FTIR štúdium Hydrotalcitu

FTIR štúdium Hydrotalcitu

Celkové hodnotenie

Vedecká práca
70%
Prevedenie (dizajn)
70%
Diskusná interakcia
80%
PoužívateľVedecká prácaDizajnDiskusná interakcia
Ing. Zuzana Brnoliaková PhD.60%60%80%
RNDr. Dmitrij Bondarev PhD.80%80%80%
ISBN: 978-80-972360-2-1

FTIR štúdium Hydrotalcitu

Miroslava Mališová1
1 Fakulta chemickej a potravinárskej technológie Slovenskej technickej univerzity v Bratislave, Bratislava, Slovensko
mamiroslava@gmail.com

Hydrotalcit je jedným z dvojvrstvových hydroxidov, ktorý sa vďaka svojim významným vlastnostiam používa ako katalyzátor. Jeho vrstevnatá štruktúra je tvorená katiónovými listami a medzivrstvovým priestorom, v ktorom je voľne rozptýlená voda a anióny. Najmä vďaka aniónom v medzivrstve patrí hydrotalcit medzi rozsiahlu skupinu aniónových ílov. Jednou z jeho významných vlastností je pamäťový efekt, na základe ktorého je možné pripraviť hydrotalcit požadovaného zloženia. Vďaka pamäťovému efektu totiž dokáže po kalcinácii, pri ktorej dochádza k odstráneniu medzivrstvovej vody, nadobudnúť naspäť svoju vrstevnatú štruktúru.

Na prípravu hydrotalcitu je možné použiť niekoľko rôznych metód prípravy. Najbežnejšou je simultánne zrážanie, ktoré bolo použité aj pri príprave našich vzoriek. Do katiónových vrstiev je možné okrem hliníka a horčíka pridať aj ďalšie kovy, ktoré menia vlastnosti daného hydrotalcitu. Katióny však musia spĺňať určité parametre. Takto pripravený HT je následne podrobený kalcinácii pri teplote 150- 750 °C, ktorá mení jeho vrstevnatú štruktúru. Analýzou pomocou FTIR spektrometra je možné podrobne sledovať zmeny v štruktúre, ku ktorým dochádza pri jednotlivých teplotách. Zmeny spôsobené kalcináciou ovplyvňujú výsledné vlastnosti katalyzátora.

Pomocou FTIR spektroskopie sme sa zamerali na štúdium týchto zmien a vznik takzvanej spinelovej štruktúry v hydrotalcite.

Poďakovanie: 

Na výskume sa spolupodielal Výskumný ústav pre ropu a uhľovodíkové plyny, ktorému ďakujem za prípravu vzoriek hydrotalcitov. Tento výskum bol finančne podporovaný Agentúrou pre výskum a vývoj pod číslom APVV-15-0449.

Zdroje: 

Diskusia

Dobry den, mohli by ste.prosim vas, blizsie specifikovat pouzitie hydrotalcitu v praxi, na aky typ reakcii a v ktorom priemyselnom odvetvi nasiel svoje uplatnenie. Vasa praca je podrobne prepracovana, plna technickych detailov, ale skuste, prosim vas, trochu spopularizovat vysledky vasej prace aj "laickej" verejnosti". Pokuste sa, prosim vas, zhrnut vyznam a dosah vasej studie. Dakujem, ZB

Hydrotalcit je širokospektrálny katalyzátor. Jeho využitie je vo viacerých odvetviach. Jednym z hlavnych dôvodov jeho vyroby v súčastnosti je jeho využitie pri odstraňovaní Oxidov Dusíka tzv. NOx zo spalín. Práve pouzitie Hydrotalcitu redukuje tvorbu NOx v spalinách a ich unikanie do ovzdušia. NOx patria medzi skleníkove plyny, ktoré vyrazne prispievajú k tvorbe kyslych dažďov.
Hydrotalcit sa takisto využíva aj v medicíne, kde je jeho využitie na liečbu a prevenciu zažívacích ťažkostí, palení zahy v neskorom tehotenstve a podobne.
My sa na oddelení Ropy a uhľovodíkových plynov momentálne zaoberáme využitím hydrotalcitu ako katalyzátora na vyrobu Bionafty, z rastlinných olejov. Tato nafta ma aj vdaka hydrotalcitu vlastnosti, ktore su uplne porovnateľné s naftou z ropy, tým pádom by ju v buducnosti mohla nahradit, cim by sa aj zredukovali emisie produkovane autami.Jeho využitie ma výhodu aj v tom, ze jeho priprava nieje náročná. Dúfamam, že som Vam dostatočne odpovedala.
Dakujem Miroslava Mališová

