Uhlíkaté pěny

Bc. Lukáš POLÁCH

Master's thesis

Carbon foams

Abstract:

Cílem této diplomové práce bylo připravit dva až tři typy uhlíkatých pěn. Metody příprav těchto pěn byly převážně založeny na kondenzaci vhodných organických látek, doprovázené vývinem plynů během reakce a následné pyrolýze. Připravené uhlíkaté pěny a prekurzory byly charakterizovány pomocí skenovací elektronové mikroskopie a termické analýzy. U připravených pěn byla dále studována jejich schopnost dlouhodobě plavat na vodní hladině a také byly stanovovány jejich adsorpční vlastnosti. Pomocí 4,4´-difenylmetan diizokyanátu (MDI), ricinového oleje, glycerolu, ligninu, destilované vody a dibutylcín dilaurátu vznikla po pyrolýze uhlíkatá pěna na bázi polyuretanů. Přidáním resorcin/furfuralové směsi byla struktura polyuretanové pěny modifikována za vzniku polyuretan/furfuralové uhlíkaté pěny. Poslední připravenou pěnou byla uhlíkatá pěna na bázi komerčně dostupné melaminové pěny. Bylo zjištěno, že všechny připravené uhlíkaté pěny jsou schopny dlouhodobě plavat na vodní hladině, a to minimálně po dobu 60 dní. Nicméně struktura, mechanická pevnost a adsorpční vlastnosti jednotlivých uhlíkatých pěn se liší. Uhlíkatá pěna na bázi melaminu obsahuje velké množství dutin a vykazuje relativně vysokou mechanickou pevnost. Její schopnost adsorpce je však velmi malá, jelikož dle dostupných výsledků neobsahuje větší množství mikropórů ani mezopórů. Není tedy vhodná pro adsorpční aplikace. Uhlíkaté pěny na bázi polyuretanů a polyuretan/furfuralu jsou sice mechanicky méně odolné, ale jejich schopnost adsorpce je mnohem vyšší než u melaminové pěny. Při adsorpci methylenové modři dosahovala adsorbovaná množství jenom hodnot okolo 2 mg g-1, z čehož lze usoudit, že neobsahují větší množství mezopórů. Při adsorpci jodu však polyuretanová pěna dosáhla hodnot naadsorbovaných množství cca 200 mg g-1 a polyuretan/furfuralová pěna dokonce cca 450 mg g-1. Tyto hodnoty poukazují na zvýšené obsahy mikropórů. Posledním testovaným parametrem byla adsorpce iontů Pb2+, které však žádná z připravených uhlíkatých pěn příliš dobře neadsorbovala. Maximální naadsorbovaná množství těchto iontů se pohybovala okolo hodnot 40 mg g-1.

Abstract:

The aim of this diploma thesis was to prepare two to three types of carbon foams. The methods of producing these foams were mainly based on the condensation of suitable organic substances, accompanied by the evolution of gases during the reaction and subsequent pyrolysis. Prepared carbon foams and precursors were characterized by scanning electron microscopy and thermal analysis. Ability to float for long periods on the water surface and adsorption properties of prepared carbon foams were also determined. Using 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), castor oil, glycerol, lignin, distilled water and dibutyltin dilaurate, polyurethane-based carbon foam was formed after pyrolysis. By adding the resorcin/furfural mixture, the polyurethane foam structure was modified to form a polyurethane/furfural carbon foam. The last prepared foam was a carbon foam based on commercially available melamine foam. It has been found that all prepared carbon foams are able to float for a long time on the water surface for at least 60 days. However, the structure, mechanical strength and adsorption properties of individual carbonaceous foams differ. The melamine-based carbon foam contains a large number of cavities and exhibits a relatively high mechanical strength. However, its adsorption capacity is very small, since, according to the available results, it does not contain more micropores or mesopores. It is therefore not suitable for adsorption applications. Polyurethane and polyurethane/furfural carbon foams are mechanically less resistant but their adsorption capacity is much higher than that of melamine foam. With adsorption of methylene blue, the adsorbed quantities only reached values of about 2 mg g-1, from which it can be concluded that they do not contain more mesopores. However, when adsorbing iodine, the polyurethane foam has reached an amount of about 200 mg g-1 and a polyurethane/furfural foam even about 450 mg g-1. These values point to increased micropore contents. The last tested parameter was the adsorption of Pb2+ ions, but none of the prepared carbon foams adsorbed too well. The maximum adsorbed quantities of these ions varied around 40 mg g-1.

Keywords

uhlíkatá pěna, polyuretan, melamin, polyuretan/furfural, pyrolýza, adsorpce

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 23. 4. 2018

Thesis defence

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

University of Ostrava

Faculty of Science

Master programme / field:
Chemistry / Analytical Chemistry of Solid Phase