FÉMTARTALMÚ SZÉNGÉLEK Tézisfüzet. Czakkel Orsolya. Témavezetı: László Krisztina Konzulens: Erik Geissler (UJF, Grenoble)

Hasonló dokumentumok
T Nagyné László Krisztina : Felületkémia és szelektivitás nagyfelületű szeneken Zárójelentés

Módosított széngélek és alkalmazási lehetőségeik

Molibdén tartalmú széngélek előállítása és jellemzése

Aerogél alapú gyógyszerszállító rendszerek. Tóth Tünde Anyagtudomány MSc

Badari Andrea Cecília

ETÁN ÉS PROPÁN ÁTALAKÍTÁSA HORDOZÓS PLATINAFÉM- ÉS RÉNIUM- KATALIZÁTOROKON

Tóth Ajna. Személyes adatok: Születési idő: január 08.

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

Fotoszintézis. fotoszintetikus pigmentek Fényszakasz - gránum/sztrómalamella. Sötétszakasz - sztróma

DR. LAKATOS ÁKOS PH.D PUBLIKÁCIÓS LISTÁJA B) TUDOMÁNYOS FOLYÓIRATBELI KÖZLEMÉNYEK

PhD DISSZERTÁCIÓ TÉZISEI

Mezopórusos hibrid anyagok új típusú elıállítása

Folyadékmembránok. Simándi Béla BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék /65

AZ ACETON ÉS AZ ACETONILGYÖK NÉHÁNY LÉGKÖRKÉMIAILAG FONTOS ELEMI REAKCIÓJÁNAK KINETIKAI VIZSGÁLATA

Faanyagok modifikációja_06

Számítástudományi Tanszék Eszterházy Károly Főiskola.

SZÉN NANOCSŐ KOMPOZITOK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS VIZSGÁLATA

Kémiai reakciók. Kémiai reakció feltételei: Aktivált komplexum:

AZ AEROSZOL RÉSZECSKÉK HIGROSZKÓPOS TULAJDONSÁGA. Imre Kornélia Kémiai és Környezettudományi Doktori Iskola

Doktori (Ph.D.) értekezés tézisei. Cink-oxid nanorészecskék és hibrid vékonyrétegek optikai, szerkezeti és fényelektromos tulajdonságai

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Az anyagi rendszerek csoportosítása

NEHÉZFÉMEK ELTÁVOLÍTÁSA IPARI SZENNYVIZEKBŐL Modell kísérletek Cr(VI) alkalmazásával növényi hulladékokból nyert aktív szénen

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Szerves kémiai szintézismódszerek

A projekt rövidítve: NANOSTER A projekt idıtartama: október december

Ipari vizek tisztítási lehetőségei rövid összefoglalás. Székely Edit BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

DOKTORI ÉRTEKEZÉS TÉZISEI HÁROMFÁZISÚ MEGOSZLÁS ALKALMAZÁSA ÉLELMISZERFEHÉRJÉKVIZSGÁLATÁBAN

Modern Fizika Labor Fizika BSC

A 27/2012. (VIII. 27.) NGM rendelet (29/2016. (VIII. 26.) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

Általános és szervetlen kémia 1. hét

Poliaddíció. Polimerek kémiai reakciói. Poliaddíciós folyamatok felosztása. Addíció: két molekula egyesülése egyetlen fıtermék keletkezése közben

Doktori értekezés tézisei. Dalicsek Zoltán. Kémiai Doktori Iskola Vezetı: Prof. Inzelt György

Nagynyomású csavarással tömörített réz - szén nanocső kompozit mikroszerkezete és termikus stabilitása

Fenolok kölcsönhatása módosított hidrogélekkel

Antibakteriális hatóanyagot tartalmazó kapszulák előállítása, jellemzése és textilipari alkalmazása. Nagy Edit Témavezető: Dr.

XXXVI. KÉMIAI ELŐADÓI NAPOK

A szonokémia úttörője, Szalay Sándor

Publikációs lista. Gódor Győző július 14. Cikk szerkesztett könyvben Külföldön megjelent idegen nyelvű folyóiratcikk...

XXXVIII. KÉMIAI ELŐADÓI NAPOK

BIOPLATFORM SZÁRMAZÉKOK HETEROGÉN KATALITIKUS ELŐÁLLÍTÁSA, MŰSZERES ANALITIKÁJA, KATALIZÁTOROK JELLEMZÉSE

Modellvizsgálatok a természetes vizek arzénmentesítésére

Katalízis. Tungler Antal Emeritus professzor 2017

ESR-spektrumok különbözı kísérleti körülmények között A számítógépes értékelés alapjai anizotróp kölcsönhatási tenzorok esetén

A POLIELEKTROLIT/TENZID ASSZOCIÁCIÓ SZABÁLYOZÁSA NEMIONOS TENZIDEK ÉS POLIMEREK SEGÍTSÉGÉVEL

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

ATOMEMISSZIÓS SPEKTROSZKÓPIA

SZABADALMI IGÉNYPONTOK. képlettel rendelkezik:

PUBLIKÁCIÓS ÉS ALKOTÁSI TEVÉKENYSÉG ÉRTÉKELÉSE, IDÉZETTSÉG Oktatói, kutatói munkakörök betöltéséhez, magasabb fokozatba történı kinevezéshez.

