Immobilization of Burkholderia cepacia Lipase: Kinetic Resolution in Organic Solvents, Ionic Liquids and in Their Mixtures

Immobilization of Burkholderia cepacia Lipase: Kinetic Resolution in Organic Solvents, Ionic Liquids and in Their Mixtures Biocatalysis opens the door to green and sustainable processes in synthetic chemistry allowing the preparation of single enantiomers, since the enzymes are chiral and accordingly able to catalyze chemical reactions under mild conditions. Immobilization of enzymes enhances process robustness, often stabilizes and activates the enzyme, and enables reuse of the same enzyme preparation in multiple cycles. Although hundreds of variations of immobilization methods exist, there is no universal method to yield the highly active, selective and stable enzyme catalysts. Therefore, new methods need to be developed to obtain suitable catalysts for different substrates and reaction environments. Lipases are the most widely used enzymes in synthetic organic chemistry. The literature part together with the experimental part of this thesis discusses of the effects of immobilization methods mostly used to enhance lipase activity, stability and enantioselectivity. Moreover, the use of lipases in the kinetic resolution of secondary alcohols in organic solvents and in ionic liquids is discussed. The experimental work consists of the studies of immobilization of Burkholderia cepacia lipase (lipase PS) using three different methods: encapsulation in sol-gels, cross-linked enzyme aggregates (CLEAs) and supported ionic liquids enzyme catalysts (SILEs). In addition, adsorption of lipase PS on celite was studied to compare the results obtained with sol-gels, CLEAs and SILEs. The effects of immobilization on enzyme activity, enantioselectivity and hydrolysis side reactions were studied in kinetic resolution of three secondary alcohols in organic solvents, in ionic liquids (ILs), and in their mixtures. Lipase PS sol-gels were shown to be active and stable catalysts in organic solvents and solvent:IL mixtures. CLEAs and SILEs were highly active and enantioselective in organic solvents. Sol-gels and SILEs were reusable in several cycles. Hydrolysis side reaction was suppressed in the presence of sol-gels and CLEAs.

Ionic liquid mediated biomass deconstruction: from analysis challenges to fermentable sugars

Ionic liquids, ILs, have recently been studied with accelerating interest to be used for a deconstruction/fractionation, dissolution or pretreatment processing method of lignocellulosic biomass. ILs are usually utilized combined with heat. Regarding lignocellulosic recalcitrance toward fractionation and IL utilization, most of the studies concern IL utilization in the biomass fermentation process prior to the enzymatic hydrolysis step. It has been demonstrated that IL-pretreatment gives more efficient hydrolysis of the biomass polysaccharides than enzymatic hydrolysis alone. Both cellulose (especially cellulose) and lignin are very resistant towards fractionation and even dissolution methods. As an example, it can be mentioned that softwood, hardwood and grass-type plant species have different types of lignin structures leading to the fact that softwood lignin (guaiacyl lignin dominates) is the most difficult to solubilize or chemically disrupt. In addition to the known conventional biomass processing methods, several ILs have also been found to efficiently dissolve either cellulose and/or wood samples – different ILs are suitable for different purposes. An IL treatment of wood usually results in non-fibrous pulp, where lignin is not efficiently separated and wood components are selectively precipitated, as cellulose is not soluble or degradable in ionic liquids under mild conditions. Nevertheless, new ILs capable of rather good fractionation performance have recently emerged. The capability of the IL to dissolve or deconstruct wood or cellulose depends on several factors, (e.g. sample origin, the particle size of the biomass, mechanical treatments as pulverization, initial biomassto-IL ratio, water content of the biomass, possible impurities of IL, reaction conditions, temperature etc). The aim of this study was to obtain (fermentable) saccharides and other valuable chemicals from wood by a combined heat and IL-treatment. Thermal treatments alone contribute to the degradation of polysaccharides (e.g. 150 °C alone is said to cause the degradation of polysaccharides), thus temperatures below that should be used, if the research interest lies on the IL effectiveness. On the other hand, the efficiency of the IL-treatment can also be enhanced to combine other treatment methods, (e.g. microwave heating). The samples of spruce, pine and birch sawdust were treated with either 1-Ethyl-3-methylimidazolium chloride, Emim Cl, or 1-Ethyl-3-methylimidazolium acetate, Emim Ac, (or with ionized water for comparison) at various temperatures (where focus was between 80 and 120 °C). The samples were withdrawn at fixed time intervals (the main interest treatment time area lied between 0 and 100 hours). Double experiments were executed. The selected mono- and disaccharides, as well as their known degradation products, 5-hydroxymethylfurfural, 5-HMF, and furfural were analyzed with capillary electrophoresis, CE, and high-performance liquid chromatography, HPLC. Initially, even GC and GC-MS were utilized. Galactose, glucose, mannose and xylose were the main monosaccharides that were present in the wood samples exposed to ILs at elevated temperatures; in addition, furfural and 5-HMF were detected; moreover, the quantitative amount of the two latter ones were naturally increasing in line with the heating time or the IL:wood ratio.

