Možnosti termické analýzy při přípravě a charakterizaci materiálů na bázi celulózy

Mgr. Jana ŠTEFELOVÁ

Doctoral thesis

The possibilities of thermal analysis for preparation and characterisation of cellulose-based materials

Abstract:

Low density materials based on different sources of cellulose were prepared, pyrolysed and characterised by various analytical techniques. The initial sources were cellulose acetate, cellulose powder for chromatography, wood cellulose, bacterial cellulose, algae cellulose, spruce and beech waste wood sawdust. The influences of the drying, cellulose source, pyrolysis temperature or heating rate of pyrolysis on properties of prepared materials were studied in the presented dissertation. All prepared materials were analysed before pyrolysis and also after pyrolysis in the form of carbonaceous samples for comparison. It was found, that freeze-drying or supercritical drying lead to materials with open pore structure. Almost in all preparation routes, the pyrolysis influenced the specific surface area, which was higher than before pyrolysis (typically from tens to hundreds of m2/g). Prepared samples were used in adsorption experiments to reveal, if it is possible to use them as adsorbents. The adsorption capacities in the case of cellulose acetate-based materials were up to 0.6 mmol/g for the adsorption of methylene blue and up to 0.25 mmol/g for Cu(II) ions. The biochars from waste wood sawdust displayed adsorption capacities up to 0.12 mmol/g for Cd(II) ions, 0.14 mmol/g in the case of Cu(II) ions and 0.26 mmol/g for methylene blue. The cellulose nanofibers from wood, bacterial and algae cellulose showed the uptake of various organic solvents and oils from 6 to 120 g/g.

Abstract:

V předkládané dizertační práci byly připraveny materiály z různých zdrojů celulózy (acetát celulózy, celulózy pro chromatografii, dřevní celulózy a bakteriální celulózy, celulózy z řas, smrkových a bukových pilin), které se vyznačovaly nízkou hustotou. Byla provedena jejich pyrolýza a výsledné materiály byly charakterizovány různými analytickými technikami. Byl sledován vliv typu použité celulózy, sušení, teplota pyrolýzy a rychlost ohřevu na vlastnosti připravených vzorků. Všechny materiály byly analyzovány před pyrolýzou a pro srovnání také po pyrolýze. Bylo zjištěno, že mrazové nebo superkritické sušení vede k materiálům s otevřenou porézní strukturou. Dále bylo odhaleno, že pyrolýza pozitivně ovlivňuje výsledný měrný povrch téměř u všech sledovaných vzorků - pyrolyzované materiály vykazovaly vyšší hodnoty měrného povrchu (až stovky m2/g). Připravené vzorky byly použity v adsorpčních experimentech, aby bylo zjištěno, zda je lze použít jako adsorbenty. Adsorpční kapacity u materiálů na bázi acetátu celulózy byly až 0.6 mmol/g v případě adsorpce methylenové modři a až 0.25 mmol/g pro adsorpci Cu(II) iontů. Zpyrolyzované dřevěné piliny vykazovaly adsorpční kapacitu až 0.12 mnmol/g pro Cd(II) ionty, 0.14 mmol/g pro Cu(II) ionty a 0.26 mmol/g pro methylenovou modř. Nanovlákna z dřevní celulózy, bakteriální celulózy a celulózy z řas byla použita na absorpci různých organických rozpouštědel a olejů a jejich kapacita byla 6 až 120 g/g.

Keywords

Celulóza, kryogel, xerogel, TG-MS, adsorpce, absorpce

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 23. 10. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 14. 12. 2017
• Supervisor: doc. RNDr. Václav Slovák, Ph.D.

University of Ostrava

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Analytical Chemistry / Analytická chemie heterogenních systémů