A GAMMA-VALEROLAKTON ELŐÁLLÍTÁSA

SZŰKÍTETT RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAH /2014 nyilvántartási számú (2) akkreditált státuszhoz

BIOSZORBENSEK ELŐÁLLÍTÁSA MEZŐGAZDASÁGI HULLADÉKOKBÓL SZÁRMAZÓ, MÓDOSÍTOTT CELLULÓZROSTOK FELHASZNÁLÁSÁVAL

Pórusos polimer gélek szintézise és vizsgálata és mi a közük a sörgyártáshoz

RIEŠENIE A HODNOTENIE TEORETICKÝCH ÚLOH Chemická olympiáda kategória Dz 49. ročník šk. rok 2012/13 Obvodné kolo

SZENNYVÍZKEZELÉS NAGYHATÉKONYSÁGÚ OXIDÁCIÓS ELJÁRÁSSAL

TALAJVÉDELEM XI. A szennyezőanyagok terjedését, talaj/talajvízbeli viselkedését befolyásoló paraméterek

Nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia (HPLC)

BIZALMAS MŐSZAKI JELENTÉS 46303

MÓDOSÍTOTT RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAH /2016 nyilvántartási számú (1) akkreditált státuszhoz

Ph.D. értekezés tézisei. Dömök Márta. Témavezetı: Dr. Erdıhelyi András Tanszékvezetı egyetemi tanár

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

RÉSZLETEZŐ OKIRAT (2) a NAH /2016 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

Az elektromos kettősréteg. Az elektromos potenciálkülönbség eredete, értéke és az azt befolyásoló tényezők. Kolloidok stabilitása.

Környezeti analitika laboratóriumi gyakorlat Számolási feladatok áttekintése

Bevezetés a talajtanba VIII. Talajkolloidok

Ph. D. ÉRTEKEZÉS TÉZISEI. Szanyi Ágnes

Platina alapú kétfémes katalizátorok jellemzése

MŐSZAKI KÉMIA. Anyagmérnök MSc képzés. Tantárgyi Kommunikációs Dosszié MISKOLCI EGYETEM MŐSZAKI ANYAGTUDOMÁNYI KAR KÉMIAI INTÉZET

Nyugat-magyarországi Egyetem. Doktori (Ph. D.) értekezés tézisei

8.13. Szőrési gyakorlat laboratóriumi membránszőrı berendezésen I. Ultraszőrés (ultrafiltration, UF)

1. feladat Összesen: 7 pont. 2. feladat Összesen: 16 pont

Öntött Poliamid 6 nanokompozit mechanikai és tribológiai tulajdonságainak kutatása. Andó Mátyás IV. évfolyam

Poli(N,N-dimetil-akrilamid)-l-poliizobutilén amfifil kotérhálók elıállítása, szerkezeti jellemzése és nanohibridjeik. Doktori értekezés tézisei

Szén/szilikát nanokompozitok szintézise és jellemzése

A feladatok megoldásához csak a kiadott periódusos rendszer és számológép használható!

Technoorg Linda Ltd. Co. Budapest, Hungary. Innováció és Kommunikáció február 20.

Az ipari komputer tomográfia vizsgálati lehetőségei

Polimer nanokompozitok; előállítás, szerkezet és tulajdonságok

KARBON SZÁLLAL ERŐSÍTETT ALUMÍNIUM MÁTRIXÚ KOMPOZITOK AL/C HATÁRFELÜLETÉNEK JELLEMZÉSE

Szén-dioxid, mint oldószer a modern iparban. Székely Edit BME KKFT

Előadás címe: A vörösiszappal szennyezett felszíni vizek kárenyhítése. Mihelyt tudjátok, hogy mi a kérdés érteni fogjátok a választ is Douglas Adams

Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítı elıadás I.

15. elıadás SZERVES ÜLEDÉKES KİZETEK

MEDINPROT Gépidő Pályázat támogatásával elért eredmények

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

RÉSZLETEZŐ OKIRAT a NAH /2016 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

Szegedi Tudományegyetem. Gyógyszertudományok Doktori Iskola. Gyógyszertechnológiai Intézet. Ph.D. értekezés tézisei. Baki Gabriella.

HIDROFIL HÉJ KIALAKÍTÁSA

MTA DOKTORI ÉRTEKEZÉS TÉZISEI

CO 2 aktiválás - a hidrogén tárolásban

6. változat. 3. Jelöld meg a nem molekuláris szerkezetű anyagot! A SO 2 ; Б C 6 H 12 O 6 ; В NaBr; Г CO 2.

