Frost Action in Rocks and Concrete, HR-258, 1986

The objectives of the project were to develop methodologies for (i) prediction and measurement of the magnitude of pressure which develops within pores of saturated porous materials upon freezing, (ii) determination of pore structure (pore size distribution) of porous materials; (iii) prediction and measurement of the rate with which pore ice grows; and (iv) prediction of frost susceptibility of porous materials with varying pore structures. As with all research endeavors solution of one problem leads to another one and this project was no exception. Emergence of new problems and the measures taken as the work progressed were discussed in progress reports submitted to the board. This final report will discuss only the conclusive finds and suggest measures to be taken for future investigations. The theory discussed in the proposal is not repeated in this report for the sake of brevity. However, the paper published as part of this project containing the theory is attached as Appendix I for the reader interested in the theory. In conformity with the objectives, this report consists of four parts. In accordance with the project contract two ice porosimeters were built and one will be delivered to the Iowa DOT after training of a DOT technician under the supervision of Mr. Wendell Dubberke with assistance from ISU researchers. During the training period debugging and further improvements in software will continue.

Control of Concrete Deterioration Due to Trace Compounds in Deicers, HR-299, 1992

This report describes the research completed under the research contract entitled "Development of a Conductometric Test for Frost Resistance of Concrete" undertaken for the Iowa Highway Research Board. The objective of the project was to develop a test method which can be reasonably and rapidly performed in the laboratory and in the field to predict, with a high degree of certainty, the behavior of concrete subjected to the action of alternate freezing and thawing. The significance of the results obtained, and recommendations for use and the continued development of conductometric testing are presented in this final report. In this project the conductometric evaluation of concrete durability was explored with three different test methods. The test methods and procedures for each type of test as well as presentation of the results obtained and their significance are included in the body of the report. The three test methods were: (1) Conductometric evaluation of the resistance of concrete to rapid freezing and thawing, (2) Conductometric evaluation of the resistance of concrete to natural freezing and thawing, and (3) Conductometric evaluation of the pore size distribution of concrete and its correlation to concrete durability. The report also includes recommendations for the continued development of these test methods.

Development of a Conductometric Test for Frost Resistance of Concrete, HR-272, 1988

Research is described that was aimed at developing a test method which can be reasonably and rapidly performed in the laboratory and in the field to predict, with a high degree of certainty, the behavior of concrete subjected to the action of alternate freezing and thawing. The conductometric evaluation of concrete durability was explored with 3 different test methods: conductometric evaluation of the resistance of concrete to rapid freezing and thawing; conductomtric evaluation of the resistance of concrete to natural freezing and thawing, and conductometric evaluation of the pore size distribution of concrete and its correlation to concrete durability. The study showed that conductance could be used as a viable method for determining the durability of portland cement concrete. This would also allow the continuous monitoring of concrete durability without the removal twice per week from the freeze/thaw chamber. Recommendations for the continued development of these test methods are also included.

Igneous layering, fractional crystallization and growth of granitic plutons: The Dolbel batholith in SW Niger