Towards optimal fractionation of lignocellulosic biomass using switchable ionic liquids

En ny familj av reversibla (switchable) joniska vätskor (SIL) innehållande 1,8-diazobicyklo-[5.4.0]-undek-7-en (DBU), en molekyl innehållande en eller flera hydroxyl- grupper (t.ex. glycerol) och en sur gas (CO2, SO2) syntetiserades via en enkel procedur samt karakteriserades. [DBU][karbonat] eller [sulfonat] bildades ur en respektive icke-jonisk blandning av en molekylär, organisk polyol (eller ennan molekyl innehållande en OH-grupp) och en amidinbas under bubblandet av en sur gas. Därtill kunde den joniska vätskan omvandlas tillbaka till sina beståndsdelar med hjälp av att upphetta och/eller bubbla en inert gas såsom kväve genom vätskan. SIL- strukturerna kartlades med bl.a. NMR- och FTIR- spektroskopi. Omvandlingen från lågpolära (molekylära) vätskor till högpolära joniska vätskor (SIL) bekräftades även genom att observera förändringar i deras fysikaliska egenskaper, såsom viskositet och färg. Nedbrytningstemperaturerna hos SILs bestämdes med hjälp av termogravimetrisk analys (TGA) som antydde att nedbrytningstemperaturen hos de syntetiserade föreningarna log mellan 50 och 200oC. De nya joniska vätskorna uppvisade högre nedbrytningstemperaturer jämfört med i litteraturen tidigare förekommande exempel och kunde därför tillämpas på flera ändamål. Därtill, reversibla (switchable) joniska vätskor uppbyggda av bl.a. alkoholer, antingen hexanol eller butanol, och CO2 samt en amidin (DBU) användes vid upplösning och fraktionering av ved. Joniska vätskor syntetiserade ur glycerol och sura gaser tillsammans med amidiner användes även för fraktionering av andra lignocellulosor såsom färsk björk (Betula pendula). Björkflis utsattes för behandling, för en period på en till fem dagar vid 100oC och under atmosfäriskt tryck. Alla syntetiserade joniska vätskor visade sig vara relativt neutrala i avseende på upplösning och avlägsnandet av lignin. Slutligen, optimala fraktioneringprocessbetingelser för ved med reversibla joniska vätskor kartlades. Fraktionering av vedbiomassa med dessa joniska vätskor uppvisade sig att vara en selektiv och effektiv metod för extraktion av olika komponenter från lignocellulosa. Den olösta fraktionen hos en vedflis, närmast cellulosa, fibrillerades. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Tässä työssä kehitettiin perhe uuden tyyppisiä, reversiibeleitä (switchable) ioninesteitä ( SIL ) joka koostuvat orgaanisesta super-emäksestä kuten 1,8- diatsabisyklo [ 5.4.0] undek- 7-eeni (DBU ) ja yhden tai useampia hydroksyyliryhmiä sisältältävästä molekyylistä (esim. glyseroli) ja happamasta kaasusta (CO2 , SO2) yksinkertaisen menetelmän avulla. [DBU] [ karbonaatti] tai [sulfonaatti] syntetisoitiin kunkin lähtöaineen seoksista kuplittamalla seosta happamalla kaasulla jolloin eksoterminen reaktio tapahtui ja ioninen neste syntyi. Ioniset nesteet voitiin palauttaa takaisin lähtöaineseokseksi kuumentamalla ja/tai kuplittamalla neutraalia kaasua (esim. typpi) seoksen läpi. SIL rakenteet määritettiin ja niiden ominaisuudet kartoitettiin eri menetelmillä, mukaan lukien NMR- ja FTIR -spektroskopia. Ionisen, korkeapoläärisen nesteen syntyminen todennettiin myös viskositeettimittauksilla ja värinmuutoksilla käyttäen hyväksi polariteetti-indikaattoria (Nile red). Myös hajoamislämpötilat määritettiin termogravimetrisellä analyysillä (TGA) ja todettiin että syntetisoitujen yhdisteiden hajoamislämpötila oli välillä 50 ja 200oC . Näiden uusien reversiibeleiden ioninesteiden hajoamisämpötilat olivat korkeammat verrattuna kirjallisuudessa aikaisemmin mainittuihin esimerkkeihin joten niitä voidaan soveltaa useisiin tarkoituksiin. Myös ioninesteitä jotka sisälsivät primäärejä alkoholeja rakennusaineina syntetisoitiin ja hyödynnettiin puun fraktioinnissa. Männyn ja kuusen lisäksi tuoreita koivulastuja onnistuttiin fraktioimaan miedoissa olosuhteissa. Kaikkien syntetisoitujen ioninesteiden todettiin olevan suhteellisen neutraaleja ligniinin liuotuksen suhteen. Vielä, optimaaliset fraktiointiolosuhteet määritettiin ryhmälle reversiibeleitä ioninesteitä ja näiden uudenlaisten ioninesteiden todettiin olevan tehokkaita puun ja muiden lignoselluloosien eri fraktioiden liuotuksessa. Liukenematon osa puulastua joka oli lähinnä selluloosaa fibrilloitui.