V átlag = (V 1 + V 2 +V 3 )/3. A szórás V = ((V átlag -V 1 ) 2 + ((V átlag -V 2 ) 2 ((V átlag -V 3 ) 2 ) 0,5 / 3

NÖVÉNYI HATÓANYAGOK KINYERÉSE SZUPERKRITIKUS EXTRAKCIÓVAL

A kémiatanári zárószigorlat tételsora

Labor elızetes feladatok

Plazmasugaras felülettisztítási kísérletek a Plasmatreater AS 400 laboratóriumi kisberendezéssel

Szűrés. Gyógyszertechnológiai alapműveletek. Pécsi Tudományegyetem Gyógyszertechnológia és Biofarmáciai Intézet

Átírás:

BUDAPESTI MŐSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM VEGYÉSZMÉRNÖKI ÉS BIOMÉRNÖKI KAR OLÁH GYÖRGY DOKTORI ISKOLA FÉMTARTALMÚ SZÉNGÉLEK Tézisfüzet Czakkel Orsolya Témavezetı: László Krisztina Konzulens: Erik Geissler (UJF, Grenoble) Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék 2009

1. Irodalmi háttér Az elsı szerves aerogélt rezorcinból (R) és formaldehidbıl (F), Na 2 CO 3 (C) katalizátor segítségével állították elı [1]. A vizes közegő polikondenzációbann háromdimenziós térhálós polimer mátrix (RF hidrogél) keletkezik. A hidrogélbıl oldószercserét követı szárítással és karbonizálással állítható elı a szilárd szénváz, vagyis a széngél (1. ábra). OH O OH + 2 H C H katalizátor,e OLDÓSZERCSERE SZÁRÍTÁS HİKEZELÉS RF hidrogél polimer gél széngél 1. ábra Az RF és széngélek elıállítása A polimerizációs reakció egy aromás elektrofil szubsztitúciós és egy kondenzációs lépésbıl áll, melyek sebessége nagymértékben függ a szintézis paramétereitıl (a kiindulási oldat phjától, a hımérséklettıl, az összkoncentrációtól, valamint az R/F és R/C mólaránytól). A kiindulási oldat ph-ja befolyásolja a képzıdı klaszterek számát és méretét, így a kialakuló gél szerkezetét is [2, 3]. A különbözı bázikus illetve savas katalizátorok nagymértékben eltérı szerkezető polimer géleket eredményeznek. Az alkáli karbonát sók vizes oldatának ph-ja eltérı, ezért anyagi minıségük is befolyásolja a széngél szerkezetét. A rezorcin és a formaldehid polikondenzációs reakciójában a katalizátor gócképzıként is szolgál, ezért a katalizátor relatív koncentrációja is befolyásolja a gélszerkezetet. A pórusméret eloszlás és az átlagos pórusméret tehát függ a katalizátor koncentrációjától [4]. Dinamikus fényszórás (DLS) mérésekkel kimutatták, hogy a klaszterek növekedését a rezorcin/víz (R/W) arány csökkentése, illetve az R/C arány növelése gyorsítja [5]. A széngélek pórusszerkezete és így fajlagos felülete a szárítás és a karbonizálás során is változtatható. A szárítási lépés jelentıségét jelzi, hogy nevükben is megkülönböztetik a különbözı módon szárított géleket. Az inert atmoszférában (pl. nitrogén), hıkezeléssel [1] Pekala R.W., Journal of Materials Science 1989. 24, 3221 [2] Lin C., Ritter J.A., Carbon 1997, 35, 1271 [3] Job N., Panariello F., Marien J., Crine M., Pirard J.P., Léonard A., Journal of Non-Crystalline Solids 2006, 352, 24 [4] Yamamoto T., Nishimura T., Suzuki T., Tamon H., Journal of Non-Crystalline Solids 2001, 288, 46 [5] Yamamoto T. Yoshida T., Suzuki T., Mukai S.R., Tamon H., Journal of Colloid and Interface Science 2002, 245, 391 1

