Enhancement of ultrafiltration process by pretreatment in recovery of hemicelluloses from wood extracts

Hemicelluloses are potential raw material for several items produced in future wood-based biorefineries. One possible method for recovering hemicelluloses from wood extracts is ultrafiltration (UF). However, low filtration capacities and severe fouling restrict the use of tight UF membranes in the treatment of wood extracts. The lack of suitable commercial membranes creates a need for pretreatment which would decrease fouling and increase the filtration capacity. This thesis focuses on the evaluation of the possibility to improve the filtration capacity and decrease fouling with the pretreatment of wood extracts. Methods which remove harmful compounds and methods which degrade them are studied, as well as combinations of the methods. The tested pretreatments have an influence on both the concentration of different compounds and the molecular mass distribution of the compounds in the extract. This study revealed that in addition to which kind of compounds were removed, also the change in molecular size distribution affected the filtration capacity significantly. It was shown that the most harmful compounds for the filtration capacity of the hydrophobic 5 kDa membrane were the ones capable of permeating the membrane and fouling also the inner membrane structure. Naturally, the size of the most harmful compounds depends on the used UF membrane and is thus case-specific. However, in the choice of the pretreatment method, the focus should be on the removal of harmful compound sizes rather than merely on the total amount of removed foulants. The results proved that filtration capacity can be increased with both adsorptive and oxidative pretreatments even by hundreds of per cents. For instance, the use of XAD7 and XAD16 adsorbents increased the average flux in the UF of a birch extract from nearly zero to 107 kg/(m2h) and 175 kg/(m2h), respectively. In the treatment of a spruce extract, oxidation by pulsed corona discharge (PCD) increased the flux in UF from 46 kg/(m2h) to 158 kg/(m2h). Moreover, when a birch extract batch was treated with laccase enzyme, the flux in UF increased from 15 kg/(m2h) to 36 kg/(m2h). However, fouling was decreased only by adsorptive pretreatment while oxidative methods had a negligible or even negative impact on it. This demonstrates that filtration capacity and fouling are affected by different compounds and mechanisms. The results of this thesis show that filtration capacity can be improved and fouling decreased through appropriate pretreatment. However, the choice of the best possible pretreatment is case-specific and depends on the wood extract and the membrane used. Finding the best option requires information on the extract content and membrane characteristics as well as on the filtration performance of the membrane in the prevailing conditions and a multivariate approach. On the basis of this study, it can be roughly concluded that adsorptive pretreatment improves the filtration capacity and decreases fouling rather reliably, but it may lead to significant hemicellulose losses. Oxidation reduces the loss of valuable hemicelluloses and could improve the filtration capacity, but fouling challenges may remain. Combining oxidation with adsorptive pretreatment was not a solution for avoiding hemicellulose losses in the tested cases.

Tuotannon- ja materiaalinsuunnittelu ja sen ennustaminen Metsä Wood:n Suolahden koivuvaneritehtaalla

Tässä diplomityössä tutkitaan Metsä Woodin Suolahden koivuvaneritehtaan toimitustarkkuuteen negatiivisesti vaikuttavia tekijöitä. Tarkoituksena on löytää ne ongelmakohdat, mitkä heijastuvat toimitusten myöhästymisenä sekä muutostekijät, mitkä vaikuttavat toimitusviikon myöntämiseen. Lisäksi työssä kartoitetaan kuinka hyvin tietoa ja informaatiota on tarjolla sitä tarvitseville henkilöstötahoille. Teoriaosuudessa tarkastellaan tuotannonsuunnitteluun liittyviä teorioita sekä tiedon liikkumista organisaation sisällä. Työssä kuvataan Suolahden koivuvaneritehtaan nykyinen vanerin valmistusprosessi ja tuotannonsuunnittelu. Varsinainen tutkimustyö suoritetaan laadullisia tutkimusmenetelmiä hyväksikäyttäen. Tulosten tarkastelussa käsitellään työn aikana tapahtuneita muutoksia ja ongelmakohtia sekä analysoidaan kyselytutkimuksen tuloksia ja tulosten luotettavuutta. Yhteenvedossa esitetään pääongelmakohdat ja niiden ratkaisut ja esitetään uusia mielenkiintoisia jatkotutkimusaiheita.

