Avaruusinstrumentin mekaniikkasuunnittelu

Tämän insinöörityön tarkoituksena on kehittää avaruusinstrumentti, joka on osa Euroopan avaruusjärjestön ESA:n ja Japanin avaruusjärjestön JAXA:n BepiColombo-yhteistyöhanketta. Satelliitti lähetetään Merkurius-planeetan kiertoradalle vuonna 2013. Avaruusaluksen matka Merkuriukseen kestää yhteensä kuusi vuotta ja on perillä vuonna 2019. Yksi BepiColombo-satelliitin tieteellisistä instrumenteista on Oxford Instruments Analytical Oy:n kehittämä SIXS-instrumentti (Solar Intensity X-ray and particle Spectrometer). Instrumentin tarkoituksena on mitata auringosta tulevaa röntgen- ja partikkelisäteilyä. Se toimii yhteistyössä Merkuriuksen pintaa mittaavan MIXS-instrumentin (Mercury Imaging X-ray Spectrometer) kanssa. Tuloksista pystytään analysoimaan ne alkuaineet, joista Merkuriuksen pinta koostuu. Työn alussa esitellään teoriataustaa alkuaineiden mittauksesta niiltä osin, kuin se tämän työn kannalta on tarpeellista. Työssä syvennytään tarkemmin auringosta tulevan säteilyn mittauksesta vastaavan instrumentin tekniikkaan ja mekaniikkasuunnitteluun. Instrumentin lämpöteknisestä suunnittelusta, värähtelymittauksista ja lujuusanalyysista on työhön sisällytetty pääasiat. Työn tuloksena on kehitetty instrumenttiin tulevan partikkelidetektorin prototyyppi sekä instrumenttikotelon malli. Lopullisen koon instrumenttikotelolle määrittää vaadittavan elektroniikan viemä tila. Mittalaitteen kehitystyö jatkuu Oxford Instruments Analytical Oy:ssä vuoteen 2011 saakka.

Polttoaineseoksen ja prosessiolosuhteiden vaikutus kerrosleijukattilan tulistinalueen likaantumiseen

Työn tavoitteena oli löytää yhteys kerrosleijukattilaan syötetyn polttoaineseoksen sekä kattilan likaantumisen välille. Tulistinalueen likaantumista tutkittiin kahden kerrostumasondin avulla 28 päivää kestäneellä mittausjaksolla. Mittausten aikana otettiin näytteitä polttoaineseoksesta, lentotuhkasta sekä nuohouksen aikaisesta tuhkavirrasta. Mittausjakson jälkeen myös sondien tuhkakerrostumien pitoisuudet määritettiin. Mittausjakson aikana sondien jättöpinnoille muodostui tuhkakerrostumaa, joka voitiin poistaa nuohouksella, kun taas tulopinnalle syntyi pysyvää kerrostumaa. Nuohouksella irtoavan tuhkakerrostuman havaittiin sisältävän suuremmat pitoisuudet piitä, alumiinia, natriumia ja kaliumia kuin kattilan läpi jatkuvasti kulkevan lentotuhkan. Tuhkakerrostuma, jota ei nuohouksella saatu poistettua, sisälsi enemmän natriumia, rikkiä, kaliumia ja lyijyä kuin muut tuhkanäytteet. Polttoaineista turpeella oli merkittävin vaikutus likaantumiseen. Turpeen osuuden ollessa suurimmillaan jäivät jättöpinnan tuhkakerrostuman lämpövastukset pienemmiksi kuin muulloin eli lyhytaikaista kerrostumaa syntyi tällöin vähemmän. Pysyvän kerrostuman kasvu hidastui, kun turpeen osuus oli suuri, ja jopa pysähtyi, kun turpeen osuus oli 42-51 %. Prosessiolosuhteista tutkittiin kattilan kuorman vaikutusta likaantumiseen. Havaittiin, että ajettaessa kattilaa isommilla kuormilla, syntyi lyhytaikaista kerrostumaa vähemmän kuin muulloin.

