Thesis (M. S.)--Chemical Engineering, Georgia Institute of Technology, 2009. / Committee Chair: William J. Koros; Committee Member: Amyn Teja; Committee Member: Carson Meredith; Committee Member: Sankar Nair; Committee Member: Wallace W. Carr.

Thesis (Ph. D.)--Chemical Engineering, Georgia Institute of Technology, 2006. / Chaikof, Elliot, Committee Chair ; Hanson, Stephen, Committee Member ; Lollar, John "Pete", Committee Member ; Sambanis, Athanassios, Committee Member ; Yoganathan, Ajit, Committee Member.

Thesis (Ph.D.)--University of Waikato, 2006. / Includes bibliographical references (leaves [186]-203) Also available via the World Wide Web.

Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2007. / Full text release at OhioLINK's ETD Center delayed at author's request

Orientador: Priscila Alessio Constantino / Banca: Amando Siuiti Ito / Banca: Eloi da Silva Feitosa / Resumo: O presente trabalho trata do estudo da interação entre os poluentes emergentes amoxicilina (AMX) e azul de metileno (AM) com modelos-simples de membrana biológica compostas de fosfolipídios zwiteriônicos (DPPC e DOPC), através de filmes de Langmuir e vesículas unilamelares gigantes (GUVs). As membranas foram expostas aos poluentes de forma individual e também misturados (MIX) para que se aproximasse de uma situação real, neste caso, o chamado efeito coquetel, no qual os poluentes são encontrados misturados no ambiente. O objetivo principal foi investigar as possíveis interações entre os poluentes e os fosfolipídios e os consequentes efeitos nas membranas. Nos filmes de Langmuir, as isotermas π-A (pressão superficial por área molecular média) de DPPC revelaram que a AMX e o AM são expulsos da interface ar-água conforme a fase condensada é atingida. O DOPC demonstrou ser menos afetado pela AMX, uma vez que a isoterma não apresentou deslocamento. Contudo, o DOPC se mostrou mais susceptível a interagir com o AM, visto que um deslocamento significativo foi observado. Para ambos os lipídios a MIX causou maiores efeitos, evidenciados por deslocamentos maiores nas isotermas. Análises de módulo compressional mostraram um pequeno aumento na fluidez do filme de DPPC, não observado para o DOPC. As medidas de microscopia de ângulo de Brewster (BAM) na presença dos poluentes revelaram mudanças na morfologia dos filmes, afetando a formação dos domínios de DPPC e impedindo a formação dos mes... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The present work is about the interaction between the emerging pollutants amoxicillin (AMX) and methylene blue (MB), with biological membrane models of zwitterionic phospholipids (DPPC and DOPC), through Langmuir films and giant unilamellar vesicles (GUVs). The membrane was exposed to the presence of the pollutants individually, still being performed the analysis with the mixture (MIX) of both in order to get closer to a real situation, in which the pollutants are found mixed in the environment. The main goal was to investigate the possible interactions between the pollutants and phospholipids. The π-A (surface pressure by mean molecular area) isotherms of DPPC reveal that in the condensed phase the lipid expelled the AMX and MB of the air-water interface. The DOPC showed to be less affected by the AMX, once the isotherm did not present a displacement. However, the DOPC showed to be more susceptible to interact with the MB, since significant displacements were observed. In both lipids, the MIX showed to be more effective, causing bigger displacements. The analysis of compressional modulus showed a small increase of the fluidity of the DPPC film, which was not observed to the DOPC. The Brewster Angle Microscopy (BAM) measurements in the presence of the pollutants revealed changes in the morphology, affecting the domains formation of DPPC and inhibiting the formation of the same in monolayers. The PM-IRRAS specters to the DPPC indicated possible electrostatic interactions with ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Membrane technology can be utilised for the high purification and desalination of water. However membrane filtration processes are commonly impeded by membrane fouling, which can lead to flux decline and an overall reduction in separation efficiency within the process. Therefore the aim of this research study was a comprehensive investigation of the issue of biofouling on industrial RO membranes through molecular biology techniques, characterisation of surface charge of foulant bacteria and RO membrane surface and AFM imaging and force measurements on clean and fouled membranes for the determination of adhesion force and micromechanical properties. The laboratories within Gwangju