szárított gélek szabatos neve xerogel, a fagyasztva szárítással elıállított RF géleket kriogélnek hívják, míg szuperkritikus extrakcióval aerogéleket kapunk. A széngél végleges szerkezete a hıkezelés során alakul ki. Az alkalmazott hımérséklet, idıtartam, illetve atmoszféra befolyásolja a morfológiát. A kitermelés ebben a végsı lépésben nagymértékben függ a hımérséklettıl és az idıtıl. Fémionok bevitelével tovább bıvíthetı a széngélek lehetséges felhasználási területe. A szol-gél elıállítási mód lehetıséget ad arra, hogy a fémionokat akár már a hidrogél elıállítása során a rendszerbe vigyük. A monolit formájú fémtartalmú széngélek különösen alkalmasak gáztranszporttal összefüggı elválasztási feladatokra. Az átmeneti fémek bevitele növelheti széngélek katalitikus szelektivitását. Hasonlóan kedvezı hatásuk lehet gázelegyek elválasztásának hatékonyságára [6]. 2. Célkitőzések Doktori munkám célja átmeneti fémekkel dópolt széngélek elıállítása és jellemzése volt. Kezdetben a háromféle szárítási módszer összehasonlításával foglalkoztam. Bár a szárítási módszerek jelentıségét szinte minden RF aerogélekkel foglalkozó cikk megemlíti, szisztematikus, összehasonlító munkával nem találkoztam az irodalomban. Legelterjedtebben a szuperkritikus CO 2 -os extrakciót használják a három módszer közül, de körülményeinek a szerkezetre gyakorolt hatását szintén nem vizsgálták. Az irodalomban szuperkritikus extrakcióként leírt eljárás valójában folyadék halmazállapotú CO 2 -dal történı extrakciót jelent, ahol a végsı nyomáscsökkentés elıtt kerül csak a CO 2 szuperkritikus állapotba. Közismert, hogy a szuperkritikus CO 2 extrakciós hatékonysága nagyobb a folyékony CO 2 -énál, ezért célom volt a tényleges szuperkritikus extrakciós szárítás megvalósítása és paramétereinek vizsgálata. Vizsgáltam az azonos módon szintetizált, de eltérı módon szárított RF gélek és a belılük elıállított széngélek szerkezeti különbségeit. Réz és titán átmeneti fém sóival módosított géleket állítottam elı. Tanulmányoztam a réz(ii) és titán(iv) sók bevitelének szerkezetmódosító hatását. A fémeket az elıállítási folyamat három különbözı lépésében vittem a rendszerbe: a) a polimerizáció során, b) a [6] O. Czakkel, Gy. Onyestyák, G. Pilatos, V. Kouvelos, N. Kanellopoulos, K. László, Microporous Mesoporous Materials 2009, 120, 76 2

száraz polimer aerogél impregnálásával, illetve c) a széngél impregnálása során. Vizsgáltam a polimerizáció lefolyását és a képzıdı polimer és szén aerogélek szerkezetét. Az elıállított minták szerkezeti különbségeinek feltárására pásztázó elektronmikroszkópiát (SEM), alacsony hımérséklető nitrogén adszorpciót, kis- és nagyszögő röntgenszórást (SAXS/WAXS) használtam. Az átmeneti fém ionoknak a polimerizációra gyakorolt hatását dinamikus fényszórással (DLS) vizsgáltam. A minták fémtartalmát a réz ill. titán Kα vonalainak felhasználásával SEM/EDS módszerrel határoztam meg. 3. Anyagok és módszerek Szintézis és impregnálás A monolit RF hidrogélek elıállításakor Lin és munkatársai munkáját követtem [7]. A rezorcint (R), formaldehidet (F) és nátrium karbonátot (C) tartalmazó vizes kiindulási oldat összkoncentrációja 5 wt/v% volt. Az R/F mólarány 1i:i2, míg az R/C mólarány 50i:i1 volt. Az oldat kezdeti ph-ját 6,0-ra állítottam be. A gélesedés lezárt ampullákban, 85 C-on, egy hétig tartott. A réztartalmú hidrogélek elıállítása során réz-acetátot (Cu(CH 3 COO) 2 ) adtam a kezdeti reakcióelegyhez, így az R/C arány 25-re, az összkoncentráció pedig 5.2 wt/v%-ra módosult. Az oldat ph-ját (ph=5,3) a réz-acetát oldhatósága limitálta. A titántartalmú hidrogéleket Maldonado-Hódar és munkatársai nyomán állítottam elı [8]. R és F vizes oldatához titán(iv)-izopropoxidot (TIP) adtam, az R/TIP mólarány 1 volt. Az elegyet 4 órán keresztül, 60 C-on gélesítettem. A szárítást megelızıen a hidrogélek pórusaiban lévı vizet acetonra (fagyasztva szárítás esetén t-butanolra) cseréltem le. Az impregnált minták elıállításánál a polimer- vagy a szén aerogélt vizes réz-acetát, illetve acetonos titán-izopropoxid oldatban áztattam, 24 órán keresztül. Az impregnáló oldat koncentrációjának, illetve az anionnak a szorpcióra gyakorolt hatását független mérésekkel, mikropórusos szeneken vizsgáltam. Szárítás A nitrogén atmoszférában történı hıkezelés esetén a minták 5 órán át 65 C-on, majd újabb 5 órán át 110 C-on száradtak. [7] Lin C., Ritter J.A., Carbon 1997, 35, 1271 3

