Effect of additives, precursors and process conditions on particle morphology

The objective of the thesis was to develop methods to manufacture and control calcium carbonate crystal nucleation and growth in precipitation process. The work consists of experimental part and literature part that addresses theory of nucleation, crystallization and precipitation. In the experimental part calcium carbonate was precipitated using carbonization reaction. Precipitation was carried out in presence of known morphology controlling agents (anionic polymers and sodium silicate) and by using different operation conditions. Formed material was characterized using SEM images, and its thermal stability was assessed. This work demonstrates that carbon dioxide feeding rate and concentrations of calcium hydroxide and additives can be used to control size, shape and amount of precipitating calcium carbonate.

Particle model for simulating limestone reactions in novel fluidised bed energy applications

The development of carbon capture and storage (CCS) has raised interest towards novel fluidised bed (FB) energy applications. In these applications, limestone can be utilized for S02 and/or CO2 capture. The conditions in the new applications differ from the traditional atmospheric and pressurised circulating fluidised bed (CFB) combustion conditions in which the limestone is successfully used for SO2 capture. In this work, a detailed physical single particle model with a description of the mass and energy transfer inside the particle for limestone was developed. The novelty of this model was to take into account the simultaneous reactions, changing conditions, and the effect of advection. Especially, the capability to study the cyclic behaviour of limestone on both sides of the calcination-carbonation equilibrium curve is important in the novel conditions. The significances of including advection or assuming diffusion control were studied in calcination. Especially, the effect of advection in calcination reaction in the novel combustion atmosphere was shown. The model was tested against experimental data; sulphur capture was studied in a laboratory reactor in different fluidised bed conditions. Different Conversion levels and sulphation patterns were examined in different atmospheres for one limestone type. The Conversion curves were well predicted with the model, and the mechanisms leading to the Conversion patterns were explained with the model simulations. In this work, it was also evaluated whether the transient environment has an effect on the limestone behaviour compared to the averaged conditions and in which conditions the effect is the largest. The difference between the averaged and transient conditions was notable only in the conditions which were close to the calcination-carbonation equilibrium curve. The results of this study suggest that the development of a simplified particle model requires a proper understanding of physical and chemical processes taking place in the particle during the reactions. The results of the study will be required when analysing complex limestone reaction phenomena or when developing the description of limestone behaviour in comprehensive 3D process models. In order to transfer the experimental observations to furnace conditions, the relevant mechanisms that take place need to be understood before the important ones can be selected for 3D process model. This study revealed the sulphur capture behaviour under transient oxy-fuel conditions, which is important when the oxy-fuel CFB process and process model are developed.

The Impact of Neonatal Antibiotic Exposure on Atopic Sensitisation by the Age of 12 Months

