On the hydrothermal stability of MCM-41. Evidence of capillary tension-induced effects

MCM-41's limited hydrothermal stability has been often related to the hydrolysis of Si-O-Si bonds due to the low degree of condensation, its thin walls or a combination of them. In this work, evidence for an additional factor is provided; a physical effect that occurs during the drying of the hydrothermally treated calcined material due to the intense capillary stress exerted in water. Depending on both physical (i.e. mechanical) and chemical (i.e. hydrolysis) resistances, the structure undergoes differently. Three MCM-41 samples with different degree of condensation were investigated. The most remarkable results are found with un-aged TEOS based material, which gets fully disordered and shrunk for all applied hydrothermal temperatures in water. Comparison between water and a low-surface-tension-solvent drying revealed that capillarity is responsible for the loss of ordering (and shrinkage) at moderate hydrothermal temperatures. The material's structure is hexagonal and shrinkage-free under the low-surface-tension-solvent route. At a high hydrothermal temperature, hydrolysis is extensive and responsible for the loss of ordering. The other remarkable finding regards the aged MCM-41 mesostructure that maintains the hexagonal features at all applied temperatures in water, and it is more stable against capillarity at high temperature. The Na-metasilicate based material is mechanically very stable and gets disordered at high temperature due to hydrolysis.

Disturbance regime and limits on benefits of refuge use for fishes in a fluctuating hydroscape

Refuge habitats increase survival rate and recovery time of populations experiencing environmental disturbance, but limits on the ability of refuges to buffer communities are poorly understood. We hypothesized that importance of refuges in preventing population declines and alteration in community structure has a non-linear relationship with severity of disturbance. In the Florida Everglades, alligator ponds are used as refuge habitat by fishes during seasonal drying of marsh habitats. Using an 11-year record of hydrological conditions and fish abundance in 10 marshes and 34 alligator ponds from two regions of the Everglades, we sought to characterize patterns of refuge use and temporal dynamics of fish abundance and community structure across changing intensity, duration, and frequency of drought disturbance. Abundance in alligator ponds was positively related to refuge size, distance from alternative refugia (e.g. canals), and abundance in surrounding marsh prior to hydrologic disturbance. Variables negatively related to abundance in alligator ponds included water level in surrounding marsh and abundance of disturbance-tolerant species. Refuge community structure did not differ between regions because the same subset of species in both regions used alligator ponds during droughts. When time between disturbances was short, fish abundance declined in marshes, and in the region with the most spatially extensive pattern of disturbance, community structure was altered in both marshes and alligator ponds because of an increased proportion of species more resistant to disturbance. These changes in community structure were associated with increases in both duration and frequency of hydrologic disturbance. Use of refuge habitat had a modal relationship with severity of disturbance regime. Spatial patterns of response suggest that decline in refuge use was because of decreased effectiveness of refuge habitat in reducing mortality and providing sufficient time for recovery for fish communities experiencing reduced time between disturbance events.

When oceans meet: a teleost shows secondary intergradation at an Indian-Pacific interface

The Indo-West Pacific is characterized by extraordinary marine species diversity. The evolutionary mechanisms responsible for generating this diversity remain puzzling, but are often linked to Pleistocene sea level fluctuations. The impact of these sea level changes on the population genetic architecture of the estuarine fish Lates calcarifer are investigated via a natural experiment in a region of the Indo-West Pacific known to have undergone considerable change during the Pleistocene. L. calcarifer, a coastline-restricted catadromous teleost, provides an excellent model for studying the effects of sea level change as its habitat requirements potentially make it sensitive to the region's physical history. Evidence was found for a large phylogenetic break (4% mtDNA control region; 0.47% ATPase 6 and 8) either side of the Torres Strait, which separates the Western Pacific and Indian Oceans, although some mixing of the clades was evident. This suggests clinal secondary introgression of the clades via contemporary gene flow. Further, populations on Australia's east coast appear to have passed through a bottleneck. This was linked to the historical drying of the Great Barrier Reef coastal lagoon, which resulted in a significant loss of habitat and forced retreat into isolated refugia. These results suggest that historical eustatic changes have left a significant imprint on the molecular diversity within marine species as well as among them in the Indo-West Pacific.

