Comparison of the properties of biogenic wine by-products stabilized biocomposites compounded with a miniaturized single-screw extruder and a co-rotating twin-screw extruder

Bioplastics research is hindered by high material prices and limited availability of biopolymers. For conventional compounding, even on lab-scale, large quantities of material are required. In this study, an alternative process for compounding biocomposites was evaluated to investigate the potential of wine-derived biogenic by-products as functional fillers. Formulations based on poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) and wine grape pomace (WP) with filler contents up to 10 wt.-% were prepared. The materials were processed with a modified miniaturized single-screw extruder (MSE) and compared to a lab-scale twin-screw extruder (TSE). Thermal and rheological properties of the materials were determined using GPC, MFR, DSC, TGA and OIT. The mixing quality of both extruders was evaluated by optical microscopy imaging. The results revealed that the MSE represents an efficient alternative for research purposes, but differences in the dominant degradation mechanisms during processing must be considered. Thermal analysis showed that WP successfully suppressed the thermo-oxidative degradation of PHBV

Silicon fractionation in Mollic Fluvisols along the Central Elbe River, Germany

Quantification of Si in its different forms in soil is a prerequisite to understand the geochemical distribution and fate of Si along with their driving biogeochemical processes. However, different Si fractions in floodplain soils have not been quantified yet, and little is known about the processes driving Si fractionation in these soils. The aim of this study was to clarify the processes that drive formation and distribution of Si among fractions in floodplain soils. We obtained and quantified these fractions using a sequential Si extraction method (Georgiadis et al., 2013) in three Mollic Fluvisols along the Central Elbe River. The highest Si proportion apart from the residual fraction was found in minerogenic amorphous silica (up to 5.6% of total Si), followed by Si occluded in pedogenic oxides and hydroxides (up to 0.7% of total Si). Silicon from biogenic amorphous silica amounted to 0.02-0.6% of total Si. The smallest proportion of Si was found in the mobile Si fraction and made up about 0.01% of the total Si. The results of this study demonstrate the importance of the soil water budget on the accumulation of easy-to-mobilise Si, Si occluded in pedogenic oxides and hydroxides and amorphous silica. Reductive dissolution of Fe and Mn oxides may induce Si release into the soil solution, subsequent oxidizing conditions may induce Si accumulation by adsorption, co-precipitation and occlusion of Si on/with newly formed Fe and Mn oxides. Accumulation of bio-opal after flooding may induce larger amounts of biogenic amorphous silica in floodplain soils than in terrestrial soils. Finally, floodplain soils may accumulate larger amounts of Si bound to occluded particulate SOM than terrestrial soils, which experience less input of particulate SOM than floodplain soils

Feasibility study of road substitution technique for accelerated laboratory road test simulation.

A study of the feasibility of road substitution to accelerate the simulation of vehicle use has been conducted using an off-road test (OR test) at the Proving Grounds (PG) as a test case. The purpose of the study was to examine the possibility of accelerating and optimizing the testing conducted at the vehicle proving grounds. This was performed by investigating the similarities in vehicle responses collected from various roads included in the test. The goal was to ultimately reduce the data acquisition period, data analysis as well as the durability cycle replicated in the laboratory environment. The initial study was performed on the data collected for a vehicle durability project. There are ten roads included in the OR test. The vehicle responses collected from these roads were analyzed and compared using the following methods: (1) Time histories and statistical analysis; (2) Cyclic content based on rainflow counted histograms; (3) Probability density functions relating the amplitude distribution; (4) Power spectral density; (5) Fatigue analysis. In addition, road profile analyses from a report on the OR test course roughness comparison were used to further verify the results. (Abstract shortened by UMI.)Dept. of Mechanical, Automotive, and Materials Engineering. Paper copy at Leddy Library: Theses & Major Papers - Basement, West Bldg. / Call Number: Thesis2000 .R46. Source: Masters Abstracts International, Volume: 40-03, page: 0735. Adviser: Peter Frise. Thesis (M.A.Sc.)--University of Windsor (Canada), 2000

