1. Razgradnja polikarbonata (PC) v podkritični vodiŠpela Lepoša, 2024, undergraduate thesis Abstract: Uporaba plastike v vsakdanjem življenju drastično raste. Z večanjem količine plastičnih izdelkov se sorazmerno povečuje tudi število plastičnih odpadkov, kar predstavlja velik problem z vidika varovanja okolja. Razgradnja plastike v naravnem okolju je zelo počasen proces, zato raziskovalci iščejo metode za razgradnjo plastičnih mas, z namenom pridobitve dragocenih surovin, ki so primerne za nadaljnjo uporabo. Ena izmed pogosteje uporabljenih plastik je tudi polikarbonat (PC), ki se uporablja za proizvodnjo raznih izdelkov.
Namen in cilj diplomskega dela je bil raziskati razgradnjo plastike iz PC v podkritični vodi in ugotoviti, katere uporabne produkte lahko pridobimo iz nje. Za proces razgradnje PC smo uporabili visokotlačni in visokotemperaturni šaržni reaktor. Eksperimente smo izvajali pri temperaturi 250 °C in reakcijskih časih 60 in 120 min, medtem ko smo pri temperaturah 300 in 350 °C reakcije izvajali pri 5, 15, 30, 60 in 120 min. Kot produkte hidrotermične razgradnje smo dobili oljno, plinsko, vodno in trdno fazo. Največji izkoristek oljne faze smo dosegli pri 350 °C po 15 min in je znašal 97,7 %. Pri 250 °C je najvišje izkoristke dosegla trdna faza, ki je predstavljala nerazgrajeno plastiko iz PC, zato se je izkazalo, da je temperatura 250 °C prenizka za uspešno razgradnjo.
Analize oljne in plinske faze smo izvedli z metodo plinske kromatografije s plamensko ionizacijskim detektorjem (GC-FID), vodnim fazam smo določili totalni ogljik (TC) s TOC analizatorijem medtem ko smo trdne faze analizirali s Fourierjevo transformacijo z infrardečo spektroskopijo (FTIR). V oljni fazi smo določili tri glavne razgradne produkte: bisfenol A (BPA), 4-izopropilfenol in fenol. Maksimalni izkoristek BPA (40,9 %) smo dosegli pri 250 °C in 120 min, kar lahko pripišemo začetni razgradnji PC v glavni monomer BPA. S podaljševanjem reakcijskega časa in z naraščajočo temperaturo je izkoristek BPA upadal, zaradi pretvorbe v nadaljnje komponente (fenol in 4-izopropilfenol). V plinski fazi so bili poleg CO2 prisotni večinoma alkani in alkeni. Z naraščajočo temperaturo in podaljševanjem reakcijskega časa je naraščalo število prisotnih komponent v plinski mešanici, kot posledica razpada daljših ogljikovodikov na krajše.
Ugotovili smo, da je hidrotermična razgradnja PC uspešna metoda in predstavlja alternativni pristop recikliranja plastike iz PC, s katerim lahko pridobimo vredne razgradne produkte, ki so primerni za nadaljnjo uporabo.
