Dewatering of hard-to-dewater pulps

Nanocellulose has much potential for enhancing the tensile strength of paper but it slows down significantly drainage, restricting its use in industrial scale. Main objective of the work was to find ways to improve the dewatering of nanocellulose-containing papers. The effects of cationic potato starch, microparticle system and filler addition on dewatering and such key properties as formation, tensile strength and air permeance of manufactured paper were studied. Test points had 0, 4 or 8 % CNF and 0, 15 or 30 % PCC content. Based on earlier studies, 25 mg/g starch dosage was added to some test points. Modern microparticle system, consisted of cationic polyacrylamide and amorphous silica, was used in few test points. Dosages for both components were 0.3 and 0.6 mg/g, following the recommendations of the supplier. Also, the influences of CNF and filler on drying behaviour after different stages (drainage, wet pressing and cylinder drying) were estimated. Following trends were observed. Starch does not have unambiguous influence on dewatering. In some cases, it improved drainage slightly but effects on the properties of end product were discovered small. Filler quickened dewatering but large proportions were noticed to be detrimental for the drainage, air permeance and tensile strength. Microparticle system improved drainage notably, especially if CNF dosage was high. In addition, microparticle system increased tensile strength and decreased air permeance. However, its effects on formation were detrimental. Dewatering of nanocellulose-containing furnishes is treatable up to a certain point. In the end, such drainage times that were measured from test points which consisted only of pure kraft pulps are awkward to reach.

Kalsiumkarbonaatin kemiallisfysikaalinen käsittely ja materiaalin karakterisointi

Saostettua karbonaattia voidaan käyttää useiden eri teollisuuksien tuotteissa. Pääosin saostettua kalsiumkarbonaattia kuitenkin käytetään paperin, maalien, muovien sekä elintarviketuotteiden täyteaineena. Koska monet käyttökohteet vaativat saostetulta kalsiumkarbonaatilta tiettyjä puhtausvaatimuksia, sen koostumuksen tutkiminen on suuren kiinnostuksen kohteena. Työn perimmäisenä tarkoituksena on ollut määrittää saostetun kalsiumkarbonaatin kemiallinen koostumus ja selvittää, vaikuttavatko materiaalin kemiallisfysikaalinen modifiointi sen ominaisuuksiin. Kirjallisuusosassa käsitellään yleisesti kalsiumkarbonaattimateriaaleja, saostetun kalsiumkarbonaatin valmistusmenetelmiä ja vastaavanlaisen materiaalin esikäsittelymenetelmiä. Lisäksi tarkastellaan erilaisia analyysimenetelmiä, joita voidaan käyttää kiinteiden epäorgaanisten tai mineraalinäytteiden kemiallisen koostumuksen sekä fysikaalisten ja kemiallisten reaktioiden määrittämiseen. Kokeellisessa osassa tutkittiin käsittelemättömiä saostettuja kalsiumkarbonaattinäytteiden ominaisuuksia ja kemiallista koostumusta erilaisilla alkuaine-, ioni-/spesies- sekä pyrolyysimittauksilla. Näytteitä modifioitiin lämmityksen ja jauhatuksen avulla. Modifioinnin vaikutusta näytteiden kemiallisiin koostumuksiin tutkittiin vertailemalla tuloksia käsittelemättömien näytteiden antamiin tuloksiin. Tutkimus osoitti, että näytteiden lämpökäsittelyllä ei ollut lähes ollenkaan vaikutusta näytteiden kemialliseen koostumukseen. Toisin osoitti näytteiden jauhatus, joka laski ammoniumin pitoisuutta näytteissä. Laitetekniikkaa käytettäessä kapillaarielektroforeesi, ionikromatografi, ICP-AES ja SEM (FTIR) antoivat luotettavinta tietoa näytteiden kemiallisista koostumuksista. Näytteiden fysikaalisia ja kemiallisia reaktioita voitiin havainnollistaa parhaiten käyttäen STA-QMS -laitetta.

