Potentials of process intensification in the Finnish petrochemical industry

This research was motivated by the need to examine the potential application areas of process intensification technologies in Neste Oil Oyj. According to the company’s interest membrane reactor technology was chosen and applicability of this technology in refining industry was investigated. Moreover, Neste Oil suggested a project which is related to the CO2 capture from FCC unit flue gas stream. The flowrate of the flue gas is 180t/h and consist of approximately 14% by volume CO2. Membrane based absorption process (membrane contactor) was chosen as a potential technique to model CO2 capture from fluid catalytic cracking (FCC) unit effluent. In the design of membrane contactor, a mathematical model was developed to describe CO2 absorption from a gas mixture using monoethanole amine (MEA) aqueous solution. According to the results of literature survey, in the hollow fiber contactor for laminar flow conditions approximately 99 % percent of CO2 can be removed by using a 20 cm in length polyvinylidene fluoride (PDVF) membrane. Furthermore, the design of whole process was performed by using PRO/II simulation software and the CO2 removal efficiency of the whole process obtained as 97 %. The technical and economical comparisons among existing MEA absorption processes were performed to determine the advantages and disadvantages of membrane contactor technology.

Dielectric relaxation and ferromagnetic resonance in magnetoelectric (Polyvinylidene-fluoride)/ferrite composites

In this work the dielectric properties and ferromagnetic resonance of Polyvinylidene- uoride embedded with 10 wt. % of NiFe2O4 or Ni0.5Zn0.5Fe2O4 nanoparticles are presented. The mechanisms of the dielectric relaxation in these two composites do not differ from each other. For more precise characterization of the dielectric relaxation, a two dimensional distribution of relaxation times was calculated from the temperature dependencies of the complex dielectric permittivity. The results obtained from the 2D distribution and the mean relaxation time are found to be consistent. The dynamics of the dielectric permittivity is described by the Arrhenius law. The energy and attempt time of the dielectric relaxators lie in a narrow energy and time region thus proving that the single type chains of polymer are responsible for a dispersion. The magnetic properties of the composites were investigated using the fer- romagnetic resonance. A single resonance line was observed for both samples. From the temperature dependence (100 K - 310 K) of the resonance eld and linewidth, the origin of the observed line was attributed to the NiFe2O4 and Ni0.5Zn0.5Fe2O4 superparamagnetic nanoparticles. By measuring lms at dif- ferent orientations with respect to the external magnetic eld, the angular dependence of the resonance was observed, indicating the magnetic dipolar in-plane interactions.

Magnetoelectric CoFe2O4/polyvinylidene fluoride electrospun nanofibres

Magnetoelectric 0-1 composites comprising CoFe2O4 (CFO) nanoparticles in polyvinylidene fluoride (PVDF) polymerfibre matrix have been prepared by electrospinning. The average diameter of the electrospun composite fibres D is ~ 325 nm, independently of nanoparticle content, and the amount of crystalline polar β phase is strongly enhanced when compared to pure PVDF polymer fibres. The piezoelectric response of these electroactive nanofibres is modified by an applied magnetic field, thus evidencing the magnetoelectric character of the CFO/PVDF 0-1 composites.

Subcutaneous tissue reaction and cytotoxicity of polyvinylidene fluoride and polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene blends associated with natural polymers

Cytotoxicity and subcutaneous tissue reaction of innovative blends composed by polyvinylidene fluoride and polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene associated with natural polymers (natural rubber and native starch) forming membranes were evaluated, aiming its applications associated with bone regeneration. Cytotoxicity was evaluated in mouse fibroblasts culture cells (NIH3T3) using trypan blue staining. Tissue response was in vivo evaluated by subcutaneous implantation of materials in rats, taking into account the presence of necrosis and connective tissue capsule around implanted materials after 7, 14, 21, 28, 35, 60, and 100 days of surgery. The pattern of inflammation was evaluated by histomorphometry of the inflammatory cells. Chemical and morphological changes of implanted materials after 60 and 100 days were evaluated by Fourier transform infrared (FTIR) absorption spectroscopy and scanning electron microscopy (SEM) images. Cytotoxicity tests indicated a good tolerance of the cells to the biomaterial. The in vivo tissue response of all studied materials showed normal inflammatory pattern, characterized by a reduction of polymorphonuclear leukocytes and an increase in mononuclear leukocytes over the time (p < 0.05 Kruskal-Wallis). On day 60, microscopic analysis showed regression of the chronic inflammatory process around all materials. FTIR showed no changes in chemical composition of materials due to implantation, whereas SEM demonstrated the delivery of starch in the medium. Therefore, the results of the tests performed in vitro and in vivo show that the innovative blends can further be used as biomaterials. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. J Biomed Mater Res Part B: Appl Biomater 101B: 1284-1293, 2013. Copyright © 2013 Wiley Periodicals, Inc.

