Determinación simultánea de Cr, Ni y V en orina mediante et aas

A procedure for the simultaneous determination of Cr, Ni, and V in urine by electrothermal atomic absorption spectrometry (ET AAS) was optimized by factorial design, and performed at a pyrolysis and atomization temperatures of 1300 and 2500 ºC, respectively, using 15 µg de Mg(NO3)2 as chemical modifier. Characteristics mass of 14, 6 and 220 ρg and detection limits of the method of 0.07, 0.38 and 0.75 µg L-1 were obtained for Cr, Ni and V respectively. The methodology was validated using a Liphochek Urine Metals Control sample (Bio-Rad) (P=0.05). The methodology was applied to samples of voluntary Venezuelan people, not environmentally exposed to specific emissions, and results ranging from < LOD-1.1 and 1.3-3.3 µg L-1 was observed for Cr and V, respectively, and not detectable levels for Ni.

Síntese de nanomateriais de carbono a partir do resíduo de milho (DDGS)

The world's largest ethanol producer (USA) uses corn as feedstock. DDGS (distillers dried grains with solubles) is the main waste generated from this process (around 32 million t/year). DDGS samples were pyrolyzed at 1000 ºC in a furnace with controlled atmosphere. The effluent was channeled to a second furnace, in which catalyst substrates were placed. Chromatographic analysis was used to evaluate the gaseous effluents, showing that the catalyst reduced hydrocarbon emissions. The solid products formed were analyzed by SEM and TEM. Graphitic structures and carbon nanofibers, 50 µm in length and with diameters of 80-200 nm, were formed.

Remoção de compostos fenólicos de soluções aquosas utilizando carvão ativado preparado a partir do aguapé (Eichhornia crassipes): estudo cinético e de equilíbrio termodinâmico

Activated carbon was produced from the water hyacinth (CAA) by impregnation with ZnCl2 (1:2), followed by pyrolysis at 700 ºC, under N2. CAA was used for the adsorption of phenol, m-cresol and o-cresol from aqueous solutions, using batch adsorption. The effects of contact time, pH, temperature and concentration on sorption were investigated. Adsorption capacity, calculated using the Langmuir model proved to be dependent on temperature, reaching values of 163.7, 130.2 and 142.3 mg g-1 for phenol, m-cresol and o-cresol, respectively, at 45 ºC. Thermodynamic data at the solid-liquid interface suggests an endothermic, spontaneous and environmentally-friendly process.

VIDROS DE OXICARBETO DE SILÍCIO OBTIDOS A PARTIR DE POLISSILOXANOS

AbstractSilicon oxycarbide glasses (SiOC) are a class of amorphous materials with a similar silica glass structure, in which oxygen atoms are partially replaced by tetracoordenated carbon atoms. The presence of carbon atoms covalently bound to the silicon atoms creates a more interconnected structure with better strength, and excellent chemical stability than conventional silica. SiOCs are easily prepared by the pyrolysis of polysiloxanes and can potentially be implemented in several technological applications that require high temperatures. This paper mainly addresses the preparation, structure, and properties of SiOC. Furthermore, potential applications of SiOC are also introduced.

PYROLIGNEOUS LIQUOR PRODUCED FROM ACACIA MEARNSII DE WILD WOOD UNDER CONTROLLED CONDITIONS AS A RENEWABLE SOURCE OF CHEMICALS