This study reassesses the development of compositional layering during the growth of granitic plutons, with emphasis on fractional crystallization and its interaction with both injection and inflation-related deformation. The Dolbel batholith (SW Niger) consists of 14, kilometre-sized plutons emplaced by pulsed magma inputs. Each pluton has a coarse-grained core and a peripheral layered series. Rocks consist of albite (An(<= 11)), K-feldspar (Or(96 99), Ab(1) (4)), quartz, edenite (X(Mg)=0337-0.55), augite (X(Mg)=0.65-0.72) and accessories (apatite, titanite and Fe-Ti-oxides). Whole-rock compositions are metaluminous, sodic (K(2)O/Na(2)O=0.49-0.62) and iron-rich [FeO(tot)/(FeO(tot)+MgO)=0.65-0.82]. The layering is present as size-graded and modally graded, sub-vertical, rhythmic units. Each unit is composed of three layers, which are, towards the interior: edenite +/- plagioclase (C(a/p)), edenite+plagioclase+augite+quartz (C(q)), and edenite+plagioclase+augite+quartz+K-feldspar (C(k)). All phases except quartz show zoned microstructures consisting of external intercumulus overgrowths, a central section showing oscillatory zoning and, in the case of amphibole and titanite, complexly zoned cores. Ba and Sr contents of feldspars decrease towards the rims. Plagioclase crystal size distributions are similar in all units, suggesting that each unit experienced a similar thermal history. Edenite, characteristic of the basal C(a/p) layer, is the earliest phase to crystallize. Microtextures and phase diagrams suggest that edenite cores may have been brought up with magma batches at the site of emplacement and mechanically segregated along the crystallized wall, whereas outer zones of the same crystals formed in situ. The subsequent C(q) layers correspond to cotectic compositions in the Qz-Ab-Or phase diagram at P(H2O)=5 kbar. Each rhythmic unit may therefore correspond to a magma batch and their repetition to crystallization of recurrent magma recharges. Microtextures and chemical variations in major phases allow four main crystallization stages to be distinguished: (1) open-system crystallization in a stirred magma during magma emplacement, involving dissolution and overgrowth (core of edenite and titanite crystals); (2) in situ fractional crystallization in boundary layers (C(a/p) and C(q) layers); (3) equilibrium `en masse' eutectic crystallization (C(k) layers); (4) compaction and crystallization of the interstitial liquid in a highly crystallized mush (e. g. feldspar intercumulus overgrowths). It is concluded that the formation of the layered series in the Dolbel plutons corresponds principally to in situ differentiation of successive magma batches. The variable thickness of the Ck layers and the microtextures show that crystallization of a rhythmic unit stops and it is compacted when a new magma batch is injected into the chamber. Therefore, assembly of pulsed magma injections and fractional crystallization are independent, but complementary, processes during pluton construction.

Absorptive Aggregates in Asphalt Paving Mixtures, HR-142, 1971

In this study, the asphalt absorption of six Iowa limestones were investigated. It was found that the most important factors that determined the nature, amount, and rate of asphalt absorption are porosity and pore-size distribution of the aggregate, viscosity of the asphalt, and time. Methods needed to determine the realistic maximum and minimum asphalt absorption by aggregates are recommended. Simple methods of asphalt absorption were developed. Since the most important factor that determines the accuracy of asphalt absorption is the bulk specific gravity of aggregates and since the current ASTM method is not adequate in this respect, several new methods were developed. Preliminary treatment studies for the purpose of upgrading absorptive aggregates were conducted using close to 40 chemicals. The improvements of some of these treatments on the mixture properties were demonstrated.

Particle exposure scenarios for research and production activities involving nanomaterials

Nanomaterials with structures in the nanoscale (1 to 100 nm) often have chemical, physical and bioactive characteristics different from those of larger entities of the same material. This is interesting for industry but raises questions about the health of exposed people. However, little is known so far about the exposure of workers to inhalable airborne nanomaterials. We investigated several activities in research laboratories and industry to learn about relevant exposure scenarios. Work process analyses were combined with measurements of airborne particle mass concentrations and number−size distributions. Background levels in research settings were mostly low, while in industrial production, levels were sometimes elevated, especially in halls near busy roads or in the presence of diesel fork lifts without particle filters. Peak levels were found in an industrial setting dealing with powders (up to 80,000 particles/cm³ and up to 15 mg/m³). Mostly low concentrations were found for activities involving liquid applications. However, centrifugation and lyophilization of nanoparticle containing solutions resulted in very high particle number concentrations (up to 300,000 particles/cm³), whereas no increases were seen for the same activities conducted with nanoparticle−free liquids. No significant increases of particle concentrations were found for processes involving nanoparticles bound to surfaces. Also no increases were observed in laboratories that were visualizing properties and structures of small amounts of nanomaterials. Conclusion: When studying exposure scenarios for airborne nanomaterials, the focus should not only be on processes involving nano−powders, but also on processes involving intensively treated nanoparticle−containing liquids. Acknowledgement: We thank Chantal Imhof, MSc and Guillaume Ferraris, MSc for their contributions.

