Chemical Engineering Commons^™

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

Modeling Ion-Specific Effects In Polyelectrolyte Brushes: A Modified Poisson-Nernst-Planck Model, William J. Ceely, Marina Chugunova, Ali Nadim, James D. Sterling

Business and Information Technology Faculty Research & Creative Works

Polyelectrolyte brushes consist of a set of charged linear macromolecules, each tethered at one end to a surface. An example is the glycocalyx which refers to hair-like negatively charged sugar molecules that coat the outside membrane of all cells. We consider the transport and equilibrium distribution of ions and the resulting electrical potential when such a brush is immersed in a salt buffer containing monovalent cations (sodium and/or potassium). The Gouy-Chapman model for ion screening at a charged surface captures the effects of the Coulombic force that drives ion electrophoresis and diffusion but neglects non-Coulombic forces and ion pairing. By …

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.

Nanotube Spectral Fingerprinting And Machine Learning For Optimized Bioimaging/Sensing And Disease Detection Applications In Als, Rodrigo Monroy Lopez

Open Access Master's Theses

Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) possess unique physicochemical and optical properties that make them ideal candidates for biomedical imaging, biosensing, and disease diagnostics. This thesis explores the potential of SWCNT-based spectral fingerprinting combined with ML (Machine Learning) algorithms to optimize bioimaging, disease detection and prediction, with a specific focus on differentiating between healthy and amyotrophic lateral sclerosis (ALS) lymphoblastic patient samples. By functionalizing SWCNTs with single-stranded DNA, we enhance their stability and target specificity, enabling their application in serum patient samples.

A comprehensive spectral analysis of DNA-SWCNTs was conducted using near-infrared fluorescence spectroscopy and other characterization techniques, including UV-Vis-absorption spectroscopy. The …

Predicting The State Of Health Of Samsung 25r Lithium Ion Batteries, Matthew O'Donnell

Open Access Master's Theses

This thesis may contain material at the Controlled Unclassified Information (CUI) level. The full document cannot be released.

Fluid Pathways For Enhanced Mass Transfer In The Micro Regime: Applications In Novel Pumpless Redox Flow Cell And Zinc Finger Protein-Based Dna Detection, Shaikh Al Mahmud Bhuiyan

Theses and Dissertations--Mechanical and Aerospace Engineering

Precise fluid transport through microscale geometries can help optimize electrochemical and biochemical processes by maximizing the mass transfer rate of reactants. By introducing intricate structural features inside microchannels, it is possible to manipulate the fluid motion and direct the flow towards any surface of interest. In this study, we have demonstrated that rationally designed fluid pathways can improve the performance of electrochemical and biochemical systems.

The emergence of additive manufacturing has enabled rapid fabrication of robust structures with intricate features to guide fluid motion. However, their application in nonaqueous electrochemical systems has been limited due to their interaction with organic …

Chondrogenic And Chondroprotective Response Of Composite Collagen I/Ii-Hyaluronic Acid Scaffolds Within An Inflammatory Osteoarthritic Environment, Carly M. Battistoni, Javier Munoz Briones, Douglas K. Brubaker, Alyssa Panitch, Julie C. Liu

School of Chemical Engineering Faculty Publications

Inflammation plays a key role in cartilage damage that occurs in osteoarthritis (OA). However, in vitro assessments of tissue-engineered constructs for cartilage regeneration generally do not consider their performance in the presence of inflammation. In this work, the chondrogenic differentiation potential of mesenchymal stromal cells (MSCs) was evaluated in the presence of both chondrogenic factors and inflammatory cytokines, and cartilage formation, degradative response, and inflammatory response were characterized. The addition of cytokines reduced cartilage production, increased cell proliferation, and resulted in an increase in inflammatory markers. Incorporation of hyaluronic acid (HA) had little impact on both collagen fibril microstructure and …

Multi-Scale Dynamic Modeling, Validation, And Uncertainty Quantification Of Radial Flow Fixed Bed Contactors For Co2 Capture, Ana Flávia De Alencar Arraes Monteiro

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

One of the key sources of carbon dioxide emissions to the environment is fossil fuel combustion for power generation. Post-combustion CO2 capture using amine-based solvents is currently the most matured process. However, amines are corrosive and lead to degradation products at even moderate temperatures generating environmental pollutants, and require high energy for regeneration. Solid sorbents are a promising alternative. They possess lower regeneration energy, thermal stability, and have highly tunable porous structures with large surface area that can help in achieving high loading and high adsorption rates. This work focuses on mathematical modeling of CO2 adsorption/desorption processes using solid sorbents. …