Acacia mearnsii de Wild (black wattle) is one of the most important trees planted in Southern Brazil for tannin extraction and charcoal production. The pyrolysis of the black wattle wood used for obtaining charcoal is performed in brick ovens, with the gas fraction being sent directly into the environment. The present study examines the condensable compounds present in the liquor produced from black wattle wood at different thermal degradation conditions, using gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC/MS). Branches of black wattle were thermally degraded at controlled ambient and temperature conditions. Overall, a higher variety of compounds were obtained under atmospheric air pressure than under synthetic air pressure. Most of the tentatively identified compounds, such as carboxylic acids, phenols, aldehydes, and low molecular mass lignin fragments, such as guayacol, syringol, and eugenol, were products of lignin thermoconversion. Substituted aromatic compounds, such as vanillin, ethyl vanillin, and 2-methoxy-4-propeny-phenol, were also identified. At temperatures above 200 ºC, furan, 2-acetylfuran, methyl-2-furoate, and furfural, amongst others, were identified as polysaccharide derivatives from cellulose and hemicellulose depolymerization. This study evidences the need for adequate management of the condensable by-products of charcoal production, both for economic reasons and for controlling their potential environmental impact.

PREPARAÇÃO DE PONTOS DE CARBONO E SUA CARACTERIZAÇÃO ÓPTICA: UM EXPERIMENTO PARA INTRODUZIR NANOCIÊNCIA NA GRADUAÇÃO

Carbon dots (CDs) constitute a new class of carbon-based nanomaterials that measure less than 10 nm and display attractive physical and chemical features such as fluorescence. CDs have been considered the new “power” carbon nanomaterials since their accidental discovery in 2004. This study reports a simple, easy, and accessible experiment for undergraduate courses. The experiment involves the preparation of CDs by pyrolysis using commercial gelatin as a low cost precursor as well as CD purification and optical characterization. The optical properties of CDs such as absorption and emission properties make them a promising material for teaching the basic concepts and techniques used for characterization of nanomaterials. Also, the reactants and final product are suitable for undergraduate courses since they are non-toxic materials. The prepared CDs can be used in such applications as bioimaging, solar cells, and photocatalysis.

Simultaneous determination of Cd and Pb in antibiotics used in sugar-cane fermentation process by GFAAS

A method has been developed for the simultaneous determination of Cd and Pb in antibiotics used in sugar-cane fermentation by GFAAS. The integrated platform of transversely heated graphite atomizer was treated with tungsten to form a coating of tungsten carbide. Six samples of commercial solid antibiotics were analyzed by injecting 20 µL of digested samples into the pretreated graphite platform with co-injection of 5 µL of 1000 mg L-1 Pd as chemical modifier. Samples were mineralized in a closed-vessel microwave-assisted acid-digestion system using nitric acid plus hydrogen peroxide. The pyrolysis and atomization temperatures of the heating program of the atomizer were selected as 600°C and 2200°C, respectively. The calculated characteristic mass for Cd and Pb was 1.6 pg and 42 pg, respectively. Limits of detection (LOD) based on integrated absorbance were 0.02 µg L-1 Cd and 0.7 µg L-1 Pb and the relative standard deviations (n = 10) for Cd and Pb were 5.7% and 8.0%, respectively. The recoveries of Cd and Pb added to the digested samples varied from 91% to 125% (Cd) and 80% to 112% (Pb).

A Development and Application of a Three-Dimensional Model for a CFB Gasifier

The developing energy markets and rising energy system costs have sparked the need to find new forms of energy production and increase the self-sufficiency of energy production. One alternative is gasification, whose principles have been known for decades, but it is only recently when the technology has become a true alternative. However, in order to meet the requirements of modern energy production methods, it is necessary to study the phenomenon thoroughly. In order to understand the gasification process better and optimize it from the viewpoint of ecology and energy efficiency, it is necessary to develop effective and reliable modeling tools for gasifiers. The main aims of this work have been to understand gasification as a process and furthermore to develop an existing three-dimensional circulating fluidized bed modeling tool for modeling of gasification. The model is applied to two gasification processes of 12 and 50 MWth. The results of modeling and measurements have been compared and subsequently reviewed. The work was done in co-operation with Lappeenranta University of Technology and Foster Wheeler Energia Oy.

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.

