[kand] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM

Permanent URI for this collectionhttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/11

Browse

Recent Submissions

Now showing 1 - 20 of 1971
  • AI and Trust in Personalized Healthcare
    (2025-02-03) Nguyen Quynh, Nhu
     Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Reviewing the key applications of artificial intelligence in personalized healthcare, specifying its influence on trust within patient-doctor relationships and suggesting suitable strategies for trust reinforcement.
  • Carbonized lignin for energy storage solutions
    (2024-12-15) Autere, Mila
     Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Technological development and digitalization have increased the demand for rechargeable batteries and battery materials. However, their production requires finite and fossil-based resources. This growing demand for finite materials combined with environmental concerns is driving the need for greener technologies. Lignin, the second most abundant biopolymer on Earth, is a major sidestream in the pulp and paper industry. Annually, 40–100 million tons of carbon-rich lignin is produced, 98% of which is burned for energy. Besides energy production, lignin can be utilized in chemicals and biofuels, and additionally, lignin could replace other carbon-based materials. A possible application for lignin is as a battery anode. The anode is a vital negative battery component. In addition to electrochemical properties, important material characteristics of an anode include an ordered and porous structure. Currently, graphite is the most commonly used anode material. Graphite is produced by refining fossil-based, carbon-rich materials such as crude oil. Therefore, carbon-rich lignin could be synthesized into a suitable anode material alternative, making batteries greener. This bachelor thesis investigates lignin and its suitability and modification into battery anode material. The thesis consists of a literature review and an experimental section. Graphite is produced through graphitization, which is a form of high heat treatment, performed typically around 2000 °C. Lignin is biochar, which, as a result of heat treatment, even in high temperatures, does not graphitize adequately. Instead, heat-treated lignin is carbonized and decomposed into carbon. Therefore, catalytic graphitization has been proposed as a solution to lignin’s inability to graphitize as required as an anode material. In catalytic graphitization, dry, powdered biomass is impregnated with a metal catalyst before heat treatment. This process has been shown to make the structure of biochar more ordered and porous. Currently, catalytic graphitization has been studied mainly with biomass other than lignin. Therefore, this thesis explores the catalytic graphitization of lignin. The goal was to determine whether lignin can be modified through catalytic graphitization and whether the product is biochar suitable as an anode material. In the experimental work, lignin was impregnated with iron(III)acetylacetonate catalyst, followed by carbonization at 800 °C. The results obtained from lignin were compared to similarly treated pre-carbonized lignin as well as peat-based carbon, Darco that functioned as a fossil-based reference in the experimental work. Iron particle residues from the catalyst were removed with acid washing. The porosity and surface area of the samples were analyzed using the Brunauer-Emmett-Teller (BET) and Barret-Joyne-Halenda (BJH) methods, and the graphitization was examined using X-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy. The experimental work showed that lignin’s porosity was modified, and the graphitic-like structure was enh nced. Especially the degree of graphitization of lignin samples increased with acid washing. In the future, lignin biochar could be utilized as battery-grade anodes. However, the catalytic graphitization of lignin still requires optimization. A higher treatment temperature could increase the graphitization degree. Acid washing negatively affected the surface properties of the samples and the effects of catalyst particles on electrochemical properties are unknown. However, the development of ligninbased battery technology could reduce dependence on fossil materials and further circular economy.
  • Hierarchical Algorithm for Identifying Semi-Rigid Domains in Proteins
    (2025-01-08) Hosseinidolama, Mahtab
     Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Understanding protein dynamics is crucial for unraveling biological functions and mechanisms. This thesis presents a novel algorithm designed to identify semi-rigid domains and super-domains within proteins using molecular dynamics (MD) simulation data. The algorithm combines a greedy approach for domain construction with a divide-and-conquer strategy for super-domain identification. A key innovation is the data-driven parameter determination method, utilizing Gaussian mixture models (GMMs) to select optimal thresholds from input data, addressing the challenge of inconsistent cut-off values in existing quasi-rigid domain identification algorithms. The algorithm was tested on three proteins of increasing complexity: Glycophorin A, β2-adrenergic receptor, and a viral capsid protein. Results demonstrate its ability to accurately identify biologically relevant semi-rigid regions, as validated against MD trajectories. For instance, rigid α-helices were correctly distinguished from flexible loops, while the hierarchical design of the algorithm enabled efficient processing of larger systems. The results highlight the sensitivity of threshold values to GMM configurations, indicating the need for automated parameter selection. This work extends beyond protein analysis, offering potential application in dimensionality reduction, featurization for machine learning (ML) analysis, and object identification in engineered systems. By addressing limitations of existing algorithms and proposing robust solutions, this study provides a step forward in computational biophysics.