Microstructural evolution of primary crystallization in diffusion-controlled grain growth

A model has been developed for evaluating grain size distributions in primary crystallizations where the grain growth is diffusion controlled. The body of the model is grounded in a recently presented mean-field integration of the nucleation and growth kinetic equations, modified conveniently in order to take into account a radius-dependent growth rate, as occurs in diffusion-controlled growth. The classical diffusion theory is considered, and a modification of this is proposed to take into account interference of the diffusion profiles between neighbor grains. The potentiality of the mean-field model to give detailed information on the grain size distribution and transformed volume fraction for transformations driven by nucleation and either interface- or diffusion-controlled growth processes is demonstrated. The model is evaluated for the primary crystallization of an amorphous alloy, giving an excellent agreement with experimental data. Grain size distributions are computed, and their properties are discussed.

Assessment of diesel exhaust particulate exposure and surface characteristics in association with levels of oxidative stress biomarkers

Exposure to PM10 and PM2.5 (particulate matter with aerodynamic diameter smaller than 10 μm and 2.5 μm, respectively) is associated with a range of adverse health effects, including cancer, pulmonary and cardiovascular diseases. Surface characteristics (chemical reactivity, surface area) are considered of prime importance to understand the mechanisms which lead to harmful effects. A hypothetical mechanism to explain these adverse effects is the ability of components (organics, metal ions) adsorbed on these particles to generate Reactive Oxygen Species (ROS), and thereby to cause oxidative stress in biological systems (Donaldson et al., 2003). ROS can attack almost any cellular structure, like DNA or cellular membrane, leading to the formation of a wide variety of degradation products which can be used as a biomarker of oxidative stress. The aim of the present research project is to test whether there is a correlation between the exposure to Diesel Exhaust Particulate (DEP) and the oxidative stress status. For that purpose, a survey has been conducted in real occupational situations where workers were exposed to DEP (bus depots). Different exposure variables have been considered: - particulate number, size distribution and surface area (SMPS); - particulate mass - PM2.5 and PM4 (gravimetry); - elemental and organic carbon (coulometry); - total adsorbed heavy metals - iron, copper, manganese (atomic adsorption); - surface functional groups present on aerosols (Knudsen flow reactor). Several biomarkers of oxidative stress (8-hydroxy-2'-deoxyguanosine and several aldehydes) have been determined either in urine or serum of volunteers. Results obtained during the sampling campaign in several bus depots indicated that the occupational exposure to particulates in these places was rather low (40-50 μg/m3 for PM4). Bimodal size distributions were generally observed (5 μm and <1 μm). Surface characteristics of PM4 varied strongly, depending on the bus depot. They were usually characterized by high carbonyl and low acidic sites content. Among the different biomarkers which have been analyzed within the framework of this study, mean urinary levels of 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine increased significantly (p<0.05) during two consecutive days of exposure for non-smoker workers. On the other hand, no statistically significant differences were observed for serum levels of hexanal, nonanal and 4- hydroxy-nonenal (p>0.05). Biomarkers levels will be compared to exposure variables to gain a better understanding of the relation between the particulate characteristics and the formation of ROS by-products. This project is financed by the Swiss State Secretariat for Education and Research. It is conducted within the framework of the COST Action 633 "Particulate Matter - Properties Related to Health Effects".