The distribution of organic contaminant in aged tar-oil contaminated soils

One of the most common soil contamination sources in Germany are former manufactured gas plants. Many of them were destroyed during the World War II or abandoned in late XXth century. As the result a lot of potentially fertile soils were contaminated with specific viscous tar oil wastes. We studied a small tar oil waste basin. The age of the contamination was assessed to be at least 30 years. Natural attenuation processes resulted in formation of three soil layers. The upper layer (about 7cm in thickness) was rooted by weak grass vegetation and had features of newly formed humic-like organic matter. The total petroleum hydrocarbon (TPH) content was 28 mg/g. Below this layer (7-15 cm) we observed the most contaminated stratum with 90 mg/g TPH. The layer underneath (15-22 cm) had smaller concentrations of 16 mg/g TPH. Underlying strata had no visual evidence of contamination. Microbial biomass analyses showed that the most contaminated layer had 2-3 times more bacteria than the control soils. We suppose that during the aging processes a new microbial consortium capable of transforming high-molecular weight hydrocarbons has developed. Optical and FTIR-microscopy allowed us to observe the microstructure of contaminated soils. The tar oil formed dense spherical aggregates within the soil, which contained almost no mineral phase. Root channels and macropores were identified as preferential pathflows for the viscous tar oil, as they seemed to be coated with hydrocarbons even in less contaminated underlayers. We presume that open pores could initially act as remediation spots with aerobic conditions. Future oil migration might clog these pores, cease oxidation processes and slow down the remediation. High contents of total Fe and both dithionite-extractable and oxalate-extractable Fe as well as the occurrence of large siderite crystals in the most contaminated layer suggested that there might be isolated zones with anaerobic conditions to support this assumption

Beeinflusst die Landnutzungsintensität im Grünland die mikrobielle Besiedlung von organo-mineralischen Komplexen sowie die Ressourcenverteilung innerhalb der mikrobiellen Bodengemeinschaft?

Minerale bzw. die Oberflächen von organo-mineralischen Komplexen sind neben der Rhizo- und Detritussphäre mikrobielle ´Hot Spots` in Böden. Die Besiedlung dieser Mikrohabitate ist abhängig von biotischen und abiotischen Eigenschaften des Bodens. Es ist daher anzunehmen, dass unterschiedliche mikrobielle Ressourcennutzungsstrategien zur räumlichen Verteilung von Bodenmikroorganismen auf lokaler Ebene beitragen können. Bis heute ist unklar, inwiefern sich dies auf die Struktur und Funktion der mikrobiellen Gemeinschaft unter Freilandbedingungen in Grünlandböden auswirkt. Im Rahmen der Biodiversitäts-Exploratorien versuchen wir zwei Forschungsfragen zu beantworten 1) Welche Organismen sind beim Wurzelabbau in Grünlandböden unter verschiedenen Landnutzungsintensitäten die Hauptakteure? 2) Wer profitiert wann am meisten? Hierzu wurde innerhalb des Forschungsprojektes im September 2014 ein randomisiertes Feldexperiment mit Mikrokosmen auf 10 Flächen der Schwäbischen Alb angelegt. Die Flächen unterscheiden sich in ihrer Landnutzungsintensität (fünf Flächen mit hohem und fünf mit niedrigem LUI-Index), nicht aber hinsichtlich des Bodentyps (Rendzina). Befüllt wurde jeder Mikrokosmos mit einem standortangepassten Mineral-Wurzelgemisch bestehend aus: 71,4% Illit, 9,6% Goethit, 17% Quarz-Schluff und 2% Quarzsand sowie doppelt markierten Feinwurzeln, Dactylis glomerata/ Lolium perenne (13,1 Atom-% C-13 und 12,1 Atom-% N-15). Die Ernte der Mikrokosmen, des angrenzenden Bodens sowie der Vegetation direkt über den Mikrokosmen wird nach 1, 3, 6, 12 und 18 Monaten durchgeführt. Zur Beantwortung der Forschungsfragen werden a) die mikrobielle Gemeinschaftsstruktur mit Hilfe von CFE, PLFA und molekularbiologischen Methoden (qPCR), sowie b) das mikrobielle Nahrungsnetz mittels isotopischer Verfahren analysiert

Bildung und Eigenschaften anorganischer Kieselsäure-Schadstoffverbindungen im Boden

