Terpanos pentacíclicos como indicadores de heterogeneidades composicionais em reservatório de petróleo biodegradado

Reservoir geochemistry has been effectively used to evaluate compositional heterogeneity in petroleum reservoirs by employing oil fingerprinting technique to assess reservoir continuity, primarily in paraffin oil accumulations. In-reservoir biodegradation has resulted in vast deposits of heavy oils globally; therefore, the application of reservoir geochemistry to such accumulations becomes necessary. We recommend the use of pentacyclic terpanes instead of lower molecular compounds, which are less resistant to biodegradation. Using oil fingerprinting technique in this novel way enabled the differentiation of oil composition among sedimentary facies of tar sands (Pirambóia Formation, Paraná Basin).

Biodegradação bacteriana de compostos organoclorados

Due to their recalcitrant nature, organochlorides are already found in environment and the search for alternatives to eliminate these compounds such as biodegradation using native microorganisms is of great interest. A screening trial to select environmental bacteria able to degrade DDD, PCP and dieldrin was conducted. Among 14 isolates, the soil bacteria Pseudomonas aeruginosa L2-1 showed the highest tolerance to increasing concentrations of the organochlorides and was selected for further studies. Biodegradation was assessed in liquid medium, varying the concentrations of glucose and the presence of rhamnolipids (RL). The best medium for the occurrence of biodegradation of the compounds contained 0.5% glucose, giving approximately 50% yield after three days of incubation. Results showed that the biodegradation rates of the organochlorides by P. aeruginosa L2-1 were greater at low concentrations of glucose and in the presence of rhamnolipids.

EXTRAÇÃO DE POLI(3-HIDROXIBUTIRATO), PRODUZIDO POR Cupriavidus necator, COM CARBONATO DE PROPILENO

The environmental impact of plastic waste has attracted worldwide attention. Amid the current context of increasing concern for the environment, biodegradable plastics have been widely studied as a replacement for synthetic plastics. Poly(3-hydroxybutyrate) (P(3HB)) is a biopolymer stored as an intracellular energy and reserve source in many microorganisms. Because it is an intracellular product, P(3HB) must be extracted from the cells at the end of the culture. The purpose of this study was to investigate the effect of extraction time, heating temperature, first standing time (after filtration and extraction), second standing time (after P(3HB) precipitation) and solvent amount, during the process of extracting P(3HB) from Cupriavidus necator DSM 545, using propylene carbonate as solvent. The extraction kinetic of P(3HB) with propylene carbonate from thermally treated biomass was evaluated at different temperatures. The physical properties of the P(3HB) obtained were also evaluated. In this case, P(3HB) obtained at optimal conditions of recovery (98%) and purity (99%) was used. Results showed that temperature was the most important factor in these responses for the range of values studied (110-150 ºC).

DEGRADAÇÃO MICROBIOLÓGICA E ENZIMÁTICA DE POLÍMEROS: UMA REVISÃO

Polymer recycling has been one of the most important trend in the petrochemical area. Among different technologies, biotechnological (enzymatic and/or microbial) degradation of polymers for the recovery of monomers and oligomers is environmentally-friendly and meet some green chemistry principles. In this work, conditions for the biotechnological degradation of some industrially-relevant polymers (e.g. poly(ethylene terephthalate) and polyethylene) were revised, and the main biocatalysts were identified. In most cases, biodegradation mechanisms are still unclear, thus being necessary more studies to unravel these promising bioprocesses. Polymer biodegradation studies also present considerable importance for other fields, including biomedical and agricultural.