Pellettien laatu ja ominaisuudet eri raaka-aineilla ja niiden seoksilla

Diplomityö tehtiin osana Vapon toteuttamaa monivuotista pelletin kehitysohjelmaa. Kehitysohjelma koostuu useista pienemmistä osaprojekteista, jotka täydentävät toinen toisiaan. Pellettien raaka-ainepohjan laajentaminen on eräs näistä osaprojekteista. Tutkimustyön tavoitteena oli selvittää erilaisten potentiaalisten bioraaka-aineiden soveltuvuutta pelletointiin joko sellaisenaan tai erilaisina seoksina. Raaka-aineiden pelletoitavuutta tutkittiin kenttäolosuhteissa mobiilipelletointilaitoksella. Laitoksen pääkomponentit muodostivat Kahl C 38–780 tasomatriisipuristin, jäähdytin ja täryseula. Pelletointikokeissa tutkittuja raaka-aineita olivat mäntysahanpuru, männynkuori, harvennusranka, haapa, koivu, jyrsinturve ja ruokohelpi. Raaka-aineiden irtotiheys käyttökosteudessa vaihteli välillä 73–244 kg/m3 ja keskimääräinen kosteuspitoisuus 6,5–15 %. Useissa tapauksissa säkitettyjä raaka-aineita säkkikostutettiin haluttuun kosteuspitoisuuteen ennen pelletointia. Säkkikostutettujen raaka-aineiden kosteuspitoisuudet vaihtelivat tällöin välillä 12–14 m- %. Valtaosa tutkituista raaka-aineista ja niiden seoksista pystyttiin pelletoimaan puristimen matriisilla 8/40 mm, jossa puristuskanavan halkaisija oli 8 mm ja kanavan suoran osan pituus 40 mm. Vaikeuksia tuotti ainoastaan pelkän koivupurun ja ruokohelven pelletointi. Käytetty matriisi oli kanavapituudeltaan liian pitkä koivupurun pelletointiin nostaen puristusvastuksen suureksi. Ruokohelven pelletoinnin vaikeudet johtuivat pääasiassa pelletointiin liian karkeasta raaka-aineesta. Myös matriisia 8/55 mm kokeiltiin, mutta se osoittautui liian ”tiukaksi” valtaosalle puuraaka-aineista. Ainoastaan jyrsinturpeen pelletointi onnistui tällä matriisilla. Männynkuoren pelletointia ei matriisilla 8/55 mm yritetty. Kenttäkokeissa valmistetuista pelleteistä määritettiin erilaisia ominaisuuksia, kuten keskipituus, kosteuspitoisuus, irtotiheys, hienoaineksen määrä ja käsittelykestävyys. Lujuus mitattiin sekä Ligno-testillä että CEN-rummutuslujuuden määrityksellä. Lisäksi pelleteille määritettiin alkuaineanalyysi, tuhkapitoisuus ja lämpöarvo ENAS Oy:n laboratoriossa Jyväskylässä. Ligno-testauksessa parhaimman luokan pelletin tulee yltää arvoon 97,5 %. Pelletoitaessa raaka-aineita ja niiden seoksia tasomatriisikoneella sopivalla matriisilla yllettiin usein näihin tai parempiin tuloksiin. Puumateriaaleilla raaka-aineen optimaalinen lähtökosteus oli välillä 12–14 m- % ja turpeella sekä ruokohelvellä 14–16 m- %. Pelletointi onnistui tällöin vaivattomasti, kunhan sopivat puristimen ajoparametrit oli löydetty. Pellettiä alkoi muodostua matriisin puristuskanavien lämpötilan kohotessa noin 70 ºC. Pellettien lämpötila stabiilitilanteessa heti pelletoinnin jälkeen oli useissa tapauksissa 80–90 ºC. Pelletoinnin aikainen tehontarve vaihteli välillä 90–150 kWh/t, ollen suurimmillaan irtotiheydeltään keveillä materiaaleilla. Raaka-aineen suuri partikkelikoko kasvatti puristimen tehontarvetta. Tämä havaittiin selvästi lisättäessä karkeaa ruokohelpisilppua eri raaka-aineiden joukkoon. Kestävyydeltään erinomaisia pellettejä saatiin, kun raaka-aineena oli jyrsinturve, harvennusranka tai mäntypuru. Varsinkin jyrsinturpeen ja harvennusrangan seoksesta valmistetut pelletit osoittautuivat erittäin kestäviksi. Myös jyrsinturpeen ja ruokohelven sekä mäntypurun ja ruokohelven seoksien pelleteille määritettiin hyviä kestävyysarvoja. Männynkuoresta valmistetut pelletit jäivät Ligno-testauksessa kestävyydeltään alle 97,5 % rajan. Pääsyynä tähän oli kuoren pelletointiin käytetyn matriisin 8/40 mm liian lyhyet puristuskanavat.

