat, nous avons montré que 1) le NaHS, donneur d'H2S limite la diminution de la pression artérielle moyenne et diminue le lactate plasmatique, témoin de la souffrance tissulaire, 2) cette amélioration hémodynamique est associée à une baisse de l'expression myocardique des ARNm d'iNOS, une diminution de la concentration des dérivés NOx plasmatiques et une diminution des concentrations aortiques et myocardiques de NO et d'anion superoxyde et 3) l'inhibition d'H2S par la DL-propargylglycine aggrave le tableau hémodynamique et les conséquences tissulaires du choc. Dans un autre modèle d'ischémie/reperfusion intestinale, les résultats obtenus, montrent que l'administration de la Protéine C activée (PCa) ou de la dexaméthaosne (Dexa) : 1) améliore la PAM et la réactivité vasculaire, 2) permet d'augmenter le pH et de diminuer la lactatémie, 3) diminue la production des cytokines pro-inflammatoires et 4) inhibe les médiateurs de l'apoptose. Ces résultats sont reliés à une down régulation d'iNOS, une restauration de la voie Akt/eNOS et à une resensibilisation des adrénorécepteurs alpha. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives cliniques dans les traitements de l'I/R / Ischemia/reperfusion (I/R) is a very common phenomenon, observed during intestinal artery surgery, shock treatment, as well as in several other diseases. The disruption of tissue perfusion (ischemia) and recovery (reperfusion) induce hemodynamic and metabolic dysfunction. Gut ischemia/reperfusion is often presented as the main source of lactate and the motor of the inflammatory response, such as cardiogenic, hypovolemic and septic shock. In parallel, gut reperfusion produces numerous mediators such as reactive oxygen metabolites, pro-inflammatory cytokines, and high concentrations of nitric oxide. In a model of ischemia/reperfusion induced by hemorrhagic shock, we found that 1) NaHS an injectable form of H2S, limited the decrease in arterial pressure induced by shock and decreased plasmatic lactate, a witness of tissue suffering, 2) this hemodynamic improvement was associated with a fall in myocardial iNOS mRNA expression, a reduction in the concentration of plasmatic NOx and a reduction of aortic and myocardial concentrations of NO and superoxide anion and 3) the inhibition of H2S with DL-propargylglycine worsened hemodynamics and tissue consequences of shock An experimental model of intestinal I/R has been developed, we demonstrated that the administration of APC or Dexa : 1) Improves MAP and vascular reactivity, 2) increased pH and decreased lactate, 3) decreased pro-inflammatory cytokines production and 4) inhibited apoptosis mediators expression. These results are related to a down regulation of iNOS, to a restoration of the AKT/eNOS pathway, and to alpha-adrenoreceptor resensitization. These results open new perspectives in clinical treatment of I/R