The mesoporous materials Al-MCM-41 produced from kaolin, low cost raw material, by means of hydrothermal acid treatment route, has shown potential for being used as adsorbent in removal process of methylene blue. The process of synthesis of Al-MCM-41 is based on calcination of kaolin, dealumination by acid treatment, hydrothermal synthesis and extraction of the surfactant. The characterization of de obtained mesoporous material was carried out by techniques such as: X-ray diffraction, vibrational spectroscopy in the infrared, 29Si and 27Al nuclear magnetic resonance in the solid state, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and N2 adsorption/desorption. The X-ray diffraction at low angles allowed the determination of the cell parameter, which was 4.02 nm. The analyses of scanning and transmission electron microscopy revealed important morphological properties of the synthesized material. N2 adsorption/desorption showed a BET specific surface area of 1,303 m2 g-1, pore volume of 1.23 cm3 g-1 and average diameter of 2.45 nm. PZC measurements showed a pHPZC of 2.69. The adsorption of methylene blue by Al-MCM-41 adsorbent showed high kinetic and high adsorption capacity, with values around 316 mg g-1. / O material mesoporoso Al-MCM-41 produzido a partir de caulim, matÃria-prima de baixo custo, por meio de rota hidrotÃrmica com tratamento Ãcido, mostrou-se promissor para ser usado como adsorvente do corante azul de metileno. O processo de sÃntese da Al-MCM-41 Ã baseado na calcinaÃÃo do caulim, desaluminizaÃÃo por tratamento Ãcido, sÃntese hidrotÃrmica e eliminaÃÃo do surfactante. A caracterizaÃÃo do material mesoporoso foi realizada por meio de tÃcnicas como: difraÃÃo de raios-X, espectroscopia vibracional na regiÃo do infravermelho, ressonÃncia magnÃtica nuclear no estado sÃlido de 29Si e 27Al, microscopia eletrÃnica de varredura, microscopia eletrÃnica de transmissÃo e adsorÃÃo de N2. A anÃlise de difraÃÃo de raios-X em baixo Ãngulo da Al-MCM-41 permitiu a determinaÃÃo do parÃmetro de cÃlula que apresentou valor de 4,02 nm. As anÃlises de microscopia eletrÃnica de varredura e de transmissÃo revelaram importantes propriedades morfolÃgicas do material sintetizado. Utilizando as medidas de adsorÃÃo e desorÃÃo de gÃs N2 a Ãrea superficial especÃfica BET da Al-MCM-41 apresentou valor 1.303 m2 g-1, com um volume de poros de 1,23 cm3 g-1 e diÃmetro mÃdio de 2,45 nm. O teste do PZC determinou um pHPZC de 2,69. Os testes de adsorÃÃo do azul de metileno pelo adsorvente Al-MCM-41 mostraram que o mesmo apresenta alta capacidade de adsorÃÃo com valores em torno de 316 mg g-1.

