Repository of Faculty of Chemical Engineering and Technology University of Zagreb
Not a member yet
2768 research outputs found
Sort by
Synthesis and structural characterization of new quinoline-isoxazole conjugates
No full textCilj ovog rada bio je sintetizirati nove konjugate kinolina i izoksazola koji imaju potencijalno antitumorsko djelovanje. U tu svrhu, iz anilina te β-ketoestera pripremljen je 4-hidroksi-kinolin (1) koji je reakcijom propargiliranja preveden u O-propargilirani derivat (2). U sljedećem stupnju provedeno je kloriranje aldoksima (3−6). Reakcijom 1,3-dipolarne cikloadicije O-propargiliranog kinolina (2) i kloriranog aldoksima (7−11) dobivena su četiri konjugata kinolina i izoksazola (12−15). Strukture novosintetiziranih konjugata potvrđene su spektroskopijom 1H i 13C NMR. Biološka ispitivanja pripremljenih spojeva su u tijeku.The aim of this work was to synthesize new quinoline and isoxazole conjugates with potential antitumor activity. For this purpose, 4-hydroxy quinoline (1) was prepared from aniline and β-ketoester, which was converted into O-propargylated quinoline (2) by a propargylation reaction. Chlorinated aldoxime (7−11) were prepared by the chlorination reaction of the corresponding aldoxime (3−6). Four conjugates of quinoline and isoxazole (12−15) were obtained by the 1,3-dipolar cycloaddition reaction of O-propargylated quinoline (2) and chlorinated aldoxime (7−11). The structures of the newly synthesized conjugates were determined by 1H and 13C NMR spectroscopy. Biological evalutions of the prepared compounds are in progress
Razvoj TiO2-nanokompozitnih fotokatalizatora za dobivanje vodika pod djelovanjem Sunčeva zračenja
No full textToday's economic situation and market uncertainty warn of the instability of using fossil fuels and promoting the production of alternative fuels, such as hydrogen, using renewable sources. One of the extremely interesting processes that are under continuous scientific development and improvement for further application is Solar-driven photocatalytic hydrogen production. Most of the photocatalytic studies involve the use of titanium dioxide (TiO2) as photocatalytic material. However, its wider application requires harvesting of a broader spectrum of Solar irradiation and suppression of the recombination of photogenerated charge carriers. These limitations can be overcome by the use of different strategies, among which the focus is put on the creation of heterojunctions with another narrow bandgap semiconductor which can provide high response in the visible light region, as well as carbon-based materials that can enhance charge transfer efficiency. For that purpose, in the doctoral dissertation, two groups of photocatalytically active composite materials were synthesized and their photocatalytic activity towards Solar-driven hydrogen production was examined and compared. The first group included TiO2 – tin disulphide(SnS2) / reduced graphene oxide (RGO) ternary composite materials with different wt.% of SnS2 (5 wt.% and 10 wt.%) and RGO wt.% (0.01-0.1 wt.%), while the second group consisted of TiO2 and RGO binary composite with variable RGO mass ratios (0.01 – 5 wt.%). Before testing the activity, a comprehensive and detailed morphological, structural, optical and photoelectrochemical characterization of the obtained materials was performed. Photocatalytic hydrogen production experiments were conducted in a 20 vol.% triethanolamine (TEOA) solution under a 450 W xenon lamp mimicking Solar irradiation. As far as the first group of materials are concerned, the results revealed that the sample TiO2 – SnS2 (5 wt.%) / RGO (0.01 wt.%), labelled as TSGR1, exhibited the highest hydrogen generation rate of 61.5 μmol/h/g, as well as relatively high photostability during three consecutive cycles of testing. Photocatalytic tests have shown that a smaller mass ratio of SnS2 up to 5 wt.%, as well as a minimal mass ratio of RGO up to 0.01 wt.%, favors higher hydrogen generation. In the second group of materials, photocatalytic experiments have showed that even low mass ratios of RGO component (below 1 wt.%) can have a great influence on the photocatalytic activity and properties of the obtained material. The composite with 0.05 RGO wt.% achieved the highest H2 generation rate of 139 μmol/h/g and maintained high photostability. The incorporation of RGO into the TiO2 matrix enhanced efficient charge separation, reduced the energy bandgap (Eg), and thus increased the visible light response, leading to more effective hydrogen production. The examination of both material groups showed that partial reduction of the precursor solution of GO to RGO took place during the solvothermal synthesis at the elevated pressure and temperature conditions. Furthermore, this research has proven that very low mass ratios of RGO can significantly enhance photocatalytic activity and material properties. In contrast, higher RGO content in both cases negatively impacted H2 production, likely because higher RGO material incorporation into the composite affects the blocking of the photocatalytic specific surface and prevents the intrusion of Solar irradiation necessary for the activation of the material.Današnja gospodarska situacija i tržišna nesigurnost upozoravaju na nestabilnost korištenja fosilnih goriva i promicanja proizvodnje alternativnih goriva, poput vodika, iz obnovljivih izvora. Jedan od iznimno zanimljivih procesa koji se kontinuirano znanstveno razvija i usavršava za daljnju primjenu je solarna fotokatalitička proizvodnja vodika. Većina fotokatalitičkih studija uključuje korištenje titanijevog dioksida (TiO2) kao glavnog fotokatalitičkog materijala. Međutim, njegova šira primjena zahtijeva prikupljanje šireg spektra Sunčevog zračenja i suzbijanje rekombinacije fotogeneriranih naboja. Ta se ograničenja mogu prevladati uporabom različitih strategija, među kojima je najznačajnije kompozitiranje TiO2 s ostalim poluvodičkim materijalima s visokim odzivom u području vidljive svjetlosti, kao i materijalima na bazi ugljika koji utječu na povećanje elektronske vodljivosti između materijala. S tim ciljem, u sklopu doktorske disertacije sintetizirane su dvije skupine fotokatalitički aktivnih kompozitnih materijala te je ispitana njihova fotokatalitička aktivnost prema proizvodnji vodika djelovanjem Sunčeva zračenja. Prva skupina uključuje ternarni kompozitni materijal, TiO2 – kositrov disulfid (SnS2) / reducirani grafen oksid (RGO), s različitim masenim udjelima (w) SnS2 ( w = 5 i 10 %) i RGO (w = 0,01 – 0,01 %) u kompozitu. Drugu skupinu uključuje pak binarni kompozitni materijal, TiO2 – RGO, s različitim masenim udjelima RGO-a (w = 0,01 – 5 %). Prije testiranja fotokatalitičke aktivnosti, provedena je detaljna morfološka, strukturna, optička i fotoelektrokemijska karakterizacija sintetiziranih materijala. Eksperimenti fotokatalitičke proizvodnje vodika provedeni su u 20 vol.