Eksotermiset kemialliset reaktiot ydinreaktoreissa

Neljännen sukupolven reaktoreissa käytetään uusia teknisiä ratkaisuja ja uudenlaisia materiaaleja, joten myös niiden turvallisuuskriteerien laatimiseen tarvitaan uusia näkökulmia. Tällä hetkellä kehitetäänkin teknologianeutraaleja turvallisuuskriteerejä, joista voitaisiin johtaa jokaiselle uudelle reaktorikonseptille reaktorin erityispiirteet huomioivat teknologiaspesifit turvallisuuskriteerit. Näin pystytään takaamaan turvallisuuden korkea taso kaikissa uusissa reaktoreissa. Eksotermiset eli lämpöä vapauttavat kemialliset reaktiot muodostavat merkittävän uhan ydinvoimalaitosten turvallisuudelle. Tutkimalla nykyisin käytössä olevia turvallisuuskriteerejä sekä kehitteillä olevia teknologianeutraaleja turvallisuuskriteerejä voitiin havaita, että eksotermiset kemialliset reaktiot on niissä huomioitu hyvin, mutta ei kovin systemaattisesti. Tämän tutkielman tavoitteena oli pohtia, kuinka eksotermiset kemialliset reaktiot voitaisiin huomioida systemaattisemmin teknologianeutraaleissa turvallisuuskriteereissä. Johtopäätöksenä on, että epätoivottujen eksotermisten kemiallisten reaktioiden tapahtuminen tulisi ensisijaisesti pyrkiä estämään, mutta jos tällainen reaktio kuitenkin tapahtuu, tulisi sen seurauksia lieventää. Eksotermisten kemiallisten reaktioiden tapahtuminen pystytään estämään, jos eksotermisesti reagoivia aineita ei ole tai ne pystytään pitämään erillään toisistaan, tai jos lämpötilat saadaan pidettyä riittävän alhaisina. Tutkielman toisena tavoitteena oli tarkastella onnettomuusskenaarioita, jotka voisivat johtaa eksotermisiin kemiallisiin reaktioihin erityisesti neljännen sukupolven reaktoreissa. Tätä varten tutkitaan kirjallisuuden avulla joidenkin reaktorimateriaalien kemiallisia ominaisuuksia sekä muutamia neljännen sukupolven reaktoreja. Kirjallisuuden avulla tarkastellaan myös muutamaa sellaista ydinvoimalaitosonnettomuutta, joissa eksotermiset kemialliset reaktiot ovat olleet merkittävässä roolissa.

Esikäsittelyn vaikutus sahajauhon jauhautumiseen sekä energiankulutukseen vasaramyllyllä

Tämän kandidaatintyön tarkoituksena oli perehtyä bioetanolin eri valmistusvaiheisiin ja sen valmistuksessa käytettäviin raaka-aineisiin sekä myöskin tutkia eri esikäsittelymenetelmien vaikutusta sahajauhojen jauhautumiseen sekä energiankulutukseen, kun niitä jauhetaan vasaramyllyllä. Kirjallisuusosassa keskityttiin paljon aineksen hienonnukseen, sillä varsinkin biomassat tulee hienontaa, jotta halutut kemialliset reaktiot saataisiin tapahtumaan riittävän tehokkaasti. Kokeellisessa osassa tutkittiin eripituisien vesiliotuksien sekä emäs-käsittelyn vaikutusta sahajauhon jauhautumiseen sekä jauhautumisen energiankulutukseen, kun niitä jauhettiin vasaramyllyllä. Tutkimuskysymyksinä tässä työssä oli: Miten vesiliotus sekä liotus emäksisessä liuoksessa vaikuttaa eri sahajauhojen jauhautumiseen vasaramyllyllä?, Millaisia vaikutuksia esikäsittelyillä on myllyn energiankulutukseen?, Miten esikäsittelyt vaikuttavat jauhautumistuotteiden partikkelikokoihin?. Tuloksista käy ilmi, että 1. ja 3. tunnin vesiliotukset eivät olleet riittäviä sillä mylly ei jaksanut jauhaa minkään puulaadun sahajauhoja näillä ajoilla. Yleisesti tuloksista huomattiin, että haapajauhon jauhamiseen kului kaikkein eniten energiaa, riippumatta esikäsittelytekniikasta, mutta haapa myös jauhautui parhaiten pH-esikäsittelyn tuloksena.  

