Gas-sensing properties of sprayed films of (CdO)x(ZnO)1-x mixed oxide

A novel NO2 sensor based on (CdO)x(ZnO)1-x mixed-oxide thin films deposited by the spray pyrolysis technique is developed. The sensor response to 3-ppm NO2 is studied in the range 50°C-350°C for three different film compositions. The device is also tested for other harmful gases, such as CO (300 ppm) and CH4 (3000 ppm). The sensor response to these reducing gases is different at different temperatures varying from the response typical for the p-type semiconductor to that typical for the n-type semiconductor. Satisfactory response to NO2 and dynamic behavior at 230°C, as well as low resistivity, are observed for the mixed-oxide film with 30% Cd. The response to interfering gas is poor at working temperature (230°C). On the basis of this study, a possible sensing mechanism is proposed.

Synthesis, structural order and magnetic behavior of self-assembled epsilon-Co nanocrystal arrays

The synthesis of magnetic nanoparticles with monodispere size distributions, their self assembly into ordered arrays and their magnetic behavior as a function of structural order (ferrofluids and 2D assemblies) are presented. Magnetic colloids of monodispersed, passivated, cobalt nanocrystals were produced by the rapid pyrolysis of cobalt carbonyl in solution. The size, size distribution (std. dev.< 5%) and the shape of the nanocrystals were controlled by varying the surfactant, its concentration, the reaction rate and the reaction temperature. The Co particles are defect-free single crystals with a complex cubic structure related to the beta phase of manganese (epsilon-Co). In the 2D assembly, a collective behavior was observed in the low-field susceptibility measurements where the magnetization of the zero field cooled process increases steadily and the magnetization of the field cooling process is independent the temperature. This was different from the observed behavior in a sample comprised of disordered interacting particles. A strong paramagnetic contribution appears at very low temperatures where the magnetization increases drastically after field cooling the sample. This has been attributed to the Co surfactant-particle interface since no magnetic atomic impurities are present in these samples.

Estudi de la viabilitat econòmica de la implantació d'una planta de piròlisi per a la producció de biochar en un context local i comarcal

En aquest document es pretén estudiar de la viabilitat econòmica de la implantació d’una planta de piròlisi per a la producció de biochar o char en un context local i comarcal. La biomassa és una font d’energia que genera uns rendiments energètics prou interesants i d’una manera respectuosa amb el medi ambient. Així doncs, la teòrica planta utilitzarà biomassa que, a traves del tractament termoquímic de la piròlisi, ens generarà uns productes que són d’utilitat per l’obtenció d’energia d’una manera respectuosa amb el medi ambient. Abans de fer l’anàlisi econòmic, hi ha una explicació extensa dels processos termoquímics, com són la piròlisi, la gasificació i la torrefacció. Posteriorment, es du a terme una revisió de l’estat actual de les tecnologies de conversió de biomassa a Catalunya i finalment es realitza un inventari i anàlisi dels usos de la biomassa a Catalunya, en el qual es parla principalment de l’estella el pèl·let, així com també de la seva producció, consum i exportació. El nostre anàlisi econòmic de la planta de processament de biomassa es durà a terme a nivell local, és a dir en un municipi, i també a nivell comarcal a Catalunya. A partir del processament de biomassa per mitja de la piròlisi, obtindrem uns productes, entre els quals el biochar, que serà un dels productes finals per poder vendre. L’altre producte serà el pèl·let de biochar, que l’obtindrem a través del procés de pel·letització. Aquest procés ens permetrà densificar el mateix biochar i obtenir-ne pèl·lets amb un poder calorífic superior, com també el seu possible preu de venda final. En aquest anàlisi econòmic plantejarem diferents escenaris tant a nivell local com comarcal, és a dir, farem variar diferents paràmetres de la planta, com poden ser els dies, les hores de treball, el sou dels treballadors, l’existència de procés de pel·letització...per veure la viabilitat del nostre projecte. Aquesta viabilitat la mesurarem amb diferents Índexs, entre els quals hi ha l’Índex de Rendibilitat, que ens determinarà si el projecte és possible si el seu valor és més gran a 1.

