Päivystyshoitotyön osaaminen valmistuvien sairaanhoitajaopiskelijoiden arvioimana

Potilaan hoitamisessa korostuvat mm. triagen tekeminen, potilaan voinnin seuranta ja hoitoa koskevien päätösten tekeminen nopeasti potilaan voinnin mukaan sekä potilaan jatkohoidon turvaaminen. Tämä kaksivaiheinen koulutustutkimus kohdistui päivystyshoitotyön osaamiseen. Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa määriteltiin päivystyshoitotyön osaaminen ja toisessa vaiheessa arvioitiin valmistuvien sairaanhoitajaopiskelijoiden päivystyshoitotyön osaamista ja osaamiseen yhteydessä olevia tekijöitä. Osaamisen arvioinnin suorittivat opiskelijat itse ja vertailuperustana opiskelijoiden päivystyshoitotyön osaamiselle käytettiin ammatissa toimivien sairaanhoitajien päivystyshoitotyön osaamista. Tutkimuksen tavoitteena oli arvioinnin perusteella määrittää päivystyshoitotyön osaamisen nykytaso ja tehdä tarvittavat ehdotukset päivystyshoitotyön osaamisen kehittämiseen. Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa (2006–2012) tiedonkeruumenetelminä oli kirjallisuuskatsaus ja asiantuntija-arviointi hyödyntäen delphi-menetelmää. Kirjallisuuskatsauksen perusteella muodostettiin päivystyshoitotyön osaamista kuvaavat pääkategoriat, yläkategoriat ja alakategoriat.Alakategoriat (n=61) annettiin asiantuntijoille (sairaanhoitajat, opettajat, ylihoitajat) arvioitavaksi.Kaksivaiheisen asiantuntija-arvioinnin perusteella muodostui 92 päivystyshoitotyön osaamista kuvaavaa alakategoriaa. Tutkimuksen toisessa vaiheessa (2007–2012) valmistuvien suomalaisten sairaanhoitaja-opiskelijoiden (N=382, n=208, vastausprosentti 55 %) päivystyshoitotyön osaamista arvioitiin tätä tutkimusta varten kehitetyllä mittarilla (Päivystyshoitotyön osaaminen -mittari). Mittari perustui tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa muodostettuun määrittelyyn päivystyshoitotyön osaamisesta. Osaamista mitattiin VAS-janalla (asteikko 0–100) arvon 100 ollessa optimaalinen taso, johon pyrittiin. Sairaanhoitajaopiskelijoiden tavoiteltavaksi osaamisen tasoksi asetettiin 80 olettaen opiskelijoiden osaamisen vielä kehittyvän työkokemuksen myötä. Ammatissa toimivien sairaanhoitajien (N=586, n=280, vastausprosentti 48 %) itsearvioitua osaamista käytettiin vertailuperustana opiskelijoiden osaamiselle. Aineisto analysoitiin tilastollisin menetelmin. Valmistuvien sairaanhoitajaopiskelijoiden itsearvioitu päivystyshoitotyön osaaminen oli alle tavoiteltavan osaamisen tason. Opiskelijoilla oli mielestään eniten eettistä osaamista sekä vuorovaikutus- ja yhteistyöosaamista ja vähiten päätöksenteko-osaamista ja kliinistä osaamista. Myös ammatissa toimivilla sairaanhoitajilla oli mielestään eniten vuorovaikutus- ja yhteistyöosaamista. Vähiten heillä oli ohjausosaamista ja päätöksenteko-osaamista. Sairaanhoitajilla oli tilastollisesti merkitsevästi enemmän päivystyshoitotyön osaamista kuin opiskelijoilla. Opiskelijoiden päivystyshoitotyön osaamista selitti eniten aikaisempi terveysalan tutkinto. Päivystyshoitotyön osaamisen kehittämisehdotukset kohdistuvat ammatillisen peruskoulutuksen ja täydennyskoulutuksen opetuksen sisältöihin ja määrään, opetus- ja opiskelumenetelmiin, osaamisen arviointiin sekä urasuunnitteluun. Jatkotutkimusehdotukset kohdistuvat päivystyshoitotyön osaamisen määrittelyn ja osaamista arvioivan mittarin edelleen kehittämiseen, erilaisten arviointimenetelmien kehittämiseen sekä osaamiseen yhteydessä olevien tekijöiden edelleen tutkimiseen.