Functional cellulose microspheres for pharmaceutical applications

Dissolving cellulose is the first main step in preparing novel cellulosicmaterials. Since cellulosic fibres cannot be easily dissolved in water-based solvents, fibres were pretreated with ethanol-acid solution prior to the dissolution. Solubility and changes on the surface of the fibres were studied with microscopy and capillary viscometry. After the treatment, the cellulose fibres were soluble in alkaline urea-water solvent. The nature of this viscous solution was studied rheologically. Cellulose microspheres were prepared by extruding the alkaline cellulose solution through the needle into an acidic medium. By altering the temperature and acidity of the mediumit was possible to adjust the specific surface area and pore sizes of themicrospheres. A typical skin-core structure was found in all samples. Microspheres were oxidised in order to introduce anionic carboxylic acid groups (AGs). Anionic microspheres are more hydrophilic; their water-uptake increased 25 times after oxidation and they could swell almost to their original state (88%) after drying and shrinking. Swelling was studied in simulated physiological environments, corresponding to stomach acid and intestines (pH 1.2-7.4). Oxidised microspheres were used as a drug carriers. They demonstrated a highmass uniformity, which would enable their use for personalised dosing among different patients, including children. The drug was solidified in microspheres in amorphous form. This enhanced solubility and could be used for more challenging drugs with poor solubility. The pores of themicrospheres also remained open after the drug was loaded and they were dried. Regardless of the swelling, the drug was released at a constant rate in all environments.

Selluloosamembraanien kehittäminen ja testaus

Tämän työn tavoitteena oli selvittää, kuinka selluloosan lisääminen vaikuttaa polysulfonirunkoisiin membraaneihin. Lisäksi työssä selvitettiin selluloosamembraanien modifiointia kitosaanilla ja bentoniitilla. Työssä muodostettiin membraanit faasi-inversiotekniikalla. Selluloosamembraanien valmistuksessa jauhettu selluloosa liuotettiin ioniseen nesteeseen. Sekä polysulfonista että selluloosasta valmistetuille membraaneille määritettiin puhdasvesivuot ja retentiot. Retention määrittämiseen käytettiin malliaineena dekstraanin vesiliuosta. Lisäksi määriteltiin polysulfonipohjaisten membraanien hydrofiilisyys tutkimalla membraanien pintojen ja vesipisaroiden välisiä kontaktikulmia. Polysulfonimembraaneihin lisätyn selluloosan havaittiin pienentävän puhdasvesivuota ja kasvattavan hydrofiilisyyttä mitä enemmän selluloosaa oli membraanimatriisissa. Kaikkien selluloosalla modifioitujen membraanien retentiot olivat suurempia kuin modifioimattoman polysulfonimembraanin. Kitosaanilla modifioitujen selluloosamembraanien valmistus ei onnistunut johtuen luultavasti kitosaanin liian suuresta partikkelikoosta. Bentoniitilla modifioitujen membraanien vuot olivat merkittävästi suuremmat sekä niiden retentiot pienemmät verrattuna modifioimattomaan selluloosamembraaniin. Tämä johtui luultavasti siitä, että bentoniitin lisääminen aiheutti membraanirakenteeseen reikiä.

