Chemical Engineering Commons^™

Surface Functionalization Of Pure-Chirality Carbon Nanotubes By Covalent And Noncovalent Chemistry, Fjorela Xhyliu, Niyousha Mohammad Shafie

Undergraduate Research Posters 2018

Single-wall carbon nanotubes (SWCNTs) are one-dimensional cylindrical nanostructures with distinct electronic and optical properties. With all its atoms on the surface, SWCNTs have been widely explored for chemical modification through noncovalent and covalent chemistry, which can provide promising applications in bioimaging and sensing. Here we investigated surface functionalization of purechirality SWCNTs with various glycopolymers, surfactants, and RPMI cell culture media with and without fetal bovine serum (FBS). Raman, vis-NIR absorption, and vis-NIR fluorescence spectra of SWCNTs in various solvent environments were monitored over time. While nanotube aggregation was not observed for incubation in FBS containing RPMI for 8 hours, interactions …

Drug Delivery Strategies For The Treatment Of Advanced Lung Cancer And Various Lung Metastases, Elizabeth Bielski

Wayne State University Dissertations

Lung cancer remains the leading cause of cancer-related deaths in the United States. Secondary lung tumors metastasized from other cancer sites also remains highly prevalent, in which most metastatic tumors cannot be cured with existing therapies. Chemoresistance (multi drug resistance – MDR) that develops intrinsically or acquired is one of the key factors leading to fatality in these patients. MDR develops form a variety of resistance mechanisms that can occur consecutively or concurrently, therefore, making most current treatments unsuccessful. Current therapies have known to slow tumor growth, but rarely provide a cure. Immunotherapy has seen some promise, including the use …

Face Size Biases Emotion Judgment Through Eye Movement, Shuo Wang

Faculty & Staff Scholarship

Faces are the most commonly used stimuli to study emotions. Researchers often manipulate the emotion contents and facial features to study emotion judgment, but rarely manipulate low-level stimulus features such as face sizes. Here, I investigated whether a mere difference in face size would cause differences in emotion judgment. Subjects discriminated emotions in fear-happy morphed faces. When subjects viewed larger faces, they had an increased judgment of fear and showed a higher specificity in emotion judgment, compared to when they viewed smaller faces. Concurrent high-resolution eye tracking further provided mechanistic insights: subjects had more fixations onto the eyes when they …

A Magnetically Responsive Biomaterial System For Flexibly Regulating The Duration Between Pro- And Anti-Inflammatory Cytokine Deliveries, Anita E. Tolouei, Nihan Dügler, Rosa Ghatee, Stephen Kennedy

Chemical, Biomolecular, and Materials Engineering Faculty Publications

While inflammation can be problematic, it is nonetheless necessary for proper tissue regeneration. However, it remains unclear how the magnitude and duration of the inflammatory response impacts regenerative outcome. This is partially due to the difficulty in temporally regulating macrophage phenotype at wound sites. Here, a magnetically responsive biomaterial system potentially capable of temporally regulating macrophage phenotypes through sequential, on‐demand cytokine deliveries is presented. This material system is designed to (i) rapidly recruit proinflammatory macrophages (M1) through initial cytokine deliveries and (ii) subsequently transition macrophages toward anti‐inflammatory phenotypes (M2s) through delayed, magnetically triggered cytokine release. Here, the ability of this …

Atomic Layer Deposition Prepared Nanostructured Materials For Various Catalytic Reactions, Xiaofeng Wang

Doctoral Dissertations

"Atomic layer deposition (ALD) has been widely used for thin film coating and metal nanoparticles (NPs) preparation. In this report, the applications of ALD prepared nanostructured materials in catalysis were examined.

Highly dispersed Pt monometallic catalysts with different substrates and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) supported Pt-Co bimetallic catalysts were synthesized by ALD for selective hydrogenation of α, β-unsaturated aldehydes to unsaturated alcohols (UA). Pt/MWCNTs showed the highest selectivity of UA in selective hydrogenation of citral, as compared to Pt/SiO₂, Pt/ALD-Al₂O₃, and Pt/γ-Al₂O₃. After adding Co, the highest selectivity was achieved …

การวิเคราะห์สมรรถนะของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดออกไซด์ของแข็งที่ใช้ก๊าซที่ระบายออกจากระบบสำหรับการผลิตไฟฟ้า, จุฑามาศ ไชยชาญสกุล

