Critical issues and guidelines to improve the performance of photocatalytic polymeric membranes

Photocatalytic membrane reactors (PMR), with immobilized photocatalysts, play an important role in process intensification strategies; this approach offers a simple solution to the typical catalyst recovery problem of photocatalytic processes and, by simultaneous filtration and photocatalysis of the aqueous streams, facilitates clean water production in a single unit. The synthesis of polymer photocatalytic membranes has been widely explored, while studies focused on ceramic photocatalytic membranes represent a minority. However, previous reports have identified that the successful synthesis of polymeric photocatalytic membranes still faces certain challenges that demand further research, e.g., (i) reduced photocatalytic activity, (ii) photocatalyst stability, and (iii) membrane aging, to achieve technological competitiveness with respect to suspended photocatalytic systems. The novelty of this review is to go a step further to preceding literature by first, critically analyzing the factors behind these major limitations and second, establishing useful guidelines. This information will help researchers in the field in the selection of the membrane materials and synthesis methodology for a better performance of polymeric photocatalytic membranes with targeted functionality; special attention is focused on factors affecting membrane aging and photocatalyst stability.This research was funded by the Spanish Ministry of Economy, Industry and Competitiveness (MINECO-FEDER) through the projects CTM2016-75509-R and RTI2018-093310-B-I00 and by the State Research Agency (APCIN 2018) through the project X-MEM (PCI2018-092929)

Caracterización genética de aislamientos de SARS-CoV-2 en las diferentes etapas pandémicas de COVID-19 en Cuba

Introducción: El desarrollo de vacunas seguras y eficaces contra el SARS-CoV-2 supuso un enorme reto para enfrentar la pandemia de la COVID-19. La aparición de nuevas variantes del SARS-CoV-2 representa un reto en la evaluación de la efectividad de las vacunas, diferentes candidatos vacunales y terapéuticos desarrollados por la comunidad científica. Objetivos: Caracterizar la diversidad genética de aislamientos virales cubanos en el periodo comprendido entre junio de 2020 y diciembre de 2022. Métodos: Se obtuvo el ARN de SARS-CoV-2 de 27 aislamientos a partir de sobrenadante de cultivo celular y se secuenció el gen S. Las secuencias generadas se emplearon para la identificación y posterior caracterización molecular de las variantes genéticas del virus mediante análisis filogenético y el uso de las herramientas disponibles en la base de datos GISEAD. Resultados: Las variantes detectadas en los aislamientos cubanos de SARS-CoV-2 estudiados se correspondieron a las identificadas en los estudios de vigilancia genómica realizados en las diferentes etapas pandémicas de la COVID-19 en Cuba. El 33,3 % de los aislamientos secuenciados correspondieron a los diferentes linajes de la variante Ómicron, seguido de la variante Beta B 1.351 (29,6 %), otros linajes de SARS-CoV-2 (25,9 %), Alfa B 1.1.7 (7,4 %) y Delta B.1.575 (3,7 %). Se detectó la mutación D614G en todos los aislamientos de SARS-CoV-2 estudiados. Conclusiones: La caracterización molecular de los aislamientos cubanos de SARS-CoV-2 tiene una elevada diversidad genética. Posibilita evaluar in vitro e in vivo los candidatos vacunales y agentes terapéuticos desarrollados por la industria biofarmacéutica cubana