Managing Configurable Products in Mass Customization

Massaräätälöinti on tärkeä osa nykyaikaista tuotestrategiaa. Massaräätälöinti mahdollistaa asiakaskohtaisesti muokattujen tuotteiden valmistuksen massatuotannon tehokkuudella. Massaräätälöinti edellyttää laajamittaista tietojärjestelmien hyväksikäyttöä, niin räätälöityjen tuotteiden mallinnuksessa, tuotteistuksessa kuin ylläpidossakin. Diplomityössä käsittelen taustatekijöitä jotka ovat johtaneet massaräätälöinnin syntyyn ja yleistymiseen. Käsittelyssä ovat myös erilaiset tavat toteuttaa massaräätälöintiä ja tietojärjestelmät jota tukevat massaräätälöintiä. Diplomityön empiirisessä osassa tarkastellaan Nokia Networksin tapaa toteuttaa massaräätälöintiä sekä esitellään tärkeimmät tätä tukevat järjestelmät. Empiirisen osan painopiste on kuitenkin hyvin vahvasti keskittynyt yhteen tuoterakenteiden osaan, joka on aiheuttanut haasteita Nokia Networksin massaräätälöintikonseptille. Tämä tuoterakenteen osa on valjastettu moneen erilaiseen käyttöön, mikä aiheuttaa ongelmia tietojärjestelmissä ja prosesseissa joihin se on vaikuttamassa. Työn tarkoituksena on kartoittaa kaikki ne ongelmat joita tämä tuoterakenteen osa aiheuttaa sulavalle massaräätälöinnin toteuttamiselle, niin yleisesti kuin järjestelmä- ja prosessimielessäkin. Työ on tehty osana laajamittaista projektia. Projektin tarkoituksena on kehittää uusi ja joustavampi ratkaisu tuoterakenteisiin, mandollistaen asiakaskohtaisten räätälöityjen tuotteiden valmistamisen, niin että se sopii Nokia Networksin järjestelmä sekä prosessi ympäristöön.

Gold recovery from cyanideand chloride solution using activated carbon

Uusia keinoja kullan erottamiseksi malmista on etsitty viimeaikoina taloudellisista ja ympäristöllisistä syistä kautta maailman. Syanidointimenetelmä on hallinnut kullan talteenottoayli sata vuotta. Menetelmässä kulta liuotetaan laimeaan syanidiliuokseen, jostase otetaan talteen aktiivihiilen avulla. Syanidin käyttöä pyritään kuitenkin vähentämään sen myrkyllisyyden takia. Lisäksi nykyään louhitaan enenemässä määrin malmia, josta on hankala rikastaa kulta kustannustehokkaasti syanidia käyttäen. Kullan talteenottoa syanidi- ja kloridiliuoksesta on selvitetty kirjallisuuden avulla. Kullan kemiaan liuotuksen aikana on perehdytty ennen kullan talteenottoa aktiivihiilellä. Aktiivihiilen elinkaari kullan adsorbenttinaon käsitelty valmistuksesta hylkäämiseen mukaan lukien hiilen myrkyttyminen prosessissa ja regenerointi. Aktiivi-hiilen käyttäytyminen syanidi- ja kloridiliuoksessa on selvitetty erikseen. Kullan talteenottoa kuparipitoisista malmeista on käsitelty. Kullan talteenottoa kloridiliuoksesta aktiivihiiltä käyttäen on tutkittu kokeellisesti. Pääasialliset tutkimuskohteet ovat adsorption kinetiikka, kuparin vaikutus adsorptioon, aktiivihiilen vaikutus adsorptioonja adsorboituneiden metallien strippaus hiilestä selektiivisesti. Hapettavan stippauksen vaikutus kullan desorptioon hiilestä on tutkittu yksityiskohtaisesti. Kullan erotusmenetelmät kuparimalmista aktiivihiiltä käyttäen on selvitetty diplomityön tulosten pohjalta. Diplomityön keskeisten tulosten perusteella kulta ei välttämättä saostu aktiivihiilen pinnalle kloridiliuoksesta. Havainto varmistettiin ladattujen hiilipartikkelien pyyhkäisyelektronimikroskooppikuvista ja partikkeleille tehdyistä mikroanalyyseistä. Kullan pelkistyminen metalliseksi kullaksi aktiivihiilessä voitaneen välttää käyttämällä erittäin hapettavia olosuhteita. Aktiivihiili ilmeisesti hapettuu näissä olosuhteissa, mikä mahdollistaa kultakloridin adsorboitumisen hiileen.