Modelagem e simulação de um secador intermitente de fluxos contracorrentes para frutos do cafeeiro

Este trabalho foi realizado com o objetivo de desenvolver um modelo computacional para simular a secagem de frutos café em um secador intermitente de fluxos contracorrente, empregando a linguagem de simulação EXTEND™ e o Modelo de Thompson (THOMPSON; PEART; FOSTER, 1968). Para validação do modelo desenvolvido foram utilizados dados experimentais obtidos por Silva (1991), em que foram empregados três níveis de temperatura do ar de secagem de 60, 80 e 100 °C. O modelo desenvolvido foi validado, sendo constatados desvios absolutos de 1,8% b.u e 1,1 kg e erros relativos de 11% e 1,6% na previsão dos parâmetros teor de água final e consumo de lenha, respectivamente. O modelo validado foi empregado na condução de experimentos tipo comparação de cenários. O primeiro experimento refere a alterações do ciclo operacional em que foram alterados os tempos de movimentação e de parada do fluxo da massa de grãos. E o segundo refere à alteração da configuração do secador quanto às alturas das câmaras de secagem e descanso. O ciclo operacional com os tempos de movimentação de um minuto e de parada de dezesseis minutos, para a temperatura do ar de secagem de 100 °C, proporcionou o melhor desempenho, sendo constatado tempo secagem de 12,3 h, consumo de lenha de 109,5 kg, consumo específico de energia de 7660 kJ.kg-1 de água evaporada, e capacidade de secagem de 87,86 kg.h-1. Quanto à configuração do secador, o melhor desempenho ocorreu para altura da câmara de secagem de 2,3 m usando a temperatura do ar de secagem de 100 °C, em que foram simulados tempo de secagem de 12,0 h, consumo de lenha de 106,5 kg, consumo específico de energia, de 7433 kJ.kg-1 de água evaporada, e capacidade de secagem de 90 kg.h-1. Desse modo, na condução da secagem de frutos de café em um secador intermitente de fluxos contracorrentes é recomendado o ciclo operacional com tempos de movimentação de um minuto e o de parada de dezesseis minutos, e não empregar a câmara de descanso. Essa conclusão está fundamentada em índices de desempenho do secador. Ressalta-se que não foram simulados os impactos nos parâmetros de qualidade.

Aplicação de filmes de suberina na produção de materiais bio-funcionais

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

Caracterização química e física de conformal coatings envolvidos na produção de PCBA's

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de Materiais

Vaneritehtaan hyötysuhteen parantaminen ja viilutuotannonohjauksen kehittäminen

Työn tavoitteena oli selvittää syitä vaneritehtaan raaka-aineen käytön hyötysuhteen heikkenemiseen sekä esittää ratkaisukeinoja hyötysuhteen parantamiseksi. Lisäksi tavoitteena oli tuotannonohjauksen kehittäminen viiluosastolla. Teoriaosassa tarkasteltiin kohdeyritystä ja tuotantoyksikköä, vanerin valmistusprosessia, vaneritehtaan hyötysuhteeseen vaikuttavia tekijöitä sekä hyötysuhteen laskemisen teoriaa. Lisäksi käsiteltiin asiakaslähtöisen toiminnan teoriaa, sekä tuotannonohjauksen teoriaa ja tuotannonohjaustapoja. Käytännönosa perustui haastattelututkimuksiin ja tuotannonraportointijärjestelmän tarkasteluun. Haastatteluiden avulla selvitettiin viiluosaston tuotannossa ja tuotannonohjauksessa ilmeneviä ongelmia. Tuotannonraportointijärjestelmän kautta tarkasteltiin tehtaan hyötysuhteen kehittymistä tuotantovaiheittain, sekä tutkittiin määrämittasahattavia mittoja ja määrämittasahauksen onnistumista. Tehtyjen tutkimusten perusteella etsittiin keinoja määrämittasahauksessa syntyvän hukan pienentämiseen, jolloin koko tehtaan hyötysuhde saataisiin paranemaan. Lisäksi esiteltiin keinoja tuotannonohjauksen selkeyttämiseen viiluosastolla. Työn lopuksi annettiin kehitysehdotuksia, joilla tehtaan hyötysuhdetta saataisiin edelleen paremmaksi ja tuotannonohjausta vastaamaan asiakaslähtöisen toiminnan periaatteita.

