Determination and Evaluation of Alternate Methods for Managing and Controlling Highway-Related Dust, TR-449, 2002

Road dust is caused by wind entraining fine material from the roadway surface and the main source of Iowa road dust is attrition of carbonate rock used as aggregate. The mechanisms of dust suppression can be considered as two processes: increasing particle size of the surface fines by agglomeration and inhibiting degradation of the coarse material. Agglomeration may occur by capillary tension in the pore water, surfactants that increase bonding between clay particles, and cements that bind the mineral matter together. Hygroscopic dust suppressants such as calcium chloride have short durations of effectiveness because capillary tension is the primary agglomeration mechanism. Somewhat more permanent methods of agglomeration result from chemicals that cement smaller particles into a mat or larger particles. The cements include lignosulfonates, resins, and asphalt products. The duration of the cements depend on their solubility and the climate. The only dust palliative that decreases aggregate degradation is shredded shingles that act as cushions between aggregate particles. It is likely that synthetic polymers also provide some protection against coarse aggregate attrition. Calcium chloride and lignosulfonates are widely used in Iowa. Both palliatives have a useful duration of about 6 months. Calcium chloride is effective with surface soils of moderate fine content and plasticity whereas lignin works best with materials that have high fine content and high plasticity indices. Bentonite appears to be effective for up to two years and works well with surface materials having low fines and plasticity and works well with limestone aggregate. Selection of appropriate dust suppressants should be based on characterization of the road surface material. Estimation of dosage rates for potential palliatives can be based on data from this report, from technical reports, information from reliable vendors, or laboratory screening tests. The selection should include economic analysis of construction and maintenance costs. The effectiveness of the treatment should be evaluated by any of the field performance measuring techniques discussed in this report. Novel dust control agents that need research for potential application in Iowa include; acidulated soybean oil (soapstock), soybean oil, ground up asphalt shingles, and foamed asphalt. New laboratory evaluation protocols to screen additives for potential effectiveness and determine dosage are needed. A modification of ASTM D 560 to estimate the freeze-thaw and wet-dry durability of Portland cement stabilized soils would be a starting point for improved laboratory testing of dust palliatives.

Investigation of Materials for the Reduction and Prevention of Corrosion on Highway Maintenance Equipment, TR-472, 2009

The issue of corrosion of winter maintenance equipment is becoming of greater concern because of the increased use of liquid solutions of ice control chemicals, as opposed to their application in solid form. Being in liquid form, the ice control chemicals can more easily penetrate into the nooks and crannies on equipment and avoid being cleansed from the vehicle. Given this enhanced corrosive ability, methods must be found to minimize corrosion. The methods may include coatings, additives, cleansing techniques, other methods, and may also include doing nothing, and accepting a reduced equipment lifetime as a valid (perhaps) trade off with the enhanced benefits of using liquid ice control chemicals. In reality, some combination of these methods may prove to be optimal. Whatever solutions are selected, they must be relatively cheap and durable. The latter point is critical because of the environment in which maintenance trucks operate, in which scrapes, scratches and dents are facts of life. Protection methods that are not robust simply will not work. The purpose of this study is to determine how corrosion occurs on maintenance trucks, to find methods that would minimize the major corrosion mechanisms, and to

Pauson-Khand Adducts of N-Boc-propargylamine: A New Approach to 4,5-Disubstituted Cyclopentenones

A new approach to the synthesis of 4,5-disubstituted cyclopentenones is described. The strategy is based on the Pauson-Khand (PK) reaction of norbornadiene and N-Boc-propargylamine as alkyne with a masked leaving group, which can be eliminated at will. This approach to the synthesis of 4,5-disubstituted cyclopentenones overcomes the problem of using the alkylation to introduce the alpha-side-chain. As an example, prostane 13-epi-12-oxo-phytodienoic acid (13-epi-12-oxo-PDA) methyl ester was synthesized.

