Thesis (Ph. D.)--University of Texas at El Paso, 2008. / Title from title screen. Vita. CD-ROM. Includes bibliographical references. Also available online.

Thesis (M.S.)--University of Texas at El Paso, 2008. / Title from title screen. Vita. CD-ROM. Includes bibliographical references. Also available online.

M.Sc. (Geology) / The purpose of this investigation is to produce a' general survey of palygorskite deposits in South Africa with reference to their probable extent, mineralogical composition and the most important chemical and physical properties of the clay. Furthermore it is an attempt to provide a suitable beneficiation process so as to make beneficiated local palygorskite comparable with or superior to imported palygorskite. It is also an attempt to determine whether South African beneficiated palygorskite could replace imported material in e$tablished industrial applications. To these ends pa1ygorskites from seven geographical areas in South Africa were investigated. The characterization of the pa1ygorskites involved the following tests: Identification and semi-quantitative analysis of mineral phases in each sample by means of X-ray diffraction. Chemical analyses, differential thermal analyses, oil absorption measurements, surface area determinations, pH measurements, bulk density measurements and viscosity determinations. Electron microscopy of two end products of the beneficiation pro~ess was also carried out to determine the physical difference between magnetic and non-magnetic palygorskite.

Στην παρούσα πτυχιακή εργασία παρασκευάστηκαν νανοσύνθετα υλικά διοξειδίου του τιτανίου (TiO2)/παλυγορσκίτη (60:40, 70:30, 80:20) για την περιγραφή και μελέτη των χαρακτηριστικών τους ώστε να την εφαρμοστούν σε επόμενο στάδιο στη φωτοκαταλυτική αποδόμηση αέριοων ρύπων (των οξειδίων του αζώτου - NOx) και οι οργανικών πτητικών ενώσεων (VOC’s). Ο παλυγορσκίτης που χρησιμοποιήθηκε για την διεξαγωγή των πειραμάτων συλλέχτηκε από την λεκάνη του Βεντζίου στα Γρεβενά. Τα νανοσύνθετα παρασκευάστηκαν με τη μέθοδο διασποράς-επικάθησης του TiO2 και στις μικροΐνες του Παλυγορσκίτη. Η κρυσταλλική μορφή του TiO2 που συντέθηκε ήταν ο ανατάσης. Για τον χαρακτηρισμό των ιδιοτήτων των τροποποιημένων δειγμάτων εφαρμόστηκαν διαφορετικές τεχνικές όπως: περιθλασιμετρία ακτίνων X, υπέρυθρη φασματοσκοπία μετασχηματισμού κατά Fourier, ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης, ηλεκτρονική μικροσκοπία διερχόμενης δέσμης και προσδιορισμός μεγέθους και κατανομής πόρων καθώς και ειδικής επιφάνειας. Με την άυξηση του TiO2 στα δείγματα μας το αποτιθέμενο υλικό που είναι μεταξύ 3-10nm έδειξε ότι διασπίρεται σε όλη την επιφάνεια του παλυγορσκίτη. Επίσης τα τροποποιημένα με ΤιΟ2 δείγματά μας παρουσίασαν τη δημιουργία μεσοπορώδους δομής με πόρους μεγέθους κυρίως 5,8nm. Τα νανοσύνθετα εμφανίζουν ιδιότητες που φαίνεται να τα καθιστούν αρκετά αποτελεσματικά για τη εφαρμογή τους στους αέριους ρύπους NOx και ως εκ τούτου μπορούν να χρησιμοποιηθούν και για άλλους αέριου ρύπους όπως οι οργανικές πτητικές ενώσεις VOC’s. / In this study three TiO2-Pal nanocomposites were prepared (80:20, 70:30, 60:40). The synthesis and characterization of the nanocomposite were conducted in order to be applied (in a next stage) in several environmental applications including the photocatalytic degradation of Nitrogen oxides (NOx) and volatile organic compounds (VOC’s). The palygorskite sample was collected from Western Macedonia (Grevena, Ventzia basin). The samples were prepared by dispersing TiO2 nanoparticles on the microfibers of palygorskite. The crystal form of TiO2 that was synthesized was anatase. The physical properties of the nanocomposites were tested using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), attenuated total reflection using Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) and N2 surface analysis by BET. By increasing the amount of the TiO2 in the nanocomposites, the deposited 3-10nm TiO2 particles were found to be aggregated on the surfaces of the palygorskite particles. After treating with TiO2, the nanocomposites showed largely interpaticle mesopores of about 5.8nm. The properties of nanocomposites that were measured are very promising showing that all three of them could be effective photocatalysts in decomposing air pollutants like NOx and probably other air pollutants such as volatile organic compounds (VOC’s).

