Cover plants with potential use for crop-livestock integrated systems in the Cerrado region

The objective of this work was to evaluate the effects of lignin, hemicellulose, and cellulose concentrations in the decomposition process of cover plant residues with potential use in no-tillage with corn, for crop-livestock integrated system, in the Cerrado region. The experiment was carried out at Embrapa Cerrados, in Planaltina, DF, Brazil in a split plot experimental design. The plots were represented by the plant species and the subplots by harvesting times, with three replicates. The cover plants Urochloa ruziziensis, Canavalia brasiliensis, Cajanus cajan, Pennisetum glaucum, Mucuna aterrima, Raphanus sativus, Sorghum bicolor were evaluated together with spontaneous plants in the fallow. Cover plants with lower lignin concentrations and, consequently, higher residue decomposition such as C. brasiliensis and U. ruziziensis promoted higher corn yield. High concentrations of lignin inhibit plant residue decomposition and this is favorable for the soil cover. Lower concentrations of lignin result in accelerated plant decomposition, more efficient nutrient cycling, and higher corn yield.

Muurahaishapon käyttö etikkahapon ja propionihapon sovelluksissa

Työssä tutkittiin muurahais-, etikka- ja propionihapon sekä näiden johdannaisten teollisia sovelluskohteita. Työn tarkoituksena oli löytää muurahaishapolle tai sen johdannaisille potentiaalisia käyttökohteita etikka- ja propionihapon sekä näiden johdannaisten teollisista sovelluskohteista. Työssä on laaja kirjallisuuskatsaus, jossa käsitellään muurahais-, etikka- ja propionihapon kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia, ekologisia ja korroosiovaikutuksia sekä yleensä orgaanisten happojen antimikrobisia ominaisuuksia. Tämän lisäksi työssä esitellään tarkasteltavien happojen sekä happojohdannaisten markkinat teollisissa sovelluksissa Yhdysvalloissa, Länsi-Euroopassa ja Japanissa. Korvaavuuksien syventävän analyysin avulla pyrittiin löytämään ne sovelluskohteet muurahaishapolle tai sen johdannaisille, joissa ne voisivat olla hinnaltaan kilpailukykyisiä vastaavien etikka-ja propionihapposovellusten kanssa. Mahdollisen korvaavuuden rajaksi asetettiin5 000 tonnia sovelluskohdetta kohti. Kirjallisuustutkimuksen perusteella etikkahapon estereiden (asetaattiestereiden) käyttökohde liuottimien komponentteinavoisi olla potentiaalisin käyttökohde vastaaville muurahaishapon estereille (formiaattiestereille). Asetaattiestereitä on ennustettu käytettävän maailmalla 2 808 000 tonnia vuonna 2006. Niiden pääkäyttöalueet ovat liuottimina pintapäällysteissä kuten maaleissa, lakoissa sekä painomusteissa ja -väreissä. Toistaiseksi formiaattiestereitä on hyödynnetty vain muutamia satoja tonneja lähinnä lääketeollisuuden sovelluksissa välituotteena. Työssä tehtyjen alustavien laskelmien perusteella muurahaishapon esterit ovat hintatasoltaan kilpailukykyinen vaihtoehto vastaaville asetaattiestereille. Diplomityön kokeellisessa osassa etyyliformiaattia valmistettiin menestyksekkäästi laboratoriomittakaavassa. Toinen potentiaalinen uusi tuote on selluloosaformiaattikuitu (SF-kuitu). Selluloosa-asetaattikuitua käytettiin vuonna 2001 845 000 tonnia, josta 79 % kului savukefilttereiden valmistukseen. SF-kuitu on kirjallisuuden mukaan vaihtoehtoinen raaka-aine savukefilttereiden valmistukseen.

