SZÁRÍTÁS HATÁSA A REZORCIN-FORMALDEHIDGÉLEK MORFOLÓGIÁJÁRA

CZAKKEL ORSOLYA

Témavezető: Nagyné László Krisztina

Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi EgyetemVegyészmérnöki és Biomérnöki Kar

Doktoráns Konferencia2007. február 7.

A széngél:

Nagy fajlagos felület Tetszőleges alakban előállítható Kis sűrűség Széles tartományban változtatható szerkezet

SZÉNGÉL

Gázdiffúziós elektród

Li-szárazelem

Üzemanyag cella

Katalizátor hordozó

SzűrőMolekulaszita

Aktívszén

Hő és hangszigetelő anyag

Szerkezeti anyag

Szuperkondenzátor

Fém felületkezelés

Monolit széngél

Rugalmas lap

Szénszál erősítésűvékony lap

A SZÉNGÉL ELŐÁLLÍTÁSAA SZÉNGÉL ELŐÁLLÍTÁSA

Rezorcin – Formaldehid (RF) polimergél karbonizálása - Pekala (1989)

RezorcinFormaldehid

Vizes közegű polikondenzáció

Térhálós polimer

RF hidrogél RF gél Széngél

o Kiindulási vegyületeko Katalizátoro Sztöchiometriai arány o T o pH

o Hőkezelés inert atmoszférábano Fagyasztva szárítás o Szuperkritikus extrakció

FELADAT

A szárítási módszerek összehasonlítása

ALKALMAZOTT MÓDSZEREK

Termikus analízis (TA) Pásztázó elektronmikroszkópia (SEM) Alacsony hőmérsékletű nitrogéngőz adszorpció (Kisszögű röntgenszórás, SAXS)

Szárítási paraméterek vizsgálata

o Hőkezelés nitrogén atmoszférában (RFX)o Fagyasztva szárítás (RFK)o Szuperkritikus extrakció (RFA)

RFX

RFA

RFK

A SZÁRÍTÁSI MÓDOK

Hidrogél

acetonN2, 65°C, 110°C

t-BuOH-20°C, -45°C

aceton80 bar, RT; 45°C

1 m

Termikus analízis

200 400 600 800 1000-4

-3

-2

-1

C-H kötések C-O kötések

Hőmérséklet, °C

dm/d

t, Ön

kény

es sk

ála

RF géltípusa

SBET

m2/gVTOT

cm3/gVμ

cm3/g

Nitrogéngőz adszorpcióAZ RF GÉLEK JELLEMZÉSE

VTOT-Vμ

VTOT

RFXRFKRFA

111572270

0,130,760,36

0,020,050,01

0,850,930,97

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 240,000

0,005

0,010

0,015

0,020

dDFT, Å

dV(w

), cm

3 /Å/g

10 100 10000,000

0,005

0,010

0,015

0,020

dV(w

), cm

3 /Å/g

dBJH, Å

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00

100

200

300

400

500

Relatív nyomás, p/p0

Adsz

orbe

ált t

érfo

gat,

cm3 /g

A SZUPERKRITIKUS EXTRAKCIÓ

Cseppfolyós szén-dioxid

o Extrakció cseppfolyós CO2-dal (RT, 80 bar)o CO2 eltávolítás szuperkritikus állapotban

Szuperkritikus szén-dioxid

o p (100-300 bar)o T (33-53°C)o t (90-260 perc)o Nyomáscsökkentés (2,5-5 bar/perc)

73,8

5,18

31,1-56,4

Szilárd Cseppfolyós

Gáz

Kritikuspont

Hőmérséklet, °C

Nyom

ás, b

ar

A SZUPERKRITIKUS SZÁRÍTÁS PARAMÉTEREI

p hatása a vizsgált intervallumban nem szignifikáns T hatása a vizsgált intervallumban nem szignifikáns A kontaktidő hatása ±15 %

Max. 5 bar/perc nyomáscsökkentés

A tulajdonságoknem függnekp-től és T-től,ha p>pkrit, és

T>TkritS B

ET, m

2 /g

Kontaktidő, perc80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280

0

200

400

600

800

1000

Nyomásbar

Hőm. °C

Mosási időperc

Vμ

cm3/gVTOT

cm3/gSBET

m2/g100200300200100300100100100100100100100

33433343535343434343434343

95134

94116164103

50200

50100100200100

580530580520540560700620780780650640730

0,820,820,890,720,780,85

0,220,200,210,200,210,230,260,230,290,300,250,240,28

CSEPPFOLYÓS/SZUPERKRITIKUS ÖSSZEHASONLÍTÁSA

A tényleges szuperkritikus extrakció hatékonysága nagyobb

RF géltípusa

SBET

m2/gVTOT

cm3/gVμ

cm3/gVTOT-Vμ

VTOT

Szuperkritikus 582 0,21Cseppfolyós 270 0,36 0,01 0,97

0,67 0,69RFARFAA

RFK 572 0,76 0,05 0,93

dDFT, Å

dV(w

), cm

3/Å/

g0 5 10 15 20 25

0,00

0,01

0,02

0,03

dBJH, Å

dV(w

), cm

3/Å/

g

10 100 10000,000

0,005

0,010

0,015

0,020

Relatív nyomás, p/p0

Adsz

orbe

ált t

érfo

gat,

cm3 /g

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Cseppfolyós

Szuperkritikus

aceton80 bar, RT; 45°C

aceton100 bar,43°C

1 m

Mindhárom szárítási mód

EREDMÉNYEK

o Kemény, merev, stabilis gélo Laza, porózus szerkezeto Nagy fajlagos felületo Döntően tág pórusok

A szárítás hatásao Irodalmi módszerek RFX < RFA < RFKo Tényleges szuperkritikus RFX < RFA < RFK ≈ RFAAo A tényleges szuperkritikus extrakció a mikropórus térfogatot jelentősen megnövelte

Cseppfolyós/szuperkritikus CO2 alkalmazása jelentősen eltérő struktúrát eredményez

KÖSZÖNET

NAGYNÉ LÁSZLÓ KRISZTINA

MARTHI KATALIN, SZILÁGYI IMREBME Általános és Analitikai Kémia Tanszék

SIMÁNDI BÉLA, SZÉKELY EDITBME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

LÁSZLÓ MIKLÓSELTE Növényszervezettani Tanszék

MENYHÁRD ALFRÉD

BOSZNAI GYÖRGY

A kutatás az EU és az NKTH közös pályázati támogatásával (GVOP - 3.2.2 - 2004 - 07 - 0006/3.0) készült.

KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!