% vodenoj otopini trietanolamina (TEOA) pod djelovanjem ksenonske lampe jačine 450 W koja emitira zračenje ekvivalentno Sunčevom zračenju. Što se tiče prve skupine materijala, rezultati su pokazali da je uzorak TiO2 – SnS2 (w = 5 %) / RGO (w = 0,01 %), označen kao TSGR1, pokazao najveću stopu proizvodnje vodika u iznosu od 61,5 μmol/h/g, kao i relativno visoku fotostabilnost tijekom tri uzastopna ciklusa ispitivanja. Fotokatalitički testovi pokazali su da manji maseni udjeli SnS2 do 5 %, kao i minimalni maseni udio RGO od 0,01 %, pogoduju stvaranju većih količina vodika. U drugoj su skupini materijala fotokatalitički eksperimenti pokazali da čak i niski maseni udjeli RGO komponente (w ≤ 1 %) mogu imati veliki utjecaj na fotokatalitičku aktivnost i svojstva sintetiziranih materijala. Kompozit s masenim udjelom RGO-a od 0,05 % postigao je najveću stopu proizvodnje vodika u iznosu od 139 μmol/h/g te zadržao visoku fotostabilnost tijekom uzastopnih ispitivanja. Ugradnja RGO-a u matricu TiO2 utjecala je na poboljšanje učinkovitosti razdvajanja naboja, smanjenje energije zabranjene zone (Eg) te povećanje odziva na zračenje vidljivom svjetlošću, što je dovelo do učinkovitije proizvodnje vodika. Ispitivanja obje skupine materijala pokazala su da je tijekom solvotermalne sinteze pri uvjetima povišenog tlaka i temperature došlo do djelomične redukcije otopine GO u RGO. Nadalje, ovo istraživanje dokazalo je da vrlo niski maseni udjeli RGO-a mogu značajno poboljšati fotokatalitičku aktivnost i svojstva materijala. Suprotno tome, viši sadržaji RGO-a, u oba su slučaja negativno utjecala na proizvodnju vodika. Vjerojatni razlog tome je što veći sadržaj RGO-a u kompozitu utječe na blokiranje fotokatalitičke aktivne specifične površine, čime se sprječava prodor Sunčeva zračenja nužno potrebnog za aktivaciju materijala. Posljedica toga je niža fotokatalitička aktivnost ispitivanog materijala
Electrochemical sensors for biomedical applications
No full textSenzori su uređaji ili naprave kojima je moguće ustanoviti postojanje mjerljivog svojstva te se pomoću njih utvrđuje kvantitativna vrijednost praćene fizikalne veličine. Rad elektrokemijskih senzora temelji se na prepoznavanju analita kroz aktivni sloj materijala koji sačinjava senzor, odnosno elektrokemijski senzori transformiraju učinak elektrokemijske interakcije analit – elektroda u koristan mjerljivi signal. Pregled razvoja analitičke kemije pokazuje kako unutar područja kemijskih senzora, najveći razvoj pokazuje područje elektrokemijskih senzora. Navedeni senzori imaju širok spektar primjene, a jedan od njih je i primjena u biomedicini. Elektrokemijski senzori koji se primjenjuju u biomedicini su posebni elektronički uređaji koji mogu pretvoriti biomedicinske signale u lako mjerljive električne signale. Biomedicinski senzori ključna su komponenta različitih medicinskih dijagnostičkih instrumenata i opreme. Razvoj i istraživanje biosenzora popularno je znanstveno i tehnološko područje na presjeku prirodnih i tehničkih znanosti (biologija, kemija, kemijsko inženjerstvo, znanost o materijalima, elektronika i fizika) u kojem je obavezan multidisciplinaran pristup. Svaki napredak u tom polju imat će veliki utjecaj na budućnost dijagnostike i liječenja bolesti. Područja personalizirane i preventivne medicine, dijagnostike i otkrića lijekova imat će pozitivan doprinos od novih senzorskih tehnologija.Sensors are devices by which it is possible to establish the existence of a measurable property and use them to determine the quantitative value of the monitored physical quantity. Electrochemical sensors principle is based on the recognition of analytes through the active layer of the sensor material, for example electrochemical sensors transform the effect of electrochemical interaction of analyte - electrode into a useful measurable signal. A review of the development of analytical chemistry shows that within the field of chemical sensors, the field of electrochemical sensors demonstrates the greatest development. That type of sensors has a wide range of applications, including the application in biomedicine. Electrochemical sensors used in biomedicine are special electronic devices that can convert biomedical signals into easily measurable electrical signals. Biomedical sensors are a key component of various medical diagnostic instruments and equipment. The development and research of biosensors is a popular scientific and technological field at the intersection of natural and technical sciences (biology, chemistry, chemical engineering, materials science, electronics and physics) in which a multidisciplinary approach is mandatory. Any progress in this field will have a major impact on the future of disease diagnosis and treatment. The fields of personalized and preventive medicine, diagnostics and drug discovery will have a positive contribution from new sensor technologies
Optimization of hydrophobic effects on antiviral and antimicrobial materials