Institute of Science and Technology, South Korea and Swansea University, Wales were equipped for the scope of this research work. Research focused on the extraction of microbial DNA obtained from fouling layers on the surface of Reverse Osmosis Membranes obtained from the Fujairah Water and Power Plant, UAE. The use of the culture independent method of the molecular technique based on the 16S rDNA sequence and constructed gene libraries, was then used to determine the bacterial species that caused significant fouling on the RO membrane. Four bacterial species isolated from the fouling layer from the RO membrane were characterised in terms of electrophoretic mobility and zeta potential to determine the cell surface charge within various industrial relevant environments for the elucidation of cell adhesion mechanisms to the membrane surface. AFM images of virgin and fouled membranes were obtained and analysed to reveal the roughness of the surface which could influence fouling and the surface charge of the membranes were measured through the method of streaming potential at various industrial relevant environments to further elucidate the mechanisms of cell adhesion to the membrane surface. Force measurements were performed to reveal the adhesion force and elasticity values of virgin, process fouled and purposely fouled with the four bacterial isolates, to determine process behaviour in various environmental conditions. Through this research and future work, it is hoped that a rational strategy for economic and effective cleaning processes will be developed which will maintain efficient membrane operation and prolong membrane life, thus enabling the reduction of operating costs of such processes.

Neste trabalho foram preparadas membranas de poliamida 66 (PA 66) pelo método de inversão de fases (IF) e caracterizadas com o objetivo de verificar sua possível aplicação em processos de separação. As membranas de PA 66 foram preparadas utilizando dois solventes diferentes, ácido fórmico (AF) e ácido clorídrico (HCl) e água como não-solvente. As membranas preparadas na forma de filmes (não suportadas) foram caracterizadas por Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FT-IR) e calorimetria exploratória diferencial (DSC), onde os resultados mostraram que a estrutura química e o comportamento térmico da PA 66 não foram alterados como o uso de ácidos como solventes. Os filmes apresentaram estrutura assimétrica, com formação de camada densa na parte superior seguida de subestrutura de poros esféricos observada por microscopia eletrônica de varredura (MEV). A espessura de camada densa variou de 10 à 25 μm, para o filme preparado em AF e HCl, respectivamente. O aumento da espessura da camada densa, ou seja, a redução de espaços vazios influenciou diretamente os resultados de percentual de água absorvida e porosidade total. A porosidade foi de 15 contra 50% para os filmes preparados em AF e HCl, respectivamente. O fluxo de vapor de água foi menor para os filmes com maior espessura de camada densa, devido ao aumento da resistência ao transporte de massa. Com o objetivo de aumentar a resistência mecânica dos filmes de poliamida, foram preparadas membranas suportadas em tecido de poliéster para posterior aplicação em processos de separação que utilizam altas pressões. As membranas suportadas foram caracterizadas pelas técnicas de BET para determinação de tamanho médio de poros, ensaios de osmose inversa (OI) e ultrafiltração (UF). Ambas as membranas preparadas em AF e HCl apresentaram valores de tamanho de poro muito próximos quando analisado por BET. O ensaio de compactação com água pura realizado a 40 bar de pressão revelou que as membranas preparadas em AF sofrem maior compactação na sua estrutura apresentando fluxo de permeado em torno de 22 Lm-2h-1 enquanto a membrana preparada em HCl apresentou fluxo de 312 Lm-2h-1. No ensaio de OI, a rejeição máxima ao cloreto de sódio foi de 7% e 4% para a membrana AF-3 e HCl-3, respectivamente. Nos ensaios de ultrafiltração (UF), realizados a 15 bar, ambas as membranas apresentaram valores de rejeição próximos a 70% para albumina de ovo e 80% para albumina bovina. Com esse resultado, podemos concluir que ambas as membranas apresentaram características de tamanho de poro e rejeição para aplicações em processos de UF. