Vliv rychlosti proudění atmosféry při pyrolýze na porozitu uhlíkatých materiálů

Bc. Samuel KOWALCZYK

Diplomová práce

Effect of inert gas flow rate during pyrolysis on the porosity of carbonaceous materials

Anotace:

Cílem práce bylo prozkoumat vliv rychlosti průtoku inertní atmosféry (dusík) při pyrolýze organických látek na povrchové vlastnosti vznikajících uhlíků. Vzorky biomasy (dřevěné piliny, káva), čistá celulóza a připravený resorcinol-formaldehydový gel byly pyrolyzovány za pomoci termické analýzy (teplota pyrolýzy 500, 800 a 1100 °C; rychlost průtoku dusíku 0, 10, 100 a 200 cm3/min) a v laboratorní trubkové peci (teplota pyrolýzy 900 °C; rychlost průtoku 20 a 200 cm3/min). Povrchové vlastnosti připravených uhlíků byly charakterizovány adsorpcí jodu. Vzorky pyrolyzované v laboratorní peci byly dále analyzovány z hlediska povrchových vlastností uhlíku pomocí termoporometrie a adsorpce dusíku. Aplikační využití bylo testováno na záchytu oxidu uhličitého a adsorpci methylenové modři. Předběžným měřením adsorpce jodu bylo zjištěno, že nižší rychlost průtoku inertní atmosféry (dusík) výrazně zlepšuje porézní vlastnosti připravených uhlíkatých materiálů a tento efekt narůstá s rostoucí teplotou. Adsorpce dusíku poukázala, že při nižší rychlosti průtoku konkrétně 20 cm3/min namísto 200 cm3/min lze připravit u materiálu na bázi biomasy uhlík z lepší mikroporozitou. Pozitivní vliv byl dále potvrzen u vzorku kávy při zachycovaní oxidu uhličitého a u vzorku RF gelu a pilin v případě adsorpce methylenové modři. Elektronová mikroskopie, avšak nezaznamenala změny ve struktuře anebo na povrchu. Nižší průtok při pyrolýze tedy nejen zlepšuje povrchové vlastnosti vzorků ale z ekonomického hlediska i šetří peníze.

Abstract:

The aim of the work was to investigate the influence of the flow rate of the inert atmosphere (nitrogen) during the pyrolysis of organic substances on the surface properties of the resulting carbons. Biomass samples (sawdust, coffee), pure cellulose, and prepared resorcinol-formaldehyde gel were pyrolyzed using thermal analysis (pyrolysis temperature 500, 800, and 1100 °C; nitrogen flow rate 0, 10, 100, and 200 cm?/min) and in a laboratory tubular furnace (pyrolysis temperature 900 °C; flow rate 20 and 200 cm?/min). The surface properties of the prepared carbons were characterized by iodine adsorption. Samples pyrolyzed in the laboratory furnace were further analyzed for carbon surface properties using thermoporometry and nitrogen adsorption. Application use was tested on carbon dioxide capture and methylene blue adsorption. Preliminary iodine adsorption measurements indicated that a lower flow rate of the inert atmosphere (nitrogen) significantly improves the porous properties of the prepared carbonaceous materials, and this effect increases with rising temperature. Nitrogen adsorption showed that at a lower flow rate, specifically 20 cm?/min instead of 200 cm?/min, biomass-based carbon can be prepared with better microporosity. The positive effect was further confirmed for the coffee sample in carbon dioxide capture and for the RF gel and sawdust samples in methylene blue adsorption. However, electron microscopy did not record changes in structure or surface. Lower flow during pyrolysis thus not only improves the surface properties of the samples but also saves money from an economic perspective.

Klíčová slova

Porézní uhlík, biomasa, pyrolýza, průtok inertního plynu, záchyt CO2, adsorpce methylenové modři

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 24. 6. 2024

Zveřejnit od: 31. 12. 2999

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: doc. RNDr. Václav Slovák, Ph.D.

OSTRAVSKÁ UNIVERZITA

Přírodovědecká fakulta

Magisterský studijní program / obor:
Analytická chemie / Analytická chemie pevné fáze