Arabidopsis jasmonate signaling pathway.

Jasmonates control defense gene expression and male fertility in the model plant Arabidopsis thaliana. In both cases, the involvement of the jasmonate pathway is complex, involving large-scale transcriptional reprogramming. Additionally, jasmonate signaling is hard-wired into the auxin, ethylene, and salicylate signal networks, all of which are under intense investigation in Arabidopsis. In male fertility, jasmonic acid (JA) is the essential signal intervening both at the level of anther elongation and in pollen dehiscense. A number of genes potentially involved in jasmonate-dependent anther elongation have recently been discovered. In the case of defense, at least two jasmonates, JA and its precursor 12-oxo-phytodienoic acid (OPDA), are necessary for the fine-tuning of defense gene expression in response to various microbial pathogens and arthropod herbivores. However, only OPDA is required for full resistance to some insects and fungi. Other jasmonates probably affect yet more physiological responses. A series of breakthroughs have identified the SKP/CULLIN/F-BOX (SCF), CORONATINE INSENSITIVE (COI1) complex, acting together with the CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENIC 9 (COP9) signalosome, as central regulatory components of jasmonate signaling in Arabidopsis. The studies, mostly involving mutational approaches, have paved the way for suppressor screens that are expected to further extend our knowledge of jasmonate signaling. When these and other new mutants affecting jasmonate signaling are characterized, new nodes will be added to the Arabidopsis Jasmonate Signaling Pathway Connections Map, and the lists of target genes regulated by jasmonates in Arabidopsis will be expanded.

The Effect of Deicing Salt on Aggregate Durability, Progress Report HR-266, 1985

The Iowa DOT has been using rapid freezing in air and thawing in water to evaluate coarse aggregate durability in concrete since 1962. Earlier research had shown that the aggregate pore system was a major factor in susceptibility to D-cracking rapid deterioration. There are cases were service records show rapid deterioration of concrete containing certain aggregates on heavily salted primary roads and relatively good performance with the same aggregate in secondary pavements with limited use of deicing salt. A five-cycle salt treatment of the coarse aggregate prior to durability testing has yielded durability factors that correlate with aggregate service records on heavily salted primary pavements. X-ray fluorescence analyses have shown that sulfur contents correlate well with aggregate durabilities with higher sulfur contents producing poor durability. Trial additives that affect the salt treatment durabilities would indicate that one factor in the rapid deterioration mechanism is an adverse chemical reaction. The objective· of the current research is to develop a simple method of determining aggregate susceptibility to salt related deterioration. This method of evaluation includes analyses of both the pore system and chemical composition.

Shikonin-loaded antibody-armed nanoparticles for targeted therapy of ovarian cancer.

Conventional chemotherapy of ovarian cancer often fails because of initiation of drug resistance and/or side effects and trace of untouched remaining cancerous cells. This highlights an urgent need for advanced targeted therapies for effective remediation of the disease using a cytotoxic agent with immunomodulatory effects, such as shikonin (SHK). Based on preliminary experiments, we found SHK to be profoundly toxic in ovarian epithelial cancer cells (OVCAR-5 and ID8 cells) as well as in normal ovarian IOSE-398 cells, endothelial MS1 cells, and lymphocytes. To limit its cytotoxic impact solely to tumor cells within the tumor microenvironment (TME), we aimed to engineer SHK as polymeric nanoparticles (NPs) with targeting moiety toward tumor microvasculature. To this end, using single/double emulsion solvent evaporation/diffusion technique with sonication, we formulated biodegradable NPs of poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) loaded with SHK. The surface of NPs was further decorated with solubilizing agent polyethylene glycol (PEG) and tumor endothelial marker 1 (TEM1)/endosialin-targeting antibody (Ab) through carbodiimide/N-hydroxysuccinimide chemistry. Having characterized the physicochemical and morphological properties of NPs, we studied their drug-release profiles using various kinetic models. The biological impact of NPs was also evaluated in tumor-associated endothelial MS1 cells, primary lymphocytes, and epithelial ovarian cancer OVCAR-5 cells. Based on particle size analysis and electron microscopy, the engineered NPs showed a smooth spherical shape with size range of 120 to 250 nm and zeta potential value of -30 to -40 mV. Drug entrapment efficiency was ~80%-90%, which was reduced to ~50%-60% upon surface decoration with PEG and Ab. The liberation of SHK from NPs showed a sustained-release profile that was best fitted with Wagner log-probability model. Fluorescence microscopy and flow cytometry analysis showed active interaction of Ab-armed NPs with TEM1-positive MS1 cells, but not with TEM1-negative MS1 cells. While exposure of the PEGylated NPs for 2 hours was not toxic to lymphocytes, long-term exposure of the Ab-armed and PEGylated NPs was significantly toxic to TEM1-positive MS1 cells and OVCAR-5 cells. Based on these findings, we propose SHK-loaded Ab-armed PEGylated PLGA NPs as a novel nanomedicine for targeted therapy of solid tumors.