Modelling the super-equilibria in thermal biomass conversion : applications and limitations of the constrained free energy method

Bioenergi ses som en viktig del av det nu- och framtida sortimentet av inhemsk energi. Svartlut, bark och skogsavfall täcker mer än en femtedel av den inhemska energianvändningen. Produktionsanläggningar kan fungera ofullständigt och en mängd gas-, partikelutsläpp och tjära produceras samtidigt och kan leda till beläggningsbildning och korrosion. Orsaken till dessa problem är ofta obalans i processen: vissa föreningar anrikas i processen och superjämviktstillstånd är bildas. I denna doktorsavhandling presenteras en ny beräkningsmetod, med vilken man kan beskriva superjämviktstillståndet, de viktigaste kemiska reaktionerna, processens värmeproduktion och tillståndsstorheter samtidigt. Beräkningsmetoden grundar sig på en unik frienergimetod med bivillkor som har utvecklats vid VTT. Den här så kallade CFE-metoden har tidigare utnyttjats i pappers-, metall- och kemiindustrin. Applikationer för bioenergi, vilka är demonstrerade i doktorsavhandlingen, är ett nytt användingsområde för metoden. Studien visade att beräkningsmetoden är väl lämpad för högtemperaturenergiprocesser. Superjämviktstillstånden kan uppstå i dessa processer och det kemiska systemet kan definieras med några bivillkor. Typiska tillämpningar är förbränning av biomassa och svartlut, förgasning av biomassa och uppkomsten av kväveoxider. Också olika sätt att definiera superjämviktstillstånd presenterades i doktorsavhandlingen: empiriska konstanter, empiriska hastighetsuttryck eller reaktionsmekanismer kan användas. Resultaten av doktorsavhandlingen kan utnyttjas i framtiden i processplaneringen och i undersökning av nya tekniska lösningar för förgasning, förbränningsteknik och biobränslen. Den presenterade metoden är ett bra alternativ till de traditionella mekanistiska och fenomenmodeller och kombinerar de bästa delarna av både. --------------------------------------------------------------- Bioenergia on tärkeä osa nykyistä ja tulevaa kotimaista energiapalettia. Mustalipeä, kuori ja metsätähteet kattavat yli viidenneksen kotimaisesta energian kulutuksesta. Tuotantolaitokset eivät kuitenkaan aina toimi täydellisesti ja niiden prosesseissa syntyy erilaisia kaasu- ja hiukkaspäästöjä, tervoja sekä prosessilaitteita kuluttavia saostumia ja ruostumista. Usein syy näihin ongelmiin on prosessissa esiintyvä epätasapainotila: tietyt yhdisteet rikastuvat prosessissa ja muodostavat supertasapainotiloja. Väitöstyössä kehitettiin uusi laskentamenetelmä, jolla voidaan kuvata nämä supertasapainotilat, tärkeimmät niihin liittyvät kemialliset reaktiot, prosessin lämmöntuotanto ja tilansuureet yhtä aikaa. Laskentamenetelmä perustuu VTT:llä kehitettyyn ainutlaatuiseen rajoitettuun vapaaenergiamenetelmään. Tätä niin kutsuttua CFE-menetelmää on aiemmin sovelluttu onnistuneesti muun muassa paperi-, metalli- ja kemianteollisuudessa. Väitöstyössä esitetyt bioenergiasovellukset ovat uusi sovellusalue menetelmälle. Työ osoitti laskentatavan soveltuvan hyvin korkealämpöisiin energiatekniikan prosesseihin, joissa kemiallista systeemiä rajoittavia tekijöitä oli rajallinen määrä ja siten super-tasapainotila saattoi muodostua prosessin aikana. Tyypillisiä sovelluskohteita ovat biomassan ja mustalipeän poltto, biomassan kaasutus ja typpioksidipäästöt. Työn aikana arvioitiin myös erilaisia tapoja määritellä super-tasapainojen muodostumista rajoittavat tekijät. Rajoitukset voitiin tehdä teollisiin mittauksiin pohjautuen, kokeellisia malleja hyödyntäen tai mekanistiseen reaktiokinetiikkaan perustuen. Tulevaisuudessa väitöstyön tuloksia voidaan hyödyntää prosessisuunnittelussa ja tutkittaessa uusia teknisiä ratkaisuja kaasutus- ja polttotekniikoissa sekä biopolttoaineiden tutkimuksessa. Kehitetty menetelmä tarjoaa hyvän vaihtoehdon perinteisille mekanistisille ja ilmiömalleille yhdistäen näiden parhaita puolia.