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ก๊าซที่ถูกปล่อยออกมาจากหอเผาทิ้งในกระบวนการผลิตปิโตรเลียมและปิโตรเคมีส่วนใหญ่มีองค์ประกอบที่เป็นก๊าซเรือนกระจก ปัจจุบันได้มีการศึกษาเพื่อลดปริมาณการปลดปล่อยก๊าซจากหอเผาทิ้ง ซึ่งจะช่วยลดปริมาณก๊าซเรือนกระจกและการสูญเสียพลังงานจากการเผาไหม้ก๊าซในหอเผาทิ้งอีกด้วย งานวิจัยนี้ได้ศึกษาการนำก๊าซทิ้งที่ระบายออกจากกระบวนการผลิตที่ผ่านกระบวนการรีฟอร์มมิงกลับมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตพลังงานไฟฟ้าโดยใช้เซลล์เชื้อเพลิงชนิดออกไซด์แข็ง แบบจำลองระบบเซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้ก๊าซทิ้งจากกระบวนการกลั่นน้ำมันปิโตรเลียม ซึ่งมีก๊าซ ไฮโดรเจน และสารประกอบไฮโดรคาร์บอนอื่น ๆ เป็นองค์ประกอบหลัก ถูกพัฒนาขึ้นโดยใช้โปรแกรมจำลองกระบวนการ แอสเพน พลัส แบบจำลองระบบเซลล์เชื้อเพลิงที่ได้ถูกนำมาใช้ในการศึกษาผลของสภาวะการดำเนินงานของระบบเซลล์เชื้อเพลิง ที่มีต่อประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงในก๊าซทิ้ง การผลิตพลังงานไฟฟ้าจากเซลล์เชื้อเพลิง และความสามารถในการลดปริมาณก๊าซทิ้งที่ระบายออกจากกระบวนการผลิตที่จะส่งไปยังหอเผาทิ้ง จากการวิจัยพบว่ากระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยไอน้ำที่มีค่าสัดส่วนคาร์บอนต่อไอน้ำเป็น 2.5 สารมารถเปลี่ยนรูปก๊าซทิ้งที่ระบายอออกจากกระบวนการกลั่นน้ำมันปิโตรเลียมเป็นก๊าซไฮโดรเจนได้สูงกว่ากระบวนการอื่น ซึ่งมีประสิทธิภาพในการผลิตคือร้อยละ 27.37 ที่อุณหภูมิ 700 องศาเซลเซียส ในขณะที่กระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยไอน้ำที่อุณหภูมิต่ำที่มีค่าสัดส่วนไอน้ำต่อคาร์บอนเป็น 0.7 และกระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เหมาะสำหรับการเปลี่ยนรูปก๊าซทิ้งจากกระบวนการกลั่นน้ำมันให้เป็นก๊าซมีเทน ซึ่งมีประสิทธิภาพในการผลิตคือร้อยละ 69.02 และ 59.99 ที่อุณหภูมิ 300 และ 760 องศาเซลเซียสตามลำดับ ก๊าซทิ้งจากกระบวนการกลั่นน้ำมันปิโตรเลียมที่ผ่านกระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยไอน้ำที่อุณหภูมิต่ำสามารถผลิตพลังงานงานไฟฟ้าได้ดีที่สุด (1472.68 kW) และมีประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของเซลล์เชื้อเพลิงคือร้อยละ 32.30 โดยการป้อนก๊าซทิ้งจากกระบวนการกลั่นน้ำมันปิโตรเลียมปริมาณ 435 กิโลกรัมต่อชั่วโมง เข้าไปในกระบวนการและสามารถลดการการปลดปล่อยปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากการเผาไหม้ของหอเผาทิ้งได้สูงถึงร้อยละ 76.76 และ 76.38 ตามลำดับ

Hydrophobic Surface Modification Of Polymethyl Methacrylate By Two-Dimensional Plasma Jet Array At Atmospheric Pressure, Feng Liu, Meiling Cai, Bo Zhang, Zhi Fang, Chunqi Jiang, Kostya Ken Ostrikov