Des complexes bio-inspirés de zinc(II) ont été ancrés à la surface des nanopores d’une silice mésoporeuse de type MCM-41 adopté la technique du pochoir moléculaire à motifs périodiques pour assurer l’isolation des sites en utilisant des ions TMA+ comme espaceur pour contrôler le greffage des fonctions triméthylsilyle. L’objectif étant de mimer le doigt de zinc de l’anhydrase carbonique, une enzyme qui catalyse la réaction réversible d’hydratation du dioxyde de carbone en bicarbonate. Des complexes aminés de métaux de transition ont été aussi ancrés par analogie au site métallique de l’anhydrase carbonique avec un contrôle du voisinage moléculaire comparable à celui des matériaux contenant les complexes à base de zinc. L’interaction du CO2 adsorbé avec les sites actifs de ces matériaux a été aussi étudiée. Les matériaux intermédiaires sont caractérisés à chaque étape par un panel de techniques, dont DRX, analyses élémentaires, adsorption-désorption d’N2, FT-IR, 29Si RMN, XPS et RPE qui confirment l’intégrité de la structure poreuse et la formation des complexes. / Bio-inspired diethylenetriamine zinc(II) complexes were anchored into the nanopores of hexagonal mesoporous MCM41-like silicas. A step-by-step approach called “Molecular Stencil Patterning” was adopted to perform an in situ synthesis in order to mimic the zinc finger of the carbonic anhydrase. In the presence of a surface-masking pattern of TMA+ ions, some silanol groups were capped using grafted trimethylsilyl functions. Transition metal complexes have also been anchored in analogy to the metallic site of carbonic anhydrase with a molecular vicinity control comparable to that of materials containing zinc complexes. The interaction of adsorbed CO2 with the active sites of these materials has also been studied. The materials were characterized with a panel of techniques including XRD, elemental analysis, N2-adsorption-desorption, FT-IR, 29Si NMR, XPS and EPR that confirm the integrity of the porous structure and the complexes formation.

L’objectif de cette thèse consiste à mettre en place un système d’émulsion catalysé par des nanoparticules de Pickering afin de synthétiser des tensioactifs bio sourcés. Pour cela nous nous sommes intéressés à des matériaux mésoporeux fonctionnalisés (de type MCM-41). Ces matériaux favorisent la formation des émulsions tout en catalysant la réaction.Après une étude bibliographique sur le glycérol, les tensioactifs, les émulsions de Pickering et les matériaux mésoporeux, nous nous sommes intéressés à la synthèse et à la fonctionnalisation de ces matériaux. Puis après les avoir caractérisés, nous les avons testés dans des réactions modèles biphasiques (acétalysation et hydrolyse d’ester). Enfin, nous avons terminé cette étude en testant ces catalyseurs dans notre réaction cible (éthérification du glycérol par des alcools gras). La MCM-41 a été synthétisée en utilisant un chauffage micro-onde.Les fonctions greffées sur nos matériaux ont permis de faire varier la balance hydrophile hydrophobe de nos matériaux tout en leur fournissant une fonction catalytique. Les nanoparticules ont été caractérisées par leur ATG, BET, DRX, analyse élémentaire, acidité et tailles des particules.Des catalyseurs à base d’Aerosil® 200 et de Nanoparticules de carbone ont également été testés.Une longue chaine alkyke (C18) et des nanoparticules de petites tailles (Aerosil® 200 et nanoparticules de carbone) favorisent la stabilité des émulsions. Cependant la présence de pores dans nos matériaux n’apporte pas d’avantage catalytique déterminant. / The objective of this work is the conception of emulsion catalysed by Pickering nanoparticles inorder to synthetize biosurfactant. Our strategy was based on functionalised mesoporous materials(MCM-41). These materials combine both emulsion stabilisation and reaction catalysis.After a bibliographic study on glycerol, surfactants, Pickering emulsions and mesoporousmaterials; our strategy was to functionalise these materials. After charaterisation, these materialswere tested in bipohasic model reactions (acetalysation and ester hydrolysis). We come to the end of this study by testing these catalysts in our target reaction (glycerol etherifaction from fattyalcohol).The MCM-41 was synthetized by using a microwave heating. The grafted functions on our materials can both make several hydrophilic-hydrophobic materialsas possible and provided them some catalytic functions. The nanoparticles were characterized byTGA, BET, XRD, elemental analysis, acidity and particle size.Catalyst from Aerosil® 200 and carbon nanoparticles were also tested. A long alkyl chain (C18) and small nanoparticles (Aerosil® 200 and carbon nanoparticles) supportthe emulsion’s stability. Nevertheless, the porous inside our materials is not interesting on acatalytic point of view.