A fagyasztva szárítás 45 C-on történt. A CO 2 közegbıl történı szárítást az irodalomban leírt módon és szuperkritikus körülmények között is vizsgáltam. Ez utóbbi esetben az alkalmazott nyomást, a hımérsékletet és idıtartamot szisztematikus vizsgálatokban határoztam meg. Karbonizálás A polimer gélek hıkezelése 900 C-on, 1 órán keresztül, forgó kvarcreaktorban történt. Az inert atmoszférát a 25 ml/perc áramlási sebességő, nagytisztaságú nitrogén biztosította. A minták jellemzése A szoli igél átmenetet DLS mérésekkel követtem, ALV goniometer (ALV, Langen, Germany) segítségével. A 632,8 nm hullámhosszúságú fény forrása egy HeNe lézer volt. Korrelátorként ALV 5000E multi-tau berendezést használtam. A többszörös szórás csökkentése érdekében a mintákat 1 illetve 2 mm átmérıjő röntgen kapillárisba töltöttem, a méréseket 30 50 C hımérséklettartományban végeztem. A minták felületi morfológiáját egy JSM-5500LV (JEOL, Japan) típusú elektronmikroszkóppal vizsgáltam. A töltıdés elkerülése érdekében a polimer mintákat a vizsgálat elıtt aranyoztam. A SAXS/WAXS méréseket a grenoble-i European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) BM2-es mérıhelyén végeztem, Franciaországban. A szórási vektort a 0.0019i<iqi<i5.7 Å 1 tartományban változtattam, ahol q = 4π sin( θ / 2) / λ (λ: a beesı sugárzás hullámhossza). A detektor egy indirekt módban mőködı, 50 µm effektív pixelnagyságú CCD kamera volt. A méréshez a mintákat porítottam, és 1,5 mm átmérıjő üveg kapillárisokba töltöttem, melyeket leforrasztottam. A nitrogéngız adszorpciós méréseket 196 C-on, számítógép vezérelt Autosorb-1 (Quantachrome, USA) volumetrikus gázadszorpciós készülékkel végeztem. A minták elıkészítése 20 C-on, p < 3 10 4 mbar vákuumban, 24 h-ig tartott. Az aero- és széngélek fémtartalmát az elemek Kα vonalainak felhasználásával SEM/EDS JEOL JSM-5500LV (JEOL, Japan) elektronmikroszkóp segítségével határoztam meg, nagyvákuumban. Az átlagos fémkoncentrációt minimum hat mérési pontból számítottam. [8] Maldonado-Hodar F.J., Moreno-Castilla C., Rivera-Utrilla J., Applied Catalysis A 2000, 203, 151 4

A titántartalmú minták fotokatalitikus aktivitását vizes oldatból történı fenol-bontási mérésekkel teszteltem. 4. Eredmények Polimerizáció A réz jelenléte a polimerizáció során a rézmentes közegtıl nagymértékben eltérı mérető klaszterek képzıdését idézi elı 40 C-on. Ez a különbség eltőnik, amennyiben a polimerizációt 85 C-on végezzük. A hidrogél mintákban minden esetben jól detektálható a polimerre adszorbeált vízréteg. A klaszterméret növelésén túl a réz(ii)-ionok jelenléte felgyorsítja a reakció kezdeti sebességét, de a teljes folyamatra vonatkozó aktiválási energiát nem befolyásolja. A titán polimerizációra gyakorolt hatása DLS mérésekkel nem követhetı, a Ti(OH) 4 csapadék vizes közegben történı azonnali kiválása miatt. Szárítás hatása a fémmentes széngélek szerkezetére Vizsgáltam a szárítási módszereknek a fémmentes széngélek szerkezetére gyakorolt hatását. A minták porozitása és a szerkezetet alkotó elemi gömbök nagysága is függ az alkalmazott szárítási technológiától. A karbonizálás során a SAXS mérésekbıl meghatározható elemi gömbméret az aerogélek és a kriogélek esetén csökken. A karbonizálás elıtt nitrogénben szárított xerogéleknél másodlagos szerkezet alakul ki, amely a göböcskék növekedését eredményezi. Az elszenesítés során a fajlagos felület minden esetben nıtt. A xerogéleknek van a legtömörebb szerkezete, így a legkisebb fajlagos felülete (<i900 m 2 /g). A legnagyobb felületet a fagyasztva szárított szén kriogél esetén mértem (>i2500 m 2 /g), míg a folyékony CO 2 -os extrakcióval szárított minta kb. 1000 m 2 /g felülető széngélt eredményezett. Jelentıs különbséget találtam a folyadék, illetve a ténylegesen szuperkritikus CO 2 -os extrakcióval szárított minták szerkezetében. Utóbbi esetben a kialakuló laza, döntıen mikropórusos szerkezet a fagyasztva szárítással összevethetı nagy fajlagos felületet eredményez. A folyadék állapotú CO 2 -extrakció során az elemi mikrogömbök összetapadnak, méretük 3-4-szerese a szuperkritikus extrakció után mértnek. A ténylegesen szuperkritikus extrakció paraméterei a minták mikro- és mezopórus tartományára nincsenek hatással, de nagy mértékben befolyásolják a makropórusok mennyiségét. Az eredmények alapján a fémtartalmú mintákat szuperkritikus körülmények között szárítottam. 5