Modeling of Liquid-Solid Flow in Industrial Scale

In the present work, liquid-solid flow in industrial scale is modeled using the commercial software of Computational Fluid Dynamics (CFD) ANSYS Fluent 14.5. In literature, there are few studies on liquid-solid flow in industrial scale, but any information about the particular case with modified geometry cannot be found. The aim of this thesis is to describe the strengths and weaknesses of the multiphase models, when a large-scale application is studied within liquid-solid flow, including the boundary-layer characteristics. The results indicate that the selection of the most appropriate multiphase model depends on the flow regime. Thus, careful estimations of the flow regime are recommended to be done before modeling. The computational tool is developed for this purpose during this thesis. The homogeneous multiphase model is valid only for homogeneous suspension, the discrete phase model (DPM) is recommended for homogeneous and heterogeneous suspension where pipe Froude number is greater than 1.0, while the mixture and Eulerian models are able to predict also flow regimes, where pipe Froude number is smaller than 1.0 and particles tend to settle. With increasing material density ratio and decreasing pipe Froude number, the Eulerian model gives the most accurate results, because it does not include simplifications in Navier-Stokes equations like the other models. In addition, the results indicate that the potential location of erosion in the pipe depends on material density ratio. Possible sedimentation of particles can cause erosion and increase pressure drop as well. In the pipe bend, especially secondary flows, perpendicular to the main flow, affect the location of erosion.

Building a Roadmap for a Market Intelligence function in a Global B2B company

Tämän diplomityötutkimuksen tarkoituksena on luoda markkinaälyyn (MI) erikoistunut funktio suurelle, globaalisti toimivalle B2B-yritykselle. Tämän päivän muut-tuvilla markkinoilla, teollisuusyrityksen on oltava markkinalähtöinen selviytyäkseen. Markkinatiedon tehokas hyödyntäminen ei pelkästään luo tietoa markkinoista, vaan tuottaa kilpailukykyistä tietoa ja toimii strategisen päätöksenteon tukena pitkällä aikavälillä. Tämä tutkimus on kvalitatiivinen toimintatutkimus, joka sisältää kirjallisuuskat-sauksen, yritystapaustutkimuksen sekä syväanalyysin yrityksen MI-ympäristöstä. Kirjallisuuskatsaus pitää sisällään teoriaa liittyen markkinaälyyn useassa eri kon-tekstissa, asiakassuhteeseen, sekä prosessinmallintamiseen. Empiiriseen osaa seuraa tutkimusmenetelmäkappale, joka sisältää kaksivaiheisen tutkimuksen mukaan lu-kien 20 päällikkötason haastattelua sekä yhden laaja-alaisen työryhmätapaamisen. Työn tuloksena syntyy kolmivaiheinen tiekartta, jonka tarkoitus on toimia pohjana uuden MI-funktion rakentamiselle Case-yrityksessä. Tuloksen mukaan MI-funktio tulisi sijoittaa yrityksen asiakasrajapintaan sekä tukea yksiköiden välistä integraa-tiota. Markkinaälyn jakaminen yrityksen sisällä vaatii käytäntöjen, tarpeiden ja ta-voitteiden systemaattista viestintää eri organisaatiotasoille, jotta yritys voi edelleen saada asiakkaalta tarpeeseen vastaavaa tietoa. Viestintä yrityksen ja asiakkaan välil-lä on oltava molemminpuolista, jotta tulokset voisivat parantaa asiakassuhdetta. Kun asiakassuhde paranee, yritys voi oppia asiakkaalta arvokasta tietoa, markkinaälyä.