Groupware and Workflow Tools - A Case study of SAP Business Workflow Supporting System Integration in a Global Telecommunication Company

Workflow management systems aim at the controlled execution of complex application processes in distributed and heterogeneous environments. These systems will shape the structure of information systems in business and non-business environments. E business and system integration is a fertile soil for WF and groupware tools. This thesis aims to study WF and groupware tools in order to gather in house knowledge of WF to better utilize WF solutions in future, and to focus on SAP Business Workflow in order to find a global solution for Application Link Enabling support for system integration. Piloting this solution in Nokia collects the experience of SAP R/3 WF tool for other development projects in future. The literary part of this study will guide to the world of business process automation providing a general description of the history, use and potentials of WF & groupware software. The empirical part of this study begins with the background of the case study describing the IT environment initiating the case by introducing SAP R/3 in Nokia, the communication technique in use and WF tool. Case study is focused in one solution with SAP Business Workflow. This study provides a concept to monitor communication between ERP systems and to increase the quality of system integration. Case study describes a way create support model for ALE/EDI interfaces. Support model includes monitoring organization and the workflow processes to solve the most common IDoc related errors.

Chelating Adsorbents in Purification of Hydrometallurgical Solutions

In this thesis, equilibrium and dynamic sorption properties of weakly basic chelating adsorbents were studied to explain removal of copper, nickel from a concentrated zinc sulfate solution in a hydrometallurgical process. Silica-supported chelating composites containing either branched poly(ethyleneimine) (BPEI) or 2-(aminomethyl)pyridine (AMP) as a functional group were used. The adsorbents are commercially available from Purity Systems Inc, USA as WP-1® and CuWRAM®, respectively. The fundamental interactions between the adsorbents, sulfuric acid and metal sulfates were studied in detail and the results were used to find the best conditions for removal of copper and nickel from an authentic ZnSO4 process solution. In particular, the effect of acid concentration and temperature on the separation efficiency was considered. Both experimental and modeling aspectswere covered in all cases. Metal sorption is considerably affected by the chemical properties of the studied adsorbents and by the separation conditions. In the case of WP-1, acid affinity is so high that column separation of copper, nickel and zinc has to be done using the adsorbent in base-form. On the other hand, the basicity of CuWRAM is significantly lower and protonated adsorbent can be used. Increasing temperature decreases the basicity and the metals affinity of both adsorbents, but the uptake capacities remain practically unchanged. Moreover, increasing temperature substantially enhances intra-particle mass transport and decreases viscosities thus allowing significantly higher feed flow rates in the fixed-bed separation. The copper selectivity of both adsorbents is very high even in the presence of a 250-fold excess of zinc. However, because of the basicity of WP-1, metal precipitation is a serious problem and therefore only CuWRAM is suitable for the practical industrial application. The optimum temperature for copper removal appears to be around 60 oC and an alternative solution purification method is proposed. The Ni/Zn selectivity of both WP-1 and CuWRAM is insufficient for removal of the very small amounts of nickel present in the concentrated ZnSO4 solution.

Data Consistency by a Metadata Management Solution

This thesis consists of three main theoretical themes: quality of data, success of information systems, and metadata in data warehousing. Loosely defined, metadata is descriptive data about data, and, in this thesis, master data means reference data about customers, products etc. The objective of the thesis is to contribute to an implementation of a metadata management solution for an industrial enterprise. The metadata system incorporates a repository, integration, delivery and access tools, as well as semantic rules and procedures for master data maintenance. It targets to improve maintenance processes and quality of hierarchical master data in the case company’s informational systems. That should bring benefits to whole organization in improved information quality, especially in cross-system data consistency, and in more efficient and effective data management processes. As the result of this thesis, the requirements for the metadata management solution in case were compiled, and the success of the new information system and the implementation project was evaluated.