Development of Non-Petroleum-Based Binders for Use in Flexible Pavements – Phase II, TR-650, 2015

Bio-binders can be utilized as asphalt modifiers, extenders, and replacements for conventional asphalt in bituminous binders. From the rheology results of Phase I of this project, it was found that the bio-binders tested had good performance, similar to conventional asphalt, except at low temperatures. Phase II of this project addresses this shortcoming and evaluates the Superpave performance of laboratory mixes produced with the enhanced bio-binders. The main objective of this research was to develop a bio-binder capable of replacing conventional asphalt in flexible pavements by incorporating ground tire rubber (GTR) into bio-oil derived from fast pyrolysis of agriculture and forestry residues. The chemical compatibility of the new bio-binder with GTR was assessed, and the low-temperature performance of the bio-binders was enhanced by the use of GTR. The newly developed binder, which consisted of 80 percent conventional binder and 20 percent rubber-modified bio-oil (85 percent bio-oil with 15 percent GTR), was used to produce mixes at two different air void contents, 4 and 7 percent. The laboratory performance test results showed that the performance of the newly developed bio-binder mixes is as good as or better than conventional asphalt mixes for fatigue cracking, rutting resistance, moisture sensitivity, and low-temperature cracking. These results need to be validated in field projects in order to demonstrate adequate performance for this innovative and sustainable technology for flexible pavements.

Characterization of phosphate structures in biochar from swine bones

The objective of this work was to develop an alternative methodology to study and characterize the phosphate crystalline properties, directly associated with solubility and plant availability, in biochar from swine bones. Some phosphate symmetry properties of pyrolyzed swine bones were established, using solid state nuclear magnetic resonance spectroscopy, principal component analysis, and multivariate curve resolution analysis, on four pyrolyzed samples at different carbonization intensities. Increasing carbonization parameters (temperature or residence time) generates diverse phosphate structures, increasing their symmetry and decreasing the crossed polarizability of the pair ¹H-31P, producing phosphates with, probably, lower solubility than the ones produced at lower carbonization intensity. Additionally, a new methodology is being developed to study and characterize phosphate crystalline properties directly associated with phosphate solubility and availability to plants.

Biochar and soil nitrous oxide emissions

The objective of this work was to evaluate the effect of biochar application on soil nitrous oxide emissions. The experiment was carried out in pots under greenhouse conditions. Four levels of ground commercial charcoal of 2 mm (biochar) were evaluated in a sandy Albaqualf (90% of sand): 0, 3, 6, and 9 Mg ha-1. All treatments received 100 kg ha-1 of N as urea. A cubic effect of biochar levels was observed on the N2O emissions. Biochar doses above 5 Mg ha-1 started to mitigate the emissions in the evaluated soil. However, lower doses promote the emissions.

Characterization of board impurities with a Raman device

Erilaisia epäpuhtauksia kulkeutuu paperinvalmistusprosessiin ja monenlaisia saostumia muodostuu paperinvalmistuksen prosesseissa. Epäpuhtaudet voivat aiheuttaa prosessiongelmia sekä alentaa tuotteen laatua. Epäpuhtauksien alkuperän ja koostumuksen selvittäminen edellyttää usein erilaisten analyysimenetelmien käyttöä. Epäpuhtauksien luokittelu on useasti välttämätöntä ennen tarkempaa kemiallista analyysia. Paperinvalmistuksen epäpuhtauksien kvalitatiiviseen luokitteluun on yleisimmin käytetty mikroskopian, IR-spektroskopian ja analyyttisen pyrolyysin menetelmiä. Raman spektroskopia on harvinaisempi menetelmä paperiteollisuuden tutkimuksessa. Raman instrumenttien kehittyminen on ollut voimakasta viimeisen vuosikymmenen aikana. Raman spektroskopia onkin osoittanut mandollisuutensa polymeerien, lääketeollisuuden ja polttoaineteollisuuden tutkimuksissa. Tässä työssä tutkittiin erään elintarvikepakkauskartongin epäpuhtauksia Raman spektroskoopilla. Työn tavoitteena oli selvittää Raman analyysin käyttökelpoisuutta kartongin epäpuhtauksien online-luokittelussa. Tutkimukset suoritettiin Spectracoden RP-1 Raman instrumentilla. Tutkimukset osoittivat, että näytteen fluoresenssi ja näytteen hajoaminen asettavat rajoituksia epäpuhtauksien Raman analyysille. Epäpuhtauksien online-tunnistaminen toimii käytettäessä suuria lasertehoja ja säteilytysaikoja. Näytteiden laserherkkyys ja fluoresenssi rajoittavat kuitenkin suurien laiteparametrien käyttöä. Laiteparametrien pienentäminen johti mittauksien signaali-kohina suhteen alenemiseen, mikä puolestaan aiheutti online-tunnistuksen toimimattomuuden.

