Pinnan ominaisuuksien karakterisointi kiiltomittalaitteella ja kiiltomittalaitteen soveltuvuus tuotannon laadunvarmistuksessa

Alahuulten, kärkilistojen, turboputkien ja telapinnoitteiden pinnankarheutta mitataan Rautpohjan tehtaalla nykyään pääosin koskettavalla pinnankarheusprofilometrilla. Profilometrin käyttö on hankalaa ja epäluotettavaa tai käytössä on muita ongelmia. Paperin kuituorientaation mittaamiseen käytetään nykyisin mm. TSO-menetelmää tai repäisymenetelmää. Tämän diplomityön tarkoituksena oli kartoittaa diffraktiiviseen optiseen elementtiin perustuvan kiiltomittalaiteprototyypin mahdollisuuksia karakteroida pinnan ominaisuuksia ja tutkia kiiltomittalaitteen soveltuvuutta tuotannon laadunvarmistuksessa. Alahuuli-, kärkilista-, turboputki-, telapinnoite- ja paperinäytteistä valmistettiinnäytesarjoja, jotka mitattiin nykymenetelmin ja kiiltomittalaitteella. Tulostenkorreloituvuutta tutkittiin ja taloudellista merkitystä arvioitiin investointilaskelmin. Paperin kuituorientaation, paperin pinnan kuituorientaation ja telapinnoitteiden mittaaminen kiiltomittalaitteella osoittautui taloudellisesti erittäin merkittäväksi. Ennen mahdollista kiiltomittalaitteen käyttöönottoa prototyyppiä on kehitettävä, kiillon korreloituvuutta tulee tutkia edelleen ja aiheesta on tehtävä lisätutkimuksia.

Kromatografisen erotusfaasin huokoskoon karakterisointi

Työssä tutkittiin sulfonoitujen polystyreenidivinyylibentseenirunkoisten geeli-, meso- ja makrohuokoistenioninvaihtohartsien rakennetta käyttäen useita eri karakterisointimenetelmiä. Lisäksi työssä tutkittiin hartsien huokoskoon vaikutusta aminohappojen kromatografisessa erotuksessa. Työn pääpaino oli hartsien huokoskoon ja huokoisuuden määrittämisessä. Sen selvittämiseksi käytettiin hyväksi elektronimikroskopiaa, typpiadsorptiomittauksia, sekä käänteistä kokoekskluusiokromatografiaa. Parhaat tulokset saatiin käänteisellä kokoekskluusiokromatografialla, joka perustuu erikokoisten dekstraanipolymeerien käyttöön mallimolekyyleinä. Menetelmä sopii meso- ja makrohuokoisuuden tutkimiseen, mutta sen heikkoutena on erittäin pitkä mittausaika. Menetelmä antaa myös huokoskokojakauman, mutta yhden hartsin mittaaminen voi kestää viikon. Menetelmää muutettiin siten, että käytettiin määritettävää huokoskokoaluetta kuvaavien kahden dekstraanipolymeerin seosta. Kromatografiset ajo-olosuhteet optimoitiin sellaisiksi, että injektoidussa seoksessa olevien dekstraanien vastehuiput erottuivat toisistaan. Tällöin voitiin luotettavasti määrittää tutkittavan stationaarifaasin suhteellinen huokoisuus. Tätä työssä kehitettyä nopeaa käänteiseen kokoekskluusiokromatografiaan perustuvaa menetelmää kutsutaan kaksipistemenetelmäksi. Hartsien sulfonihapporyhmien määrää ja jakautumista tutkittiin määrittämällä hartsien kationinvaihtokapasiteetti sekä tutkimalla hartsin pintaa konfokaali-Raman-spektroskopian avulla. Sulfonihapporyhmien ioninvaihtokyvyn selvittämiseksi mitattiin K+-muotoon muutetusta hartsista S/K-suhde poikkileikkauspinnasta. Tulosten perusteella hartsit olivat tasaisesti sulfonoituneet ja 95 % rikkiatomeista oli toimivassa ioninvaihtoryhmässä. Aminohappojen erotuksessa malliaineina oli lysiini, seriini ja tryptofaani. Hartsi oli NH4+-muodossa ja petitilavuus oli 91 mL. Eluenttina käytettiin vettä, jonka pH oli 10. Paras tulos saatiin virtausnopeudella 0,1 mL/min, jolla kaikki kolme aminohappoa erottuivat toisistaan Finex Oy:n mesohuokoisella KEF78-hartsilla. Muilla tutkituilla hartseilla kaikki kolme aminohappoa eivät missään ajo-olosuhteissa erottuneet täysin.