Identification of promising antigenic components in latent fingermark residues

An analysis of latent fingermark residues by Sodium-Dodecyl-Sulfate PolyAcrylamide Gel Electrophoresis (SDS-PAGE) followed by silver staining allowed the detection of different proteins, from which two major bands, corresponding to proteins of 56 and 64 kDa molecular weight, could be identified. Two other bands, corresponding to proteins of 52 and 48 kDa were also visualizable along with some other weaker bands of lower molecular weights. In order to identify these proteins, three antibodies directed against human proteins were tested on western blots of fingermarks residues: anti-keratin 1 and 10 (K1/10), anti-cathepsin-D (Cat.D) and anti-dermcidin (Derm.). The corresponding antigens are known to be present in the stratum corneum of desquamating stratified epithelium (K1/10, Cat.D) and/or in eccrine sweat (Cat.D, Derm.). The two major bands were identified as consistent with keratin 1 and 10. The pro-form and the active form of the cathepsin-D have also been identified from two other bands. Dermcidin could not be detected in the western blot. In addition, these antibodies have been tested on latent fingermarks left on polyvinylidene fluoride (PVDF) membrane, as well as on whitened and non-whitened paper. The detection of fingermarks was successful with all three antibodies.

Développement et caractérisation de nouveaux nanocomposites polymères électriquement conductueurs pour plaques bipolaires de piles à combustible à membrane échangeuse de protons, PEMFC

Face à la diminution des ressources énergétiques et à l’augmentation de la pollution des énergies fossiles, de très nombreuses recherches sont actuellement menées pour produire de l’énergie propre et durable et pour réduire l’utilisation des sources d’énergies fossiles caractérisées par leur production intrinsèque des gaz à effet de serre. La pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) est une technologie qui prend de plus en plus d’ampleur pour produire l’énergie qui s’inscrit dans un contexte de développement durable. La PEMFC est un dispositif électrochimique qui fonctionne selon le principe inverse de l’électrolyse de l’eau. Elle convertit l’énergie de la réaction chimique entre l’hydrogène et l’oxygène (ou l’air) en puissance électrique, chaleur et eau; son seul rejet dans l’atmosphère est de la vapeur d’eau. Une pile de type PEMFC est constituée d’un empilement Électrode-Membrane-Électrode (EME) où la membrane consiste en un électrolyte polymère solide séparant les deux électrodes (l’anode et la cathode). Cet ensemble est intégré entre deux plaques bipolaires (BP) qui permettent de collecter le courant électrique et de distribuer les gaz grâce à des chemins de circulation gravés sur chacune de ses deux faces. La plupart des recherches focalisent sur la PEMFC afin d’améliorer ses performances électriques et sa durabilité et aussi de réduire son coût de production. Ces recherches portent sur le développement et la caractérisation des divers éléments de ce type de pile; y compris les éléments les plus coûteux et les plus massifs, tels que les plaques bipolaires. La conception de ces plaques doit tenir compte de plusieurs paramètres : elles doivent posséder une bonne perméabilité aux gaz et doivent combiner les propriétés de résistance mécanique, de stabilité chimique et thermique ainsi qu’une conductivité électrique élevée. Elles doivent aussi permettre d’évacuer adéquatement la chaleur générée dans le cœur de la cellule. Les plaques bipolaires métalliques sont pénalisées par leur faible résistance à la corrosion et celles en graphite sont fragiles et leur coût de fabrication est élevé (dû aux phases d’usinage des canaux de cheminement des gaz). C’est pourquoi de nombreuses recherches sont orientées vers le développement d’un nouveau concept de plaques bipolaires. La voie la plus prometteuse est de remplacer les matériaux métalliques et le graphite par des composites à matrice polymère. Les plaques bipolaires composites apparaissent attrayantes en raison de leur facilité de mise en œuvre et leur faible coût de production mais nécessitent une amélioration de leurs propriétés électriques et mécaniques, d’où l’objectif principal de cette thèse dans laquelle on propose: i) un matériau nanocomposite développé par extrusion bi-vis qui est à base de polymères chargés d’additifs solides conducteurs, incluant des nanotubes de carbone. ii) fabriquer un prototype de plaque bipolaire à partir de ces matériaux en utilisant le procédé de compression à chaud avec un refroidissement contrôlé. Dans ce projet, deux polymères thermoplastiques ont été utilisés, le polyfluorure de vinylidène (PVDF) et le polyéthylène téréphtalate (PET). Les charges électriquement conductrices sélectionnées sont: le noir de carbone, le graphite et les nanotubes de carbones. La combinaison de ces charges conductrices a été aussi étudiée visant à obtenir des formulations optimisées. La conductivité électrique à travers l’épaisseur des échantillons développés ainsi que leurs propriétés mécaniques ont été soigneusement caractérisées. Les résultats ont montré que non seulement la combinaison entre les charges conductrices influence les propriétés électriques et mécaniques des prototypes développés, mais aussi la distribution de ces charges (qui de son côté dépend de leur nature, leur taille et leurs propriétés de surface), avait aidé à améliorer les propriétés visées. Il a été observé que le traitement de surface des nanotubes de carbone avait aidé à l’amélioration de la conductivité électrique et la résistance mécanique des prototypes. Le taux de cristallinité généré durant le procédé de moulage par compression des prototypes de plaques bipolaires ainsi que la cinétique de cristallisation jouent un rôle important pour l’optimisation des propriétés électriques et mécaniques visées.

