A presença de antibióticos no meio ambiente aquático tem causado crescente preocupação mundial. Além dos relatos de resistência de bactérias a antibióticos, essa classe de fármacos também pode causar efeitos tóxicos e atuar como perturbadores endócrinos em diversos organismos vivos e, possivelmente, em humanos. Dentre os antibióticos comumente usados destacam-se as sulfonamidas, detectadas em águas subterrâneas e superficiais. Os processos avançados de oxidação (POA) têm sido apontados como tecnologias eficientes para tratamento de poluentes recalcitrantes em diferentes matrizes aquosas. Dentre os POA, o processo foto-Fenton é uma alternativa para a degradação de compostos não biodegradáveis, incluindo fármacos. Uma vez que a principal limitação do processo é o intervalo de pH (2,5- 4,0), a reação pode ser vantajosamente conduzida empregando-se substâncias bio-orgânicas solúveis (BOS) como agentes complexantes de Fe3+ em condições ligeiramente ácidas (pH 5). Por sua vez, o emprego da energia ultrassônica tem sido menos estudado. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é estudar a degradação do antibiótico sulfadiazina (SDZ) por meio do processo foto-Fenton na presença de substâncias bio-orgânicas solúveis (UVvis/ Fe3+/H2O2/BOS) e do processo de cavitação por meio de ultrassom (US). Os resultados obtidos mostram que a sulfadiazina é eficientemente degradada por ultrassom de alta frequência. As maiores porcentagens e taxas de remoção são obtidas usando menor frequência de operação (580 kHz), maior potência dissipada e em pH ligeiramente ácido (melhor condição: pH 5,5). Além disso, a reação de Fenton, combinada com o tratamento US, melhorou notavelmente a degradação da SDZ, particularmente quando quantidades extras de H2O2 foram adicionadas ao sistema. Por sua vez, o uso de BOS como aditivos no processo foto-Fenton apresenta influência marcante na fotodegradação da SDZ em condições ligeiramente ácidas (pH 5). Os BOS podem estabilizar espécies de ferro em solução aquosa em pH próximos ao neutro, o que constitui uma propriedade de grande interesse. Sob as condições estudadas, o BOS CVT230 foi mais eficiente do que FORSUD, provavelmente devido às diferenças nos grupos funcionais presentes na composição destas substâncias. Finalmente, foram calculados os indicadores de consumo de energia elétrica por ordem de grandeza (EEO) para o processo de ultrassom (1572 kW h m-3 ordem-1) e área do coletor por ordem de grandeza (ACO) para o processo foto-Fenton (8,07 m2 m-3 ordem-1). / The potential impacts of antibiotic residues in the environment have become an emerging concern during recent years due to their relation with the development of resistant bacteria, and in some cases to their ability to cause toxic and endocrine disrupting effects in humans and other living organisms. Highlighted among the commonly used antibiotics are the sulfonamides, detected in groundwater and surface water. Advanced oxidation processes (AOP) might constitute an important alternative to deal with pharmaceuticals degradation. Among them, the photo-Fenton process has been widely used. One of its major drawbacks is the highly acidic pH needed (2,5-4,0) to avoid the formation of photochemically inactive iron oxides and hydroxides. The ability of soluble bio-organic substances (SBO) to complex metal cations such as iron is useful for the development of photo-Fenton at mild acidic conditions (pH 5). In turn, the use of ultrasonic energy has been less studied. In this context, the aim of this work is to study the degradation of the antibiotic sulfadiazine (SDZ) by the photo-Fenton process in the presence of soluble bio-organic substances (UV-vis/Fe3+/H2O2/SBO) and by ultrasonic cavitation (US). The results confirm that SDZ is effectively degraded by highfrequency ultrasound. Higher SDZ percent removals and removal rates were observed for the lowest operating frequency (580 kHz), higher dissipated power, and in slightly acidic solution (pH 5.5). On the other hand, SDZ degradation is highly improved in the case of the US/ Fe(II)/H2O2 system. The use of the SBO as Fenton additives in turn has a remarkable influence in SDZ photodegradation at slightly acid conditions (pH 5). This could be ascertained to the complexation of iron by the SBO, hence maintained in the reaction medium as a photoactive species. Under the studied conditions, the BOS CVT230 was more efficient than FORSUD, probably due to differences in the functional groups present in the composition of these substances. Finally, the figures-of merit electrical energy per order (EEO) and collector area per order (ACO) were calculated for the ultrasound (1572 kW h m-3 ordem-1) and photo-Fenton (8,07 m2 m-3 ordem-1) processes respectively.

No description available.