  • Recombinant Spider Silk Protein Hydrogel: Synthesis and Characterization of Spider Silk Protein Hydrogel by Biomolecular Click Reaction
    (2024-12-13) Suokko, Anni
     Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Spider silk is a natural material that has been engineered into several forms beneficial for biochemistry. The combination of the functionality of hydrogels with the unique physical properties of spider silk produces a biocompatible material with countless applications in fields such as biomedicine. A biochemical click reaction with a Catcher/Tag pair such as SpyCatcher and SpyTag allows for quicker and more efficient hydrogel production. This thesis investigates the synthesis and characterization of a spider silk protein hydrogel using a biomolecular click reaction. To achieve this, an experiment was conducted where two fused proteins, a recombinant spider silk protein flanked with two SpyCatcher polypeptides, as well as a protein string of three SpyTag peptides, were synthesized and formed into a hydrogel. Then, the produced hydrogel was characterized using multiple methods as an extension. The results suggest that the produced hydrogel possesses properties viable for applications such as tissue engineering. However, optimization testing of the properties of the gel is required for a more comprehensive conception of its applications.
  • Passivation Mechanisms of Copper Anodes in Electrorefining
    (2024-12-13) Barnas, Bogdan
     Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Electrolytic refining is a key process in the purification of copper, resulting in purities upwards of 99.997%. Anode passivation, caused by the formation of adherent slime layers, however, remains a significant challenge during electrorefining, disrupting the mass transfer and potentially halting the process altogether. This literature review explores the mechanisms behind anode passivation addressing the effects of common anode impurities, the formation of passivating oxides and sulfates of copper, the role of mass transfer phenomena across the slime layer and methods to prevent anode passivation. Common anode impurities include Au, Ag, Se, Te, Bi, Sb, Ni, As, Pb and oxygen. Specific atoms and compounds, such as selenides and tellurides, metallic Au and Ag, and oxides like NiO and SnO2 were found to enhance slime layer´s adherence and thickness, thereby inhibiting diffusion of Cu2+ ions across the slime layer and passivating the anodes. Meanwhile As and Pb instead inhibited anode passivation by agglomerating anode slimes and encouraging their precipitation. Passivating films of cuprous oxide (Cu2O), cupric oxide (CuO), and copper sulfate pentahydrate (CuSO4∙5H2O) were identified as primary barriers to the diffusive Cu2+ ion transfer. Industrial countermeasures, including electrolyte additives such as gelatin, thiourea, and chloride ions, were evaluated for their efficiency and limitations, stressed the importance of optimal concentrations.
