Engineering Commons^™

A New Deep Decoder Type Cascaded Feedforward Neural Network For Critical Heat Flux Prediction In Power Reactors, Rehan Zubair Khalid, Atta Ullah, Asifullah Khan, Mansoor Hameed Inayat, Muthanna H. Al-Dahhan

Chemical and Biochemical Engineering Faculty Research & Creative Works

Critical Heat Flux (CHF) is a fundamental parameter for ensuring the performance, reliability, safety, and economic viability of water-cooled nuclear reactors. Despite its significance, the absence of a deterministic theory for CHF prediction poses a substantial challenge in thermal engineering. Consequently, various experimental and numerical models have been developed, yet no universally accepted model comprehensively addresses the wide range of flow conditions encountered in practical applications. The accurate prediction of CHF remains a complex and critical task. This work introduces a novel Deep Decoder Type Cascaded feedforward Neural Network (DD-CFNN) to predict CHF across a broad spectrum of operating conditions. …

Experimental Investigation Of Heat Transfer Behavior In Spouted Bed Reactors Under Different Operating Conditions, Hasan A. Abdulwahab, Abbas J. Sultan, Amer A. Abdulrahman, Hasan Sh Majdi, Haydar A.S. Aljaafari, Zahraa W. Hasan, Laith S. Sabri, Bashar J. Kadhim, Jamal M. Ali, Muthanna H. Al-Dahhan

Chemical and Biochemical Engineering Faculty Research & Creative Works

Abstract: Spouted bed reactors (SBRs) are highly valued for their effectiveness in chemical and biochemical processes due to their mixing and heat transfer capabilities. Understanding the heat transfer mechanisms in these reactors is necessary. This research delves into the heat transfer behavior of SBRs, which plays a role in enhancing their performance under operational conditions. The study conducted experiments to measure the heat transfer coefficient (HTC) at varying gas velocities (ranging from 0.32 to 0.74 m/s) at radial positions (r/R = 0, ±0.28, ±0.56, and ±0.85) and axial levels (H/D = 0.8, 2.1, and 3.5) within the spouted bed (SB) …

Machine Learning Modeling For Hydrolysis Recycling Of Pet Waste, Jie Li, Lanjia Pan, Hossein Abedsoltan, Hailong Wang, Taiyang Liu, Xiangzhou Yuan, Yong Sik Ok, Yin Wang

Chemical and Biochemical Engineering Faculty Research & Creative Works

The hydrolysis of polyethylene terephthalate (PET) into terephthalic acid (TPA) can efficiently recycle waste PET, but achieving high conversion efficiency through smart reaction design remains challenging. To develop a robust and accurate machine learning (ML) model for the in-depth understanding and intelligent design of PET hydrolysis, we compiled a new dataset comprising 942 data points and comprehensive information of 44 variables involved in heating type, acid/base catalyst (ABC), organic solvent (OS), co-solvent (CS), phase transfer catalyst (PTC), and operational conditions. The developed Neural Network model demonstrated the best performance in predicting PET conversion, with a testing determination coefficient (R^{2 …}

Mechanistic Scale-Up Of Gas-Solid Fluidized Beds Via Local Hydrodynamic Similarity, Faraj M. Zaid, Thaar M. Aljuwaya, Muthanna H. Al-Dahhan

Chemical and Biochemical Engineering Faculty Research & Creative Works

This study presents a detailed experimental evaluation of a newly developed mechanistic scale-up methodology for gas-solid fluidized beds. Traditional scale-up approaches typically rely on matching global dimensionless groups, which often fail to ensure local hydrodynamic similarity. In contrast, the new mechanistic method aims to achieve scale-up by matching the radial profiles of gas holdup between geometrically similar beds at corresponding dimensionless axial positions (z/D_c). This approach is based on the premise that when gas holdup profiles align, other key hydrodynamic parameters—such as solids holdup and particle velocity—also become similar. To validate this methodology, experiments were conducted in two …

Identifying Potential Risk Areas Close To The Oil And Gas Pipelines Due To Subsidence In Qazvin Plain, Mahmoud Rajabi, Sanaz Vajedian, Ryan Smith, Neil Grigg, Hossein Nahavandchi, Mehdi Goli

Geosciences and Geological and Petroleum Engineering Faculty Research & Creative Works