Muotin suunnittelu- ja valmistusprossin parantaminen solumuoviteollisuudessa

Diplomityö tehtiin Pohjoismainen Solumuovi Oy:lle. Tutkimusongelmaksi määriteltiin hyvin selkeästi tiedon puute muottien suunnittelusta sekä valmistuksesta. Työn tavoite oli parantaa solumuovituotteiden valmistuksessa käytettävien muottien laatua. Työn rajaus asettuu uusien muottien suunnittelu- ja valmistusprosessin parantamiseen. Työssä käsiteltiin tämän prosessin lisäksi mm. mallisuunnittelua, sekä koneen ja prosessien ominaisuuksia niiden muoteille asettamien vaatimusten pohjalta. Muottien ominaisuuksien oikeaoppinen suunnittelu on erittäin tärkeässä roolissa tulevien tuotantokustannusten muodostumisessa. Oikeaoppisella suunnittelulla tarkoitetaan työssä muottien eri osa-alueiden toisiinsa kytkeytymisen ymmärtämistä, niin muotin toimivuuden, lopputuotteen laadun sekä muotin tehokkuuden kannalta. Muottien ominaisuudet määräävät ideaalitilanteessa pitkälti koneiden sykliaikoja käytettävän raaka-aineen ja kappaleen dimensioiden lisäksi. Tämän vuoksi tilanteessa, jossa itse kone toimii moitteettomasti vakuumin, materiaalinsyötön, jäähdytyksen ja höyrytyksen osalta, saadaan muotin oikeaoppisella suunnittelulla lyhennettyä sykliaikoja ja vähennettyä virhekappaleiden määrää. Solumuovimuotin suunnitteluperiaatteita on lähes yhtä monta kuin suunnittelijoita. Mitään yksittäistä periaatetta ei voida suoraan tuomita vääränä, koska näillä muoteilla pystytään valmistamaan laadun kriteerit täyttäviä tuotteita. Useimmat suunnitteluperiaatteet pohjautuvat kuitenkin vain tietyn osa-alueen hallintaan, jonka jälkeen loput osa-alueet suunnitellaan tämän ehdoilla. Työssä saatujen tulosten pohjalta voidaan sanoa, että muotin tuottavuus on erityisesti kiinni kokonaisuudesta, ei yksittäisestä osa-alueesta.

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.

Determination of slurry’s viscosity using case based reasoning approach

Case-based reasoning (CBR) is a recent approach to problem solving and learning that has got a lot of attention over the last years. In this work, the CBR methodology is used to reduce the time and amount of resources spent on carry out experiments to determine the viscosity of the new slurry. The aim of this work is: to develop a CBR system to support the decision making process about the type of slurries behavior, to collect a sufficient volume of qualitative data for case base, and to calculate the viscosity of the Newtonian slurries. Firstly in this paper, the literature review about the types of fluid flow, Newtonian and non-Newtonian slurries is presented. Some physical properties of the suspensions are also considered. The second part of the literature review provides an overview of the case-based reasoning field. Different models and stages of CBR cycles, benefits and disadvantages of this methodology are considered subsequently. Brief review of the CBS tools is also given in this work. Finally, some results of work and opportunities for system modernization are presented. To develop a decision support system for slurry viscosity determination, software application MS Office Excel was used. Designed system consists of three parts: workspace, the case base, and section for calculating the viscosity of Newtonian slurries. First and second sections are supposed to work with Newtonian and Bingham fluids. In the last section, apparent viscosity can be calculated for Newtonian slurries.

Hybridikomposiittien hyödyntäminen tuulivoimalan rakenteissa

Diplomityön tarkoituksena oli tutkia hybridikomposiittien soveltuvuutta tuulivoimalan osien tai osakokonaisuuksien rakennemateriaaliksi. Lähtökohtana oli selvittää erityisesti luonnonkuitukomposiitin materiaaliteknisten ominaisuuksien, etenkin lujuusominaisuuksi-en soveltuminen tuulivoiman rakenteisiin. Työn johdanto-osuudessa esitellään tuulivoiman rooli tämän päivän energiantuotannossa, yksittäisen tuulivoimalalaitoksen rakenne, rakenteiden suunnittelussa huomioitavat seikat, voimalan eri osien kuten tornin, lapojen ja nasellin yleisimmät valmistusmenetelmät, sekä muovien ja eri lujitteiden ohella puumuovikomposiitin materiaaliominaisuudet, valmistus-menetelmät ja yleisimmät käyttökohteet. Hybridikomposiittien lujuusominaisuuksia tutkittiin Lappeenrannan teknillisen yliopiston puutekniikan laboratoriossa suoritetuissa mittauksissa. Saatuja tuloksia verrattiin referens-situlosten ohella myös tällä hetkellä tuulivoimalan rakenteissa yleisesti käytettävien lasi- ja hiilikuidun, sekä teräksen ominaisuuksiin. Mittaustulosten perusteella bambu- ja lasikuitu-lujitteiset puumuovikomposiitit soveltuvat parhaiten tuulivoimalarakenteisiin, mutta niiden valmistaminen ekstruusiomenetelmällä on melko haasteellista.