Linjasekoittimensekoituskyvyn määrittäminen

Työn tavoitteena oli kehittää sekoituskyvyn empiirinen monimuuttujafunktio eräälle dynaamiselle linjasekoittimelle. Monimuuttujafunktio oli tarkoitus kehittää sekoittimen kierrosnopeuden, virtaavien materiaalien ja tilavuusvirtausten perus-teella. Työn kirjallisuusosassa tarkasteltiin pääosin dynaamisia linjasekoittimia ja niiden toimintaperiaatteita sekä sekoituskyvyn määrittämiseen soveltuvia mittausmene-telmiä. Sekoitettavien aineiden epähomogeenisuus määritettiin mittaamalla termoelemen-teillä sekoittimen jälkeisen virran lämpötilavaihtelut. Sekoitettavina aineina käy-tettiin kolmea erilaista seosta: vesi-vesi-, kuitususpensio-vesi- ja karboksyylime-tyyliselluloosa-vesiseoksia. Muita muuttujia kokeissa olivat neljä eri sekoittimen kierrosnopeutta, neljä eri päävirran tilavuusvirtausta ja kolme päävirran sekäsii-hen lisättävän sivuvirran suhdetta. Monimuuttujafunktiokehitettiin vain kuitususpensio-vesiajojen pohjalta muilla seoksilla tehtyjen koeajojen osittaisen epäonnistumisen vuoksi. Hallitsevaksi pa-rametriksi monimuuttujafunktiossa osoittautui sekoittimen kierrosnopeus. Osittai-nen epäonnistuminen kokeissa johtui osaksi termoelementtien käytön sopimatto-muudesta sekoituskyvyn määrittämiseen ja osaksi sekoitettavien aineiden valin-nasta. Jatkotutkimuksiaajatellen muista sekoituskyvyn mittaamiseen käytettävissä olevista menetelmistäkäyttökelpoisimmaksi arvioitiin sähkötomografia.

The effect of oxygen delignification on fiber properties in kraft pulp production - a review

Fiber damages comprise fiber deformations, characterized as fiber curl, kink, dislocations and strength losses as well as some yet unidentified factors. This recently discovered phenomenon is especially evident in mill scale kraftpulps. Laboratory produced pulps tend to have less damages and superior strength properties compared to those produced in pulp mills. Generally fiber damages pose a problem in the production of reinforcement pulp because they tend to decrease the ability of fibers to transmit load. Previous studies on fiber damage have shown that most of the fiber damages occur during brown stock processing starting from cooking and discharging. This literature review gives an overall picture on fiber damages occurring during softwood kraft pulp production with an emphasis on the oxygen delignification stage. In addition the oxygen delignification stage itself is described in more detailed extent in order to understand the mechanisms behind the delignification and fiber damaging effect. The literature available on this subject is unfortunately quite contradictory and implicates a lotof different terms. Only a few studies have been published which help to understand the nature of fiber damages. For that reason the knowledge presented in this work is not only based on previous studies but also on research scientist and mill staff interviews.

Evolución estacional de δ13C en hojas y madera de dos quercíneas mediterráneas concurrentes (Quercus ilex subps. ballota L. y Quercus faginea Lam.): dinámica de la eficiencia en uso del agua

En el ámbito mediterráneo es frecuente la concurrencia en un mismo hábitat de especies perennifolias y caducifolias como Quercus ilex y Q. faginea. En este estudio se pretende analizar la diferencia en la respuesta ecofisiológica de las dos especies frente a la variación climática estacional mediante la composición isotópica de carbono de la materia orgánica soluble de las hojas (δ13Ch) y de la α-celulosa de la madera (δ13Cm). Se observaron patrones intraanuales dependientes de la especie en la δ13Ch. Por un lado, Q. faginea utiliza reservas de almidón como fuente de carbono para producir nuevas hojas a principios de abril, dando lugar a valores altos de δ13Ch. Por otro, Q. ilex utiliza asimilados recientes de las hojas formadas el año anterior (aún funcionales). No obstante, los valores globales de δ13Ch en ambas especies son similares (-25,4±0,55 y -25,5±0,89, para Q. faginea y Q. ilex, respectivamente), lo que apunta a valores equivalentes de eficiencia intrínseca en el uso del agua. Como en las hojas, la δ13Cm de Q. faginea reflejó claramente el uso de reservas en la madera temprana. Tanto la δ13Ch como la δ13Cm de las dos especies registran ajustes como respuesta a las variaciones ambientales estacionales. No obstante, y como parámetro integrador de eficiencia hídrica, la menor amplitud de las variaciones en la δ13Cm de Q. ilex sugiere una menor sensibilidad de esta especie frente a las fluctuaciones climáticas, lo que puede otorgarle cierta ventaja competitiva bajo condiciones de incremento progresivo de aridez.