Atomikerroskasvatuksen soveltaminen kemiantekniikassa

Tässä kirjallisuustyössä tutkittiin atomikerroskasvatuksen (ALD) soveltamista kemiantekniikassa. Työn alussa kerrottiin atomikerroskasvatuksesta, sen toimintaperiaatteista ja prosessitekniikasta. Tämän jälkeen tutkittiin viittä eri kemiantekniikan sovellusta, jotka olivat polymeerien pinnoittaminen, heterogeenisten katalyyttien syntetisointi, membraanien modifiointi, korroosionesto ja kaasunilmaisimet. ALD on ohutkalvotekniikka, jolla voidaan valmistaa nanometrin tai jopa Ångströmin (1 Å = 0.1 nm) tarkkuudella epäorgaanisia materiaalikerroksia, jotka yleensä ovat metallioksideja, kuten alumiinioksidi. ALD perustuu kaasu-kiintoainereaktioihin, joissa kaasumaiset kemialliset prekursorit reagoivat vuorotellen kasvualustan kanssa. Tyypilliset prekursorit ovat metalliligandi ja vesi, joka on yleisin hapen lähde ALD-reaktioissa. ALD−reaktiot suoritetaan yleensä matalassa paineessa (100−200 Pa) ja korkeassa lämpötilassa (200–400 °C) suljetussa reaktorikammiossa. ALD-prosesseissa voidaan hyödyntää myös plasmaa alentamaan reaktiolämpötiloja. Plasman avulla prekursoreista luodaan hyvin reaktiivisia radikaaleja, jotka voivat reagoida jopa huoneenlämmössä. Lämpöherkkiä polymeerejä voidaan pinnoittaa ohutkalvoilla, joilla voidaan lisätä esimerkiksi pakkausmateriaalien suojaa happea ja vesihöyryä vastaan. ALD:llä voidaan syntetisoida tarkasti nanomittakaavan heterogeenisiä katalyyttejä, joilla on korkea dispersio tukimateriaalin pinnalla. ALD:n avulla voidaan säästää katalyyttimateriaalia menettämättä katalyytin aktiivisuutta, mikä on tärkeää monien katalyyttisovellusten taloudellisuuden kannalta, esimerkiksi polttokennot. ALD soveltuu hyvin membraanien modifiointiin, koska kaasumaiset prekursorit leviävät tasaisesti membraanin huokosiin. Membraanien pinnoittamisella pyritään vaikuttamaan, selektiivisyyteen, hydrofiilisyyteen, liuotinkestävyyteen, huokoskokoon ja sen jakaumaan. Lisäksi membraaneja voidaan pinnoittaa katalyyttisillä ohutkalvoilla, mikä on tärkeää nanoreaktoreiden kehityksen kannalta. ALD:llä voidaan pinnoittaa esimerkiksi terästä, ja vähentää täten teräksen korroosiota. Puolijohtavia metallioksideja voidaan käyttää kaasunilmaisimina, joiden valmistuksessa ALD:n tarkkuudesta on suurta hyötyä.

Puun modifioinnin mahdollisuudet kyllästämällä

Puulla on laajat ja monipuoliset käyttömahdollisuudet rakentamisen ja sisustamisen alalla. Puumateriaalin kilpailukyvyn ylläpitäminen ja parantaminen vaatii uusien modifiointimahdollisuuksien kehittämistä ja parantamista. Modifioimalla puuta voidaan parantaa sen ominaisuuksia käyttötarkoitusta vaativalle tasolle. Diplomityössä selvitetään puumateriaalin soveltuvuutta modifiointiin, modifioinnin luokittelua sekä erilaisia modifiointimenetelmiä. Työn tavoitteena on tutkia modifioinnin onnistumiseen vaikuttavia tekijöitä. Työn tavoitteena on tutkia myös modifioinnin vaikutuksia mekaanisiin-, UV-kestävyys- ja kosteusominaisuuksiin. Modifioinnin onnistumista tarkasteltiin painoprosentin kasvulla ja SEM-mikroskooppikuvien avulla. Mekaanisia ominai-suuksia testattiin taivutuslujuus-, kovuus- ja iskulujuustesteillä. Lisäksi vaikutuksia testattiin veden absorptio- ja paksuusturpoamatesteillä sekä UV-valon vaikutuksen alaisena. Työn perusteella pintapuu on sydänpuuta helpompi kyllästää. Puuaineksen alhainen tiheys ja suuri kasvunopeus lisäävät kyllästymistä. Kyllästysliuoksen ominaisuuksista kyllästymistä edesauttaa alhainen viskositeetti ja riittävän pieni molekyylikoko. Mekaanisista ominaisuuksista vain iskulujuus heikentyy kyllästämisen vaikutuksesta. Melamiinilla kyllästäminen lisää puun kovuutta ja parantaa suojaa kosteuden vaikutuksilta. Silikonilla kyllästäminen suojaa puuta kosteuden ja UV-valon vaikutuksilta lyhyellä aikajaksolla.