Surface displacement caused by natural and anthropogenic activities poses a significant risk to subsurface pipelines, particularly in areas experiencing subsidence. Stress and strain induced by deformation can lead to pipeline buckling and potential vulnerability. This study applies a multidisciplinary approach integrating interferometric synthetic aperture radar (InSAR) deformation analysis, well data, and geological context to assess the risk to oil and gas pipelines in Iran's Qazvin plain. The focus is on evaluating the impact of an unconfined aquifer, which has a lower risk of subsidence compared to a confined aquifer, on pipeline infrastructure. We analyzed multitemporal Sentinel-1 data collected between 2014 …

Development Of Self-Healing Polymer From Bio-Based Benzoxazine Blend With Poly(Ethylene Glycol) For Anti-Biofouling Applications, Pharaporn Yodkum

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Biofouling remains a significant challenge in marine industries, as conventional coatings often lose their antifouling efficacy once they become damaged. Incorporating self-healing capabilities into antifouling coatings has therefore emerged as a promising strategy to extend service life and maintain long-term performance. In this study, self-healing polymers were developed based on a bio-derived benzoxazine resin (E-fa), synthesized from renewable precursors including eugenol (a phenol source), furfurylamine (an amine source), and paraformaldehyde, and subsequently blended with poly(ethylene glycol) (PEG). The blends were formulated with varying weight ratios (95/5, 90/10, 85/15, and 80/20 wt/wt%) and PEG molecular weights (PEG-600, PEG-1500, and PEG-4000). This …

Synthesis And Assessment Of Biobased Acrylated Epoxidized Soybean Oil Resins For Stereolithography 3d Printing Of Microfluidic Devices, Natalie S. Romero Figueroa

College of Graduate Studies: Theses & Dissertations

This research focuses on the development and characterization of a biobased photocurable resin synthesized from soybean oil for use in stereolithography (SLA) 3D printing of microfluidic devices. The study explores a sustainable alternative to petroleum-based resins by performing an acrylation reaction on epoxidized soybean oil (ESO) to produce acrylated epoxidized soybean oil (AESO), which was then formulated into a photocurable resin with the addition of a photo initiator. The fabrication process involved designing microfluidic molds in SolidWorks and printing them using an Elegoo Mars 4 SLA printer under various exposure and layer thickness parameters. The printed samples consisted of microchannels …

Polymorphism And Mechanical Behavior In Hot-Pressed 3d-Printed Polyamide Composite: Effects Of Pressure And Temperature, John Barber, Patricia Revolinsky, Jimesh Bhagatji, Diego Pedrazzoli, Sergii Kravchenko, Oleksandr Kravchenko

Mechanical & Aerospace Engineering Faculty Publications

The aim of this work is to study the effect of high-temperature compaction (HTC) upon the polymorphism and the mechanical behavior of an additively manufactured (AM) carbon fiber-reinforced polyamide (PA6). Different pressure and temperature levels during HTC were tested to determine the overall effect on the mechanical behavior and material crystalline composition. Treated, carbon fiber-reinforced PA6 samples were analyzed using differential scanning calorimetry, X-ray diffraction, thermogravimetric analysis, scanning electron microscopy, and three-point bending testing. When considered with respect to as-printed samples, an HTC temperature of 190 °C combined with 80 psi pressure resulted in an increased flexural modulus and strength …

A Comprehensive Review Of Piezoelectric Pvdf Polymer Fabrications And Characteristics, Nadia Ahbab, Sidra Naz, Tian-Bing Xu, Shihai Zhang

Mechanical & Aerospace Engineering Faculty Publications

Polyvinylidene fluoride (PVDF) polymer films, renowned for their exceptional piezoelectric, pyroelectric, and ferroelectric properties, offer a versatile platform for the development of cutting-edge micro-scale functional devices, enabling innovative applications ranging from energy harvesting and sensing to medical diagnostics and actuation. This paper presents an in-depth review of the material properties, fabrication methodologies, and characterization of PVDF films. Initially, a comprehensive description of the physical, mechanical, chemical, thermal, electrical, and electromechanical properties is provided. The unique combination of piezoelectric, pyroelectric, and ferroelectric properties, coupled with its excellent chemical resistance and mechanical strength, makes PVDF a highly valuable material for a wide …

Evaluation Of Physical And Chemical Stability In Liposomes Composed Of Mixed Phospholipids, Sharareh Rezaei, Kenny Mineart

Master’s Theses

Liposomes, spherical vesicles composed of lipid bilayers, are widely used in drug delivery due to their biocompatibility, biodegradability, and ability to interact with biological membranes. Despite these advantages, liposomes remain moderately unstable systems, highly susceptible to environmental stressors such as pH fluctuations, ionic strength variations, temperature changes, and interactions with other components. Addressing both chemical and physical instability is essential for translating liposomal formulations from experimental formulation to viable pharmaceutical products.