  • Covalent organic framework–chitin biohybrid solid-state electrolytes for sodium-ion batteries
    (2024-12-16) Winter, Wade
     Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    In the future, high-efficiency sodium-ion batteries are expected to reach the efficiency of lithium-ion batteries of today. Although, sodium-ion batteries cannot meet the high capacity of lithium-ion batteries the potential of sodium-ion batteries is in the abundance of raw materials offering cheap and sustainable solutions for applications in energy storage. The modern research of sodium-ion batteries aims to optimize the electrode and the electrolyte materials tfor improved battery capacity and cycle life. As an emerging class of polymers, covalent organic frameworks (COF) have been researched as a potential solid-state electrolyte for sodium-ion batteries. COFs are porous polymers with high robust crystallinity formed from covalent bonds. COFs have a large surface area and they are thermodynamically stable. These properties provide COFs with good ionic conductivity and makes them suitable for electrochemical applications. The biggest challenges in current COF research are chemical stability, scalability, and processability. In this bachelor's thesis, a literature review was conducted to investigate the suitability of COFs as solid-sate electrolytes for sodium-ion batteries and to compare methods from the literature for improving the processability of COFs. This study included an experimental part where COF synthesis was studied by using chitin nanofiber as a support structure for the crystal formation. The objective of this thesis was to find ways to improve the processability of COFs. COFs can be designed by using molecular building blocks. These building blocks provide structural design for the wanted crystal structure and reactants. The chosen reactants particularly affect the crystal structure and the porosity of COFs. The crystal structure can be designed as 2-dimensional or 3-dimensional. The functional groups of the reactants impact the properties of the COF such as selective ionic conductivity. Therefore, COFs can be designed for specific applications. There are multiple synthesis methods: solvothermal, hydrothermal, mechanochemical, and acid catalyzed methods to mention a few. The low processability of COFs is due to their poor solubility in various solvents and their robust crystal structure. COFs are powders by composition. Besides high ion conductivity, solid-state electrolytes require low solubility and mechanical durability. Therefore, the processability of COFs needs to be improved. For improving the processability, COF composites and hybrids can be synthesized by utilizing nanofibers and polymers. These facilitate the modifiability of COFs and can even enhance the desired properties of COFs. COFs can be shaped into membranes, films, colloidal nanoparticles, and even 3D-printed monoliths. COFs have shown excellent suitability as solid-state electrolytes which is why their processability should be further researched. In the experimental section, a COF-chitin biohybrid was successfully created. The reaction was carried out by acid activated Schiff base reaction which allowed for successful synthesis under normal conditions. The presence of chitin nanofibers improved the yield. The final product was analyzed by infrared spectroscopy and electron microscopy. The crystalline COF was observed to have grown around the chitin nanofiber.
  • Analyzing the impact of iron salts on lignin derived biocarbon
    (2025-01-02) Frondén, Simon
     Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Lignin, a complex aromatic heterogeneous polymer, is found in biomass with great potential in the production of renewable biocarbon. This literature review analyzes the impact of iron salts (iron acetate, iron nitrate, and iron chloride) on the properties and performance of lignin-derived biocarbon. The focus is on how biocarbon is chemically activated through the incorporation of various iron salts during the carbonization process of lignin in an oxygen-limited environment. The key is to be able to understand how the use of salts affects the morphology, structure, functional characteristics of the biocarbon in terms of surface area, porosity, and catalytic activity. The analysis of these crucial characteristics was performed with nitrogen adsorption through Brunauer-Emmett-Teller (BET) and Barrett-Joyner-Halenda (BJH) methods. The results indicate that the addition of iron salts has an impact on the morphology of biocarbon. Above all, the findings suggest that iron acetate and iron nitrate enhance the porosity and surface area of biocarbon. Iron chloride showed minimal effect on the graphitization of biocarbon. These properties are crucial not only for catalytic performance, but also for other industrial applications. Biocarbon can be utilized in energy storage applications for supercapacitors and batteries, due to its surface area and porosity. Additionally, biocarbon can be used as an adsorbent for water purification. It can be applied for soil amendment and capturing of carbon dioxide, which promotes sustainable agriculture and solutions to environmental challenges. Lignin is generally underutilized, making the findings in this paper crucial for developing the application of it. The results can contribute to a better understanding of lignin utilization and its valorization into a valuable material. The implementation of iron salts does not only enhance lignin-derived biocarbon but also presents the possibility to transform this underused byproduct of paper and pulp industries into a valuable renewable resource.