Kuluttajapakkauskartonkien laserleikattavuuden karakterisointi

Tämän diplomityön tarkoituksena oli karakterisoida kuluttajapakkauskartonkien laserleikattavuutta. Kirjallisuusosassa perehdyttiin asiaa käsittelevään kirjallisuuteen ja tutkimuksiin ja kokeellisessa osassa käsiteltiin kuitumateriaalien laserleikkausta erilaisin leikkausparametrein. Leikattujen näytteiden leikkausrailosta otetuista mikroskooppikuvista määritettiin leikkausrailon uraleveys, purseen ja mustumisen määrä. Työssä tutkitut materiaalit olivat koivu- ja mäntysellu, CTMP, päällystämätön ja päällystetty sellukartonki sekä päällystämätön CTMP-runkoinen nestepakkauskartonki. Työssä havaittiin, että tutkitut kuitumateriaalit soveltuivat erinomaisesti laserleikkaukseen. Leikattujen kuitumateriaalinäytteiden leikkausrailo oli hyvälaatuinen eli leikkausrailo oli kapea, täydellisesti näytteen lävitse, tasainen reunoiltaan, väriltään vaalea ( ei hiiltynyt ) ja ei sisältänyt railon reunassa pystyssä olevia katkenneita kuituja ( pursetta ). Työssä todettiin myös, että kuitumateriaaleja laserleikatessa leikkausnopeus ja laserteho riippuivat lineaarisesti toisistaan. Leikkausnopeuden kasvaessa tarvittiin enemmän lasertehoa hyvälaatuisen leikkausrailon saavuttamiseksi. Tällöin leikkausuran leveys pysyi lähes vakiona. Lisäksi huomattiin, että optimisijainti polttopisteelle olisi 0.1-0.4 mm materiaalin pinnan yläpuolella, vaikka kirjallisuudesta löydettiin suosituksia sijoittaa polttopiste materiaalin pinnan alapuolelle. Näillä polttopisteen sijainnin arvoilla saavutettiin suurimmat leikkausnopeudet ja kapeimmat urat.

Hiilidioksidin talteenottoon soveltuvan anioninvaihtohartsin valmistus ja karakterisointi

