Uhlíkové porézní materiály z obnovitelných zdrojů

Prezentace na téma: "Uhlíkové porézní materiály z obnovitelných zdrojů"— Transkript prezentace:

1 Uhlíkové porézní materiály z obnovitelných zdrojů
Autor: Roman Pulíček

2 Obsah Druhá generace Starbon® materiálů Aplikace porézních C-materiálů
Úvod Dělění porézních materiálů Mezoporézní uhlíkové materiály Využití přírodních materiálů Starbon® technologie Druhá generace Starbon® materiálů Aplikace porézních C-materiálů Závěr

3 Úvod Transformace biomasy do stabilní porézní uhlíkové formy
Šíroké aplikační možnosti [1]

4 Dělení porezních materiálů
Malá změna v poměru povrch/objem → významný vliv na chem. a fyz. vlastnosti Dělení: Mikroporézní < 2nm 3D kondenzace Mezoporézní 2 – 50nm Adsorpce do vrstev + kapilární kondenzace Makroporézní > 50nm Adsorpce na rovném povrchu [2]

5 Mezoporézní uhlíkové materiály
Hlavní typy syntézy poreních C-materiálů Použití porézních anorganických šablon (hard templating) Přímá karbonizace polymerní směsi (soft templating) Karbonizace aerogelu Tradiční chem. a fyz. aktivace uhlíku

6 Hard templating Postup metody:
Příprava šablony ze silikagelu (porézní SiO2) s kontrolovanou velikostí pórů Impregnace povrchu silikagelu polymerním prekurzorem Polymerace a karbonizace organického prekurzoru Odstranění silikagelové „šablony“ vhodným rozpouštědlem 1979 – patent metody (Knox, Ross) Prekurzorem byla směs fenol/formeladehyd Karbonizace při t > 1000°C v N2 a Ar atmosféře Odstranění silikagelu silným alkalickým roztokem Vznik porezního skelného uhlíku (PGC – Porous glassy carbon) →využití v chromatografii

7 Využití přírodních materiálů
Z polysacharidů lze ve vodní fázy vytvořit mezoskopický gel Gelová struktura zůstane zachována po odstranění rozpouštědla (sušení) → vznik mezoporezního polysach. Polysacharidy mají nízkou teplotu taní Rychlé tání (rozpad H-vazeb) následováno endotermním rozkladem → zničení mezoporezní struktury Musí se použít katalyzátor → silná kyselina (např. p-toluensulfonová) zajístí rychlejší dehydrataci polysacharidu před dosažením teploty endotermního rozkladu (cca °C) Dojde k polymeraci a tím k zafixování mezoporezní struktury

8 Využití přírodních materiálů
V počátku výzkumu byl jako prekurzor použit škrob Složen z amylózy (20%) a amilopektinu (80%) Tento škrob vytvoří semikrystalický polysacharidový kompozit s mezoporézní velikostí pórů (4-5nm) Negativní lineární závislost mezopórozity na obsahu amilopektinu ve směsi → klíčový komponent pro vysoce mezoporézní škrob je minimální obsah amylózy [1]

9 Starbon® technologie Prekurzorem je mezoporezní škrob připraven za použití kyselinového katalyzátoru Vzniká nanostrukturovaný porézní uhlíkový materiál s modifikovatelnými chem. a fyz. vlastnostmi [1]

10 Starbon® technologie Vlastnosti výsledného produktu
Porozní struktura prekurzoru zůstává zachována Lehká změna v morfologii díky „scvrknutí“ při pyrolýze Průměrna velikost pórů je 10nm S rostoucí teplotou ( °C) v 2. fázi karbonizace dochází ke zvýšení mikroporézní složky povrchu S rostoucí teplotou při karbonizaci také dochází ke zvyšování povrchové energie; Poměr C/O: Při 100 °C → 1,20 Při 800 °C → 8,60

11 Druhá generace Starbon® materiálů
Místo škrobu (amylóza, amilopektin) použity jiné lineární polysacharidy Kyselina alginová Získává se z mořských řas Její neporezní strukturu lze stejným způsobem, jako v případě škrobu, převést na mezoporézí aerogel (velikost pórů cca 25nm) [3]

12 Druhá generace Starbon® materiálů
Pektin (polysacharid kys. galakturonové) Hlavní stavební komponenta u rostlin Gelatinaci pektinu lze provést snížením pH roztoku (nemusí se dlouhodobě chladit) Rozdílná morfologii a velikosti pórů Další postup je shodný s původní technologií Výsledkem je mezoporézní materiál o velmi malé hustotě (0,07 g/m3) [4]

13 Aplikace porézních C-materiálů
Heterogenní katalyzátor Esterifikace organických kyselin Acylace alkoholů a aminů Alkylace aromátů Separační medium Chromatografie Elektrochemie

14 Závěr Technologie Starbon® poskytuje snadnou výrobu mezoporézních uhlíkových materiálů z přírodních zdrojů V závislosti na podmínkách při gelaci a použitém polysacharidu lze připravit širokou řadu uhlíkových materiálů s různými vlastnostmi

15 Zdroje [1] WHITE, Robin J., Vitaly BUDARIN, Rafael LUQUE, James H. CLARK a Duncan J. MACQUARRIE. Tuneable porous carbonaceous materials from renewable resources. Chemical Society Reviews. 2009, vol. 38, issue 12, s , [cit ], DOI: /b822668g. Dostupné z:  [2] [cit ] [3] [cit ] [4] [cit ]

16 Děkuji za pozornost