Thermo-kinetics of Forest Waste Using Model-Free Methods / Termocinética de residuos de bosque usando los métodos de modelo libre / Termocinética de resíduos de bosque usando métodos de modelo livre

Abstract Thermal behaviour of pine needles (Pinus Roxburghii) is examined through a thermogravimetry technique. The dried samples of pine needles undergo the non-isothermal decomposition at temperature range of 308-1173 K. The heating rates used for experimental purposes are: 5 ◦ C min-1, 10 ◦ C min-1 and 15 ◦ C min-1. Kinetic parameters of thermal decomposition reactions of pine needles are obtained through the model-free schemes. The estimated values of activation energy and frequency factor derived from Kissinger method are 132.77 kJ mol-1 and 13.15 x 107 min-1, respectively. Furthermore, the averaged values of the same kinetics parameters retrieved from the isoconversional methods are 82.38 kJ mol-1 and 74.833 kJ mol-1, 25.42 x 1013 min-1 and 13.449 x 1010 min-1, respectively. Instead of the Flynn-Wall- Ozawa (FWO) and Kissinger- Akahira- Sunrose (KAS) schemes, the kinetic parameters derived from the Kissinger method are relatively promising for the thermal decomposition process, since the kinetic parameters are highly affected by intermediate stages and overlapping of the concurrent reaction occurred during pyrolysis.

Resumen Se examina el comportamiento térmico de las agujas de pino (Pinus roxburghii) a través de la técnica de termogravimetría. Las muestras secas de las agujas de pino se someten a una descomposición no isotérmica en un rango de temperatura de 308-1173 K. Las tasas de calentamiento usadas para los propósitos experimentales son: 5 °C min-1, 10 °C min-1 y 15 °C min-1. Los parámetros cinéticos de las reacciones de descomposición térmica de las agujas de pino se obtuvieron a través de esquemas de modelo libre. Los valores estimados de la energía de activación y el factor de frecuencia derivado del método Kissinger son: 132.77 kJ mol-1 y 13.15 x 107 min-1, respectivamente. Por otra parte, los valores promediados de los mismos parámetros cinéticos recuperados por los métodos isoconversionales son 82.38 kJ mol-1 y 74.833 kJ mol-1, 25.42 x 1013 min-1 y 13.449 x 1010 min-1, respectivamente. A diferencia de los esquemas Flynn-Wall-Ozawa (FWO) y Kissinger-Akahira-Sunrose (KAS), los parámetros cinéticos derivados del método Kissinger son relativamente promisorios para los procesos de descomposición térmica, ya que estos parámetros se afectan grandemente por los estados intermedios y la superposición de la reacción concurrente que ocurre durante la pirólisis.

Resumo O comportamento térmico de agulhas de pinheiro (Pinus roxburghii) foi examinado por meio da técnica de gravimetria. As amostras secas das agulhas de pinheiro se submeteram a uma decomposição não-isotérmica em uma faixa de temperatura de 308-1173 K. As taxas de aquecimento usadas para propósitos experimentais foram: 5 °C min-1, 10 °C min-1 e 15 °C min-1. Os parâmetros cinéticos das reações de decomposição térmica das agulhas de pinheiro se obtiveram por meio de esquemas de modelo livre. Os valores estimados da energia de ativação e o fator de frequência derivado do método Kissinger são: 132.77 kJ mol-1 e 13.15 x 107 min-1, respectivamente. Adicionalmente, os valores médios dos mesmos parâmetros cinéticos recuperados pelos métodos isoconversionais são 82.38 kJ mol-1 e 74.833 kJ mol-1, 25.42 x 1013 min-1 y 13.449 x 1010 min-1, respectivamente. Diferentemente dos esquemas Flynn-Wall-Ozawa (FWO) e Kissinger-Akahira-Sunrose (KAS), os parâmetros cine'ticos derivados do método Kissinger são relativamente promissórios para os processos de decomposição térmica, já que estes parâmetros são altamente afetados pelos estados intermediários e sobreposição da reação concorrente que ocorre durante a pirólise.

