Koherent Diffraktionsavbildning med en intensiv röntgenpuls från en Frielektronlaser har möjliggjort strukturbestämning av isolerade nanopartiklar som inte går att studera med hjälp av konventionella metoder, så som elektronmikroskopi. En mycket kort pulslängd tillsammans med spridningssignalens beroende av objektets elektroniska struktur medför också möjligheten att studera inducerad ultrasnabb dynamik med denna teknik. I detta projekt studerades joniseringspåverkan av Xe hos Xe-Ar core-shell-nanokluster. Enligt teorin har neutral Xe lägre spridningstvärsnitt under dess 3d-resonans än det motsvarande för fotonenergier över 3d-resonansen. Därför var en hög kontrast i klustren förväntad vid energier över dess 3d-resonans. I stället observerades mörkare regioner liknande hål i rekonstruktioner från de experimentella resultaten vid energier över 3d-resonansen hos Xe. En möjlig förklaring var jonisering av neutral Xe. För att undersöka detta skapades 3D modeller av Xe-Ar nanokluster för att simulera den interaktionen mellan intensiva röntgenpulser och nanokluster. Diffraktionsmönstren som genererades med hjälp av 3D-modellerna användes sedan för att utföra Iterativ fasrekonstruktion och rekonstruera partikeldensiteten. Brytningsindex av neutral Xe och de första tio jontillstånden hos Xe beräknades med hjälp av en modell konstruerad i detta projekt, kallad för step-model. Följaktligen introducerades samtliga jontillstånden hos Xe från 0 till 10 in i 3D modeller av Xe-Ar nanoklustren med brytningsindexen av jontillstånden uppskattade med hjälp av Kramers-Kronig-relationerna. Här antogs det att samtidigt som resonansen för varje Xe-jon förflyttas visar 𝛽 (det vill säga den imaginära komponenten i det komplexa brytningsindexet) som en funktion av fotonenergin, ett icke-monotoniskt beteende med en förändring i fotonenergin. Simuleringsresultaten erhållna med hjälp av Kramers-Kronig-relationerna visade en avtagande trend för 𝛽 i Xe-joner med en laddning> 4+ till skillnad från en ökning i 𝛽 för joner med en laddning <4+ relativt dess motsvarande för neutral Xe. Denna metod ansågs tillräcklig för att användas som en första approximation. Dessa resultat visade att ju mer Xe joniseras (och därför minskar 𝛽) desto mer transparenta blir Xe-jonerna under en laserpuls och därför ser de mörkare ut jämfört med Ar som har sin resonans långt ifrån fotonenergierna relevanta för detta projekt (660–760 eV). Vidare simulerades temporära förändringar i Xe-jonpopulationer för att bekräfta de erhållna simuleringsresultaten via step-model. En massiv energideposition då den intensiva röntgenpulsen träffar Xe-kärnorna initierar en serie av joniseringsmekanismer under de första få femtosekunderna av pulsen. Simuleringar för de jonpopulationer som uppstår och försvinner under förloppet av en 100 femtosekunder-lång röntgenpuls visade att jontillstånd mellan 1+ och 10+ är redan förbrukade efter några få femtosekunder vid 1016 W/cm2. Vid slutet av pulsen observerades endast högt laddade Xe-joner (upp till 35+). Den slutsats som drogs var därför att mörkare regioner som liknade hål och observerades i rekonstruktioner från experimentella data var en konsekvens av en förflyttning av resonansen hos de högt laddade Xe-joner (>4+) relativt dess motsvarande i en neutral Xe så att deras spridning minskar. / Coherent Diffraction Imaging with intense x-ray pulses from X-ray Free-Electron Lasers has enabled structure determination of isolated nanoparticles, that cannot be studied with conventional methods, such as electron microscopy. The very short pulse durations and the intrinsic dependence of the scattering signal on the electronic structure of the scattering object also allow studying ultrafast light-induced dynamics with this technique. In this project, the ionization impact of Xe on Xe-Ar core-shell nanoclusters was studied. Theory predicts that neutral Xe has a lower scattering cross-section below its 3d resonance than that at photon energies above its 3d resonance. Therefore, a high contrast in clusters above the neutral Xe’s 3d resonance is expected. However, in the experimental data, unusual dark features resembling holes were observed at energies above Xe’s 3d resonance. As possible explanation, ionization of neutral Xe was suggested. To investigate this, 3D models of Xe-Ar nanoclusters were created to simulate the interaction of intense x-ray pulses and nanoclusters. The diffraction patterns generated by these 3D models were used to perform Iterative Phase Retrieval to reconstruct the particle densities. The refractive indices of neutral Xe and Xe’s first ten ionic states were computed using a model designed in this project, called the step-model. Hence, each and every ionic state of Xe from 0 to 10 were introduced into the 3D models of the Xe-Ar nanoclusters with refractive indices of the ionic states estimated based on the Kramers-Kronig relations. Here, it was assumed that as the resonance is shifting for every ionic state of Xe, 𝛽 (i.e the imaginary component of the complex refractive index) as a function of photon energy shows a nonmonotonic behavior as the photon energy is varied. The simulation results by Kramers-Kronig relations showed a decrease in 𝛽 for ionic states > 4+ in contrast to an increase in 𝛽 for ions with charges < 4+ relative to that of neutral Xe. This approach was sufficient to be used as a first approximation. The results showed that Xe ions become more transparent to the laser pulse as their charge increases (and 𝛽 thereby decreases) and therefore they appear darker than Ar, which has its resonance far away from photon energies relevant for this project (660–760 eV). Furthermore, temporal changes in ionic populations of Xe were simulated to confirm the simulation results obtained by the step-model. The massive energy deposition upon interaction with the intense laser pulse launches a series of ionization events in the Xe cores during the first few fs of the x-ray pulse. The simulation of ionic populations emerging and depleting during the 100-fs-long 1016 W/cm2 x-ray pulse showed that ionic states 1+ to 10+ are depleted already after a few fs. By the end of the pulse, only highly charged (up to 35+) Xe ions are observed. Therefore, it was concluded that the dark features resembling holes in reconstructions from the experimental data were a consequence of a shift in the resonance of highly charged Xe ions (>4+) relative to that of neutral Xe so that their scattering decreases.