Az átmeneti fém hatása a polimer aerogél szerkezetére Az elıállítási folyamat három különbözı lépésében bevitt réz-acetát az RF aerogélek szerkezetét széles mérettartományban megváltoztatja, így befolyásolja a fajlagos felületet is. Bár a 85 C-on réz jelenlétében elıállított hidrogél szerkezete nem mutat eltérést a fémmentes mintához képest, a száraz RF aerogélek morfológiája nagymértékben különbözik egymástól. A réz ugyan nem épül be a gélbe polimerizáció során, mégis jelentısen befolyásolja a képzıdı aerogél szerkezetét, mert lényegesen kisebb elemi mikrogömbök keletkeznek (a réz jelenlétében átmérıjük 71 Å helyett 28 Å). A réz katalizátorral elıállított polimer aerogél fajlagos felülete kiemelkedıen nagy, 2000 m 2 /g. Titán jelenlétében a szol-gél reakcióban finom csapadékot eredményez, melynek fajlagos felülete lényegesen kisebb. Fémtartalmú szén aerogélek A karbonizálás - a réz-katalizált minta kivételével, ahol a méret gyakorlatilag nem változott a fémmentes polimergéleknél tapasztalthoz hasonlóan csökkenti az elemi gömböcskék méretét. A titán-, ill. rézsóval történı impregnálás jelentısen befolyásolja a porozitást és a pórusok részleges eltömıdése miatt csökkenti a széngélek fajlagos felületét. A pórusok méreteloszlása is megváltozik. A xerogél impregnálásával 50 60 Å, a réz katalizátorként történı alkalmazásával 100 200 Å, a széngél utólagos impregnálásával 300 400 Å a tipikus pórusméret. A széngélek mezopórusainak mérete tehát a réz bevitel módjával hangolható. A réztartalmú széngélek fajlagos felülete is függ a fém-bevitel módjától. A karbonizálás után a réz-katalizált széngél fajlagos felülete 1330 m 2 /g, a polimer állapotban impregnálté 380 m 2 /g, az impregnált széngélé 260 610 m 2 /g. A titántartalmú minták fajlagos felülete kisebb, mint a hasonló módon elıállított réztartalmú széngéleké. Ez a megfigyelés összhangban van a titán-dópolás esetén elérhetı nagyobb fémtartalommal. A titán-katalízissel elıállított széngél nem tartalmaz nitrogén adszorpcióval mérhetı, 100 Å-nél nagyobb pórusokat. A karbonizálás a fémek oxidációs állapotát is megváltoztatja. Az RF aerogélre impregnálással felvitt réz-acetát fém rézzé redukálódik a polimer hıbomlása miatt kialakuló reduktív atmoszférában. A 100 200 Å nagyságú Cu 0 klaszterek felületi eloszlása homogén. Az impregnálás után még amorf TiO 2 kristályos anatáz - rutil keverékké alakul. Ennek megfelelıen ez a széngél fotokatalitikus aktivitást mutatott. A széngél utólagos impregnálása amorf fémsót tartalmazó mintákat eredményez. 6

5. Alkalmazási lehetıségek A hangolható pórusméret-eloszlásnak köszönhetıen, valamint a heteroatom (pl. átmeneti fém) bevitelének relatív egyszerő, és többféleképen kivitelezhetı módja miatt nagy a széngélek iránti érdeklıdés. A fémtartalmú széngélek többek között hordozós katalizátorként vagy gázelválasztási célokra is felhasználhatók. A heteroatomok jelenlétének köszönhetıen specifikus szorpciós tulajdonságok alakíthatók ki, amelyek a nagy porozitással ötvözve elısegítik különféle veszélyes gázok (pl. hidrogén-cianid, ammónia), kis koncentrációban történı hatékony megkötését. 7