Keywords: hidrotermična razgradnja, polikarbonat, podkritična voda, kemijsko recikliranje, BPA
Published in DKUM: 18.09.2024; Views: 0; Downloads: 14
 Full text (2,70 MB) |
2. Decomposition and fragmentation of conventional and biobased plastic wastes in simulated and real aquatic systemsOlivija Plohl, Lidija Fras Zemljič, Alen Erjavec, Noemi Sep, Maja Čolnik, Yee Van Fan, Mojca Škerget, Annamaria Vujanović, Lidija Čuček, Julija Volmajer Valh, 2024, original scientific article Abstract: Plastics play a crucial role in our daily lives. The challenge, however, is that they become waste and contribute to a global environmental problem, increasing concerns about pollution and the urgent need to protect the environment. The accumulation and fragmentation of plastic waste, especially micro- and nanoplastics in aquatic systems, poses a significant threat to ecosystems and human health. In this study, the decomposition and fragmentation processes of conventional and biobased plastic waste in simulated water bodies (waters with different pH values) and in real water systems (tap water and seawater) are investigated over a period of one and six months. Three types of plastic were examined: thermoplastic polyethylene terephthalate and thermoset melamine etherified resin in the form of nonwovens and biobased polylactic acid (PLA) in the form of foils. Such a comprehensive study involving these three types of plastics and the methodology for tracking degradation in water bodies has not been conducted before, which underlines the novelty of the present work. After aging of the plastics, both the solid fraction and the leachate in the liquid phase were carefully examined. The parameters studied include mass loss, structural changes and alterations in functional groups observed in the aged plastics. Post-exposure assessment of the fragmented pieces includes quantification of the microplastic, microscopic observations and confirmation of composition by in situ Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopy. The leachate analysis includes pH, conductivity, turbidity, total carbon and microplastic size distribution. The results highlight the importance of plastic waste morphology and the minor degradation of biobased PLA and show that microfibers contribute to increased fragmentation in all aquatic systems and leave a significant ecological footprint. This study underlines the crucial importance of post-consumer plastic waste management and provides valuable insights into strategies for environmental protection. It also addresses the pressing issue of plastic pollution and provides evidence-based measures to mitigate its environmental impact.
Keywords: polylactic acid, polyethylene terephthalate fabric, melamine etherifed resin fabric, aquatic environment, fragmentation, waste disposal
Published in DKUM: 09.09.2024; Views: 73; Downloads: 20
Full text (3,73 MB)
This document has many files! More... |
3. Eco friendly functional finishes of polyester fabric using keratin from wool and feather wastesLidija Fras Zemljič, Maja Čolnik, Darinka Fakin, Tanja Pušić, Vanessa Wendy Bračko, Tjaša Kraševac Glaser, Mojca Škerget, 2024, original scientific article Abstract: This research showcases the use of hydrothermally extracted solutions from poultry feathers and wool as ecofriendly and versatile textile finishes. These solutions, derived from waste biomass containing the keratin
biopolymer, were obtained through environmentally conscious hydrothermal degradation processes. Initially,
the study focused on analysing the chemical parameters and properties of both dialysed and non-dialysed solutions extracted from feathers and wool. The investigation tracked primarily the presence of keratin within these
solutions. Upon application to polyester textiles as the reference material, the presence of these solutions on the
fabric surface was confirmed successfully. A thorough physicochemical analysis of the treated textiles involved
various analytical techniques. These encompassed surface composition analysis via X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopy (ATR-FTIR), assessment of wettability through Contact Angle measurements, determination of surface charge using surface zeta
potential, and examination of the thermal and flame-retardant properties via Differential Scanning Calorimetry
(DSC), Thermogravimetric Analysis (TGA), and calorimetric tests. In addition, the colour, UV radiation transmission and antioxidant activity were evaluated using standard tests.
The remarkable effects of the treatment have been observed in the exceptional antioxidative action, fire
resistance, UV protection and enhanced hydrophilicity of these innovative multifunctional textiles. This
approach holds significant implications across research, economics and society, enriching Material Science by
deepening the understanding of materials and their multifaceted properties. Moreover, it promotes resource
efficiency, opens new sustainable textile market prospects, and contributes to social impact by supporting
environmental sustainability, engaging communities and ensuring health and safety benefits.
Keywords: poultry feathers and wool, hydrothermal extraction, polyester, finishing, green, multifunctionality
Published in DKUM: 03.09.2024; Views: 43; Downloads: 13
Full text (1,87 MB)
This document has many files! More... |
4. Degradation of waste tetra pak packaging with hydrothermal treatment in sub-/supercritical waterMihael Irgolič, Maja Čolnik, Petra Kotnik, Mojca Škerget, 2024, original scientific article Keywords: hydrothermal degradation, waste packing, tetra pak, subcritical water, subcritical waste, chemical recycling, one-stage process, two-stage process, product analysis
Published in DKUM: 16.07.2024; Views: 88; Downloads: 8
Full text (2,12 MB) |
5. Comparative study of hydrothermal decomposition of virgin and recycled polypropyleneMihael Irgolič, Maja Čolnik, Petra Kotnik, Lidija Čuček, Mojca Škerget, 2023, original scientific article Abstract: Plastics are widely used due to their versatile properties and numerous applications. However, the proper management of plastic waste is a major challenge, even though it is recyclable. The process of repeated recycling can cause the quality of the material to decrease as unwanted contaminants and pollutants increase. This can affect the chemical recycling of plastics at the end of their life and the recovery of secondary products that can be used in other applications. In this study, the chemical degradation of virgin polypropylene (vPP) and recycled polypropylene (rPP) was investigated in supercritical water at a temperature of 450 °C and a reaction time of 15 to 240 min. The oil phase was the primary decomposition product and was obtained in high yield, which reached a maximum after 30 min of reaction time and was 96.9 % for vPP and 94.5 % for rPP. The results of our study show that there are some differences in the product composition depending on which material (vPP or rPP) is chemically recycled.