Verschiedene Studien demonstrieren den positiven Effekt von Si-Dünger auf die Widerstandsfähigkeit einiger Pflanzen gegenüber anorganischen Schadstoffen, wie Pb, Cd und Cu. Als eine der Ursachen wird die Schadstoffimmobilisierung nach Si-Zugabe durch eine Komplexierungsreaktion angesehen, sodass die Schadstoffe mit der Kieselsäure in einer für die Pflanze nicht verfügbaren Form gebunden werden. Dieser Prozess wurde jedoch bisher nicht systematisch untersucht und aufgeklärt. Das Hauptziel dieser Arbeit ist es die Prozesse der Immobilisierung von Pb, Cd und Cu im Boden mittels Kieselsäure zu klären. Dafür sollen die Interaktionen zur Bildung von Kieselsäure-Schadstoffverbindungen zwischen der gelösten Kieselsäure und den Metallkationen in wässriger Lösung in einer Reihe von Fällungsexperimenten untersucht werden. Im ersten Schritt wird die Bildung der Kieselsäure-Schadstoffverbindungen in wässriger Lösung bei variierenden Synthesebedingungen (Si-Metall-Verhältnis und Zeit) und Raumtemperatur untersucht. Für die Synthese werden Tetraethylorthosilikat (TEOS) als Si-Quelle sowie die drei gelösten Metallsalze Pb(NO3)2, Cd(NO3)2 bzw. Cu(NO3)2 verwendet. Zur Untersuchung der Selektivität des Si gegenüber den genannten Metallkationen wird TEOS zu einer äquimolaren Lösung aller drei Metalle gegeben. Die Erfassung der Zeitabhängigkeit des Partikelwachstums erfolgt mittels Entnahme eines 50 ml Aliquots an 10 unterschiedlichen Terminen. Nach Dialyse in Reinstwasser werden die Proben mittels dynamischer Lichtstreuung und Elektrophorese analysiert, um die Größenverteilung und die Ladung der kolloidalen Partikel zu ermitteln. Die Bestimmung der relativen Partikelkonzentration in den Suspensionen erfolgt durch Messung der optischen Dichte mittels UV/VIS-Spektroskopie. Die chemische Zusammensetzung der dialysierten Suspension wird mittels ICP-OES ermittelt. Die synthetisierten Verbindungen werden mittels FTIR- und 29Si-NMR-Spektroskopie charakterisiert

Mikroskalige Elementzusammensetzung von in situ gewonnenen organo-mineralischen Assoziationen einer Kalkmarsch

Die Erforschung zeitlicher Dynamiken der Elementzusammensetzungen als auch der räumlichen Verteilungen von organo-mineralischen Assoziationen ist entscheidend für das Verständnis ihrer Funktion bei der Stabilisierung organischer Bodensubstanz (OBS). Insbesondere Fe-Oxide und -Hydroxide spielen aufgrund ihrer hohen Reaktivität eine wichtige Rolle bei der langfristigen Stabilisierung der OBS. In redoximorphen Böden findet die Ausfällung von Fe-Oxiden direkt an der Grenzfläche zwischen Bodenmatrix und Bodenlösung von Grobporen statt. Daher sind diese Böden besonders geeignet, die Interaktionen von Fe-Oxiden mit gelöster organischer Substanz, sowie redox-induzierte Alterungsprozesse von anfänglich schlechter kristallinen Fe-Oxiden zu untersuchen. Wir haben dazu eine Kalkmarsch (nahe Büsum, Schleswig-Holstein) für die Gewinnung von sowohl frisch gefällten als auch gealterten Fe-Oxiden ausgewählt. Die Probenentnahme erfolgte in situ ohne physikalische oder chemische Störung. Hierzu verwendeten wir spezielle Kollektoren, die über längere Zeiträume im Boden verbleiben können und auf welchen Glas- oder Siliziumscheiben zur Nachbildung der Bodenmatrixoberfläche angebracht wurden (1). Die Kollektoren wurden für ein halbes Jahr, ein Jahr und für zweieinhalb Jahre installiert. Mittels Rasterelektronenmikroskopie wurden auf ausgewählten Glas/Si-Scheiben geeignete Stellen für die nachfolgende Messung der Sekundärionenverteilung via NanoSIMS ausgesucht. Im ersten Schritt der Auswertung steht die Implementierung eines geeigneten statistischen Verfahrens zur Auswertung der NanoSIMS-Messungen. Hierzu entwickeln wir innerhalb von Look@NanoSIMS (2) eine Möglichkeit zur überwachten Klassifikation von ROIs (Regions Of Interest) und eine anschließende Clusteranalyse aller Kanäle. Die Auswertung der Daten ermöglicht Aussagen über die Genese und Alterung von organo-mineralischen Assoziationen in Redoxzyklen. Gleichermaßen lassen sich Aussagen über die zeitlich variable Bedeutung der Assoziationen von OBS mit Fe-Oxiden im Vergleich zu Assoziationen von OBS mit Tonmineralen für die Langzeitstabilisierung von OBS treffen