Micronization of Pharmaceuticals and Food Ingredients using Supercritical Fluid Techniques

Micronization techniques based on supercritical fluids (SCFs) are promising for the production of particles with controlled size and distribution. The interest of the pharmaceutical field in the development of SCF techniques is increasing due to the need for clean processes, reduced consumption of energy, and to their several possible applications. The food field is still far from the application of SCF micronization techniques, but there is increasing interest mainly for the processing of products with high added value. The aim of this study is to use SCF micronization techniques for the production of particles of pharmaceuticals and food ingredients with controlled particle size and morphology, and to look at their production on semi-industrial scale. The results obtained are also used to understand the processes from the perspective of broader application within the pharmaceutical and food industries. Certain pharmaceuticals, a biopolymer and a food ingredient have been tested using supercritical antisolvent micronization (SAS) or supercritical assisted atomization (SAA) techniques. The reproducibility of the SAS technique has been studied using physically different apparatuses and on both laboratory and semi-industrial scale. Moreover, a comparison between semi-continuous and batch mode has been performed. The behaviour of the system during the SAS process has been observed using a windowed precipitation vessel. The micronized powders have been characterized by particle size and distribution, morphology and crystallinity. Several analyses have been performed to verify if the SCF process modified the structure of the compound or caused degradation or contamination of the product. The different powder morphologies obtained have been linked to the position of the process operating point with respect to the vapour-liquid equilibrium (VLE) of the systems studied, that is, mainly to the position of the mixture critical point (MCP) of the mixture. Spherical micro, submicro- and nanoparticles, expanded microparticles (balloons) and crystals were obtained by SAS. The obtained particles were amorphous or with different degrees of crystallinity and, in some cases, had different pseudo-polymorphic or polymorphic forms. A compound that could not be processed using SAS was micronized by SAA, and amorphous particles were obtained, stable in vials at room temperature. The SCF micronization techniques studied proved to be effective and versatile for the production of particles for several uses. Furthermore, the findings of this study and the acquired knowledge of the proposed processes can allow a more conscious application of SCF techniques to obtain products with the desired characteristics and enable the use of their principles for broader applications.

Progress in a-Si:H/c-Si heterojunction emitters obtained by Hot-Wire CVD at 200°C

In this work, we investigate heterojunction emitters deposited by Hot-Wire CVD on p-type crystalline silicon. The emitter structure consists of an n-doped film (20 nm) combined with a thin intrinsic hydrogenated amorphous silicon buffer layer (5 nm). The microstructure of these films has been studied by spectroscopic ellipsometry in the UV-visible range. These measurements reveal that the microstructure of the n-doped film is strongly influenced by the amorphous silicon buffer. The Quasy-Steady-State Photoconductance (QSS-PC) technique allows us to estimate implicit open-circuit voltages near 700 mV for heterojunction emitters on p-type (0.8 Ω·cm) FZ silicon wafers. Finally, 1 cm 2 heterojunction solar cells with 15.4% conversion efficiencies (total area) have been fabricated on flat p-type (14 Ω·cm) CZ silicon wafers with aluminum back-surface-field contact.