The purpose of this research was to investigate the kinetics and mechanisms of the photocatalytic degradation of organic substances in the presence of anions (bromide and chloride), using titanium dioxide as a photocatalyst. Tris(hydroxymethyl)aminomethane (Tris) and methanol were the organic substances used as probes. Photocatalytic degradation of the probes produces formaldehyde through reaction with hydroxyl radicals at the surface of the photocatalyst. The product was quantified using a modified Hantzsch reaction and UV-Vis spectroscopy at the fixed wavelength 368 nm. It was found that having bromide present in the reaction mixture resulted in an increase in the rate of formation of formaldehyde from Tris, while it resulted in a decrease from methanol. Bromide on the surface of the photocatalyst reacts with the hydroxyl radicals to form reactive halogen species (RHS). This study proposes that the RHS Br2•- oxidises the probe into a cation radical, which initialises the probe degradation and the subsequent formation of formaldehyde. Conversion from hydroxyl radicals to RHS leads to a greater selectivity in formaldehyde production. Increased selectivity of attack towards electron-rich centres can explain the observed results with the different probes in this study. A linear combination expression of the total production of formaldehyde was developed, through which the X-factor, a ratio of the production of formaldehyde by RHS relative to the production of formaldehyde by hydroxyl radicals, was calculated. However, no realistic values were obtained when calculating the X-factor for different anion concentrations, thus indicating that factors other than competition kinetics affect the degradation. No conclusions could be drawn regarding the effect of chloride on the formation of formaldehyde from Tris and methanol, as the results were ambiguous. / Syftet med denna studie var att undersöka mekanismer och kinetik bakom fotokatalytisk nedbrytning av organiska molekyler i närvaro av anjoner (bromid och klorid), där titandioxid användes som fotokatalysator. Tris(hydroxymetyl)aminometan (Tris) och metanol var de organiska substanserna som studerades. Den fotokatalytiska nedbrytningen av proberna resulterar i formaldehyd via reaktion med hydroxylradikaler på fotokatalysatorns yta. Produkten kan sedan kvantifieras genom en modifierad version av Hantzsch-reaktionen följt av UV-Vis spektroskopi vid en fixerad våglängd på 368 nm. Studien kom fram till att närvaron av bromid i reaktionslösningen resulterade i en ökad produktionshastighet av formaldehyd från Tris, medan det resulterade i en minskning från metanol. Bromid på ytan av fotokatalysatorn reagerar med hydroxylradikaler och bildar reaktiva halogena molekyler (RHS). Denna studie föreslår att RHS:en Br2•- oxiderar proben till en radikalkatjon, som initierar nedbrytningen av proben och efterföljande bildning av formaldehyd. Omvandling från hydroxylradikaler till RHS leder till högre selektivitet av bildning av formaldehyd. Ökad selektivitet av attacker mot elektronrika center kan förklara de observerade resultaten med de olika proberna i denna studie. Ett linjärkombinationsuttryck av den totala produktionen av formaldehyd utvecklades, från vilket X-faktorn, ett förhållande av produktionen av formaldehyd via RHS relativt till produktionen av formaldehyd via hydroxylradikaler, kunde beräknas. Inga realistiska värden erhölls dock vid beräkningen av X-faktorn för olika anjonskoncentrationer, vilket indikerar att andra faktorer än konkurrenskinetik påverkar nedbrytningen. Inga slutsatser kunde dras gällande klorids effekt på bildningen av formaldehyd från Tris och metanol, då resultaten var tvetydiga.