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-06-04T16:11:59Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Patricia Poletto.pdf: 15767648 bytes, checksum: 81ddada763fec9ceadc8f928e56747a6 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-04T16:11:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Patricia Poletto.pdf: 15767648 bytes, checksum: 81ddada763fec9ceadc8f928e56747a6 (MD5) / In the present study, polyamide 66 (PA 66) membranes were prepared by phase inversion (PI) and characterized in order to verify their potential application in separation processes. PA 66 membranes were prepared using two different solvents, formic acid (FA) and chloridric acid (HCl), and water as a non-solvent. Membranes prepared in film form (not supported) were characterized by Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) and differential scanning calorimetry (DSC) and the results showed that the chemical structure and thermal behavior of the PA 66 were not altered by the use of acids as solvents. The films revealed an asymmetric structure with a dense top layer and a porous sublayer featuring spherical pores observed by scanning electron microscopy (SEM). The thickness of the dense layer varied from 10 to 25 μm in films prepared with FA and HCl, respectively. The increase in thickness of the dense layer, i.e., the reduction of empty spaces, directly influenced the results regarding water absorption percentage and total porosity. The porosity found was 15% and 50% for films prepared with FA and HCl, respectively. Water vapor flux was lower in films with a thicker dense layer as a result of a greater resistance to mass transfer. In order to increase mechanical resistance in polyamide films, supported membranes with polyester fabric were prepared for latter application in separation processes through high pressure. Supported membranes were characterized by BET techniques for the determination of pore size, reverse osmosis and ultrafiltration assays. Both membranes prepared with FA and HCl showed very similar pore sizes when analyzed by/with BET. A compression assay with pure water performed at a pressure of 40 bar revealed that membranes prepared with FA undergo greater compaction of its structure and had a permeate flux value of approximately 22 Lm-2h-1 whereas the membrane prepared with HCl had a permeate flux value of 312 Lm-2h-1. On reverse osmosis assays, the maximum rejection to sodium chloride was 7% and 4% for FA-3 and HCl-3 membranes, respectively. On ultrafiltration assays, performed at 15 bar, both membranes had rejection values close to 70% for egg albumin and 80% for bovine albumin. Based on this result, it is possible to conclude that both membranes revealed pore size and rejection characteristics for application in ultrafiltration processes.

Este trabalho tem como objetivo preparar e avaliar membranas de Paládio em suporte cerâmico poroso de α-alumina, sinterizado a 1600ºC, utilizando os métodos sol-gel e de deposição química, electroless plating. Foram preparadas membranas, α-alumina/Pd, com uma e duas camadas de paládio na superfície externa do suporte cerâmico. O suporte cerâmico e as membranas foram caracterizados por análise morfológica através de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia por Dispersão de Energia (EDS), Porosimetria por Intrusão de Mercúrio e, a permeabilidade e seletividade dos gases H2, CH4 e CO2 a partir de um sistema de bancada. As imagens de MEV mostram uma superfície mais uniforme para a membrana com uma camada de paládio do que com duas camadas. Os testes de permeação de gases indicam que as membranas são seletivas, apresentando seletividade de ≈60% para H2/CO2 e ≈ 45% para H2/CH4 independente da espessura da camada de paládio depositada no suporte cerâmico. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-03-20T14:16:45Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Raphael Bertotto.pdf: 1994310 bytes, checksum: 98090c50bd52b4dbf621dfd7308517d3 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-20T14:16:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Raphael Bertotto.pdf: 1994310 bytes, checksum: 98090c50bd52b4dbf621dfd7308517d3 (MD5) Previous issue date: 2017-03-20 / This work aims to prepare and evaluate Palladium membranes on porous ceramic support of α-alumina, sintered at 1600ºC, using sol-gel and electroless plating technique. It were prepared membranes Pd/α-alumina, with one e two depositions of Pd in the external surface of ceramic support. The ceramic support and the membranes were characterized by morphological analysis through Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersion Spectroscopy (EDS), mercury porosimetry and, the permeability and selectivity to H2, CH4 e CO2 from a bench system. The SEM images show that surface membrane is more uniform with one layer than two Pd layers. Gas permeability test suggest that the composite membranes possessed gas selectivity, and selectivity was of ≈60% for H2/CO2 gas and ≈45% for H2/CH4 gas, regardless of thickness of Pd layer.