Reverse osmosis membrane surface modification: effects on membrane performance

The aim of this thesis was to study the surface modification of reverse osmosis membranes by surfactants and the effect of modification on rejection and flux. The surfactants included anionic and nonionic surfactants. The purpose of membrane modification was to improve pure water permeability with increasing salt rejection. The literature part of the study deals with the basic principles of reverse osmosis technology and factors affecting the membrane performance. Also the membrane surface modification by surfactants and their influence on membrane’s surface properties and efficiency (permeability and salt rejection) were discussed. In the experimental part of the thesis two thin-film composite membranes, Desal AG and LE-4040, were modified on-line with three different surfactants. The effects of process parameters (pressure, pH, and surfactant concentration) on surface modification were also examined. The characteristics of the modified membranes were determined by measuring the membranes’ contact angle and zeta potentials. The zeta potential and contact angle measurements indicate that the surfactants were adsorbed onto the both membranes. However, the adsorption did not effect on membrane’s pure water permeability and salt rejection. Thereby, the surface modification of the Desal AG and LE-4040 membranes by surfactants was not able to improve the membrane’s performance.

Membrane development for oil contaminated water treatments

The aim of this Master’s thesis study was to develop a membrane for oil contaminated water treatments. Oily wastewaters are a big problem to environment and therefore it is important to find an efficient method for their treatment. There are several treatment methods, but one of the most promising methods is membrane filtration. In the theoretical part of this study the membrane technology and polymeric membrane preparation with phase inversion and membrane modification methods was discussed. It was also told about the most important properties of the membranes. Oily waters, their treatment methods and oily wastewater sources were discussed more specifically. In the experimental part membranes from cellulose acetate were prepared and membranes were modified with two different methods. Modification methods were surface modification and polymer mixing. The modification purpose was to make membranes more hydrophilic and increase surface charge, which can reduce fouling. Membranes were characterized by determining zeta potential, contact angle, oil retention, pure water permeability, pressure-normalized flux and fouling. It were used both synthetic and real spent oil-water emulsion in membrane filtration. Surface modification resulted membranes, which had better properties than unmodified membrane. The amount of substance used in surface modification affected a lot to membrane properties, so it would be necessary to try different amounts of substance to develop the best membrane for oil-water emulsion treatment.

Hapatettuihin maitotuotteisiin lisätyn sokerin vaikutus tuotteiden kariogeenisyyteen

Terveellisyys ja runsasproteiinisuus ovat tämän hetken ruokavaliotrendejä. Hapatetut maitotuotteet, kuten rahkat ja jogurtit, ovat proteiinipitoisia ja ne mielletään usein terveellisiksi elintarvikkeiksi. Viime vuosina maitotuotteiden kulutus on kasvanut ja markkinoille on tullut useita hapatettuja maitotuotteita, joista osassa proteiinipitoisuus on tavallista korkeampi. Tuotteissa on kuitenkin sokeria vaihtelevia määriä. Tuotteiden sokeripitoisuus on hammas- ja yleisterveyden kannalta merkittävä seikka, joka kuitenkin voi jäädä huomioimatta kuluttajalta. Sokeri eri muodoissa aiheuttaa hampaiden reikiintymistä, mutta maitotuotteiden kohdalla on myös huomioitava niiden sisältämät reikiintymiseltä suojaavat tekijät. Tässä syventävien opintojen työssä on tehty kirjallisuuskatsaus ja tuotevertailu. Kirjallisuuskatsauksessa on perehdytty sokereiden ja karieksen yhteyteen sekä hiilihydraattien ja erityisesti sokerien saantiin ruokavaliossa. Kirjallisuuslähteinä on käytetty pääasiassa katsausartikkeleita, ravitsemussuosituksia sekä karieksen hallinnan käypä hoito -suositusta. Tuotevertailussa on vertailtu keväällä 2014 ruokakaupoissa myynnissä olleiden hapatettujen maitotuotteiden sokeripitoisuuksia. Tuotteet on jaoteltu seitsemään eri kategoriaan, joista yksi on lapsille suunnatut tuotteet. Sokerinsaannin ja karieksen yhteys nyky-yhteiskunnassa ei ole kovin selvä. Lisäksi tärkkelyksen kariogeenisyys vaihtelee sen mukaan, missä muodossa sitä saadaan ravinnosta. Sekä sokereiden että tärkkelyksen kohdalla saantimäärä ja saantitiheys ovat merkityksellisiä karieksen synnyn suhteen. Maitotuotteissa on kariekselta suojaavia mineraaleja, mutta jos tuote sisältää lisättyjä sokereita, niiden ei voida katsoa olevan hyväksi hammasterveydelle. Lastentuotteissa ja viileissä on tuotevertailun perusteella eniten lisättyä sokeria. Maustamattomat tuotteet, joissa on vain maidon sisältämää laktoosia, sen sijaan lienevät karieksen suhteen turvallisia. Myös intensiivimakeuttajilla makeutetut tuotteet, jotka eivät sisällä esimerkiksi hedelmistä peräisin olevia sokereita, ovat parempi vaihtoehto kuin sokerilla makeutetut tuotteet.