Le débat sur l'origine du comportement anormal de l'eau (H2O), que peut être dû, au niveau moléculaire, à sa capacité à former des réseaux de liaisons hydrogène, est encore ouvert. Les anomalies de le H2O sont fortement accentuées dans la région surfondue du diagramme de phase (PD). Beaucoup de simulations numérique ont expliqué cet comportement en suggérant l'existence d'une transition de phase liquide-liquide (LLPT) entre deux phases de densité différente: Low Density Liquid et High Density Liquid, séparées par une ligne de coexistence terminant sur un point critique (CP) (hypothèse de le 2°point critique). Malheureusement, ce CP, s'il existe, réside dans le No man's land, une région du PD difficile à explorer expérimentalement à cause de la cristallisation spontanée. Confiner H2O dans des géométries nanométrique peut abaisser la température de congélation, en ouvrant la possibilité d'entrer dans le No man's land et d'enquêter sur l'existence de LLPT. Nous avons étudié H2O confiné dans une matrice mésoporeuse (MCM-41), en mettant l'accent sur l'existence d'un minimum de densité (DM) à 210 K, qui devrait être directement lié au second CP supposé. Nos expériences ont exploité la spectroscopie infrarouge, la diffusion de neutrons à petit angle et la diffraction de neutrons sur une large gamme de Q. L'interprétation de nos résultats a conduit à conclure que dans le centre du pore de MCM-41 se forme une hétérophase solide, à une température proche a quelle prétendu par d'autres auteurs pour le DM. Donc l'approche expérimentale commune est faux et ce qui a été précédemment interprété comme un signe de DM à 210 K est en réalité dû au début d'un événement de cristallisation. / Le débat sur l'origine du comportement anormal de l'eau (H2O), qui peut être dû, au niveau moléculaire, à sa capacité à former des réseaux de liaisons hydrogène, est encore ouvert. Les anomalies du H2O sont fortement accentuées dans la région surfondue du diagramme de phase (PD). Beaucoup de simulations numérique ont expliqué cet comportement en suggérant l'existence d'une transition de phase liquide-liquide (LLPT) entre deux phases de densité différente: Low Density Liquid et High Density Liquid, séparées par une ligne de coexistence terminant sur un point critique (CP) (hypothèse de le 2°point critique). Malheureusement, ce CP, s'il existe, réside dans le No man's land, une région du PD difficile à explorer expérimentalement à cause de la cristallisation spontanée. Confiner H2O dans des géométries nanométrique peut abaisser la température de congélation, en ouvrant la possibilité d'entrer dans le No man's land et d'enquêter sur l'existence de LLPT. Nous avons étudié H2O confiné dans une matrice mésoporeuse (MCM-41), en mettant l'accent sur l'existence d'un minimum de densité (DM) à 210 K, qui devrait être directement lié au second CP supposé. Nos expériences ont exploité la spectroscopie infrarouge, la diffusion de neutrons à petit angle et la diffraction de neutrons sur une large gamme de Q. L'interprétation de nos résultats a conduit à conclure que dans le centre du pore de MCM-41 se forme une hétérophase solide, à une température proche a quelle prétendu par d'autres auteurs pour le DM. Donc l'approche expérimentale commune est faux et ce qui a été précédemment interprété comme un signe de DM à 210 K est en réalité dû au début d'un événement de cristallisation.

