Membrane development for oil contaminated water treatments

The aim of this Master’s thesis study was to develop a membrane for oil contaminated water treatments. Oily wastewaters are a big problem to environment and therefore it is important to find an efficient method for their treatment. There are several treatment methods, but one of the most promising methods is membrane filtration. In the theoretical part of this study the membrane technology and polymeric membrane preparation with phase inversion and membrane modification methods was discussed. It was also told about the most important properties of the membranes. Oily waters, their treatment methods and oily wastewater sources were discussed more specifically. In the experimental part membranes from cellulose acetate were prepared and membranes were modified with two different methods. Modification methods were surface modification and polymer mixing. The modification purpose was to make membranes more hydrophilic and increase surface charge, which can reduce fouling. Membranes were characterized by determining zeta potential, contact angle, oil retention, pure water permeability, pressure-normalized flux and fouling. It were used both synthetic and real spent oil-water emulsion in membrane filtration. Surface modification resulted membranes, which had better properties than unmodified membrane. The amount of substance used in surface modification affected a lot to membrane properties, so it would be necessary to try different amounts of substance to develop the best membrane for oil-water emulsion treatment.

Hiiletysteräs- ja polymeerilieriöhammaspyörien mitoituksen vertailu

Tässä työssä vertailtiin hiiletysteräksisten ja polymeeristen lieriöhammaspyörien mitoitusta. Työssä selvitettiin kirjallisuustutkimuksen keinoin merkittävimmät erot mitoitettaessa hammaspyöriä hiiletysteräksistä ja polymeereistä. Työssä keskityttiin erityisesti materiaaliominaisuuksiltaan kehittyneempiin niin kutsuttuihin high performance -polymeereihin. High performance -polymeerit ovat useilta materiaaliomi naisuuksiltaan perinteisiä koneenrakennusmuoveja kehittyneempiä. Työssä käytiin läpi polymeerien mitoitukseen vaikuttavat keskeiset materiaaliominaisuudet. Polymeerihammaspyörien mitoitusohjeita verrattiin vielä kirjoitushetkellä voimassa olleeseen SFS 4790 (1984) -standardiin. Työssä todettiin polymeerilieriöhammaspyörien ja hiiletysteräshammaspyörien mitoituksen suurimman eron tulevan polymeerien voimakkaasti lämpötilariippuvaisista materiaaliominaisuuksista. Lisäksi työssä todettiin polymeerien materiaaliominaisuuksien vaikuttavan mitoituksen lisäksi muihin suunnitteluparametreihin, kuten kuormituksen tyyppiin ja erityisesti käyttölämpötilaan. Työssä todettiin polymeerien materiaaliominaisuuksista olevan taulukkotietoa saatavilla rajoitetusti, tai sen löytäminen todettiin hankalaksi. Lisäksi työssä todettiin ettei polymeerihammaspyörien mitoituksesta ole olemassa standartoitua tai vakiintunutta ohjeistusta. Työssä todettiin myös polymeerien valmistustekniikoiden mahdollistavan hammaspyörästandardista poikkeavat hammasprofiilit ja ryntökulmat hammaspyörän muodon optimoimiseksi. Standardista poikkeavila hammaspyöräprofiileila standardin SFS 4790 (1984) mukaisten laskentatapojen soveltaminen suoraan ei ole mahdollista.

N-tyypin johdepolymeerien tutkimus

Konjugoituneiden polymeerien sähkönjohtavuutta voidaan parantaa useita kertaluokkia varauksensiirtoreaktiona tapahtuvan seostuksen avulla. P-tyypin seostuksessa polymeeri hapettuu osittain ja saa positiivisen varauksen. N tyypin seostuksessa polymeeri taas pelkistyy osittain ja saa negatiivisen varauksen. Monia konjugoituneita polymeerejä on käytetty aukkoja kuljettavana p-tyypin materiaalina, mutta yhtä paljoa ei ole tutkittu elektroneja kuljettavia n-tyypin johdepolymeerejä. Kasvava kiinnostus orgaaniseen elektroniikkaan tekee kuitenkin uusien n-tyypin polymeerimateriaalien kehittämisen tarpeelliseksi. Tutkielmassa käsitellään n-tyypin johdepolymeerejä, niiden valmistusta ja ominaisuuksia sekä niiden hyödyntämistä orgaanisen elektroniikan sovelluksissa. Korkealaatuisten ohutkalvojen hallittu kasvatus on yksi tärkeimmistä edellytyksistä n tyypin johdepolymeerien hyödyntämiselle orgaanisessa elektroniikassa. Tutkielman kokeellisessa osassa tutkittiin menetelmiä, joilla kahdesta tarkastellusta n tyypin johdepolymeeristä, poly(etyleenioksidi)lla funktionalisoidusta poly(bentsimidatso-bentsofenantroliini)sta (BBL–PEO) ja poly(atsoantrakinoni)sta, voitaisiin toistettavasti valmistaa korkealaatuisia ohutkalvoja. Valmistettujen ohutkalvojen laatua ja ominaisuuksia tutkittiin spektroskooppisin, mikroskooppisin ja sähkökemiallisin menetelmin. Lisäksi tutkittiin materiaalien valosähköisiä ominaisuuksia ja niiden soveltuvuutta aurinkoenergiaa hyödyntäviin sovelluksiin. Molemmista tutkituista johdepolymeereistä onnistuttiin valmistamaan ohutkalvoja, kun niille löydettiin sopivat liuottimet ja esikäsittelymenetelmät. Laadukkaimmat polymeeriohutkalvot valmistettiin spin–spray-pinnoitusmenetelmällä sekä dynaamisella spin coating -menetelmällä, joissa polymeeriliuosta sumutettiin (spin¬–spray) tai pipetoitiin (spin coating) pyörivän substraattilevyn pintaan. Näillä pinnoitus-menetelmillä pystyttiin hyvin hallitsemaan polymeeriohutkalvojen kasvatusta. BBL–PEO-ohutkalvot olivat tutkimusten perusteella selvästi laadukkaampia kuin poly(atsoantrakinoni)kalvot. BBL–PEO-kalvot olivat huomattavasti tasaisempia ja niiden valon absorbointikyky oli merkittävästi parempi. BBL–PEO näyttäisikin soveltuvan erinomaisesti korkealaatuisten ohutkalvojen valmistukseen. Valosähköisiä ominaisuuksia tutkittaessa havaittiin, että kohdistamalla valoa sähkökemiallisesti pelkistettyyn BBL–PEO-ohutkalvoon pystytään tuottamaan pieniä määriä sähkövirtaa. Vaikka tuotettujen virtojen suuruudet olivat hyvin pieniä, tulokset olivat lupaavia, kun huomioidaan valaisuun käytettyjen ledien pienet tehot. BBL–PEO-ohutkalvoja tulisi kuitenkin tutkia ja kehittää huomattavasti lisää, jotta niitä tulevaisuudessa voitaisiin hyödyntää orgaanisissa valosähköisissä sovelluksissa.