Mount Cameroon - ein natürliches Freilandlabor zur systematischen Analyse des Einflusses von Zeit, Niederschlag und Temperatur auf die Pedogenese aus vulkanischen Gesteinen

Die Genese von Böden aus vulkanischen Gesteinen ist nicht nur wegen der spezifischen chemischen und mineralogischen Prozesse besonders interessant; mit Blick darauf, dass diese Böden oft außerordentlich hohe Gehalte an organischem Kohlenstoff (Corg) enthalten, ist sie auch hochrelevant. Die hier vorgestellte Studie zielt auf eine quantitative Analyse des Einflusses der Faktoren Zeit (t), mittlerer Jahresniederschlag (MAP) und Jahresmitteltemperatur (MAT) auf die Pedogenese aus basaltischen Pyroklastika unter feucht-tropischen Bedingungen ab. Mount Cameroon bietet optimale Voraussetzungen dazu, den Einfluss dieser Faktoren auf die Pedogenese unabhängig voneinander zu quantifizieren. Der Einfluss des Faktors t wird an Bodenbildungsstadien auf Basaltströmen unterschiedlichen Alters quantifiziert, vom jüngsten Basaltstrom aus dem Jahr 2000 bis zu einige Tausend Jahre alten Basaltströmen. Der Einfluss des Faktors MAP wird entlang eines MAP-Gradienten von >9000 mm a-1 im Westen (an der Küste) bis 2000 mm a-1 im Osten erfasst, der des Faktors MAT entlang des vertikalen MAT-Gradienten von 26-29 °C am Fuß des Mount Cameroon bis 0 °C auf dem Gipfel in 4095 m ü. NN. Die Pedogenese führt überwiegend zu Silandic Andosols, die sich später zu Nitisols weiterentwickeln. Erste Daten von Böden mit bekannter Faktorenkombination geben Hinweise darauf, wie schnell mit zunehmendem Bodenalter die Fed/Fet-Verhältnisse, die Gehalte an Ton und Corg sowie Sio, Alo und Feo zunehmen. Gesamt- und Tonmineralanalysen stützen die Interpretation dieser Daten im Hinblick auf die Bildung von short-range order minerals. Die Röntgendiffraktogramme zeigen jedoch auch erhebliche Gehalte an Magnetit und Gibbsit an, sodass bei der Interpretation der Feo- und Alo-Werte Vorsicht geboten ist. Die Abnahme der molaren (Ca+Mg+K+Na)/Al- und Si/Al-Verhältnisse aufgrund fortschreitender Verwitterung, Entbasung und Desilifizierung unter dem Einfluss des Faktors t wird ebenso quantifiziert. Diese Indices werden zusätzlich durch die Faktoren MAP und MAT beeinflusst. Mit fortschreitendem Bodenalter sind zudem zunehmende Quarzgehalte in den Böden zu beobachten. Da das Ausgangsgestein quarzfrei ist, ist dies ein Hinweis auf Eintrag von Saharastaub, der für Böden des Mount Cameroon in der Literatur bereits beschrieben wurde. Sowohl die Magnetit- und Gibbsitgehalte als auch der Staubeintrag sind daher bei der Beurteilung der Indices im Hinblick auf fortschreitende Bodenentwicklung zu berücksichtigen

Survival analysis modeling with hidden censoring

There are well-established survival analysis methodologies for data sets that are complete, with accurate information on censoring. But what if they are not complete? In this article we consider how to analyze cases where “hidden censoring” occurs, where individuals have effectively left the study but the hospital is unaware of this. We develop a new Markov chain-based methodology for generating survival curves and hazard functions, and demonstrate this using a breast cancer data set from the Kurdistan region of Iraq