Imobilização de 8-hidroxiquinoleína em sílica gel. Melhorias na tradicional rota de diazotação

Some modifications made at silanization step and the introduction of r-nitrobenzil bromide as an alternative reagent to the 8-hydroxiquinolein immobilization in silica gel were important points that brought up the reduction of synthesis time, efficency improvement of the immobilization process and better hydrolysis stabilization to the final materials. The caracterization was made by infrared spectroscopy, elementary analysis, complexing capacity and acid-base properties.

Caracterização de 2,2',4,4',6,6'-hexanitroestilbeno via análises instrumentais

2,2',4,4',6,6'-hexanitrostilbene (HNS) is a very important high explosive that is used in a range of military, aerospace and industrial formulations owing to its suitable properties. It is an insensitive and thermaly stable explosive that can be produced from 2,4,6-trinitrotoluene (TNT). This paper shows the characterization of synthesized HNS by different techniques, such as elementary analysis, differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TG), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and through the determination of the heat of combustion in a calorimeter.

Activity and sulfur resistance of Rh(I) and Pd(II) complexes

Two complexes of Rh(I) and Pd(II) with chloride and tridecylamine ligands were obtained and characterized by Elementary Analysis and by XPS and FTIR spectroscopies. Complexes anchored on γ-Al2O3 were tested in the styrene semi-hydrogenation reaction carried out in the absence or presence of a sulfur poison. Although both low loaded catalysts were highly selective, the Pd(II) complex was three times more active than the Rh(I) complex. The rhodium complex was more sulfur resistant but less active than the palladium complex. Differences in conversion and sulfur resistance between both complexes could be related to electronic and/or geometric effects.

Separation and characterization of asphaltenic subfractions

The structure of the various asphaltenic subfractions found in crude oil was evaluated. For this purpose, C5 asphaltenes were extracted from an asphaltic residue using n-pentane as the flocculant solvent. The different subfractions were isolated from the C5 asphaltenes by the difference in solubility in different solvents. These were characterized by infrared spectroscopy, nuclear magnetic resonance, X-ray fluorescence, elementary analysis and mass spectrometry. The results confirmed that the subfractions extracted with higher alkanes had greater aromaticity and molar mass. However, small solubility variations between the subfractions were attributed mainly to the variation in the concentrations of cyclical hydrocarbon compounds and metals.

Polymères de coordination et éponge cristalline : de nouveaux matériaux pour la conversion de l’énergie solaire et la résolution de la structure cristalline de composés huileux.

Le premier volet de ce travail portera sur l’expérience acquise lors d’un stage d’étude à Tokyo, au Japon, dans le groupe de recherche du Pr. Makoto Fujita, une sommité d’envergure internationale dans le domaine de l’auto-assemblage. En continuité avec les plus récents travaux du Pr. Fujita, des systèmes poreux auto-assemblés présentant des cavités fonctionnalisées ont été développés dans le but d’encapsuler des acides gras afin d’en déterminer la structure cristalline. Ces éponges ont été caractérisées par des techniques courantes telles que la spectroscopie à résonance magnétique nucléaire 1H, 13C{1H} et Cosy, la spectrométrie de masse, l’analyse élémentaire, la microscopie optique infrarouge ainsi que la diffraction des rayons X. Une autre approche employée pour obtenir de meilleures propriétés spectroscopiques fut la synthèse de dendrimères métalliques de génération 0. Un nouveau ligand de type 1,3,5-triazine a été synthétisé par une réaction typique de cyclisation de nitrile en présence catalytique d’hydrure de sodium. Des espèces mono-, bis- et trinucléaire de Ru(II) furent synthétisés ainsi que deux espèces hétérométalliques de Ru(II)/Pt(II) et de Ru(II)/Os(II). Tous les complexes obtenus furent caractérisés par spectroscopie à résonance magnétique nucléaire (1H, 13C{1H} et Cosy) à l’état liquide, par spectroscopie de masse à haute résolution et par analyse élémentaire. La génération de dihydrogène à partir de l’espèce hétérométallique a été étudiée. Les propriétés optiques et électroniques ont été analysées par spectroscopie UV-Vis, par analyse de la luminescence, du temps de vie de luminescence, par des analyses de rendement quantique ainsi que par des analyses de voltampérométrie cyclique à balayage. Finalement, dans le but d’améliorer les propriétés spectroscopiques d’absorption de complexes métalliques, nous avons synthétisé une série de polymères homo- et hétérométalliques, intégrant des ligands de type bis(2,2’:6,2’’-terpyridine). Les complexes générés furent caractérisés par diverses techniques tel que la spectroscopie à résonance magnétique nucléaire (1H, 13C{1H} et Cosy) à l’état liquide, par spectroscopie de masse à haute résolution ainsi que par analyse élémentaire. Les propriétés optiques et électroniques ont été analysées par spectroscopie UV-Vis, par analyse de la luminescence, du temps de vie de luminescence, par des analyses de rendement quantique ainsi que par des analyses de voltampérométrie cyclique à balayage.