Poliittiset reaktiot terrorismiin : tapaustutkimus Madridin terrori-iskusta 11. maaliskuuta 2004

Lectio praecursoria väitöstilaisuudesta 18. marraskuuta 2009.

Atomikerroskasvatuksen soveltaminen kemiantekniikassa

Tässä kirjallisuustyössä tutkittiin atomikerroskasvatuksen (ALD) soveltamista kemiantekniikassa. Työn alussa kerrottiin atomikerroskasvatuksesta, sen toimintaperiaatteista ja prosessitekniikasta. Tämän jälkeen tutkittiin viittä eri kemiantekniikan sovellusta, jotka olivat polymeerien pinnoittaminen, heterogeenisten katalyyttien syntetisointi, membraanien modifiointi, korroosionesto ja kaasunilmaisimet. ALD on ohutkalvotekniikka, jolla voidaan valmistaa nanometrin tai jopa Ångströmin (1 Å = 0.1 nm) tarkkuudella epäorgaanisia materiaalikerroksia, jotka yleensä ovat metallioksideja, kuten alumiinioksidi. ALD perustuu kaasu-kiintoainereaktioihin, joissa kaasumaiset kemialliset prekursorit reagoivat vuorotellen kasvualustan kanssa. Tyypilliset prekursorit ovat metalliligandi ja vesi, joka on yleisin hapen lähde ALD-reaktioissa. ALD−reaktiot suoritetaan yleensä matalassa paineessa (100−200 Pa) ja korkeassa lämpötilassa (200–400 °C) suljetussa reaktorikammiossa. ALD-prosesseissa voidaan hyödyntää myös plasmaa alentamaan reaktiolämpötiloja. Plasman avulla prekursoreista luodaan hyvin reaktiivisia radikaaleja, jotka voivat reagoida jopa huoneenlämmössä. Lämpöherkkiä polymeerejä voidaan pinnoittaa ohutkalvoilla, joilla voidaan lisätä esimerkiksi pakkausmateriaalien suojaa happea ja vesihöyryä vastaan. ALD:llä voidaan syntetisoida tarkasti nanomittakaavan heterogeenisiä katalyyttejä, joilla on korkea dispersio tukimateriaalin pinnalla. ALD:n avulla voidaan säästää katalyyttimateriaalia menettämättä katalyytin aktiivisuutta, mikä on tärkeää monien katalyyttisovellusten taloudellisuuden kannalta, esimerkiksi polttokennot. ALD soveltuu hyvin membraanien modifiointiin, koska kaasumaiset prekursorit leviävät tasaisesti membraanin huokosiin. Membraanien pinnoittamisella pyritään vaikuttamaan, selektiivisyyteen, hydrofiilisyyteen, liuotinkestävyyteen, huokoskokoon ja sen jakaumaan. Lisäksi membraaneja voidaan pinnoittaa katalyyttisillä ohutkalvoilla, mikä on tärkeää nanoreaktoreiden kehityksen kannalta. ALD:llä voidaan pinnoittaa esimerkiksi terästä, ja vähentää täten teräksen korroosiota. Puolijohtavia metallioksideja voidaan käyttää kaasunilmaisimina, joiden valmistuksessa ALD:n tarkkuudesta on suurta hyötyä.