Betaiinin tuotannon sivujakeiden mikrosuodattaminen teräskeraamisella kalvolla

Betaiini on ammoniumyhdiste, jota käytetään esimerkiksi eläinten rehussa, kosmetiikassa ja lääkkeissä. Danisco Animal Nutrition Finnfeeds Finland Oy:n Naantalin tehdas on maailman johtava betaiinin tuottaja ja raaka-aineena tehtaalla käytetään melassierotuksesta saatavaa betaiinimelassia. Kiteisen betaiinin puhdistusprosessin yhteydessä syntyybetaiinipitoisia sivujakeita, jotka sisältävät huomattavan määrän betaiinia, minkä takia niiden jatkokäsittely on tärkeää. Betaiinin tuotannon sivujakeet ovat erittäin vaikeasti suodattuvia orgaanisia liuoksia, joiden koostumuksia ei täysin tunneta. Tämän työn tarkoituksena oli puhdistaa betaiinin tuotannon sivujakeita mikrosuodattamalla niitä teräskeraamisella kalvolla. Työn kokeellisessa osassa suoritettiin suodatusparametrien eli pH:n, lämpötilan, TMP:n ja betaiiniliuoksen kuiva-ainepitoisuuden optimointi sekä konsentrointikokeita. Mikrosuodatus suoritettiin Graver Technologiesin Scepter-putkimoduulilla, joka toimi ohivirtausperiaatteella ja jonka huokoskoko oli 0,1 ¿m. Scepter-moduuli koostui ruostumattomasta teräksestä sintratuista putkimoduuleista, joissa erottavana kerroksena toimi TiO2. Esikokeiden perusteella todettiin ettei pH:lla ollut suurta vaikutusta suodatukseen. Permeaattivuo kasvoi selvästi lämpötilan ja TMP:nkasvaessa. Vuo taas huononi ja permeaatin sameus lisääntyi selvästi 35 % korkeammissa kuiva-ainepitoisuuksissa. Konsentrointikokeet suoritettiin betaiiniliuoksen refraktrometrisessa kuiva-ainepitoisuudessa, BetRk, 35 %, 80 °C lämpötilassa ja betaiiniliuoksen omassa pH:ssa (pH 8-9,5). Esikokeiden tulosten perusteella konsentrointikokeet suoritettiin TMP:ssa 0,6; 0,8 ja 1,0 bar. Betaiinin tuotannonsivujakeiden konsentrointikokeissa saannoksi saatiin 95 %. Suodatustuloksista havaittiin, että betaiinin tuotannon sivujakeen erä vaikutti voimakkaasti suodatuksen toimivuuteen. Konsentrointikokeissa suodatukset suoritettiin sekäuusilla mikrosuodatusmoduuleilla että vanhalla moduulilla, joka oli jo kulunut.Kulumisen ei kuitenkaan havaittu huonontavan suodatustehokkuutta. Konsentrointikokeiden perusteella voidaan laitteiston pesuväliksi arvioida noin viikko ja pesu tulisi suorittaa sekä emäksisellä että happamalla pesuaineella.

Determining, Balancing and Controlling of Pitch and White Pitch at Stora Enso Kabel Production Line 4

Työn ensimmäisenä tarkoituksena oli kartoittaa kiinteä-neste ja neste-neste uuttomenetelmillä pihkan ja valkopihkan määrä Stora Enso Kabelin tuotantolinja 4:llä. Työn kannalta oli myöstärkeää saada selvyys saostumien koostumuksesta. Lopullinen päämäärä oli automatisoida fiksatiivin annostelu uuden, jatkuvatoimisen märänpäänanalysaattorin avulla. Mäntyosuuden kasvattaminen hiokemassassa lisää hydrofobisten partikkeleiden lukumäärää, minkä uskotaan lisäävän saostumariskiä. Työtä varten kehitetty neste-neste uuttomenetelmä, jota ei ole liiemmin paperiteollisuudessa käytetty, voi olla hyvä menetelmä lipofiilisten komponenttien määrän arviointiin tietyssä määrässä massa- tai prosessivesinäytettä. Virtaussytometri-menetelmän avulla tutkittiin pihka- tai valkopihkapartikkeleiden määrää ja kokojakaumaa eri prosessinäytteissä. Virtaussytometri-menetelmällä mitattujen valkopihkapartikkeleiden lukumäärän ja päällystetyn hylyn saostimen suodoksen sameuden välille löytyiselvä korrelaatio. Fiksatiivimäärän vaikutusta päällystetyn hylyn saostimen suodoksen sameuteen tutkittiin koeajojaksolla, jossa fiksatiivin annostelua säädettiin käsin. Käytetyt annosmäärät eivät riittäneet sameuden pitämiseen tasaisena matalalla tasolla.

