Thesis (Ph. D.)--University of Missouri, 1937. / Vita. Published also as Bulletin, Technical series, v. 12, no. 3, March, 1937, of the University of Missouri School of Mines, with F.J. Zvanut, L.J. Wood, C.M. Dodd and W.T. Schrenk given as authors. Bibliography: p. 37-42.

Thesis (Ph. D.)--University of Missouri, 1937. / Vita. Published also as Bulletin, Technical series, v. 12, no. 3, March, 1937, of the University of Missouri School of Mines, with F.J. Zvanut, L.J. Wood, C.M. Dodd and W.T. Schrenk given as authors. Bibliography: p. 37-42.

L’étude réalisée concerne l’élaboration et la fabrication de matériaux nanocomposites à structure maîtrisée d’intérêt biomédical à base d’amidon plastifié renforcé par des nanocharges d’halloysites. Initialement, l’effet du vieillissement et des plastifiants sur les modifications structurales des amidons plastifiés traités par extrusion ont fait l’objet d’une étude complète. Le meilleur choix de plastifiant se trouve être un plastifiant contenant des groupes amides qui permet d’améliorer la stabilité structurale de l’amidon plastifié. Cette stabilité n’est par ailleurs pas affectée par l’incorporation des nanocharges. L’addition de nanocharges s’avère en revanche efficace en termes de renforcement mécanique et thermique des bio-nanocomposites. La structure tubulaire des nanocharges choisie permet par ailleurs de piéger temporairement un principe actif dans le matériau. Ainsi protégée par la matrice d’amidon durant les phases d’élaboration et de digestion, l’efficacité de ce système de délivrance de médicament pour des sites enflammés spécifiques (côlon et intestin) a été améliorée. Enfin, les nanocharges dans la matrice d’amidon plastifié jouent un rôle de nucléant cellulaire pour l’expansion et de stabilisation de la morphologie cellulaire par blocage de la coalescence des cellules. Les matériaux élaborés sont potentiellement adaptés à la fabrication de ciments ou substituts osseux alliant résistance mécanique et morphologie maîtrisée. / This study concerns the development and manufacture of nanocomposite materials having a controlled structure of biomedical interest based on plasticized starch reinforcement by halloysites nanocharges. Initially, effect of storage time and plasticizers on the structural variations of melt processed thermoplastic starch has been comprehensive investigated. The best choice of plasticizer is found to be plasticizer having amino groups, which improves the structural stability of plasticized starch. This stability is not affected by the incorporation of halloysite nanotubes. Addition of nanofillers effectively improves the thermal and mechanical properties of the resulting bio-nanocomposites. The tubular structure of nanocharges chosen in this study allows to temporarily trap an active ingredient in the material. So protected by the starch matrix during the development and digestion phases, the efficiency of the colon and intestinal specific inflamed drug delivery systems has been improved. Finally, the nanofillers in the thermoplastic starch matrix act a cell nucleating agent for the expansion and stabilization of cell morphology by blocking the coalescence of cells. The developed materials are potentially suitable for the manufacture of bone cement or bone substitute combining mechanical strength and controlled porous morphology.

Ces travaux de thèse visent à améliorer la densification et la résistance à la rupture de céramiques silicatées élaborées principalement à partir de kaolin. Cette amélioration est effectuée en substituant une partie du kaolin par de l’halloysite. En effet, cette voie permet également de mettre en évidence l’influence de la morphologie et de l’organisation des particules sur les propriétés microstructurales. Premièrement, la dispersion des suspensions contenant soit du kaolin soit un mélange de kaolin et d’halloysite, a été optimisée en réduisant la taille des agglomérats et en augmentant la valeur absolue du potentiel zêta. Deuxièmement, les paramètres (broyage, rapport liant/plastifiant…) contrôlant le procédé de mise en forme de coulage en bande ont également été optimisés. Enfin, l’influence de deux types de traitement thermique à 1200°C (frittage conventionnel et par voie micro-ondes) sur les propriétés mécaniques (contrainte à la rupture en flexion biaxiale) des matériaux finis a été mise en évidence. Les résultats obtenus montrent que plusieurs compromis entre le taux de porosité, l’organisation de la microstructure et les propriétés mécaniques ont été obtenus i) soit avec un taux d’halloysite de 10 % en masse associée à un traitement thermique par voie micro-ondes à 1200°C ii) soit avec un taux de substitution d’halloysite égal à 50 % en masse associé à un frittage conventionnel à la même température. / This thesis is devoted to improve both densification and stress to rupture values of silicate ceramics mainly elaborated from kaolin. This improvement is achieved by replacing a proportion of kaolin by halloysite. Indeed, this way also allows to highlight the influence of the shape of particles and their organization on microstructural properties. First, the dispersion of suspensions containing only kaolin or a mixture of kaolin and halloysite was optimized by reducing the size of agglomerates and by increasing the absolute value of zeta potential. Second, parameters (milling, ratio binder/plasticizer...) controlling the tape casting shaping process were also optimized. Finally, the influence of two types of thermal treatment at 1200°C (conventional and micro-waves sintering) mechanical properties (stress to rupture determined by bixial bending tests) of final products was studied. Results obtained show that several compromises regarding porosity, the organization of microstructure and mechanical properties i) a proportion equals to 10 mass % of halloysite combined with a micro-waves thermal treatment at 1200°C ii) a substitution content equals to 50 mass % of halloysite combined with a conventional thermal treatment at the same temperature.