Tämän työn tarkoituksena oli tutkia hiilidioksidin talteenottoon soveltuvan anioninvaihtohartsin valmistusmenetelmiä, kokeilla eri menetelmiä käytännössä ja tutkia sekä itse valmistettujen että valmiina saatujen hartsien adsorptiokykyä ja muita ominaisuuksia. Kemiallinen adsorptio amiiniryhmän omaavien hartsien avulla on yksi tapa sitoa hiilidioksidia ilmasta. Primäärinen amiiniryhmä sitoo hiilidioksidia parhaiten. Primäärisen amiiniryhmän omaava anioninvaihtohartsi voidaan valmistaa pohjapolymeeristä halogeenialkyloimalla ja aminoimalla, aminoalkyloimalla tai suoraan aminoimalla. Aminoalkylointi voidaan suorittaa erilaisilla reagensseilla ja katalyyteillä. Tässä työssä hartseja valmistettiin aminoimalla polymetyyliakrylaattidivinyylibentseenipohjaista polymeeriä etyylidiamiinilla ja propyylidiamiinilla. Lisäksi suoritettiin polystyreeni-divinyylibentseenipohjaisen polymeerin aminoalkylointi bis(ftaali-imidometyyli)eetterin avulla. Reaktio tehtiin kahdella eri katalyytillä; rikkitrioksidilla ja rautakloridilla. Aminoalkylointireaktioissa tarvittava eetteri piti ennen varsinaista reaktiota valmistaa N-hydroksymetyyliftaali-imidistä. Myös tämän reagenssin syntetisointia ftaali-imidistä kokeiltiin. Kaikki synteesit onnistuivat melko hyvin, paitsi aminoalkylointi rautakloridikatalyytillä. Hartsien valmistuksen lisäksi itse valmistettuja primäärisen amiiniryhmän omaavia hartseja sekä erilaisia amiiniryhmiä omaavia valmiita hartseja karakterisoitiin eri tavoin. Erityisesti haluttiin tutkia hiilidioksidin adsorptiokapasiteettia ja hartsien termistä kestävyyttä. Kaikista tutkituista hartseista lähimpänä haluttuja ominaisuuksia olivat kaksi kaupallista primäärisen amiiniryhmän omaavaa PS-DVBpohjaista makrohuokoista hartsia. Rakenteeltaan samanlainen itse valmistettu hartsi (rikkitrioksidikatalyytin läsnä ollessa aminoalkyloitu) oli myös ominaisuuksiltaan lupaava. Valmistusmenetelmää pitää kuitenkin tutkia ja kehittää lisää vielä parempien tulosten aikaansaamiseksi. Myös kaupallinen polyetyleeni-imiinirakenteen omaava silikapohjainen hartsi oli ominaisuuksiltaan hyvä.

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.

Happidispersion karakterisointi laboratoriosekoittimessa

Työn tarkoituksena oli tarkastella uutta kuvantamistekniikkaa käyttäen happikaasun dispergointia keskisakeuksisen massasuspension joukkoon laboratoriosekoittimessa. Työssä pyrittiin tarkastelemaan muodostuvan dispersion homogeenisuutta neljästä eri kuvauspisteestä sekoittimen kannesta ja kyljestä. Samalla tarkasteltiin myös sekoittimen tehonkulutusta sekä tehonkulutuksen ja aikaansaadun dispersion välistä yhteyttä. Työn yhtenä tarkoituksena oli myös tarkastella uuden kuvantamistekniikan mahdollisuuksia tämäntyyppisissä sovellutuksissa, sillä työ kuuluu PulpVision-projektiin, jossa kehitetään massa- ja paperiteollisuuden uusia konenäkösovellutuksia. Työn kokeellinen osuus koostui sekoituskokeista, joissa tarkasteltiin neljästä kuvauspisteestä kahdella sekoittimen nopeudella mänty- ja koivususpensioihin muodostuvaa kuplakokojakaumaa. Sekoituskokeiden lisäksi tehtiin tehonkulutuskokeita, joissa tarkasteltiin sekoittimen tehonkulutusta sekoittimen täyttöasteen funktiona koivu- ja mäntysuspensioilla sekä vedellä. Työn tuloksien perusteella todettiin, että koivususpensiosta havaittujen kuplien pinta-ala oli noin puolet mäntysuspensiosta havaittujen kuplien pinta-alasta. Sekoittimen roottorin pyörimisnopeuden puolittuessa suspensioon dispergoidun hapen kuplakoko kasvoi huomattavasti. Neljästä kuvausyhteestä tarkasteltuna havaittiin pienimpien kuplien esiintyvän sekoittimen alaosassa. Mäntysuspension tehonkulutuksen havaittiin kasvavan viidenneksellä, kun sekoittimen täyttöaste kasvoi 10 %, kun taas koivususpension tehonkulutuksen kasvu oli tästä vain puolet. Kuvantamislaitteiston todettiin olevan tämänkaltaiseen sovellutukseen riittävä, varsinkin kun valonlähteenä käytetään pulssilaseria.