6. Tézispontok 1. Megállapítottam, hogy a polimerizációs közegben jelenlévı réz-acetátból csak kis mennyiségő réz épül be a polimerbe. Bár a rézsó jelenléte jelentısen megváltoztatja a polimerizáció kinetikáját, a folyamat teljes aktiválási energiája a vizsgált 30 50 C hımérséklettartományban nem változik. A réz jelenléte ugyanakkor kiugróan nagy fajlagos felülető polimer aerogélt (2000 m 2 /g) eredményez, mert a fémmentes polimer aerogélnél tapasztalttól lényegesen kisebb elemi alkotóegységek képzıdnek. [Czakkel et al, J. Coll. Int. Sci. 2009, 337, 513] 2. Egy szabályozható berendezést építettem, amely lehetıvé tette a ténylegesen szuperkritikus CO 2 -os extrakció paramétereinek vizsgálatát. A polimer zsugorodása a t- butanolból történı fagyasztva szárítással összehasonlíthatóan kis mértékő. A keletkezı aerogél fajlagos felülete nagy (>500 m 2 /g). Az extrakció során alkalmazott hımérséklet, nyomás és tartózkodási idı a mikro- és mezoporozitást nem, a makropórusok mennyiségét azonban jelentısen befolyásolja. Az alacsonyabb hımérséklet és a magasabb nyomás kedvez a nagyobb porozitás kialakulásának. Állandó áramlási sebesség mellett a megmaradó pórusok mennyisége arányos a tartózkodási idıvel. A minták teljes pórustérfogata széles tartományban változtatható. [Czakkel et al, Micropor. Mesopor. Mater. 2005, 86, 124; Székely et al., Olaj Szappan Kozmetika, 2009, Különkiadás, 84] 3. A polimer- ill. a széngél utólagos impregnálása (réz és titán esetén egyaránt) csökkenti a fajlagos felületet, mert a szőkebb pórusok eltömıdnek, a tágabbak beszőkülnek. Gázadszorpcióval 180 Å-nél nagyobb pórusokat nem észleltem. [Czakkel et al, J. Coll. Int. Sci., 2009, 337, 513, Czakkel et al, Micropor. Mesopor. Mater., 2009, 126, 213] 4. A réz bevitel módja befolyásolja a jellemzı mezopórus méretet, amely így 50 400 Å között az alkalmazott módszerrel hangolható. Ez a hatás kevésbé szignifikáns titán esetén. A felvitt fém mennyisége az impregnáló oldat koncentrációjával befolyásolható. [Czakkel et al, J. Coll. Int. Sci., 2009, 337, 513] 5. Az impregnálást követı karbonizálás során a réz és titán viselkedése eltérı. A karbonizálás során a réz(ii) nagy része fém rézzé redukálódik, míg az amorf titándioxid kristályos anatáz és rutil keverékévé alakul át. [Czakkel et al, J. Coll. Int. Sci., 2009, 337, 513] 8

6. Publikációk IF = impakt faktor CI = független hivatkozások száma A) A Disszertációhoz kapcsolódó publikációk: Cikkek 1. O. Czakkel, E. Geissler, I.M. Szilágyi, E. Székely, K. László Cu doped RF polymer and carbon aerogels Journal of Colloid and Interface Science, 2009, 337, 513-522 (IF 2007: 2.309) 2. O. Czakkel, E. Geissler, A. Moussaïd, B. Koczka, K. László Copper-containing resorcinoli iformaldehyde networks Microporous Mesoporous Materials, 2009, 126, 213-221 (IF 2007: 2.21) 3. E. Székely, O. Czakkel, B. Nagy, K. László, B. Simándi Aerogélek szárítása Olaj Szappan Kozmetika, 2009, Különkiadás, 84-87 4. O. Czakkel, I. Szilágyi, E. Geissler, N. Kanellopoulos, K. László Morphological characterization of oxidized and metal impregnated spherical carbons Progress in Colloid and Polymer Science 2008, 135, 139-147 (IF 2007: 1.62) 5. O. Czakkel, K. Marthi, E. Geissler, K. László Influence of drying on the morphology of resorcinoli iformaldehyde based carbon gels Microporous Mesoporous Materials 2005, 86, 124-133 (IF 2005: 3.355; CI: 11) Szóbeli elıadások 1. O. Czakkel, E. Székely, I.M. Szilágyi, E. Geissler, K. László SAXS study on transition metals in resorcinoli iformaldehyde derived carbon aerogels Poranal 2008, Debrecen, Hungary, 27 29 August, 2008 2. E. Székely, O. Czakkel, B. Nagy, K. László, B. Simándi Aerogélek szárítása szén-dioxiddal Szuperkritikus oldószerek Analitikai és mőveleti alkalmazása, Budapest, Hungary, 22 May, 2008 3. O. Czakkel, E. Geissler, Gy. Onyestyák, G. Pilatos, V. Kouvelos, N. Kanellopoulos, K. László High selectivity activated carbon for CO 2 /CO separation (+ CD ROM of Extended Abstracts; 5 pages) Carbon 2007, Seattle, USA, 15 20 July, 2007 9