No full textAntimikrobna i antiviralna svojstva materijala ključna su za sprječavanje razvoja infekcija i širenja patogenih mikroorganizama, posebice u medicinskim i industrijskim primjenama. Ovaj rad istražuje optimizaciju hidrofobnosti površina obloženih nanočesticama bakra kako bi se poboljšala njihova učinkovitost u inhibiciji rasta mikroorganizama i formiranju biofilma. Cilj ovog završnog rada je sinteza nanočestica bakra korištenjem ekološki prihvatljivih i neagresivnih reagensa te ispitati njihov utjecaj na površinska svojstva. Razvoj takvih metoda od posebne je važnosti u području antimikrobne zaštite, s obzirom na to da su nanočestice bakra poznate po svojoj visokoj učinkovitosti u borbi protiv mikroorganizama.U eksperimentalnom dijelu rada korištene su različite metode sinteze nanočestica, pri čemu su analizirani parametri poput veličine čestica, stabilnosti otopine te ponašanje otopina prilikom depozicije na podlogu. Nanočestice su karakterizirane UV/Vis spektroskopijom, a provedena je i mikroskopska analiza nastalih coffee ring efekta za određivanje prisutnosti i ponašanja nanočestica bakra. Karakterizacija materijala obuhvatila je mjerenja kontaktnog kuta pripremljenih otopina na površini elektrosipredenih nanovlakana polikaprolaktona (PCL-a), radi određivanja s hidrofobnosti površine te je isti uspoređen s konačnim materijalom dobivenim elektroispredanjem nanovlakana PCL-a s nanočesticama bakra. Jedan od ključnih aspekata ove problematike jest interakcija nanočestica s površinama stanica, pri čemu je važno razumjeti povezanost fizikalno-kemijskih svojstava površine s antimikrobnim djelovanjem. Rezultati istraživanja pokazali su da optimizacija ovih svojstava može poboljšati antimikrobnu učinkovitost materijala. Površine s izraženijom hidrofobnošću smanjuju mogućnost adhezije bakterija i virusa, čime se potencijalno produžuje vijek trajanja zaštitnih slojeva i poboljšava njihova funkcionalnost u realnim uvjetima primjene. Ovakav pristup predstavlja važan korak u razvoju naprednih antimikrobnih materijala temeljenih na principima zelene kemije i održivih tehnologija. Glavne prednosti ovakvog pristupa su izrazito mala toksičnost, jednostavnost te brzina sintetiziranja samih nanočestica.The antimicrobial and antiviral properties of materials are essential for preventing the onset of infections and the proliferation of pathogenic microorganisms, particularly in medical and industrial contexts. This thesis investigates the optimization of surface hydrophobicity of copper nanoparticle-coated substrates in order to enhance their efficacy in inhibiting microbial growth and biofilm formation. The primary objective is to synthesize copper nanoparticles employing environmentally benign and non-aggressive reagents, and to evaluate their influence on surface characteristics. The development of such approaches is of particular significance in the field of antimicrobial protection, given the well-documented antimicrobial potency of copper nanoparticles. In the experimental section, various nanoparticle synthesis methods were employed, with systematic analysis of parameters such as particle size, colloidal stability, and deposition behavior on solid substrates. The presence and distribution of copper nanoparticles were characterized via UV/Vis spectroscopy, while microscopic evaluation of the coffee-ring effect was conducted to elucidate nanoparticle behavior and morphology. Material characterization included contact angle measurements of the synthesized dispersions deposited on electrospun PCL (polycaprolactone) nanofibers, to assess surface hydrophobicity. These measurements were compared with those obtained from final composite materials produced by electrospinning PCL in the presence of copper nanoparticles. A key aspect of this research lies in elucidating the interactions between nanoparticles and biological surfaces, wherein the correlation between physicochemical surface properties and antimicrobial performance is critical. The findings indicate that tailoring these surface characteristics can significantly enhance the antimicrobial activity of the material. Surfaces exhibiting increased hydrophobicity demonstrate reduced microbial adhesion, thereby potentially extending the durability and functional performance of protective coatings under real-world application conditions. This strategy represents a meaningful advancement in the development of next-generation antimicrobial materials, grounded in the principles of green chemistry and sustainable technological practices. The main advantages of this approach include low toxicity, simplicity, and rapid synthesis of nanoparticles
Biocatalytical raspberry ketone production from renewable resources
No full textOvaj rad istražuje biokatalitičku proizvodnju ketona maline iz rododendrol glikozida, sekundarnih metabolita koji se mogu pronaći u unutarnjoj kori breze (obnovljivi izvor), primjenom višenzimatskog procesa. Cilj je bio razviti održiv i ekološki prihvatljiv proces sinteze ketona maline korištenjem enzima β-glukozidaze, alkohol dehidrogenaze, ketoreduktaze i smjese enzima rapidaza. Osim usporedbe simultanih i sekvencijalnih reakcijskih pristupa i pronalaženja optimalnog načina reakcije, provedena je studija stabilnosti dviju alkohol dehidrogenaza (S-selektivne i R-selektivne). Eksperimentalni dio uključivao je praćenje koncentracija supstrata, međuprodukata i produkata putem HPLC analize, kao i operativnu stabilnost enzima korištenjem spektrofotometrijskih metoda. Dodatno je proveden utjecaj koncentracije svake komponente u sustavu na stabilnost alkohol dehidrogenaze (ADH). Sinteza ketona malineprovedena je pod različitim temperaturama i pH vrijednostima, kako bi se optimirao proces. Ova vrsta sinteze predstavlja obećavajuću alternativu tradicionalnim metodama kemijske sinteze, s naglaskom na održivost, selektivnost i smanjenje štetnih nusprodukata.This study explores the biocatalytic production of raspberry ketone from rhododendrol glycosides, secondary metabolites that can be found in inner birch bark (renewable source), applying multi-enzymatic process. The objective was to develop a sustainable and environmentally friendly synthesis process for raspberry ketone by employing enzymes: β- glucosidase, alcohol dehydrogenases, ketoreductases, and the enzyme mixture Rapidase. Besides comparison of simultaneous and sequential reaction approaches and finding optimal reaction mode, stability study of two alcohol dehydrogenases (S-selective and R-selective) was performed. The experimental part included the monitoring of the concentrations of substrates, intermediates, and products via HPLC analysis, as well as the operational stability of enzymes using spectrophotometric methods. Additionally, the influence of concentration of each component in the system on the alcohol dehydrogenases (ADH) stability was done. The synthesis of raspberry ketone were carried out at various conditions, including different temperatures and pH, to optimize the process. This type of synthesis presents a promising alternative to traditional chemical synthesis methods, emphasizing sustainability, selectivity, and the reduction of harmful by-products
Matrice za dostavu antibakterijskih nanočestica kod biomedicinskih implantata
No full textImplant-associated infections that develop after surgery, together with bacterial resistance to antibiotics, are the main obstacles to the successful use of different types of implants. To combat this, innovative antibacterial implant materials that can release antimicrobial agents locally and have a low potential for causing bacterial resistance are being sought. Among various antimicrobial agents, metal or metal oxide nanoparticles (e.g. AgNP, CuNP, CuONP, ZnONP) are attracting special attention as they offer diverse antibacterial mechanisms to mitigate bacterial resistance. The risk of cytotoxicity of NP can be reduced by immobilizing them in matrices. In this work, three matrices for the delivery of NP were investigated, namely polyelectrolyte multilayers (PEM), magnetron-sputtered ZnO thin films, and alginate hydrogels, some of which were mineralized with calcium phosphates (CaP) to enhance their biocompatibility. These matrices were chosen for their versatility, ease of preparation and the possibility to scale up the coating procedure. All matrices were extensively physico-chemically characterized and their biological properties were investigated to determine their potential for application. PEM were prepared on titanium surfaces using poly(amino acids), poly-L-lysine and poly-L-glutamic acid, with AgNP or CuONP incorporated as part of the multilayer. Compared to AgNP, CuONP was adsorbed in higher amount and formed aggregates on the surface, leading to increased roughness and hydrophilicity, as confirmed by energy dispersive X-ray spectroscopy, inductively coupled plasma mass spectrometry, atomic force microscopy and water contact angle measurements. Biodegradable magnetron-sputtered ZnO thin films doped with Ag and Cu were prepared by co-deposition in a multi-source magnetron sputtering system, and their properties were compared. X-ray diffraction (XRD) of the prepared thin films revealed the formation of wurtzite structure in all cases. Opposing trends were observed for grain size and water contact angle with increasing Ag and Cu content. The biomimetic CaP deposition led to a partial surface coverage with an apatitic phase, improving surface hydrophilicity. Non-mineralized and mineralized alginate hydrogels with incorporated AgNP, CuONP and ZnONP were prepared at different pH values (7.4 and 9.0). Mineralization was performed in situ using a CaCl2 solution, which initiated both gelation and CaP mineralization in the hydrogels containing Na2HPO4. The influence of pH on mineralization was investigated with XRD and Fourier-transform infrared spectroscopy. It was revealed that the hydrogels prepared at pH 7.4 contained calcium-deficient hydroxyapatite (CaDHA), while amorphous calcium phosphate formed in the hydrogels prepared at pH 9.0 and remained stable over time. The presence of NP influenced mineralization, with larger CaDHA crystals forming in CuONP-containing hydrogels. NP incorporation had negligible effect on the rheological properties of the hydrogels, but mineralization notably influenced the critical strain values, leading to earlier network breakdown in mineralized samples. Ion release patterns were dependent on the type of matrices. The incorporation of NP in PEM prevented ion burst release. Magnetron-sputtered thin films followed a similar trend, with an initial rapid release followed by a slower, sustained release. CaP deposition slightly reduced Cu release and increased Ag release, Zn release remained unaffected. Alginate hydrogels showed the slowest initial release, which increased gradually over time, with variations depending on the type of NP and the pH conditions. Cu release from mineralized hydrogels at pH 7.4 and 9.0 and Zn release from mineralized hydrogels at pH 9.0 was reduced compared to the non-mineralized counterparts. The antibacterial effects of NP varied depending on the matrices in which they were incorporated. Among the NP investigated, CuONP exhibited substantial antibacterial performance in PEM and magnetron-sputtered Cu-doped ZnO, while AgNP were more effective in alginate hydrogels, particularly in those prepared at pH 7.4, where they inhibited Staphylococcus aureus growth by approximately 50 %. Interestingly, despite copper’s enhanced antibacterial activity in the other two matrices, CuONP-incorporated alginate hydrogels unexpectedly promoted the growth of S. aureus. NP-containing hydrogels exhibited lower antibacterial effect for Pseudomonas aeruginosa. Nevertheless, S. aureus was more difficult to inhibit than P. aeruginosa for other matrices. CaP mineralization improved the antibacterial properties of thin films, while its effect on NP-containing hydrogels was negligible. The only significant inhibition was observed for the mineralized CuONP-containing hydrogel prepared at pH 7.4 on P. aeruginosa. Regarding cytotoxicity, PEM matrices were biocompatible regardless of NP incorporation, with MG-63 cell viability exceeding 70 %. In contrast, magnetron-sputtered thin films were cytotoxic. However, this