Macroscopic analyses of rocks have produced acceptable results for many problems. These problems are simple, involving normal conditions. But a need is arising to study these rocks under extreme conditions, like high temperatures, projectile penetration and extreme pressures. Behavior of rocks under these conditions cannot be predicted using common macroscopic analyses at normal conditions. Nanostructure of the rock governs the behavior of rock under such situations. Hence, there is a need to study these materials using micro molecular mechanics. There is also a theory that failure in a rock mass is governed by the formation and propagation of microscopic cracks. The development of these can be observed and studied using the nanoscale analyses. A new science is emerging which deals with manipulating the nanostructure of materials. It may be possible in near future to improve the properties of materials into more desirable ones, by changing their nanofabric. These prospects make the nanoscopic analyses of rocks very intriguing. This research aims at developing methods to analyze rocks, clays and other geotechnical materials to study their nanolevel properties. Molecular Dynamics simulation is the most commonly used method in molecular mechanics. A software program TINKER was used for developing the simulation. Using this, MD simulation was performed on a (14,1) carbon nanotube for validation purposes. Later on simulations were performed on rock minerals such as quartz, albite and calcite and clays such as kaolinite and palygorskite. The simulated results are compared with published data on mechanical properties of rock and clay minerals. / Master of Science

Thesis (Ph. D.)--University of Texas at El Paso, 2009. / Title from title screen. Vita. CD-ROM. Includes bibliographical references. Also available online.

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Ce travail a été consacré au développement de nouveaux microréservoirs d'inhibiteurs de corrosion à base de ressources naturelles minérales (les argiles marocaines de types beidellite et palygorskite), et organiques (le chitosane et l'acide heptanoïque) pour être utilisés en tant que charges anticorrosion dans les peintures. Dans les réservoirs de type beidellite, le stockage des inhibiteurs de corrosion a été réalisé soit en saturant les espaces interfoliaires par des cations inhibiteurs de corrosion tels que Ca2+ ou Ce3+, soit en modifiant les charges des feuillets argileux par intercalation du biopolymère chitosane afin d'adsorber des composés anioniques comme les ions heptanoate (C7-). Dans les réservoirs de type palygorskite, le stockage est basé sur le greffage d'un alkoxysilane sur les sites silanols de surface permettant d'adsorber les composés inhibiteurs via des sites NH3+. Après avoir caractérisé les matériaux avant et après fonctionnalisation par différentes techniques analytiques, les performances d'inhibition de corrosion du zinc et d'un acier doux en milieu NaCl ont été évaluées et comparées à celles du composé commercial dihydrogénotriphosphate d'aluminium (TPA) en utilisant des techniques électrochimiques stationnaires et dynamiques. Globalement, le revêtement organique à base de la beidellite modifiée au C7- montre une meilleure protection de l'acier électrozingué que le revêtement au TPA. De même, le revêtement organique comportant la palygorskite greffée au C-7 présente une performance d'inhibition de la corrosion de l'acier doux très intéressante par rapport au revêtement au TPA, sur environ 400 h d'immersion / This work was devoted to the development of new micrometric tanks of corrosion inhibitors based on mineral natural resources (Moroccan beidellite and palygorskite clays), and organic (chitosan and heptanoic acid) to be used as corrosion inhibitor tanks in the paintings. In the reservoirs of beidellite type, the storage of corrosion inhibitors made either by saturating the interlamellar areas by corrosion inhibitors cations such as Ca2+, or Ce3+, or by modifying the electrostatic charge of clays by intercalation of chitosan biopolymer in order to adsorb anionic compounds as heptanoate ions (C7-. In palygorskite type tanks, storage is based on the grafting of an alkoxysilane on the surface silanol sites to adsorb compounds via NH3+ sites. After characterizing materials before and after functionalization by several analytical techniques, the performance of corrosion inhibitors on zinc and mild steel in NaCl medium was evaluated and compared to those of commercial compound aluminium dihydrogen triphosphate (TPA) using stationary and dynamic electrochemical techniques. Overall, the organic coating containing modified C7- beidellite shows better protection of zinc than TPA compound. Similarly, C7- grafted palygorskite coating presents a very interesting performance of corrosion inhibition of mild steel corrosion compared to the coating with TPA, during approximately 400 h of immersion