Microwave-Assisted Reduction Of Critical Metal Oxides From E-Waste Mixture, Kurundu Shavinka Jayasekera

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

The efficient recovery of critical metals such as tantalum (Ta), manganese (Mn), gallium (Ga), and indium (In) from electronic waste (e-waste) is essential for resource sustainability and environmental protection. This research uses microwave-assisted treatment to investigate the carbothermal reduction of these four specific metals from their oxides in a simulated e-waste mixture, with carbon black serving as both a microwave coupling and reduction agent. Microwave processing is used specifically because it offers a rapid and energy-efficient alternative to conventional thermal methods, with the benefits of intrinsic heating and selective heating of materials. The first experiments centered on understanding the effects …

Predictive Modeling For Optimal Gel Treatment Design In Brownfields Using Ensemble Machine Learning And Data Upsampling Via Generative Ai, Munqith Aldhaheri, Baojun Bai, Mingzhen Wei

Geosciences and Geological and Petroleum Engineering Faculty Research & Creative Works

Efficiently designed gel treatments play a vital role in extending the lifespan of brownfields through rejuvenating oil production. Recently, a three-mode mathematical methodology named the VCR approach has been proposed for designing effective treatments. To optimize this approach, it is crucial to determine the appropriate design mode systematically rather than relying solely on the intuitive judgments of field operators. This study introduces an advanced methodology for predicting the optimal design type of gel treatments using 12 reservoir and production variables. The methodology integrates ensemble machine-learning (EML) models with historical data from 65 field projects across 11 countries (1985-2020). The Random …

Development And Characterization Of Polysaccharide-Based Controlled Drug Delivery Platforms, Amanda Pepler

Open Access Dissertations

Drug delivery research focuses on overcoming challenges in patient treatment. Most therapeutics are delivered systemically through oral or intravenous routes. However, these administration methods are often inefficient due to therapeutic hydrophobicity, poor bioavailability, and liver metabolic clearance, necessitating frequent dosing. When treatment plans require frequent dosing, patients experience significant fluctuations in therapeutic concentration in the bloodstream, which can increase adverse side effects. These factors contribute to low patient compliance. Therefore, the core focus of drug delivery research is to develop new administration routes for therapeutics. Drug delivery systems (DDS) that can target therapeutics to a localized region offer advantages over …

Valorizing Municipal Solid Waste For Sustainable Aviation Fuel And Polyhydroxyalkanoate Bioplastics: Pyrolysis And Microbial Pathways, Emon Das

Theses and Dissertations--Biosystems and Agricultural Engineering

The escalating global burden of municipal solid waste (MSW), projected to reach 3.88 billion tons annually by 2050, calls for innovative valorization strategies to mitigate environmental impacts and promote a circular bioeconomy. This thesis investigates the conversion of MSW into two high-value products: sustainable aviation fuel (SAF) and polyhydroxyalkanoate (PHA) bioplastics. Chapter one presents comprehensive physicochemical characterization and pyrolysis-GC/MS analysis of MSW feedstocks. The physicochemical results reveal that densification enhances handling and storage properties, while pyrolysis-GC/MS analysis indicates that plastic-rich MSW streams produce bio-oils with favorable hydrocarbon profiles suitable for SAF production, potentially contributing to decarbonization efforts in the aviation …

How Many Passes Does It Take? An Investigation To Determine The Optimal Number Of Liposome Extrusion Cycles, Kasey Piper

Honors Theses

Liposomes are lipid-based nanoparticles with significant applications in drug delivery and membrane research. One of the most common methods for fabricating liposomes of specific sizes is membrane extrusion, where liposomes are passed through porous membranes to reduce their size. The precise number of passes needed and the factors influencing this process remain unclear. This thesis investigates the relationship between the number of passes through a track-etched polycarbonate membrane and size and lamellarity of extruded liposomes with a focus on lipid type (DOPC, DMPC, Soy PC), membrane pore size (50, 100, 200, 400 nm), and the effect of freeze-thaw cycling. To …

Sub-Bituminous Coal As A Peculiar Adsorbent For Dye Removal From Wastewater, Z. H. Rada, H. R. Abid, M. B. Ahmed, M. Zargar

Research outputs 2022 to 2026

Coal, an abundant and cost-effective adsorbent, is explored for its potential in environmentally friendly greenhouse gas storage. Herein, the adsorption of anionic (methyl orange) and cationic (methylene blue) dyes on sub-bituminous coal was intensively studied. This study is the first application of sub-bituminous coal to examine the removal of different concentrations of dyes from water. The properties of the coal were studied using advanced analytical techniques. The initial dye concentration, solution pH, and adsorbent-adsorbate contact time were investigated for their influence on the adsorption efficiency of the dyes. Adsorption kinetics were then studied by applying common kinetic models and the …