Paperin hydrofobiliimauksen purkautumiseen vaikuttavat mekanismit

Työssä tutkittiin liimauksen reversiota ja häviämistä erilaisilla hydrofobiliimoilla alkaalisessa paperinvalmistuksessa käytettävien täyteaineiden kanssa. Liimauksen reversiota ja häviämistä arvioitiin arkkimuotilla valmistetuista koearkeista mittaamalla hydrofobiliimautuneisuutta kuvaavia ominaisuuksia kuten raakareunan absorptio ja kontaktikulma. Liimauksen reversiota kiihdytettiin lämpökäsittelyllä ja UV-säteilytyksellä. Liimauksen häviämistä tutkittiin muuttamalla viiraveden alkaalisuutta ja käyttämällä kalsiumkarbonaattia täyteaineena. Verrattaessa käytettyjä hydrofobiliimoja ASA1+AKD -liimayhdistelmällä ja AKD -liimauksella saavutettiin paperille paras liimautuneisuus. ASA2 -liimauksella saavutettiin paperille parempi liimautuneisuus kuin ASA1 -liimalla. Kalsiumkarbonaatilla täytetyillä arkeilla mitattiin korkeampi liimautuneisuus kuin kaoliinilla täytetyillä arkeilla. Kokeellisessa osassa tutkittiin myös 4 tuntia kestävän 105°C lämpökäsittelyn ja UV-säteilytyksen sekä viiraveden alkaalisuuden vaikutusta hydrofobiliimauksen reversioon ja häviämiseen. Liimauksen reversiota aikaansai UV-säteily ja lämpökäsittely. UV-säteily ja lämpökäsittely näyttävät aikaansaavan kovalenttisen esterisidoksen katkeamisen tai hydrolysoitumisen liimamolekyylin ja selluloosan karboksyyliryhmän välillä. Liimauksen reversiota havaittiin jokaisella hydrofobiliimalla. Liimauksen häviämistä aikaansai korkea viiraveden alkaalisuus (520 ppm CaCO3). Liimauksen häviämisen aiheuttamaa alhaisempaa liimautuneisuutta havaittiin myös viiraveden alkaalisuuden ollessa normaalia tasoa (250 ppm CaCO3), kun täyteaineena käytettiin saostettua kalsiumkarbonaattia.

Rasvaisten jätevesien puhdistus

Rasvaisten jätevesien puhdistus on sitä tuottaville yrityksille kallista ja hankalaa. Nykyisten päästövaatimusten saavuttaminen on perinteisillä jätevedenkäsittelymenetelmillä vaikeaa tai lähes mahdotonta, riippuen käsiteltävän jäteveden ominaisuuksista. Rasvaisen jäteveden käsittelyssä on käytetty mm. laskeutusta, flotaatiota, hydrosykloneja, pisaroitusta, suodatusta sekä biologista käsittelyä. Lisäksi happohydrolyysiä voidaan soveltaa edellä mainittujen menetelmien esikäsittelynä. Useita näitä erotusmenetelmiä voidaan myös tehostaa kemikaalien lisäyksellä. Työn kirjallisuusosassa on käsitelty rasvaisten jätevesien ja emulsioiden kalvosuodatusta ja kalvojen käyttöä pisaroituselementtinä. Tavanomaisessa kalvosuodatuksessa tarkoituksena on erottaa kalvoa läpäisemätön rasvajae ja permeoituva vesijae toisistaan, kun taas pisaroittamisen tarkoituksena on saada dispergoituneen faasin pisarakoko kasvamaan joko kalvon pinnalla tai sen huokosissa. Pisarakoon kasvaessa emulsion stabiilisuus heikkenee ja faasit voidaan helpommin erottaa toisistaan. Työn kokeellisessa osassa tavoitteena oli tutkia kalvosuodatuksen ja erilaisten kalvojen toimivuutta esteröintilaitoksen rasvaisten jätevesien käsittelyssä. Tutkimuksessa käytettiin MW- (GE Osmonics), C30F- (Nadir Filtration), Teflon Typar- (Tetratex) sekä JX-kalvoa (Osmonics Desal). Haastetta työhön syntyi tutkittujen jätevesien ominaisuuksien suuresta vaihtelusta sitä tuottavan laitoksen panostyylisestä toiminnasta johtuen. Lisäksi tutkittiin, onko syöttöliuoksen pH-säädöllä ja laskeutuksella ennen suodatusta merkittävää etua itse kalvosuodatusprosessiin. Kalvotekniikkaa voidaan tämän tutkimuksen perusteella soveltaa myös esteröintilaitoksen rasvaisten jätevesien suodatukseen, ja erityistä etua saadaan jäteveden pH-säädöllä (pH 3) ja laskeutuksella ennen varsinaista suodatusta. Tällaiseen käsittelyyn soveltuu tutkituista kalvoista parhaiten hydrofiilinen regeneroidusta selluloosasta valmistettu C30F-kalvo, jonka etuna on vähäinen foulaantuminen muihin tutkittuihin kalvoihin verrattuna.