Diese Arbeit befasst sich mit der katalytischen Umsetzung von oxygenierten Kohlenwasserstoffen in einem Strömungsrohrreaktor bei 500 °C an mikroporösem Alumosilicat ZSM-5, an dem mesoporösem Alumosilicat Al-MCM-41 sowie an deren Mischphasen. Anhand der katalytischen Untersuchungen ist es möglich, für verschiedene Anforderungen an das Produktspektrum Empfehlungen an die Eigenschaften des zu verwendeten Katalysatorsystems zu formulieren. Hierfür wurden Untersuchungen zum Einfluss relevanter Syntheseprozessparameter auf die Zusammensetzung von Al-MCM-41/ZSM-5-Mischphasen vorgenommen. Die Synthese solcher Mischphasen wurde über einen 'Zwei-Template/Ein-Schritt“-Ansatz durchgeführt, der es erlaubte, die an das Katalysatorsystem gestellten Anforderungen durch eine geeignete Wahl der Syntheseparameter zu genügen. Während der Synthese der Al-MCM-41/ZSM-5-Mischphasen beobachtet man drei sich gegenseitig beeinflussenden Vorgänge, die durch, in der wässrigen Syntheselösung vorliegende, alumosilicatische Komponenten miteinander verknüpft sind: Die Auflösung und anschließende Restrukturierung einer nicht-porösen amorphen Phase, die Auflösung und Restrukturierung einer mesoporösen Al-MCM-41-Phase und die Kristallisation einer mikroporösen ZSM-5-Phase. Durch die Erhöhung des Al-Anteils im Synthesegel werden die ZSM-5-Kristallisation verlangsamt und der Schwerpunkt des Gleichgewichts dieser drei Vorgänge für einen gegebenen Reaktionszeitpunkt in Richtung der Bildung der mesoporösen Al-MCM-41-Phase verlagert. Der Einfluss des, in das jeweilige Katalysatorsystem eingebauten Aluminiums auf die katalytische Umsetzung von Oxygenaten manifestiert sich für die beiden Alumosilicate ZSM¬ 5 und Al MCM-41 auf verschiedene Weise. Eine Erhöhung des Al-Anteils in einem mikroporösen ZSM-5-Katalysatorsystem begünstigt den Verlauf von bimolekularen Reaktionen. Dies äußert sich in einem verstärkten Auftreten von Paraffin-bildenden Raktionen wie die Wasserstoff-Transfer-Reaktionen und/oder die Carboniumionen-Spaltung sowie in einer Dominanz von Aromaten-bildenen Reaktionen wie die Cyclisierung mit anschließender Dehydrierung und Aromatisierung. Dieser Effekt kann bei einer Erhöhung des Al-Anteils in einem mesoporösen Al-MCM-41-Katalysatorsystem nur im geringen Maße beobachtet werden. Jedoch nimmt mit sinkendem Si/Al-Verhältnis in beiden Katalysatorsystemen der Anteil an Produkten mit drei oder vier Kohlenstoffatomen zu. Zudem kann dabei eine beginnende Unabhängigkeit des gebildeten Produktspektrums von der Kettenlänge und der funktionellen Gruppe des umgesetzten Oxygenats beobachtet werden.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung und Problemstellung 1 2 Grundlagen 4 2.1 Hydrothermale Synthese von Alumosilicaten 4 2.1.1 WÄSSRIGE CHEMIE UND HYDROTHERMALE BEHANDLUNG VON ALUMOSILICATEN 4 2.1.2 STRUKTUR UND BILDUNGSMECHANISMUS VON AL-MCM-41 5 2.1.3 STRUKTUR UND BILDUNGSMECHANISMUS VON ZSM-5 6 2.2 Katalytische Spaltung von Kohlenwasserstoffen an Alumosilicaten 9 2.2.1 NATUR UND LOKALISIERUNG VON SÄUREZENTREN 9 2.2.2 KOHLENWASSERSTOFF-POOL-MECHANISMUS UND VERKOKUNG 10 3 Experimentelles Vorgehen und analytische Messverfahren 14 3.1 Syntheseroute zur Herstellung von Al MCM 41/ZSM 5-Mischphasen, Al MCM 41 und ZSM-5 14 3.1.1 AL MCM 41/ZSM 5 MISCHPHASEN 14 3.1.2 AL-MCM-41 17 3.1.3 ZSM-5 17 3.2 Datenerhebung und -auswertung relevanter physikalisch-chemischer und