Biopolttoaineiden leijutusominaisuuksien karakterisointi

Tässä diplomityössä selvitettiin biopolttoaineiden ominaisuuksia leijutuksen kannalta. Ensiksi tutkittavat biopolttoaineet, hake ja turve, seulottiin ja seulotut näytteet analysoitiin. Seuraavaksi turvetta ja haketta leijutettiin eri nopeuksilla ja eri leijutusnopeuksilla saadut näytteet analysoitiin kuva-analysilla. Partikkeleista selvitettiin runsaasti mittoja, kuten keskihalkaisija, pinta-ala ja muotokerroin. Kirjallisuudesta löytyvien korrelaatioiden avulla laskettiin leijutettujen partikkelien vastuskertoimet ja terminaalinopeudet. Korrelaatioiden tuloksia verrattiin mittaustuloksiin. Tässä työssä myös laskettiin kyseisiin biopolttoaineisiin vaikuttavat ominaisvoimat leijutuksessa sekä laskettiin korjauskerroin, jota käytettiin ominaisvoimien korjaamiseen. Referenssiaineina käytettiin hiekkaa ja lasikuulia.

Käytetyn voiteluöljyn regenerointilaitoksen prosessivesien karakterisointi

Käytetyn voiteluöljyn regeneroinnissa muodostuu prosessivettä useista lähteistä. Tehokas päästöjenhallinta on yksi tärkeimmistä tavoitteista regenerointilaitoksen operoinnissa ja sen takia sitä tulee kehittää jatkuvasti entistä paremmaksi. Tavoitteisiin pääsemiseksi on oleellista tunnistaa vesienkäsittelyprosessin laadullinen massatase ja laadunvaihtelut ajotilanteiden mukaan. Työssä tutkitaan ja analysoidaan veden sisältämiä epäpuhtauksia sekä kirjallisuuslähteiden perusteella, että standardimenetelmillä ja modifioiduilla menetelmillä, joilla on akkreditointi. Analyysituloksista muodostetaan laadullinen massatase, josta nähdään epäpuhtauksien ja niitä kuvaavien parametrien kuormitukset kussakin prosessivesivirrassa. Tulosten perusteella arvioidaan nykyisen vesienkäsittelyn tehokkuutta, sen säätömahdollisuuksia ja kehitystarvetta. Tarkastelun ulkopuolelle kuitenkin jätetään vesienkäsittelystä ulosjohdettavan prosessiveden puhdistuslaitos. Tutkimusten perusteella regenerointilaitoksessa muodostuvien prosessivesien epäpuhtaudet koostuvat öljystä, BTEX-yhdisteistä, fenoliyhdisteistä, liuottimista, polttoaineiden ja voiteluöljyjen lisäaineista, typpi- ja rikkiyhdisteistä, metalliyhdisteistä sekä kiintoaineesta. Öljy jakautuu kevyisiin (C5-C10), keskiraskaisiin (C10-21) ja raskaisiin (C21-40) jakeisiin. Vesienkäsittelyssä suurin osa öljystä ja epäpuhtauksista saadaan erottumaan vedestä, jolloin puhdistuslaitokselle päätyy jäämäpitoisuudet öljyä, haihtuvia yhdisteitä sekä muita epäpuhtauksia. Puhdistuslaitosta kuormittavat eniten liuenneet orgaaniset yhdisteet sekä korkeaa kemiallista hapenkulutusta aiheuttavat epäorgaaniset yhdisteet (suolat), joiden erottamista prosessivesistä on syytä tulevaisuudessa kehittää.