Physico-chemical and structural characterization of mucilage isolated from seeds of Diospyros melonoxylon Roxb

Mucilage was isolated from the seeds of Diospyros melonoxylon Roxb., a plant growing naturally in the forests of India. Various physico-chemical methods like particle analysis, scanning electron microscopy, differential scanning calorimetry, differential thermal analysis, thermogravimetry analysis, molecular weight by gel permeation chromatography, rheometry, elemental analysis, x-ray diffraction spectrometry, zeta potential, fourier transform infrared spectroscopy, 1D(1H and 13C) (NMR) have been employed to characterize this gum in the present study. Particle analyses suggest that mucilage had particle size in nanometer. SEM analysis suggested that the mucilage had irregular particle size. The glass transition temperature of the gum observed was 78 °C and 74 °C by DSC and DTA respectively. The Thermogravimetry analysis suggested that mucilage had good thermal stability with two stage decomposition. The molecular weight of mucilage was determined to be 8760, by gel permeation chromatography, while the viscosity of mucilage was observed to be 219.1 cP. The XRD pattern of the mucilage indicated a complete amorphous nature. Elemental analysis of the gum revealed specific contents of carbon, hydrogen, nitrogen and sulfur. The major functional groups identified from FT-IR spectrum include 3441 cm-1 (-OH), 1632 cm-1 (-COO-), 1414 cm-1 (-COO-) and 1219 cm-1 (-CH3CO). Analysis of mucilage by paper chromatography and 1D NMR indicated the presence of sugars.

Mucilagem foi isolada de sementes de Diospyros melanoxylon Roxb, uma planta que cresce naturalmente nas florestas da Índia. Vários métodos físico-químicos, como análise de partículas, microscopia electrônica, calorimetria diferencial de varredura, análise térmica diferencial, análise termogravimétrica, massa molecular por cromatografia de permeação em gel, viscosidade, análise elementar, espectrometria de difração de raios-x, potencial zeta, espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, 1D (1H e 13C) (NMR) foram utilizados no presente estudo para caracterizar essa goma. A análise de partículas sugere que a mucilagem tem tamanho de partícula em nm. A análise SEM sugere que a mucilagem tem tamanho de partícula irregular. Observou-se temperatura de transição vítrea da goma de 78 °C e 74 °C por DSC e DTA, respectivamente. A análise termogravimétrica sugeriu que a mucilagem possuía boa estabilidade térmica, com duas fases de decomposição. A massa molecular da mucilagem foi 8760, por meio de cromatografia de permeação em gel, enquanto que a viscosidade foi 219,1 cP. O padrão de DRX da mucilagem indicou natureza completamente amorfa. Os principais grupos funcionais identificados a partir do espectro de FT-IR foram: 3441 cm-1 (-OH), 1632 cm-1 (-COO-), 1414 cm-1 (-COO-) e 1.219 cm-1 (CH3CO-). As análises de mucilagem por cromatografia em papel e 1D RMN indicaram a presença de açúcares.

The evaluation of coated granules to mask the bitter taste of dihydroartemisinin / A avaliação de grânulos revestidos para mascarar o sabor amargo da diidroartemisina

The purpose of this study was to mask the bitter taste imparted by dihydroartemisinin (DHA) by the use of different coating materials. Trial-1 and trial-2 were conducted to prepare the DHA granules. The granules produced from trial-1 were irregular in shape and smaller in size while the trial-2 granules were more regular and larger in size. The granules obtained from both trials were then coated with two different coating methods, namely A and B, depending upon coating material. The trial-2 granules showed better flow properties than trial-1 granules. In vitro dissolution studies in phosphate buffer at pH 6.8 revealed that granules of trial-2B released only 34 percent ± 3 DHA in two minutes compared with trial-1A (57 percent ± 2), trial-1B (48 percent ± 2) and trial-2A (53 percent ± 7). The pleasant taste perception (PTP) test also confirmed the taste masking efficacy of trial-2B (P < 0.05). Scanning electron microscopy (SEM) revealed the more regular and smooth surface of trial-2B granules. In addition, the differential thermal and thermogravimetric analysis (TG-DTA) confirmed no interaction between the materials and pure DHA. DHA has shown its characteristic peaks in the x-ray diffraction (XRD) patterns which were also prominent in all the granules. In conclusion, the granules obtained from trial-2B displayed considerable decrease in the bitter taste of DHA thereby fulfilling the purpose of this study.