Dobry den, mohli by ste.prosim vas, blizsie specifikovat pouzitie hydrotalcitu v praxi, na aky typ reakcii a v ktorom priemyselnom odvetvi nasiel svoje uplatnenie. Vasa praca je podrobne prepracovana, plna tSu napr. ine naroky pri priprave pre medicinske ucely? Okrem toho mam este dalsiu otazku, mozno prilis odvaznu, vzhladom na to, ze ste diplomantka, ale staci mi vas nazor, aky je podla Vas trend v nahraditelnosti ropy.. Moze byt naozaj bionafta dostatocnou nahradou ropy vzhadom na tak obrovske vyuzitie, ktore ma? A este taka mala podotazka.. na studii ste pracovali v time viacerych kolegov, alebo je to vylucne vasa praca, pytam sa vzhladom na to, ze neuvadzate ziadnych spoluatorov. Este raz gratulujem k peknej studii a prajem vela uspechov.

Dobrý deň,ďakujem za otázku.
Využitie hydrotalcitu v medicíne nemám podrobne preštudované. Avšak viem, že na prípravu hydrotalcitu pre medicínske účely sa kladie dôraz hlavne na obsah hliníka a horčíka, ktorý nesmie prekročiť isté hranice aby nebol pre telo škodlivý. Takisto pre hydrotalcit v medicíne sa používa len základný, to znamená ten ktorý ma vo svojej štruktúre len základné kovy ako sú Al a Mg, čiže sa tam nepridávajú iné ako napríklad Ni či kobalt.
Čo sa týka nahraditeľnosti ropy, je to dosť zložité. Sú odvetvia v ktorých už v súčastnosti ropu nahradiť vieme ako napríklad palivá, v petrochémii a podobne avšak využitie ropy je veľmi rozšírne. Vyrába sa z nej neskutočne veľa produktov od plastov cez kozmetiku.V súčastnosti je dosť rozšírená recyklácia, vďaka čomu sa spotrebuje menej ropy a práve vďaka tomu si myslím, že sa v budúcnosti bude dať úplne nahradiť. Takisto letecké palivo z ropy, čo bolo v minulosti veľký problém nahradiť sa momentálne dá jendnoducho synteticky pripraviť napríklad z uhlia. V južnej Afrike už niekoľko rokov vďaka spoločnosti Sasol lietajú lietadlá na čisto syntetické palivo z uhlia.
Čo sa týka konkrétne bionafty, je tam viacej faktorov ktoré ovplyvňujú či by mohla nahradiť bežné palivá z ropy. Čo sa týka vlastností, tak v dnešnej dobre sa dá vyrobiť bionafta, ktorá ma vlastnosti úplne zrovnateľné s bežnou naftou do áut, či už sa jedná o viskozitu, kvalitu, cetánové číslo a podobne. Výkonnostne je takisto na tom bionafta v porovnaní s bežnou rovnako, čiže výhon motora nieje obmedzený, a ani ho bionafta nepoškodzuje, takže by ju teoreticky nahradiť úplne mohla. Druhou stránkou veci sú však suroviny na prípravu tejto bionafty. V súčastnosti sa bionafta vyrába z potravinárskych plodín ako je repka olejná, slnečnicový olej, kukurica a podobne. Nevýhodou využitia týchto surovín je práve to že sa odoberá pôda, ktorá by sa dala využiť na pestovanie potravín pre ľudí a taktiež dochádza k výrubu lesov a lúk, kvôli pestovaniu týchto plodín, to je jednou z hlavných nevýhod prípravy.
Môj názor teda je, že áno bionafta by mohla nahradiť raz v budúcnosti úplne ropné palivá, lenže za akú cenu. V súčastnosti sa dosť pracuje na výrobe bionafty aj napríklad z použitých fritovacích olejov z reštaurácii a podobne, čo by bolo z môjho pohľadu veľmi výhodné pretože by sa tým neničili lesy a nevyužívala by sa pôda na pestovanie rastlín kvôli palivu. Jednou veľmi veľkou výhodu bionafty však naďalej zostáva, že je ekologická, to znamená že neznečisťuje životné prostredie, nie sú tam emisie a nepodporuje sa tým skleníkový efekt. Čo je v dnešnej dobe veľmi veľký problém.
Táto téma bola mojou bakalárskou prácou, takže väčšinu práce v laboratóriu aj spracovanie výsledkov som robila sama no mala som konzultanta u nás na oddelení ktorý mi s prácou pomáhal. Bol to môj vedúci bakalárskej práce Ing. Michal Horňáček PhD., ktorého som tam síce neuviedla ako autora ale on bol človekom ktorý mi redukoval a kontroloval moju prácu. Takisto som spolupracovala s firmou VURUP, vďaka ktorej som mala vzorky katalyzátoro na ďalšie skúmanie. Je pravda, že som ich tam mohla uviesť ako spoluautorov ale neuvedomila som si to pri vypracovávaní práce sem na konferenciu.
Dúfam, že som Vám dostatočne zodpovedala otázku, ďakujem