Granulation tissue formation -The effect of hydroxyapatite coating of cellulose on cellular differentiation

Haavan jyväiskudoksen muodostuminen – Hydroksiapatiittipinnoi-tetun selluloosasienen vaikutus solujen erilaistumiseen paranemisprosessin aikana Etsittäessä uusia luun bioyhteensopivia täytemateriaaleja selluloosasieni päällystettiin luun koostumusta muistuttavalla runsaasti piitä sisältävällä hydroksiapatiittikerroksella. Vastoin odotuksia hydroksiapatiittipinnoitettu selluloosa ei parantanut luun kasvua, vaan päinvastoin ylläpiti tulehdusta ja sidekudossolujen hakeutumista vamma-alueelle. Ihon alle implantoituna sama sienimateriaali edisti merkittävästi haavan verekkään jyväiskudoksen kasvua. Tämän löydöksen perusteella hydroksiapatiittipinnoitetun selluloosasienen vaikutusta haavan soluihin paranemisprosessin aikana tutkittiin tarkemmin ja havaittiin, että tulehdussolujen lisäksi sieniin kertyi tavallista enemmän sekä hematopoieettisia että mesenkymaalisia kantasoluja. Hematopoieettiset kantasolut sijaitsevat luuytimessä lähellä luun sisäpintaa. Luun hydroksiapatiitista vapautuu kalsiumioneja luun jatkuvan fysiologisen uudismuodostuksen ja hajottamisen yhteydessä. Kantasolut etsiytyvät luuytimeen kalsiumia aistivien reseptorien välityksellä. Koska luun pintakerrosta muistuttavasta hydroksiapatiittipinnoitteesta vapautuu kalsiumia, tämän ajateltiin toimivan selityksenä sille, että hematopoieettiset kantasolut hakeutuvat runsaslukuisesti juuri hydroksiapatiittipinnoitettuihin selluloosasieniin. Tämän hypoteesin mukaisesti hydroksiapatiittipinnoitettujen selluloosapalkkien läheisyydestä löydettiin suuria määriä kalsiumreseptoreja sisältäviä soluja. Jatkotutkimuksissa todettiin lisäksi, että hematopoieettiset kantasolut pystyivät sienissä erilaistumaan hemoglobiinia tuottaviksi soluiksi. Havaittujen punasolulinjan merkkiaineiden perusteella näyttäisikin siltä, että haavan paranemiskudoksessa tapahtuu paranemisen aikana ekstramedullaarista erytropoieesia. Nämä soluja ohjaavat vaikutukset saattavat olla hyödyllisiä vaikeasti paranevien haavojen hoidossa.

Membraanien kestävyys ionisessa nesteessä

Tämän diplomityön tavoitteena oli etsiä mahdollisimman hyvin ionista nestettä kestävä yleisesti kaupallisesti saatavilla oleva nano- tai ultrasuodatusmembraani. Kirjallisuusosassa on perehdytty yleisesti membraanitekniikan ja ionisten nesteiden historiaan sekä niiden ominaisuuksiin ja käyttösovelluksiin. Membraaniprosesseista on lyhyesti käyty läpi mikro-, ultra- ja nanosuodatus sekä käänteisosmoosi ja pervaporaatio. Kokeellisessa osassa tutkittiin neljäntoista kaupallisesti saatavilla olevien nano- ja ultrasuodatusmembraanien kestävyyttä ionisessa nesteessä. Tutkimuksessa käytettyjen membraanien vesi- ja malliaineliuosvuon arvoja sekä retentioita vertailtiin ennen ja jälkeen ioniselle nesteelle altistusta. Tulokset osoittivat, että polyamidista, polyeetterisulfonista ja sulfonoidusta polyeetterisulfonista valmistettujen membraanien suodatusominaisuudet muuttuivat niiden altistuessa ioniselle nesteelle. Näiden membraanien permeabiliteetit ja retentiot laskivat viikon altistuksen jälkeen merkittävästi. Erityisesti liuottimia kestäviksi suunnitellut membraanit säilyttivät erotusominaisuutensa paremmin.