This study investigates the physicochemical characteristics of a mixed-phospholipid system in which one lipid is saturated, and the other is unsaturated (DMPC and DOPC respectively). Liposomes are prepared using …

Thermo-Rheological And Tribological Properties Of Low- And High-Oleic Vegetable Oils As Sustainable Bio-Based Lubricants, Abiodun Saka, Tobechukwu K. Abor, Anthony C. Okafor, Monday U. Okoronkwo

Mechanical and Aerospace Engineering Faculty Research & Creative Works

Vegetable oil-based lubricants have attracted increased research attention in recent decades as sustainable alternatives to conventional petroleum-based lubricants in metal machining. However, more studies are required to fully elucidate the thermo-rheological and tribological properties. This study presents an investigation of the thermo-rheological and tribological properties of different vegetable oils, including low- and high-oleic soybean oil, high-oleic sunflower, safflower, and canola oils. The lubricity, and evolution of viscosity and thermodynamic properties as a function of temperature were investigated to obtain important parameters including the viscosity index, flow behavior index, flow activation energy, specific heat capacity, thermal conductivity, coefficient of friction, contact …

Effect Of Solvent On Nonanoic And Azelaic Acids Yield Enhancement From Oxidative Cleavage Of Oleic Acid, Chakreeya Santhadklang

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

This study investigates the effect of solvent choice on the oxidative cleavage of oleic acid using hydrogen peroxide (H2O2) as the oxidant, with a focus on improving the yields of nonanoic acid (NA) and azelaic acid (AA). Solvent selection was found to play a critical role due to polarity differences between the reactants and oxidants. tert-Butanol was unsuitable because of its low boiling point, leading to the evaluation of higher-boiling solvents including guaiacol, acetoin, ethyl lactate, and isobutyric acid. Guaiacol and acetoin exhibited undesirable chemical reactivity, while ethyl lactate resulted in low yields due to hydrogen bonding with intermediate species. …

Experimental Investigation Of Surfactant Impact On Surfactant-Oil-Brine System For Surfactant Enhanced Oil Recovery, Chananpat Worpattanaluk

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Enhanced Oil Recovery (EOR) is a vital technique for improving hydrocarbon extraction efficiency from mature or low-production reservoirs. Among various EOR methods, chemical flooding, particularly surfactant-based EOR, has gained attention due to its ability to reduce interfacial tension (IFT), to alter rock wettability, and to mobilize trapped oil. However, the performance of surfactant systems is highly sensitive to reservoir salinity, temperature, and rock-fluid interactions, leading to surfactant precipitation, adsorption losses, and interfacial tension reduction. Therefore, understanding the effects of salinity, surfactant concentration, and the role of scale inhibitors on the physicochemical stability of surfactant-oil-brine systems is essential for designing robust …

Efficient Photocatalytic Hydrogen Evolution Via Novel Syntheses Of Srtio₃/G-C₃N₄ Heterojunction Photocatalysts, Chiramet Thatsanakunlaphan

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Strontium titanate/graphitic carbon nitride (SrTiO3/g-C3N4) heterojunctions are widely used as photocatalysts. However, traditional multistep synthesis methods for these photocatalysts often involve complexity, long processing times, and high energy consumption. To address these issues, a systematic comparison of various simplified synthesis approaches was conducted, emphasizing the influence of synthesis parameters on the structural properties and hydrogen evolution performance. Six comparative studies were conducted to illustrate the roles of solvent choice, thermal post-treatment, and synthesis route. Results showed that ethylene glycol consistently produced more active photocatalysts than ethanol in both one-pot and two-step solvothermal methods. Non-calcined samples exhibited superior hydrogen evolution activity …

Development Of Defective Tiox And Hfo2-X For Efficient Visible-Light-Driven Photocatalytic Degradation Of Organic Pollutants, Mohammad Rahim Pour