Under det här kandidatexamensarbetet har protein-nanofibers påverkan på material undersökts genom att jämföra fibrillerade filmer med ofibrillerade. Sojaproteinisolat fibrillerades under förhållandena pH 2 och 85 ◦C under minst ett dygn och de syntetiserade nanofibrerna analyserades med Thioflavin T (ThT) fluorescens och atomkraftsmikroskopi (AFM). Spektra från analysmetoden ThT fluorescens indikerade på förekomsten av β-flak och analyserna med AFM visade på att fibrerna hade en morfologi som är karakteristisk för protein-nanofibrer. Resultaten antyder att de parametrar som påverkar morfologin hos fibrerna är fibrilleringstid och typ av protein. De gjutna filmerna från fibrillära respektive ofibrillära proteiner var sammanhängande bortsett från vissa sprickor. Värdena på E-modulen från AFM visade att det fibrillerade materialet var mer heterogent än det ofibrillerade. Filmer med sammanhängande yta erhölls vid tillsats av det mjukgörande additivet glycerol. Slutligen, material av både fibrillär och ofibrillär form kan framställas, däremot krävs vidare forskning för att optimera materialens egenskaper. / During this bachelor thesis project, the impact of protein nanofibers on materials has been analysed by comparing films made from fibrillar and non-fibrillar protein. Fibrillation of soy protein isolate was performed during at least 24 hours at pH 2 and a temperature of 85 ◦C. Analysis of the nanofibers was made with Thioflavin T (ThT) fluorescence and atomic force microscopy (AFM). The spectra from ThT Fluorescens indicated the presence of β-sheets and AFM confirmed that the fibrils had a morphology that is characteristic of protein nanofibers. The results indicated that heating time and protein type were the parameters which had the largest impact on the morphology of the fibrils. The synthesised films from both fibrillar and non-fibrillar protein were coherent with exception of some cracks. The elastic modulus from AFM indicated that the fibrillar film was more heterogeneous compared to the non-fibrillar film. To attain coherent films, the plasticising agent glycerol was added. To summarise, both fibrillar as well as non-fibrillar materials were successfully synthesised, however, further research is necessary to optimise the properties of the material.

Vibrational sum frequency spectroscopy har använts för att studera interaktionerna mellan monovalenta joner och laddade fettsyramonolager. Subfasen bestod av utvalda alkalihydroxidsaltlösningar med pH12, med huvudfokus på cesiumjonen. Molekylär information erhölls genom att rikta in sig på vibrationerna hos karboxylsyragruppen, alkylkedjor, och vattenmolekyler i kontakt med monolagret, samt i det diffusa dubbellagret. Ytans laddning uppskattades genom att observera sträckningsvibrationerna hos hydratiserade karboxylat och protonerade karboxylsyror. Ytans potential beräknades utifrån signalresponsen hos vattenmolekylerna i det diffusa dubbellagret. Beteendet hos ytans laddning och potential överensstämmer väl med Gouy-Chapman-teorin för stora områden per molekyl, men avviker avsevärt vid kompression av monolagret. Vid små områden per molekyl, eller hög laddningsdensitet, stämmer resultaten bättre överens med en storleksmodifierad version av Poisson-Boltzmann-teorin. Resultaten från experiment med en cesiumhydroxidsubfas jämfördes med motsvarande experiment med natrium och litium, vilket beskriver cesiumjonen i relation till de andra alkalijonerna vad gäller jonspecifika effekter. Resultaten som har samlats in här ger insikt i hur effektiv jonstorlek kan användas för att modellera och förutsäga jonspecifika effekter med karboxylsyragruppen i ett Langmuir-monolager. / Vibrational sum frequency spectroscopy has been used to study the interactions of monovalent ions with highly charged fatty acid monolayers. The subphase consisted of selected alkali hydroxide salt solutions of pH 12, primarily focusing on the cesium ion. Molecular information was obtained by targeting the vibrational modes of the carboxylic acid headgroups, alkyl chains, and water molecules in the immediate surface and diffuse double layers. The surface charge was estimated by monitoring the stretching modes of the hydrated carboxylate and protonated carboxylic acid. The surface potential was estimated from the signal response of the water molecules in the diffuse double layer. The behaviour of the surface charge and surface potential agrees well with Gouy-Chapman theory for large areas per molecule, but deviates significantly upon monolayer compression. At small areas per molecule or high surface charge density, the results better align with a size-modified version of the Poisson-Boltzmann theory. The results obtained with a cesium hydroxide subphase were compared to equivalent experiments with sodium and lithium, which puts the cesium ion into context with the other alkali ions in terms ion specific effects. The results collected here provide insight into how effective ion size can be used in modelling and predicting ion specific effects with the carboxylic acid moiety in a Langmuir monolayer.