Kaksifaasijäähdytysjärjestelmään liittyvien pumppujen vertailu ja kehittäminen sarjatuotannon tarpeisiin

Tehoelektroniikalta vaaditaan nykyään parempaa suorituskykyä entistä pienemmässä tilassa. Tämä luo haasteen riittävälle jäähdytykselle. Eräs ratkaisu on käyttää kaksifaasijäähdytystä, jolla aikaansaadaan tehokas lämmönsiirto komponenttien pinnalta. Lämmönsiirtonesteinä voidaan käyttää kylmäaineita tai muita alhaisessa lämpötilassa kiehuvia nesteitä. Tällaisille nesteille on tyypillistä alhainen höyrynpaine sekä matala viskositeetti. Nämä ominaisuudet tuovat haasteita nesteen pumppaukseen. Tässä työssä tarkastellaan R-134A:ta sekä Novec 7000:ta, perehdytään niiden fysikaalisiin ominaisuuksiin sekä materiaaliyhteensopivuuksiin ja näiden tietojen pohjalta etsitään sopivaa pumpputyyppiä kaksifaasijäähdytysjärjestelmään. Tehoelektroniikan jäähdytysjärjestelmän pumpun on oltava edullinen muuhun järjestelmään nähden. Tyypillinen kiertopumppu nestejäähdytysjärjestelmässä on pieni keskipakopumppu. Alhaisen kiehumispisteen vuoksi kavitointiriski kasvaa ja tämä voi vahingoittaa pumppua. Myös matala viskositeetti tuo haasteita vuotoherkkyyden kasvamisen myötä, joten mekaanisilla aksiaalitiivisteillä varustetut pumput eivät ole pitkäikäisiä. Kylmäainejärjestelmiin tarkoitetut pumput ovat arvokkaita, eikä näin ollen sovellu edullisiin jäähdytysjärjestelmiin. Tässä työssä käydään läpi erilaisia pumpputyyppejä, jotka voisivat soveltua pitkäikäiseen pumppaukseen ilman huoltotöitä. Näiden tietojen perusteella kehitetään edullista ja pitkäikäistä pumppua pieniin kaksifaasijäähdytysjärjestelmiin nesteiden fysikaaliset ominaisuudet huomioon ottaen. Kehitetyn pumpun ominaisuuksia ja kustannuksia vertaillaan kaupallisiin ratkaisuihin ottaen huomioon sarjavalmistus. Itse valmistettuna pienelle sisäryntöiselle hammaspyöräpumpulle jää hintaa alle kymmenesosa markkinoilta löytyviin kylmäaineille soveltuviin pumppuun.

Readout architectures for hybrid pixel detector readout chips

The original contribution of this thesis to knowledge are novel digital readout architectures for hybrid pixel readout chips. The thesis presents asynchronous bus-based architecture, a data-node based column architecture and a network-based pixel matrix architecture for data transportation. It is shown that the data-node architecture achieves readout efficiency 99% with half the output rate as a bus-based system. The network-based solution avoids “broken” columns due to some manufacturing errors, and it distributes internal data traffic more evenly across the pixel matrix than column-based architectures. An improvement of > 10% to the efficiency is achieved with uniform and non-uniform hit occupancies. Architectural design has been done using transaction level modeling (TLM) and sequential high-level design techniques for reducing the design and simulation time. It has been possible to simulate tens of column and full chip architectures using the high-level techniques. A decrease of > 10 in run-time is observed using these techniques compared to register transfer level (RTL) design technique. Reduction of 50% for lines-of-code (LoC) for the high-level models compared to the RTL description has been achieved. Two architectures are then demonstrated in two hybrid pixel readout chips. The first chip, Timepix3 has been designed for the Medipix3 collaboration. According to the measurements, it consumes < 1 W/cm^2. It also delivers up to 40 Mhits/s/cm^2 with 10-bit time-over-threshold (ToT) and 18-bit time-of-arrival (ToA) of 1.5625 ns. The chip uses a token-arbitrated, asynchronous two-phase handshake column bus for internal data transfer. It has also been successfully used in a multi-chip particle tracking telescope. The second chip, VeloPix, is a readout chip being designed for the upgrade of Vertex Locator (VELO) of the LHCb experiment at CERN. Based on the simulations, it consumes < 1.5 W/cm^2 while delivering up to 320 Mpackets/s/cm^2, each packet containing up to 8 pixels. VeloPix uses a node-based data fabric for achieving throughput of 13.3 Mpackets/s from the column to the EoC. By combining Monte Carlo physics data with high-level simulations, it has been demonstrated that the architecture meets requirements of the VELO (260 Mpackets/s/cm^2 with efficiency of 99%).