Sydänpuuvaltaisen erikoiskuivatun mäntysahatavaran kosteuspitoisuus kuivausjännitykset eri puuaineen tiheyksissä

Puualan lisääntyvä tarve tuottaa jatkojalosteita on asettanut kuivauksen laatutasolle uusia haasteita ja laadukkaan kuivauksen tulos on perusta jatkojalosteiden toimivuudelle. Yhä enemmän tarvitaan kuivausprosessin ja kuivattavan puumateriaalin kontrollointia läpi koko kuivausprosessin. Näillä toimenpiteillä varmistetaan haluttu kuivauslaatu sisäisille ja ulkoisille asiakkaille yrityksessä. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää männyn sydänpuuhun muodostuvaa kosteuspitoisuutta kamarikuivausprosessissa. Keinokuivauksen tavoitteellinen loppukosteus oli 12 % kuivapainosta puumateriaalia. Jo aikaisempien tutkimusten perusteella on voitu osoittaa, että loppukosteuden arvo vaihtelee kuivauserässä eri _kappaleiden välillä johtuen puumateriaalin epähomogeenisuudesta. Sydänpuuvaltainen ja tiheä mäntysahatavara, joka sahataan tyvitukeista läheltä juuriosaa sisältää tämän tutkimuksen mukaan runsaasti pihkaa verrattuna latvaosassaan samaa sahetta. Kosteusgradientti on myös suurempi sahatavarakappaleiden tyviosassa. Vuosikasvun ja tiheyden korrelaatio on heikko männyn sydänpuulla. Kesäpuuprosentin korrelaatio tiheyteen on erittäin merkittävä. Pihkapitoisuus lisää puuaineen tiheyttä tyviosassa sahetta. Pintakovuus on puumateriaalin muodonmuutos potentiaali, kun kosteuspitoisuudet tasaantuvat poikkileikkauksessa. Kosteusgradientilla on selvä yhteyspintakovuuteen eli muodonmuutospotentiaaliin.

Viilujen lujuuslajittelun kehittäminen

Työn lähtökohtana on viilujen lujuuslajittelun kehittäminen. Lujuuslajittelun on tarkoitus perustua viilujen paino- ja tiheyseroihin, joilla on vaikutusta viilujen lujuusominaisuuksiin. Viilujen paino- ja tiheyserojen selvittäminen on tarkoi-tus toteuttaa punnituksen avulla ja siihen kuuluva laitteisto oli jo alustavasti suunniteltu. Teoriaosan avulla tutustuttiin viilujen ja vanerin valmistukseen liittyviin pro-sesseihin, puun tiheyteen ja lujuuteen liittyviin tekijöihin ja eri tekijöiden vaikutuksiin viilujen ja vanereiden lujuusominaisuuksissa. Työn kokeellinen osa voidaan jakaa selkeästi kahteen tutkimusalueeseen. Ensimmäisessä oli tarkoitus selvittää viiluissa esiintyvien paino- ja tiheyserojen vaihteluita ja niiden vaikutuksia viilujen lujuusominaisuuksiin ja sitä kautta myös valmiiden levyrakenteiden ominaisuuksiin. Viilutasolla tutkittiin tiheyden vaikutusta poikittaisveto- ja taivutuslujuuteen ja vaneritasolla tiheyden vaikutusta taivutuslujuu-teen. Raaka-aineina tutkimuksissa ja lujuuskokeissa käytettiin koivu-, kuusi- ja poppeliviiluja. Työn toinen osa keskittyi viilujen punnituksen testaamiseen ja kehittämiseen. Tutkittavien puulajien kohdalla viiluista löytyi huomattavia paino- ja tiheyseroja, joiden vaikutukset näkyivät erityisesti viilujen ja vanerien taivutuslujuuksien arvoissa. Punnituksen tulokset osoittivat, että riittävän tuotekehityksen myötä viilujen punnitukseen perustuva lajittelu olisi mahdollista toteuttaa tutkitun menetelmän avulla. Vanerirakenteissa havaittujen taivutuslujuuserojen perusteella lujuuslajittelulle olisi käyttöä ja siitä olisi hyötyä levyrakenteiden suunnittelussa.

Viilun käsittelyn energiankulutuksen minimointi

Vaneritehtaiden suunnittelussa on tulevaisuudessa yhä enemmän keskityttävä energiataloudellisempien laitteiden kehittämiseen. Tämän diplomityön tavoitteena oli löytää keinoja vaneritehtaiden energiankulutuksen minimoimiseksi viilun käsittelyn osalta. Viilun käsittely muodostuu lähinnä viilun syötöstä, kuljettamisesta ja pinkkaamisesta. Tämän työn alkupuolella on esitelty näihin tarkoituksiin suunniteltuja tärkeimpiä laitetyyppejä. Koneita on tarkasteltu vertailemalla niiden ominaisuuksia toisiinsa, varsinkin energiankulutuksen osalta. Työn loppupuolella on tarkasteltu erään ladontalinjan todellista sähkönkulutusta sekä arvioitu moottoreiden mitoituksen onnistumista vaneritehtaalla suoritettujen tehomittausten avulla. Mittausten pohjalta on pyritty löytämään keinoja energiankulutuksen pienentämiseksi. Suurimmat säästöt sähköenergian osalta saavutetaan moottoreiden onnistuneella mitoituksella sekä oikeilla laitevalinnoilla.