Κατά την διάρκεια αυτής της πτυχιακής εργασίας παρασκευάστηκαν δυο δείγματα νανοσύνθετων υλικών TiO2/αλλοϋσίτη, με διαφορετικές αναλογίες (60:40, 50:50) όπου μελετήθηκαν πειραματικά οι ιδιότητες τους, με σκοπό να χρησιμοποιηθούν σε επόμενο στάδιο στη φωτοκαταλυτική αποδόμηση αέριων ρύπων (π.χ. NOx) και οργανικών πτητικών ενώσεων (VOCs). Η μορφή του φωτοκαταλύτη (TiO2) που συντέθηκε ήταν ο ανατάσης. Στα τροποποιημένα πλέον δείγματα του αλλοϋσίτη, εφαρμόστηκαν διάφορες τεχνικές για τον χαρακτηρισμό των ιδιοτήτων τους, όπως: Περιθλασιμετρία Ακτίνων X, Υπέρυθρη Φασματοσκοπία Μετασχηματισμού κατά Fourier, Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης και Προσδιορισμός Μεγέθους και Κατανομής Πόρων καθώς και Ειδικής Επιφάνειας. Ο φωτοκαταλύτης διασπείρεται σχετικά ομοιογενώς στις εξωτερικές επιφάνειες του αλλουσίτη, δίνοντας πολύ ενθαρρυντικά αποτελέσματα για την φωτοκαταλυτική του δράση που θα μελετηθεί σε επόμενο στάδιο. Τα νανοσύνθετα που παρασκευάστηκαν, εμφανίζουν τη δημιουργία μεσοπορώδους δομής με πόρους μεγέθους περίπου στα 5,8nm. Τα τροποποιημένα αργιλικά ορυκτά παρουσιάζουν ιδιότητες αντίστοιχες άλλων νανοσύνθετων TiO2-αλλουσίτη αποτελεσματικών για την καταπολέμηση των αέριων ανόργανων ρύπων (NOx) και των οργανικών πτητικών ενώσεων (VOCs). / During this thesis prepared two samples nanocomposite materials TiO2 / halloysite, with different ratios (60:40, 50:50) where experimentally studied their properties, to be used at a later stage in the photocatalytic degradation of gaseous pollutants (p. x. NOx) and volatile organic compounds (VOCs).

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archives@tulane.edu / 1 / Azeem Farinmade

archives@tulane.edu / 1 / Olakunle Francis Ojo

The production of halloysite-derived silicon (HDS) is investigated as a potential anode material in lithium-ion batteries (LIBs). Other researchers have found HDS to be electrochemically active in small test cells. To test larger electrochemical cells, the production process needs to be scaled up and optimized. HDS is produced through magnesiothermic reduction of acid-etched halloysite. The reduction process is very exothermic and requires special consideration while being scaled up. A reactor and pressure release system were designed and fabricated to perform the reduction process in a safe manner. Various steps of the process were tested to determine their influence on the purity of the HDS and the stability of the reaction. The concentration of aluminum chloride was determined to be critical in preventing excessive thermal spikes during the reaction. We also found that there was no benefit to increasing the amount of the reducing agent, as it can lead to undesired side reactions. We also determined that proper mixing and sufficient temperature are some of the most important influences on the purity of HDS product. The HDS produced in our process performed well electrochemically. Si electrodes had up to 2284 mAh/g of discharge capacity after initial formation cycle. The Coulombic efficiency was as high as 95% for a given Si-G electrode. Detailed analyses using differential scanning calorimetry (DSC) revealed multiple side reactions involving magnesium, aluminum chloride, and silica. Magnesium reacts with aluminum chloride to produce magnesium chloride. This would mean that aluminum metal would react with silica, instead of magnesium. The combination of those two reactions releases 90% more heat than would magnesiothermic reduction of silica, increasing the possibility of unwanted thermal events. The newly formed magnesium chloride then reacts with the remaining aluminum chloride to form a hybrid salt, MgAl2Cl8.

The objective of this thesis is to determine the relative shear strengths of halloysite, kaolinite, synthetic mixtures, and local soils, to investigate the influence of halloysite content on the shear strength of kaolinite, and to explore the possibility that the strength properties of soil clays might be controlled by the relative content of their component minerals.