Kromatografisen erotusfaasin huokoskoon karakterisointi

Työssä tutkittiin sulfonoitujen polystyreenidivinyylibentseenirunkoisten geeli-, meso- ja makrohuokoistenioninvaihtohartsien rakennetta käyttäen useita eri karakterisointimenetelmiä. Lisäksi työssä tutkittiin hartsien huokoskoon vaikutusta aminohappojen kromatografisessa erotuksessa. Työn pääpaino oli hartsien huokoskoon ja huokoisuuden määrittämisessä. Sen selvittämiseksi käytettiin hyväksi elektronimikroskopiaa, typpiadsorptiomittauksia, sekä käänteistä kokoekskluusiokromatografiaa. Parhaat tulokset saatiin käänteisellä kokoekskluusiokromatografialla, joka perustuu erikokoisten dekstraanipolymeerien käyttöön mallimolekyyleinä. Menetelmä sopii meso- ja makrohuokoisuuden tutkimiseen, mutta sen heikkoutena on erittäin pitkä mittausaika. Menetelmä antaa myös huokoskokojakauman, mutta yhden hartsin mittaaminen voi kestää viikon. Menetelmää muutettiin siten, että käytettiin määritettävää huokoskokoaluetta kuvaavien kahden dekstraanipolymeerin seosta. Kromatografiset ajo-olosuhteet optimoitiin sellaisiksi, että injektoidussa seoksessa olevien dekstraanien vastehuiput erottuivat toisistaan. Tällöin voitiin luotettavasti määrittää tutkittavan stationaarifaasin suhteellinen huokoisuus. Tätä työssä kehitettyä nopeaa käänteiseen kokoekskluusiokromatografiaan perustuvaa menetelmää kutsutaan kaksipistemenetelmäksi. Hartsien sulfonihapporyhmien määrää ja jakautumista tutkittiin määrittämällä hartsien kationinvaihtokapasiteetti sekä tutkimalla hartsin pintaa konfokaali-Raman-spektroskopian avulla. Sulfonihapporyhmien ioninvaihtokyvyn selvittämiseksi mitattiin K+-muotoon muutetusta hartsista S/K-suhde poikkileikkauspinnasta. Tulosten perusteella hartsit olivat tasaisesti sulfonoituneet ja 95 % rikkiatomeista oli toimivassa ioninvaihtoryhmässä. Aminohappojen erotuksessa malliaineina oli lysiini, seriini ja tryptofaani. Hartsi oli NH4+-muodossa ja petitilavuus oli 91 mL. Eluenttina käytettiin vettä, jonka pH oli 10. Paras tulos saatiin virtausnopeudella 0,1 mL/min, jolla kaikki kolme aminohappoa erottuivat toisistaan Finex Oy:n mesohuokoisella KEF78-hartsilla. Muilla tutkituilla hartseilla kaikki kolme aminohappoa eivät missään ajo-olosuhteissa erottuneet täysin.

Aerosolien vaikutus säteilynkulkuun ilmakehässä

Aerosolien vaikutusta säteilynkulkuun ilmakehässä tutkitaan muun muassa niiden ilmastonmuutokseen vaikuttavien ominaisuuksien sekä erilaisten maanpuolustukseen liittyvien sovellusten vuoksi. Tässä työssä keskityttiin aerosolien aiheuttamaan infrapunasäteilyn vaimenemiseen horisontaalisella polulla. Mitattuja vaimennuksen arvoja verrattiin mallinnettuihin ja etsittiin syitä niiden välisiin eroihin. Työn alussa tutustuttiin aerosolien tyypillisiin ominaisuuksiin sekä säteilyn ja aerosolien väliseen vuorovaikutukseen. Tämän jälkeen esiteltiin mittauksissa käytetyt laitteet sekä mallinnuksessa käytetty ohjelmisto ja tiedonkäsittely. Työssä tutkittiin mitattujen ja mallinnettujen aerosolivaimennuskertoimien käyttäytymistä eri sääpametrien (näkyvyys, suhteellinen kosteus ja lämpötila) suhteen. Tutkimuksessa tarkasteltiin myös mitattuja kokojakaumia ja niitä verrattiin mallinnuksessa käytettyihin. Mittalaitteiden epävarmuuksien ja käyttökelpoisten mittaustulosten vähyyden johdosta täyttä varmuutta mittauksien tarkkuudesta ei saavutettu. Mittausten epävarmuudesta huolimatta kävi ilmi, että mitatut kokojakaumat eivät täysin vastaa mallin käyttämiä kokojakaumia. Tulevaisuudessa mittauksia pitää jatkaa, jotta tiedon analysointiin saadaan tarpeeksi kelvollisia mittaustuloksia ja mittalaitteiden luotettavuus selviää.