4. O. Czakkel Szárítás hatása a rezorcini iformaldehid gélek szerkezetére IV. Doktoráns konferencia, BME-VBK, Budapest, Hungary, 7. February, 2007 Poszterek 1. O. Czakkel, E. Székely, I.M. Szilágyi, E. Geissler, K. László Distribution of transition metals in carbon aerogels Hercoules specialized course: Scattering and imaging studies of soft matter systems using synchrotron radiation and neutrons, Grenoble, France, 16 22 November 2008 2. O. Czakkel, E. Székely, I.M. Szilágyi, E. Geissler, K. László Distribution of transition metals in carbon aerogels 22 nd Conference of the European Colloid and Interface Society (ECIS), Cracow, Poland, 31 August 5 September 2008 3. O. Czakkel, E. Székely, I.M. Szilágyi, E. Geissler, A. Moussaïd, K. László Preparation of resorcinoli iformaldehyde gels for advanced carbon materials Polymer networks group conference, Larnaca, Cyprus, 22 26 June, 2008 4. O. Czakkel, E. Geissler, Gy. Onyestyák, K. László Sorption and gas separation properties of spherical carbons (+ CD ROM of Extended Abstracts; 8 pages) Carbon 2006, Aberdeen, United Kingdom, 16 21 July 2006 5. O. Czakkel, K. Marthi, E. Geissler, K. László Influence of drying on the morphology of resorcinoli iformaldehyde based carbon gels Carbon for energy storage and environment protection (CESEP 05), Orleans, France, 2 6 September 2005 6. O. Czakkel, K. Marthi, K. László Preparation and characterization of carbon gels (+ CD ROM of Extended Abstracts; 5 pages) Poranal 2004, Balatonfüred, Hungary, 5 7 September 2004 B) A Disszertációhoz nem kapcsolódó publikációk Cikkek 1. O. Czakkel, Gy. Onyestyák, G. Pilatos, V. Kouvelos, N. Kanellopoulos, K. László Kinetic and equilibrium separation of CO and CO 2 by impregnated spherical carbons Microporous Mesoporous Materials, 2009, 120 76-83 (IF 2007: 2.21) 2. K. László, O. Czakkel, E. Geissler Wetting and non-wetting fluids in surface-functionalized activated carbons Colloid and Polymer Science 2008, 286, 59-65 (IF 2007: 1.62) 10

3. K. László, O. Czakkel, K. Josepovits, C. Rochas, E. Geissler Influence of surface chemistry on the SAXS response of polymer-based activated carbons Langmuir 2005, 21 8443-8451 (IF 2005: 3.705 CI: 2) Szóbeli elıadások 1. E. Geissler, O. Czakkel, K. László Water vapour adsorption in surface oxidized microporous carbons Poranal 2008, Debrecen, Hungary, 27 29 August, 2008 2. O. Czakkel, Zs. Ötvös, N. Kanellopoulos, K. László CO 2 /CO separation on spherical carbons 9 TH Conference on colloid chemistry, Siófok, Hungary, 3 5 October, 2007 3. K. László, O. Czakkel, K. Josepovits, C. Rochas, E. Geissler Surface chemistry as seen by the SAXS response of polymer-based activated carbons (+ CD ROM of Extended Abstracts; 8 pages) Carbon 2005, Gyeongju, Korea, 3 7 July, 2005 4. K. László, A. Makó, O. Czakkel, J. Ulrich, G. Subklew Characterization of soils by physico-chemical methods DAADi imöb Tudományos konferencia, Budapest, Hungary, 4 6 February, 2005 Poszterek 1. O. Czakkel, T. Renkecz, K. László Characterization of porous carbons for biomedical applications Poranal 2008, Debrecen, Hungary, 27 29 August, 2008 2. O. Czakkel, E. Székely, K. László Mesoporous spherical carbon precursor prepared by supercritical CO 2 drying 9 th Conference on colloid chemistry, Siófok, Hungary, 3 5 October, 2007 3. O. Czakkel, E. Geissler, Gy. Onyestyák, G. Pilatos, V. Kouvelos, N. Kanellopoulos, K. László CO 2 /CO separation by high selectivity activated carbon Carbon for Energy Storage and Environment Protection (CESEP 07), Cracow, Poland, 2 6 September, 2007 4. Gy. Onyestyák, O. Czakkel, V. Kouvelos, N. Kanellopulos, K. László Fast kinetic study on CO/CO 2 separation by impregnated spherical carbons 2 nd International School and Workshop on IN-Situ Study and DEvelopment of Processes Involving PORous Solids (INSIDE-POReS), CERTH, Thessaloniki, Greece 24 28 February, 2007 11

5. O. Czakkel, Gy. Onyestyák, V. Kouvelos, N. Kanellopulos, K. László Comparison of equilibrium and kinetic CO 2 /CO selectivity on impregnated spherical carbons 2 nd International School and Workshop on IN-Situ Study and DEvelopment of Processes Involving PORous Solids (INSIDE-POReS), CERTH, Thessaloniki, Greece 24 28 February, 2007 6. O. Czakkel, E. Geissler, Gy. Onyestyák, K. László CO/CO 2 separation properties of spherical carbons 20 th Conference of the European Colloid and Interface Society (ECIS) and 18 th European Chemistry at Interfaces Conference (ECIC), Budapest, Hungary, 17 22 September 2006 7. K. László, A. Makó, O. Czakkel, J. Ulrich, G. Subklew Characterization of soils by physico-chemical methods (+CD ROM of Extended Abstracts; 6 pages) Poranal 2004, Balatonfüred, Hungary, 5 7 September 2004 C) Elıkészületben O. Czakkel et al: Ti doped polymer and carbon aerogels 12