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

The development of efficient photocatalysts capable of operating under visible light is critical for addressing persistent organic contaminants in wastewater. In this thesis, two complementary strategies are presented that exploit defect engineering and heterojunction construction to enhance charge separation, light absorption, and pollutant degradation. In the first study, titanium oxide quantum dots with a high density of oxygen vacancies were dispersed onto H-Beta zeolite supports via a sono-deposition approach. The zeolite substrate not only enabled uniform distribution of sub-5 nm TiOx particles, but also promoted pre-accumulation of cationic dyes, which significantly improved their subsequent oxidation. Structural and spectroscopic analyses confirmed …

Feasibility Study Of Utilization Of Calcium-Based Material For Integrated Methane Dry Reforming And Co2 Absorption-Mineralization Processes, Nattanan Watcharasawat

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

This thesis investigates an integrated absorption-mineralization and dry reforming of methane (IAM-DRM) loop. The aim is to demonstrate the feasibility of using CaCO3 derived from amine scrubbing both as a CO2 sink and as reactive support for in situ Ni activation during DRM, while simultaneously regenerating the MEA solvent and calcium material for repeated use. CO2 absorption of monoethanolamine (MEA) yield equilibrium loadings of 0.66 mol CO2 mol-1 MEA with regenerated MEA maintaining identical performance. Mineralization on CaCl2 and Ca(OH)2 produced different phases product. Temperature programmed DRM demonstrated that mineralized CaCO3 can activate Ni in situ and sustain CH4 conversion. …

Electrochemical Reduction And Regeneration Of Carbamate, Nattiya Jumpadib

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

A reliable method for removing carbon dioxide (CO2) gas from industrial emissions involves CO2 absorption into monoethanolamine (MEA) solution to achieve carbon neutrality. However, the regeneration of MEA is costly and still requires heat to release the CO2 that was captured and other processes to manage the CO2 onwards. Our research demonstrates that integrating CO2 capture with electrochemical CO2 conversion reduces regeneration processes and converts CO2 into valuable products. The electrochemical reduction and regeneration of MEA-CO2 adduct (carbamate) were investigated simultaneously by using copper pulse-electrodeposited on copper foils as a cathode in a microchannel reactor. The gas products were analyzed …

Effect Of Catalyst Bed Configuration On Temperature Profile And Reactor Performance For Fischer-Tropsch Synthesis : A Computational Fluid Dynamics Simulation, Natthasit Khawyen

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

This research investigates the performance of the Fischer–Tropsch reaction in a fixed-bed reactor packed with spiral-structured catalysts using COMSOL Multiphysics to evaluate heat management, hot spot reduction, and the enhancement of high-value product selectivity. The study comprises two main scenarios. The first examines the effects of tube spacing and number of tubes in a multitube reactor arranged in a hexagonal pattern using a 20% Co/SiO₂ spiral-structured catalyst. In models R1–R4, which contain a fixed number of 10 tubes, tube spacing was found to have only a limited influence on temperature distribution; all models still exhibited a hot spot near the …

Tailoring The Intrinsic Properties Of Polypropylene/Polypropylene Carbonate Blends Using Epoxidized Natural Rubber As A Bio-Based Compatibilizer, Patsita Suphansomboon

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

The goal of this study was to enhance the biocompatibility of polypropylene/polypropylene carbonate (PP/PP) polymer blends by varying amounts of epoxidized natural rubber (ENR). This study focuses on determining how ENR concentration affects the interface and final properties of the polymer blend. A comprehensive analysis of the physical, mechanical, thermal, chemical, and dynamic mechanical properties, as well as the rheological properties of the PP/PPC system, was conducted to assess structural changes and property evolution within the PP/PPC system. The experimental results revealed that ENR can interact with PPC, resulting in a reduced domain size and a more uniform distribution. This …

Evaluating Co2 Storage Criteria : Focusing On Thailand's Petroleum Basins For Carbon Storage, Paul Tivere Benjamin

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Anthropogenic carbon dioxide (CO2) emissions from large point sources remain central to Thailand’s climate challenge, and geological carbon capture and storage (CCS) is now included in national mitigation plans. However, Thailand still lacks a transparent way to compare candidate saline aquifers and petroleum basins in terms of storage performance, containment, and socio-economic conditions, while allowing for uneven data quality. This thesis develops a Thailand-specific, two-stage framework that combines threshold-based screening with a multi-criteria ranking framework based on the Analytic Hierarchy Process (AHP) and Data Confidence Scores (DCS). Twenty-one criteria in three groups (capacity and injectivity, containment, and socio-economic constraints) were …