Aluminium och aluminiumlegeringar har ganska bra korrosionsbeständighet, men dessa material kan fortfarande korrodera. Metallkorrosion är aldrig önskvärt och det kan leda till katastrofala resultat i olika branscher och applikationer. Det finns olika metoder för att skydda aluminium och dess legeringar från korrosion, såsom anodisering och användning av olika beläggningstekniker. Inte mycket forskning har gjorts på aluminium belagd med en organisk beläggning innehållande ledande polymer. Ännu mindre är känt om aluminium belagt med en vattenbaserad polymer matris innehållande ledande polymer.  Tre system undersöktes i mitt examensarbete om deras korrosionsskyddande egenskaper. För detta ändamål användes elektrokemisk impedansspektroskopi, öppen kretspotential och potentiodynamisk polarisering, samt gjordes även en del atomkraftsmikroskopi, AFM, mätningar. Aluminium belagt med en vattenbaserad polymer matris i frånvaro av PANI hade ett bra korrosionsskydd först men reducerade barriäregenskaper över tiden i 1 M NaCl. Hållbarheten för den vattenbaserade polymer matrisen i frånvaro av PANI undersöktes också kort. Det visades att en nygjord vattenbaserad polymer matris uppvisade bättre korrosionsskydd än en 2 år gammal vattenbaserad polymer matris lagrad vid rumstemperatur.  Aluminium belagt med den vattenbaserade polymer matrisen i närvaro av PANI visade initialt tecken på aktivt korrosionsskydd men övergick till passivt korrosionsskydd med tiden. Atomkraftmikroskop användes i olika lägen för att få insikt om den vattenbaserade polymer matrisen i närvaro av PANI. Ett ledande nätverk observerades i AFM-mätningarna och konfokalt ljusmikroskop antydde verkligen att detta skulle vara fallet. Det ledande nätverket i den vattenbaserade polymer matrisen kan förklara det aktiva korrosionsskyddet som observerades initialt. Fler studier behövs för att få insikt om de kemiska processerna vid gränssnittet mellan aluminiumlegeringen och den vattenbaserade polymer matrisen i närvaro av PANI. / Aluminum and aluminum alloys have rather good corrosion resistance, but these materials can still corrode. Metal corrosion is never wanted, and it can lead to disastrous outcomes in various industries and applications. There are different methods to protects aluminum and its alloys from corrosion, such as anodization and the use of various coatings techniques. Not a lot of research have been done on aluminum coated with an organic coating containing conductive polymer. Even less is known about aluminum coated with a waterborne polymer matrix containing conductive polymer.  Three systems were investigated in my diploma thesis work regarding their anti-corrosion properties. To this end electrochemical impedance spectroscopy, open circuit potential and potentiodynamic polarization were utilized, and also some atomic force microscopy, AFM, measurements were done. Aluminum coated with a waterborne polymer matrix in the absence of PANI had a good corrosion protection at first but reduced barrier properties over time in 1 M NaCl. The shelf-life of the waterborne polymer matrix in the absence of PANI was also briefly investigated. It was shown that a freshly made waterborne polymer matrix exhibited better corrosion protection than a 2 years old waterborne polymer matrix stored at room temperature.  Aluminum coated with the waterborne polymer matrix in the presence of PANI showed signs of active corrosion protection initially, but it transitioned to passive corrosion protection with time. Atomic force microscopy was used in various modes to gain insight on the waterborne polymer matrix in the presence of PANI. A conducting network was observed in the AFM measurements and confocal light optical microscopy indeed suggested that this would be the case. The conducting network in the waterborne polymer matrix could explain the active corrosion protection observed initially. More studies are needed to gain insight on the chemical processes at the interface of the aluminum alloy and the waterborne polymer matrix in presence of PANI.