Oligomeeristen ellagitanniinien rakenteen karakterisointi

Polyfenolit ovat yleisin kasvien sekundaarimetaboliittiluokista. Kasveissa ne toimivat puolustusyhdisteinä muun muassa kasvinsyöjiä ja taudinaiheuttajia vastaan. Tammia on käytetty laajasti polyfenolien puolustuskapasiteetin selvittämiseen, mutta monikaan tutkimus ei ole paneutunut asiaan molekyylitasolla yhdistekoostumuksen vaihtele-vuuden ja monien polyfenolien rakenteellisen haastavuuden takia. Ellagitanniinit ovat polyfenoleihin kuuluvien hydrolysoituvien tanniinien suurilukuisin ryhmä, joita kohtaan kiinnostus on kasvanut niiden bioaktiivisuuden takia. Ellagitanniineilla on havaittu olevan esimerkiksi oksidatiivista aktiivisuutta sekä tulehdusta ja syöpää ehkäisevää vaikutusta. Etenkin Aasiassa oligomeerisia ellagitanniineja sisältäviä kasveja on käytetty lääkitsemiseen. Oligomeeristen ellagitanniinien moninaisten rakenteiden karakterisointiin on käytetty laajaa kirjoa eri menetelmiä. NMR-spektroskopia on ollut tärkein menetelmä rakennetutkimuksessa, mutta oligomeeristen rakenteiden karakterisointi on vaatinut esimerkiksi aikaavievien hydrolyysimenetelmien käyttöä. Muista menetelmistä kuten UV-spektroskopiasta sekä massaspektrometriasta saatavan tiedon määrä on kasvanut ja niitä on käytetty korvaamaan työläitä analysointimenetelmiä. Tutkielman kirjallisessa osassa käydään läpi monomeeristen ja oligomeeristen ellagitanniinien rakenteet sekä miten erilaisia analyysimenetelmiä on käytetty niiden rakenteiden selvittämiseen. Kokeellisessa osassa tutkitaan Kaliforniasta kerättyjen 54:n eri tammilajin lehtien polyfenolikoostumusta. Ensin tunnistettiin UPLC-MS-analyysien perusteella osa yhdisteistä, minkä jälkeen eristettiin ja puhdistettiin tuntemattomiksi jääneitä pääyhdisteitä geeli- ja nestekromatografian avulla. Puhdasaineiden rakenteet pyrittiin selvittämään NMR-spektroskopian avulla käyttäen apuna eristysprosessin aikana UV- ja massaspektreistä kertynyttä tietoa. Työn aikana onnistuttiin puhdistamaan yli 30 erilaista polyfenolia, joista suurin osa myös kyettiin tunnistamaan. Muutamaa yhdistettä ei ollut aiemmin tammista löydetty. Eristysprosessissa huomattiin olevan parantamisen varaa käänteisfaasinestekromato-grafiassa myöhään eluoituvien flavonoidien osalta. Käytetyn kasvimateriaalin määrä oli turhan vähäinen NMR-spektroskopiaan painottuvaan tutkimukseen. Vaikka monien yhdisteiden spektrit olivat niiden pienen määrän vuoksi aika heikkolaatuisia, onnistuttiin useimmat niistä silti tunnistamaan kirjallisuuslähteiden avulla. Tuntemattomiksi jääneitä yhdisteitä olisi hyvä yrittää karakterisoida esimerkiksi massafragmenttien avulla tai puhdistaa lisää kattavampaan NMR-spektroskooppiseen tutkimukseen.