Simulation On Hydrogen Production From Mae-Moh Lignite Coal Gasification, Pitatchai Arunwong

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Hydrogen energy has attracted significant attention due to its cleanliness, efficiency, and sustainability. Gasification is considered one of the most promising thermochemical routes to convert coal into high-quality syngas, which can subsequently be utilized for hydrogen production. Mae-Moh lignite, a low-rank coal with low carbon content and high moisture and volatile matter, is selected as the feedstock for this study. This research aims to develop a comprehensive simulation model of a hydrogen production process, integrating gasification, water-gas shift (WGS), acid gas removal, and hydrogen purification using the software simulator. The model predicts hydrogen product gas composition from Mae-Moh lignite under …

A Novel Hydrothermal Synthesis Process Of Mil-53(Al) Using Bamboo Biochar As A Sustainable Precursor For Co₂ Adsorption, Pisit Phayutcharoenkun

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Among the numerous MOFs members, MIL-53 (Al) framework is one of the most interesting structures due to the breathing effect and has been widely investigated for hydrogen storage and water treatment. It is built up by the interconnection of infinite trans chains of corner-sharing AlO4(OH)2 octahedral by 1,4-benzenedicarboxylate ligands. MIL-53 crystallizes in a “wine rack” structure (Pnma, a = 17.129(2) Å, b = 6.628(1) Å, c = 12.182(1) Å, α = β = γ = 90°) with large internal pores held open by excess solvent and unreacted ligand in the as-synthesized state. Another challenge is the synthesis process and raw …

Suppressing Bromine Volatilization In Anthraquinone–Bromine Flow Batteries Using A Low-Cost Quaternary-Ammonium Complexing Agent, Prapassorn Areebumrungsuk

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

The deployment of anthraquinone-bromine redox flow batteries (AQBFBs) is hindered by the volatilization and corrosiveness of bromine (Br2), which elevates safety risks, causes active species loss, and reduces Coulombic Efficiency (CE). This study investigates the use of the low-cost additive 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride (CHA) as a bromine-complexing agent to mitigate these issues. The CHA additive utilizes a quaternary ammonium group to electrostatically associate with bromine and polybromide species, forming stable CHA-Brn complexes. Simultaneously, its hydroxyl functionality enhances solubility in the aqueous electrolyte, which promoted the self-recovery of this oil phase to the aqueous phase and, in turn, suppresses bromine vapor pressure …

Properties Modification Of High-Density Polyethylene Blending With Polypropylene Carbonate-Grafted-Stearic Acid, Suphiriya Khongphom

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

The purpose of this study is to improve the mechanical properties of high-density polyethylene (HDPE) by incorporating it with polypropylene carbonate-grafted-stearic acid (PPC-g-ST). PPC was modified with stearic acid to enhance interfacial adhesion and compatibility between HDPE and PPC. The blends were prepared using an internal mixer at 160°C with a rotation speed of 60 rpm for 8 minutes. PPC-g-ST was added to PPC at 3, 5, 7, and 10 wt% contents. FTIR confirmed the formation of ester linkages between the carboxylic groups of stearic acid (ST) and the hydroxyl groups of PPC through the appearance of characteristic absorption bands. …