En vue de la réduction des problèmes engendrés par les phénomènes de retrait-gonflement des sols dans la dépression de la Lama au Sud du Bénin, nous avons entrepris des recherches dans le but de maîtriser le comportement de ces sols. Six échantillons de sols fins dont quatre argileux de cette région ont été prélevés. Différents essais ont été réalisés : une caractérisation macroscopique concernant les propriétés mécaniques et géotechniques et les essais microscopiques prenant en compte les analyses chimiques, thermiques, minéralogiques et microstructurales. Les sols étudiés sont constitués de différents minéraux argileux. Celle à structure fibreuse est à l'origine d’un comportement macroscopique particulier décelé par l’essai de gonflement libre. Les essais ont confirmé le fort potentiel de gonflement et de retrait de certains sols qui sont donc à l'origine des fortes dégradations rencontrées.Les résultats montrent que les sols traités se distinguent par les performances mécaniques acquises et peuvent être utilisés à différents niveaux de la chaussée selon leur teneur en liant.Les différentes méthodes utilisées ont révélé des facettes particulières de l'étude de traitement des sols fins. Principalement, nous avons noté que les informations apportées par les observations au Microscope Electronique à Balayage, les analyses thermiques et les analyses de Diffraction aux Rayons X ont permis de compléter l’analyse des résultats géotechniques. En somme, les méthodes de caractérisation géotechnique permettent d’avoir une idée générale du potentiel de gonflement, mais pour les études d’envergure, la réalisation d’études microscopiques est primordiale. / To help reduce the problems caused by phenomena due to the shrink-swell soil in the depression of the Lama in southern Benin, we have undertaken research in order to control the behavior of these soils. Six soil samples, including four clay from this area were taken. Different types of tests were performed: a macroscopic characterization concerning mainly mechanical and geotechnical properties and microscopic tests taking into account the chemical, thermal, microstructural and mineralogical analysis. The soils studied consist of different clay minerals. The fibrous structure is at the origin of a particular macroscopic behavior detected by the free swell test. The tests confirmed the potential for swelling and shrinking of some soils that are causing heavy damage.Three soils treated with different contents at Binder Hydraulic Road, were subjected to several tests. The results show that these soils are distinguished by the acquired mechanical performance and may be used at different levels of the floor according to binder content.Also, the different methods revealed specific facets of fine soil treatment study. Mainly, we noted that the information provided by the observations scanning electron microscope, thermal analysis and the analysis of diffraction X-Ray are very important and helped complete the analysis of geotechnical results for soil treatment. In sum, geotechnical characterization methods used to get a general idea of the swelling potential, but for large-scale studies, conducting microscopic studies is paramount.

L’exposition cutanée aux produits chimiques par des rejets criminels ou accidentels impose une méthode de décontamination rapide et efficace pour sauver des vies et limiter le transfert de la contamination. L’exploration bibliographique recense des produits toxiques (armes chimiques, toxiques industriels) ainsi que les décontaminants naturels ou synthétiques et leurs méthodes d’application dans un contexte d’intervention sur le terrain. Le sujet vise à la qualification d’un outil de décontamination, la terre de foulon dans des formulations simples, faciles à mettre en œuvre en urgence par les services de Sécurité civile (sapeurs-pompiers). Le travail réalisé comporte :La caractérisation chimique et structurale de la poudre de terre de foulon NBC-Sys qui a permis d’identifier le composant principal : la palygorskite, La formulation et la caractérisation galénique et physico-chimique (granulométrie, zêta potentiel) en milieu concentré et milieu dilué des systèmes dispersés,La capacité d’adsorption de la terre de foulon et ses formulations vis-à-vis d’un modèle contaminant, le 4-cyanophenol, d’intérêt pour l’évaluation de la décontamination, in vitro en milieu aqueux, ex vivo sur explant cutané. L’adsorption du 4-CP en solution aqueuse (10, 100 et 500 mg/L-1) est rapide (5-15min) au contact de la terre de foulon, varie avec le ratio terre de foulon/4-CP, atteint un plateau (saturation) entre 45 et 60 min, l’équilibre entre 60 min et 120 min. Les suspensions de terre de foulon sont plus efficaces (90%) pour la décontamination que les poudres (70%) et l’eau (60%) dans des conditions expérimentales identiques. L’évaluation de la terre de foulon et ses formulations sur les paramètres physiologiques de la peau (perte insensible en eau et conductance) in vivo chez l’homme ne montre pas d’altération de la fonction barrière cutanée.L’ensemble est un premier pas vers une référence (qui n’existe pas actuellement), incluant une méthodologie de décontamination chimique / Cutaneous exposure to contaminants chemicals after criminal or accidental release enforces a rapid and efficient decontamination to save lives and avoid cross contamination. A bibilographic exploration of this work identifies toxic chemical (chemical warfare agents, toxic industrial chemicals), raw and synthetic decontaminants and their application methods applied in emergency. The aim of this study focuses on a decontamination tool qualification, the fuller’s earth (FE), simple formulated, easy to apply in emergency by civil Security services (fire fighter brigades). The work performed includes :The chemical and structural characterization of the powder of fuller’earth NBC-Sys , that lead to identify the palygorskite as main component, The formulation of dispersed systems and their physico chemical characterization (granulometry, zêta potentiel) in concentrated or diluted medium. The adsorption capacity of the FE and formulations for a contaminant model, the 4-cyanophenol, to assess decontamination in vitro, in aqueous medium, ex vivo on cutaneous explant.4-CP adsorption in aqueous solutions (10, 100 et 500 mg/L-1) is rapid (5-15min), when contact with FE, vary with the ratio FE/ 4-CP, to reach a plateau phase (saturation) between 45 and 60 minutes, and an steady state between 60 and 120 min. FE suspensions are more efficient (90%) than powder (70%) and water (60%) in the same experimental conditions. L’évaluation de la terre de foulon et ses formulations sur les paramètres physiologiques de la peau (perte insensible en eau et conductance) in vivo chez l’homme ne montre pas d’altération de la fonction barrière cutanée. FE and its suspensions were assessed on physiological skin parameters (Transepidermal water loss and conductance) in vivo in a human study and exhibit no alteration on the skin barrier function. Results obtained is a first step towards a reference (that actually don’t exist) including a chemical decontamination method