Hakkuutähteestä valmistetun pyrolyysiöljyn elinkaaren kasvihuonekaasupäästöt

Kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseksi ja uusiutuvan energian käytön lisäämiseksi EU:ssa on säädetty direktiivi uusiutuvan energian käytön edistämisestä(RES-direktiivi). Direktiivissä annetaan ohjeet biopolttoaineiden ja bionesteiden kasvihuonekaasuvaikutusten laskemiseen. Tämän työn tarkoituksena oli selvittää, täyttääkö hakkuutähteistä valmistettu pyrolyysiöljy RES-direktiivin asettamat määrälliset vaatimukset kasvihuonekaasujen päästövähennykselle silloin, kun pyrolyysiöljyllä korvataan raskasta polttoöljyä lämmöntuotannossa. Laskenta suorittiin direktiivin ohjeiden mukaan. Lisäksi työssä pohdittiin laskentamenetelmän soveltuvuutta pyrolyysiöljyn ilmastovaikutusten arviointiin yleisesti. Laskennassa huomioitiin raaka-aineen tuotannosta, jalostuksesta sekä kuljetuksesta ja jakelusta aiheutuvat kasvihuonekaasupäästöt. Päästöt laskettiin ensin oletusarvoilla, jonka jälkeen suoritettiin todennäköisyyspohjainen herkkyystarkastelu valituille parametreille. Herkkyystarkastelun tuloksista huomattiin, että päästövähennys riippuu pääasiassa kahdesta tekijästä: maaperän hiilitaseen muutoksesta aiheutuvista päästöistä ja pyrolyysiprosessin tarvitseman lämmön tuotantoon käytetyistä polttoaineista. Eniten tuloksiin vaikutti kuitenkin se, oletettiinko pyrolysaattori ja kattila tarkastelussa erillisiksi yksiköiksi (tapaus 1) vai kokonaisuudeksi (tapaus 2). Tulosten perusteella näyttää siltä, että pyrolyysiöljyn käyttö lämmöntuotannossa raskaan polttoöljyn sijasta johtaa päästövähennyksiin. Saatuja tuloksia ei kuitenkaan voida pitää ennusteina pyrolyysiöljyn todellisista ilmastovaikutuksista, koska elinkaariarviointiin liittyy monia epävarmuuksia. RES-direktiivin laskentaohjeet esimerkiksi järjestelmärajausten muodostamisesta ja päästöjen kohdentamisesta ovat epätarkat. Tästä syystä direktiiviä on mahdollista tulkita usealla eri tavalla, jolloin toisistaan poikkeavat tulokset voivat silti olla kaikki direktiivin mukaisesti laskettuja. Jotta liika tulkinnanvaraisuus ei aiheuttaisi ongelmia, olisi RES-direktiivin laskentaohjetta hyvä tarkentaa.

Nopeaan pyrolyysiin perustuvan bioöljyn tuotantolaitoksen liiketoiminnallinen malli ja kannattavuuslaskenta Savonlinnan seudulla

Pyrolyysiöljy on biomassasta nopealla hapettomalla lämpökäsittelyprosessilla valmistettavaa nestemäistä polttoainetta. Kasvavien uusiutuvan energian käyttötavoitteiden myötä pyrolyysiöljystä on tullut varteenotettava vaihtoehto fossiilisille polttoöljyille. Suurimmat käytön haasteet ovat alhainen lämpöarvo, happamuus ja korkeahkot kiintoainepitoisuudet verrattuna fossiilisiin polttoöljyihin. Nämä haasteet ovat kuitenkin ratkaistavissa. Työssä tarkasteltiin bioöljyn tuotantolaitoksen liiketoiminnallista mallia ja kannattavuutta Savonlinnan seudulle sijoitettuna. Tätä varten selvitettiin alueellinen raaka-aineen saatavuus ja hinta, sekä potentiaaliset markkinat pyrolyysiöljylle. Kannattavuuslaskentaa varten luotiin exel – pohjainen laskentatyökalu, jolla laskettiin pyrolyysiöljyn tuotannon omakustannushinnat ja kannattavuudet eri laitosvaihtoehdoille. Saaduille tuloksille tehtiin herkkyysanalyysi, jolla selvitettiin merkittävimmät kannattavuuteen vaikuttavat tekijät. Laskettujen tulosten perusteella pienemmät 100 BDMTPD (Bone Dry Metric Ton per Day) tuotantolaitokset eivät ole kannattavia investointeja. Suuremmat 400 BDMTPD tuotantolaitokset ovat kannattavia, kunhan raaka-aine saadaan kohtuulliseen hintaan ja investointikustannukset pysyvät kurissa.