  • Redusoidulla grafeenioksidilla funktionalisoidut älytekstiilit pietsoresistiivisissä antureissa sekä niiden käyttö fysiologisissa mittauksissa terveydenhuollossa
    (2024-12-12) Ekman, Marika
     Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Tämä kirjallisuuskatsaus keskittyy redusoidulla grafeenioksidilla (rGO) funktionalisoituihin älytekstiileihin ja niiden pietsoresistiivisien ominaisuuksien hyödyntämiseen paine- ja jännitysantureissa. Tekstiilipohjaisten pietsoresistiivisien mittausanturien avulla on mahdollista valmistaa puettavia mittauslaitteistoja, joilla on korkea käyttömukavuus. Työssä esitellään grafeenipohjaisten 2D-nanomateriaalien sähköisiä ja mekaanisia ominaisuuksia sekä vaihtoehtoisia älytekstiilien valmistusmenetelmiä. Työssä myös vertaillaan tuoreissa tutkimuksissa valmistettujen pietsoresistiivisien antureiden sähköisiä ja mekaanisia ominaisuuksia, valmistusmenetelmiä ja hyötyä terveydenhuollossa. Kevyet ja mukavat anturit mahdollistavat jatkuvan fysiologisten parametrien monitoroinnin, mikä puolestaan voi parantaa terveydenhuollon tehokkuutta.
  • Vaihtoehtoisten hiivalajien käyttö pienmolekyylien tuotannossa
    (2025-01-17) Tupala, Venla
     Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Kandidaatintyössä tarkasteltiin vaihtoehtoisten hiivalajien hyödyntämistä bioteknologisessa pienmolekyylien tuotannossa. Perinteisesti käytetty Saccharomyces cerevisiae on monipuolinen, mutta sen ominaisuudet eivät aina vastaa teollisuuden ja tutkimuksen tarpeita. Vaihtoehtoiset hiivat tarjoavat uusia mahdollisuuksia, sillä ne pystyvät tuottamaan yhdisteitä erilaisista raaka-aineista kuin S. cerevisiae. Vaihtoehtoisilla hiivoilla saattaa olla myös ominaisuuksia, jotka tekevät niistä parempia teollisessa tuotannossa kuin S. cerevisiae. Tällaisia ominaisuuksia ovat esimerkiksi kyky sietää korkeita lämpötiloja tai erilaisia pH-olosuhteita. Hiivojen geneettinen muokkaus, erityisesti CRISPR-menetelmän avulla, on keskeinen keino optimoida niiden tuottokykyä. Vaikka geenitekniikka on avannut uusia mahdollisuuksia, haasteita ovat muun muassa lajien erot ominaisuuksissa, jotka vaikuttavat genomin muokkaamiseen ja rajalliset tiedot vähemmän tutkittujen lajien aineenvaihdunnasta. Vaihtoehtoiset hiivat voivat edistää kestävää kehitystä ja kiertotaloutta, mutta niiden teollinen hyödyntäminen edellyttää lisätutkimusta ja innovatiivisia ratkaisuja.
  • Akkujen kemiallisen latauksen purkamisen aikana syntyneiden sivuvirtojen hyödyntäminen
    (2025-01-08) Sandholm, Eikka
     Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Litiumioniakkujen kasvava määrä edellyttää tehokkaita ja kestäviä kierrätysmenetelmiä, joissa materiaalit voidaan palauttaa takaisin tuotantoketjuun. Kierrätysprosessin alkuvaiheessa akkujen jäännösvarauksen turvallinen purkaminen on välttämätöntä tulipaloriskien ehkäisemiseksi. Tämä vaihe tuottaa merkittäviä sivuvirtoja, kuten kaasuja, lietettä ja käytettyjä purkuliuoksia, joiden hyödyntäminen voisi parantaa kierrätysprosessin ekologisuutta ja taloudellisuutta. Tässä työssä tutkittiin eri kemiallisten liuosten, kuten natriumkloridin, natriumsulfaatin, natriumkarbonaatin ja natriumhydroksidin, käyttöä akkujen purkuprosessissa ja näiden vaikutuksia sivuvirtoihin. Tulosten mukaan syntyvä liete koostuu pääasiassa akkujen metallikomponenttien korroosiotuotteista, ja sen hyödyntäminen vaatii energiaintensiivisiä jatkoprosesseja. Syntyvä vety ja happi kaasusivuvirtoina tarjoavat kuitenkin mahdollisuuden paikalliseen energiakäyttöön esimerkiksi polttoainekennoissa. Purkuliuosten ominaisuudet osoittivat, että liuosten uudelleenkäyttö on mahdollista pienillä esikäsittelytoimilla, kuten suodatuksella, erityisesti natriumkarbonaatti- ja natriumhydroksidiliuoksilla. Työn tulokset korostavat, että sivuvirtojen hyödyntämisellä on merkittävä rooli litiumioniakkujen kierrätysprosessin ympäristövaikutusten ja kustannusten pienentämisessä. Jatkossa tulisi keskittyä sivuvirtojen jatkokäsittelyn energiatehokkuuteen ja purkuliuosten kierrätyksen optimointiin teollisessa mittakaavassa.