Aamiaiskahvilasta ötökkätarjontaan. Suomen kirjoitetun yleiskielen morfosyntaktisten yhdyssanarakenteiden produktiivisuus

Tämän tutkimuksen kohde on suomen kirjoitetun yleiskielen morfosyntaktisten yhdyssanarakenteiden produktiivisuus. Tutkimuksen tärkein päämäärä on selvittää, kuinka ahkerasti erilaisia suomen kielen suomia mahdollisuuksia käytetään uusien yhdyssanojen muodostuksessa. Käytännöllistä produktiivisuutta kartoittava tutkimus täydentää kielioppien ja sanastonkuvausten antamaa kuvaa kielestä. Tutkimuksen kohteena oleva kielimuoto on kaikille kielenkäyttäjille yhteinen kirjoitettu yleiskieli. Tutkimusaineisto koostuu 28 091 uudesta yhdyssanasta, jotka on kerätty painetun median kielestä vuosina 2000–2009. Aineiston pohjana on Kotimaisten kielten keskuksen Nykysuomen sanastotietokanta, johon poimitaan uusia ja uudella tavalla käytettyjä sanoja ensisijaisesti sanakirjatyön ja kielenhuollon tarpeisiin. Tutkimusaihetta lähestytään useiden yhdyssanan osien muotoa, sanaluokkaa, määrää ja pituutta koskevien alakysymysten kautta. Tutkimus etenee yksittäisten muut-tujien käsittelystä muuttujien keskinäisiä suhteita tarkasteleviin malleihin. Tutkimuksessa käytetään kaksivaiheista metodia: Metodin ensimmäinen askel on uudessa sanastossa havaittujen rakenteiden tyyppifrekvenssin tilastollinen analyysi. Toinen askel on varsinkin matalafrekvenssisten tai tilastollisessa analyysissa muuten poikkeavaksi osoittautuneiden rakenteiden kvalitatiivinen tarkastelu. Metodi on kehitetty tätä tutkimusta varten, sillä aiemmin produktiivisuuden mittaamisessa käytetyt menetelmät eivät sellaisenaan sovi suomen kielen yhdyssanarakenteiden tutkimukseen. Tutkimusmetodien kehittäminen on tutkimuksen keskeinen tavoite. Tutkimus osoittaa, että suomen kielen uudet yhdyssanat ovat rakenteeltaan homogeenisempiä, kuin aiempia kielenkuvauksia lukemalla voisi olettaa. Uusi suomen kielen yhdyssana on todennäköisimmin kahdesta substantiivista yhdistämällä muodostettu substantiivi, jonka alkuosa on nominatiivissa eikä kongruoi jälkiosan kanssa. Ennakko-oletusta huomattavasti yleisempiä ovat myös prefiksinkaltaisella alkuosalla alkavat yhdyssanat. Genetiivialkuiset yhdyssanat puolestaan ovat ennakko-oletusta harvinaisempia. Kaikki kieliopillisesti mahdolliset yhdyssanarakenteet eivät ole lainkaan produktiivisia kielenkäytön tasolla. Tutkimus on luonteeltaan kielen rakennetta kartoittavaa perustutkimusta. Tutkimustulosten tärkeimmät sovellusalat ovat kieliteknologia ja sananmuodostuksen opetus. Tutkimus avaa useita näkökulmia jatkotutkimukselle.

Flow in porous media of oil-water systems

Fluid flow behaviour in porous media is a conundrum. Therefore, this research is focused on filtration-volumetric characterisation of fractured-carbonate sediments, coupled with their proper simulation. For this reason, at laboratory rock properties such as pore volume, permeability and porosity are measured, later phase permeabilities and oil recovery in function of flow rate are assessed. Furthermore, the rheological properties of three oils are measured and analysed. Finally based on rock and fluid properties, a model using COMSOL Multiphysics is built in order to compare the experimental and simulated results. The rock analyses show linear relation between flow rate and differential pressure, from which phase permeabilities and pressure gradient are determined, eventually the oil recovery under low and high flow rate is established. In addition, the oils reveal thixotropic properties as well as non-Newtonian behaviour described by Bingham model, consequently Carreau viscosity model for the used oil is given. Given these points, the model for oil and water is built in COMSOL Multiphysics, whereupon successfully the reciprocity between experimental and simulated results is analysed and compared. Finally, a two-phase displacement model is elaborated.