Suodatuskalvon puhdistaminen UV-valolla tai ultraäänellä aktivoidulla titaanidioksidilla

Kalvotekniikan suurin ongelma on edelleen kalvon likaantuminen, jonka tuloksena kalvon erotuskyky voi muuttua ja liuoksen vuo kalvon läpi pientyä huomattavasti. Kalvotekniikan teollisissa sovelluksissa kalvojen puhdistus on yksi tärkeimmistä pääkohdista, sillä se määrittää kalvon käyttöikää ja käyttötehokkuutta. Yleisimmin käytetyn kemiallisen pesun tuloksena muodostuu hävitettävä pesuliuos, joka sisältää sekä kemikaaleja, että kalvosta poistetun lian. Työssä on tutkittu kalvon puhdistusta ultravioletti-valo- tai ultraäänikäsittelyssä titaanidioksidin läsnäollessa. Menetelmien mahdollisina etuina ovat kalvosta poistetun lian hajotus harmittomiksi komponenteiksi ja mahdollisesti kalvon pienempi kuluminen pesussa. Työn kirjallisuusosassa on käsitelty orgaanisten ja epäorgaanisten aineiden hajottamista ultraviolettivalon tai ultraäänikäsittelyn avulla titaanidioksidin läsnäollessa sekä olosuhteiden vaikutusta menetelmien tehokkuuteen. Tämän lisäksi työssä on keskitytty polymeerikalvojen UV-valo- ja ultraäänikäsittelykestävyyteen. Kokeellisessa osassa on tutkittu UV-valo- ja ultraäänikäsittelyjen sopivuutta liatun PVDF-kalvon puhdistukseen titaanidioksidin läsnäollessa. Tavoitteena oli liatun kalvon permeabiliteetin palautus puhtaan kalvon tasolle käsittelyn avulla. Kalvon kestävyyttä on myös tutkittu. Tämän työn perusteella tutkittuja menetelmiä ei voida soveltaa tarkistettavan PVDF-kalvon puhdistukseen, ainakaan testeissä käytetyissä olosuhteissa, sillä kalvon ominaisuudet muuttuvat käsittelyissä.

Ultrafiltration performance of PVDF, PES, and cellulose membranes for the treatment of coconut water (Cocos nucifera L.)

Ultrafiltration (UF) inhibits the enzymatic activity which is responsible for color changes of coconut water without the need for heat treatment. In the present study, UF performance in terms of the permeate flux and enzymatic retention of the coconut water was evaluated at laboratory unit (LU) and pilot unit (PU). The membranes studied were polyethersulfone 150 kDa (UP150), polyvinylidene fluoride 150 kDa (UV150) and cellulose 30 kDa (UC030). The UP150 membrane showed the best permeate flux. The UC030 membrane showed the lowest flux, but it resulted in 100% enzymatic retention, while the other membranes showed enzymatic retentions between 71 and 85%. The application of the UC030 in the pilot unit (PU) resulted in a flux value higher than that obtained in the LU due to the tangential velocity effect. The UC030 membrane has proved adequate for industrial applications.