Metanolin tuotanto biomassasta

Tämä työ käsittelee eri tapoja, joilla biomassasta voidaan valmistaa metanolia. Työssä käydään läpi eri valmistusreitit sekä tarkastellaan biomassaa raaka-aineena. Työhön on myös koottu joidenkin maailmalla tehtyjen tutkimusten aine- ja energiataseita. Tutkimusten pohjalta mietitään onko metanolin tuotanto liikennepolttoaineeksi tällä hetkellä taloudellisesti tai energiatehokkuudeltaan järkevää. Metanolia voidaan valmistaa biomassasta pääsääntöisesti viidellä eri tavalla. Ensimmäinen tapa on kaasuttaa biomassaa, jolloin tuotetaan raaka-kaasua. Raaka-kaasusta jalostetaan synteesikaasua, josta voidaan metanolisynteesillä valmistaa metanolia. Toinen tapa metanolin valmistamiseksi on liittää tuotanto sellunkeiton yhteyteen. Tällöin raaka-aineena olisi selluprosessissa syntyvä mustalipeä, josta metanoli voidaan erottaa. Kolmas mahdollinen valmistusprosessi on biomassan mädätys. Mädätyksessä syntyy biokaasua, josta jalostetaan synteesikaasuaja siitä edelleen metanolia. Neljäs keino metanolin valmistamiseksi biomassasta on pyrolyysi. Puun pyrolyysissä puu kuumennetaan nopeasti hapettomissa tai rajallisen hapensaannin olosuhteissa. Prosessissa syntyvästä pyrolyysiöljystä voidaan erottaa metanolia tislaamalla. Viides mahdollinen reitti metanolin valmistukselle on Fischer¬–Tropsch-synteesi. Biomassasta saatu synteesikaasu johdetaan FT-synteesiin, jossa katalyyttisesti saadaan hiilivetyjen ohella tuotettua metanolia. Biopolttoaineiden kuten metanolin valmistusprosesseja tutkitaan ja kehitetään jatkuvasti, sillä uusiutumattomat energianlähteet eivät riitä loputtomasti ja niiden aiheuttamia hiilidioksidipäästöjä halutaan vähentää. Tällä hetkellä tuotantoteknologiat eivät ole vielä tarpeeksi kehittyneet, jotta tuotanto saataisiin vastaamaan kulutusta. Metanolia ei kuitenkaan vielä voida käyttää sellaisenaan liikennepolttoaineena, joten metanolin markkinat ainakin vielä ovat sillä saralla varsin kapeat.

Pyrolyysiöljyn valmistus Suomessa kotimaisista raaka-aineista

Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on selvittää pyrolyysiöljyn tuotantomahdollisuuksia metsäbiomassasta Suomessa. Työssä käydään läpi olennaisia tuotantotekniikoita ja pohditaan tuotantolaitoksen mahdollista sijoituspaikkaa. Lisäksi tehdään karkea laskenta yksittäisen laitoksen ideaalisesta vuosikapasiteetista ja verrataan tulosta olemassa olevasta laitoksesta saatuihin tietoihin.