issue was proven to be possible to address with biomimetic CaP deposition. The results obtained confirmed high potential of PEM, magnetron-sputtered ZnO thin films and alginate hydrogels embedded with metal and metal oxide NP for biomedical antibacterial applications, providing a promising approach to developing biocompatible surfaces.Glavne prepreke uspješnoj primjeni različitih vrsta implantata su infekcije koje se javljaju nakon njihove ugradnje, a čije liječenje je dodatno otežano porastom bakterijske otpornosti na antibiotike. Inovativni materijali za implantate koji imaju lokalno antimikrobno djelovanje i malu vjerojatnost razvoja otpornosti bakterija smatraju se mogućim rješenjem tog problema. Pri tome kao antimikrobni materijali posebnu pažnju privlače nanočestice metala ili metalnih oksida (npr. AgNP-a, CuNP-a, CuONP-a i ZnONP-a) zbog višestrukih mehanizama antimikrobnog djelovanja, zbog čega je vjerojatnost razvoja bakterijske otpornosti mala. Potencijalna citotoksičnost NP-a može se smanjiti njihovom ugradnjom u odgovarajuće matrice. U ovom doktorskom radu istražene su tri matrice za ugradnju NP-a: polielektrolitni višeslojni filmovi (engl. polyelectrolyte multilayers, PEM), tanki filmovi ZnO naneseni magnetronskim rasprašenjem i alginatni hidrogelovi, od kojih su neki mineralizirani kalcijevim fosfatima (engl. calcium phosphates, CaP) kako bi se poboljšala njihova biokompatibilnost. Navedene matrice izabrane su zbog mogućnosti primjene na različitim površinama, jednostavnosti pripreme i mogućnosti skaliranja priprave. Sve matrice detaljno su fizikalno-kemijski okarakterizirane te su istražena njihova biološka svojstva kako bi se odredio njihov potencijal za primjenu. PEM-ovi su pripremljeni na titanijevim površinama upotrebom poliaminokiselina, poli-L-lizina i poli-L-glutaminske kiseline, u koje su AgNP-ovi ili CuONP-ovi ugrađeni kao dio višesloja. Rezultati energijski razlučujuće rendgenske spektroskopije, spektrometrije masa s induktivno spregnutom plazmom, mikroskopije atomskih sila i mjerenja kontaktnog kuta vode pokazali su da su se CuONP-ovi adsorbirali u većoj količini i agregirali na površini, što je dovelo do povećane hrapavosti i hidrofilnosti u usporedbi s AgNP-ovima. Magnetronski rasprašeni biorazgradivi tanki filmovi ZnO dopirani s Ag i Cu, pripremljeni su ko-depozicijom u sustavu s više izvora. Rendgenska difrakcija na polikristalnom uzorku (XRD) pokazala je nastajanje strukture vurcita u svim uzorcima. Uočeni su suprotni učinci povećanja udjela Ag i Cu na veličinu zrna i kontaktni kut s vodom. Biomimetska depozicija CaP-a rezultirala je djelomičnim prekrivanjem površina tankih filmova apatitnom fazom, čime je poboljšana hidrofilnost površine. Nemineralizirani i mineralizirani alginatni hidrogelovi s ugrađenim AgNP-ovima, CuONP-ovima i ZnONP-ovima pripremljeni su pri različitim pH vrijednostima (7,4 i 9,0). Mineralizacija se odvijala in situ uz upotrebu otopine CaCl2, koja je istovremeno služila za geliranje i mineralizaciju CaP kod hidrogelova koji su sadržavali Na2HPO4. Utjecaj pH na mineralizaciju istražen je XRD-om i infracrvenom spektroskopijom s Fourierovom transformacijom, pri čemu je utvrđeno nastajanje kalcij-deficijentnog hidroksiapatita (CaDHA) u hidrogelovima pripremljenim pri pH 7,4, dok se u hidrogelovima pripremljenim pri pH 9,0 istaložio amorfni kalcijev fosfat koji je ostao stabilan tijekom duljeg vremena. Ugradnja NP-a utjecala je na mineralizaciju, što se očitovalo formiranjem većih kristala CaDHA u hidrogelovima s CuONP. Međutim, utjecaj na reološka svojstva hidrogelova bio je zanemariv. S druge strane, mineralizacija je značajno utjecala na kritične vrijednosti deformacije hidrogelova, što je dovelo do ranijeg prekida mrežne strukture mineraliziranih uzoraka. Brzine otpuštanja iona razlikovale su se ovisno o vrsti matrice. Ugradnjom NP-a u PEM učinkovito se spriječilo naglo otpuštanje iona, a sličan trend pokazao se i kod tankih filmova nanesenih magnetronskim rasprašenjem. Naime, nakon inicijalno bržeg otpuštanja iona, uslijedilo je postupno otpuštanje. Mineralizacijom tankih filmova s CaP usporilo se otpuštanje Cu, dok se otpuštanje Ag povećalo, a otpuštanje Zn nije se značajno promijenilo. Kod alginatnih hidrogelova početno otpuštanje bilo je najsporije, a tijekom vremena postupno se povećavalo. Zamijećene su razlike u otpuštanju ovisno o vrsti ugrađenih NP i pH vrijednosti pripremljenih hidrogelova. Za razliku od odgovarajućih nemineraliziranih hidrogelova, otpuštanje Cu iz mineraliziranih hidrogelova pripremljenih pri pH 7,4 i 9,0 i otpuštanje Zn iz mineraliziranih hidrogelova pripremljenih pri pH 9,0, bilo je smanjeno. Antibakterijski učinci NP razlikovali su se ovisno o matricama u koje su bili ugrađeni. Među ispitanim NP-ima, CuONP-ovi pokazali su bolju antibakterijsku učinkovitost u PEM-u i Cu-dopiranim tankim filmovima ZnO nanesenim magnetronskim rasprašenjem, dok su AgNP-ovi bili učinkovitiji u alginatnim hidrogelovima, a posebno kod hidrogelova pripremljenih pri pH 7,4, kod kojih je došlo do inhibicije rasta Staphylococcus aureusa za približno 50 %. Iako je bakar pokazao bolju antibakterijsku aktivnost kod druge dvije matrice, kod alginatnih hidrogelova s ugrađenim CuONP-ovima došlo je do neočekivano induciranog rasta S. aureusa. Hidrogelovi s ugrađenim NP-ima pokazali su slabiji antibakterijski učinak za Pseudomonas aeruginosa. No, za druge matrice pokazalo se da je S. aureus bilo teže inhibirati nego P. aeruginosa. CaP-mineralizacija poboljšala je antibakterijska svojstva tankih filmova, a kod hidrogelova je njezin učinak bio zanemariv. Značajna inhibicija P. aeruginosa primijećena je jedino za mineralizirani hidrogel s ugrađenim CuONP-ovima pripremljen pri pH 7,4. Ispitivanjem citotoksičnosti utvrdilo se kako su PEM matrice biokompatibilne bez obzira na ugradnju NP-a, pri čemu je vijabilnost stanica MG-63 bila veća od 70 %. S druge strane, tanki filmovi naneseni magnetronskim rasprašenjem pokazali su citotoksičnost. Međutim, biomimetska CaP depozicija pokazala se kao učinkovita strategija za smanjenje citotoksičnosti. Dobiveni rezultati potvrdili su veliki potencijal PEM-ova, tankih ZnO filmova nanesenih magnetronskim rasprašenjem i alginatnih hidrogelova s ugrađenim NP-ima metala i metalnih oksida za primjene u biomedicini kao antibakterijski materijali. Te matrice stoga imaju značajan potencijal u razvoju biokompatibilnih površina
