Akceptuję
W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczone w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności

Zamknij X
FMM
Strona główna Nowe technologie
Dodatkowy u góry
Labro na dole

Zielone oblicze węgla


Większości z nas węgiel kojarzy się z surowcem naturalnym, który po wydobyciu wykorzystywany jest głównie jako paliwo stałe. Okazuje się jednak, że coraz częściej produkujemy materiały węglowe na skalę laboratoryjną lub przemysłową z myślą o ich użyciu w różnych zaawansowanych aplikacjach.

Od dawna znane jest lecznicze działanie węgla aktywnego – specyficznej postaci węgla, który doskonale wiąże związki chemiczne zawarte w otoczeniu. Na przykład w stanach zatrucia pokarmowego węgiel aktywny eliminuje drobnoustroje oraz toksyny z organizmu ludzkiego.

Unikalne właściwości


Zakres wykorzystania węgli aktywnych jest jednak znacznie szerszy. Materiały te można spotkać przede wszystkim w technologiach proekologicznych, w których służą jako adsorbenty używane do eliminacji zanieczyszczeń zawartych w wodzie i powietrzu. Stosowane są one również jako nośniki katalityczne, katalizatory oraz materiały elektrodowe.

Podstawową zaletą węgli aktywnych, która powoduje, że są one tak użyteczne, jest ogromne rozwinięcie powierzchni (które można sobie wyobrazić jako ułożenie na płaszczyźnie rozciętej bryły) o specyficznej budowie chemicznej. 1 gram takiego materiału ma zwykle powierzchnię ponad 1000 m2, czyli 10 arów. Zmieszczenie tak wielkiej powierzchni w ograniczonej porcji materiału jest możliwe tylko dzięki obecności niezliczonej ilości bardzo wąskich kanalików (o średnicach nie przekraczających 2 nm), zwanych mikroporami. Powierzchnia ich ścianek bocznych sumuje się do wspomnianej wyżej wielkości. Warto dodatkowo podkreślić, iż zawiera ona obok pierwiastkowego węgla również atomy innych pierwiastków, w tym przede wszystkim wodoru i tlenu. To obecność dużej liczby centrów powierzchniowych zawierających tlen decyduje o ponadprzeciętnych właściwościach adsorpcyjnych węgli aktywnych.

Opisana powyżej mikroporowatość jest równocześnie wadą węgli aktywnych. Do wnętrza tak wąskich kanałów nie mogą migrować większe cząsteczki, gdyż ich rozmiary przekraczają średnice porów. Stanowi to znaczne ograniczenie w zastosowaniach węgli aktywnych, które stało się poważnym wyzwaniem dla świata nauki.

Repliki węglowe


Opracowywane są na coraz szerszą skalę różne metody syntezy materiałów węglowych zawierających w swojej strukturze znacznie szersze kanały, na przykład ze średnicami w zakresie od 2 do 50 nm (określane jako mezopory). Jedną z grup materiałów o takich cechach, zaproponowaną przez naukowców, są repliki węglowe, których nowatorską metodę otrzymywania stworzono w Zespole Technologii Organicznej na Wydziale Chemii UJ. Synteza opiera się na zastosowaniu tzw. szablonu strukturotwórczego, czyli mezoporowatej krzemionki o bardzo regularnym rozmieszczeniu kanałów. Jeśli pory takiej matrycy wypełnimy substancją stanowiącą prekursor węgla (związek, z którego, w wyniku dalszej obróbki, powstaje węgiel), to po przeprowadzonej karbonizacji (wygrzewaniu w wysokiej temperaturze w atmosferze beztlenowej) otrzymamy układ hybrydowy zbudowany z węgla zlokalizowanego w kanałach materiału krzemionkowego (SiO2). Wymiary oraz kształt części węglowej będą zdeterminowane przez układ porów obecnych w SiO2.

Końcowym etapem syntezy mezoporowatego materiału węglowego jest usunięcie części krzemionkowej przez wypłukanie kwasem fluorowodorowym, który rozpuszcza selektywnie SiO2, nie naruszając struktury części węglowej. W konsekwencji uzyskiwane są materiały węglowe (np. typu CMK-3) o bardzo dużym uporządkowaniu. Dobrą wizualizacją opisanej struktury jest zdjęcie gotowej repliki węglowej typu CMK-3 wykonane przy użyciu metody transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM).

Zaproponowana w Zespole Technologii Organicznej UJ metoda syntezy wspomnianych replik węglowych jest tania, efektywna i powtarzalna, co zweryfikowano eksperymentalnie przy zastosowaniu odpowiednich metod fizykochemicznych (niskotemperaturowa sorpcja azotu, proszkowa dyfrakcja rentgenowska, transmisyjna mikroskopia elektronowa).


Replika węglowa typu CMK-3, zdjęcie wykonane przy użyciu
metody transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM)

 

Zastosowania


Zsyntetyzowane sito węglowe z powierzchnią właściwą w zakresie 1000-1100 m2/g i całkowitą objętością porów ok. 0,9 cm3/g okazało się bardzo aktywnym katalizatorem w utleniającym odwodornieniu etylobenzenu. Proces ten może stać się w przyszłości alternatywną, bardziej przyjazną dla środowiska naturalnego metodą pozyskiwania styrenu będącego jednym z podstawowych monomerów w przemyśle tworzyw sztucznych. Sprawdzono również efektywność działania repliki CMK-3 w usuwaniu lotnych związków organicznych z powietrza, obserwując bardzo interesujące właściwości adsorpcyjne. Można zatem przypuszczać, że opracowany materiał może być podstawą działania nowoczesnych filtrów stosowanych do oczyszczania powietrza.