Nanomaterial produceras och används alltmer i tekniska lösningar för att förbättra t.ex. materialegenskaper. Eftersom ett materials egenskaper förändras när det är i nanoskala så påverkas även dess toxikologiska egenskaper. För närvarande finns det ett flertal rapporter om oavsiktligt bildande av metalliska nanopartiklar, Me NPs, vid byggarbetsplatser, vilket riskerar att byggarbetarna exponeras för att andas in dessa partiklar.  På grund av nanomaterialens storleksberoende egenskaper så är inte dagens toxikologiska utvärderingsmetoder sällan anpassade för dessa typer av material. Att undersöka växelverkan mellan Me NPs och pulmonella biomolekyler och utveckla metoder för analys därför av hög prioritet.  I detta examensarbete har en metod för upplösning av det pulmonellt ytaktiva ämnet fosfolipid 1,2-dipalmitoylfosfatidylkolin, DPPC, baserat på sonikering i vattenbad testats och utvärderats. Den simulerade lungvätskan Gambles lösning har testats och utvärderats som en möjlig lösning för att studera växelverkan mellan DPPC och Co NPs. Växelverkan mellan dess komponenter och Co NPs har studerats med hjälp av PCCS, NTA samt ATR-FTIR. Då examensarbetet genomfördes under den pågående Covid-19 pandemin har anpassningar i det experimentella arbetet gjorts med hänsyn till det rådande läget. PCCS visade att vid upplösning av DPPC i lösningen så minskade sonikering omfattningen av sedimentationen och den resulterande storleken på liposomerna låg inom intervallet mellan 50 och 70 nm i ultrarent vatten och mellan 30 och 40 nm i Gamble’s lösning. Skillnaden i liposomstorlek tros bero av växelverkan mellan komponenterna i Gamble’s lösning och DPPC, vilket även observerades med FTIR och överensstämmande med litteraturen. Den relativa skillnaden i liposomstorlek i de olika lösningarna observerades också med NTA, men experimentella problem kan ha påverkat resultaten. Gamble’s lösning hade en inverkan på Co NPs i lösningen, bland annat genom att uppmätta partikelkoncentrationer bestämde med hjälp av PCCS och NTA var mindre än hälften av motsvarande koncentration initialt i ultrarent vatten (vid 0 h). En trolig förklaring är att den högre jonstyrkan hos Gamble’s lösning orsakar snabb sedimentation och/eller snabb upplösning av Co NPs. Tillsättning av DPPC till en lösning av Co NPs i Gamble’s lösning släckte ut effekten, vilket indikerar en växelverkan mellan Co NPs och komponenter i Gamble’s lösning. Jämförelse av normaliserade integraler från ATR-FTIR med DPPC i Gamble’s lösning utan Co NPs och när lösningen exponerades för en Co NP film visade en signifikant skillnad efter 90 min och vid sköljning. Baserat på projektets resultat så föreslås Gamble’s lösning att bytas ut på grund av dess växelverkan med de olika komponenterna samt att liposomstorleken studeras mer i detalj. Framtida studier uppmuntras omfatta en upprepning av ATR-FTIR- mätningarna samt en frisättningsstudie av Co NPs i olika lösningar. / Nanomaterials, NMs, are increasingly produced and applied in technical applications to enhance, e.g. material properties. Since material properties change when in nanoscale, they influence their toxicological properties. There are also numerous reports of incidental formation of metallic nanoparticles, Me NPs, at construction sites, which may place workers at risk of occupational exposure by inhaling these materials. However, because of NMs size-dependent properties, current standard toxicological evaluation methods are not always well suited to these types of materials. Investigations into interactions between Me NPs and pulmonary biomolecules and method development for analysis of these interactions are therefore of high priority. In this master thesis, a description on how to dissolve the pulmonary surface active phospholipid 1,2-dipalmitoylphosphatidylcholine, DPPC, via water bath sonification has been elaborated and evaluated. The simulated lung fluid, Gamble’s solution, has been tested and evaluated as a possible medium to study interactions between DPPC and cobalt (Co) NPs under more realistic laboratory conditions. Interactions between the sample components have been studied using Photon cross-correlation spectroscopy, PCCS, Nanoparticle Tracking Analysis, NTA, and Attenuated Total Reflection Fourier Transform Infrared Spectroscopy, ATR-FTIR. Since the master thesis study was conducted during the onset of the Covid-19 pandemic, adjustments related to experimental work had to be made. PCCS showed that sonication of the DPPC solution reduced the extent of sedimentation, and the resulting size range of liposomes in solution was in the range between 50 and 70 nm in ultrapure water and between 30 and 40 nm in Gamble’s solution. Observed differences in liposome size are believed to be due to the interaction between the components of Gamble’s solution and the DPPC. This was also observed in the IR- spectra and comparable with literature findings. NTA measurements similarly visualize the relative difference in the size of the liposomes in the different media, but difficulties with the experiments may have affected the results. Gamble’s solution affected the Co NPs, such that measured particle concentrations of the NPs by means of PCCS and NTA were approximately less than half of the initial observations in ultrapure water (at 0 h). A likely explanation is that the high ionic strength of Gamble’s solution induces either fast sedimentation and/or rapid dissolution of the Co NPs. The addition of DPPC to Co NPs in Gamble’s solution cancelled this effect and suggest interactions between Co NPs and Gamble’s solution. Comparison of the normalized integrals of the ATR-FTIR- spectra of DPPC in Gamble’s solution with and without exposure to a Co NP film showed a significant difference after 90 min and upon rinsing the flow cell. Based on these results, an alternative to Gamble’s solution is suggested due to its interaction with other experimental components and that DPPC is used at a lower concentration investigation on liposome sizes are made in more detail. In addition, the ATR-FTIR measurements should be repeated, and dissolution studies of Co NPs in different synthetic media are encouraged in future studies.