Selection of microorganisms producer of lipase for fat removal from biodiesel purification water

The objective this study has been the selection of lipase productor microorganism, for removal of oils and grease, in the pre-treatment of biodiesel wastewater washing. For this, analyses of the physicist-chemistries characteristics had been made with the wastewater of the biodiesel washing, and then it had been isolated and chosen, by means of determinations of the lipase activity. Following, it was made a test of fat biodegradation, in the conditions: pH (5.95), temperature (35 ºC), rotation (180 rpm) and ammonium sulfate as nitrogen source (3 g L-1) and establishing as variable the two microorganism preselected and the time (24; 48; 72; 96 and 120 h). The biodiesel purification wastewater had presented high potential of environmental impact, presenting a concentration of O of 6.76 g L-1. From the six isolated microbiological cultures, two microorganisms (A and B) had been selected, with enzymatic index of 0.56 and 0.57, respectively. The treatment of the wastewater using the isolated microorganism (Klebsiella oxytoca) had 80% of the fatty removal in 48 h.

Ammonia nitrogen desorption from sanitary landfill leachate in filling towers

Sanitary landfill leachates present high concentrations of carbonaceous and nitrogenous materials. The crucial point is that carbonaceous materials are of difficult biodegradation, what compromises the performance of biological treatment processes, while nitrogenous materials, such as ammonia nitrogen, probably preclude the use of biological treatments. Therefore, the aim of this work was to study the desorption process of ammonia nitrogen from sanitary landfill leachate in filling towers. Desorption was carried out in filling towers of 35 L capacity. The leachate was collected from a sanitary landfill located in João Pessoa, Paraíba State, Brazil. Desorption efficiency for the pH values ​​adopted in four treatments was 93% minimum and 95.5% maximum, with aeration mean time ranging from 3 to 6 hours. The limiting factors of ammonia nitrogen desorption from sanitary landfill leachates in filling towers are associated with the use of alkalizer species for pH correction, and electricity costs for aeration.

Kullan uutto kloridiliuoksista

Työssä tutkittiin kullan neste-nesteuuttoa kloridiliuoksista kirjallisuustutkimuksen ja laboratoriokokeiden avulla. Uuttoreagenssina käytettiin Outotecin kehittämää kullanuuttoreagenssia. Teoreettisessa osassa tarkastellaan kullan käyttäytymistä happamissa vesiliuoksissa, jotka sisältävät kloridia ja bromidia. Lisäksi työssä käsitellään kultakloridiyhdisteiden käyttöturvallisuutta. Teollisuudessa vuonna 2012 käytettäviä neste-nesteuuttoon perustuvia kullan talteenottomenetelmiä esitellään lyhyesti. Kirjallisuusosassa käsitellään myös joidenkin teollisesti käytettävien polymeeristen rakennemateriaalien ominaisuuksia. Kokeellisessa osassa määritettiin kullanuuttoreagenssin fysikaalisia ominaisuuksia, kuten sen tiheys, viskositeetti, liukoisuus veteen sekä faasien selkeytyminen uuttoprosessissa. Tuloksista havaittiin, että eri modifiointiaineet vaikuttavat huomattavasti kullanuuttoliuoksen fysikaalisiin ominaisuuksiin. Kullan uuttoa tutkittiin pienen mittakaavan laboratoriokokein käyttämällä synteettisiä kultaa sisältäviä lähtöliuoksia. Kokeissa tutkittiin lähtöliuoksen happopitoisuuden ja bromidipitoisuuden, sekä uuttoreagenssin modifiointiaineiden vaikutuksia kullan uuttotasapainoon. Lisäksi tutkittiin joidenkin epäpuhtausmetallien myötäuuttautumista. Materiaalitutkimuksissa tarkasteltiin kullanuuttoreagenssin ja autenttisen kullan halidiliuoksen vaikutuksia polymeerimateriaaleihin pitkäaikaisessa kontaktissa. Uuttoliuosten havaittiin aiheuttavan turpoamaa sekä pinnan pehmenemistä joissakin teollisissa muoveissa.