  • Mikro- ja nanokiteisen selluloosan hyödyntäminen kosmetiikassa
    (2024-12-15) Härkölä, Sini
     Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Monen muun teollisuudenalan tavoin myös kosmetiikkateollisuudessa on alettu kiinnostumaan entistä enemmän kestävästä kehityksestä sekä biopohjaisten aineiden ja materiaalien käytöstä fossiilisten sijaan. Kuluttajat kiinnittävät aiempaa enemmän huomiota tuotteiden turvallisuuteen ja ympäristövaikutuksiin. Biopohjaiset vaihtoehdot, kuten selluloosa ja sen johdannaiset ovat herättäneet paljon kiinnostusta kosmetiikassa. Tässä työssä tutkitaan, miten mikro- ja nanokiteistä selluloosaa hyödynnetään kosmetiikkasovelluksissa, mitä mahdollisuuksia ne tarjoavat sekä mitä synteettisiä materiaaleja ne voisivat korvata. Myös EU-regulaatioiden vaikutusta niiden käyttöön kosmetiikassa selvitetään. Selluloosajohdannaiset mikrokiteinen- ja nanokiteinen selluloosa tarjoavat lukusia mahdollisuuksia kosmetiikassa ja terveystuotteissa. Ne omaavat suuren pinta-alan, ja ovat biohajoavia sekä myrkyttömiä. Niitä käytetään kosmetiikassa esimerkiksi stablointi-, kuorinta- ja UV-suoja-aineina, sekä puutereissa absorboivana aineena tai ihotuntuman parantajana. Kuitenkin erityisesti nanokiteisen selluloosan käyttöä kosmetiikassa rajoittaa nanomitta-kaavan aineiden EU-regulaatiot.
  • Vety sähkömarkkinoiden tasapainottajana – Kustannus- ja elinkaarianalyysi
    (2024-06-04) Pasanen, Konsta
     Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Tässä kandidaatintyössä tutkittiin vedyn käyttöä sähkömarkkinoiden tasapainottajana. Tarkastelun kohteena oli vetyvaraston ympäristövaikutukset sekä taloudellinen kannattavuus. Ympäristövaikutuksia tutkittiin kirjallisuuskatsauksena keskittyen vetyvaraston elinkaarianalyysiin. Taloudellista kannattavuutta tutkittiin kirjallisuuskatsauksena sekä yksinkertaisella kustannusanalyysillä. Vetynä varastoidun sähkön ympäristövaikutukset olivat noin kaksinkertaiset suhteessa sähkömarkkinoiden sähköön. Tärkeimpänä syynä suuremmille ympäristövaikutuksille on systeemin alahainen hyötysuhde. Vetyvarasto on taloudellisesti hyvin tappiollinen. Tärkeimpinä syinä tappiollisuudelle on systeemin korkeat investointikustannukset sekä matala tuotto.