A microfiltração tangencial aplicada à clarificação de vinho branco tem se tornado uma importante alternativa aos processos convencionais de filtração na indústria vinícola, como a filtração por terras diatomáceas, trasfega e centrifugação. O uso de membranas cerâmicas tem despertado interesse para esta finalidade. Neste trabalho, diferentes membranas cerâmicas e compósitas tubulares, mono e multicanal, de diferentes tamanhos de poro, foram avaliadas quanto à sua morfologia e testes de permeabilidade hidráulica e do vinho branco, a fim de verificar a influência da estrutura destas no fluxo de vinho branco permeado, bem como, avaliar a presença de resíduos sólidos suspensos no vinho permeado decorrente de seu processo de clarificação. As membranas foram caracterizadas por difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (FESEM), espectroscopia de dispersão de energia (EDS), porosimetria por intrusão de mercúrio, testes de permeabilidade e retenção de proteínas. O tamanho médio de poro apresentado pelas membranas variou de 0,0056 a 5,0 µm. As membranas compósitas apresentaram ótima retenção proteica, 99%, para solutos com massa molar acima de 45 kDa. Membranas de α-alumina tratadas termicamente a 1450ºC e membranas compósitas de α-alumina/poliamida 66 demonstraram, em média, redução de 99,9% da turbidez inicial do vinho, sendo possível reduzir de 720 NTU para, em média, 0,30 NTU, com possibilidade de estabilização tartárica em sete dias e fluxos de permeado que variaram de 60,8 a 8,8 L.m-2.h-1, respectivamente, a 1,0 bar de pressão. Por outro lado, membranas de mulita e titânia não demonstraram eficiência para a clarificação, sendo que o vinho permeado pela membrana de mulita apresentou turbidez de 20 NTU e aumento do índice de polifenóis totais (IPT). Membranas compósitas permitiram a redução de 37% no valor de IPT do vinho branco. O baixo valor de turbidez obtido nos vinhos permeados pelas membranas de alumina e compósitas demonstra forte perspectiva da utilização destas membranas na clarificação do vinho branco. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-03-24T18:24:14Z No. of bitstreams: 1 Tese Kélen Cristofoli.pdf: 5048002 bytes, checksum: 8a229e6f22e8e9bddc2c19f7a5060a08 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-24T18:24:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Kélen Cristofoli.pdf: 5048002 bytes, checksum: 8a229e6f22e8e9bddc2c19f7a5060a08 (MD5) Previous issue date: 2017-03-24 / The tangential microfiltration applied to the clarification of white wine has become an important alternative to conventional filtration processes in the wine industry, for example, the filtration diatomaceous earth, land transfer and centrifugation. The use of ceramic membranes has awakened interest for this purpose. In this work, different and tubular composite ceramic membranes, mono and multi-channel, of different sizes of pore, were evaluated for their morphology and hydraulic permeability tests and white wine, in order to verify the influence of the structure of these in white wine flow permeated as well, evaluate the presence of suspended solids in the waste wine due to its process of clarification. The membranes were characterized by x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy by field emission (FESEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), porosimetria by mercury intrusion tests, permeability and protein retention. The average pore size presented by membranes ranged from 0.0056 to 5.0 µm. Composite membranes showed great protein retention, 99%, for solutes with molecular weight up to 45 kDa. α-alumina membranes treated thermally to 1450ºC and composite membranes of α-alumina/polyamide 66 showed, on average, 99.9% reduction of wine’s turbidity, being possible to reduce from 720 NTU to average 0.30 NTU, with possibility of tartaric stabilization in seven days and permeate fluxes that ranged from 60.8 to 8.8 L. m-2h-1, respectively, the 1.0 bar pressure. On the other hand, mullite and titania membranes have not shown effectiveness for clarification, the wine permeated by the membrane of mullite presented turbidity of 20 NTU and increase the rate of total polyphenols (IPT). Composite membranes have enabled the reduction of 37% in the value of IPT of the white wine. The low turbidity value obtained in wine permeated by composite and alumina membranes, strong perspective of use demonstrates of these membranes in the clarification of white wine.