Impact of UV-LED photoreactor design on N-nitrosopyrrolidine degradation
No full textU ovom radu detaljno su analizirani različiti parametri koji utječu na fotokemijsku razgradnju N-nitrozopirolidina (NPYR) i formiranje razgradnih produkata tijekom procesa fotolitičke i fotokatalitičke razgradnje. Ispitivani su parametri kao što su udaljenosti između stijenke fotoreaktora i izvora zračenja (d), valna duljina (λ) i broj LED traka (N). Također prisutnost fotokatalizatora TiO2, odnosno korištena valna duljina pokazali su se ključnima za brzinu reakcije i učinkovitost razgradnje NPYR-a. Rezultati su pokazali da manji d i veći N potiču bržu razgradnju NPYR-a, dok je veća konstanta brzine reakcije koja podrazumijeva bržu razgradnju uočena pri valnoj duljini od 365 nm u usporedbi s 272 nm. Fotolitička razgradnja NPYR-a brža je u usporedbi s fotokatalitičkom razgradnjom što rezultira i većim brojem razgradnih produkata. Ovi rezultati pružaju uvid u optimizaciju fotokemijskih procesa za obradu onečišćenih voda i očuvanje okoliša. Sveukupno, ovaj rad naglašava kompleksnost i važnost optimizacije parametara u fotokemijskim procesima radi postizanja učinkovite obrade vode.In this research, various parameters that influence the photochemical degradation of
N-nitrosopyrrolidine (NPYR) and the formation of degradation products during the photolytic and photocatalytic degradation process were analyzed. Parameters such as the distance between the photoreactor wall and the radiation source (d), wavelength (λ) and and number of LED strips (N) were examined. Additionally, the presence of the TiO2 photocatalyst and the wavelength used, proved to be crucial for the reaction rate and the efficiency of NPYR degradation. The results showed that lower d and higher N promote faster degradation of NPYR, while a higher reaction rate constant, indicating faster degradation, was observed at a wavelength of 365 nm compared to 272 nm. Photolytic degradation of NPYR is faster compared to photocatalytic degradation, which results in a higher number of degradation products. These results provide insight into the optimization of photochemical processes for the treatment of polluted water and environmental protection. Overall, this research highlights the complexity and importance of parameter optimization in photochemical processes to achieve efficient water treatment
Vodorazrjedivi premazi za zaštitu brončane kulturne zaštite
No full textObjects of tangible cultural heritage, such as sculptures, are often made of bronze and located outdoors where they are directly exposed to the corrosive effect of precipitation, humidity, sunlight, temperature and airborne contaminants. To protect them organic coatings, varnishes and waxes are used that meet the requirements of the conservation profession. However, in recent decades, legislations were enacted with an aim to restrict the use of coatings with high content of volatile organic compounds due to their toxicity and negative impact on the environment and human health. For this reason, efforts are being made in all branches of industry to replace solventborne with waterborne coatings, in which the content of organic solvents is reduced and replaced by water. However, waterborne coatings still offer weaker protection than solventborne coatings under similar conditions. For that reason, different approaches to improve their performance are examined. The aim of this thesis was to investigate the applicability of industrial waterborne coatings for corrosion protection of bare and patinated bronze surfaces and the possibility of enhancement of their corrosion protection efficiency and adhesion by surface pretreatment with long-chain phosphonic acids. Sculptures made of bronze are artificially patinated before protective coating application and exposure to the outdoor environment. This artificially formed patina is very reactive, so it was necessary to study its behavior before applying the protection. Artificial sulphide patina was formed on various bronze substrates (CuSn12, CuSn6, RG7) used in the production of bronze sculptures. The corrosion behaviour of the patina was investigated by electrochemical methods, in different corrosive environments: artificial urban and acid rain as well as in NO2 rich atmosphere, with alternating wet and dry cycles. The morphology and composition of the samples were analyzed using microscopic (SEM) and spectroscopic (FTIR) techniques. It was found that the patina undergoes transformation when exposed to a corrosive medium, increasing its resistance and corrosion stability. This entire process depended significantly on the duration of wet period and corrosivity of medium, while the bronze substrate composition was less important factor. Since waterborne coatings contain water, which is less volatile than organic solvents, it was necessary to study the influence of temperature and duration of the drying process on coating final properties. In the first step, conducting tests with an industrial coating, containing a corrosion inhibitor, enabled the selection of suitable coating application parameters. Then, additional waterborne coating was selected, which does not contain corrosion inhibitor, and both coatings were applied on differently patinated bronze substrates, as well as on bare bronzes. Although both coatings proved to be effective, the coating containing corrosion inhibitor showed slightly higher level of corrosion protection and was selected for further studies. It is important to emphasize that this coating does not change the visual appearance of the surface either during application or after exposure to a corrosive environment, as required