Pyridyyliryhmän sisältävien erotusmateriaalien ominaisuudet ja soveltaminen hydrometallurgiassa

Diplomityössä tutkittiin silikarunkoisen, pyridyyliryhmän sisältävän erotusmateriaalin kykyä erottaa selektiivisesti kuparia, nikkeliä, kobolttia ja kadmiumia sinkkisulfaattiliuoksista. Erotuskykyä verrattiin kolonnikokein toiseen kaupalliseen polystyreenidivinyylibentseenirunkoiseen (PS-DVB) erotusmate-riaaliin, jonka funktionaalinen ryhmä on samantyyppinen. Silikarunkoisen erotusmateriaalin happo-emäsominaisuuksia selvitettiin titrauksin. Metallien sitoutumisen kinetiikkaa ja eluointia verrattiin PS-DVB-runkoisen erotus-materiaalin kirjallisuudessa esitettyihin tuloksiin. Lisäksi määritettiin kummankin erotusmateriaalin partikkelikokojakaumat. Silikarunkoisen materiaalin havaittiin turpoavan noin 4 % muutettaessa se vapaastaemäsmuodosta happomuotoon. Turpoaminen oli huomattavasti vähäisempää kuin PS-DVB-runkoisella materiaalilla. Silikarunkoisen erotus-materiaalin titrauksen tuloksena voitiin todeta, että se oli heikosti emäksinen. Titrauskäyrä muistutti PS-DVB-runkoisen erotusmateriaalin titrauskäyrää, vaikka erotusmateriaalien protonoitumisalueet olivat hieman erilaiset. Tämä johtuu siitä, että silikarunkoisen materiaalin funktionaaliset ryhmät poikkeavat rakenteeltaan hieman PS-DVB-runkoisesta materiaalista. Tasapainokokeet osoittivat, että silikarunkoinen erotusmateriaali adsorboi tutkituista metalleista eniten kuparia ja nikkeliä ja vähiten sinkkiä. Kaikkien tutkittujen metallien eluointi silikarunkoisesta erotusmateriaalista onnistui rikkihapolla toisin kuin PS-DVB-runkoisesta erotusmateriaalista, jonka regenerointiin tarvitaan rikkihappoa tai ammoniumhydroksidia riippuen siitä, mitä metalleja siihen on ladattu.