Synthesis of polyhydroxyalkanoate in the peroxisome of Saccharomyces cerevisiae by using intermediates of fatty acid beta-oxidation.

Medium-chain-length polyhydroxyalkanoates (PHAs) are polyesters having properties of biodegradable thermoplastics and elastomers that are naturally produced by a variety of pseudomonads. Saccharomyces cerevisiae was transformed with the Pseudomonas aeruginosa PHAC1 synthase modified for peroxisome targeting by the addition of the carboxyl 34 amino acids from the Brassica napus isocitrate lyase. The PHAC1 gene was put under the control of the promoter of the catalase A gene. PHA synthase expression and PHA accumulation were found in recombinant S. cerevisiae growing in media containing fatty acids. PHA containing even-chain monomers from 6 to 14 carbons was found in recombinant yeast grown on oleic acid, while odd-chain monomers from 5 to 15 carbons were found in PHA from yeast grown on heptadecenoic acid. The maximum amount of PHA accumulated was 0.45% of the dry weight. Transmission electron microscopy of recombinant yeast grown on oleic acid revealed the presence of numerous PHA inclusions found within membrane-bound organelles. Together, these data show that S. cerevisiae expressing a peroxisomal PHA synthase produces PHA in the peroxisome using the 3-hydroxyacyl coenzyme A intermediates of the beta-oxidation of fatty acids present in the media. S. cerevisiae can thus be used as a powerful model system to learn how fatty acid metabolism can be modified in order to synthesize high amounts of PHA in eukaryotes, including plants.

Pauson-Khand Adducts of N-Boc-propargylamine: A New Approach to 4,5-Disubstituted Cyclopentenones

A new approach to the synthesis of 4,5-disubstituted cyclopentenones is described. The strategy is based on the Pauson-Khand (PK) reaction of norbornadiene and N-Boc-propargylamine as alkyne with a masked leaving group, which can be eliminated at will. This approach to the synthesis of 4,5-disubstituted cyclopentenones overcomes the problem of using the alkylation to introduce the alpha-side-chain. As an example, prostane 13-epi-12-oxo-phytodienoic acid (13-epi-12-oxo-PDA) methyl ester was synthesized.

Enterocystoplasty using modified pedicled, detubularized, de-epithelialized sigmoid patches in the mini-pig model.

Enterocystoplasty and gastrocystoplasty have been developed to restore adequate bladder capacity but they still result in the undesired harmful contact of urine with the intestinal mucosa. In an attempt to prevent this nonphysiological interface we performed several modified enterocystoplasties in the mini-pig model using a pedicled, detubularized, de-epithelialized sigmoid patch. Five techniques of patch coverage were used to evaluate urothelial growth or survival on the sigmoid patch. All but 1 patch had intestinal mucosa remnants with mucocele formation. When no coverage was applied or a biodegradable polyglactin mesh was temporarily covering the pedicled, detubularized, de-epithelialized sigmoid patch, severe shrinkage occurred. Partial cover with autologous urothelium islets seemed to decrease shrinkage. Adequate urothelium survival and satisfactory elastic properties of the patch were observed when total cover of the sigmoid patch was achieved with a sheet of homologous urothelium recovering autologous urothelial islets or when the patch was applied to protruding urothelium obtained following sagittal posterior detrusor myotomy.