  • Ligniinipitoiset kuidut
    (2024-12-15) Wester, Iris
     Kemiantekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Tämän kandidaatintyön tarkoituksena oli tutkia kirjallisuustutkimuksena ligniinipitoisten kuitujen ominaisuuksia ja käyttökohteita. Työssä tarkasteltiin ligniinin erotusmenetelmiä, luonnossa esiintyvän ja teknisen ligniinin rakenteita ja ominaisuuksia sekä ligniinin eri käyttökohteita. Ligniini on luonnossa esiintyvä monipuolinen biopolymeeri, jota löytyy erityisesti puiden soluseinistä. Se muodostaa noin 30 % puumateriaalista ja syntyy suurina määrinä sivutuotteena puunjalostusteollisuudessa, esimerkiksi selluloosan tuotannon yhteydessä. Ligniini on tärkeä rakenteellinen komponentti, joka antaa kasvien soluseinille lujuutta ja jäykkyyttä. Samalla se mahdollistaa veden ja ravinteiden kuljetuksen ja suojaa kasveja ympäristön stressitekijöiltä, kuten sään aiheuttamalta hajoamiselta sekä biologiselta hajoamiselta. Sellunvalmistuksessa käytetään kemiallisia, mekaanisia sekä näiden yhdistelmämenetelmiä. Sivutuotteena saadun ligniinin rakenne ja koostumus vaihtelevat erotusmenetelmän mukaan. Ligniinin erot kemiallisessa ja mekaanisessa sellunvalmistuksessa johtuvat siitä, miten ligniini käsitellään ja mihin tilaan se päätyy valmistusprosessin aikana. Ligniini on arvokas materiaali sen monipuolisen kemiallisen rakenteen ja ominaisuuksien ansiosta. Ligniiniä voidaan hyödyntää monipuolisesti eri aloilla, kuten paperi- ja kartonkiteollisuudessa, hiilikuitujen valmistuksessa sekä tekstiileissä.
  • Biopohjaisten materiaalien ja biokomposiittien soveltuvuus kosmetiikkapakkauksissa
    (2025-01-23) Tran, Mimi
     Kemiantekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan biopohjaisten materiaalien ja biokomposiittien soveltavuutta kosmetiikkapakkausten valmistuksessa. Työn tavoitteena on arvioida näiden materiaalien kykyä täyttää toiminnallisuuden, kestävyyden ja ympäristöystävällisyyden vaatimukset. Biopohjaisista materiaaleista polylaktidi (PLA) pidetään potentiaalisimpana vaihtoehtona sen biohajoavuuden ja muokattavuuden ansiosta, mutta sen käytön esteenä ovat hauraus ja teollisten kompostointiolosuhteiden tarve. Myös selluloosa ja tärkkelys osoittautuivat potentiaalisiksi vaihtoehdoiksi biohajoavuutensa ja uusiutuvan alkuperänsä ansiosta. Niiden toiminnallisia ominaisuuksia, kuten kosteudenkestävyyttä tulee kuitenkin parantaa lisämodifikaatioilla. Biokomposiitit, kuten PLA-selluloosa- ja PLA-bambukuitukomposiitit tarjoavat kiinnostavia vaihtoehtoja yhdistämällä kestävyyttä, ympäristöystävällisyyttä ja toiminnallisia ominaisuuksia. Nämä materiaalit voivat kuitenkin olla kalliita ja edellyttävät erityisprosessointia. Markkinoilla olevia esimerkkejä ovat Sulapacin ja Stora Enson kehittämät biokomposiittiratkaisut, joita hyödynnetään erilaisissa kosmetiikkapakkauksissa ja jotka ovat löytäneet tiensä tunnetuille brändeille, kuten Chanel ja Lumene. Ympäristönäkökulmasta biopohjaiset materiaalit ja biokomposiitit tarjoavat merkittäviä mahdollisuuksia vähentää fossiilipohjaisten materiaalien käyttöä. Työ korostaa, että materiaalien ympäristöhyödyt riippuvat niiden tuotanto- ja käyttöolosuhteista sekä kierrätettävyydestä. Lisäksi painotetaan viherpesun ehkäisemisen merkitystä, sillä kuluttajilla on oikeus saada tarkkaa ja läpinäkyvää tietoa tuotteiden ympäristövaikutuksista.