Synthesis of triheptanoin and formulation as a solid diet for rodents

Triheptanoin-enriched diets have been successfully used in the experimental treatment of various metabolic disorders. Maximal therapeutic effect is achieved in the context of a ketogenic diet where triheptanoin oil provides 30-40% of the daily caloric intake. However, pre-clinical studies using triheptanoin-rich diets are hindered by the difficulty of administering to laboratory animals as a solid foodstuff. In the present study, we successfully synthesized triheptanoin to the highest standards of purity from glycerol and heptanoic acid, using sulfonated charcoal as a catalyst. Triheptanoin oil was then formulated as a solid, stable and palatable preparation using a ketogenic base and a combination of four commercially available formulation agents: hydrophilic fumed silica, hydrophobic fumed silica, microcrystalline cellulose, and talc. Diet compliance and safety was tested on C57Bl/6 mice over a 15-week period, comparing overall status and body weight change. Practical applications: This work provides a complete description of (i) an efficient and cost-effective synthesis of triheptanoin and (ii) its formulation as a solid, stable, and palatable ketogenic diet (triheptanoin-rich; 39% of the caloric intake) for rodents. Triheptanoin-rich diets will be helpful on pre-clinical experiments testing the therapeutic efficacy of triheptanoin in different rodent models of human diseases. In addition, using the same solidification procedure, other oils could be incorporated into rodent ketogenic diet to study their dosage and long-term effects on mammal health and development. This approach could be extremely valuable as ketogenic diet is widely used clinically for epilepsy treatment.

Suolan pesu ja liuottimen strippaus selluloosaeetteristä

Työssä tutkittiin suolan pesua ja liuottimen strippausta selluloosaeetteristä. Työn tavoitteena oli tutkia erään selluloosaeetterin ominaisuuksien vaikutusta pesuun ja strippaukseen. Strippauksesta selvitettiin pääasiallisesti alipaineen ja lämpötilan vaikutusta tarvittavaan höyrymäärään. Työn kirjallisuusosassa tarkasteltiin selluloosaeetterin valmistuksen teoriaa, pesu- ja strippausprosesseihin vaikuttavia muuttujia sekä erilaisia pesu- ja strippausprosesseihin soveltuvia laitteita. Kokeet suoritettiin pilotlaitoksellaja kahdella tuotantolinjalla. Pilotlaitos oli panosprosessi ja tuotantolinjat olivat jatkuvatoimisia prosesseja. Kokeiden analyysitulokset käsiteltiin lineaarisella regressioanalyysillä. Analyysitulosten perusteella todettiin strippausalipaineen kasvun ja -lämpötilan noston lisäävän tarvittavaa höyrymäärää strippauksessa. Myös stripattavan selluloosaeetterin kosteuspitoisuuden kasvun havaittiin lisäävän tarvittavaa höyrymäärää strippauksessa.

Synthesis of triheptanoin and formulation as a solid diet for rodents

Triheptanoin-enriched diets have been successfully used in the experimental treatment of various metabolic disorders. Maximal therapeutic effect is achieved in the context of a ketogenic diet where triheptanoin oil provides 30-40% of the daily caloric intake. However, pre-clinical studies using triheptanoin-rich diets are hindered by the difficulty of administering to laboratory animals as a solid foodstuff. In the present study, we successfully synthesized triheptanoin to the highest standards of purity from glycerol and heptanoic acid, using sulfonated charcoal as a catalyst. Triheptanoin oil was then formulated as a solid, stable and palatable preparation using a ketogenic base and a combination of four commercially available formulation agents: hydrophilic fumed silica, hydrophobic fumed silica, microcrystalline cellulose, and talc. Diet compliance and safety was tested on C57Bl/6 mice over a 15-week period, comparing overall status and body weight change. Practical applications: This work provides a complete description of (i) an efficient and cost-effective synthesis of triheptanoin and (ii) its formulation as a solid, stable, and palatable ketogenic diet (triheptanoin-rich; 39% of the caloric intake) for rodents. Triheptanoin-rich diets will be helpful on pre-clinical experiments testing the therapeutic efficacy of triheptanoin in different rodent models of human diseases. In addition, using the same solidification procedure, other oils could be incorporated into rodent ketogenic diet to study their dosage and long-term effects on mammal health and development. This approach could be extremely valuable as ketogenic diet is widely used clinically for epilepsy treatment.