Metabolic attributes, yield and stability of milk in Jersey cows fed diets containing sodium citrate and sodium bicarbonate

The objective of this work was to evaluate the inclusion of sodium citrate and sodium bicarbonate in the diet of lactating Jersey cows, and its effects on the metabolic attributes, productivity and stability of milk. We evaluated urinary pH, levels of glucose and urea in blood, body weight, body condition score, milk yield, milk stability (ethanol test), and milk physicochemical properties of 17 cows fed diets containing sodium citrate (100 g per cow per day), sodium bicarbonate (40 g per cow per day) or no additives. Assessments were made at the 28th and 44th days. Supply of sodium citrate or bicarbonate has no influence on the metabolic attributes, productivity, body weight, and body condition score of the cows, neither on the composition and stability of milk.

Jätteenpolton tuhkien käsittelytekniikoiden ympäristövaikutukset

Jätteenpoltossa syntyvät tuhkat sisältävät paljon haitta-aineita, joiden vuoksi niitä ei yleensä voida suoraan sijoittaa kaatopaikoille. Käsittelyllä pyritään parantamaan tuhkien ominaisuuksia ja vähentämään haitta-aineiden liukoisuutta. Samalla kuitenkin käsittely kuluttaa raaka-aineita ja energiaa sekä aiheuttaa päästöjä. Tuhkien käsittelyn kokonaishyötyjä ja -haittoja ympäristön kannalta arvioitaessa tulisikin ottaa huomioon sekä käsiteltävän tuhkan parantuneet ominaisuudet että käsittelystä aiheutuneet ympäristökuormitukset. Tämän diplomityön tavoitteena oliselvittää jätteenpolton tuhkien käsittelystä aiheutuvia ympäristövaikutuksia tarkastelemalla esimerkinomaisesti neljää erilaista käsittelytekniikkaa (pesua, sementtikiinteytystä, Ferrox-prosessia ja vitrifiointia) sekä kahta muuta loppusijoitusvaihtoehtoa (mahdollisuutta sijoittaa tuhkat kaatopaikalle ilman käsittelyä ja kuljettamista Norjassa sijaitsevalle käsittely- ja loppusijoituslaitokselle). Tarkastelussa keskityttiin jätteenpolton ongelmallisimpiin tuhkajakeisiin, lentotuhkaan ja savukaasujen puhdistusjätteisiin eli APC-jätteisiin. Tavoitteena oli selvittää käsittelyvaihtoehdoista syntyvät ympäristökuormitukset ns. koko niiden elinkaaren ajalta, eli huomioiden käsittelyyn tarvittavien lisäaineiden valmistuksesta, itse käsittelyprosessista sekä loppusijoituksesta aiheutuvat kuormitukset. Tarkastelun perusteella eri käsittelyvaihtoehdot aiheuttavat hyvin erilaisia ja erisuuruisia ympäristökuormituksia. Lisäksi käsitellyn materiaalin ominaisuudet vaihtelevat huomattavasti käsittelytavasta riippuen. Tarkastelluista käsittelyvaihtoehdoista suurimmat ympäristökuormitukset ilmapäästöjen osalta aiheutuivat tyypillisesti joko käsittelyyn tarvittavien raaka-aineiden valmistuksesta tai itse käsittelyprosessin energiankulutuksesta. Loppusijoituksesta sen sijaan aiheutui ympäristöhaittoja kaatopaikkarakenteiden muodostamisesta sekä maaperään vapautuvista haitta-aineista, joiden määrä riippuu tuhkan käsittelyn tehokkuudesta.