Keywords: virgin polypropylene, plastics, chemical degradation, chemical recycled
Published in DKUM: 18.04.2024; Views: 235; Downloads: 5
Full text (1,65 MB)
This document has many files! More... |
6. Kemijsko recikliranje PLA plastičnih odpadkov s hidrotermičnimi postopki : magistrsko deloEma Šušteršič, 2024, master's thesis Abstract: Polimlečna kislina oz. PLA je popolnoma biološko razgradljiv polimer, ki velja za enega najbolj obetavnih polimerov na biološki osnovi in predstavlja odlično alternativo plastiki na osnovi nafte. Njen osnovni gradnik je mlečna kislina, ki nastane s fermentacijo sladkorjev pridobljenih iz obnovljivih virov. Namen magistrske naloge je bil preučiti recikliranje odpadne plastike iz PLA z uporabo podkritične vode, ki predstavlja zeleno in perspektivno tehnologijo. Preučili smo pridobitev tako glavnih (monomer PLA- mlečna kislina) kot tudi sekundarnih produktov (različne organske kisline). Eksperimente smo izvajali z dvema različnima materialoma PLA, in sicer osnovno PLA in odpadno PLA pri različnih temperaturah (180, 200, 250 in 300 °C), različnih reakcijskih časih (10, 20, 30 in 60 min) in v različnih atmosferah (dušik in zrak). Po reakciji razgradnje smo kot produkt dobili tri faze (trdno, vodno in plinasto fazo). V vseh primerih smo najvišje izkoristke dosegli v vodni fazi, medtem ko so se izkoristki trdne faze z zviševanjem temperature in reakcijskega časa, tekom reakcije razgradnje zniževali, izkoristki plinov pa naraščali. Glavni produkt razgradnje PLA je mlečna kislina, ki smo jo analizirali s HPLC metodo. Optimalni pogoji za pridobitev najvišje koncentracije mlečne kisline pri razgradnji osnovne PLA smo dosegli pri 250 °C in 30 min in je v zračni atmosferi znašala 43,6 mg/mL (87,2 %), medtem ko smo v dušikovi atmosferi pridobili malenkost nižjo koncentracijo mlečne kisline in sicer 43,4 mg/mL (86,6 %). Pri razgradnji odpadne PLA smo v vodni fazi zasledili nižje koncentracije mlečne kisline, saj odpadna PLA vsebuje tudi primesi in aditive, ki po reakciji ostanejo v trdnem ostanku. V vodni fazi smo v manjših koncentracijah pridobili tudi ocetno, mravljično, akrilno, oksalno in propanojsko kislino. Pri povišani temperaturi (300 °C) pa se mlečna kislina in sekundarni produkti pričnejo razgrajevati v pline. Vodni fazi smo določili tudi vsebnost totalnega ogljika (TC). Najvišjo koncentracijo TC smo določili pri razgradnji osnovne PLA (24,9 mg/mL) pri 250 °C in 30 min v zračni atmosferi . Na koncu smo s pomočjo FTIR analize okarakterizirali še trdni preostanek, ki je nastal po reakciji.