Grafeenioksidin sähkökemiallinen karakterisointi

Tässä opinnäytetyössä on kattavasti selvitetty grafeenioksidin (GO) historiaa, kemiallista rakennetta, ominaisuuksia sekä joitain potentiaalisia sovelluskohteita, kuten materiaalin käyttöä ultra-ohuena alustana transmissioelektronimikroskopiassa. Työn kokeellisessa osuudessa on tutkittu grafeenioksidin ominaisuuksia lähinnä potentiometrisin menetelmin. In situ johtavuus- ja mikrovaakamenetelmillä muutoksia grafeenioksidin sähkönjohtavuudessa ja massassa voitiin havaita sähköisen pelkistymispotentiaalin funktiona. Lisäksi tutkittiin grafeenioksidin monokerroksen muodostumista liuoksesta kysteamiini-modifioidulle kultapinnalle SEIRAS- ja mikrovaakamenetelmillä. Vaikka grafeenioksidin kemiallista rakennetta on tutkittu vuosisadan mittaan paljon on pitkään vallalla ollut ns. Lerf-Klinowskin malli saanut varteen otettavia haastajia vasta aivan viime vuosina. Grafeenioksidin ominaisuudet sopivat erinomaisesti ultraohueksi alustaksi EM-mikroskopiaan, sillä se on lähes läpinäkyvä elektronisäteelle ja valmistusmetodi vesiliuoksesta hilan päälle on melko yksinkertainen, tosin ei aivan toistettava. Potentiometrisissä mittauksissa eri elektrodeilla havaittiin grafeenioksidilla olevan katodista aktiivisuutta emäksisessä vesiliuoksessa noin -1 V vs. Ag/AgCl ja happamissa vesiliuoksissa noin -0,8 V vs. Ag/AgCl. Propyleenikarbonaatissa katodista aktiivisuutta havaittiin potentiaalin -1,5 V vs. Ag/AgCl läheisyydessä. Sähkökemiallisella In situ mikrovaakamenetelmällä havaittiin happamassa vesiliuoksessa GO-monokerroksen akustisen impedanssin pienevän voimakkaasti -0,8 V vs. Ag/AgCl läheisyydessä.

Ellagitanniinien rakenteiden kolmiulotteinen karakterisointi

Tämän tutkielman tarkoituksena on käydä läpi ellagitanniinien kolmiulotteisuutta: rakenteiden monimuotoisuutta, kolmiulotteisuuden käsitteitä sekä minkälaisin analyyttisin menetelmin niitä voidaan tutkia. Lisäksi tutkielman kokeellisessa osassa eristettiin ja puhdistettiin polyfenolisia yhdisteitä suomalaisista kasveista sekä määritettiin niiden rakenteet mahdollisimman tarkasti LC–MS-, NMR- ja CD-menetelmillä. Karakterisoidut 22 rakennetta kuuluvat ellagitanniineihin, flavonoideihin tai fenolisiin happoihin, tarkemmin kahvihappojohdannaisiin. Ellagitanniinit ovat rakentuneet keskusyksikön, useimmiten glukopyranoosin, ympärille siten että siihen on liittynyt galloyyliryhmiä, joista ainakin kaksi on sitoutunut toisiinsa hiili–hiili -sidoksen välityksellä: muodostunutta ryhmää kutsutaan heksahydroksidifenoyyliryhmäksi eli HHDP-ryhmäksi. Tähän päivään mennessä on pystytty karakterisoimaan jopa yli 5000 ellagitanniinimolekyylin rakenteet. Niiden runsaslukuinen määrä johtuu mm. niihin liittyneistä erilaisista ryhmistä (kuten galloyyliryhmistä), erilaisista keskusyksiköistä (esim. avoketjuinen vs. rengasrakenteinen glukoosi) sekä niiden ominaisuudesta muodostaa oligomeerisiä rakenteita. Ellagitanniinirakenteiden stereokemiaa voidaan tarkastella mm. näiden tekijöiden kautta. UV- ja massaspektrometrian avulla rakenteet voidaan karakterisoida melko tarkasti, mutta esimerkiksi konfiguraatioiden ja mahdollisten substituenttien paikkojen määrittämiseen käytetään NMR-spektroskopiaa, joka antaa tietoa myös yhdisteen kolmiulotteisesta rakenteesta. Lisäksi yhdisteiden tarkemman rakenteen eli absoluuttisen konfiguraation tarkastelemiseen käytettiin CD-spektroskopiaa. Haasteita polyfenolien tutkimukseen tuovat mm. vain milligrammatasolla kasvista saatavat puhtaat yhdisteet sekä oligomeeriset rakenteet. Tämä lopputyö osoitti, että fenolisten yhdisteiden kokonaisvaltainen karakterisointi on hyvin aikaa vievää ja monimutkaista: täydelliseen lopputulokseen pääsemiseen tarvitaan hyvin monia eri vaiheita kasviuutosta lähtien geelikromatografiseen ja nestekromatografiseen puhdistukseen, sekä useisiin eri rakenneanalytiikan menetelmiin. Kuitenkaan yksinään mikään käytetyistä analyyttisista menetelmistä, kuten LC, MS tai NMR, ei anna tarpeeksi tarkkaa tietoa yhdisteiden rakenteista. Jotta päästäisiin mahdollisimman tarkkojen, jopa absoluuttisten, rakenteiden määrittämiseen, on käytettävä niitä kaikkia yhdessä.