Varhaislapsuuden antibioottialtistuksen vaikutus atooppiseen herkistymiseen 12 kuukauden ikään mennessä Bakteerien vaikutus terveyteen on merkittävä: ne ovat toisaalta hengenvaarallisten infektioiden aiheuttajia, mutta samanaikaisesti niiden läsnäolo on välttämätöntä terveen immuunipuolustuksen kehittymiseksi. Ensimmäisen elinvuoden aikana suoliston bakteerikanta on altis ulkoisten tekijöiden vaikutuksille. Varhaislapsuuden antibioottihoidolla voi olla tuhoisat seuraukset eri bakteerilajien suhteille, ja sen tiedetään altistavan erilaisille immuunivälitteisille sairauksille, kuten atopialle. Ei ole kuitenkaan selvitetty, onko tämä vaikutus johtunut käynnissä olevan infektion aiheuttamista muutoksista kehittyvään immuunijärjestelmään vai onko siihen ollut syynä infektioon aloitettu antibioottihoito. Tässä tutkimuksessa selvitettiin eroja kahden, varhaista antibioottihoitoa saaneen ryhmän välillä ja päätetapahtumaksi katsottiin myöhemmin lapsuudessa ilmenevä atopiataipumus. Toinen ryhmä sai antibioottihoitoa kliinisesti todistettuun bakteeri-infektioon (varhaiseen sepsikseen). Toinen ryhmä taas sai antibioottihoidon pelkästään infektioepäilyyn eli ns. empiirisen hoidon, joka lopetettiin alle viiden vuorokauden kuluessa kun katsottiin, ettei oireiden taustalla ollutkaan bakteeri-infektiota. Mukana vertailussa oli lisäksi ryhmä, joka ei saanut lainkaan varhaista antibioottihoitoa. Antibioottihoidon pitkäaikaisvaikutusta arvioitiin ihon prick-testillä, joka kertoo atopiaan liittyvästä IgE-välitteisestä herkistymisestä. Varhaisella antibioottihoidolla tarkoitetaan tässä alle 72 tunnin sisällä syntymästä alkanutta hoitoa G-penisilliinin ja gentamysiinin yhdistelmällä. Tutkimuksen aineisto koostui 755 vastasyntyneen lapsen seurantadatasta, joka saatiin neljän käynnissä olevan allergian ehkäisytutkimuksen aineistosta. Tutkimuksen mukaanottokriteereinä pidettiin sitä, että saatavilla oli tiedot sekä mahdollisen antibioottialtistuksen kestosta että ihon prick-testituloksesta joko 6 tai 12 kuukauden iässä. Tulokset analysoitiin logistisella regressioanalyysillä huomioiden mahdolliset sekoittavat tekijät: äidin allergia, ennenaikaisuus, tutkimusprobiootti, imetyksen kesto, äidin raskauden aikainen tupakointi ja synnytystapa. Potilasryhmässä, joka sai antibioottihoitoa ilman samanaikaista infektiota, nähtiin tilastollisesti merkittävästi vähemmän positiivisia prick-testituloksia verrattuna lapsiin, jotka eivät altistuneet antibiooteille. Tulos on merkittävä, sillä se osoittaa, että varhaisella antibioottihoidolla on kauaskantoisia vaikutuksia kehittyvään immuunijärjestelmään.

Development and characterization of thin printed films for gas sensing applications

The monitoring and control of hydrogen sulfide (H2S) level is of great interest for a wide range of application areas including food quality control, defense and antiterrorist applications and air quality monitoring e.g. in mines. H2S is a very poisonous and flammable gas. Exposure to low concentrations of H2S can result in eye irritation, a sore throat and cough, shortness of breath, and fluid retention in the lungs. These symptoms usually disappear in a few weeks. Long-term, low-level exposure may result in fatigue, loss of appetite, headache, irritability, poor memory, and dizziness. Higher concentrations of 700 - 800 ppm tend to be fatal. H2S has a characteristic smell of rotten egg. However, because of temporary paralysis of olfactory nerves, the smelling capability at concentrations higher than 100 ppm is severely compromised. In addition, volatile H2S is one of the main products during the spoilage of poultry meat in anaerobic conditions. Currently, no commercial H2S sensor is available which can operate under anaerobic conditions and can be easily integrated in the food packaging. This thesis presents a step-wise progress in the development of printed H2S gas sensors. Efforts were made in the formulation, characterization and optimization of functional printable inks and coating pastes based on composites of a polymer and a metal salt as well as a composite of a metal salt and an organic acid. Different processing techniques including inkjet printing, flexographic printing, screen printing and spray coating were utilized in the fabrication of H2S sensors. The dispersions were characterized by measuring turbidity, surface tension, viscosity and particle size. The sensing films were characterized using X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray diffraction, atomic force microscopy and an electrical multimeter. Thin and thick printed or coated films were developed for gas sensing applications with the aim of monitoring the H2S concentrations in real life applications. Initially, a H2S gas sensor based on a composite of polyaniline and metal salt was developed. Both aqueous and solvent-based dispersions were developed and characterized. These dispersions were then utilized in the fabrication of roll-to-roll printed H2S gas sensors. However, the humidity background, long term instability and comparatively lower detection limit made these sensors less favourable for real practical applications. To overcome these problems, copper acetate based sensors were developed for H2S gas sensing. Stable inks with excellent printability were developed by tuning the surface tension, viscosity and particle size. This enabled the formation of inkjet-printed high quality copper acetate films with excellent sensitivity towards H2S. Furthermore, these sensors showed negligible humidity effects and improved selectivity, response time, lower limit of detection and coefficient of variation. The lower limit of detection of copper acetate based sensors was further improved to sub-ppm level by incorporation of catalytic gold nano-particles and subsequent plasma treatment of the sensing film. These sensors were further integrated in an inexpensive wirelessly readable RLC-circuit (where R is resistor, L is inductor and C is capacitor). The performance of these sensors towards biogenic H2S produced during the spoilage of poultry meat in the modified atmosphere package was also demonstrated in this thesis. This serves as a proof of concept that these sensors can be utilized in real life applications.