by conservation ethics. In the next step, the possibility of improvement of waterborne coating corrosion protection and adhesion on bare and patinated bronzes was examined. For this purpose surface pre-treatment with long-chain phosphonic acid was applied. The level of corrosion protection of bare and artificially patinated bronze was tested by electrochemical measurements (polarization measurements and electrochemical impedance spectroscopy) under conditions of simulated acid rain (pH 5) or NO2 atmosphere. The adhesion of the coating to the metal substrate was tested using the pull-off method. It was found that 12- aminododecylphosphonic acid, when applied on bronze by immersion in ethanolic solution, can act as a corrosion inhibitor, as well as a coating adhesion promoter. The research was extended to two other phosphonic acids that differ in chain length and terminal group. Furthermore, all three acids were applied by the brush method in addition to the immersion, which would be more suitable in the practice of cultural heritage. It has been shown that certain improvements can be achieved with both methods, which are more pronounced on a bare surface than on a patinated surface, which is quite porous and reactive. The arrangement of the phosphonic acid films was analyzed by goniometry and the correlation between phosphonic film crystallinity and its effect on coating properties was observed. In summary, it has been shown that industrial waterborne acrylic coatings can effectively protect bare and patinated bronzes, even if the level of protection does not reach the level of similar solventborne coatings. It has been shown that pretreatment with appropriate phosphonic acid can improve the protective properties and adhesion of such coating.Objekti materijalne kulturne baštine, poput skulptura, često su izrađeni od bronce i nalaze se na otvorenom gdje su izravno izloženi korozivnom djelovanju oborina, vlage, sunčeve svjetlosti, temperature i onečišćenja iz zraka. Za njihovu zaštitu koriste se organski premazi, lakovi i voskovi koji zadovoljavaju zahtjeve konzervatorske struke. Posljednjih desetljeća doneseni su zakoni kojima se ograničila uporaba premaza s visokim udjelom hlapivih organskih spojeva zbog njihove toksičnosti i negativnog utjecaja na okoliš i zdravlje ljudi. Zbog toga se u svim granama industrije premazi na bazi otapala nastoje zamijeniti premazima na bazi vode u kojima je sadržaj organskih otapala smanjen i zamijenjen vodom. Međutim, premazi na bazi vode i dalje pružaju slabiju zaštitu od premaza na bazi otapala pod sličnim uvjetima. Zbog toga se istražuju pristupi za poboljšanje njihove učinkovitosti. Cilj ovog doktorskog rada bio je istražiti primjenjivost industrijskih vodorazrjedivih premaza u svrhe korozijske zaštite čistih i patiniranih brončanih površina te mogućnost unaprjeđenja učinkovitosti njihove zaštite i adhezije površinskom predobradom dugolančanim fosfonskim kiselinama. Skulpture izrađene od bronce umjetno se patiniraju prije nanošenja zaštitnog premaza i izlaganja vanjskom okolišu. Ova umjetno stvorena patina je vrlo reaktivna te je bilo potrebno proučiti njeno ponašanje prije nanošenja zaštite. Umjetna sulfidna patina formirana je na različitim brončanim podlogama (CuSn12, CuSn6, RG7) koje se koriste u izradi brončanih skulptura. Korozivno ponašanje patine istraženo je elektrokemijskim metodama u različitim korozivnim okolišima: umjetna urbana i kisela kiša, kao i u atmosferi bogatoj NO2 s izmjeničnim vlažnim i suhim ciklusima. Morfologija i sastav uzoraka analizirani su mikroskopskom (SEM) i spektroskopskom (FTIR) tehnikom. Utvrđeno je da se patina transformira kada je izložena korozivnom mediju gdje dolazi do porasta njene otpornosti i korozijske stabilnosti. Cijeli ovaj proces značajno je ovisio o trajanju vlažnog razdoblja i korozivnosti medija dok je sastav brončane podloge bio manje bitan faktor. Budući da vodorazrjedivi premazi sadrže vodu, koja je manje hlapiva od organskih otapala, bilo je potrebno istražiti utjecaj temperature i trajanja procesa sušenja na konačna svojstva premaza. U prvom koraku provođenje testova s industrijskim premazom, koji sadrži inhibitor korozije, omogućilo je odabir odgovarajućih parametara nanošenja premaza. Zatim je odabran dodatni vodorazrjedivi premaz koji ne sadrži inhibitor korozije te su oba premaza nanesena na različito patinirane brončane podloge kao i na gole bronce. Iako su se oba premaza pokazala učinkovitima, premaz koji je sadržavao inhibitor korozije pokazao je nešto višu razinu korozijske zaštite te je odabran za daljnja istraživanja. Važno je naglasiti da ovaj premaz ne mijenja vizualni izgled površine niti tijekom nanošenja niti nakon izlaganja korozivnoj okolini što je u skladu s konzervatorskom etikom. U sljedećem koraku ispitana je mogućnost poboljšanja korozijske zaštite i adhezije vodorazrjedivog premaza na čistoj i patiniranoj bronci. U tu svrhu primijenjena je predobrada površine dugolančanom fosfonskom kiselinom. Razina korozijske zaštite čiste i umjetno patinirane bronce ispitana je elektrokemijskim mjerenjima (polarizacijska mjerenja i elektrokemijska impedancijska spektroskopija) u uvjetima simulirane kisele kiše (pH 5) ili atmosfere NO2. Adhezija premaza na metalnu podlogu ispitana je pull-off testom. Utvrđeno je da 12-aminododecilfosfonska kiselina, kada se nanese na broncu uranjanjem u etanolnu otopinu, može djelovati kao inhibitor korozije te kao promotor adhezije premaza. Istraživanje je prošireno na dvije druge fosfonske kiseline koje se razlikuju po duljini lanca i terminalnoj skupini. Nadalje, sve tri kiseline su uz metodu uranjanja nanesene i metodom kista koja bi bila prikladnija u praksi za kulturnu baštinu. Pokazalo se da se objema metodama mogu postići određena poboljšanja koja su izraženija na čistoj nego na patiniranoj površini budući da je ona dosta porozna i reaktivna. Uređenost filmova fosfonskih kiselina analizirana je goniometrijom te je proučavana korelacija između kristalnosti filma fosfonske kiseline i njezinog učinka na svojstva premaza. U konačnici, pokazalo se da industrijski, vodorazrjedivi akrilni premazi mogu učinkovito zaštititi čistu i patiniranu broncu čak i ako razina zaštite ne doseže razinu zaštite sličnih organskih premaza. Pokazalo se da prethodna obrada odgovarajućom fosfonskom kiselinom može poboljšati zaštitna svojstva i adheziju takvog premaza