Combustibility of Paper Mill Rejects

Tämän työn tarkoituksena oli selvittää mekaanisen massan valmistuksen käsittävän paperitehtaan rejektija jätevirtojen poltettavuutta, jos paperitehtaan vesikiertojen sulkemisastetta lisätään. Jotta prosessin tilannetta sulkemisen jälkeen saatiin arvioitua, Anjalan paperitehtaan nykypäivän PK3:n prosessia tutkittiin kuorimolta jätevesilaitokselle. Kirjallisuusosassa käsiteltiin rejekti- ja jätevirtojen alkuperää mekaanista massaa käyttävässä paperitehtaassa. Myös tämän päivän jätevedenkäsittelyprosessit sekä sulkemisessa mahdolliset prosessiveden puhdistustekniikat esiteltiin lyhyesti. Lisäksikäytiin läpi nykypäivänä metsäteollisuudessa käytössä olevat polttotekniikat sekä polttoaineiden karakterisointi kattilan käytettävyyden ja päästöjen kannalta. Anjalan PK3:lla käytetään sekä peroksidi- että ditioniittivalkaistua tai pelkästään ditioniittivalkaistua hioketta riippuen tuotannossa olevasta lajista. PK3-prosessissa syntyneet jätevesi-, liete- ja muut jätevirrat selvitettiin molemmissa valkaisuolosuhteissa. Prosessin eniten liuennutta orgaanista ainesta sisältävät jätevesijakeet, 3-hiomon kuumankierron ja kirkassuodoksen ulosajot sekä kuoripuristimen suodos, valittiin puhdistettaviksi virroiksi prosessin sulkemista arvioitaessa. Kun peroksidivalkaisua käytettiin 3-hiomolla, TOC-kuorma jokeen oli 30 % suurempi kuin pelkällä ditioniittivalkaisulla. Jos prosessin sulkemisastetta lisättäisiin, TOC-kuorma olisi 30 %pienempi kuin tänäpäivänä peroksidivalkaisua käytettäessä (80 % puhdistustehokkuudella). Prosessin sulkemisastetta lisättäessä biolietettä muodostuisi n. 30 % vähemmän verrattuna nykytilanteeseen, sillä mikrobien ravintona käyttämää orgaanista ainesta päätyisi vähemmän jäteveteen. 3-hiomon peroksidivalkaisun vaikutus kattilan käytettävyyteen ja päästöihin oli pieni, sillä biolietteen osuus polttoaineen syötöstä oli vain 4 %. Vain osa biolietteestä muodostui 3-hiomolta peräisin olevaa orgaanista ainesta poistettaessa. Jos nykyisen pääpolttoaineen, PDF:n,osuuden jättää huomioimatta, SO2- ja NOx-päästöt sekä leijupedin sintrautuvuus ovat hiukan suuremmat käytettäessä peroksidivalkaisua 3-hiomolla kuin pelkästään ditioniittivalkaisulla. Jos kuoripuristimen ja hiomon suodosten puhdistuksen konsentraatit johdetaan poltettaviksi BFB-tyyppiseen kattilaan, leijupedin sintrautuminen tulisi olemaan suurin ongelma. Myös raskasmetalli-, SO2- ja NOx-päästöt lisääntyisivät merkittävästi verrattuna nykyiseen tilanteeseen. Sen sijaan kattilan korroosioriski tuskin lisääntyisi. Lisäksi konsentraattien kosteuspitoisuus olisi korkea, mikä tekisi poltosta kannattamatonta veden haihdutuksen vaatiessa paljon energiaa. Yksityiskohtaisempaa tutkimusta tarvitaan vielä prosessin sulkemisen vaikutuksista päästöihin ja kattilan käytettävyyteen. Myös muita konsentraattien hävittämismahdollisuuksia tulisi tutkia lisää.