festkörperanalytischer Charakterisierungsmethoden 17 3.2.1 PULVER-RÖNTGENDIFFRAKTOMETRIE 17 3.2.2 N2-PHYSISORPTION 19 3.2.3 TEMPERATUR-PROGRAMMIERTE AMMONIAK-DESORPTION 21 3.2.4 ELEMENTARANALYSE 23 3.2.5 27AL MAS NMR 24 3.2.6 THERMOGRAVIMETRISCHE ANALYSE 25 3.3 Katalytische Austestung und Analyse der Messdaten 26 3.3.1 VERSUCHSDURCHFÜHRUNG 26 3.3.2 ANALYSE UND AUSWERTUNG KATALYTISCHER MESSDATEN 27 3.3.3 DURCHGEFÜHRTE KATALYTISCHE TESTMESSUNGEN 29 4 Untersuchungen zum Bildungsmechanismus von Al MCM 41/ZSM 5-Mischphasen 33 4.1 Mechanistische Deutung 33 4.1.1 VORBETRACHTUNG 33 4.1.2 REAKTIONSABLAUF 34 4.1.3 UNTERSUCHUNG DER MESOPOROSITÄT 39 4.1.4 MORPHOLOGISCHE BETRACHTUNG 43 4.2 Wechselwirkungen der „Beeinflussungsfaktoren“ 45 4.2.1 EFFEKT VERSCHIEDENER AUTOKLAV-TYPEN 45 4.2.2 EFFEKT DES AL-ANTEILS IM SYNTHESEGEL 48 4.2.3 SYMBIOTISCHE EINFLUSSNAHME VON ALUMINIUM UND TENSIDEN 50 5 Charakterisierung verwendeter Katalysatormaterialien 52 5.1 ZSM-5 52 5.2 Al-MCM-41 57 5.3 Physikalische Mischungen aus Al-MCM-41 und ZSM-5 60 6 Katalytisches Spalten von Oxygenaten an ZSM 5 64 6.1 Katalytisches Spalten von Alkohol-Oxygenaten an ZSM 5 in Abhängigkeit des Si/Al Verhältnisses 64 6.1.1 PRODUKTANALYSE ANHAND DER KOHLENSTOFFANZAHL IM PRODUKTMOLEKÜL 65 6.1.2 PRODUKTANALYSE ANHAND EINZELNER STOFFGRUPPEN 68 6.2 Katalytisches Spalten von Carbonyl-Oxygenaten an ZSM 5 in Abhängigkeit des Si/Al Verhältnisses 71 6.2.1 PRODUKTANALYSE ANHAND DER KOHLENSTOFFANZAHL IM PRODUKTMOLEKÜL 72 6.2.2 PRODUKTANALYSE ANHAND EINZELNER STOFFGRUPPEN 76 6.3 Ableitung eines Kohlenwasserstoff-Pool Mechanismus zur Beschreibung des katalytischen Spaltens von Oxygenaten an ZSM 5 80 6.3.1 VEREINHEITLICHUNG DES OXYGENAT FEEDS ÜBER DESSEN DEOXYGENIERUNG 81 6.3.2 ASSIMILATION KURZKETTIGER OLEFINE DURCH EINEN KATALYTISCH AKTIVEN BEREICH 83 6.3.3 EINFLUSS DES PORENSYSTEMS UND AL-ANTEILS IM KATALYSATORSYSTEMS 85 6.3.4 BESCHREIBUNG DER PRODUKTBILDUNG EINZELNER STOFFGRUPPEN IN ABHÄNGIGKEIT WESENTLICHER REAKTIONSBEDINGUNGEN 87 7 Katalytisches Spalten von Triacylglyceriden an Al MCM 41 und physikalischen Mischungen aus Al-MCM-41 und ZSM-5 92 7.1 Gegenüberstellung des katalytischen Spaltens von Ethyloctanoat an Al MCM 41 und ZSM 5 in Abhängigkeit des Si/Al Verhältnisses 92 7.2 Anwendung des Kohlenwasserstoff-Pool Mechanismus zur Beschreibung des katalytischen Spaltens von Triacylglyceriden an physikalischen Mischungen aus Al MCM-41 und ZSM-5 97 7.3 Synthese-Struktur-Wirkungsprinzip 103 8 Zusammenfassung und Ausblick 106 Literatur 112 Abbildungsverzeichnis 127 Tabellenverzeichnis 139 Abkürzungsverzeichnis 141 Anhang 142 Veröffentlichungen 165 Eidesstattliche Erklärung 168

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International Telemetering Conference Proceedings / October 25-28, 1999 / Riviera Hotel and Convention Center, Las Vegas, Nevada / In the past, typical telemetry systems for munitions and small missiles have often comprised adaptations of monolithic components originally conceived for aircraft or large missile applications. Programs have developed expensive monolithic systems to meet the needs of specific programs, but they often require extensive redesign for use by other potential users. The tri-service HSTSS Integrated Product Team (IPT) determined that a monolithic “one size fits all” approach has technical and fiscal risks. Thus, a modular approach to system development has been adopted. The HSTSS IPT is flight qualifying commercial microelectronic products designed for environments similar to that of munition interiors, and is developing microelectronic components required to complete a subminiature system. HSTSS components can then be integrated to support the form factor and measurement needs of any given user. In addition to offering a flexible system to the user, the HSTSS lends itself to upgradability (modernization through spares).