Projektor Jagielloński 2, "Zielone oblicze węgla", www.projektor.uj.edu.pl

Tagi: wegiel, surowiec, paliwo, toksyny, wegiel aktywny
Drukuj PDF
wstecz Podziel się ze znajomymi

Informacje dnia: Jazda na rolkach - Czy jest dobrym sportem? Polimer o właściwościach przeciwgrzybiczych Stypendia ministra nauki dla niemal 400 studentów Skuteczniejsze leczenie chorych na nowotwory krwi Tylko 36% transgranicznych wód podziemnych ma ochronę Technologia ultradźwiękowa w diagnostyce chorób Jazda na rolkach - Czy jest dobrym sportem? Polimer o właściwościach przeciwgrzybiczych Stypendia ministra nauki dla niemal 400 studentów Skuteczniejsze leczenie chorych na nowotwory krwi Tylko 36% transgranicznych wód podziemnych ma ochronę Technologia ultradźwiękowa w diagnostyce chorób Jazda na rolkach - Czy jest dobrym sportem? Polimer o właściwościach przeciwgrzybiczych Stypendia ministra nauki dla niemal 400 studentów Skuteczniejsze leczenie chorych na nowotwory krwi Tylko 36% transgranicznych wód podziemnych ma ochronę Technologia ultradźwiękowa w diagnostyce chorób

Partnerzy

GoldenLine Fundacja Kobiety Nauki Job24 Obywatele Nauki NeuroSkoki Portal MaterialyInzynierskie.pl Uni Gdansk MULTITRAIN I MULTITRAIN II Nauki przyrodnicze KOŁO INZYNIERÓW PB ICHF PAN FUNDACJA JWP NEURONAUKA Mlodym Okiem Polski Instytut Rozwoju Biznesu Analityka Nauka w Polsce CITTRU - Centrum Innowacji, Transferu Technologii i Rozwoju Uniwersytetu Akademia PAN Chemia i Biznes Farmacom Świat Chemii Forum Akademickie Biotechnologia     Bioszkolenia Geodezja Instytut Lotnictwa EuroLab

Szanowny Czytelniku!

 
25 maja 2018 roku zacznie obowiązywać Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016 r (RODO). Potrzebujemy Twojej zgody na przetwarzanie Twoich danych osobowych przechowywanych w plikach cookies. Poniżej znajdziesz pełny zakres informacji na ten temat.
 
Zgadzam się na przechowywanie na urządzeniu, z którego korzystam tzw. plików cookies oraz na przetwarzanie moich danych osobowych pozostawianych w czasie korzystania przeze mnie ze strony internetowej Laboratoria.net w celach marketingowych, w tym na profilowanie i w celach analitycznych.

Kto będzie administratorem Twoich danych?

Administratorami Twoich danych będziemy my: Portal Laboratoria.net z siedzibą w Krakowie (Grupa INTS ul. Czerwone Maki 55/25 30-392 Kraków).

O jakich danych mówimy?

Chodzi o dane osobowe, które są zbierane w ramach korzystania przez Ciebie z naszych usług w tym zapisywanych w plikach cookies.

Dlaczego chcemy przetwarzać Twoje dane?

Przetwarzamy te dane w celach opisanych w polityce prywatności, między innymi aby:

Komu możemy przekazać dane?

Zgodnie z obowiązującym prawem Twoje dane możemy przekazywać podmiotom przetwarzającym je na nasze zlecenie, np. agencjom marketingowym, podwykonawcom naszych usług oraz podmiotom uprawnionym do uzyskania danych na podstawie obowiązującego prawa np. sądom lub organom ścigania – oczywiście tylko gdy wystąpią z żądaniem w oparciu o stosowną podstawę prawną.

Jakie masz prawa w stosunku do Twoich danych?

Masz między innymi prawo do żądania dostępu do danych, sprostowania, usunięcia lub ograniczenia ich przetwarzania. Możesz także wycofać zgodę na przetwarzanie danych osobowych, zgłosić sprzeciw oraz skorzystać z innych praw.

Jakie są podstawy prawne przetwarzania Twoich danych?

Każde przetwarzanie Twoich danych musi być oparte na właściwej, zgodnej z obowiązującymi przepisami, podstawie prawnej. Podstawą prawną przetwarzania Twoich danych w celu świadczenia usług, w tym dopasowywania ich do Twoich zainteresowań, analizowania ich i udoskonalania oraz zapewniania ich bezpieczeństwa jest niezbędność do wykonania umów o ich świadczenie (tymi umowami są zazwyczaj regulaminy lub podobne dokumenty dostępne w usługach, z których korzystasz). Taką podstawą prawną dla pomiarów statystycznych i marketingu własnego administratorów jest tzw. uzasadniony interes administratora. Przetwarzanie Twoich danych w celach marketingowych podmiotów trzecich będzie odbywać się na podstawie Twojej dobrowolnej zgody.

Dlatego też proszę zaznacz przycisk "zgadzam się" jeżeli zgadzasz się na przetwarzanie Twoich danych osobowych zbieranych w ramach korzystania przez ze mnie z portalu *Laboratoria.net, udostępnianych zarówno w wersji "desktop", jak i "mobile", w tym także zbieranych w tzw. plikach cookies. Wyrażenie zgody jest dobrowolne i możesz ją w dowolnym momencie wycofać.
 
Więcej w naszej POLITYCE PRYWATNOŚCI
 

Newsletter

Zawsze aktualne informacje