Korkeakappa-massan suotatuvuus

Työn tarkoituksena oli tutkia korkeakappa-massan suotautuvuutta sekä etsiä uusia analyysimenetelmiä korkeakappa-massan karakterisoimiseksi. Työssä pyrittiin määrittämään tekijöitä, jotka vaikuttavat korkeakappa-massan suotautumiseen. Työn kirjallisessa osassa tarkasteltiin aluksi yleisesti keiton teoriaa, minkä jälkeen käsiteltiin jauhatusta ja tarkemmin korkeakappa-massan hienovaraisempaa jauhatusta eli kuidutusta. Seuraavaksi käsiteltiin suodatusta ja sen teoriaa sekä suodatukseen vaikuttavia tekijöitä. Massan pesusta esitettiin perusteet ja teoriaa. Lopuksi tarkasteltiin massan karakterisointia eri lähestymistavoilla sekä kuitujen perusominaisuuksia. Kokeellisessa osassa verrattiin LTY:n koesuodatuslaitteistolla tehdyillä suodatuskokeilla korkeakappa-massaisen sellukakun suotautuvuutta eri paine-eroilla, suodoksen eri hienoainepitoisuuksilla sekä ennen ja jälkeen sellutehtaallatapahtuneen kuidutuksen. Savonlinnassa sijaitsevalla laitteistolla tehtiin syrjäytystestejä ennen ja jälkeen kuidutusta otetuilla sellumassoilla. Lisäksi ennenja jälkeen kuidutusta otettuja sellumassanäytteitä karakterisoitiin mm. kuituanalysaattorilla, huokoskoko- ja ominaispinta-ala-analyyseillä sekä SEM-kuvilla. Suodatuskokeissa hienoainepitoisuudella ei ollut merkitystä permeabiliteettiin mitattujen suodosvirtausten perusteella. Kuten Darcyn lain perusteella voitiin olettaa, kakun paine-eron kasvaessa permeabiliteetti kasvoi. Vaikutus ei ollut kuitenkaan lineaarinen paine-eroon verrattuna vaan kakun permeabiliteetti kasvoi enemmän tietyllä paine-erovälillä. Tämä paine-eroväli vaihteli hieman riippuen oliko sellumassa otettu ennen vai jälkeen kuidutusta. Lappeenrannassa tehdyissä suodatuskokeissa ei ennen ja jälkeen kuidutusta otetuilla näytteillä ollut selvää eroa permeabiliteeteissa, mutta Savonlinnan syrjäytystesteissä ero syrjäytymisnopeudessa oli selvä. Ennen ja jälkeen kuidutusta otettujen sellumassojen kuituanalysaattorituloksissa ja SEM-kuvissa ei havaittu eroa näytteiden välillä, mutta massojen huokoskoko muuttui kuidutuksen vaikutuksesta.

Effect of physico-chemical conditions and operating parameters on flux and retention of different components in ultrafiltration and nanofiltration fractionation of sweet whey

Tässä väitöstutkimuksessa tutkittiin fysikaaliskemiallisten olosuhteiden ja toimintaparametrien vaikutusta juustoheran fraktiointiin. Kirjallisuusosassa on käsitelty heran ympäristövaikutusta, heran hyödyntämistä ja heran käsittelyä kalvotekniikalla. Kokeellinen osa on jaettu kahteen osaan, joista ensimmäinen käsittelee ultrasuodatusta ja toinen nanosuodatusta juustoheran fraktioinnissa. Ultrasuodatuskalvon valinta tehtiin perustuen kalvon cut-off lukuun, joka oli määritetty polyetyleeniglykoliliuoksilla olosuhteissa, joissa konsentraatiopolariosaatioei häiritse mittausta. Kriittisen vuon konseptia käytettiin sopivan proteiinikonsentraation löytämiseksi ultrasuodatuskokeisiin, koska heraproteiinit ovat tunnetusti kalvoa likaavia aineita. Ultrasuodatuskokeissa tutkittiin heran eri komponenttien suodattumista kalvon läpi ja siihen vaikuttavia ominaisuuksia. Herapermeaattien peptidifraktiot analysoitiin kokoekskluusiokromatografialla ja MALDI-TOF massaspektrometrillä. Kokeissa käytettävien nanosuodatuskalvojen keskimääräinen huokoskoko analysoitiin neutraaleilla liukoisilla aineilla ja zeta-potentiaalit virtauspotentiaalimittauksilla. Aminohappoja käytettiin malliaineina tutkittaessa huokoskoon ja varauksen merkitystä erotuksessa. Aminohappojen retentioon vaikuttivat pH ja liuoksen ionivahvuus sekä molekyylien väliset vuorovaikutukset. Heran ultrasuodatuksessa tuotettu permeaatti, joka sisälsi pieniä peptidejä, laktoosia ja suoloja, nanosuodatettiin happamassa ja emäksisessä pH:ssa. Emäksisissä oloissa tehdyssä nanosuodatuksessa foulaantumista tapahtui vähemmän ja permeaattivuo oli parempi. Emäksisissä oloissa myös selektiivisyys laktoosin erotuksessa peptideistä oli parempi verrattuna selektiivisyyteen happamissa oloissa.