[EN] In this Doctoral Thesis the reactivity of a group of emerging pollutants (EP) present in the output waters of urban treatment plants and the implementation of a photo-Fenton process in slightly acidic pH conditions using bio-organic solubles (SBO) as auxiliary chemicals have been studied. First, a mechanistic study was performed to investigate the role played by various reactive species in the oxidation of a mixture of emerging pollutants generated photochemically through advanced oxidation processes. These oxidizing species are the hydroxyl radical (OH), singlet oxygen (1O2) and the excited states of photocatalysts able to act through electron transfer processes. Results show that the EP degradation from the photo-Fenton process is too complex to be explained exclusively by the direct reaction of radical OH¿. More likely, OH radical reacts with further species present in the medium, so that long-lived radicals are generated and contribute to the degradation of EP or participate in chain processes. Rose bengal, known 1O2 generator, showed very low reactivity with EP under photochemical conditions. This fact together with the low values obtained for the rate constants in the reaction of 1O2 with EP, indicate that degradation of EP with singlet oxygen at these concentrations is very inefficient. Electron transfer processes studied using triphenylpyrylium (TPP+) and triphenylthiopyrylium (TPTP+) showed that degradation of EP were produced through the excited singlet and triplet states of the photocatalysts, slightly higher results were obtained by using the TPTP+. SBO, isolated from the wet fraction of municipal waste, are formed by a mixture of macromolecules with a wide range of sizes that goes from 67 to 463 kgmol-1. Furthermore, chemical composition of SBO resembles that of natural organic matter that has been employed in solar photochemical processes for wastewater treatment. Characterization of SBO has shown that these substances are biocompatible, stable after 24 hours of irradiation and able to improve the efficiency of photo-Fenton under slightly acidic pH. The results obtained in the optimization of the operational variables of the photo-Fenton process in the presence of SBO suggest that the mechanism of this process has changed, so that the optimum pH value of 2,8 has shifted to values close to 4. Therefore, the hydroxyl radical is not the main specie but others species could play a role; however they have not been unequivocally identified due to the complexity process. Moreover, SBO are able to generate reactive species; however their efficiency depends on the balance between the generation of reactive species and the inner filter effect produced by the deep color of SBO and also by the competition for the generated reactive species between SBO and the pollutants / [ES] En la presente Tesis Doctoral se estudió la reactividad de un conjunto de contaminantes emergentes (CE) presentes en aguas naturales de salida de depuradoras urbanas y la posibilidad de implementar un proceso foto-Fenton en condiciones de pH ligeramente ácidas empleando sustancias solubles bio-orgánicas (SBO) como auxiliares químicos. En primer lugar se realizó un estudio mecanístico para indagar sobre el papel desarrollado por diversas especies reactivas, generadas fotoquímicamente mediante procesos de oxidación avanzada, en la oxidación de una mezcla de contaminantes emergentes. Entre estas especies oxidantes se encuentra el radical hidroxilo (OH.), el oxígeno singlete (1O2), y los estados excitados de los fotocatalizadores capaces de actuar en procesos de transferencia electrónica. Los resultados obtenidos muestran que el proceso de degradación de los CE mediante foto-Fenton es demasiado complejo para poder ser explicado únicamente mediante la reacción directa del radical OH. Posiblemente, tras ser generado, el radical OH reacciona con las especies presentes en el medio de forma que se generan radicales de vida larga que contribuyen a la degradación de los CE o bien inicia procesos en cadena. El rosa de bengala, conocido generador de 1O2, mostró muy baja reactividad con los CE en condiciones fotoquímicas. Este hecho unido a los bajos valores obtenidos para las constantes de reacción del 1O2 con los CE, nos indica que la degradación mediante reacción con oxígeno singlete a estas concentraciones es muy ineficiente. Los estudios de los procesos de transferencia electrónica empleando trifenilpirilio (TPP+) y trifeniltiopirilio (TPTP+) muestran que la degradación de los CE se produce desde los estados excitados singlete y triplete de los fotocatalizadores, obteniéndose unos resultados ligeramente superiores mediante el empleo del TPTP+. Los SBO son materiales extraídos de la fracción húmeda de los residuos urbanos. Estas sustancias están constituidas por una mezcla de macromoléculas con un amplio rango de tamaños que oscila de 67 a 463 kgmol-1. Además