Optimizing counterparty credit risk portfolio by reducing exposure at default variance

Rahoitusyhtiöt pitävät omaa pääomaa taseessa harvinaisen suuria markkinamuutoksia varten ja tämän pääoman määrä on ohjattu valvontaviranomaisten toimesta. Euroopassa Basel akordi antaa suuntaviivat näille säädöksille. 2007 vuoden finanssikriisin jälkeen rahoitusyhtiöt sekä valvojat ovat olleet entistä kiinnostuneempia pääoman riittävyydestä. Tutkimuksia riskistä, säädöksistä ja pääomavaateen madaltamisesta on tehty aikaisemmin, mutta tässä tutkimuksessa keskitytään vaateen jatkuvan muutoksen suuruuteen. Tutkimus sisältää hypoteettisen vastapuoliriski portfolion, jossa on mukana valuuttajohdannaisia. Tätä portfoliota simuloidaan eri tavoin, jotta nähtäisiin kuinka suuri vaikutus portfolion koostumuksella voi olla pääomavaateen varianssiin. Jos tämä muuttuja on merkittävä, pitäisikö rahoitusyhtiöiden yrittää pienentää muutosta, jotta yhtiöiden varapääoman määrää voitaisiin alentaa? Tutkimuksessa on myös haastateltu Suomen johtavia vastapuoliriski asiantuntijoita, jotta nähtäisiin rahoitusalan oma näkemys asian merkittävyydestä. Tutkimusmenetelminä toimivat haastattelut sekä numeerinen analyysi hypoteettisella portfoliolla. Kaupat tähän vastapuoliriski portfolioon on luotu 14 vuoden ajalle ja se sisältää ainoastaan valuuttajohdannaisia viidessä eri valuutassa. Riski lasketaan markkina-arvo menetelmällä, joista lasketaan VaR-mallilla tulevaisuuden riski nettoutuksen kera. Portfolion rakennetta muutetaan simuloinneissa, jotta nähtäisiin vaikutus tulevaisuuden riskeille, joita käytetään edustamaan pääomavaateen määrää ja sen vaihtelua yli ajan. Portfolioiden riskejä lasketaan myös rasituskokeiden avulla, jotta tuloksista saataisiin mahdollisimman todenmukaisia. Analyyttinen osuus tutkimuksesta näyttää sen, että tämän kaltainen optimointi on suuresti riippuvainen alkuperäisestä portfoliosta, jonka määrittää yleisesti rahoitusyhtiön myyntistrategia. Yleisesti ottaen pääomavaateen varianssin muutos voi simuloinneissa olla melko suurta, varsinkin jos mukaan huomioidaan rasitus testit, puuttuvat tuotteet sekä muut pääomavaateen laskentaan huomioitavat seikat. Haastatteluissa saatiin selville millainen optimointi voisi olla mahdollista todellisuudessa. Huomattiin myös että tämän kaltainen ajattelumalli on jo huomattu alalla ennestään. Jon Gregory jopa mainitsi, että jotkin rahoitusyhtiöt ovat enemmän kiinnostuneita muutosten pienentämisestä kuin itse pääomavaateen suuruudesta. Näyttääkin siltä, että tämän aihepiiri vaatisi entistä enemmän tutkimusta, sillä sitä ei ennestään vielä ole, ja rahoitusyhtiöt ovat jo alkaneet etsimään uusia keinoja selvitäkseen rahoitusalalla, joka on yhä entisestään kilpailullisempi.

Open publishing: lessons from particle physics

Syksy Räsänen's presentation at Kirjastoverkkopäivät, Helsinki 21.10.2015.