Wood species identification by visual characterization of fibers

Kandidaatintyö tehtiin osana PulpVision-tutkimusprojektia, jonka tarkoituksena on kehittää kuvapohjaisia laskenta- ja luokittelumetodeja sellun laaduntarkkailuun paperin valmistuksessa. Tämän tutkimusprojektin osana on aiemmin kehitetty metodi, jolla etsittiin kaarevia rakenteita kuvista, ja tätä metodia hyödynnettiin kuitujen etsintään kuvista. Tätä metodia käytettiin lähtökohtana kandidaatintyölle. Työn tarkoituksena oli tutkia, voidaanko erilaisista kuitukuvista laskettujen piirteiden avulla tunnistaa kuvassa olevien kuitujen laji. Näissä kuitukuvissa oli kuituja neljästä eri puulajista ja yhdestä kasvista. Nämä lajit olivat akasia, koivu, mänty, eukalyptus ja vehnä. Jokaisesta lajista valittiin 100 kuitukuvaa ja nämä kuvat jaettiin kahteen ryhmään, joista ensimmäistä käytettiin opetusryhmänä ja toista testausryhmänä. Opetusryhmän avulla jokaiselle kuitulajille laskettiin näitä kuvaavia piirteitä, joiden avulla pyrittiin tunnistamaan testausryhmän kuvissa olevat kuitulajit. Nämä kuvat oli tuottanut CEMIS-Oulu (Center for Measurement and Information Systems), joka on mittaustekniikkaan keskittynyt yksikkö Oulun yliopistossa. Yksittäiselle opetusryhmän kuitukuvalle laskettiin keskiarvot ja keskihajonnat kolmesta eri piirteestä, jotka olivat pituus, leveys ja kaarevuus. Lisäksi laskettiin, kuinka monta kuitua kuvasta löydettiin. Näiden piirteiden eri yhdistelmien avulla testattiin tunnistamisen tarkkuutta käyttämällä k:n lähimmän naapurin menetelmää ja Naiivi Bayes -luokitinta testausryhmän kuville. Testeistä saatiin lupaavia tuloksia muun muassa pituuden ja leveyden keskiarvoja käytettäessä saavutettiin jopa noin 98 %:n tarkkuus molemmilla algoritmeilla. Tunnistuksessa kuitujen keskimäärinen pituus vaikutti olevan kuitukuvia parhaiten kuvaava piirre. Käytettyjen algoritmien välillä ei ollut suurta vaihtelua tarkkuudessa. Testeissä saatujen tulosten perusteella voidaan todeta, että kuitukuvien tunnistaminen on mahdollista. Testien perusteella kuitukuvista tarvitsee laskea vain kaksi piirrettä, joilla kuidut voidaan tunnistaa tarkasti. Käytetyt lajittelualgoritmit olivat hyvin yksinkertaisia, mutta ne toimivat testeissä hyvin.

Research progress in wood-plastic composites: A review

The interest towards wood-plastic composites (WPCs) is growing due to growing interest in materials with novel properties, which can replace more traditional materials, such as wood and plastic. The use of recycled materials in manufacture is also a bonus. However, the application ofWPCs has been limited because of their often poor mechanical and barrier properties, which can be improved by incorporation of the reinforcing fillers. Nanosized fillers, having a large surface area, can significantly increase interfacial interactions in the composite on molecular level, leading to materials with new properties. The review summarizes the development trends in the use on nanofillers for WPC design, which were reported in accessible literature during the last decade. The effect of the nanofillers on the mechanical properties, thermal stability, flammability and wettability ofWPC is discussed.

Reorganising purchasing organisation – Case Metsä Wood

The purpose of this study is to investigate how a global company should organise its purchasing operations. The theoretical framework of this study consists of organisation structures, management and coordination, purchasing organisational design, capabilities and outsourcing. The research is a qualitative case study and the used method was theme interview. Four global large scale companies were interviewed for this research in order to gain knowledge about how other companies have organised their purchasing functions and to gather their best practices. Interview results and theoretical framework were compared in order to test the theoretical framework and to create a detailed framework about how to organise purchasing operations in a global company. As a result a 14 point model about effective purchasing operation organisation for a global company was created. This model includes all the key determinants which should be considered when organising the purchasing operations. The results show that the organising decision should be always in line with company and purchasing strategies. Strategic purchasing operations should be centralized and operative tasks decentralized.