Recovery of carboxylic acids from aqueous streams by extraction and back extraction

Separation of carboxylic acids from aqueous streams is an important part of their manufacturing process. The aqueous solutions are usually dilute containing less than 10 % acids. Separation by distillation is difficult as the boiling points of acids are only marginally higher than that of water. Because of this distillation is not only difficult but also expensive due to the evaporation of large amounts of water. Carboxylic acids have traditionally been precipitated as calcium salts. The yields of these processes are usually relatively low and the chemical costs high. Especially the decomposition of calcium salts with sulfuric acid produces large amounts of calcium sulfate sludge. Solvent extraction has been studied as an alternative method for recovery of carboxylic acids. Solvent extraction is based on mixing of two immiscible liquids and the transfer of the wanted components form one liquid to another due to equilibrium difference. In the case of carboxylic acids, the acids are transferred from aqueous phase to organic solvent due to physical and chemical interactions. The acids and the extractant form complexes which are soluble in the organic phase. The extraction efficiency is affected by many factors, for instance initial acid concentration, type and concentration of the extractant, pH, temperature and extraction time. In this paper, the effects of initial acid concentration, type of extractant and temperature on extraction efficiency were studied. As carboxylic acids are usually the products of the processes, they are wanted to be recovered. Hence the acids have to be removed from the organic phase after the extraction. The removal of acids from the organic phase also regenerates the extractant which can be then recycled in the process. The regeneration of the extractant was studied by back-extracting i.e. stripping the acids form the organic solution into diluent sodium hydroxide solution. In the solvent regeneration, the regenerability of different extractants and the effect of initial acid concentration and temperature were studied.

Towards novel biogas upgrading processes

Biogas production has considerable development possibilities not only in Finland but all over the world since it is the easiest way of creating value out of various waste fractions and represents an alternative source of renewable energy. Development of efficient biogas upgrading technology has become an important issue since it improves the quality of biogas and for example facilitating its injection into the natural gas pipelines. Moreover, such upgrading contributes to resolving the issue of increasing CO2 emissions and addresses the increasing climate change concerns. Together with traditional CO2 capturing technologies a new class of recently emerged sorbents such as ionic liquids is claimed as promising media for gas separations. In this thesis, an extensive comparison of the performance of different solvents in terms of CO2 capture has been performed. The focus of the present study was on aqueous amine solutions and their mixtures, traditional ionic liquids, ‘switchable’ ionic liquids and poly(ionic liquid)s in order to reveal the best option for biogas upgrading. The CO2 capturing efficiency for the most promising solvents achieved values around 50 - 60 L CO2 / L absorbent. These values are superior to currently widely applied water wash biogas upgrading system. Regeneration of the solvent mixtures appeared to be challenging since the loss of initial efficiency upon CO2 release was in excess of 20 - 40 vol %, especially in the case of aqueous amine solutions. In contrast, some of the ionic liquids displayed reversible behavior. Thus, for selected “switchable” ionic and poly(ionic liquid)s the CO2 absorption/regeneration cycles were performed 3 - 4 times without any notable efficiency decrease. The viscosity issue, typical for ionic liquids upon CO2 saturation, was addressed and the information obtained was evaluated and related to the ionic interactions. The occurrence of volatile organic compounds (VOCs) before and after biogas upgrading was studied for biogas produced through anaerobic digestion of waste waters sludge. The ionic liquid [C4mim][OAc] demonstrated its feasibility as a promising scrubbing media and exhibited high efficiency in terms of the removal of VOCs. Upon application of this ionic liquid, the amount of identified VOCs was diminished by around 65 wt %, while the samples treated with the aqueous mixture of 15 wt % N-methyldiethanolamine with addition of 5 wt % piperazine resulted in 32 wt % reduction in the amounts of volatile organic compounds only.

Multi-axis solutions in packaging machines in Europe

The objective of this thesis was to examine the potential of multi-axis solutions in packaging machines produced in Europe. The definition of a multi-axis solution in this study is a construction that uses a common DC bus power supply for different amplifiers running the axes and the intelligence is centralized into one unit. The cost structure of a packaging machine was gained from an automation research, which divided the machines according to automation categories. The automation categories were then further divided into different sub-components by evaluating the ratio of multi-axis solutions compared to other automation components in packaging machines. A global motion control study was used for further information. With the help of the ratio, an estimation of the potential of multi-axis solutions in each country and packaging machine sector was completed. In addition to the research, a specific questionnaire was sent to five companies to gain information about the present situation and possible trends in packaging machinery. The greatest potential markets are in Germany and Italy, which are also the largest producers of packaging machinery in Europe. The greatest growth in the next few years will be seen in Turkey where the annual growth rate equals the general machinery production rate in Asia. The greatest market potential of the Nordic countries is found in Sweden in 35th position on the list. According to the interviews, motion control products in packaging machines will retain their current power levels, as well as the number of axes in the future. Integrated machine safety features together with a universal programming language are the desired attributes of the future. Unlike generally in industry, the energy saving objectives are and will remain insignificant in the packaging industry.