Bioelectrics Publications

Recently developed atmospheric pressure plasma jet (APPJ) is considered as a novel and efficient technique for uneven surfaces processing and APPJ array effectively expands the treatment area of a single APPJ. In this paper, a two-dimensional (2D) APPJ array in Ar/tetramethylsilane (TMS) is used to improve the surface hydrophobicity of polymethyl methacrylate (PMMA) by depositing polymerized silicalike clusters on the jet-PMMA interface. The electrical and optical characteristics of the 2D Ar/TMS APPJ array are measured to optimize experimental conditions. The wettability of jet-PMMA interface is assessed by measuring water contact angle, which increases from 65° to a maximum value of …

Synthesis And Comprehensive Studies Of Nanogels For Enhanced Oil Recovery, Jiaming Geng

Doctoral Dissertations

“Nanomaterials have been developed and applied for enhanced oil recovery (EOR) in oil industry. Among the developed nanomaterials, nano-sized crosslinked polymeric gel particles (nanogels) have shown the potential in improving both the macro- and micro-displacing efficiency. This dissertation focuses on the synthesis and the potential EOR mechanisms of nanogels. Nanogels with positive, negative, and neutral charges were synthesized through suspension polymerization. The morphology, size distribution, and zeta potential of nanogels were elucidated by corresponding technologies, such as scanning electron microscopy and dynamic light scattering. The ability of nanogels in oil-water interfacial tension (IFT) reduction and oil-in-water (o/w) emulsion stabilization was …

Engineering Polymeric Hollow Fiber Membrane Reactors For Sustainable Chemical Transformation Reactions, Yingxin He

Doctoral Dissertations

“Over the past decade, laboratory-scale continuous-flow processes have witnessed explosive developments and have attracted a great deal of interest with respect to the significance of the economic and environmentally-sustainable production of pharmaceuticals, fine chemicals, and agrochemicals, as well as upgrading of biomass feedstocks. Immobilization of organocatalysts and metal nanoparticles on continuous-flow microreactors offers an efficient catalytic system that exploits and enhances the advantages of both nanocatalysis and flow chemistry, the so-called flow nanocatalysis approach. Various approaches have been developed for the development of continuous-flow reactions including immobilization and subsequent anchoring of organocatalysts and metal nanoparticles within microfluidic reactors. However, many …

Enhancement Of Heat Transfer Coefficient Using Nanofluids For Multi-Stage Flash Desalination (Msf) Plant, Nasser Zouli

Doctoral Dissertations

“The enhancement of thermal conductivity and local heat transfer coefficient, under laminar and turbulent flow regimes, of water-based spherical Al₂O₃, CuO, and Fe₂O₃ nanofluids have been experimentally investigated for the improvement of the thermal desalination processes using a newly developed sophisticated noninvasive heat transfer coefficient probe that is flush mounted on the inner wall surface of the test section. The nanoparticles have been selected because of their superior thermal conductivity and low cost, as well as the magnetic characteristic of Fe₂O₃ nanoparticle since a magnet can collect it and reuse. …

Engineering Zeolite Catalysts Through Porosity And Surface Acidity Control For Selective Production Of Light Olefins, Xin Li

Doctoral Dissertations

"Zeolites are broadly used as heterogeneous catalysts in various chemical and petrochemical industries to produce value-added chemicals and fuels, mainly due to their large surface area, acid-base properties, high thermal stability, and excellent shape-selectivity. In this dissertation, various zeolite catalysts were engineered through fine-tuning micro-meso-macro-porosity and surface acidity. The engineered zeolites were used as heterogeneous catalysts for production of light olefins such as ethylene and propylene through alcohol dehydration and hydrocarbon cracking reactions.

To control the zeolite porosity and acidity, SAPO-34@ZSM-5 and SAPO-34@Silicalite-1 composites with core-shell structure were synthesized and evaluated in ethanol dehydration reaction. Analysis of catalytic performance revealed …

Comprehensive Evaluation Of A Novel Eor Method-Coupling Low Salinity Water Flooding And Preformed Particle Gel To Enhance Oil Recovery In Fractured Reservoirs, Ali K. Alhuraishawy

Doctoral Dissertations

"Excess water production in oil fields is becoming a challenging economic and environmental problem as more reservoirs are maturing. Water channeling, one of the primary reservoir conformance problems, is caused by reservoir heterogeneities that lead to the development of high-permeability streaks. The recovery of oil from carbonate reservoirs is usually low due to their extreme heterogeneity caused by natural fractures and the nature of oil-wet matrix. Also, oil recovery from fractured sandstone reservoirs is often low due to areal heterogeneity. Gel treatments have proven to be a successful and inexpensive fluid diversion method when used to plug the thief zones …