Päällystyksen vaikutus paperin ja kartongin laserleikattavuuteen

Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää päällystyksen vaikutusta paperin ja kartongin laserleikattavuuteen. Aiheeseen liittyi myös laserparametrien vaikutuksen selvittäminen leikattaessa päällystettyjä paperi- ja kartonkilaatuja. Päällystepigmentteinä käytettiin kalsiumkarbonaattia ja kaoliinia sekä niiden seosta. Leikkausnopeus alenee päällystyspigmentistä ja sen määrästä riippuen 5 – 20 % verrattuna saman neliöpainoisiin päällystämättömiin materiaaleihin. Yli 1000 W:n laserteholla leikkausnopeuden kasvu tehon funktiona pysähtyy kalsiumkarbonaatilla päällystetyillä kartongeilla. Päällystetyllä paperilla vastaava tehoraja on 1400 W. Polttopisteen optimi paikkaan päällystyksellä ei ole vaikutusta. Myöskään leikatun reunan laatuun päällystyksellä ei ole suurta vaikutusta. Leikkauksessa muodostuvat savut ovat pääasiassa selluloosan pilkkoutumistuotteita. Suuri osa savuista on myrkyllisiä, joten leikkauskohdan riittävästä ilmanvaihdosta on huolehdittava. Sopivilla prosessiparametreilla voidaan saada 10 – 20 %:n parannuksia leikkausnopeuteen.

Regeneroidun selluloosapinnan modifiointi kestämään mikro-organismien toimintaa

Työn tavoitteena oli kehittää mikro-organismeja kestävä suoli eli makkarankuori. Työ suoritettiin modifioimalla regeneroitua selluloosaa. Modifiointiliuoksena käytettiin etikkahapon ja etikkahappoanhydridin seosta, johon lisättiin rikkihappoa katalyytiksi. Työssä etsittiin parasta yhdistelmää, joka koostui modifiointiradannopeudesta, modifiointiliuoskoostumuksesta ja erilaisista modifiointimenetelmistä. Kirjallisuusosassa käsiteltiin yleisesti asetaattikalvoja, niiden valmistusta ja ominaisuuksia. Lisäksi perehdyttiin entsyymin ominaisuuksiin ja toimintaan yleisesti. Entsyymeistä yksi otettiin lähempään tarkasteluun. Kokeissa regeneroitua selluloosaa modifioitiin liuoksessa, jonka koostumusta muunneltiin. Kokeissa oli kolme erilaista modifiointimenetelmää, joissa käytettiin neljää modifiointiliuoskoostumusta ja kolmea modifiointinopeutta. Mittauksissa tutkittiin modifioinnin vaikutusta suoliin verrattuna normaaleihin suoliin. Suolille tehtiin sekä mekaanisia että kemiallisia testejä. Kemiallisista testeistä tärkein oli testi, jossa modifioitu suoli altistettiin mikro-organismille. Tulosten perusteella valittiin paras menetelmä. Työssä havaittiin yhden menetelmän olevan muita paljon parempi. Tällä menetelmällä suoritettiin toistokokeita, jotka varmistivat jo saatuja tuloksia. Liuoskoostumusten välillä ei ollut suuria eroja, mutta kuitenkin niistä yksi osoittautui parhaimmaksi. Nopeutta oli vaikeampi määrittää, mutta siitäkin saatiin määritettyä tietty haarukka, jossa reaktio oli tehokkain.

Large Magnetoresistance in Fe/MgO/FeCo(001) Epitaxial Tunnel-Junctions on GaAs(001).

We present tunneling experiments on Fe~001!/MgO~20 Å!/FeCo~001! single-crystal epitaxial junctions of high quality grown by sputtering and laser ablation. Tunnel magnetoresistance measurements give 60% at 30 K, to be compared with 13% obtained recently on ~001!-oriented Fe/amorphous-Al2O3 /FeCo tunnel junctions. This difference demonstrates that the spin polarization of tunneling electrons is not directly related to the density of states of the free metal surface Fe~001! in this case but depends on the actual electronic structure of the entire electrode/barrier system.