Fuktbevarare är de produkter som oftast skrivs och rekommenderas av dermatologer, och den vanligaste typen av fuktgivare är lotioner och krämer. Dessa produkter är emulsioner, vilka ofta innehåller medicinsk vit olja (MWO) på grund av deras skyddande egenskaper samt enastående hudkompabilitet. Traditionellt så har de MWO som används varit parafinska. Då naftenoljor ofta har visat sig ha bättre emulsions stabilitet, har detta examensarbete ämnat attjämföra emulsions stabiliteten för Nynas ABs nya MWO, N-MWO, med en parafinsk motsvarighet, P-MWO. Jämförelsen av de två oljorna genomfördes genom att variera följande faktorer: olje- och emulgator typ, koncentration av emulgator samt både med och utan parfym. De två emulgator system som användes bestod av Promulgen D (en kommersiell produkt från Lubrizol) samt kombinationen av Tween 80 och Span 20. Bättre emulsionsstabilitet och mindre droppstorlek och fördelning utficks då högre koncentration Promulgen D användes. En högre koncentration av Tween 80 och Span 20 gav dock inte samma gynnsamma effekt. Resultaten från samtliga tester påvisade att emulsions stabiliteten inte påverkades utav parfym. Det som istället gav störst påverkan var typ av emulgator. De prover som innehöll P-MWO samt Tween 80 och Span 20 fasseparerade. Detta berodde dock troligen mer på att P-MWO inte var kompatibel med dessa emulgatorer eftersom oljetypen inte påverkade emulsionsstabiliteten när Promulgen D användes som emulgator. / Moisturizers are the most prescribed products in dermatology, and the most common type of moisturizer delivery systems are lotions and creams. These are emulsions and often contain medical white oil (MWO) due to their protective properties and excellent skin compatibility. The MWO used in cosmetics have traditionally been paraffinic. However, as naphthenic oils often have been proven to create better emulsion stability, this thesis aimed to compare Nynas AB's new MWO, N-MWO, with a paraffinic oil, P-MWO, with similar properties regarding their emulsion stability. The two oils were compared by analyzing their emulsion stability using a rheometer and a Mastersizer 3000 while varying the following factors: type of oil, type of emulsifier, emulsifier concentration, and with and without perfume. The two emulsifying systems used were the commercial product Promulgen D from Lubrizol and the combination of Tween 80 and Span 20. Better emulsion stability and smaller droplet size distribution were obtained when a higher content of Promulgen D was added. However, a higher concentration of Tween 80 and Span 20 did not have the same favorable effect. The results showed that the addition of perfume had no effect, while the type of emulsifier influenced the emulsion stability the most. The samples made from Supela 240 and Tween 80 and Span 20 phase separated. This was more likely due to P-MWOs incompatibility with these emulsifiers as oil type did not influence the emulsion stability when Promulgen D was used as an emulsifier.

Det här projektet redogör för olika behandlingstekniker för gråvatten och för tillämpningar för olika ändamål inom återanvändning. Syftet är att föreslå en lämplig processdesign för behandling av gråvatten i stadsmiljö, på Loudden, Norra Djurgårdsstaden (NDS). Undersökningen grundar sig på relevant litteratur och på fyra demo-sites där gråvatten behandlas och återanvänds i olika tillämpningar. Gråvattendata samlades in och ett genomsnitt beräknades för att karakterisera gråvatteninflödet. Flödet från gråvattnet beräknades utifrån den dagliga vattenförbrukningen i Sverige om 140 liter/person/dag. Fyra behandlingsprocesser valdes ut. Behandlingsprocesserna kombinerades med förbehandling vilket är standard för att skydda efterföljande process steg. Två av dessa behandlingsprocesser modifierades eftersom de, var och en för sig, inte skulle vara tillräckliga för att minska föroreningar och säkra applikationen för slutanvändaren. De fyra processenheternas prestanda utvärderades utifrån två kriterier:  EU:s kvalitetskriterier  för  återvunnet  vatten  under  klass C samt driftsparametrar. En lista som rangordnar de viktigaste variablerna skapades för att sortera fram det bästa teknikvalet. En utvärderingsprocess visade på designernas lämplighet för den behandling som krävs. "Process Combination 1" valdes på grund av dess robusta prestanda och uppvisade inte några betydande nackdelar. Den består av ett fingaller, en submerged membrane bioreactor och ett kloreringssteg. Processdesignen  innehåller värmeåtervinning och tillämpningar  för  återanvändning  inom processindustri samt bevattning för planteringar inom området. De tekniska och ekonomiska beräkningarna baserades på det karakteriserade gråvattnet och den konstruerade flödet. Investeringskostnaden för den föreslagna processdesignen hamnar på 31 miljoner kronor. Den genererar en årlig inkomst på 5 miljoner kronor och kommer, enligt nuvärdesmetoden och med en ränta på 5 %, att vara fullt betald efter 9 år. / This project presents greywater (GW) treatment techniques and reuse applications for different purposes. The aim is to suggest a suitable process design for treating GW in the urban city environment, Loudden, Norra Djurgårdsstaden (NDS). The research studied relevant literature and four demo sites where GW is treated and reused in various applications. GW data were collected, and an average was used to emulate a GW inflow characteristic. The GW flow was constructed based on estimated daily water consumption in Sweden of approximately 140 liter/person/day. Four treatment process units were selected. The treatment processes units were combined with pre- treatment, a standard treatment to protect the system. Two of these treatment processes were modified because, individually, they would not be sufficient to reduce contaminants and secure the end-user application. The performance of the four process units was evaluated based on two criteria: EU quality criteria for reclaimed water under class C and operating parameters. A list ranking the most critical variables was created to sort out the best process unit. An evaluation process showed the suitability of the designs for the required treatment. "Process Combination 1" was chosen because of its robust performance and did not present any significant drawbacks. It consists of a fine screen, a submerged membrane bioreactor, and a chlorination step. A process design including heat recovery and reuse applications for irrigation of the plantation fiels in the area and process industry was established. The characterized inflow and constructed GW flow were then used for technical and economic calculations. The estimated investment cost for the proposed process design was approximately SEK 31 million. It generates an annual income of SEK 5 million and will, according to the Net Present Value method, with an interest rate of 5%, be fully paid after 9 years.