การประเมินทางเทคนิคเเละเศรษฐศาสตร์ของกระบวนการผลิตอะเซทัลดีไฮด์จากเอทานอลโดยวิธีดีไฮโดรจิเนชันแบบใช้เเละไม่ใช้ออกซิเจน, ไอรดา ตรียงค์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ปัญหาภาวะโลกร้อนและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศทำให้เกิดความจำเป็นในการพัฒนาแหล่งพลังงานที่สะอาดและยั่งยืน โดยเอทานอลเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพที่ช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลได้ อย่างไรก็ตาม แนวโน้มการเพิ่มขึ้นของยานยนต์ไฟฟ้า (EVs) ส่งผลให้ความต้องการใช้เอทานอลในภาคพลังงานลดลงทำให้อุตสาหกรรมเอทานอลอาจเผชิญกับปัญหาภาวะล้นตลาดในอนาคต งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อประเมินความเป็นไปได้ด้านเทคโนโลยี เศรษฐศาสตร์ และสิ่งแวดล้อมของกระบวนการผลิตอะเซทัลดีไฮด์จากเอทานอล โดยเปรียบเทียบกระบวนการดีไฮโดรจิเนชันในเฟสก๊าซสามรูปแบบ ได้แก่ Non-Oxidative Dehydrogenation (V–Zr–La/SBA-15-HT), Non-Oxidative Dehydrogenation (50 Cu–Cr R) และ Oxidative Dehydrogenation (V–Zr–La/SBA-15-HT) ภายใต้กำลังการผลิต 100,000 tonne/year โดยใช้งานจำลองด้วยโปรแกรม Aspen Plus V.14 ผลการประเมินการใช้พลังงานจำเพาะ (SEC) พบว่า กระบวนการ Non-Oxidative และ Oxidative Dehydrogenation (V–Zr–La/SBA-15-HT) มีค่า SEC ความร้อน 32.69 และ 28.63 MJ/kg และค่า SEC ไฟฟ้า 0.99 และ 1.04 MJ/kg ตามลำดับ ขณะที่กระบวนการ Non-Oxidative Dehydrogenation (50 Cu–Cr R) มีค่า SEC ต่ำที่สุดที่ 11.08 MJ/kg (ความร้อน) และ 0.40 MJ/kg (ไฟฟ้า) ด้านเศรษฐศาสตร์ ภายใต้ราคาผลิตภัณฑ์ปัจจุบัน 1.01 $/kg ทุกกระบวนการมีมูลค่าปัจจุบันสุทธิ (NPV) เป็นลบ จึงได้มีการคำนวณราคาขายใหม่เพื่อให้โครงการมีระยะเวลาคืนทุน 5 year ผลการวิเคราะห์ระบุว่ากระบวนการทั้งสามต้องการราคาขายใหม่ที่ 2.82, 1.184 และ 2.95 $/kg ตามลำดับ เพื่อให้ได้ NPV เท่ากับ 81.31, 33.80 และ 78.21 million $ และ IRR เท่ากับ 40.21%, …