su composición química presenta similitudes estructurales con algunas sustancias que se encuentran en la materia orgánica natural y que han sido empleadas en procesos fotoquímicos solares para el tratamiento de aguas residuales. La caracterización de los SBO ha demostrado que estas sustancias son biocompatibles, estables tras 24 horas de irradiación y capaces de mejorar la eficiencia del foto-Fenton en condiciones de pH ligeramente ácidas. Los resultados obtenidos en la optimización de las variables operacionales en el proceso foto-Fenton en presencia de SBO sugieren que se ha producido una modificación en el mecanismo del proceso foto-Fenton de forma que se ha desplazado el valor óptimo de pH desde 2,8 a valores cercanos a 4. Por tanto el radical hidroxilo puede no ser la especie principal y entrar en juego otras especies que no han podido ser identificadas con certeza debido a la complejidad del proceso. Los SBO son capaces de generar especies reactivas, sin embargo se ha de llegar a un equilibrio entre la generación de especies reactivas y el efecto filtro producido por su acusada coloración, así como por la competencia de los propios SBO por las especies reactivas generadas. / [CA] En la present Tesi Doctoral es va estudiar la reactivitat d'un conjunt de contaminants emergents (CE) presents en aigües d'eixida de depuradores urbanes i la possibilitat d'implementar un procés foto-Fenton en condicions de pH lleugerament àcides emprant substàncies solubles bio-orgàniques (SBO) com auxiliars químics. En primer lloc es va realitzar un estudi mecanístic per indagar sobre el paper desenvolupat per diverses espècies reactives, generades fotoquímicament mitjançant processos d'oxidació avançada, en l'oxidació d'una mescla de contaminants emergents. Entre aquestes espècies oxidants es troba el radical hidroxil (OH), l'oxigen singlet (1O2), i els estats excitats dels fotocatalitzadors capaços de actuar per processos de transferència electrònica. Els resultats obtinguts mostren que el procés de degradació dels CE mitjançant foto-Fenton és massa complex per poder ser explicat únicament per la reacció directa del radical OH. Possiblement després de ser generat, el radical OH reacciona amb les espècies presents en el medi de manera que es generen radicals de vida llarga que contribueixen a la degradació dels CE o bé inicia processos en cadena. El rosa de bengala, conegut generador de 1O2, va mostrar molt baixa reactivitat amb els CE en condicions fotoquímiques. Aquest fet unit als baixos valors obtinguts per a les constants de reacció del 1O2 amb els CE, ens indica que la degradació mitjançant reacció amb oxigen singlet a aquestes concentracions és molt ineficient. Els estudis dels processos de transferència electrònica utilitzant trifenilpirili (TPP+) i trifeniltiopirili (TPTP+) mostren que la degradació dels CE es produeix per mitjà dels estats excitats singlet i triplet dels fotocatalitzadors, obtenint uns resultats lleugerament superiors mitjançant l'ús del TPTP+. Els SBO són materials obtinguts de la fracció humida dels residus urbans. Aquestes substàncies estan constituïdes per una barreja de macromolècules amb un ampli rang de pesos moleculars que van de 67 a 463 kgmol-1. A més la seva composició química presenta similituds estructurals amb algunes substàncies que es troben en la matèria orgànica natural i que han sigut utilitzades en processos fotoquímics solars per al tractament d'aigües residuals. La caracterització dels SBO ha demostrat que aquestes substàncies són biocompatibles, estables després de 24 hores d'irradiació i son capaços de millorar l'eficiència del foto-Fenton en condicions lleugerament àcides. Els resultats obtinguts en l'optimització de les variables operacionals en el procés foto-Fenton en presència de SBO semblen suggerir que s'ha produït una modificació en el mecanisme de manera que s'ha desplaçat el valor òptim de pH des 2,8 a valors propers a 4. Pertant el radical hidroxil deixa de ser l'espècie principal i entren en joc altres espècies que no han pogut ser identificades amb certesa a causa de la complexitat del procés. Els SBO són capaços de generar espècies reactives, però s'ha d'arribar a un equilibri entre la generació d'espècies reactives i l'efecte filtre produït per la seua acusada coloració, així com per la competència dels propis SBO per les espècies reactives generades. / Gomis Vicens, J. (2015). Efecto de distintas especies reactivas generadas fotoquímicamente sobre la eliminación de contaminantes presentes en aguas naturales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/51667