A microfiltração tangencial aplicada à clarificação de vinho branco tem se tornado uma importante alternativa aos processos convencionais de filtração na indústria vinícola, como a filtração por terras diatomáceas, trasfega e centrifugação. O uso de membranas cerâmicas tem despertado interesse para esta finalidade. Neste trabalho, diferentes membranas cerâmicas e compósitas tubulares, mono e multicanal, de diferentes tamanhos de poro, foram avaliadas quanto à sua morfologia e testes de permeabilidade hidráulica e do vinho branco, a fim de verificar a influência da estrutura destas no fluxo de vinho branco permeado, bem como, avaliar a presença de resíduos sólidos suspensos no vinho permeado decorrente de seu processo de clarificação. As membranas foram caracterizadas por difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (FESEM), espectroscopia de dispersão de energia (EDS), porosimetria por intrusão de mercúrio, testes de permeabilidade e retenção de proteínas. O tamanho médio de poro apresentado pelas membranas variou de 0,0056 a 5,0 µm. As membranas compósitas apresentaram ótima retenção proteica, 99%, para solutos com massa molar acima de 45 kDa. Membranas de α-alumina tratadas termicamente a 1450ºC e membranas compósitas de α-alumina/poliamida 66 demonstraram, em média, redução de 99,9% da turbidez inicial do vinho, sendo possível reduzir de 720 NTU para, em média, 0,30 NTU, com possibilidade de estabilização tartárica em sete dias e fluxos de permeado que variaram de 60,8 a 8,8 L.m-2.h-1, respectivamente, a 1,0 bar de pressão. Por outro lado, membranas de mulita e titânia não demonstraram eficiência para a clarificação, sendo que o vinho permeado pela membrana de mulita apresentou turbidez de 20 NTU e aumento do índice de polifenóis totais (IPT). Membranas compósitas permitiram a redução de 37% no valor de IPT do vinho branco. O baixo valor de turbidez obtido nos vinhos permeados pelas membranas de alumina e compósitas demonstra forte perspectiva da utilização destas membranas na clarificação do vinho branco. / The tangential microfiltration applied to the clarification of white wine has become an important alternative to conventional filtration processes in the wine industry, for example, the filtration diatomaceous earth, land transfer and centrifugation. The use of ceramic membranes has awakened interest for this purpose. In this work, different and tubular composite ceramic membranes, mono and multi-channel, of different sizes of pore, were evaluated for their morphology and hydraulic permeability tests and white wine, in order to verify the influence of the structure of these in white wine flow permeated as well, evaluate the presence of suspended solids in the waste wine due to its process of clarification. The membranes were characterized by x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy by field emission (FESEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), porosimetria by mercury intrusion tests, permeability and protein retention. The average pore size presented by membranes ranged from 0.0056 to 5.0 µm. Composite membranes showed great protein retention, 99%, for solutes with molecular weight up to 45 kDa. α-alumina membranes treated thermally to 1450ºC and composite membranes of α-alumina/polyamide 66 showed, on average, 99.9% reduction of wine’s turbidity, being possible to reduce from 720 NTU to average 0.30 NTU, with possibility of tartaric stabilization in seven days and permeate fluxes that ranged from 60.8 to 8.8 L. m-2h-1, respectively, the 1.0 bar pressure. On the other hand, mullite and titania membranes have not shown effectiveness for clarification, the wine permeated by the membrane of mullite presented turbidity of 20 NTU and increase the rate of total polyphenols (IPT). Composite membranes have enabled the reduction of 37% in the value of IPT of the white wine. The low turbidity value obtained in wine permeated by composite and alumina membranes, strong perspective of use demonstrates of these membranes in the clarification of white wine.