Additional revenue opportunities in pulp mills and their impacts on the kraft process

Although the concept of multi-products biorefinery provides an opportunity to meet the future demands for biofuels, biomaterials or chemicals, it is not assured that its implementation would improve the profitability of kraft pulp mills. The attractiveness will depend on several factors such as mill age and location, government incentives, economy of scale, end user requirements, and how much value can be added to the new products. In addition, the effective integration of alternative technologies is not straightforward and has to be carefully studied. In this work, detailed balances were performed to evaluate possible impacts that lignin removal, hemicelluloses recovery prior to pulping, torrefaction and pyrolysis of wood residues cause on the conventional mill operation. The development of mill balances was based on theoretical fundamentals, practical experience, literature review, personal communication with technology suppliers and analysis of mill process data. Hemicelluloses recovery through pre-hydrolysis of chips leads to impacts in several stages of the kraft process. Effects can be observed on the pulping process, wood consumption, black liquor properties and, inevitably, on the pulp quality. When lignin is removed from black liquor, it will affect mostly the chemical recovery operation and steam generation rate. Since mineral acid is used to precipitate the lignin, impacts on the mill chemical balance are also expected. A great advantage of processing the wood residues for additional income results from the fact that the pulping process, pulp quality and sales are not harmfully affected. For pulp mills interested in implementing the concept of multi-products biorefinery, this work has indicated possible impacts to be considered in a technical feasibility study.

Towards sustainable Iron- and steelmaking with economic optimization

The iron and steelmaking industry is among the major contributors to the anthropogenic emissions of carbon dioxide in the world. The rising levels of CO2 in the atmosphere and the global concern about the greenhouse effect and climate change have brought about considerable investigations on how to reduce the energy intensity and CO2 emissions of this industrial sector. In this thesis the problem is tackled by mathematical modeling and optimization using three different approaches. The possibility to use biomass in the integrated steel plant, particularly as an auxiliary reductant in the blast furnace, is investigated. By pre-processing the biomass its heating value and carbon content can be increased at the same time as the oxygen content is decreased. As the compression strength of the preprocessed biomass is lower than that of coke, it is not suitable for replacing a major part of the coke in the blast furnace burden. Therefore the biomass is assumed to be injected at the tuyere level of the blast furnace. Carbon capture and storage is, nowadays, mostly associated with power plants but it can also be used to reduce the CO2 emissions of an integrated steel plant. In the case of a blast furnace, the effect of CCS can be further increased by recycling the carbon dioxide stripped top gas back into the process. However, this affects the economy of the integrated steel plant, as the amount of top gases available, e.g., for power and heat production is decreased. High quality raw materials are a prerequisite for smooth blast furnace operation. High quality coal is especially needed to produce coke with sufficient properties to ensure proper gas permeability and smooth burden descent. Lower quality coals as well as natural gas, which some countries have in great volumes, can be utilized with various direct and smelting reduction processes. The DRI produced with a direct reduction process can be utilized as a feed material for blast furnace, basic oxygen furnace or electric arc furnace. The liquid hot metal from a smelting reduction process can in turn be used in basic oxygen furnace or electric arc furnace. The unit sizes and investment costs of an alternative ironmaking process are also lower than those of a blast furnace. In this study, the economy of an integrated steel plant is investigated by simulation and optimization. The studied system consists of linearly described unit processes from coke plant to steel making units, with a more detailed thermodynamical model of the blast furnace. The results from the blast furnace operation with biomass injection revealed the importance of proper pre-processing of the raw biomass as the composition of the biomass as well as the heating value and the yield are all affected by the pyrolysis temperature. As for recycling of CO2 stripped blast furnace top gas, substantial reductions in the emission rates are achieved if the stripped CO2 can be stored. However, the optimal recycling degree together with other operation conditions is heavily dependent on the cost structure of CO2 emissions and stripping/storage. The economical feasibility related to the use of DRI in the blast furnace depends on the price ratio between the DRI pellets and the BF pellets. The high amount of energy needed in the rotary hearth furnace to reduce the iron ore leads to increased CO2 emissions.