Effects of algal turbidity on foraging and antipredator behaviour of the three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus)

The aim of this thesis was to examine how aquatic organisms, such as fish, behave in an altered environmental condition. Many species of fish use vision as their primary tool to gain information about their surrounding environment. The visual conditions of aquatic habitats are often altered as a result of anthropogenic disturbance, such as eutrophication that initiates algal turbidity. In general, turbidity reduces the visibility and can be hypothesized to have an influence on the behaviour of fish. I used the three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus) as a model species and conducted four studies in the laboratory to test how algal turbidity affects its behaviour. In this thesis, two major behavioural aspects are discussed. The first is antipredator behaviour. In study I, the combined effects of turbidity and shoot density on habitat choice (shelter vs open) behaviour was tested on a group of sticklebacks (20 fish) in the presence and absence of piscivorous perch (Perca fluviatilis). In study II, I examined the behavioural responses of feeding sticklebacks when they were exposed to the sudden appearance of an avian predator (the silhouette of a common tern, Sterna hirundo). The study was done in turbid and clear water using three different groups sizes (1, 3 and 6 fish). The second aspect is foraging behaviour. Study III & IV focused on the effects of algal turbidity on the foraging performance of sticklebacks. In study III, I conducted two separate experiments to examine the effects of turbidity on prey consumption and prey choice of sticklebacks. In this experiment turbidity levels and the proportion of large and small prey (Daphnia spp.) were manipulated. In study IV, I studied whether a group of six sticklebacks can distribute themselves according to food input at two feeding stations in a way that provided each fish with the same amount of food in clear and turbid water. I also observed whether the fish can follow changes in resource distribution between the foraging patches. My results indicate an overall influence of algal turbidity on the antipredator and foraging behaviour of sticklebacks. In the presence of a potential predator, the use of the sheltered habitat was more pronounced at higher turbidity. Besides this, sticklebacks reduced their activity levels with predator presence at higher turbidity and shoot density levels, suggesting a possible antipredator adaptation to avoid a predator. When exposed to a sudden appearance of an avian predator, sticklebacks showed a weaker antipredator response in turbid water, which suggests that turbidity degrades the risk assessment capabilities of sticklebacks. I found an effect of group size but not turbidity in the proportion of sticklebacks that fled to the shelter area, which indicates that sticklebacks are able to communicate among group members at the experimental turbidity levels. I found an overall negative effect of turbidity on food intake. Both turbidity and changes in the proportion of prey sizes played a significant role in a stickleback’s prey selection. At lower turbidity levels (clear <1 and 5 NTU) sticklebacks showed preferences for large prey, whereas in more turbid conditions and when the proportion of large to small prey increased sticklebacks became increasingly random in their prey selection. Finally, my results showed that groups of sticklebacks disperse themselves between feeding stations according to the reward ratios following the predictions of the ideal free distribution theory. However, they took a significantly longer time to reach the equilibrium distribution in turbid water than in clear water. In addition, they showed a slower response to changes in resource distribution in a turbid environment. These findings suggest that turbidity interferes with the information transfer among group foragers. It is important to understand that aquatic animals are often exposed to a degraded environment. The findings of this thesis suggest that algal turbidity negatively affects their behavioural performance. The results also shed light on the underlying behavioural strategies of sticklebacks in turbid conditions that might help them adapt to an altered environmental situation and increase their survival. In conclusion, I hold that although algal turbidity has detrimental effects on the antipredator and foraging behaviour of sticklebacks, their behavioural adjustment might help them adapt to a changing environment.