Rasvankestävät paperit ja kartongit

Rasvankestävyydellä tarkoitetaan sitä, että materiaali hylkii tai kestää rasvaa tietyn ajan läpäisemättä sen pintaa. Rasvankestäviä papereita ja kartonkeja löytyy kaikkialta. Erilaiset ruuanvalmistuspaperit, kuten esimerkiksi leivinpaperi ja voipaperi, ovat rasvankestäviä. Myös pakkauksissa käytetään paljon rasvankestäviä papereita ja kartonkeja. Rasvankestäviltä tuotteilta vaaditaan erilaisia ominaisuuksia riippuen niiden käyttötarkoituksesta. Pakkausmateriaaleilta vaaditaan esimerkiksi lujuutta ja kestävyyttä fyysistä rasitusta, valoa, hajuja ja mikrobeja vastaan. Ruuanvalmistusmateriaaleilta vaaditaan puolestaan lujuutta ja kestävyyttä lämpöä, kosteutta ja fyysistä rasitusta vastaan. Rasvankestäviltä papereilta vaaditaan rasvankestävyyden lisäksi hyvää vetolujuutta, märkälujuutta ja hyviä optisia ominaisuuksia. Neliömassan tulee asettua 20─80 g/m2 välille ja metallipitoisuudet eivät saa olla liian korkeat. Myös tuotteiden kierrätettävyys on nostanut asemaansa viimeaikoina. Tuotteen tuotannon ja itse tuotteen ympäristöystävällisyys ovat todella arvostettuja kuluttajan, tuottajan, Suomen, EU:n ja koko maailman näkökulmista. Jotta tuotteesta saadaan rasvankestävää, vaaditaan siltä erilaisia barrier-ominaisuuksia. Rasvankestävällä paperilla vaaditaan hyviä barrier-ominaisuuksia esimerkiksi rasvan, ilman, veden, vesihöyryn sekä hapen läpäisevyyksissä. Rasvankestäviä papereita ja kartonkeja voidaan valmistaa kemiallisilla ja mekaanisilla tavoilla. Happokäsittely ja fluorokemikaalien lisääminen ovat kemiallisia tapoja, kun taas sellun jauhaminen pitkään matalassa lämpötilassa on mekaaninen tapa valmistaa rasvankestävää paperia. Näiden tapojen lisäksi rasvankestäviä papereita voidaan tehdä erilaisten pinnoitusten avulla. Erilaiset muovit ovat yleisemmin käytettyjä pinnoitemateriaaleja. Esimerkiksi PE- ja PET-päällysteet ovat käytettyjä rasvankestävissä tuotteissa. Viime aikoina on kehitetty paljon erilaisia biomateriaaleja, joista voidaan tehdä rasvankestävä pinnoite. Lipideistä, hydrokolloideista ja erilaisista komposiiteista voidaan luoda uusien tekniikoiden avulla rasvankestäviä pinnoitteita. Rasvankestävyydestä voidaan saada jonkinlainen käsitys WVTR-asteen, Cobb-arvon ja kontaktikulman mittausten avulla. Rasvankestävyyttä voidaan myös mitata erilaisten standarditestien avulla. TAPPI:lla, ISO:lla ja ASTM:llä on useita erilaisia standardeja. Lähes kaikissa rasvankestävyysstandardeissa tuloksen saaminen perustuu visuaaliseen havaintoon, mikä aiheuttaa välillä hankaluuksia tulosten luotettavuuteen, koska tuloksen määrittää ihmissilmä, ja kaikilla testin tekijöillä on erilainen silmä, joka aistii eri tavalla.