Keywords: bioplastika, polimlečna kislina (PLA), mlečna kislina, recikliranje, hidrotermična razgradnja, podkritična voda
Published in DKUM: 02.04.2024; Views: 318; Downloads: 6
Full text (3,70 MB) |
7. Separacija in karakterizacija vrednih spojin iz zunanje arašidove (Arachis hypogaea L.) lupine z vodo pri podkritičnih pogojih : magistrsko deloMaja Gračner, 2023, master's thesis Abstract: Arašid (Arachis hypogaea L.) je strok ali stročnica iz družine Leguminosae. V svetovnem merilu se arašidi pridelujejo predvsem zaradi olja iz semen, so pa tudi pomemben vir beljakovinske hrane v državah v razvoju in v razvitih državah. Lupine arašidov so bogat in poceni stranski proizvodi predelave arašidov. Vsako leto pridelamo kar 5 milijonov ton lupin arašidov. Funkcionalne sestavine v lupinah arašidov so še vedno premalo izkoriščene, zato je gospodarsko zelo pomembno, da se podrobneje razišče lastnosti in možnosti uporabe lupin arašidov.
Glavni namen magistrske naloge je bil načrtovanje in optimiziranje postopka izolacije vrednih spojin iz arašidovih olupkov z uporabo metode odzivnih površin z zasnovo Box-Behnkenovega načrtovanja. Za separacijo vrednih spojin smo uporabili okolju prijazno ekstrakcijo s podkritično vodo. Načrt optimizacije na osnovi odzivnih površin nam je omogočil določitev optimalnih pogojev (temperature, časa ekstrakcije in razmerja topilo/material) za maksimiranje izkoristka ekstrakcije in vsebnosti furfuralov v ekstraktih.
Pridobljene ekstrakte smo preučevali s pomočjo tekočinske kromatografije visoke ločljivosti (HPLC) ter UV-Vis spektrofotometrije. Določevali smo celokupne ogljikove hidrate, totalne fenole, antioksidativno aktivnost, vsebnost sladkorjev (glukoze in fruktoze) ter derivate sladkorjev (levulinsko kislino, 5-HMF in furfural)
Na podlagi rezultatov smo ugotovili, da so optimalni pogoji ekstrakcije za maksimiranje izkoristka in deleža furfurala izoliranega iz arašidovih lupin pri temperaturi 200 °C, času ekstrakcije 45 min in razmerju topilo/material 21 mL/g. Pri teh pogojih je teoretični izkoristek ekstrakcije znašal 30,43 %, eksperimentalni pa 31,36 %. Teoretična učinkovitost izolacije furfurala je bila 33,22 mg/g lupin, eksperimentalno dobljena pa 34,68 mg/g lupin. Pri teh pogojih so pridobljeni ekstrakti pokazali tudi bogat profil biološko aktivnih spojin, vključno s fenolnimi spojinami ter antioksidanti.
Keywords: zunanje lupine arašidov, podkritična ekstrakcija, Box-Behnken, metoda odzivnih površin, optimizacija
Published in DKUM: 28.11.2023; Views: 441; Downloads: 46
Full text (4,91 MB) |
8. Efficient and Green Isolation of Keratin from Poultry Feathers by Subcritical WaterMojca Škerget, Maja Čolnik, Lidija Fras Zemljič, Lidija Gradišnik, Tanja Živković Semren, Blanka Tariba Lovaković, Uroš Maver, 2023, original scientific article Abstract: The isolation of keratin from poultry feathers using subcritical water was studied in a batch reactor at temperatures (120–250 °C) and reaction times (5–75 min). The hydrolyzed product was characterized by FTIR and elemental analysis, while the molecular weight of the isolated product was determined by SDS-PAGE electrophoresis. To determine whether disulfide bond cleavage was followed by depolymerization of protein molecules to amino acids, the concentration of 27 amino acids in the hydrolysate was analyzed by GC/MS. The optimal operating parameters for obtaining a high molecular weight protein hydrolysate from poultry feathers were 180 °C and 60 min. The molecular weight of the protein hydrolysate obtained under optimal conditions ranged from 4.5 to 12 kDa, and the content of amino acids in the dried product was low (2.53% w/w). Elemental and FTIR analyses of unprocessed feathers and dried hydrolysate obtained under optimal conditions showed no significant differences in protein content and structure. Obtained hydrolysate is a colloidal solution with a tendency for particle agglomeration. Finally, a positive influence on skin fibroblast viability was observed for the hydrolysate obtained under optimal processing conditions for concentrations below 6.25 mg/mL, which makes the product interesting for various biomedical applications.