The research conducted for this thesis seeks to understand issues associated with integrating a direct spread spectrum system (DSSS) transceiver on to a single chip. Various types of sequences, such as Kasami sequences and Gold sequences, are available for use in typical spread spectrum systems. For this thesis, complex spreading sequences (CSS) are used for improved cross-correlation and autocorrelation properties that can be achieved by using such a sequence. While CSS and DSSS are well represented in the existing body of knowledge, and discrete bulky hardware solutions exist – an effort to jointly integrate CSS and DSSS on-chip was identified to be lacking. For this thesis, spread spectrum architecture was implemented focussing on sub-systems that are specific to CSS. This will be the main contribution for this thesis, but the contribution is further appended by various RF design challenges: highspeed requirements make RF circuits sensitive to the effects of parasitics, including parasitic inductance, passive component modelling, as well as signal integrity issues. The integration is first considered more ideally, using mathematical sub-systems, and then later implemented practically using complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) technology. The integration involves mixed-signal and radio frequency (RF) design techniques – and final integration involves several specialized analogue sub-systems, such as a class F power amplifier (PA), a low-noise amplifier (LNA), and LC voltage-controlled oscillators (VCOs). The research also considers various issues related to on-chip inductors, and also considers an active inductor implementation as an option for the VCO. With such an inductor a better quality factor is achievable. While some conventional sub-system design techniques are deployed, several modifications are made to adapt a given sub-system to the design requirements for this thesis. The contribution of the research lies in the circuit level modifications done at sub-system level aimed towards eventual integration. For multiple-access communication systems, where a number of independent users are required to share a common channel, the transceiver proposed in this thesis, can contribute towards improved data rate or bit error rate. The design is completed for fabrication in a standard 0.35-μm CMOS process with minimal external components. With an active chip area of about 5 mm2, the simulated transmitter consumes about 250 mW&the receiver consumes about 200 mW. AFRIKAANS : Die navorsing wat vir hierdie tesis onderneem is, beoog om kundigheid op te bou aangaande die kwessies wat met die integrasie van ‘n direkte spreispektrumstelsel (DSSS) sender-ontvanger op ‘n enkele skyfie verband hou. Verskeie tipes sekwensies, soos byvoorbeeld Kasami- en Gold-sekwensies, is vir gebruik in tipiese spreispektrumstelsels beskikbaar. Vir hierdie tesis is komplekse spreisekwensies (KSS) gebruik vir verbeterde kruis- en outokorrelasie-eienskappe wat bereik kan word deur so ‘n sekwensie te gebruik. Alhoewel DSSS en KSS reeds welbekend is, en diskrete hardeware oplossings reeds bestaan, is die vraag na gesamentlike geïntegreerde DSSS en KSS op een vlokkie geïdentifiseer. Vir hierdie tesis is spreispektrumargitektuur aangewend met die klem op KSS substelsels. Dit is dan ook die belangrikste bydrae van hierdie tesis, maar die bydrae gaan verder gepaard met verskeie RF-ontwerpuitdagings: hoëspoed-vereistes maak RF-stroombane sensitief vir die uitwerking van parasitiese komponente, met inbegrip van parasitiese induktansie, passiewe komponentmodellering en ook seinintegriteitskwessies. Die integrasie word eerstens meer idealisties oorweeg deur wiskundige substelsels te gebruik en dan later prakties te implementeer deur komplementêre metaaloksied-halfgeleiertegnologie (CMOS) te gebruik. Die integrasie behels gemengdesein- en radiofrekwensie(RF)-ontwerptegnieke – en finale integrasie behels verskeie gespesialiseerde analoë substelsels soos ‘n klas F-kragversterker (KV), ‘n laeruis-versterker (LRV), en LC-spanningbeheerde ossileerders (SBO’s). Die navorsing oorweeg ook verskeie kwessies in verband met op-skyfie induktors en oorweeg ook ‘n aktiewe induktorimplementering as ‘n opsie vir die SBO. Met sodanige induktor is ‘n beter kwaliteitsfaktor haalbaar. Hoewel enkele konvensionele substelsel-ontwerptegnieke aangewend word, word daar verskeie wysigings aangebring om ‘n gegewe substelsel by die ontwerpvereistes vir hierdie tesis aan te pas. Die bydrae van die navorsing is hoofsaaklik die stroombaanmodifikasies wat gedoen is op substelselvlak om integrasie te vergemaklik. Vir veelvoudige-toegang kommunikasiestelsels waar ‘n aantal onafhanklike gebruikers dieselfde seinkanaal moet deel, kan die sender-ontvanger voorgestel in hierdie tesis meewerk om die datatempo en fouttempo te verbeter. Die ontwerp is voltooi vir vervaardiging in ‘n standaard 0.35-μm CMOS-proses met minimale eksterne komponente. Met ‘n aktiewe skyfie-oppervlakte van ongeveer 5 mm2, verbruik die gesimuleerde sender ongeveer 250 mW en die ontvanger verbruik ongeveer 200 mW. / Thesis (PHD)--University of Pretoria, 2011. / Electrical, Electronic and Computer Engineering / unrestricted