Research and development, where people are exposed to nanomaterials

OBJECTIVES: Many nanomaterials (materials with structures smaller than 100 nm) have chemical, physical and bioactive characteristics of interest for novel applications. Considerable research efforts have been launched in this field. This study aimed to study exposure scenarios commonly encountered in research settings. METHODS: We studied one of the leading Swiss universities and first identified all research units dealing with nanomaterials. After a preliminary evaluation of quantities and process types used, a detailed analysis was conducted in units where more than a few micrograms were used per week. RESULTS: In the investigated laboratories, background levels were usually low and in the range of a few thousand particles per cubic centimeter. Powder applications resulted in concentrations of 10,000 to 100,000 particles/cm(3) when measured inside fume hoods, but there were no or mostly minimal increases in the breathing zone of researchers. Mostly low exposures were observed for activities involving liquid applications. However, centrifugation and lyophilization of nanoparticle-containing solutions resulted in high particle number levels (up to 300,000 particles/cm(3)) in work spaces where researchers did not always wear respiratory protection. No significant increases were found for processes involving nanoparticles bound to surfaces, nor were they found in laboratories that were visualizing properties and structure of small amounts of nanomaterials. CONCLUSIONS: Research activities in modern laboratories equipped with control techniques were associated with minimal releases of nanomaterials into the working space. However, the focus should not only be on processes involving nanopowders but should also be on processes involving nanoparticle-containing liquids, especially if the work involves physical agitation, aerosolization or drying of the liquids.

Järeiden puutuotteiden erikoiskuivaus

Tutkimuksessa selvitettiin kuumakuivauksen vaikutusta hirsiraaka-aineen ominaisuuksiin, käyttökelpoisia kuivauskaavoja sekä lämpötilatasoja. Kokeissa kuivattiin kuorittuja pyöreitä mäntytukkeja 130-180° C:n maksimilämpötilassa, sekä pelkaksi sahattuja hirsiaihioita 115-140° C:n maksimilämpötilassa. Kuivauksissa pyrittiin mahdollisimman lyhyeen aikaan laadun siitä kuitenkaan kärsimättä. Laadussa kiinnitettiin erityisesti huomiota sisä- ja pintahalkeamiin sekä värimuutoksiin. Korkeita lämpötiloja käytettäessä kuivausaika oli huomattavasti nopeampi kuin lämminilmakuivauksessa. Koekuivaukset kestivät 1-4 vuorokautta, kun vastaavaa puutavaraan lämminilmakuivaus kestää 7-20 vuorokautta. Korkeimmilla lämpötiloilla suoritetuissa kokeissa koekappaleisiin muodostui paljon pieniä halkeamia kun taas alhaisemmilla lämpötiloilla halkeamien kappalemäärä väheni, mutta lähes joka kappaleessa oli vähintään yksi suuri (yli 5 mm leveä) halkeama. Sisähalkeamien määrä oli pyöreillä tukeilla suoritetuissa kokeissa kohtuullisen pieni. Pelkaksi sahatuilla aihioilla sitä vastoin sisähalkeamien määrä oli huomattavasti suurempi. Vain 100 mm x 175 mm aihioilla onnistuttiin yhdessä kuivauksessa pitämään sisähalkeaminen pienenä. Kuumakuivaus aiheuttaa väistämättä värimuutoksia puuhun. Mitä korkeammilla lämpötiloilla ja pidemmillä kaavoilla kuivataan sitä enemmän väri tummenee. Värin vaikutus lopputuotteessa riippuu kuitenkin käyttökohteesta ja asiakkaan mieltymyksistä. Tutkimuksen perusteella varsinkin pyöreiden tukkien kuumakuivaus näyttää onnistuvan laadul-lisesti hyvin ja huomattavasti lämminilmakuivausta nopeammin. Pelkaksi sahattujen hirsiaihioiden kuivauksessa prosessin hallinta havaittiin vaikeaksi ja toimivien kaavojen kehittäminen vaatii jatkotutkimuksia.