O objetivo deste estudo foi o de mascarar o gosto amargo característico da diidroartemisinina (DHA) pelo uso de diferentes materiais de revestimento. Experimento-1 e experimento-2 foram realizados para preparar grânulos de DHA. Os grânulos produzidos pelo experimento-1 mostraram-se irregulares e menores se comparados aos obtidos pelo experimento-2, que foram mais regulares e maiores. Os grânulos obtidos em ambos os experimentos foram, então, revestidos por dois métodos distintos de revestimento, designados como A e B, dependendo do material de revestimento empregado. Os grânulos do experimento-2 mostraram melhor propriedade de fluxo que os obtidos no experimento-1. Estudos de dissolução in vitro em tampão fosfato pH 6,8 revelaram que grânulos do experimento-2B liberaram apenas 34 por cento ± 3 da DHA em dois minutos se comparado com experimento-1A (57 por cento ± 2), experimento-1B (48 por cento ± 2) e experimento-2A (53 por cento ± 7). A Análise Sensorial quanto ao sabor (Pleasant Taste Perception - PTP) também confirmou a eficácia do experimento-2B (P <0,05) em mascarar o gosto amargo da DHA. Microscopia Eletrônica de Varredura (SEM) revelou a superfície mais regular e lisa dos grânulos obtidos pelo experimento-2B. Além disso, Análise Termogravimétrica e Análise Térmica Diferencial (TG-DTA) confirmaram que não há nenhuma interação entre os materiais e a DHA pura. DHA mostrou seus picos característicos na Difração de Raios X (XRD) em padrões que também foram proeminentes em todas as amostras. Em conclusão, os grânulos obtidos pelo experimento-2B exibiram diminuição considerável no gosto amargo da DHA, o que era o propósito deste estudo.

Análisis termogaavimétrico en la caracterizació de carbones Colombianos empleaados en la producción de coque / Themogravimetricc analysis in the characterization f Colombian coaals used in the production of coke / Análise termogrvvimétrica na caracterização de carvões Colombiaos utilizados nna produção de coque

Cinco carbones de los departamentos de Cundinamarca, Boyacá y Norte de Santander (Colombia) se caracterizaron mediante análisis próximo, último, reológico, petrográfico, calorífico y termogravimétrico. Los parámetros analizados, especialmente aquellos que determinan las propiedades reológicas, muestran que los carbones estudiados y sus mezclas podrían producir un coque de buena calidad. Se observó la relación inversa entre el contenido de materia volátil y la reflectancia media aleatoria de la vitrinita, que se atribuye al aumento de la aromaticidad en la estructura molecular del carbón como una consecuencia del incremento en el rango. Los parámetros derivados del análisis termogravimétrico -máxima velocidad de desvolatilización y temperatura de máxima velocidad de desvolatilización- mostraron buenas correlaciones con la reflectancia media aleatoria de la vitrinita, igual que la máxima velocidad de desvolatilización con la fluidez máxima. Lo anterior indica que el análisis termogravimétrico podría ser una herramienta útil para caracterizar de manera rápida carbones usados en procesos de fabricación de coque metalúrgico.

Five types of coal from the states of Cundinamarca, Boyaca and Norte de Santander (Colombia) were characterized by proximate, ultimate, rheological, petrographic, calorific and thermogravimetric analysis. The parameters used, especially the ones which determine the rheological properties show that the studied coals and its blends could produce good quality coke. It was observed the inverse relationship between the volatile matter content and the mean vitrinite reflectance, relationship which is attributed to the increase of the aromaticity in the molecular structure of the coal as a consequence of the rank increase. The parameters derived from the thermogravimetric analysis, maximum velocity of de-volatilization and the temperature of maximum velocity of de-volatilization and the media reflectance of the vitrinite showed good correlations. Also was observed an interesting correlation between the velocity ofde-volatilization and maximum fluidity. This shows that the thermogravimetric analysis can be a useful tool to characterize in a quick way coals used for metallurgical coke production.

Cinco carvões dos departamentos de Cundinamarca, Boyacá e Norte de Santander (Colômbia) foram caracterizados por análise próxima, última, reológica, petrográfica e termogravimétrica. Os parâmetros analisados, em especial aqueles que determinam as propriedades reológicas mostram que os carvões estudados e suas misturas podem produzir coque de boa qualidade. Foi observada relação inversa entre o teor de matéria volátil e refletância média vitrinite, que é atribuído ao aumento da aromaticidade da estrutura molecular do carvão como um resultado do aumento no rango. Os parâmetros derivados da análise termogravimétrica, velocidade máxima de pirólise e temperatura de máxima velocidade de pirólise mostraram boas correlações com a refletância média vitrinite, tal como a velocidade máxima de pirólise e a fluidez máxima. Isto mostra que a análise termogravimétrica pode ser uma ferramenta útil para caracterizar rapidamente carvões utilizados nos processos de fabricação de coque metalúrgico.