Kinetics of selective oxidation of lactose to lactobionic acid over Pd-active carbon catalyst

Laktoosi eli maitosokeri on tärkein ainesosa useimpien nisäkkäiden tuottamassa maidossa. Sitä erotetaan herasta, juustosta ja maidosta. Laktoosia käytetään elintarvike- ja lääketeollisuuden raaka-aineena monissaeri tuotteissa. Lääketeollisuudessa laktoosia käytetään esimerkiksi tablettien täyteaineena. Hapettamalla laktoosia voidaan valmistaa laktobionihappoa, 2-keto-laktobionihappoa ja laktuloosia. Laktobionihappoa käytetään biohajoavien pintojen ja kosmetiikkatuotteiden valmistuksessa, sekä sisäelinten säilöntäliuoksissa, joissa laktobionihappo estää happiradikaalien aiheuttamien kudosvaurioiden syntymistä. Tässä työssä laktoosia hapetettiin laktobionihapoksi sekoittimella varustetussa laboratoriomittakaavaisessa panosreaktorissa käyttäenkatalyyttinä palladiumia aktiivihiilellä. Muutamissa kokeissa katalyytin promoottorina käytettiin vismuttia, joka hidastaa katalyytin deaktivoitumista. Työn tarkoituksena oli saada lisää tietoa laktoosin hapettamisen kinetiikasta. Laktoosin hapettumisessa laktobionihapoksi havaittiin selektiivisyyteen vaikuttavan muunmuassa reaktiolämpötila, paine, pH ja käytetyn katalyytin määrä. Katalyyttiä kierrättämällä eri kokeiden välillä saatiin paremmat konversiot, selektiivisyydet ja saannot. Parhaat koetulokset saatiin hapetettaessa synteettisellä ilmalla 60 oC lämpötilassa ja 1 bar paineessa. Tehdyissä kokeissa pH:n säätö tehtiin manuaalisesti, joten pH ei pysynyt koko ajan haluttuna. Laktoosin konversio oli parhaimmillaan 95 %. Laktobionihapon suhteellinen selektiivisyys oli 100% ja suhteellinen saanto 100 %. Kinetiikan matemaattinen mallinnus tehtiin Modest-ohjelmalla käyttäen kokeista saatuja mittaustuloksia.Ohjelman avulla estimoitiin parametreja ja saatiin matemaattinen malli reaktorille. Tässä työssä tehtiin kineettinen mallinnus myös ravistelureaktorissa tehdyille laktoosin hapetuskokeille, missä pH pysyi koko ajan haluttuna 'in-situ' titrauksen avulla. Työn yhteydessä selvitettiin myös mahdollisuutta käyttää monoliittikatalyyttejä laktoosin hapetusreaktiossa.

Pauson-Khand Adducts of N-Boc-propargylamine: A New Approach to 4,5-Disubstituted Cyclopentenones

A new approach to the synthesis of 4,5-disubstituted cyclopentenones is described. The strategy is based on the Pauson-Khand (PK) reaction of norbornadiene and N-Boc-propargylamine as alkyne with a masked leaving group, which can be eliminated at will. This approach to the synthesis of 4,5-disubstituted cyclopentenones overcomes the problem of using the alkylation to introduce the alpha-side-chain. As an example, prostane 13-epi-12-oxo-phytodienoic acid (13-epi-12-oxo-PDA) methyl ester was synthesized.

