Sorbenty na bázi grafenu a jeho derivátů.

Bc. Gabriela HOTOVÁ

Master's thesis

Sorbents based on graphene or its derivatives.

Abstract:

Tato práce byla zaměřena na přípravu materiálů obsahující grafen nebo jeho oxid. Byly připraveny tři materiály, konkrétně oxid grafitu (GO), uhlíkatý kryogel obsahující grafen (RFGO) a polyakrylamidový hydrogel obsahující oxid grafenu (PAMGO). K uvedeným materiálům byly také připraveny srovnávací materiály bez obsahu grafenu nebo jeho oxidu (RF a PAM). Syntetizované materiály (GO a kryogely) byly charakterizovány pomocí FT-IR, RTG, TG-DSC/MS, SEM a adsorpce/desorpce N2 (BET), přičemž polymerní materiály byly charakterizovány prostřednictvím FT-IR, TG-DSC a SEM. Dále byla sledována adsorpce CO2 z plynné fáze (GO a kryogely) a Pb2+ iontů a methylenové modři z kapalné fáze (GO, kryogely a hydrogely). Adsorpční kapacita CO2 vypočtená z Langmuirova modelu byla 1,13 mmol.g-1 (GO), 2,28 mmol.g-1 (RFGO) a 4,29 mmol.g-1 (RF). Analýzou mikroporézních parametrů bylo zjištěno, že přítomnost grafenu nebo jeho oxidu způsobuje až dvojnásobné snížení mikroporézních charakteristik a adsorpčních kapacit pro CO2. Kinetika adsorpce Pb2+ iontů a methylenové modři byla studována na GO, kryogelech a hydrogelech. Pro popis kinetiky vyhovoval model kinetiky pseudo-druhého řádu. Analýza adsorpčních dat z vodných roztoků (Pb2+ ionty a methylenová modř) ukázala, že Langmuirův model je nejvhodnější pro popis adsorpce na GO a kryogelech. Zjištěné adsorpční kapacity Pb2+ iontů byly 1,48 mmol.g-1 (GO), 0,50 mmol.g-1 (RF a RFGO) a 0,03 mmol.g-1 (PAM a PAMGO), kdežto pro methylenovou modř nabývaly hodnot 1,47 mmol.g-1 (GO), 1,50 mmol.g-1 (RF), 0,86 mmol.g-1 (RFGO) a 0,08 mmol.g-1 pro hydrogely (PAM a PAMGO). Z uvedených hodnot je zřejmé, že přítomnost grafenu nebo jeho oxidu snižuje adsorpční kapacitu a jeho přítomnost nezlepšuje vlastnosti adsorbentů.

Abstract:

This thesis was focused on the preparation of materials containing graphene or its oxide. Three materials were prepared, namely graphite oxide (GO), carbon cryogel containing graphene (RFGO) and polyacrylamide hydrogel containing graphene oxide (PAMGO). The mentioned materials were also prepared without graphene or its oxide for comparison (RF and PAM). Synthetized materials (GO and RFGO) were characterized by FT-IR, RTG, TG-DSC/MS, SEM and adsorption/desorption of N2 (BET), whereas polymer materials were characterized by FT-IR, TG-DSC a SEM. The adsorption of CO2 from gas phase (GO and cryogels), Pb(II) and methylene blue from aqueous solution (GO, cryogels and hydrogels) was studied. Adsorption capacities for CO2 computed from Langmuir model are 1.13 mmol.g-1 (GO), 2.28 mmol.g-1 (RFGO) and 4.29 mmol.g-1 (RF). It was found that presence of graphene or its oxide causes decrease in micropores parameters (~twice) and adsorption capacities for CO2. The kinetics of the adsorption of Pb(II) and methylene blue was studied on GO, cryogels and hydrogels. Pseudo-second order model corresponded to describe the kinetics. Adsorption from aqueous solutions (Pb(II) and methylene blue on GO and cryogels) can be satisfactory described by Langmuir isotherm. Adsorption capacities of Pb(II) are 1.48 mmol g-1 (GO), 0.50 mmol.g-1 (RF and RFGO) and 0.03 mmol.g-1 (PAM and PAMGO), while for methylene blue are 1.47 mmol.g-1 (GO), 1.50 mmol.g-1 (RF), 0.86 mmol.g-1 (RFGO) and 0.08 mmol.g-1 for hydrogels (PAM and PAMGO). From the results it´s evident that the presence of graphene or its oxide decreases adsorption capacity and its presence doesn´t improve the properties of the adsorbents.

Keywords

grafen, oxid grafitu, uhlíkatý kryogel, polyakrylamidový hydrogel, adsorpce, CO2, Pb2+ ionty, methylenová modř

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 4. 2014

Accessible from:: 18. 4. 2014

Thesis defence

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

University of Ostrava

Faculty of Science

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