Synthesis and characterization of new membranes with immobilized TiO2-rGO

RESUMEN: El uso de sustancias per- y polifluoroalquílicas (PFASs) en la fabricación y formulación de multitud de productos y bienes de consumo ha hecho que se acumulen en el medio ambiente, siendo potencialmente perjudiciales para la salud. La elevada fuerza del enlace C-F que predomina en los PFASs hace que estos compuestos tengan propiedades excepcionales, lo que resulta en una gran variedad de aplicaciones en la fabricación de espumas antiincendios, textiles, formulación de baños de tratamiento superficial, y recubrimientos con propiedades repelentes tanto para las sustancias grasas como para el agua. Sin embargo, la fortaleza del enlace C-F hace que no sea posible la degradación y eliminación de PFASs mediante técnicas convencionales de tratamiento de aguas. Esto lleva a la búsqueda de técnicas alternativas y avanzadas que no solo separen el contaminante, sino que además lo degraden. Entre estas tecnologías se encuentra la electrooxidación y la fotocatálisis. En relación a esta Trabajo Fin de Máster, en estudios anteriores del grupo de investigación de Tecnologías Ambientales y Bioprocesos de la Universidad de Cantabria, se ha sintetizado un fotocatalizador composite formado por el tradicional y barato fotocatalizador TiO2 modificado con óxido de grafeno reducido (rGO). El estudio de este nuevo fotocatalizador composite TiO2-rGO ha demostrado una fotoactividad significativamente mayor que el tradicional TiO2 para la degradación de sustancias perfluoroalquilicas trabajando en un reactor fotocatalítico donde el catalizador se mantuvo en forma de partículas en suspensión. El objetivo de este trabajo es realizar un estudio de la viabilidad de inmovilizar este fotocatalizador composite TiO2-rGO en una membrana con el fin de intensificar el proceso al unir en una sola etapa la fotocatálisis y la separación / purificación del agua a tratar. Para ello se han funcionalizado membranas porosas comerciales de ultrafiltración fabricadas de esteres mixtos de acetato de celulosa con partículas del composite TiO2- rGO, así como con TiO2 comercial como material control. Posteriormente se caracterizaron las membranas funcionalizadas mediante espectroscopía de infrarrojos con trasformada de Fourier (FTIR), filtración de agua, y se realizaron pruebas preliminares de concepto de fotocatálisis para degradar una disolución acuosa modelo del contaminante ácido perfluorooctanoíco (PFOA). Los análisis FTIR permitieron comprobar la correcta funcionalización de las membranas comerciales con los fotocatalizadores. La modificación de las características de permeabilidad hidráulica de las membranas comerciales al inmovilizar los fotocatalizadores se evaluaron a través de test de flujo de agua, que mostraron una reducción de las propiedades de transporte de materia cuando las membranas se funcionalizan, como era esperable, siendo mayor la permeabilidad hidráulica cuando se inmovilizaba el fotocatalizador composite TiO2-rGO que cuando se empleaba sólo TiO2. Por último, los ensayos preliminares de fotocatálisis han permitido observar que mientras el TiO2 inmovilizado no mostraba evidencias de de mineralización de PFOA, aunque si una cierta degradación y formación de subproductos, utilizando el composite TiO2-rGO inmovilizado se podía apreciar una un aumento significativo de degradación y mineralización y sobre todo en la aparición de productos de degradación. Se concluye la necesidad de progresar en el diseño de un reactor con membranas de fotocatalísis-filtración adecuado para ensayar el rendimiento del proceso que integra en una única operación las etapas de reacción y separación.ABSTRACT: The use of per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs) in the manufacture and formulation of a multitude of products and consumer goods has caused their accumulation in the environment, and being a potential threat to health. The high strength of the C-F bond that predominates in PFASs molecular structure confers these compounds with exceptional properties, resulting in a wide variety of applications, e.g.: in the manufacture of fire-fighting foams, textiles, formulation of surface treatment baths, and coatings with repellent properties for fatty substances and for water. However, the strength of the C-F bond prevents the degradation and elimination of PFASs by conventional water treatment technologies. This situation makes necessary the search for alternative techniques that not only separate the contaminant but also degrade it. Electrooxidation and phtocatalysis are among these technologies. Specifically, in previous studies of the Environmental Technologies and Bioprocesses research group of the University of Cantabria, a composite photocatalyst formed by the traditional and easily available TiO2 modified with reduced graphene oxide (rGO) has been synthesized. The study of this new TiO2- rGO composite photocatalyst has shown a significantly higher photoactivity than the traditional TiO2 for the degradation of perfluoroalkyl substances working in a photocatalytic reactor where the catalyst acted as suspended particles. The objective of this work is to carry out a viability study of immobilizing the TiO2-rGO composite photocatalyst on a membrane to intensify the process by performing in a single stage the degradative photocatalysis and the purification of the contaminated water. To this end, commercial porous ultrafiltration membranes made of mixed cellulose acetate esters with TiO2-rGO composite particles, as well as with commercial TiO2 as control material, have been functionalized. Subsequently, the functionalized membranes were characterized by Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR), water filtration, and preliminary tests of the photocatalysis concept were performed to degrade an aqueous model solution of perfluorooctanoic acid (PFOA). The FTIR analysis allowed to verify the correct functionalization of the commercial membranes with the photocatalyst. The modification of the hydraulic permeability characteristics of the commercial membranes when immobilizing the photocatalyst were evaluated through water permeation tests, which showed a reduction of the mass transport properties when the membranes are functionalized, as expected. Nevertheless, the hydraulic permeability was higher for the TiO2-rGO membrane than for the TiO2 membrane. Finally, preliminary photocatalysis trials showed that while the immobilized TiO2 did not provide evidence of PFOA photodegradation or mineralization, the immobilized TiO2-rGO composite showed some degradation and mineralization and the formation of degradation products could be observed. The need to progress in the design of a reactor with photocatalysis-filtration membranes suitable to test the performance of the process that integrates the reaction and separation stages in a single operation is concluded.Máster en Ingeniería Químic