Síntese e caracterização de aluminofosfato impregnado com molibdênio/zinco visando a dessulfurização por adsorção

Discussions about pollution caused by vehicles emission are old and have been developed along the years. The search for cleaner technologies and frequent weather alterations have been inducing industries and government organizations to impose limits much more rigorous to the contaminant content in fuels, which have an direct impact in atmospheric emissions. Nowadays, the quality of fuels, in relation to the sulfur content, is carried out through the process of hydrodesulfurization. Adsorption processes also represent an interesting alternative route to the removal of sulfur content. Both processes are simpler and operate to atmospheric temperatures and pressures. This work studies the synthesis and characterization of aluminophosphate impregnate with zinc, molybdenum or both, and its application in the sulfur removal from the gasoline through the adsorption process, using a pattern gasoline containing isooctane and thiophene. The adsorbents were characterized by x-ray diffraction, differential thermal analysis (DTG), x-ray fluorescence and scanning electron microscopy (SEM). The specific area, volume and pore diameter were determined by BET (Brunauer- Emmet-Teller) and the t-plot method. The sulfur was quantified by elementary analysis using ANTEK 9000 NS. The adsorption process was evaluated as function of the temperature variation and initial sulfur content through the adsorption isotherm and its thermodynamic parameters. The parameters of entropy (ΔS), enthalpy variation (ΔH) and free Gibbs energy (ΔG) were calculated through the graph ln(Kd) versus 1/T. Langmuir, Freundlich and Langmuir-Freundlich models were adjusted to the experimental data, and the last one had presented better results. The thermodynamic tests were accomplished in different temperatures, such as 30, 40 and 50ºC, where it was concluded the adsorption process is spontaneous and exothermic. The kinetic of adsorption was studied by 24 h and it showed that the capability adsorption to the adsorbents studied respect the following order: MoZnPO > MoPO > ZnPO > AlPO. The maximum adsorption capacity was 4.91 mg/g for MoZnPO with an adsorption efficiency of 49%.

Estudo do comportamento térmico e da luminescência de filmes de quitosana com os íons Eu3+ e Tb3+

Films of chitosan with trivalent lanthanides ions Eu3+ and Tb3+ were respectively prepared in the ratio of 3:1 m/m (chitosan: lanthanide) and 6:1 m/m (chitosan: lanthanide). There were no formations of films in a ratio of 1:1 m/m (chitosan: lanthanides). The films of chitosan with the Tb3+ ion have the same transparent appearance than the pure chitosan films. The film of chitosan with Eu3+ ion has a muddy appearance. These films present good resistance to tear. The appearance of the compounds prepared in ratio 1:1m/m is a white powder. The films and compounds of chitosan were characterized by Elementary Analysis (CHN), Thermal Analysis (TG/DTG) and Spectroscopy of Luminescence. The CHN analysis was made only for compounds prepared in ratio 1:1m/m, suggesting that these compounds possess the formula QUILn.6H2O, where QUI = Chitosan and Ln = Lanthanide. The results of the curves TG/DTG indicated that there are strong interactions between Eu3+ or Tb3+ and chitosan, causing a lesser lost of mass in the films. The luminescence analysis showed that the films of chitosan with the ions Eu3+ and Tb3+ present emissions in the region of the visible one, with bands of the chitosan and of the Eu3+ ion. The luminescence analysis of the compounds of chitosan with the Eu3+ and Tb3+ ions suggest that the chitosan does not transfer into energy to the ions lanthanides, however the chemical neighborhood around of the ion lanthanides breaks the selection rules and, conseqüently the 4f-4f transitions of the lanthanide ions are observed

Partículas inteligentes de poli (nisopropilacrilamida), quitosana e poli (ácido acrílico): efeito da temperatura e do pH sobre suas propriedades em suspensões aquosas