Keywords: poultry feathers, subcritical water hydrolysis, keratin, physico-chemical characterization, cytotoxicity
Published in DKUM: 28.11.2023; Views: 456; Downloads: 153
Full text (2,78 MB)
This document has many files! More... |
9. Recikliranje odpadnih plastičnih mas s hidrotermičnimi postopki : magistrsko deloKaja Makoter, 2023, master's thesis Abstract: Poliolefini, med katerimi sta najbolj zastopana predstavnika polietilen (PE) in polipropilen (PP), so daleč največji razred sintetičnih polimerov, ki se danes izdelujejo in uporabljajo. Predstavljajo več kot 40 % letno proizvedene plastike, pri čemer se ta količina povečuje in s tem se povečuje tudi letna količina proizvedenih odpadkov. Da bi lahko ta odpadni material pretvorili v uporabne produkte, smo izvedli hidrotermično razgradnjo različnih materialov iz PE in PP z nadkritično vodo.
Hidrolizo smo izvedli na osnovnem in recikliranem HDPE pri različni temperaturi (425 °C in 450 °C ) in različnih reakcijskih časih (15 min do 240 min). Pri reakcijskih pogojih 450 °C in 60 min smo degradirali tudi ostale poliolefinske mešanice (metaloceniski LLDPE, dva reciklirana LDPE, dve mešanici granulata (MDPE+LLDPE in LDPE+rLDPE) in foliji iz teh dveh granulatov, folijo PP in vrečko iz LDPE materiala. Kot rezultat smo dobili produkte trdne, plinske, oljne in vodne faze. Trdne faze smo analizirali s Fourierjevo transformacijsko infrardečo spektrskopijo (FTIR), oljne in plinske faze smo analizirali s plinskim kromatografom z masnim spektrometrom (GC-MS) in vodne faze na analizatorju celokupnega ogljika (TOC).
Ugotovili smo, da pri kratkih reakcijskih časih nastajajo voski, medtem ko z daljšanjem reakcijskih časov dobimo oljne produkte. V vseh primerih belega ali prozornega granulata in prozorne folije, je nastalo manj kot 1 % ostanka. Več ostanka je nastalo v primeru materialov, ki so vsebovali aditive, torej pri vHDPE (1,57 %), rLDPE2 (1,43 %) in pri vzorcu vrečke (2,97 %).
Oljna faza predstavlja tudi glavni produkt razgradnje poliolefinov. Pri vseh vzorcih smo pri 450 °C in 60 min dobili izkoristek oljne faze višji od 89 %. Največji delež oljne faze pri polipropilenskem materialu so predstavljale aromatske spojine (46,77 %), med tem ko pa so v primeru polietilenskih materialov največji delež predstavljali nasičeni alifatski ogljikovodiki (med 50 % in 55 %).
Pri osnovnem in recikliranem HDPE smo ugotovili, da je izkoristek plinske faze naraščal z naraščanjem reakcijskega časa (pri osnovnem od 1,32 % do 25,62 % in pri recikliranem od 1,29 % do 29,23 %). Izkoristki ostalih poliolefinskih mešanic pri pogoju 450 °C in 60 min so bili med 4 % in 10 %. Plinske faze so bile o večini sestavljene iz krajših alkanov in alkenov (C1-C6), med katerimi prevladujeta etan in propan.
Najvišjo koncentracijo celokupnega ogljika v vodni fazi smo dokazali v primeru osnovnega HDPE materiala (2458 mg/L) pri 450 °C in 60 min.
Rezultati te študije kažejo, da nadkritična voda predstavlja dober reakcijski medij za pretvorbo odpadnih poliolefinov v uporabne produkte.