  • Orgaaniset UV-suodattimet aurinkorasvoissa
    (2025-01-23) Hernesniemi, Charlotta
     Kemiantekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Tässä kandidaattityössä tutustutaan orgaanisiin UV-suodattimiin, joita käytetään aurinkorasvoissa sekä tarkastellaan niiden toimintamekanismia. Orgaanisten UV-suodattimien toiminta perustuu auringon UV-säteilyn absorboimiseen virittäen suodatinmolekyylin elektronin. Työssä käsitellään EU:ssa tällä hetkellä sallittuja orgaanisia UV-suodattimia sekä niiden luokitteluja eri kemiallisiin ryhmiin. Lisäksi käsitellään mahdollisia sallittuja nanokoon orgaanisia UV-suodattimia ja niiden käyttörajoitteita. UV-säteily on karsinogeenistä, jonka takia sen torjunta on tärkeää ihon terveyden ylläpitämiseksi. Mitä pienempi aallonpituus UV-säteilyllä on, sitä vaaral-lisempaa se on. Lisäksi eri aallonpituuksiset UV-säteilyt penetroituvat ihoon eri syvyyksillä. UV-säteilyltä suojautuminen aurinkorasvalla ennaltaehkäisee ihovaurioita ja torjuu jopa ihosyöpää. Tässä työssä esitellään yleisimpiä nanoteknologian sovelluksia, joita käytetään aurinkorasvoissa. Lisäksi vertaillaan nanoteknologian hyviä ja huonoja puolia sekä tuodaan esille kehittyvän teknologian herättämiä kysymyksiä.
  • Process Simulation of Recycling Processes using Aspen Plus
    (2024-12-15) Elo, Alisa
     Kemiantekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Electrification increases the demand of critical metals such as Co, Cu, Li and Ni, which are essential for producing lithium-ion batteries, solar cells, and other clean energy technologies. This trend poses challenges in terms of raw material sufficiency and waste management, highlighting the importance of recycling processes. Current recycling methods primarily focus on the recovery of high-value components, resulting in significant waste streams. Recycling is further hindered by the lack of infrastructure for collection, low recycling rates, and heterogeneous material streams, where interactions between materials are difficult to determine precisely. These issues can be addressed through process simulation, which enables the processing of large amounts of data while reducing the need for laboratory experiments and resources. This thesis examines the simulation of recycling processes for lithium-ion batteries and solar cells using Aspen Plus, focusing on process design, optimisation, techno-economic aspects, and life-cycle assessment. Aspen Plus was chosen due to its widespread use in various fields of chemical engineering. However, its applications in recycling processes have mostly been limited to fluids or individual components, rather than complex technologies, such as entire solar cells. This study was conducted as a literature review. Furthermore, the findings indicate that Aspen Plus is a viable tool for simulating the recycling processes of the selected applications. Its strengths include extensive databases of equipment, components and their physical properties, as well as the ability to handle several types of components, such as metals, plastics and exhaust fumes, within the same process flow sheet. Nevertheless, the inherent complexity of recycling processes, in terms of compounds and reaction systems, poses challenges for simulation. This complexity requires precise input parameters, which may sometimes necessitate simplifying assumptions. Although the databases of Aspen Plus are extensive, the continuous and rapid development of new materials, such as cathode compounds, can lead to gaps in the data for the newest structures. As process simulation becomes more widely implemented, the quality and comprehensiveness of available data are expected to improve, making it an increasingly effective tool for developing recycling processes.
  • Magnetic Separation Techniques in Battery Materials Recycling
    (2025-01-20) Helminen, Vili
     Kemiantekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Lithium-ion batteries (LiBs) are the most popular choice for energy storage in mobile devices and electric vehicles. The increasing number of electric vehicles and the advancements of technology will keep growing the demand of LiBs. To reduce the need for primary sources for the various metals found in LiBs, effective recy-cling methods are needed. The current recycling processes of LiBs are dependent on hydro- or pyrometallurgical steps, which are highly energy-consuming and harmful for the environment. Magnetic separation can be used to replace some of the hydro- or pyrometallurgical separation steps used in battery recycling. The results of this literature review show that use of high-intensity magnetic sepa-ration can lessen the environmental strain caused by the current LiB recycling processes, but certain hydro- or pyrometallurgical steps will be needed to recover product with adequate purity. It is deemed that while high-intensity magnetic separation has potential in the recycling processes of LiBs, the current high-intensity magnetic separation processes are not yet ready for LiB recycling on in-dustrial scale. This bachelor’s thesis is a literature review that discusses the use magnetic separa-tion in battery materials recycling processes. The basic theory behind magnetic separation and several magnetic separator types are introduced. Additionally, the current issues and the future perspectives of magnetic separation are discussed.
