Regeneration of cellulose by water addition to phosphoric acid/cellulose mixture

In the last years, phosphoric acid has been increasingly considered as a simple and economic solvent for cellulose pretreatment before its degradation to glucose. Cellulose swells in 71–80% phosphoric acid solutions, whereas at higher H3PO4 concentrations dissolution appears to occur. In addition, it is reported that regenerated cellulose is more easily fermentable to bioethanol. The aim of the present study was to elucidate the mechanism for cellulose regeneration following treatment with phosphoric acid at room temperature. CPMAS 13C NMR spectra revealed a downfield shift of the 13C NMR signals from the regenerated cellulose as compared to the crystalline one. CPMAS 31P NMR spectroscopy showed presence of organic phosphate in the regenerated cellulose. These results suggested that cellulose regeneration consisted in the precipitation of a phosphorylated polymer. Fast field cycling NMR relaxometry confirmed such hypothesis. In fact, the correlation time of water saturated crystalline cellulose was shorter than that measured for the water saturated regenerated cellulose. The phosphate groups bound to the regenerated cellulose surface allow restriction of water mobility, thereby producing longer correlation times. Finally turbidimetric analyses revealed that the mechanism of regeneration consisted in a first reduction of the colloidal cellulose size followed by aggregation, colloidal size increment and flocculation. This study is of paramount importance to understand how phosphoric acid interact with cellulose in order to address its possible uses in biomass transformation for bioenergy purposes

Integrated techniques to evaluate the features of sedimentary rocks of archaeological areas of Sicily

Sicily includes a great variety of lithologies, giving a high complexity to the geologic landscape. Their prevalent lithology is sedimentary. It is well known that rocks of sedimentary origin, compared with metamorphic and volcanic deposits, can be relatively soft and hence fairly easy to model. Nevertheless, this workability advantage is a drawback for Cultural Heritage applications. In fact, these materials show a high porosity, with pore-size distributions that lead to deterioration through absorption of water. In this paper, several sedimentary rocks used in historical Cultural Heritage items of Sicily, from "Magna Graecia" to nowadays, are classified for mineralogical features, chemical composition, and for porosity. Particularly, some samples collected in quarries relevant to the archaeological sites of 41 Agrigento, Segesta and Selinunte will be considered and characterized using integrated techniques (XRD, XRF, NMR and CT). Data on samples obtained in laboratory will be compared with the relevant values measured in situ on monuments of historical-cultural interest of the quoted archaeological places

Rilassometria NMR applicata allo studio della statua lignea di San Nicola di Mira (XVI secolo) al museo Diocesano di Palermo

In un recente studio condotto mediante Rilassometria NMR del nucleo 1H su legni moderni stagionati è stato mostrato che è possibile separare la curva di rilassamento della componente longitudinale della magnetizzazione nucleare dei nuclei 1H meno mobili (componente “solida”), attribuibili alle macromolecole, da quella dei nuclei a maggior mobilità (componente “liquida”), attribuibili all’acqua. Oltre a permettere di verificare la proporzionalità diretta tra ampiezza della componente liquida del segnale e massa d’acqua, l’analisi delle curve di rilassamento mediante distribuzioni quasi-continue del tempo di rilassamento longitudinale T1 permette di classificare le essenze lignee esaminate, mettendo in evidenza variazioni regolari di tale tempo nel passare da latifoglie a conifere. Alcune regolarità osservate possono essere giustificate assumendo un modello di scambio a due siti, con un tempo di scambio solido-liquido di qualche decina di ms. La stessa analisi, condotta su campioni di legno della statua di San Nicola di Mira (XVI secolo) recentemente restaurata e collocata presso il Museo Diocesano di Palermo, mostra che anche per il legno antico, sebbene fortemente degradato, valgono le stesse regolarità, ma con valori per i tempi di rilassamento e per il tempo di scambio solido-liquido che sono circa la metà di quelli osservati per il legno moderno. Si avanza l’ipotesi che questa accelerazione nei processi di rilassamento e di scambio sia associabile all’aumento del contributo paramagnetico, legato alla presenza di radicali liberi nel legno degradato, messo in evidenza in uno studio parallelo mediante EPR. Per il legno antico trattato non valgono le regolarità osservate per il legno non trattato, sia esso moderno od antico. Le regolarità riscontrate suggeriscono che la Rilassometria NMR possa essere utilizzata in futuro per analisi non distruttive volte alla classificazione delle essenze ed alla diagnosi del degrado di legni di interesse storico-artistico-archeologico

Rilassometria 1H-NMR per la caratterizzazione di legni integri e degradati

La caratterizzazione del legno riveste un particolare ruolo negli studi volti alla conservazione di manufatti lignei di interesse storico-artistico-archeologico. Le propriet\ue0 meccaniche del legno dipendono dalla specie, dal contenuto d\u2019acqua, dalla direzione delle fibre, dalla porosit\ue0, dalla distribuzione dei pori e, in generale, da un insieme di condizioni che non sempre sono facilmente misurabili e controllabili. Di particolare interesse sono i metodi di indagine non invasivi e non distruttivi; tra questi si sta affermando la Risonanza Magnetica Nucleare (NMR) [1,2]. In questo lavoro metodi di Rilassometria 1H-NMR, messi a punto per il tessuto osseo [3], sono stati applicati allo studio di diverse tipologie lignee. I FID (Free Induction Decay) ottenuti sono la somma di due componenti: una componente approssimativamente gaussiana o \u201cdi tipo solido\u201d, ascrivibile alle macromolecole, e una componente esponenziale o \u201cdi tipo liquido\u201d, ascrivibile all\u2019acqua. Le curve di distribuzione dei tempi di rilassamento della componente longitudinale della magnetizzazione nucleare dei nuclei 1H, ottenute separatamente per le due componenti in campioni di legno stagionato, mostrano inattese regolarit\ue0, che da un lato permettono di classificare i campioni in funzione della specie e dall\u2019altro suggeriscono fenomeni di accoppiamento e/o di scambio tra i nuclei di idrogeno dell\u2019acqua e quelli macromolecolari. Le variazioni dei tempi di rilassamento osservate in campioni degradati possono essere rilevanti nell\u2019ottica della determinazione di parametri atti alla valutazione dello stato conservativo di macromolecole biologiche. Conifera, Latifoglia, Tempi di rilassamento, Macromolecole biologiche [1] A. Maccotta. P. Fantazzini, C. Garavaglia, I. Donato, P. Perzia, M. Brai, F. Morreale, Preliminary 1H NMR study on archaeological waterlogged wood, ANNALI DI CHIMICA 95: 117-124 (2005). [2] A. Maccotta, M. Brai, P. Fantazzini, G. Veronesi, Classificabilit\ue0 di essenze lignee mediante rilassometria e imaging NMR, XCI Congresso Nazionale SIF, Catania, 26 Sett. \u2013 1 Ott. 2005, p.192. [3] P. Fantazzini, V. Bortolotti, R.J.S. Brown, M. Camaiti, C. Garavaglia, R. Viola, G. Giavaresi, Two 1H-NMR Methods to Measure Internal Porosity of Bone Trabeculae: by Solid-Liquid Signal Separation and by Longitudinal Relaxation, J. Appl. Phys., 95: 339-343 (2004)