การใช้ประโยชน์จากดินเบาของเสียที่ได้จากโรงงานเบียร์มาเป็นตัวรองรับของตัวเร่งปฏิกิริยาอะลูมินาและทังสเตนออกไซด์สำหรับดีไฮเดรชันของเอทานอลไปเป็นเอทิลีน, ณัฐชนน เลิศภัทรนันท์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อนำกากไดอะตอมไมต์ซึ่งเป็นของเสียจากกระบวนการผลิตเบียร์มาใช้เป็นตัวรองรับของตัวเร่งปฏิกิริยาอะลูมินาและทังสเตนออกไซด์สำหรับปฏิกิริยาเอทานอลดีไฮเดรชันไปเป็นเอทิลีน โดยเอทิลีนเป็นวัตถุดิบสำคัญในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี เนื่องจากใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตพอลิเอทิลีนชนิดต่าง ๆ ปัจจุบันเอทิลีนผลิตได้จากกระบวนการแตกสลายด้วยความร้อน (thermal cracking) ของแนฟทา ซึ่งใช้พลังงานสูงและปลดปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ในปริมาณมาก อีกทั้งยังพึ่งพาวัตถุดิบจากเชื้อเพลิงฟอสซิล ดังนั้น การพัฒนาเทคโนโลยีในการเพิ่มมูลค่าของไบโอเอทานอลไปเป็นเอทิลีนจึงเป็นทางเลือกที่เหมาะสมและยั่งยืน ในการศึกษานี้ได้เลือกใช้กากไดอะตอมไมต์จากโรงงานผลิตเบียร์ ซึ่งเป็นวัสดุเหลือทิ้งที่มีรูพรุนสูงและมีราคาถูก มาผ่านกระบวนการปรับปรุงคุณภาพด้วยกรดซัลฟิวริก แล้วนำมาเคลือบฝังอะลูมินาด้วยวิธีการเคลือบฝังแบบเปียก (incipient wetness impregnation) โดยศึกษาผลของความเข้มข้นอะลูมินาที่ร้อยละ 5–20 โดยมวล พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยา 15Al-AN/DE ให้ค่าคอนเวอร์ชันของเอทานอลและผลผลิตเอทิลีนสูงที่สุดเท่ากับ 67.3% และ 29% ตามลำดับ แสดงให้เห็นว่าการเคลือบฝังอะลูมินาช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวและปรับปรุงความเป็นกรดของตัวเร่งให้อยู่ในระดับอ่อนถึงปานกลาง ซึ่งเหมาะสมต่อการเกิดปฏิกิริยาเอทานอลดีไฮเดรชัน จากนั้นได้ทำการเปรียบเทียบผลของตัวรองรับระหว่างดินเบาและซิลิกาเชิงพาณิชย์ โดยใช้สัดส่วนอะลูมินาร้อยละ 15 เท่ากัน พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยา 15Al-AN/CAB ให้ค่าคอนเวอร์ชันและผลผลิตเอทิลีนสูงสุดถึง 92% และ 80% ตามลำดับ เนื่องจากมีพื้นที่ผิวสูง การกระจายตัวของอะลูมินาดี และมีความเป็นกรดรวมมากกว่าอย่างชัดเจน ทั้งยังมีความบริสุทธิ์สูงตามผลวิเคราะห์ XRF ในขั้นต่อมาได้ศึกษาผลของการเปลี่ยนสารตั้งต้นในการเคลือบฝังอะลูมินาบนดินเบา พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยา 15Al-AS/DE ให้ค่าคอนเวอร์ชันและผลผลิตเอทิลีนเท่ากับ 57.2% และ 42% ตามลำดับ ซึ่งสัมพันธ์กับผลวิเคราะห์ SEM-EDX และ XRF ที่ตรวจพบซัลเฟอร์เป็นองค์ประกอบส่งผลให้ไปยับยั้งการเกิดปฏิกิริยาเอทานอลดีไฮโดรจีเนชันไปเป็นอะซีตัลดีไฮด์ พร้อมทั้งมีค่าความเป็นกรดรวมสูงซึ่งส่งเสริมการเกิดปฏิกิริยาเอทานอลดีไฮเดรชันได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยา 15Al-AS/DE มีประสิทธิภาพสูงที่สุดงานวิจัยนี้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของการใช้ของเสียจากอุตสาหกรรมเบียร์มาเป็นตัวรองรับตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพสำหรับการผลิตเอทิลีนจากไบโอเอทานอล ซึ่งสามารถช่วยลดต้นทุนการผลิต ลดของเสียอุตสาหกรรม และลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก สนับสนุนเป้าหมายความเป็นกลางทางคาร์บอนและการปล่อยก๊าซสุทธิเป็นศูนย์ในอนาคต

การผลิตเอทานอลจากซังข้าวโพดที่ปรับสภาพด้วยการระเบิดด้วยไอน้ำโดยกระบวนการหมักแบบเชื้อผสม, อิฏฐนิตย์ อินทร์จันทร์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้จึงทำการศึกษาการใช้วัสดุประเภทลิดโนเซลลูโลส ซึ่งสามารถหาได้จากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรโดยเลือกใช้ซัง(หรือแกน) ข้าวโพดซึ่งเป็นเศษวัสดุจากข้าวโพดซึ่งมีการเพาะปลูกในปริมาณมากในประเทศไทย ในการปรับสภาพเพื่อใช้เป็นวัตถุดิบในกระบวนการหมักเอทานอล โดยมีจุดประสงค์เพื่อศึกษาสภาวะของการปรับสภาพโดยการระเบิดด้วยไอน้ำและประเมินศักยภาพของซังข้าวโพดบดที่ถูกปรับสภาพในการผลิตเอทานอลด้วยกระบวนการย่อยและหมักพร้อมกัน (Simultaneous Saccharification and Fermentation; SSF) แกนข้าวโพดถูกบดและร่อนให้มีขนาดอนุภาค 2.0 และ 0.5 มิลลิเมตร จากนั้นนำไปปรับสภาพด้วยการระเบิดด้วยไอน้ำที่อุณหภูมิ 190, 210 และ 230 องศาเซลเซียส เป็นระยะเวลา 6, 13 และ 20 นาที จากนั้นศึกษาผลของสภาวะการปรับสภาพต่อการปลดปล่อยน้ำตาลและการผลิตเอทานอลโดยวัสดุที่ผ่านการปรับสภาพจะถูกนำไปย่อยด้วยเอนไซม์เพื่อเปลี่ยนเซลลูโลสและเฮมิเซลลูโลสเป็นน้ำตาลกลูโคสและไซโลส ก่อนเข้าสู่กระบวนการหมักแบบ โดยใช้เชื้อ Pichia stipitis TISTR 5806 ร่วมกับยีสต์ทางการค้า ผลการศึกษาพบว่า การปรับสภาพที่อุณหภูมิ 210 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 13 นาที ความเข้มข้นของกลูโคสสูงสุดเท่ากับ 19.5 กรัมต่อลิตร ที่การใช้ซังข้าวโพดที่มีขนาดอนุภาค 0.5 มิลลิเมตร ปรับสภาพที่อุณหภูมิ 190 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 6 นาที ที่ความเข้มข้นของของแข็งร้อยละ 13 (น้ำหนักต่อปริมาตร) ร่วมกับการเติม สามารถผลิตเอทานอลได้ที่ความเข้มข้นสูงสุด 29.4 กรัมต่อลิตร ซึ่งเพิ่มขึ้น 3.7 กรัมต่อลิตรเมื่อเทียบกับการใช้กากน้ำตาลเพียงอย่างเดียว ดังนั้นการเลือกสภาวะที่ใช้ในการปรับสภาพด้วยไอน้ำอย่างเหมาะสมจึงมีบทบาทสำคัญในการลดการเกิดสารยับยั้งระหว่างการปรับสภาพ ส่งผลช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตเอทานอลจากซังข้าวโพด รวมถึงมีศักยภาพที่ดีในการนำไปประยุกต์ใช้ในการกระบวนการหมักเพื่อผลิตสารชีวภาพอื่น ๆ