Study of in vitro degradability of new poly (E-caprolactone) membranes functionalized with graphene to neural tissue regeneration

Grado en Ingeniería Químic

Development of a decission tool to predict membrane morphology using non-solvent induced phase separation synthesis

RESUMEN: Las membranas poliméricas funcionalizadas se emplean en múltiples aplicaciones donde se requiere unas características morfológicas determinadas. La síntesis de membranas por inversión de fases inducida por un no solvente se emplea tanto a nivel industrial como a escala laboratorio. Sin embargo, la selección de las variables de proceso se basa en ensayos de prueba y error, experiencia previa y literatura, lo cual consume tiempo y recursos, y genera residuos. Es por ello que está tesis investiga el desarrollo de herramientas matemáticas basadas en la termodinámica y cinética de la inversión de fases para predecir la morfología de membranas poliméricas avanzadas. La tesis se divide en tres partes: en la primera se desarrolla un profundo análisis de las técnicas de síntesis de membranas compuestas; a continuación, se expanden los modelos termodinámicos tradicionales, para finalmente acoplar la termodinámica y la cinética para predecir y validar las estructuras porosas de membranas poliméricas funcionalizadas.ABSTRACT: Functionalized polymeric membranes are employed in multiple fields where a specific membrane morphology is required. The synthesis of membranes by non-solvent induced phase separation is widely used on laboratory and industrial scales. However, the process variable selection is based, up to now, on trial-and-error, previous experience, and literature information, which are time and economy source-consuming as well as generate residues. Therefore, this thesis investigates the development of decision tools based on thermodynamic and kinetic concepts to predict the morphology of advanced polymeric membranes. This thesis is divided into three parts: the first addressed a deep analysis of the techniques used to synthesize functionalized polymeric membranes; the second developed an expansion of the traditional thermodynamic models. Finally, in the third part, thermodynamics is coupled with the kinetic model to predict porous structures of functionalized polymeric membranes.The research described in this thesis was performed in the Environmental Technologies and Bioprocesses (EBT) Research Group of the Department of Chemical and Biomolecular Engineering at the University of Cantabria. This research was financially supported by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness of the Spanish Government through the project CTM2016-75509-R (MINECO / FEDER, UE), “Advances strategies for the integration of membranes and electrocatalytic and photocatalytic processes for the elimination of persistent pollutants” and the Spanish Research Agency through the projects X-MEM (PCI2018-092929, project call APCIN 2018) and PID2019-105827RB-I00/MCIN/AEI/10.13039/501100011033. The author of the thesis would also like to express her gratitude to the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness for the financial support through the research fellowship FPI (BES-2017-081112), which covered the training contract during the period 2018-2022. Additionally, thanks to this financial aid, a predoctoral short stay has been conducted. This research star was developed in the Jerzy Haber Institute of Catalysis and Surface Chemistry of the Polish Academy of Sciences in Kraków over the period September-December 2021, under the supervision of Dr. Aleksandra Pacuła. The author of the thesis also thanks Arkema Inc. and Sumitomo Chemical Europe Inc. for the supply of PVDF and PES polymers used during the experimental work conducted in this thesis. Therefore, a warm thanks towards the institutions is extended, including “La Escuela de Doctorado de la Universidad de Cantabria (EDUC)”, the Chemical and Biomolecular Engineering Department, and the University of Cantabria

Métodos de innovación docente aplicados a los estudios de Ciencias de la Comunicación

Se analiza el fenómeno de la implantación del Espacio Europeo de Educación Superior (EEES) a los estudios de Ciencias de la Comunicación, desde el punto de vista del profesorado. En este sentido se analizan experiencias educativas como: cuadernos de visionado para la iniciación de los alumnos en el comentario fílmico; la utilización didáctica de recursos audiovisuales; el uso de películas como herramientas en la educación de estudiantes; el uso de la televisión informativa; y la aplicación de técnicas de aprendizaje colaborativo entre otras propuestas. Asimismo, se estudia el estado de implantación del EEES en España y se describen propuestas de aplicación del mismo a diferentes áreas de los estudios de Ciencias de la Comunicación. También se dedican estudios a la descripción de nuevas estrategias docentes en el marco del EEES y se proponen fórmulas de evaluación de los aprendizajes. Por último se presta atención a la aplicación de las Tecnologías de la Información y la Comunicación a los citados estudios y se definen nuevas herramientas para apoyar a los estudiantes en su labor.MadridBiblioteca de Educación del Ministerio de Educación, Cultura y Deporte; Calle San Agustín 5 -3 Planta; 28014 Madrid; Tel. +34917748000; [email protected]