Foreign exchange exposure management in a fuel procurement company operating in the commodity markets

Fluctuating commodity prices, foreign exchange rates and interest rates are causing changes in cash flows, market value and the companies’ profit. Most of the commodities are quoted in US dollar. Companies with non-dollar accounting face a double risk in the form of the commodity price risk and foreign exchange risk. The objective of this Master’s thesis is to find out how companies under commodity should manage foreign exchange exposure. The theoretical literature is based on foreign exchange risk, commodity risk and foreign exchange exposure management. The empirical research is done by using constructive modelling of a case company in the oil industry. The exposure is model with foreign exchange net cash flow and net working capital. First, the factors affecting foreign exchange exposure in case company are analyzed, then a model of foreign exchange exposure is created. Finally, the models are compared and the most suitable method is defined. According to the literature, foreign exchange exposure is the foreign exchange net cash flow. However, the results of the study show that foreign exchange risk can be managed also with net working capital. When the purchases, sales and storage are under foreign exchange risk, the best way to manage foreign exchange exposure is with combined net cash flow and net working capital method. The foreign exchange risk policy of the company defines the appropriate way to manage foreign exchange risk.

Stochastic particle models: mean reversion and burgers dynamics. An application to commodity markets

The aim of this study is to propose a stochastic model for commodity markets linked with the Burgers equation from fluid dynamics. We construct a stochastic particles method for commodity markets, in which particles represent market participants. A discontinuity in the model is included through an interacting kernel equal to the Heaviside function and its link with the Burgers equation is given. The Burgers equation and the connection of this model with stochastic differential equations are also studied. Further, based on the law of large numbers, we prove the convergence, for large N, of a system of stochastic differential equations describing the evolution of the prices of N traders to a deterministic partial differential equation of Burgers type. Numerical experiments highlight the success of the new proposal in modeling some commodity markets, and this is confirmed by the ability of the model to reproduce price spikes when their effects occur in a sufficiently long period of time.

Sähkösuodattimen mahdollisuudet sisäilman parantajana

Diplomityön tavoitteena oli selvittää, kuinka sähkösuodattimella voidaan vaikuttaa sisäilman laatuun ja kuinka kilpailukykyinen vaihtoehto pienkiinteistöissä sähkösuodatin on perinteisiin kuitusuodattimiin verrattuna. Teoriaosassa tarkasteltiin, kuinka ilman hengitettävät hiukkaset muodostuvat ja miten ne vaikuttavat sisäilman laatuun sekä ihmisten terveyteen. Tarkasteltiin hiukkasten koon, lukumäärän, massan ja pinta-alan yhteyksiä niiden terveysvaikutuksiin. Ultrapienet hiukkaset ovat terveydelle haitallisimpia, koska hiukkasten lukumäärä ja pinta-ala lisäävät terveyshaittoja enemmän kuin hiukkasten massa. Tutkittiin pienkiinteistöjen ilmanvaihtoratkaisuja ja erilaisia tuloilmanpuhdistus-menetelmiä. Soveltavassa osassa tarkasteltiin sähkösuodattimen toimintaa ja sen mahdollisuuksia sisäilman parantajana verrattuna perinteisiin kuitusuodattimiin. Tehtiin sähkösuodattimen ja kuitusuodattimen välinen elinkaarikustannusvertailu keskisuurelle omakotitalolle. Kirjallisuuden ja tutkimushavaintojen perusteella sähkösuodattimen suurin etu muihin suodattimiin verrattuna on sen kyky poistaa kaiken kokoisia, myös ultrapieniä, hengitettäviä hiukkasia ja siten tehokkaasti vähentää hengitettävien hiukkasten lukumäärää ja pinta-alaa. Tällä voi olla vaikutusta yleisten terveyshaittojen ja ympäristöherkkyyden ennaltaehkäisemisessä. Ympäristöherkkyyteen sairastuneiden oireiluun sähkösuodatin voi tuottaa helpotusta kotioloissa ja siirrettävän ilmanpuhdistimen avulla myös työpaikoilla. Elinkaarikustannusvertailun perusteella selvisi, että sähkösuodatin on kalliimmasta hinnastaan huolimatta kokonaiskustannuksiltaan selvästi edullisempi vaihtoehto kuin kuitusuodattimet. Sähkösuodattimen haasteena on uuden teknologian lanseeraaminen pientalorakentamiseen. Pienrakennusten tuloilman puhdistusmenetelmien kehittämisellä olisi mahdollista parantaa suomalaisten elämänlaatua ja saavuttaa merkittäviä säästöjä terveydenhoitokuluissa.