Detta examensarbete initierades och handledes av Mellifiq, ett företag som arbetar med rening av luft och vatten, där en applikation är rening av köksfrånluft med ozon. Ozon förhindrar att fettpartiklar i frånluften ansamlas på väggarna i kanalen och värmeväxlaren, vilket leder till högre brandsäkerhet och mer effektiv användning av värmeväxlaren. Syftet med detta examensarbete var att öka förståelsen av reaktionen mellan ozon och ytan av fettpartiklarna. Tunna fettsyrafilmer ovanpå ett fast underlag användes som modellsystem för att representera ytan av en fettpartikel. Tre fettsyror undersöktes, en mättad fettsyra, fettsyra A, en enkelomättad fettsyra, fettsyra B, och en fleromättad fettsyra, fettsyra C. TIR Raman-spektroskopi användes för att analysera effekten på fettsyrafilmen vid exponering av torr luft, fuktig luft med en relativ fuktighet på 80 % och fuktig luft med en konstant ozonkoncentration. Effekten av ozon undersöktes även med kontaktvinkelmätningar på fettsyrafilmerna. Resultaten från TIR Raman visade att torr luft och fuktig luft (RH 80 %) inte hade någon effekt på fettsyrafilmen, oberoende av vilken typ av fettsyra som användes. När det gäller effekterna av exponering för ozon kunde inga effekter observeras på filmen av fettsyra A i vare sig TIR Raman eller kontaktvinkelmätningar. Därför kunde ingen reaktion mellan fettsyra A och ozon bekräftas vid den ozonkoncentration som användes och de exponeringstiderna som undersöktes. Däremot oxiderades de omättade fettsyrafilmerna av fettsyra B och C när de exponerades för ozon, vilket bekräftades av den snabba minskningen av C-C-dubbelbindningarna i TIR Raman-spektra. Oxidationen av dubbelbindningar i fettsyra B verkade visa en mer komplex kinetik, med en tvåstegsprocess kopplad till en förändring av antalet molekyler vid ytan. Filmerna bestående av fettsyra C visade sig förlora materia när de exponerades för ozon, vilket tyder på att korta flyktiga ämnen bildades under oxidationsprocessen. Denna effekt observerades inte för fettsyra B, där även om den spektrala formen i CH-sträckningsområdet ändrades, vilket bevisade närvaron av nya arter, förblev den totala mängden material i filmen ungefär konstant. Dessutom gav både fettsyra B och C upphov till nya karbonyl-C=O-sträckningstoppar i spektra efter ozonisering, vilket visar att aldehyder, estrar eller båda bildas under processen. Slutligen bekräftade kontaktvinkelmätningarna med en minskning av statiska vinklar att ytan på filmerna av fettsyra B och C förändrades efter ozonisering. / This master thesis project was initiated and managed by Mellifiq, a company that works with purification of air and water, where one application is purification of kitchen exhaust air with ozone. Ozone prevents fat particles in the exhaust air from accumulating on the walls in the duct and the heat exchanger, reducing fire safety concerns and making the use of the heat exchanger more effective. The aim of this master thesis project was to further understand the reaction between ozone and the surface of the fat particles. Thin fatty acid films on top of a solid support were used as model systems to represent the surface of a fat particle. Three fatty acids were investigated, a saturated fatty acid, fatty acid A, a monounsaturated fatty acid, fatty acid B, and a polyunsaturated fatty acid, fatty acid C. TIR Raman spectroscopy was used to analyze the effect on the fatty acid film as it was exposed to dry air, humid air with a relative humidity of 80 %, and humid air with a fixed ozone concentration. The effect of ozone was also investigated with contact angle measurements on the fatty acid films. The results from TIR Raman showed that dry air and humid air (RH 80 %) had no effect on the fatty acid film, independent of the type of fatty acid used. Regarding the effects of exposure to ozone, no effects could be observed on the fatty acid A field in either the TIR Raman or contact angle measurements. Therefore, no reaction between fatty acid A and ozone could be confirmed at the fixed ozone concentration used and exposure times investigated. In contrast, the unsaturated fatty acid films of fatty acid B and fatty acid C were oxidized when exposed to ozone, as confirmed by the rapid decrease of the C-C double bonds in the TIR Raman spectra. However, the oxidation of double bonds in oleic acid appeared to show more complex kinetics, with a two-step process linked to a change in the number density of molecules at the surface. Interestingly, the films consisting of fatty acid C were shown to lose matter when exposed to ozone, indicating that short volatile species were formed during the oxidation process. This effect was not observed for fatty acid B, where though the spectral shape in the C-H stretching region changed, proving the presence of new species, the overall amount of material in the film remained approximately constant. Moreover, both fatty acid B and C gave rise to new carbonyl C=O stretching peaks in the spectra after ozonation, showing that aldehydes, esters, or both are formed during the process. Finally, the contact angle measurements confirmed with a decrease in static angles that the surface of the fatty acid B and C films changed after ozonation.