Hydrodynamics Study Of The Bubble Columns With Intense Vertical Heat-Exchanging Tubes Using Gamma-Ray Computed Tomography And Radioactive Particle Tracking Techniques, Abbas Jawad Sultan

Doctoral Dissertations

"Understanding the hydrodynamics of bubble columns with and without vertical heat-exchanging tubes is a necessity for the proper design, scale-up, and operation of these reactors. To achieve this goal, systematic experiments were performed to visualize and quantify the influence of the presence of vertical internal tubes on the gas holdup distributions and their profiles, axial liquid velocity, and turbulent parameters (i.e., normal and shear stresses; turbulent kinetic energy) by using advanced gamma-ray computed tomography (CT) and radioactive particle tracking (RPT). In this study, the experiments were conducted in 6- and 18-inch bubble columns with an air-water system as the working …

Experimental And Numerical Investigation On Tar Production And Recycling In Fixed Bed Biomass Gasifiers, Jia Yu

Doctoral Dissertations

"Bioenergy has been utilized for domestic purposes since pre-recorded history and it catches the highlight in the recent decades because it naturally benefits the world climate and energy security. Gasification is one of the key technologies to efficiently and economically convert biomass into syngas and further into biofuels. Despite these outstanding advantages, biomass gasification suffers from the formation of unfavorable byproduct tar and the consequential tar elimination. Moreover, the collected tar is toxic and thus requires storage and strict deposit method to avoid environmental pollution.

To understand the mechanisms of biomass gasification and tar production, simulations with Aspen Plus were …

Computational Design And Numerical Analyses Of Thermal-Hydraulics In A Pwr-Type Small Modular Nuclear Reactor, Vivek Murlidhar Rao

Doctoral Dissertations

"This dissertation focuses on computational design of a PWR-type small modular nuclear reactor (SMR), and analysis of coolant thermal-hydraulics during steady-state operation. Physical design of the SMR is based on the existing AP-1000 and Small Modular Reactor designs by Westinghouse Nuclear.

The first paper discusses a two-stage simulation of turbulent flow in the lower plenum of the RPV. In the first stage, four time-dependent Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) based turbulence models were used to simulate turbulent flow, compare predictions and identify an appropriate turbulence model. In the second stage, the selected turbulence model was once again used to simulate flow on …

Limiting Key Drilling Parameters To Control Mud Losses In Basra's Oil Fields, Iraq, Abo Taleb Tuama Al-Hameedi

Doctoral Dissertations

"Wells in Basra's oil fields are highly susceptible to lost circulation problems when drilling through the Dammam, Hartha, and Shuaiba formations. Drilling engineers are challenged to select the optimum value for key drilling parameters such as ECD, Yp, MW, WOB, ROP, and RPM to mitigate mud losses in these formations. Many of these drilling parameters are inter-related and the overall impact of changing key parameters require extensive drilling experience and study. A multi-regression analysis was performed on mud loss event data for more than 300 wells drilled in Basra's oil fields. From this analysis, a model was developed to predict …

Ultrafast Consolidation Of Bulk Nanocrystalline Titanium Alloy Through Ultrasonic Vibration, Peng Chen, W. B. Liao, Lehua Liu, F Luo, Xiaoyu Wu, Peijie Li, C Yang, M Yan, Y. J. Liu, Laichang Zhang, Zhiyuan Liu

Research outputs 2014 to 2021

Nanocrystalline (NC) materials have fascinating physical and chemical properties, thereby they exhibit great prospects in academic and industrial fields. Highly efficient approaches for fabricating bulk NC materials have been pursued extensively over past decades. However, the instability of nanograin, which is sensitive to processing parameters (such as temperature and time), is always a challenging issue to be solved and remains to date. Herein, we report an ultrafast nanostructuring strategy, namely ultrasonic vibration consolidation (UVC). The strategy utilizes internal friction heat, generated from mutually rubbing between Ti-based metallic glass powders, to heat the glassy alloy rapidly through its supercooled liquid regime, …

เส้นใยกราฟิติกคาร์บอนไนไตรด์/แอลฟาแมงกานีสไดออกไซด์นาโนไวร์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสองหน้าที่สมรรถนะสูงสำหรับแบตเตอรี่สังกะสี-อากาศ, ทักษพร ศรีมโนรถ