Kokemäenjoen suiston kehitys, maaperämuodostumat ja niiden kemialliset piirteet

Suurelta osin Natura-alueeseen kuuluvan Kokemäenjoen suistoalueen kuivan maan ja suiston edustan vesialueen erityyppisten maaperäkerrostumien kerrosjärjestys ja alueellinen jakautuminen selvitettiin pintamaaperän kartoituksella, tutkimuskaivannoilla ja kairauksella. Suiston kerrostumat luokiteltiin viiteen maaperämuodostumaan. Vanhimmasta nuorimpaan, Toukari, Vainio-Mattila, Hevosluoto, Lanajuopa ja Säikkä muodostumaan. Nämä edustavat vanhoja Itämeren altaan ja nuorempia merelle päin etenevän suiston eri osien kerrostumisympäristöjä. Eri muodostumien fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet kuvattiin ja ne eroavat luonteeltaan ratkaisevasti toisistaan. Suiston etenemistä edustavat Hevosluoto- ja Säikkä-muodostumat ovat kontaminoituneet 1900-luvun alkupuolelta lähtien yhä voimakkaammin ihmistoiminnasta kertyvistä raskasmetallipitoisuuksista ja orgaanisista haitta-aineista. Tämä näkyy erityisesti elohopean, kadmiumin, arseenin, lyijyn, sinkin, nikkelin, dioksiinien ja furaanien kokonaispitoisuuksien kasvuna näissä muodostumissa. Pitoisuudet ovat suurimpia muodostumien nuorimmissa osissa. Kuivalla maalla raskasmetallipitoisuudet ylittävät paikoin valtioneuvoston pilaantuneelle maaperälle asettamat kynnysarvot, jolloin säädökset on huomioitava suiston maaperää muokattaessa. Vesialueella nämä kynnysarvot ylittyvät myös orgaanisten haitta-aineiden osalta. Tietyin osin ovat esimerkiksi arseenin ja nikkelin osalta taustapitoisuudet suistoalueen vanhimmassa Toukari muodostumassa jo luontaisesti kynnysarvoja suuremmat. Tämä pitää osata ottaa huomioon maansiirtotoimenpiteitä suunniteltaessa. Suistoon kerrostuvan maa-aineksen ja nopean maankohoamisen vuoksi suisto etenee nykyisin 30-40 m vuodessa merialueelle päin. Tämä mataloittaa vääjäämättömästi suiston edustan vesialueita kerrostumisen siirtyessä merelle päin. Näin myös Natura-alueen ainutlaatuiset biotoopit vähitellen siirtyvät merelle päin.

Herrasmiesvarkaiden ja palvelustyttöjen maassa : ranskalaiset reaktiot jutussa New York vs. Strauss-Kahn

Kirjallisuusarvostelu

Kemialliset taisteluaineet : ominaisuudet, tunnistus, suoja ja välineet

Kemiallisten aseita on käytetty jo ensimmäisestä maailmansodasta lähtien. Viimeaikaiset tapahtumat mm. Syyriassa (Damaskos, elokuu 2013) ovat uudelleen herättäneet pelon näitä aseita kohtaan, joten uhka niiden käytölle on siis todellinen. Näin ollen myös tarve hyvälle ja luotettavalle keinolle niiden käytön ilmaisuun sekä tunnistamiseen on ajankohtainen. Tässä tutkimuksessa tutkitaan Puolustusvoimien taisteluaineiden tunnistamiseen käyttämiä välineitä ja niiden luotettavuutta. Tutkimuksen tavoitteena on kertoa, että kuinka luotettavaa tietoa Puolustusvoimien taisteluaineiden tunnistamiseen käyttämät välineet antavat. Tutkimuksen pääasiallisena tutkimusmenetelmänä käytetään kirjallisuustutkimusta. Tutkimuksen lähteinä käytetään alan kirjallisuutta, kuten käsikirjoja (mm. Suojelun käsikirja, Handbook of Chemical Warfare and Terrorism), tieteellisiä artikkeleita ja julkaisuja sekä Internet-lähteitä, kuten IHS Jane’sin artikkeleita ja Wikipediaa. Tutkimuksen tuloksien mukaan taisteluaineiden tunnistaminen kenttäkäyttöisin laittein on haastavaa. Ongelmia välineiden luotettavalle ilmaisulle tuottavat (käytetystä tekniikasta riippuen) esimerkiksi ilmankosteus, useiden kemikaalien yhtäaikainen käyttö ja kentällä normaalisti esiintyvät kaasut, kuten savut ja pakokaasut. Ongelmina voi esiintyä esimerkiksi vääriä positiivisia ilmaisuja, ilmaisu ilman aineen tunnistamista tai jopa vääriä negatiivisia ilmaisuja eli ilmaisun pois jäämistä kokonaan. Tutkimuksen johtopäätöksinä voidaan esittää, että varmaan tunnistukseen ja luotettaviin tuloksiin voidaan päästä ainoastaan laboratoriolaitteita käyttäen. Kenttäkäyttöisillä välineillä voidaan kuitenkin saada suuntaa antavaa tietoa taisteluaineiden käytöstä ja niiden avulla on myös mahdollista varmentaa muilla tavoilla tehtyjä havaintoja. Varmimmin ilmaisun saa infrapuna-aluetta käyttävillä ilmaisulaitteilla, koska se on käytetyistä menetelmistä häiriöille epäherkin. Ioniliikkuvuuteen perustuvat ilmaisuvälineet ovat herkkiä esimerkiksi ilmankosteudelle ja pakokaasuille, mutta niiden luotettavuutta pystytään parantamaan käyttämällä ilmankuivaimia tai kosteusantureita. Myös laserspektrometriaa käyttävien välineiden ilmaisukyky on havaittu luotettavaksi. Lopuksi voidaan todeta, että kentällä käytettävien välineiden ilmaisu on aina hyvä tarkastuttaa viemällä ilmaisun antaneesta aineesta näytteet esimerkiksi kenttälaboratorioon, omantoimen ohella toimivaan laboratorioon tai vastaavaan, jotta käytetty aine voidaan varmuudella tunnistaa.

