Laboratoria.net
|
Zamknij X
|
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.
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.
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)
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.
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.
Administratorami Twoich danych będziemy my: Portal Laboratoria.net z siedzibą w Krakowie (Grupa INTS ul. Czerwone Maki 55/25 30-392 Kraków).
Chodzi o dane osobowe, które są zbierane w ramach korzystania przez Ciebie z naszych usług w tym zapisywanych w plikach cookies.
Przetwarzamy te dane w celach opisanych w polityce prywatności, między innymi aby:
dopasować treści stron i ich tematykę, w tym tematykę ukazujących się tam materiałów do Twoich zainteresowań,
dokonywać pomiarów, które pozwalają nam udoskonalać nasze usługi i sprawić, że będą maksymalnie odpowiadać Twoim potrzebom,
pokazywać Ci reklamy dopasowane do Twoich potrzeb i zainteresowań.
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.
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.
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