Synthesis And Characterization Of Free Radical Scavenging Dendrimer Nanogels Via Cross-Linking Reaction-Enabled Flash Nanoprecipitation, Lin Qi, Da Huang, Huari Kou, Anna Chernatynskaya, Nuran Ercal, Hu Yang

Chemistry Faculty Research & Creative Works

This work reports the development and evaluation of dendrimer-based nanogels based on Poly amidoamine (PAMAM) dendrimer generation 5, engineered to act as a carrier with reactive oxygen species (ROS)-scavenging capabilities. We developed a cross-linking reaction-enabled flash nanoprecipitation method in which the cross-linking reaction occurs during the flash nanoprecipitation process to form a cross-linked nanostructure. Using this approach, an N-hydroxy succinimide (NHS)-functionalized ROS-responsive thioketal cross-linker (TK-NHS) was synthesized and utilized to cross-link DAB-core PAMAM dendrimer G5, resulting in the formation of G5-TK nanogels. The resulting nanogels were characterized using dynamic light scattering and transmission electron microscopy, and their cytocompatibility, irritancy, cellular …

Scalable Fabrication Of High-Payload Dendrimer-Based Nanoparticles For Targeted Atherosclerosis Therapy, Huari Kou, Lin Qi, Da Huang, Jiandong Wu, Honglan Shi, Hu Yang

Chemistry Faculty Research & Creative Works

Nanoparticle-based therapeutics hold promise for the treatment of atherosclerosis, but challenges such as low drug-loading capacity and a lack of scalable, controllable production hinder their clinical translation. Flash nanoprecipitation, a continuous synthesis method, offers a potential solution for scalable and reproducible nanoparticle production. In this study, we employed a custom-designed multi-inlet vortex mixer to perform cross-linking reaction-enabled flash nanoprecipitation, facilitating controlled and scalable synthesis of cross-linked Poly amidoamine (PAMAM) dendrimer nanoparticles. Notably, this approach allows simultaneous nanoparticle cross-linking and drug loading in a single step. The mannose moiety enabled specific targeting of macrophages via mannose receptors, enhancing the localization of …

Electrical Homeostasis Of The Inner Mitochondrial Membrane Potential, Peyman Fahimi, Lázaro A. M. Castanedo, P. Thomas Vernier, Cherif F. Matta

Bioelectrics Publications

The electric potential across the inner mitochondrial membrane must be maintained within certain bounds for the proper functioning of the cell. A feedback control mechanism for the homeostasis of this membrane potential is proposed whereby an increase in the electric field decreases the rate-limiting steps of the electron transport chain (ETC). An increase in trans-membrane electric field limits the rate of proton pumping to the inter-membrane gap by slowing the ETC reactions and by intrinsically induced electroporation that depolarizes the inner membrane. The proposed feedback mechanism is akin to a Le Chatelier's-type principle of trans-membrane potential feedback control.