Pulssitettu laserablaatio mikrofluidisten kanavistojen sarjatuotantomenetelmänä

Puolijohteiden yleistyttyä vuodesta 1948 alkaen, ovat elektroniset laitteet pienentyneet jatkuvasti tehojen kuitenkin kasvaessa. Kasvaneet tehotiheydet kuitenkin vaikeuttavat laitesuunnittelua, sillä puoljohdekomponenttien suorituskyvylle ja eliniälle on oleellista lämpötilojen ja lämpötilavaihteluiden minimointi. Perinteisen ilmajäähdytyksen lähestyessä rajojaan niin kokonaistehon kuin järkevän energiatehokkuudenkin suhteen, on parhaaksi seuraavaksi teknologiaksi ennustettu kaksifaasijäähdytystä, jonka suorituskyky ja energiatehokkuus ovat vaaditulla tasolla. Kaksifaasijäähdytyksen optimaaliselle toiminnalle tärkeää on hyvin suunniteltu ja tarkasti valmistettu lämmönsiirtopinta, jota kutsutaan mikrokanavistoksi. Pulssitettu laserkaiverrus on edistynyt valmistustekniikka, jonka tarkkuus ja luotettavuus sopisivat mikrokanavistojen valmistamiseen. Laserkaiverruksella saavutettavat lopputulokset vaihtelevat kuitenkin materiaalista riippuen ja kupari – jota käytetään yleisesti lämmönjohteena – on eräs huonoimmin lasertyöstöön reagoivista materiaaleista ja siksi on oleellista selvittää laser-kaiverruksen toimivuutta kuparisten mikrokanavistojen valmistuksessa. Pulssitetun laser-kaiverruksen eri variaatioista nanosekunti-luokan pulssinpituuksilla toimivat laitteet ovat jatkuvan tuotannon kannalta paras vaihtoehto niiden hyvän tuottavuuden, saatavuuden sekä kohtuullisen alkuinvestoinnin vuoksi. Käytännön kaiverruskokeiden perusteella selvisi, että menetelmä on laatunsa ja tarkkuutensa puolesta sopiva varsinaiseen tuotantoon. Kaiverruksen tehokkuus kuparia työstettäessä on kuitenkin ennakoituakin heikompi ja niin valmistus- kuin suunnitelu-prosessikin vaativat vielä jatkotutkimusta ja -kehitystä.

Optimizing last mile delivery using public transport with multiagent based control

The majority of research work carried out in the field of Operations-Research uses methods and algorithms to optimize the pick-up and delivery problem. Most studies aim to solve the vehicle routing problem, to accommodate optimum delivery orders, vehicles etc. This paper focuses on green logistics approach, where existing Public Transport infrastructure capability of a city is used for the delivery of small and medium sized packaged goods thus, helping improve the situation of urban congestion and greenhouse gas emissions reduction. It carried out a study to investigate the feasibility of the proposed multi-agent based simulation model, for efficiency of cost, time and energy consumption. Multimodal Dijkstra Shortest Path algorithm and Nested Monte Carlo Search have been employed for a two-phase algorithmic approach used for generation of time based cost matrix. The quality of the tour is dependent on the efficiency of the search algorithm implemented for plan generation and route planning. The results reveal a definite advantage of using Public Transportation over existing delivery approaches in terms of energy efficiency.