Life cycle assessment of a poly(ethylene terephtalate) bottle
No full textU ovome radu provedena je komparativna analiza procjene životnog ciklusa PET boca proizvedenih od primarnih i recikliranih materijala korištenjem Brightway2 paketa. Analiza usvaja pristup od kolijevke do vrata, s naglaskom na procjenu okolišnih utjecaja povezanih s fazama proizvodnje do trenutka kada su boce spremne za punjenje. Ključne kategorije utjecaja, uključujući cjelokupno zdravlje ljudi te klimatske promjene, procijenjene su korištenjem metoda dostupnih u Brightway2. Baza podataka korištena u radu formirana je prikupljanjem podataka iz različitih dostupnih izvora te su podaci pažljivo odabrani, organizirani i uneseni u bazu kako bi se osigurala točnost i korisnost za specifične potrebe analize. Rezultati pokazuju mogućnost smanjenja utjecaja na okoliš i ljudsko zdravlje proizvodnjom poli(etilen-tereftalata) iz recikliranog materijala. Zaključno, ova studija pruža važne rezultate o okolišnim prednostima uporabe recikliranog poli(etilen-tereftalata) te nudi vrijedne smjernice za daljnje provedbe procjena cjeloživotnih ciklusa. Rezultati dobiveni u okviru ove studije dodatno podržavaju inicijative za povećanje recikliranja i smanjenje upotrebe primarnih resursa u industriji ambalaže.In this study, a comparative life cycle assessment (LCA) analysis of PET bottles produced from both virgin and recycled materials was conducted using the Brightway2 software package. The analysis utilized a cradle-to-gate approach, with a focus on evaluating the environmental impacts associated with the production stages up to the point where the bottles are ready for filling. Key impact categories, including overall human health and climate change, were assessed using methods available within Brightway2. The database used in this study was compiled by collecting data from various available sources, and the data were carefully selected, organized, and entered into the database to ensure accuracy and relevance to the specific needs of the analysis. The results demonstrate the potential to reduce environmental and human health impacts through the production of polyethylene terephthalate (PET) from recycled materials. In conclusion, this study provides important insights into the environmental benefits of using recycled PET and offers valuable guidance for further life cycle assessments. The results obtained in this study further support initiatives to increase recycling and reduce the use of virgin resources in the packaging industry
Self-assembly of dimeric metallosurfactants
No full textCilj ovog rada bio je utvrditi utjecaj dvovalentnih prijelaznih metala u protuionu dimerne površinski aktivne tvari (PAT), bis(N,N-dimetil-N-dodecil)etilen-1,2-diamonijevog dibromida, na njezina osnovna fizikalno-kemijska svojstva. U tu svrhu sintetizirane su nove dimerne PAT koje u protuionu sadrže metalni ion kobalta, bakra ili cinka te su označene kao [MBr4](dim) (M = Co, Cu, Zn). Dimerne PAT već desetljećima privlače veliku pažnju istraživača jer usporedbe fizikalno-kemijskih svojstava pokazuju da su znatno superiornije od monomernih u svim svojstvima na kojima se temelji njihova upotreba. Uvođenjem metalnih iona u njihovu strukturu nastaju jedinstveni spojevi koji osim sposobnosti adsorpcije i asocijacije posjeduju redoks, magnetska, i katalitička svojstva. Otopine novosintetiziranih PAT istražene su mjerenjem površinske napetosti Du Noüyevom metodom, mjerenjem električne provodnosti, a veličina i zeta-potencijal micela određeni su dinamičkim (DLS) i elektroforetskim raspršenjem svjetlosti (ELS). Utvrđeno je da se površinska aktivnost dimernih PAT zamjenom uobičajenog halogenog Br- protuiona s kompleksnim [MBr4]2- povećava, a vrijednosti kritične micelizacijske koncentracije (cmc) se pomiču prema manjim koncentracijama. Također, DLS rezultati pokazali su da sve [MBr4](dim) PAT pri istim koncentracijama asociraju u cilindrične i veće micele u odnosu na polaznu dimernu PAT. Razlike u fizikalno-kemijskim svojstvima unutar novosintetizirane serije PAT nisu jako izražene i više-manje su neovisne o vrsti metalnog iona.The aim of this investigation was to give better insight into the structure-property relationships of dimeric metallosurfactants. Using
bis(N,N-dimethyl-N-dodecyl)ethylene-1,2-diammonium dibromide three metal based dimeric surfactants containing cobalt, copper and zinc in the counterion were synthesized. The newly synthesized metallosurfactants were denoted [MBr4](dim) (M = Co, Cu, Zn). Constantly growing interest in the investigation and synthesis of novel dimeric surfactants is driven by their superior properties compared to conventional ones. By introducing metal ions into their structure unique compounds are created possessing magnetic, catalytic and redox properties in addition to their adsorption and aggregation capabilities. Du Noüy ring method was used to measure surface tension. Conductivity measurements were also used for critical micellar concentrations (cmcκ) determination. The size and zeta potential of micelles were measured by dynamic (DLS) and electrophoretic light scattering (ELS). It was found that the surface activity of dimeric metallosurfactants increases by replacing the conventional halogen Br- counterion with a complex one [MBr4]2-. In addition, the values of the critical micelle concentrations shifted towards lower values. DLS results showed that for all newly synthesised metallosurfactants transition from spherical to cylindrical micelles occur at relatively low concentrations. Differences in physicochemical properties within the newly synthesized series were not very pronounced and are more or less independent of the metal ion