Hakijat henkilövalintatilanteessa : persoonallisuustyypit, reaktiot ja kaunistelu

Laura Honkaniemen väitöskirja Applicants in a real-life selection context : their personality types, reactions to the process, and faking (Jyväskylän yliopisto 2012).

Tanniinien ja proteiinien väliseen vuorovaikutuksen tutkimiseen käytettävät kemialliset menetelmät

Tanniinit ovat kasvien tuottamiin sekundaarimetaboliitteihin kuuluva polyfenolinen yhdisteryhmä. Maakasvit tuottavat aineenvaihdunnaassaan kahdenlaisia tanniineja: hydrolysoituvia tanniineja sekä kondensoituneita tanniineja eli proantosyanidiineja. Tanniinien on jo satojen vuosien ajan tiedetty saostavan proteiineja, mutta vasta nykyaikaisilla analyysitekniikoilla on onnistuttu tutkimaan saostureaktion aikana vallitsevia vuorovaikutuksia ja sidoksen muodostusta. Merkittävimpiä analyysitekniikoita tanniini‒proteiini -kompleksien tutkimuksessa ovat isoterminen titrauskalorimetria, massaspektrometria, turbidimetriset menetelmät sekä elektroforeettiset menetelmät. Tanniini‒proteiini -kompleksit muodostuvat olosuhteista riippuen joko kovalenttisesti tai ei-kovalenttisesti. Kovalenttiset kompleksit muodostuvat alkaalisissa ja hapettavissa olosuhteissa ja ne pysyvät todennäköisesti liukoisessa muodossa. Neutraaleissa tai heikosti happamissa olosuhteissa syntyy ei-kovalenttisia tanniini‒proteiini -komplekseja, jotka ovat herkästi saostuvia. Merkittävimipiä ei-kovalenttisia vuorovaikutuksia kompleksinmuodostuksessa ovat vetysitoutuminen ja hydrofobiset vuorovaikutukset. Liukoisten ja liukenemattomien kompleksien tutkimuksessa on usein turvauduttava eri analyysimenetelmiin, koska vain harva kokeellinen menetelmä soveltuu sekä liukoisille että saostuville analyyteille. Tämän tutkielman kirjallisessa osassa käsitellään lyhyesti tämänhetkinen käsitys ei-kovalenttisesta ja kovalenttisesta tanniini‒proteiini -kompleksinmuodostuksesta. Kirjallisessa osassa keskitytään niiden analyysimenetelmien käsittelyyn, joita on käytetty tanniini‒proteiini -vuorovaikutusten tutkimuksessa. Kokeellisessa osassa kehitettiin uusia menetelmiä tanniini‒proteiini -kompleksien tutkimiseen sekä yksi menetelmä proteiiniaffiniteettisten yhdisteiden tunnistamiseen kasviuutteesta. Ensimmäisessä kehitetyssä menetelmässä tanniini‒proteiini -komplekseja sekä reagoimatonta proteiinia analysoitiin UHPLC- ja HPLC-DAD-MS/MS-laitteistojen avulla, jolloin voitiin tarkkailla proteiinin massaspektrin muutoksia sekä eluutiokäyttäytymistä käänteisfaasiolosuhteissa ennen ja jälkeen kompleksin muodostuksen. Toisessa uudessa menetelmässä proteiiniin sitoutuneiden tanniinien osuus määritettiin käänteisesti kokonaisfenolipitoisuuden mittaukseen tarkoitetulla spektrofotometrisella menetelmällä. Lopuksi määritettiin kasviuutteen proteiiniin sitoutuvat yhdisteet vertaamalla alkuperäisen uutteen yhdistekoostumusta sellaisen uutteen yhdistekoostumukseen, josta proteiineihin sitoutuvat yhdisteet oli poistettu. Yhdisteiden määritykseen käytettiin UHPLC-DAD-MS/MS-laitteistoa.