Biodegradable packaging materials in 2013 and their feasibility in chocolate industry

The development of biopolymers has been rapid in recent years and the range of available bioplastics is increasing continuously, driven by a growing demand for sustainable solutions. There are several key drivers behind this growth. The oil reservoirs are decreasing which is causing a price increase for the traditional plastic materials and therefore the gap to bioplastics’ price is getting smaller. In addition, other environmental topics, such as waste disposal and green production, have become more and more important factors for institutes, companies and consumers. Legislation and directives have to be taken into account as well in decision making concerning different packaging materials. The new environmental law with waste disposal responsibility will also have an effect on the packaging business. Therefore a need has risen to study closer the current offering closer of bio-based materials that could be used in chocolate packaging. In this Master’s Thesis the bioplastics’, and especially biodegradable materials’ technical properties and their development, availability, possible existing products in the markets, waste disposal possibilities and consumers attitude towards environmental friendly packaging is studied. This is a case study where the offering of biodegradable materials was investigated during March 2013 for Fazer Confectionary.

Development of porous glass-fiber reinforced composite for bone implants. Evaluation of antimicrobial effect and implant fixation

Cranial bone reconstructions are necessary for correcting large skull bone defects due to trauma, tumors, infections and craniotomies. Traditional synthetic implant materials include solid or mesh titanium, various plastics and ceramics. Recently, biostable glass-fiber reinforced composites (FRC), which are based on bifunctional methacrylate resin, were introduced as novel implant solution. FRCs were originally developed and clinically used in dental applications. As a result of further in vitro and in vivo testing, these composites were also approved for clinical use in cranial surgery. To date, reconstructions of large bone defects were performed in 35 patients. This thesis is dedicated to the development of a novel FRC-based implant for cranial reconstructions. The proposed multi-component implant consists of three main parts: (i) porous FRC structure; (ii) bioactive glass granules embedded between FRC layers and (iii) a silver-polysaccharide nanocomposite coating. The porosity of the FRC structure should allow bone ingrowth. Bioactive glass as an osteopromotive material is expected to stimulate the formation of new bone. The polysaccharide coating is expected to prevent bacterial colonization of the implant. The FRC implants developed in this study are based on the porous network of randomly-oriented E-glass fibers bound together by non-resorbable photopolymerizable methacrylate resin. These structures had a total porosity of 10–70 volume %, of which > 70% were open pores. The pore sizes > 100 μm were in the biologically-relevant range (50-400 μm), which is essential for vascularization and bone ingrowth. Bone ingrowth into these structures was simulated by imbedding of porous FRC specimens in gypsum. Results of push-out tests indicated the increase in the shear strength and fracture toughness of the interface with the increase in the total porosity of FRC specimens. The osteopromotive effect of bioactive glass is based on its dissolution in the physiological environment. Here, calcium and phosphate ions, released from the glass, precipitated on the glass surface and its proximity (the FRC) and formed bone-like apatite. The biomineralization of the FRC structure, due to the bioactive glass reactions, was studied in Simulated Body Fluid (SBF) in static and dynamic conditions. An antimicrobial, non-cytotoxic polysaccharide coating, containing silver nanoparticles, was obtained through strong electrostatic interactions with the surface of FRC. In in vitro conditions the lactose-modified chitosan (chitlac) coating showed no signs of degradation within seven days of exposure to lysozyme or one day to hydrogen peroxide (H2O2). The antimicrobial efficacy of the coating was tested against Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa. The contact-active coating had an excellent short time antimicrobial effect. The coating neither affected the initial adhesion of microorganisms to the implant surface nor the biofilm formation after 24 h and 72 h of incubation. Silver ions released to the aqueous environment led to a reduction of bacterial growth in the culture medium.

Genetic engineering of baker's and wine yeasts using formaldehyde hyperresistance-mediating plasmids

Yeast multi-copy vectors carrying the formaldehyde-resistance marker gene SFA have proved to be a valuable tool for research on industrially used strains of Saccharomyces cerevisiae. The genetics of these strains is often poorly understood, and for various reasons it is not possible to simply subject these strains to protocols of genetic engineering that have been established for laboratory strains of S. cerevisiae. We tested our vectors and protocols using 10 randomly picked baker's and wine yeasts all of which could be transformed by a simple protocol with vectors conferring hyperresistance to formaldehyde. The application of formaldehyde as a selecting agent also offers the advantage of its biodegradation to CO2 during fermentation, i.e., the selecting agent will be consumed and therefore its removal during down-stream processing is not necessary. Thus, this vector provides an expression system which is simple to apply and inexpensive to use