Keywords: poliolefini, hidrotermična razgradnja, nadkritična voda, GC-MS, FTIR, TOC
Published in DKUM: 14.11.2023; Views: 521; Downloads: 0
Full text (4,91 MB) |
10. Izolacija keratina iz odpadne biomase z alkalno hidrolizo : magistrsko deloKlemen Gradišnik, 2023, master's thesis Abstract: Keratin je fibrilarna strukturna beljakovina, ki jo najdemo v različnih telesnih tkivih živali in ljudi. Ta tkiva vključujejo volno, perje, lase, nohte, kljun, luske itd. V zadnjih nekaj letih je keratin zaradi svojih ugodnih kemijsko-fizikalnih lastnosti vzbudil veliko zanimanja na področju biomedicine, farmacije (npr. tkivno inženirstvo) in kozmetike. Nekatere vire keratina je mogoče pridobiti praktično brezplačno, saj mnogi predstavljajo odpadno biomaso ali ostanke v različnih vrstah industrije. Dober primer sta mesna in perutninska industrija, kjer se po vsem svetu proizvedejo velike količine volne in odpadnega perja. Po statističnih podatkih ameriške organizacije za prehrano in kmetijstvo (FAO) je svetovna proizvodnja mesa leta 2018 dosegla kar 342 milijonov ton. To pomeni, da je bila proizvedena tudi zelo velika količina odpadne biomase, bogate s keratinom. Ob prikladnosti nizke cene teh s keratinom bogatih virov z njihovo ponovno uporabo koristimo tudi okolju, saj bi sicer te odpadne proizvode sežgali (kar bi povečalo vsebnost ekvivalentov CO2 v ozračju), zakopali ali odložili na odlagališčih. V okviru magistrske naloge smo izvedli izolacijo keratina z alkalno hidrolizo iz odpadne ovčje volne in perutninskega perja. Kot alkalni medij smo uporabili vodno raztopino NaOH različnih koncentracij (30 mg/ml, 40 mg/ml in 50 mg/ml). Poskusi so bili izvedeni pri različnih reakcijskih časih (1 h, 2 h in 3 h) in obratovalnih temperaturah (50 °C, 65 °C in 80 °C). Nadalje smo raziskali vpliv teh treh vhodnih spremenljivk na molekulsko maso keratina in izkoristek izolacije z metodo odzivnih površin (Box-Behnken). Po alkalni hidrolizi je bil reakcijski produkt bistra in oranžna kapljevina. V mešanici po reakciji je bila še zmeraj prisotna majhna količina nerazgrajenega začetnega materiala, zlasti pri nizkih temperaturah (50 °C) in nizkih koncentracijah NaOH (aq) (30 mg/ml). Izkoristek izolacije je bil relativno nizek in se je gibal med 41,68 % in 66,69 % v primeru volne ter med 38,94 % in 55,20 % v primeru perja. Najvišji izkoristek izolacije iz volne (66,69 %) je bil dosežen pri 50 °C, 3 h in 40 mg/ml, najvišji izkoristek izolacije iz perja (55,20 %) pa pri 50 °C, 2 h in 50 mg/ml. Molekulske mase produktov (keratina) smo določili s pomočjo SDS-PAGE elektroforeze. V večini primerov so bile molekulske mase enakomerno porazdeljene po celotnem pasu od 4,6 kDa do 315 kDa, vendar je bila prevladujoča od 8 kDa do 40 kDa. Ugotovili smo, da višja temperatura (80 °C) in višja koncentracija NaOH (aq) (50 mg/ml) zmanjšata molekulsko maso keratina v vzorcih. Vsi vzorci iz volne in perja so pokazali relativno nizko antioksidativno aktivnost (največ 22,19 %) in negativen zeta-potencial. Opravili smo tudi meritve velikosti delcev in konduktance vzorcev kot tudi analizo s FTIR spektrofotometrom. Rezultati tega dela kažejo, da sta volna in perje odličen vir keratinskih izolatov ter da alkalna hidroliza preučevane odpadne biomase predstavlja dober način prispevanja k čistemu okolju in krožnemu gospodarstvu.
Keywords: keratin, odpadna biomasa, alkalna hidroliza, volna, perje, beljakovine.
Published in DKUM: 23.10.2023; Views: 561; Downloads: 53
Full text (8,62 MB) |
