Studium heterogenních povrchů uhlíkatých látek sorpčními a kalorimetrickými metodami

Mgr. Tomáš ZELENKA

Doctoral thesis

Study of heterogeneous surfaces of carbon materials using sorption and calorimetric methods

Anotácia:

Předkládaná dizertační práce se zaměřuje na problematiku studia heterogenních povrchů uhlíkatých látek pomocí adsorpčních, ale také kalorimetrických technik. V teoretické části jsou shrnuty zejména adsorpční a kalorimetrické metody včetně výpočtových modelů, které jsou v práci použity pro popis texturních vlastností adsorbentů. V experimentální části práce jsou představeny vzorky zkoumaných uhlíkatých látek a metody použité k jejich charakterizaci, včetně základních adsorpčních technik i kalorimetrie. Výsledková a diskusní část je koncipována do čtyř hlavních částí (tzv. výzkumných okruhů). Těm předchází kapitola zaměřená na charakterizaci vzorkové základny, která má za cíl definovat texturní i chemické vlastnosti vzorků. V prvním okruhu byl kvantifikován vliv vlhkosti vzorků na jejich specifický povrch a analyzován dopad rozličných metod a podmínek sušení na míru zachování mikroporézních vlastností přírodního hnědého uhlí. Bylo zjištěno, že způsob odstranění vlhkosti může významně ovlivnit mikroporézní charakteristiky uhlíkatých materiálů. Druhý okruh pojednává o kinetice transportu N2 (-196 °C) při jeho adsorpci a desorpci v různě širokých mikro- a mezopórech reálných heterogenních (uhlíkatých) látek. Ukázalo se, že při adsorpci a desorpci je rychlost transportu dusíku v porézních materiálech ovlivněna nejen velikostí pórů, ale výrazně také přítomností lahvičkových pórů. Třetí okruh je věnován osvětlení problematiky dostupnosti mikropórů z kapalného prostředí a to pomocí imerzní kalorimetrie s alkanoly, kde byla pro rozvětvené butanoly prokázána omezená dostupnost mikropórů užších než 0,7 nm. Poslední, čtvrtý, okruh dává do relace výsledky z analýz texturních parametrů získané standardními technikami (adsorpce CO2, N2) a ?nekonvenční? NMR-relaxační metodou. Bylo zjištěno, že technika NMR-relaxometrie může mít své místo při predikci adsorpčního chování vůči některým polutantům z vodného prostředí, přestože výsledky z této metody nemusí být v relaci s výsledky standardních adsorpčních měření.

Abstract:

This dissertation thesis focuses on the study of heterogeneous surfaces of the carbon materials using adsorption and also calorimetric techniques. In the theoretical part of the thesis, adsorption and calorimetry methods and computational models used to describe the textural properties of adsorbents, are summarized. In the experimental part of the thesis, studied carbon materials and methods used to characterize them, including basic adsorption techniques and calorimetry, are introduced. The results and discussion section is divided into four main parts (i.e. research areas). Prior to these main parts, the chapter focused on the characterization of the samples, which aims to define their textural and chemical properties, is present. In the first research area, the effect of moisture on the surface area of samples was quantified. Moreover, the impact of different drying methods and drying conditions on microporous properties of natural subbituminous coal was analyzed. It has been found that the process of removing moisture can significantly affect the microporous characteristics of carbon materials. The second research area discusses the transport kinetics of N2 (-196 ° C) during its adsorption and desorption in the different-sized micro- and mesopores of the real heterogeneous (carbon) materials. It has been found that during the nitrogen adsorption and desorption kinetics in the porous materials is not affected only by the pore size, but also significantly by the presence of ink-bottle pores. The third part of the thesis is devoted to clarifying the availability of micropores for liquids using immersion calorimetry with alkanols. Limited availability of micropores narrower than 0.7 nm in diameter was demonstrated for the branched butanols. The last, fourth, research area tends to find the relation between the results of the textural parameters obtained by conventional techniques (adsorption of CO2, N2) and "unconventional" NMR relaxation method. It was found that the NMR-relaxometry may be used for the prediction of the adsorption behavior of certain pollutants from an aqueous medium, but the results of this method may not be in relation to the results of standard adsorption measurements.

Kľúčové slová

heterogenní uhlíkaté materiály, porozita, adsorpce plynů, adsorpce z vodného prostředí, sušení uhlí, kinetika transportu, dostupnost mikropórů.

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 9. 11. 2016

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 22. 12. 2016
• Vedúci: prof. Ing. Boleslav Taraba, CSc.

University of Ostrava

Faculty of Science

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