The present study describes the stability and rheological behavior of suspensions of poly (N-isopropylacrylamide) (PNIPAM), poly (N-isopropylacrylamide)-chitosan (PNIPAMCS), and poly (N-isopropylacrylamide)-chitosan-poly (acrylic acid) (PNIPAM-CS-PAA) crosslinked particles sensitive to pH and temperature. These dual-sensitive materials were simply obtained by one-pot method, via free-radical precipitation copolymerization with potassium persulfate, using N,N -methylenebisacrylamide (MBA) as a crosslinking agent. Incorporation of the precursor materials into the chemical networks was confirmed by elementary analysis and infrared spectroscopy. The influence of external stimuli such as pH and temperature, or both, on particle behavior was investigated through rheological measurements, visual stability tests and analytical centrifugation. The PNIPAM-CS particles showed higher stability in acid and neutral media, whereas PNIPAM-CS-PAA particles were more stable in neutral and alkaline media, both below and above the LCST of poly (Nisopropylacrylamide) (stability data). This is due to different interparticle interactions, as well as those between the particles and the medium (also evidenced by rheological data), which were also influenced by the pH and temperature of the medium. Based on the results obtained, we found that the introduction of pH-sensitive polymers to crosslinked poly (Nisopropylacrylamide) particles not only produced dual-sensitive materials, but allowed particle stability to be adjusted, making phase separation faster or slower, depending on the desired application. Thus, it is possible to adapt the material to different media

Avaliação das propriedades físico-químicas de sistemas a base de carboximetilcelulose e poli (N-isopropilacrilamida) em soluções aquosas para aplicação na indústria do petróleo

Sustainable development is a major challenge in the oil industry and has aroused growing interest in research to obtain materials from renewable sources. Carboxymethylcellulose (CMC) is a polysaccharide derived from cellulose and becomes attractive because it is water-soluble, renewable, biodegradable and inexpensive, as well as may be chemically modified to gain new properties. Among the derivatives of carboxymethylcellulose, systems have been developed to induce stimuli-responsive properties and extend the applicability of multiple-responsive materials. Although these new materials have been the subject of study, understanding of their physicochemical properties, such as viscosity, solubility and particle size as a function of pH and temperature, is still very limited. This study describes systems of physical blends and copolymers based on carboxymethylcellulose and poly (N-isopropylacrylamide) (PNIPAM), with different feed percentage compositions of the reaction (25CMC, 50CMC e 75CMC), in aqueous solution. The chemical structure of the polymers was investigated by infrared and CHN elementary analysis. The physical blends were analyzed by rheology and the copolymers by UV-visible spectroscopy, small-angle X-ray scattering (SAXS), dynamic light scattering (DLS) and zeta potential. CMC and copolymer were assessed as scale inhibitors of calcium carbonate (CaCO3) using dynamic tube blocking tests and chemical compatibility tests, as well as scanning electron microscopy (SEM). Thermothickening behavior was observed for the 50 % CMC_50 % PNIPAM and 25 % CMC_75 % PNIPAM physical blends in aqueous solution at concentrations of 6 and 2 g/L, respectively, depending on polymer concentration and composition. For the copolymers, the increase in temperature and amount of PNIPAM favored polymer-polymer interactions through hydrophobic groups, resulting in increased turbidity of polymer solutions. Particle size decreased with the rise in copolymer PNIPAM content as a function of pH (3-12), at 25 °C. Larger amounts of CMC result in a stronger effect of pH on particle size, indicating pH-responsive behavior. Thus, 25CMC was not affected by the change in pH, exhibiting similar behavior to PNIPAM. In addition, the presence of acidic or basic additives influenced particle size, which was smaller in the presence of the additives than in distilled water. The results of zeta potential also showed greater variation for polymers in distilled water than in the presence of acids and bases. The lower critical solution temperature (LCST) of PNIPAM determined by DLS corroborated the value obtained by UV-visible spectroscopy. SAXS data for PNIPAM and 50CMC indicated phase transition when the temperature increased from 32 to 34 °C. A reduction in or absence of electrostatic properties was observed as a function of increased PNIPAM in copolymer composition. Assessment of samples as scale inhibitors showed that CMC performed better than the copolymers. This was attributed to the higher charge density present in CMC. The SEM micrographs confirmed morphological changes in the CaCO3 crystals, demonstrating the scale inhibiting potential of these polymers

Preparação, caracterização e aplicação de materiais nanoestruturados suportados em sílica gel

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Polímeros de coordenação de cobre (II) contendo ligantes nitrogenados lineares: caracterização e propriedades vapocrômicas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Síntese e caracterização de híbridos orgânico-inorgânicos luminescentes para aplicação em ensaios biológicos

Pós-graduação em Química - IBILCE