From Fabrication To Function: Mechanical Insights Into Gelma Microneedle Arrays, Moloud Amini Baghbadorani, Masoumeh Zargar, Asghar Eskandarinia, Majid Tolouei-Rad

Research outputs 2022 to 2026

Gelatin methacryloyl (GelMA) has emerged as a highly suitable material for microneedle (MN) fabrication, offering exceptional biocompatibility and cost-effectiveness. Despite significant advances introduced by GelMA hydrogels, research on GelMA MNs dates back to 2019, yet no review has specifically focused on the manufacturing techniques and mechanical properties of GelMA MNs. For the first time, this review aims to examine the manufacturing methods and mechanical characteristics of GelMA microneedles across various medical applications. Additionally, it discusses different approaches to mechanical characterization and identifies gaps in current manufacturing technologies. The review also explores the potential implications of GelMA MNs in drug delivery …

Development And Characterization Of Sustainable Coal–Biomass Briquettes Of Sub-Bituminous Coal And Levistona Chinensis Biomass, Amad Ullah Khan, Borhen Louhichi, Muhammad Abas, Muhammad Saleem, Nashmi H. Alrasheedi, Farida Anjum, Aamer Sharif

Research outputs 2022 to 2026

The increasing demand for sustainable energy solutions has driven the exploration of alternative fuels, such as coal–biomass briquettes, which combine the benefits of both coal and renewable biomass sources. This study focuses on the development and characterization of sustainable coal–biomass briquettes made from sub-bituminous coal (SubC) and Levistona chinensis seed biomass, with the aim of reducing environmental impact and enhancing combustion properties. Briquettes were produced by varying the coal-to-biomass ratios (90:0–0:90), with 10% corn starch used as a binder. Proximate analysis revealed that increasing biomass content raised moisture (5.85%–14.25%) and volatile matter (VM; 24.75%–32.5%), while reducing ash (15.75%–3.39%) and fixed …

Valorization Of Biomass Derivatives To Monomers By M-Mox Catalytic Hydrogenation & Hydrodeoxygenation, William Steere, Samir Castilla-Acevedo, Ben Auer, John Styers, Alan Allgeier

UNH URC Open (2026 and after)

With increasing concern regarding global warming contributions by fossil fuels in petrochemical production, the potential use of biomass-derived molecules to serve as a more eco-friendly feedstock has grown in popularity. Specifically, sebacic acid, a versatile chemical used to produce nylons, plasticizers, and lubricants, has the potential to be obtained from bio-renewable feedstocks and alleviate environmental drawbacks from fossil fuel petrochemical production. Our research validates the catalytic conversion of the biomass-derived 2,2’-bifuran 5,5’-dicarboxylate (BFDCM) to sebacic acid (SA), through M-MO_x catalyzed hydrogenation and hydrodeoxygenation. Catalytic activity tests were conducted for four different Pd-supported catalysts (C, Al₂O₃, …

Mxene Based Composite Phase Change Materials For Thermal Energy Storage Applications: Featuring Bio-Mimic Approaches, Md Shahriar Mohtasim, Barun K. Das

Research outputs 2022 to 2026

Phase change materials (PCMs) are widely used in thermal energy storage systems, but their underlying drawbacks, such as poor heat conductivity and phase transition leakage, make them unsuitable for widespread use. MXenes have received a lot of curiosity due to having extraordinary mechanical properties, high electrical conductivity, and unique layered structure. Owing to the exquisite arrangements, numerous unique biomimetic morphologies have drawn attention. Numerous investigations regarding bio-mimic MXene/PCM composites (BMX-CPCMs) have found improvements in latent heat up to 106.50 % on average, along with excellent thermal stability with no matrix leakage in 500 cycles and an upsurge in thermal conductivity …

Advances, Limitations, And Future Perspectives In 3d Printing Of Porous Glasses: A Technical Note, Hamed Bakhtiari, Mostafa Omidi Bidgoli, Mohammad Hosseini

Research outputs 2022 to 2026

In this study, the latest developments in 3D printing of porous glasses are discussed. Current challenges in 3D printing of porous-based microfluidic devices mostly include the printing resolution which is correlated with the processing time, post treating, and developing tailored materials for porous glasses. Although the latter issue has been resolved to some extent recently, the former has remained a challenge. Currently, the smallest 3D printed feature in a microfluidic structure is 200µm while higher resolutions are required in some applications. On the other hand, previous reports have shown intensive printing time for higher resolutions. To achieve an optimal compromise, …