STUDY OF POLING BEHAVIOR OF BIAXIALLY STRETCHED POLY(VINYLIDENE FLUORIDE) FILMS USING THE CONSTANT-CURRENT CORONA TRIODE

This article reports systematic results of corona poling measurements obtained on biaxially stretched polyvinylidene fluoride films charged in dry air. Charging was performed using the constant current corona triode. The dependence of the poling process on the sample thickness, charging current, and successive charging processes was investigated. Phase transitions from alpha to delta and to beta phases were observed when virgin samples were corona charged. The thermal pulse technique showed that the polarization profiles during charging can be made consistently almost uniform and that the ferroelectric reorientation can be associated with the rising plateau region displayed on potential buildup curves. (C) 1995 American Institute of Physics.

Effects of thermal treatment on phase transitions and on the mechanical relaxation in poly(vinylidene fluoride)

This work reports on the effects from thermal treatment in poly(vinylidene fluoride), PVDF, obtained with differential scanning calorimetry (DSC) and dynamic thermal analysis (DMA) measurements. It is shown that in successive DMA measurements performed with one sample the α relaxation peak almost disappears while the γ′ peak appears. The α relaxation peak, at ∼100°C in DMA measurements, is attributed to the preferential orientation of chains in the amorphous phase while the γ′ relaxation peak, at ∼50°C, is related to the thermal treatment to which the sample was submitted.

Optimização de um método de avaliação simultânea da dissolução e permeabilidade de fármacos

Englobado na temática do desenvolvimento de métodos in vitro para avaliação da biodisponibilidade de fármacos, este trabalho de investigação teve como objectivo a optimização de um método para avaliar em simultâneo a dissolução e permeabilidade de fármacos usando uma célula de fluxo bilateral com membranas de Polyvinylidene Fluoride (PVDF). Através de uma avaliação inicial, na qual se testou o efeito de diversas variáveis na permeabilidade da cafeína e do ácido acetilsalicílico, obtiveram-se resultados que permitiram concluir que os ensaios realizados são mais reprodutíveis, quando a célula de fluxo é utilizada em circulação unilateral no lado dador e com agitação do lado aceitador. Observou-se ainda que o método permite detectar a influência do pH (Papp da cafeína a pH 7,4 e 4,5: 4,84±1,57x105cm.s-1 e 6,00±0,70x105cm.s app do ácido acetilsalicílico a pH 7,4 e 4,5: 3,85±0,38x10-5cm.s-1 e 5,1 1±0,65x105cm.s-1) e dos excipientes (Papp da cafeína isoladamente e em presença de excipientes: 6,76±1,22 x 10-5cm.s1 e 5,84±0,43x10-5cm.s-1 app do ácido acetilsalicílico isoladamente e em presença de excipientes: 7,07±1,56x105 cm.s e 5,19±0,23x10-5cm.s1) na permeabilidade dos compostos. Na avaliação da dissolução testou-se um método descrito na United States Pharmacopeia (USP) com meio de dissolução a pH 4,5 e um método com meio de dissolução a pH 7,4 pois na perspectiva de no futuro se realizarem ensaios com membranas celulares Caco-2, foi necessário testar um meio compatível com estas. As percentagens de dissolução dos ensaios a pH 7,4 foram de 96,3% para a cafeína e de 87,1% para o ácido acetilsalicílico, o que permitiu a utilização deste meio, visto ter sido superior ao limite mínimo de 80% estabelecido pela USP. Após estabelecimento das metodologias de dissolução e permeabilidade individuais, passou-se ao acoplamento das duas técnicas, tendo sido realizados ensaios de dissolução/permeabilidade com uma forma farmacêutica contendo os dois compostos em estudo (Melhoral®), nos quais se obtiveram permeabilidades aparentes de 3,97±0,37x105cm.s1 e 3,69±0,29 x105cm.s para a cafeína e ácido acetilsalicílico a pH 4,5 e de 3,77±0,40x105cm.s e 4,08± 0,04x1 05cm.s1 para a cafeína e ácido acetilsalicílico a pH 7,4, resultados estes que foram reprodutíveis e descriminativos e que perspectivam a possibilidade da utilização do sistema para futuros trabalhos envolvendo membranas de culturas celulares (Caco-2) ou tecidos (pele ou intestino).