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

แบตเตอรี่สังกะสี-อากาศเป็นเทคโนโลยีที่กำลังได้รับความสนใจ เนื่องจากมีต้นทุนต่ำ ความปลอดภัยสูง และเป็นแบตเตอรี่ประเภทที่สามารถอัดประจุซ้ำได้ แต่ความช้าของจลนศาสตร์ของปฏิกิริยารีดักชันออกซิเจน (ORR) และปฏิกิริยาออกซิเดชันออกซิเจน (OER) ของขั้วอากาศเป็นตัวจำกัดสมรรถนะของแบตเตอรี่ การศึกษาวิจัยนี้มุ่งเน้นไปที่การพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาแบบสองหน้าที่ที่มีสมรรถนะต่อต้นทุนสูง แอลฟาแมงกานีสไดออกไซด์นาโนไวร์ (α-MnO2NWs) แสดงความเป็นตัวเร่ง ORR ที่ดีเนื่องจากมีความสามารถในการดูดซับออกซิเจนได้ดี แต่มีแนวโน้มที่จะเกิดการออกซิไดซ์กลายเป็น MnO4- ได้ วัสดุฐานคาร์บอนซึ่งเติมด้วยเฮเทอโรอะตอมได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางเพื่อเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสองหน้าที่ ORR/OER ในบรรดาวัสดุฐานคาร์บอน เส้นใยกราฟิติกคาร์บอนไนไตรด์ (GCNFs) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ORR/OER ที่มีสมรรถนะดี ทั้ง α-MnO2NWs และ GCNFs มีราคาต่ำ เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และง่ายต่อการสังเคราะห์ ด้วยเหตุนี้จึงทำการศึกษา GCNFs กับ α-MnO2NWs พบว่า GCNFs/α-MnO2NWs ในอัตราส่วน 90:10 แสดงจำนวนการถ่ายโอนอิเล็กตรอนเท่ากับ 3.74 ทั้งยังมีค่าศักย์ไฟฟ้าในการเกิด OER ที่เบี่ยงเบนไปจากค่าทางทฤษฎีเท่ากับ 0.25 V และยังมีความเสถียรในปฏิกิริยา OER นอกจากนี้แบตเตอรี่สังกะสี-อากาศที่มี GCNFs/α-MnO2NWs ในอัตราส่วน 90:10 เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับขั้วอากาศให้ความหนาแน่นพลังงานสูงถึง 70.9 mW/cm2 ที่ความหนาแน่นกระแส 125.4 mA/cm2 และมีความเปลี่ยนแปลงความต่างศักย์ในการปล่อยประจุลดลง 1.70% และอัดประจุเพิ่มขึ้น 2.82% ของโปรไฟล์การอัด-คายประจุจำนวน 200 รอบ ผลการวิจัยพบว่า GCNFs/α-MnO2NWs ในอัตราส่วน 90:10 สามารถปรับปรุงจลนศาสตร์ของ ORR และ OER และเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของแบตเตอรี่สังกะสี-อากาศได้

Variables Governing The Initial Stages Of The Synergisms Of Ultrasonic Treatment Of Biochar In Water Saturated With Carbon Dioxide, Adedapo Reuben Adeniyi

Electronic Theses and Dissertations

This work investigates the initial stage of the synergistic processes of acoustic treatment of biochar in water saturated with CO2 (AIChE Journal, 2014;60:1054-1065). Treatments with switchgrass and miscanthus biochars have been conducted to examine the effects of acoustic intensity, biochar/H2O ratio, CO2 concentrations of the solution, and that in the headspace above the solution. The changes in biochars’ heating values, carbon and hydrogen contents, internal surface area, and pore size distribution have significant technological implications and are the focal points of this study. The miscanthus and switchgrass biochars were produced via pyrolysis process at 700 oC and 550 oC, respectively. …

Analysis Of Aluminum-Air Battery By Physics-Based Mathematical Model, Chong Zhou

Graduate Research Theses & Dissertations

The demand of electrical energy system is increasing rapidly these days for diverse applications from portable electronics and electrical vehicles to grid-scale energy storage. Lithium-ion battery has been utilized for most of those applications, but due to high cost (about $600/ kWh) and lower energy density (0.37 kWh/kg), the advent of low cost and high performing battery system is required. In this study, we will revisit aluminum-air battery as a promising system which has excellent features such as high energy density of 2.8 kWh/kg, low cost, and safe in nature, but it was abandoned due to challenging issues. One of …