Litiumjonbatterier (LIB) är viktiga komponenter i dagens teknologi och används för att driva en mängd olika elektroniska system, allt från datorer och mobiltelefoner till bilar och flygplan. Eftersom efterfrågan på effektiv energilagring fortsätter att växa finns ett fortsatt behov för forskning och utveckling inom området. Denna rapport undersöker hårt kol, ett lovande material för anoder i litiumjonbatterier och andra alkali-jon batterier. I likhet med grafit är hårt kol ett kolbaserat material som inte är en väldefinierad allotropp utan en komplex blandning med avseende på både hybridiseringstillstånd och långdistansordning.  Därför är den mycket dåligt definierat. Ändå är hårt kol ett önskvärt material eftersom det kan produceras från förnybara resurser samt på grund av dess kompatibilitet med natrium, vilket möjliggör natriumjonbatterier. I den här studien har elektroder av hårt kol syntetiserats och litierats i olika grader och sedan studerats med 7Li NMR-spektroskopi där både spektra och longitudinella relaxationshastigheter mättes. Vid lägre litieringsnivåer observerades tydliga smala 7Li toppar inom intervallet 4-16 ppm, vilket indikerar förekomsten av joniskt litium. Vid högre litieringsnivåer framträdde en bred topp vid 61 ppm. Utseendet av denna topp, tillsammans med en hög Knight-skift, indikerar närvaron av kvasi-metalliskt litium. Det är värt att notera att detta kvasi-metalliska litium finns i de oordnade och porösa områdena hos hård kol. 7Li longitudinella relaxationshastigheter, som rapporterar om jonisk dynamik, registrerades vid olika temperaturer och från det observerade temperaturberoendet beräknades den genomsnittliga aktiveringsenergin för de involverade joniska rörelserna. Intressant nog visade sig denna aktiveringsenergi vara lägre jämfört med den i PAN-baserade kolfibrer och grafit, som båda uppvisar en högre grad av ordning. Denna observation tyder på ett samband mellan lokal oordning och snabbare jondynamik. / Lithium-ion batteries (LIB) are vital components of modern technology, powering a wide range of devices from computers and cell phones to cars and aeroplanes. As the demand for efficient energy storage continues to grow, research and development in the field of lithium-ion batteries remain active. This report focuses on the investigation of hard carbon, a promising anode material for lithium-ion batteries and other alkali-ion batteries. Akin to graphite, hard carbon is a carbon-based material that is not a well-defined allotrope but a complex mixture with regard to both hybridization state and long-range order. Hence it is very poorly defined. Yet, hard carbon is a desirable material as it can be produced from renewable resources and because of its compatibility with sodium, allowing for sodium-ion batteries. In this study, hard carbon electrodes were synthesised and lithiated to various degrees and then studied with 7Li NMR spectroscopy where both spectra and longitudinal relaxation rates were measured.   At lower lithiation levels, distinct narrow 7Li peaks were observed within the 4-16 ppm range, indicating the presence of ionic lithium. At higher lithiation levels a broad peak at 61 ppm emerged. The appearance of this peak, along with a high Knight shift, signifies the presence of quasi-metallic lithium, presumably in the more disordered and more porous regions of hard carbon. The 7Li longitudinal relaxation rates, reporting on ionic dynamics, were recorded at different temperature and from the observed temperature dependence the average activation energy for the involved ionic motions was calculated. Interestingly, this activation energy was found to be lower compared to that for PAN-based carbon fibres and graphite, both of which exhibit a higher degree of order. This observation suggests a correlation between local disorder and faster ion dynamics.