A high order model for piezoelectric rods: an asymptotic approach

Preprint submitted to International Journal of Solids and Structures. ISSN 0020-7683

Sistema de aquisição e comunicação para sensores magnetoelétricos

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e Computadores

Siistausmassan saostuksessa kiekkosuodattimella käytettävän suodatinväliaineen testaus ja kehittäminen

Työn aiheena on siistausmassan saostuksessa käytettävä kiekkosuodatinväliaine ja tarkoituksena selvittää lankamateriaalien ja pinnoitusaineiden vaikutusta väliaineen likaantumisherkkyyteen ja suodatusteknisiin ominaisuuksiin. Siistauslaitosten ongelmana on suodatinväliaineen likaantuminen massassa olevien tahmo- ja painoväripartikkelien johdosta. Tällä hetkellä siistauslaitosten kiekkosuodatinpussien valmistuksessa käytetään pääasiassa polypropeeni- ja polyvinylideenifluoridimonofilamenttilankoja, joiden lianhylkivyys on osoittautunut huonoksi. Uusiksi lankamateriaaleiksi tutkimuksiin valittiin Easy Kleen I, Easy Kleen II, Hyflon, Halar ja Polyesteri. Tulosten perusteella Easy Kleen I ja II monofilamenttilangoista kudotun suodatinkankaan lianhylkivyys on polypropeeni- ja polyvinylideenifluoridimonofilamenttilangoista kudottua kangasta parempi. Suodatusteknisissä ominaisuuksissa ei materiaalien välillä havaittu merkittävää eroa. Easy Kleen monofilamenttilangat näyttävät soveltuvan myös keittokutistumiltaan ja mekaanisilta ominaisuuksiltaan kiekkosuodatinpussien materiaaleiksi. Polypropeeni- ja polyesterimonofilamenettilangoista kudottujen suodatinkankaiden pinnoittamisessa käytettiin hydrofiilisiä ja hydrofobisia pinnoitusaineita. Tulosten perusteella on mahdollista parantaa suodatinkankaan lianhylkivyyttä pinnoittamalla. Pinnoitettu kangas on myös suodatusteknisiltä ominaisuuksiltaan toimiva. Ongelmaksi suodatinkankaiden pinnoittamisessa saattaa kuitenkin muodostua pinnoituslämpötila, jossa kangas kutistuu asennuskelvottomaksi.

Luodin osuman havaitsevan metallimaalitaulun anturointi

Luotiaseilla tapahtuvaan ampumaharjoitteluun on käytössä monia erilaisia maalitauluja. Perinteisesti maalitauluna on toiminut puukehikkoon kiinnitetty pahvitaulu ja osumat on todettu siihen jääneiden reikien perusteella. Nykymaailmassa kaikki kuitenkin sähköistyy ja niin käy myös maalitauluille. Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on selvittää kirjallisuustutkimuksen sekä kokeellisen tutkimuksen avulla metallisen luotiaseille tarkoitetun osuman havaitsevan maalilaitteen käyttöön soveltuva anturointi. Kirjallisuustutkimuksen avulla selvitetään antureilta vaadittavat ominaisuudet sekä valitaan kokeellista tutkimusta varten vaihtoehdot anturoinnille. Kokeellinen tutkimus suoritetaan kahdessa osassa, ensin laboratoriossa ja myöhemmin ampumaradalla tositilanteessa. Kokeellisen tutkimuksen tarkoituksena on vertailla valittujen antureiden ominaisuuksia ja valita niistä käyttötarkoitukseen soveltuvin. Kokeellista tutkimusta varten kehitettiin kaksi eri mittausjärjestelyä, joiden todettiin soveltuvan hyvin antureiden vertailemiseen. Kokeellisessa tutkimuksessa selvitettiin kolmen piezosähköisen PVDF- eli polyvinyylideenifluoridi-anturin sekä kahden erilaisen akustisen anturin soveltuvuus maalilaitteen käyttöön. Tutkimuksen perusteella todettiin PVDF-antureiden olevan soveltuvia maalilaitteen anturointiin. Akustiset anturit eivät testa-tulla tavalla täyttäneet anturoinnille asetettuja vaatimuksia.