Kiinteäkerroskaasuttimen toiminnan teoreettinen tarkastelu ja puupellettien kaasutuskokeet myötävirtareaktorilla

Tämä työ on osa tutkimusprojektia, jonka tarkoituksena on kehittää uudentyyppinen kaasutustekniikkaan perustuva kiinteistöjen lämmitysjärjestelmä. Työ on tehty osaksi kirjallisuustutkimuksena käyttämällä hyödyksi alalla tehtyjä tutkimuksia ja kirjallisuutta. Kirjallisuustutkimuksen tavoitteena oli luoda yhtenäinen tietopaketti lämmitysjärjestelmän kehityksen tueksi. Työn kokeellisen osion tavoitteena oli tutkia lämmitysjärjestelmän kaasuttimen prototyypin toimintaa ja selvittää sen käyttöön liittyviä ongelmia. Kirjallisuusosiossa käsitellään kaasutuksen vaiheita: alkulämpeneminen ja kuivuminen, syttyminen, pyrolyysi sekä jäännöshiilen palaminen ja kaasutus. Varsinkin pyrolyysiprosessin tunteminen on merkittävää, kun halutaan parantaa biomassan poltto- ja kaasutusprosessien suunnittelua. Lisäksi kirjallisuusosiossa käsitellään kaasutuksessa syntyvän tuotekaasun ominaisuuksia: koostumus, lämpöarvo, tiheys ja palamisominaisuudet. Tuotekaasun ominaisuudet vaihtelevat suuresti kaasutusprosessista ja -olosuhteista sekä polttoaineesta riippuen. Tuotekaasun kohdalta käsitellään myös sen käyttökohteita. Perinteisesti kaasutuksen tuotekaasua käytetään lämmöntuotantoon, mutta tulevaisuuden haasteena on tuotekaasun käyttö kaasuturbiineissa sähköntuotantoon. Tuotekaasun käyttöä laajemmin rajoittaa sen sisältämät epäpuhtaudet. Tämän vuoksi kirjallisuusosiossa käsitellään myös tuotekaasun puhdistusmenetelmiä ja sen poltossa syntyvien päästöjen vähentämiskeinoja. Kokeellisessa osiossa suoritettiin puupellettien kaasutuskokeita TTKK:n Energia- ja prosessitekniikan laitoksen raskaaseen laboratorioon rakennetulla kaasutusreaktorilla. Kaasutuskokeiden avulla löydettiin kaasutusreaktorin toiminnan ongelmakohdat ja pystyttiin aloittamaan lämmitysjärjestelmän jatkokehitys.