Dobrý den. Zmiňujete tvarovou paměť u HT. Je to opravdu tvarová paměť? Nejde jen o obyčejnou fázovou přeměnu? Myslím, že o paměti se mluví u slitin a polymerů, kdy materiály zaujmou přesný tvar (vzájemnou polohu segmentů) po návratu z nějakého deformovaného stavu a nejsem si jistý, že tady pracujete s přesnými tvary částic a polohami jednotlivých vrstev, ale možná se mýlím.
Jinak pěkná práce. Dají se využít tyto poznatky například při studiu katalytické aktivity nebo návrhu nových katalytických systému? Děkuji za odpověď.

Dobrý deň, ďakujem za Vašu otázku,
Pri písaní tejto práce som pracovala s viacerými publikáciami, ktoré sú uvedené v zdrojoch, kde sa spomína pamäťový efekt teda tvárová pamäť. Prá...�ve v týchto článkoch sa hovorí o tom, že hydrotalcit sa pri teplote kalcinácie vyššej ako 450°C rozpadá na zmesné oxidy kovov (Mg,Al,Zn,NI .. ) Pri vystavení týchto oxidov vode pri vhodných podmienkach nadobudne hydrotalcit opätovne dvojrozmernú vrstevnatú štruktúru. V prípadoch keď sa autori zaoberali týmto pamäťovým efektom, porovnávali štruktúru, dĺžku väzieb kovov a oxidov a zistili že sa nezmenila. Boli tam však odpozorované silnejšie väzby, čo sa využíva pri získaní aktívnych pevných katalyzátoroch. Preto sa skôr prikláňam k stanovisku že sa predsa len jedná o pamäťový efekt než o fázovú premenu, vzhľadom na to že sa nadobudne rovnaká vrstevnatá štruktúra konkrétne teda katiónové listy a medzivrstva s aniónmi. Viacerí autori to vysvetľujú tým, že štruktúra HT pri kalcinácii 450°C a viac síce kolabuje ale katiónové prostredie zostáva rovnaké. Pri rehydrarácii však niekedy dochádza ku malým obmenám ako napríklad dochádza ku výmene Co32- aníonu z medzivrstvy za OH- anióny. Dôvodom je že je HT aktívnejší pri katalyzovaní niektorých konkrétnych reakcií ako napríklad Knoevenagelova kondenzácia aldehydov s nitrilmi v prítomnosti vody alebo Michaelova reakcia nitrilov s α,β-nenasýtenými zlúčeninami a mnohé ďalšie. Treba pritom podotknúť že HT s obsahom CO32- nevykazoval takúto aktivitu pri daných reakciách.
Poznatky získané mojou prácou sa dajú využiť pri štúdiu katalytickej aktivity najmä vďaka tomu, že pomocou FTIR snímok môžeme vidieť kedy dochádza ku kolabovaniu vrstevnatej štruktúry a tým ku strate katalytickej aktivity. Vďaka týmto poznatkom môžeme vidieť, ako sa štruktúra mení a takisto aký vplyv na štruktúru majú jednotlivé kovy pridané do HT.
Ďakujem