  • Lajien välisten vuorovaikutusten karakterisointi mikrobiyhteisössä
    (2024-12-15) Metsälä, Siiri
     Kemiantekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Työssä tarkasteltiin kirjallisuuskatsauksena erilaisia menetelmiä, joilla voidaan havaita mikrobiyhteisön jäsenten välisiä vuorovaikutussuhteita. Työssä käsiteltiin tarkemmin myös vuorovaikutussuhteiden luonteita sekä keinoja, joilla lajit vaikuttavat toisiinsa. Lisäksi työssä arvioitiin mikrobiyhteisöjen hyödyntämisen mahdollisuuksia sekä niiden sovelluksia eri aloilla.
  • Acid hydrolysis of cotton to adjust molar mass and viscosity
    (2024-12-23) Ly, Violet
     Kemiantekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Cotton is a very common natural fiber, typically used in various clothing and household textiles. With the growing global population, the demand for textiles is increasing, leading to a rapid intensification of textile production. As a result, fast fashion has become more widespread, where textiles are neither produced to be durable nor recycled. The textile industry is notoriously one of the largest contributors to environmental emissions worldwide. The industry generates significant amounts of textile waste, and efforts are being made to address this issue by developing efficient recycling processes. Recycling cotton is particularly valuable because its cultivation requires large amounts of water and pesticides, which are harmful to the environment. However, recycling cotton fibers is highly challenging due to their broad molar mass distribution and high viscosity. This challenge can be partially addressed by using acid hydrolysis as a pretreatment method before recycling cotton fibers. The objective of this bachelor's thesis was to investigate how acid hydrolysis affects the molecular mass and viscosity of cotton cellulose fibers using the Ioncell technology. This research aims to alleviate the burden of textile waste by enhancing the recycling of cotton fibers. The thesis examined the environmental and sustainability challenges associated with cotton, as well as the methods developed to address these issues. Additionally, it focused on the mechanical and chemical properties of cotton and the various manmade cellulosic fiber processing methods, particularly the novel ioncell process, relevant to this. In the experimental part of the thesis, post-consumer cotton was used as the material, which was milled into cotton pulp. Sulfuric acid, diluted to the desired concentration, was employed as the acid solvent for acid hydrolysis. The molecular mass of cotton was measured using gel permeation chromatography (GPC), and intrinsic viscosity measurement was utilized to assess the viscosity. The results of the study showed that acid hydrolysis reduced the molecular mass of cotton over time. This was clearly evident in the gel permeation chromatography measurements coupled with the decreasing intrinsic viscosity over hydrolysis time. Based on this research, it is recommended that further studies test latter steps of the ioncell process using these pretreated cotton fibers.
  • Ruostumattoman teräksen valmistuksen sivuvirtojen hyödyntäminen
    (2024-12-20) Högdal, Robin
     Kemiantekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Tässä kandidaatin tutkielmassa tutkittiin ruostumattoman teräksen tuotannon sivuvirtoja eli kuonaa ja pölyä, niiden käsittelyä ja metallien hyödyntämistä. Kasvavien tuotantomäärien myötä sivuvirtojen määrät ovat myös suuressa kasvussa. Sivuvirrat sisältävät energiasiirtymälle arvokkaita metalleja, joiden hävittäminen on kiertotalousperiaatteen vastaista. Ruostumattoman teräksen tuotannon valmistuksen suurten sivuvirtojen määrän vuoksi, kirjallisuustutkimus rajattiin käsittelemään valokaariuunin sivuvirtoja. Valokaariuunipöly sisältää suuria määriä sinkkiä, lyijyä ja mangaania ja kuona puolestaan kalsiumia ja piitä. Pölylle löydettiin kolme eri käsittelymenetelmää: kemiallinen stabilointi sekä pyro- ja hydrometallurginen käsittely. Pölystä erotellut metallit (sinkki, lyijy ja mangaani) sopivat energiateollisuudessa erilaisten akkujen komponenteiksi. Autojen lyijyakut, litiumioniakkujen katodimateriaalit (litium-nikkeli-mangaani-kobolttioksidi), sinkki-ilma-akut ovat esimerkkejä sopivista sovellutus kohteista. Kuonaa voidaan hyödyntää rakennus- ja asfalttiteollisuudessa.