Viilun käsittelyn laadullinen saanto

Työn tavoitteena oli selvittää viilun käsittelyn laadullista saantoa vanerin valmistusprosessissa sekä laadulliseen saantoon vaikuttavia tekijöitä viilun käsittelyyn liittyviä työpisteitä tutkimalla. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin vanerin valmistusprosessia, viilun ominaisuuksia erityisesti laadun osalta, standardin mukaisia laatuluokkia, saantoon vaikuttavia tekijöitä sekä tuotannonohjauksen periaatteita viilun valmistuksessa. Kokeellinen osa perustui tuotannonraportointijärjestelmästä saataviin tietoihin sekä haastattelu- ja seurantatutkimuksiin eräällä vaneritehtaalla. Kokeellisessa osassa käytiin läpi viilun käsittelyyn liittyvät työvaiheet viilun leikkauksesta ja lajittelusta viilun liimoitukseen ja ladontaan saakka. Lisäksi tutkittiin käytössä olevan viilun lajittelujärjestelmän tuloksen oikeellisuutta viilun laadutuksessa, saumauksen onnistumista, viilun paikkauksen laadullista onnistumista sekä ladonnan onnistumista viilun käsittelyn nykytilan selvittämiseksi. Tutkimuksen tulosten perusteella pohdittiin lajittelussa tapahtuvaa laadullisen saannon tulosta kohdeyrityksessä sekä esitettiin joukko kehitysehdotuksia, joilla viilutuotantoa voidaan selkeyttää ja parantaa tulevaisuudessa.

Biologisessa jätteenkäsittelyssä syntyvän lopputuotteen terminen kuivaus

Biologisessa jätteenkäsittelyssä syntyvää humusmassaa voidaan käyttää maanparannusaineena ja yleisenä lannoitusaineena. Termisellä kuivauksella saadaan humuksen kuiva-ainepitoisuutta nostettua mekaanisen kuivauksen jälkeen, jolloin sen tuotteistettavuus ja kuljetettavuus paranevat pienentyneen painon ja tilavuuden myötä. Kirjallisuusosassa on esitetty yleisiä termisen kuivauksen periaatteita sekä käsitelty lähemmin humuksen kuivausta. Lisäksi termisen kuivauksen hygienisoivaa vaikutusta on esitelty kirjallisuusosan lopussa. Tutkimusosassa luotiin tietokonepohjainen malli MK Protech Oy:n kehittämälle Traypack-kuivaimelle. Mallin luomisessa käytettiin apuna suoritettujen pilot-ajojen tuloksia sekä kirjallisuudesta saatuja tietoja. Malli sisältää kuivauksen aine- ja energiataseet sekä kuivaimen ja sen apulaitteiden mitoituksen. Sen lisäksi malli tulostaa erillisinä kokonaisuuksina prosessin laiteluettelon, investointikustannuslaskelman ja elinkaarianalyysin. Lisäksi tutkimusosassa laskettiin mallin avulla Rayongin kaupunkiin Thaimaahan rakenteilla olevan jätteenkäsittelylaitoksen tarpeeseen soveltuvan kuivaimen mitoitus- ja käyttötiedot sekä tarkasteltiin kuivaimen taloudellista kannattavuutta. Laitoksessa kuivataan 2080 kg/h kuiva-ainepitoisuudeltaan 30 % humusta loppukuiva-ainepitoisuuteen 50 %. Tarvittavaksi lämpötehoksi kuivaimeen saatiin 3,9 MW. Tästä 2,0 MW tarvitaan uutta systeemiin tuotavaa kuivauskaasua. Tällöin laitoksen investointikustannuksiksi saatiin 359 000 EUR. Laitoksen käyttökustannuksiksi saatiin 40 440 EUR vuodessa.

Energiantuotanto kuivalla puupolttoaineella

Diplomityössä esitetään taustatietona puupolttoaineen ominaisuuksien vaikutusta energiantuotantolaitoksen mitoitukseen ja käyttöön. Työssä esitellään ensimmäisessä vaiheessa tehty laskentamalli, jolla on tehty 20 MW laitoksen mitoitus kolmelle eri polttoaineen kosteudelle. Mitoitustulosten perusteella määritellään jokaiselle laitokselle energiantuotantohinta, joita vertaillaan. Vertailun avulla saadaan tieto siitä, onko uusi laitos syytä mitoittaa kuivatulle puupolttoaineelle investointisäästöjen vuoksi. Työssä tarkastellaan myös risutukkien ominaisuuksia, hyödyntämismahdollisuuksia sekä niiden varastokuivatuksen taloudellisuutta.