Pyrolyysiöljyn tuottaminen kiertoleijukattilaan liitetyllä prosessilla

Pyrolyysiöljy on biomassasta nopealla hapettomalla lämpökäsittelyprosessilla saatavaa nestemäistä polttoainetta. Kasvavien uusiutuvan energian käyttötavoitteiden myötä pyrolyysiöljystä on tullut kiinnostava vaihtoehto fossiilisille polttoöljyille. Suurimmat käytön haasteet ovat alhainen lämpöarvo, korkeat kiintoainepitoisuudet ja happamuus fossiilisiin polttoöljyihin verrattuna sekä eri raaka-aineista syntyvät ominaisuuksiltaan erilaiset pyrolyysiöljyt. Pyrolyysiöljyn kaupallinen tuotanto on vasta käynnistymässä eikä sen laadulle ole olemassa standardeja, joten eri valmistajien tuotteet voivat poiketa toisistaan huomattavastikin. Suomessa on Valtion teknillisen tutkimuskeskuksen (VTT) toimesta kehitetty Integrated Thermal Process (ITP)-konsepti, jossa pyrolyysiöljyn tuotantoprosessi on liitetty kiertoleijukattilaprosessiin. Prosessien yhdistämisellä voidaan parantaa kokonaishyötysuhdetta sekä hyödyntää laitosten yhteistä käyttöä ja polttoaineen hankintaa. Pyrolyysiprosessin tarvitsema lämpöenergia otetaan petihiekan välityksellä kattilasta, jossa poltetaan myös prosessissa syntyvät oheistuotteet. Tässä diplomityössä tutkittiin pyrolyysiprosessin vaikutusta voimalaitoksen toimintaan ja luotiin malli voimalaitoksen energiataseessa tapahtuvien muutosten arviointiin. Malli laskee sekä pyrolysaattorin että raaka-aineen käsittelyn vaikutukset voimalaitoksen sähkön- ja lämmöntuotantoon. Lisäksi mallin avulla voidaan arvioida pyrolysaattorin aiheuttama raaka-aineen tarve sekä voimalaitoksen lisäpolttoaineen tarve. Työssä tarkasteltiin myös pyrolyysiöljyn ominaisuuksia ja käyttökohteita, sekä tarvittavia muutoksia olemassa olevaan voimalaitokseen. Lisäksi arvioitiin tuotannon kannattavuutta. Mallia sovellettiin esimerkkivoimalaitokseen, jossa on harkittu pyrolyysiöljyn tuotannon aloittamista. Laskelmien perusteella pyrolyysiöljyn tuotannolla on sähkön- ja lämmöntuotantoa alentava sekä polttoaineen tarvetta korottava vaikutus. Pyrolyysiprosessin lisääminen nostaa voimalaitoksen kokonaishyötysuhdetta. Suotuisissa olosuhteissa öljytuotanto ITP-konseptilla näyttäisi olevan taloudellisesti kannattavaa.

Determinação de fósforo em aços por espectrometria de absorção atômica no forno de grafite

A method for the determination of phosphorus in steel samples by graphite furnace atomic absorption spectrometry, using the Zeeman effect background correction and the STPF conditions is proposed. The effect of iron (III) on the phosphorus signal was studied. It was verified, through the pyrolysis temperature curves, that iron (III) is an efficient chemical modifier, thermically stabilizing phosphorus up to 1400ºC. The phosphorus signal increases with the iron (III) concentration, but in the range, which corresponds to the usual concentrations of iron in the sample solutions, the increase is small. Phosphorus was determined in three standard reference materials, after its dissolution in a mixture of hydrochloric and perchloric acids in a PTFE bomb. The agreement with the certified concentration values was excellent. Iron (III) was added to the reference analytical solutions prepared in the blank of the dissolution, while the sample solutions were measured directly, since they already contained the modifier. The detection limit (k = 2) was 0.0042% of phosphorus in the steel sample.

Determinação direta de selênio em água de coco e em leite de coco utilizando espectrometria de absorção atômica com atomização eletrotérmica em forno de grafite

Selenium is both essential and toxic to man and animals, depending on the concentration and the ingested form. Most fruits and vegetables are poor sources of selenium, but coconut can be a good selenium source. Samples were suspended (1 + 4 v/v) in a mixture of tertiary amines soluble in water (10% v/v CFA-C). This simple sample treatment avoided contamination and decreased the analysis time. The standard additions method was adopted for quantification. The action of the autosampler was improved by the presence of the amines mixture in the suspension. A Varian model AA-800 atomic absorption spectrometer equipped with a graphite furnace and a GTA 100 autosampler was used for selenium determination in coconut water and coconut milk. Background correction was performed by means of the Zeeman effect. Pyrolytically coated graphite tubes were employed. Using Pd as chemical modifier, the pyrolysis and the atomization temperatures were set at 1400 and 2200ºC, respectively. For six samples, the selenium concentration in coconut water varied from 6.5 to 21.0 mug L-1 and in coconut milk from 24.2 to 25.1 mug L-1. The accuracy of the proposed method was evaluated by an addition-recovery experiment and all recovered values are in the 99.5-102.3% range. The main advantage of the proposed method is that it can be directly applied without sample decomposition.