Kaatopaikkakaasun hyötykäyttömahdollisuudet Anjalankosken Ekoparkissa

Kaatopaikalle sijoitetut biohajoavat orgaaniset jätteet muodostavat jätetäytön hapettomissa olosuhteissa kaatopaikkakaasua, joka koostuu pääasiassa metaanista ja hiilidioksidista. Kaatopaikkakaasun sisältämän metaanin takia, kaasusisältää merkittävästi energiaa, joka on hyödynnettävissä eri tavoin. Tämän diplomityön tavoitteena oli tarkastella vaihtoehtoja Anjalankosken Keltakankaan kaatopaikoilla muodostuvan kaatopaikkakaasun hyödyntämiseksi. Tarkastellut vaihtoehdot tarjoavat ympäristöllisten hyötyjen lisäksi liiketoiminnallista hyötyä Ekoparkissa toimiville yrityksille. Tutkimuksessa tehdyt laskelmatosoittivat, että työssä tarkastellut kaatopaikkakaasun hyötykäyttövaihtoehdot ovat sekä taloudellisesti että kaasun riittävyyden kannalta hyödynnettävissä. Esimerkiksi kaatopaikkakaasun hyödyntämisellä kaukolämmön tuotannossa voidaan kattaa noin kolmannes Anjalankosken vuotuisesta kaukolämmön tarpeesta. Kaatopaikkakaasun lietteen kuivauskapasiteetti kattaa Pohjois-Kymenlaaksossa muodostuvan jätevesilietteen käsittelytarpeen. Biopolttoaineen kuivauskapasiteetti on riittävä olemassa oleviin valmistuslaitosten tuotantokapasiteetteihin verrattuna. Myös perinteisillä sähkön- ja lämmöntuotantotekniikoilla voidaan kattaa Ekoparkin oma sähkön- ja lämmöntarve. Kaatopaikkavesien haihdutus ei tulosten perusteella ole sekä taloudellisesti että kaasun riittävyyden kannalta hyödynnettävissä. Tuhkan vitrifioinnissa haasteen muodostaa investointikustannuksen suuruus. Anjalankosken Ekoparkin yritykset voivat hyödyntää työn tuloksia uuden liiketoiminnan kehittämiseen. Lisäksi tuloksia voidaan hyödyntää soveltaen eri kokoluokan kaatopaikkojen kaatopaikkakaasujen hyötykäyttöä suunniteltaessa.

Poistevesijakeiden ominaisuuksien vaikutukset paperitehdasintegraatin jätevesien käsittelyssä

Työssä käsitellään paperitehdasintegraatin synnyttämien poistevesijakeiden ominaisuuksien vaikutuksia jäteveden käsittelyyn, käyttökustannuksiin ja päätöksentekoon jatkossa. Poistevesien muodostama jätevesikuormitus on kasvanut valkaistujen tuotteiden osuuden kasvaessa integraatin kokonaistuotannosta. Tehdasintegraatti on hakenut uutta ympäristölupaa vuonna 2004. Vesistöpäästölupa-arvojen voidaan lupaharkintamenettelyn perusteella arvioida kiristyvän. Poistevesijakeissa on aineryhmiä, joista osa on jäteveden puhdistamolla heikosti hajoavia. Suunniteltu tuotantolinjan muutos neutraaliprosessiksi lisää heikosti hajoavien aineryhmien osuutta kokonaiskuormituksesta. Jäteveden puhdistamon käyttökustannukset muodostuvat käytetyistä kemikaaleista, energiasta ja henkilöstökustannuksista. Puhdistamon kuormituksen muuttuminen vaikuttaa käyttökustannuksiin suhteellisen vähän. Poikkeuksellisten päästöjen minimoiminen jälkipuhdistusvaiheessa saattaa kaksinkertaistaa jäteveden puhdistamon kemikaalikustannukset. Jätevesikuormituksen mahdollisesti kasvaessa suhteessa päästölupa-arvoihin joudutaan harkitsemaan investointeja. Biologisen käsittelyn suorituskyvyn jäädessä riittämättömäksi toimenpiteet tulee kohdistaa tuotannon poistevesijakeiden ominaisuuksien muuttamiseen poistevesijakeiden erilliskäsittelyillä tai tuotantoprosessien optimoinnilla.