International Telemetering Conference Proceedings / October 25-28, 1999 / Riviera Hotel and Convention Center, Las Vegas, Nevada / This paper presents a mathematical model for Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing (COFDM) in frequency selective multipath encountered in aeronautical telemetry. The use of the fast Fourier transform (FFT) for modulation and demodulation is reviewed. Error control coding with interleaving in frequency is able to provide reliable data communications during frequency selective multipath fade events. Simulations demonstrate QPSK mapped COFDM performs well in a multipath fading environment with parameters typically encountered in aeronautical telemetry.

International Telemetering Conference Proceedings / October 22-25, 2001 / Riviera Hotel and Convention Center, Las Vegas, Nevada / Boeing Commercial Airplanes has used many methods in the past to measure the structural loads on the wings of its airplanes. The most recent approach is to use arrays of MEMS pressure sensors on the top and bottom surfaces of the wings. By knowing the difference in pressure between the top and bottom of the wings the structural loads on the wings can be calculated. It was decided that in order to build an array of 1100 sensors it would be necessary to condition the sensors and convert the analog output to a digital form at the site of the pressure measurement. This process was taken one step further by converting the output of the A/D converter into engineering units within the sensor module as well. The array is built using a flex circuit card in one foot sections that can be interconnected to form an array of up to 125 sensors. There is a sensor location every two inches on the flex circuit but not all locations are populated. This paper will describe not only the pressure belt but the lessons learned during the development and the implications that these lessons have for smart transducers in general.

La double fonctionnalisation de la surface d'une silice mésostructurée de type MCM-41 (LUS) a été étudiée, en utilisant une nouvelle technique de "pochoir moléculaire" conduisant à une distribution régulière des fonctions. C'est un procédé de greffage séquentiel qui met en œuvre dans la 1ère étape un principe de rétention du tensioactif assurant la régularité spatiale des groupements à greffer. La 2nde fonctionnalisation par organosilylation est réalisée avec déplacement du reste du tensioactif. <br />Des complexes polyammino biosinspirés de cuivre et d'europium ont été greffés dans des silices mésoporeuses LUS en utilisant cette approche. Les caractérisations effectuées à chaque étape de synthèse en utilisant un panel de techniques (dont XRD, N2-adsorption-desorption, 13C et 29Si MAS-RMN, FT-IR, RPE, EXAFS et MET) confirment l'intégrité de la structure poreuse, la formation des complexes et l'homogénéité de la distribution des fonctions.