Emprego de planejamento fatorial para a otimização das temperaturas de pirólise e atomização de Al, Cd, Mo e Pb por ETAAS

This work describes a factorial design for the optimization of pyrolysis and atomization temperatures in ETAAS. As examples, Cd and Pb were determined using lower pyrolysis and atomization temperatures and Al and Mo with higher pyrolysis and atomization temperatures. Good results were obtained for Cd employing Rh (m o = 1.4 pg) as a permanent modifier with pyrolysis and atomization temperatures of 640 and 1500 °C, respectively. For Zr, W or Zr+W, the Cd pyrolysis and atomization temperatures were 500 and 1500 °C, respectively, with m o = 1.4 pg using Zr or W and 1.5 pg using Zr+W. The best results for Pb were those using Rh, Zr, W and Zr+Rh, obtaining characteristic masses of 42, 37, 34 and 36 pg, respectively. Pyrolysis and atomization temperatures of 910 and 1850 °C, respectively, were achieved for this metal. For Al, the best results were obtained when Zr or Zr+W were used. Mo was also tested as a possible permanent modifier for Al, but the results were not satisfactory. The results obtained for Mo without modifier were similar to those with conventional modifiers (Mg or Pd+Mg) and the results obtained using permanent chemical modifiers were not satisfactory. In all situations, the experiments were performed faster than those using the univariate procedure.

Influência da geometria da plataforma na determinação de chumbo em zidovudina (AZT) por ET AAS

The aim of this work was to compare the performances of the L'vov and integrated platforms in order to overcome the interferences found on lead determination in zidovudine by ET AAS. Pyrolysis and atomization temperatures found with integrated platform were 700 and 1400°C, respectively. The characteristic masses were 12.7 ± 1.2 pg with integrated platform and 11.1 ± 1.3 pg with grooved platform. The ratio between the slopes of zidovudine and aqueous curves shows a decrease in the interferences when the L'vov platform is used (bAZT/b aq = 0.97 ± 0.10) and the detection limit found was 0.03 µg.g-1. That ratio was 0.85 ± 0.07 with the integrated platform.

The evaluation of hazardous gas components caused by the thermal degradation of plant oils and animal fats

Neste Oil has introduced plant oils and animal fats for the production of NExBTL renewable diesel, and these raw materials differ from the conventional mineral based oils. One subject of new raw materials study is thermal degradation, or in another name pyrolysis, of these organic oils and fats. The aim of this master’s thesis is to increase knowledge on thermal degradation of these new raw materials, and to identify possible gaseous harmful thermal degradation compounds. Another aim is to de-termine the health and environmental hazards of identified compounds. One objective is also to examine the formation possibilities of hazardous compounds in the produc-tion of NExBTL-diesel. Plant oils and animal fats consist mostly of triglycerides. Pyrolysis of triglycerides is a complex phenomenon, and many degradation products can be formed. Based on the literature studies, 13 hazardous degradation products were identified, one of which was acrolein. This compound is very toxic and dangerous to the environment. Own pyrolysis experiments were carried out with rapeseed and palm oils, and with a mix-ture of palm oil and animal fat. At least 12 hazardous compounds, including acrolein, were analysed from the gas phase. According to the experiments, the factors which influence on acrolein formation are the time of the experiment, the sphere (air/hydrogen) in which the experiment is carried out, and the characteristics of the used oil. The production of NExBTL-diesel is not based on pyrolysis. This is why thermal degradation is possible only when abnormal process conditions prevail.

Decomposição térmica de complexos de Zn e Cd com isomaleonitriladitiolato (imnt)

Thermal decomposition of [Bu4N]2[Zn(imnt)2] and [M(NH3)2(imnt)] complexes with M = Zn and Cd, and imnt = (bis 1,1-dicyanoethylene-2,2 dithiolate) in inert atmosphere was investigated by thermogravimetric analysis (TG) and differential scanning calorimetry (DSC). Pyrolysis studies at different temperatures, 300, 400, 500, and 600 ºC, in N2 atmosphere were performed and the products were characterized by X-ray diffraction (XRD), infrared and Raman spectroscopy, and scanning electron microscopy (SEM). The products were identified as sulfide sub-micron particles, along with amorphous carbon. Particle sizes estimated by SEM were ca. 50 nm for the cationic complexes and 500 nm for the neutral complexes.