Gas-phase photocatalytic oxidation of volatile organic compounds

Substances emitted into the atmosphere by human activities in urban and industrial areas cause environmental problems such as air quality degradation, respiratory diseases, climate change, global warming, and stratospheric ozone depletion. Volatile organic compounds (VOCs) are major air pollutants, emitted largely by industry, transportation and households. Many VOCs are toxic, and some are considered to be carcinogenic, mutagenic, or teratogenic. A wide spectrum of VOCs is readily oxidized photocatalytically. Photocatalytic oxidation (PCO) over titanium dioxide may present a potential alternative to air treatment strategies currently in use, such as adsorption and thermal treatment, due to its advantageous activity under ambient conditions, although higher but still mild temperatures may also be applied. The objective of the present research was to disclose routes of chemical reactions, estimate the kinetics and the sensitivity of gas-phase PCO to reaction conditions in respect of air pollutants containing heteroatoms in their molecules. Deactivation of the photocatalyst and restoration of its activity was also taken under consideration to assess the practical possibility of the application of PCO to the treatment of air polluted with VOCs. UV-irradiated titanium dioxide was selected as a photocatalyst for its chemical inertness, non-toxic character and low cost. In the present work Degussa P25 TiO2 photocatalyst was mostly used. In transient studies platinized TiO2 was also studied. The experimental research into PCO of following VOCs was undertaken: - methyl tert-butyl ether (MTBE) as the basic oxygenated motor fuel additive and, thus, a major non-biodegradable pollutant of groundwater; - tert-butyl alcohol (TBA) as the primary product of MTBE hydrolysis and PCO; - ethyl mercaptan (ethanethiol) as one of the reduced sulphur pungent air pollutants in the pulp-and-paper industry; - methylamine (MA) and dimethylamine (DMA) as the amino compounds often emitted by various industries. The PCO of VOCs was studied using a continuous-flow mode. The PCO of MTBE and TBA was also studied by transient mode, in which carbon dioxide, water, and acetone were identified as the main gas-phase products. The volatile products of thermal catalytic oxidation (TCO) of MTBE included 2-methyl-1-propene (2-MP), carbon monoxide, carbon dioxide and water; TBA decomposed to 2-MP and water. Continuous PCO of 4 TBA proceeded faster in humid air than dry air. MTBE oxidation, however, was less sensitive to humidity. The TiO2 catalyst was stable during continuous PCO of MTBE and TBA above 373 K, but gradually lost activity below 373 K; the catalyst could be regenerated by UV irradiation in the absence of gas-phase VOCs. Sulphur dioxide, carbon monoxide, carbon dioxide and water were identified as ultimate products of PCO of ethanethiol. Acetic acid was identified as a photocatalytic oxidation by-product. The limits of ethanethiol concentration and temperature, at which the reactor performance was stable for indefinite time, were established. The apparent reaction kinetics appeared to be independent of the reaction temperature within the studied limits, 373 to 453 K. The catalyst was completely and irreversibly deactivated with ethanethiol TCO. Volatile PCO products of MA included ammonia, nitrogen dioxide, nitrous oxide, carbon dioxide and water. Formamide was observed among DMA PCO products together with others similar to the ones of MA. TCO for both substances resulted in the formation of ammonia, hydrogen cyanide, carbon monoxide, carbon dioxide and water. No deactivation of the photocatalyst during the multiple long-run experiments was observed at the concentrations and temperatures used in the study. PCO of MA was also studied in the aqueous phase. Maximum efficiency was achieved in an alkaline media, where MA exhibited high fugitivity. Two mechanisms of aqueous PCO – decomposition to formate and ammonia, and oxidation of organic nitrogen directly to nitrite - lead ultimately to carbon dioxide, water, ammonia and nitrate: formate and nitrite were observed as intermediates. A part of the ammonia formed in the reaction was oxidized to nitrite and nitrate. This finding helped in better understanding of the gasphase PCO pathways. The PCO kinetic data for VOCs fitted well to the monomolecular Langmuir- Hinshelwood (L-H) model, whereas TCO kinetic behaviour matched the first order process for volatile amines and the L-H model for others. It should be noted that both LH and the first order equations were only the data fit, not the real description of the reaction kinetics. The dependence of the kinetic constants on temperature was established in the form of an Arrhenius equation.