Testing of Vacuum Drum Filter

Tämän diplomityön tavoitteena oli testata ja optimoida erään alipainerumpusuodattimen toimivuutta, ja lisäksi maksimoida tuottavuus ja vertailla erilaisten pesumenetelmientehokkuutta. Testilietteiden ¿ rautarikasteen ja täyteainepastan ¿ karakterisointi oli myös tärkeää. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin lyhyesti neste-kiintoaine-erotuksen teoriaa, erityisesti alipainesuodatusta ja alipainerumpusuodattimia. Lisäksi käsiteltiin kapillaarisuodatuksen toimintaperiaatteita sekä selvitettiin kaivosteollisuuden veden talteenottokeinoja, kiintoainejäämien käsittelymenetelmiä ja Chilen kaivosteollisuuden nykytilaa. Työn kokeellinen osa suoritettiin käyttämällä raskaita ja kiintoainepitoisuuksiltaan korkeita lietteitä, eli rautarikastetta ja täyteainepastaa. Kokeet suoritettiin erityisellä alipainerumpusuodattimella, joka oli muokattu perinteisestäpäältä syötettävästä alipainerumpusuodattimesta. Kokeissa tutkittiin pyörimisnopeuden ja erilaisten pesumenetelmien vaikutusta kakun kosteuteen ja suodatuskapasiteettiin. Koelietteiden karakterisointi suoritettiin analysoimalla partikkelikokojakauma, kiintoainepitoisuus, metallipitoisuus ja koostumus. Kokeiden perusteella havaittiin, että rummun pyörimisnopeudella ja lietteen kiintoainepitoisuudella on merkittävä vaikutus suodatuskapasiteettiin ja kakun kosteuspitoisuuteen. Havaittiin myös, että kakun kosteuspitoisuuksissa ja rummun suodatuskapasiteeteissa oli eroja, kun verrattiin eri suodatinväliaineen pesumenetelmiä. Täten oikean pesumenetelmän valinta on tärkeää, ja sillä pystytään lisäämään suodatinväliaineen käyttöikää.

Paperin pinnan karakterisoinnin ja painettavuuden tutkimusmenetelmät

Työn tarkoituksena on ollut tutkia paperin pinnan karakterisoinnin menetelmiä ja tehdä katsauspaperin painettavuuden ennustamisen tutkimuksiin. Kaikkien kehitettyjen menetelmien tarkoituksena on tavalla tai toisella mitata paperin visuaalista vaikutelmaa loppukäyttäjän kannalta sekä ennustaa paperin painettavuutta. Menetelmiä on kehitetty aina 1940-luvulta lähtien ja tekniikan kehittyessä markkinoille tulee uusia menetelmiä, jotka ovat nopeampia ja tarkempia kuin edeltäjänsä. Työssä tarkasteltavat menetelmät on jaoteltu mekaanisiin, optisiin ja elektronisäteilyn läpäisyyn perustuviin menetelmiin. Lopuksi on tarkasteltu tutkimuksia, joiden pääasiallinen tarkoitus on ollut kehittää mittalaitteita ennustamaan paperin painotulosta todellisissa painatusolosuhteissa. Laboratoriolaitteita ja on-line-mittareita ei ole jaoteltu erikseen, koska menetelmän perusteella on helppo havaita, voiko laite mitata jotakin paperin ominaisuutta jopa yli 40 metriä sekunnissa liikkuvalla paperirainalla.