Análise térmica de uma resina composta de nanopartículas: caracterização e envelhecimento / Thermal analysis of nanofilled composite resin: characterization and aging

O objetivo deste estudo foi acompanhar o envelhecimento de uma resina composta de nanopartículas (Concept Advanced®) ao longo de um ano. A caracterização e a avaliação de sua homogeneidade foram realizadas após o envase em seringa de apresentação comercial por meio de Termogravimetria (TG/DTG), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) e Análise Termomecânica (TMA). No grupo 1, foram realizadas 15 análises ao longo de seringas que não foram submetidas à pressão do êmbolo. Nos grupos 2 e 3, a resina composta foi totalmente removida pela torção do êmbolo e subdividida em cinco porções. Contudo, ao longo do tempo, no grupo 2, as seringas foram mantidas na vertical e no grupo 3, na horizontal. No grupo 4, cada amostra foi obtida de 24 em 24 horas da área central de cada porção por cinco dias. A análise dos diferentes grupos foi realizada em três seringas para os tempos: inicial, seis meses e um ano. As curvas TG/DTG foram obtidas em amostras não polimerizadas, seguindo programa de aquecimento de 25 a 650ºC, em atmosfera dinâmica de ar. A DSC e a TMA foram realizadas apenas no grupo 1, no tempo inicial, para caracterização do material em amostras fotoativadas de 3mm de diâmetro x 1mm de espessura por 20 segundos. As curvas DSC foram obtidas seguindo o programa de aquecimento da temperatura ambiente a 250°C, sob fluxo de nitrogênio. A TMA foi realizada em atmosfera de nitrogênio da temperatura ambiente a 150oC. As curvas TG/DTG de cada área analisada mostraram o mesmo padrão de decomposição em três etapas com percentuais de perda de massa semelhantes entre todas as amostras independente do tempo de armazenamento. Também o resíduo final, considerado como percentual de carga inorgânica, ficou em torno de 71,5% mostrando homogeneidade de distribuição ao longo das seringas. A pressão contínua determinou alteração estatisticamente significante na estabilidade térmica (p<0,05). Na DSC, as curvas mostraram temperatura de transição vítrea na faixa de 94 a 105ºC e um evento exotérmico a ~160ºC relacionado à polimerização secundária da resina composta. A TMA mostrou três faixas de alterações dimensionais e os valores do coeficiente de expansão térmica linear variaram dentro da mesma seringa, não mostrando homogeneidade de resultados.

The aim of this study was to evaluate the aging of a nanofilled composite resin (Concept Advanced®) during one year. The characterization and evaluation of its homogeneity in commercial syringe was made by Thermogravimetric Analysis (TG/DTG), Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Thermomechanical Analysis (TMA). In group 1, 15 analyses throughout syringes were carried without pressing the pestle screw. In groups 2 and 3, the composite resin was all pressed out by the pestle screw and divided in five portions. However, in group 2, throughout the time, the syringes had been kept in the vertical position and group 3 in the horizontal position. In group 4, each sample was obtained every 24 in 24 hours from the central area of each portion during five days. All the analyses of groups 1, 2, 3 and 4 were carried through three syringes in the following times: initial, 6 months and one year. The TG/DTG analyses were carried in not polymerized samples, following a thermal program from 25 to 650ºC, under dynamic air atmosphere. The DSC and the TMA were just carried in group 1, in the initial time, to characterize the material in polymerized samples of 3mm diameter x 1mm thickness per 20 seconds. The curves DSC were obtained following the thermal program from room temperature to 250°C under a nitrogen flow. The TMA was carried under a nitrogen atmosphere from room temperature to 150°C. The curves of TG/DTG showed similar patterns of decomposition in three stages, in all groups independent of the storage time, with similar percentages of loss of mass. Also the weight fraction of inorganic fillers was around 71.5%, showing homogeneity of distribution throughout the syringes. The continuous pressure determined significant alteration in the thermal stability (p< 0,05). The DSC curves showed a glass transition ranged between 94 and 105ºC and eventually an exotherm event at ~160ºC. The TMA showed that the values of the linear coefficient of thermal expansion had varied inside of the same syringe