Magnetic Resonance Experiments with Atomic Hydrogen

In this thesis three experiments with atomic hydrogen (H) at low temperatures T<1 K are presented. Experiments were carried out with two- (2D) and three-dimensional (3D) H gas, and with H atoms trapped in solid H2 matrix. The main focus of this work is on interatomic interactions, which have certain specific features in these three systems considered. A common feature is the very high density of atomic hydrogen, the systems are close to quantum degeneracy. Short range interactions in collisions between atoms are important in gaseous H. The system of H in H₂ differ dramatically because atoms remain fixed in the H₂ lattice and properties are governed by long-range interactions with the solid matrix and with H atoms. The main tools in our studies were the methods of magnetic resonance, with electron spin resonance (ESR) at 128 GHz being used as the principal detection method. For the first time in experiments with H in high magnetic fields and at low temperatures we combined ESR and NMR to perform electron-nuclear double resonance (ENDOR) as well as coherent two-photon spectroscopy. This allowed to distinguish between different types of interactions in the magnetic resonance spectra. Experiments with 2D H gas utilized the thermal compression method in homogeneous magnetic field, developed in our laboratory. In this work methods were developed for direct studies of 3D H at high density, and for creating high density samples of H in H₂. We measured magnetic resonance line shifts due to collisions in the 2D and 3D H gases. First we observed that the cold collision shift in 2D H gas composed of atoms in a single hyperfine state is much smaller than predicted by the mean-field theory. This motivated us to carry out similar experiments with 3D H. In 3D H the cold collision shift was found to be an order of magnitude smaller for atoms in a single hyperfine state than that for a mixture of atoms in two different hyperfine states. The collisional shifts were found to be in fair agreement with the theory, which takes into account symmetrization of the wave functions of the colliding atoms. The origin of the small shift in the 2D H composed of single hyperfine state atoms is not yet understood. The measurement of the shift in 3D H provides experimental determination for the difference of the scattering lengths of ground state atoms. The experiment with H atoms captured in H2 matrix at temperatures below 1 K originated from our work with H gas. We found out that samples of H in H2 were formed during recombination of gas phase H, enabling sample preparation at temperatures below 0.5 K. Alternatively, we created the samples by electron impact dissociation of H₂ molecules in situ in the solid. By the latter method we reached highest densities of H atoms reported so far, 3.5(5)x10¹⁹ cm^-3. The H atoms were found to be stable for weeks at temperatures below 0.5 K. The observation of dipolar interaction effects provides a verification for the density measurement. Our results point to two different sites for H atoms in H2 lattice. The steady-state nuclear polarizations of the atoms were found to be non-thermal. The possibility for further increase of the impurity H density is considered. At higher densities and lower temperatures it might be possible to observe phenomena related to quantum degeneracy in solid.

Kinetic modeling of mechanisms of industrially important organic reactions in gas and liquid phase

This dissertation is based on 5 articles which deal with reaction mechanisms of the following selected industrially important organic reactions: 1. dehydrocyclization of n-butylbenzene to produce naphthalene 2. dehydrocyclization of 1-(p-tolyl)-2-methylbutane (MB) to produce 2,6-dimethylnaphthalene 3. esterification of neopentyl glycol (NPG) with different carboxylic acids to produce monoesters 4. skeletal isomerization of 1-pentene to produce 2-methyl-1-butene and 2-methyl-2-butene The results of initial- and integral-rate experiments of n-butylbenzene dehydrocyclization over selfmade chromia/alumina catalyst were applied when investigating reaction 2. Reaction 2 was performed using commercial chromia/alumina of different acidity, platina on silica and vanadium/calcium/alumina as catalysts. On all catalysts used for the dehydrocyclization, major reactions were fragmentation of MB and 1-(p-tolyl)-2-methylbutenes (MBes), dehydrogenation of MB, double bond transfer, hydrogenation and 1,6-cyclization of MBes. Minor reactions were 1,5-cyclization of MBes and methyl group fragmentation of 1,6- cyclization products. Esterification reactions of NPG were performed using three different carboxylic acids: propionic, isobutyric and 2-ethylhexanoic acid. Commercial heterogeneous gellular (Dowex 50WX2), macroreticular (Amberlyst 15) type resins and homogeneous para-toluene sulfonic acid were used as catalysts. At first NPG reacted with carboxylic acids to form corresponding monoester and water. Then monoester esterified with carboxylic acid to form corresponding diester. In disproportionation reaction two monoester molecules formed NPG and corresponding diester. All these three reactions can attain equilibrium. Concerning esterification, water was removed from the reactor in order to prevent backward reaction. Skeletal isomerization experiments of 1-pentene were performed over HZSM-22 catalyst. Isomerization reactions of three different kind were detected: double bond, cis-trans and skeletal isomerization. Minor side reaction were dimerization and fragmentation. Monomolecular and bimolecular reaction mechanisms for skeletal isomerization explained experimental results almost equally well. Pseudohomogeneous kinetic parameters of reactions 1 and 2 were estimated by usual least squares fitting. Concerning reactions 3 and 4 kinetic parameters were estimated by the leastsquares method, but also the possible cross-correlation and identifiability of parameters were determined using Markov chain Monte Carlo (MCMC) method. Finally using MCMC method, the estimation of model parameters and predictions were performed according to the Bayesian paradigm. According to the fitting results suggested reaction mechanisms explained experimental results rather well. When the possible cross-correlation and identifiability of parameters (Reactions 3 and 4) were determined using MCMC method, the parameters identified well, and no pathological cross-correlation could be seen between any parameter pair.