Iskanje po katalogu digitalne knjižnice

Opis: Onesnaževanje zaradi zlorabe antibiotikov resno ogroža okolje in zdravje ljudi, zato je nujno potreben razvoj učinkovitih strategij za razgradnjo in odstranjevanje ostankov antibiotikov. V magistrskem delu smo imobilizirali encim v metalo-organsko ogrodje (MOFs). V zeolitno imidazolatno ogrodje-8 (ZIF-8) smo z metodo samosestavljanja imobilizirali β-laktamazo (β-laktamaza@ZIF-8), katalitično učinkovitost imobiliziranih poroznih materialov (β-laktamaze@ZIF-8) za razgradnjo penicilinov (PEN) pa smo določevali z uporabo visoko zmogljivostne tekočinske kromatografije HPLC. Morfologijo in kemijsko strukturo β-laktamaze@ZIF-8 smo opredelili z vrstično elektronsko mikroskopijo (SEM). Rezultati so pokazali, da se je katalitična aktivnost enkapsuliranega encima v primerjavi s prostim encimom znatno povečala. Ugotovili smo tudi, da je ZIF-8 zaradi svoje velike površine in adsorpcijskih lastnosti že sam po sebi odlično orodje za odstranjevanje PEN iz vode. Katalitični mehanizem razgradnje PEN z β-laktamazo@ZIF-8 temelji na tvorbi kompleksa med ionom Zn (II) na ogrodju ZIF-8 in ciljno molekulo, kar oslabi vez štiričlenskega β-laktamskega obroča v molekuli PEN ter tako poveča učinkovitost encimske razgradnje PEN. Magistrsko delo je zagotovilo obetavno strategijo za razgradnjo antibiotika PEN v vodnem okolju.
Ključne besede: β-laktamaza, kovinsko-organska ogrodja (MOFs), ZIF-8, penicilin (PEN), imobilizacija, razgradnja
Objavljeno v DKUM: 02.10.2024; Ogledov: 0; Prenosov: 32
Celotno besedilo (5,59 MB)

Opis: 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.
Ključne besede: bioplastika, polimlečna kislina (PLA), mlečna kislina, recikliranje, hidrotermična razgradnja, podkritična voda
Objavljeno v DKUM: 02.04.2024; Ogledov: 318; Prenosov: 6
Celotno besedilo (3,70 MB)

Opis: 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.
Ključne besede: poliolefini, hidrotermična razgradnja, nadkritična voda, GC-MS, FTIR, TOC
Objavljeno v DKUM: 14.11.2023; Ogledov: 521; Prenosov: 0
Celotno besedilo (4,91 MB)

Opis: Čiščenje odpade komunalne vode predstavlja v sodobnem svetu velik strošek. Uporaba UASB reaktorja bi lahko znižala stroške čiščenja komunalne odpadne vode. Pri anaerobni razgradnji v UASB reaktorju so prisotne tri faze, sestavljene iz več komponent. Na delovanje UASB rektorja vplivajo parametri, kot so temperatura, onesnaženost vode, hitrost pretoka … V sklopu doktorske disertacije je na podlagi eksperimentalnih meritev in ob uporabi matematičnega modela hitrosti usedanja anaerobnih granul razvit model za določitev gostote granule v odvisnosti od premera granule. V nadaljevanju doktorske disertacije je bil za primer večfaznega in večkomponentnega toka anaerobne razgradnje komunalne odpadne vode razvit numerični model anaerobne razgradnje komunalne odpadne vode v UASB reaktorju. Numerični model opisuje trofazni večkomponentni tok in temelji na Euler-Euler-Euler pristopu modeliranja treh zveznih večkomponentnih faz v obravnavanem sistemu. Obravnavane so tekoča faza, ki predstavlja odpadno vodo, sestavljeno iz vode in onesnaževala, trda faza, ki predstavlja anaerobne granule, sestavljane iz granule in onesnaževala, in plinasta faza, ki predstavlja v granuli proizveden bioplin, sestavljen iz metana in ogljikovega dioksida. Razviti numerični model vključuje določene poenostavitve fizikalnega dogajanja z namenom uporabnosti modela in njegove uporabe za napovedovanje učinkovitosti procesa pridelave bioplina v obravnavanem sistemu. Razviti numerični model je testiran pod različnimi vstopnimi pogoji in na različnih geometrijskih oblikah reaktorja. Rezultati, dobljeni z numeričnim modelom, so primerjani z rezultati, dobljenimi v laboratorijskem UASB reaktorju. V laboratorijskem UASB reaktorju smo čistili komunalno odpadno vodo in modelno vodo. Modelna voda omogoča konstantno onesnaženje odpadne vode in s tem lažjo primerjavo rezultatov, dobljenih z numeričnim modelom. Rezultati, dobljeni z numeričnim modelom, nakazujejo primernost razvitega modela za opis anaerobne razgradnje odpadne komunalne vode v UASB reaktorju.
Ključne besede: UASB reaktor, usedanje granul, večfazni večkomponentni tok, računalniška dinamika tekočin, anaerobna razgradnja
Objavljeno v DKUM: 06.10.2023; Ogledov: 440; Prenosov: 36
Celotno besedilo (6,43 MB)

Opis: Tehnologije z uporabo anaerobne razgradnje imajo pomembno vlogo pri zmanjševanju odpadkov in izpustov toplogrednih plinov v ozračje ter pri proizvodnji energije iz obnovljivih virov. Gre za kompleksno in večplastno temo, ki jo obravnava doktorska disertacija. V tej disertaciji je predstavljen razvoj novega fizikalno matematičnega BioModela za simulacijo in optimizacijo procesa anaerobne razgradnje organskih odpadkov. Prav tako je pozornost namenjena določanju neznanih ali težko določljivih parametrov BioModela. Posebej so izpostavljene vpeljane novosti na področju modeliranja in optimizacije tako parametrov BioModela kot tudi procesa anaerobne razgradnje, ki predstavljajo izviren prispevek doktorske disertacije k znanosti. Novosti se nanašajo na (i) upoštevanje dnevno spremenljive sestave vhodnega kompleksnega substrata in dnevno spremenljivih procesnih pogojev v bioreaktorju, (ii) modeliranje razgradnje ogljikovih hidratov, lipidov in proteinov ob delovanju 3 vrst hidrolitičnih encimov in 13 različnih vrst acetogenih, acidogenih in metanogenih bakterij, pri čemer imajo pomembno vlogo različni inhibitorji, ki zavirajo rast in delovanje posameznih vrst bakterij, (iii) modeliranje procesov disociacije-asociacije, precipitacije in prenosa mase iz tekoče v plinasto fazo, (iv) upoštevanje sestave bioplina iz CO2, CH4, H2, H2S, NH3 in vodne pare, (v) določanje trenutnega pH brez dolgotrajnih iteracij, (vi) vpeljavo temperaturno in pH odvisnih parametrov, (vii) modeliranje aktivnosti bioloških in anorganskih aditivov, (viii) razvoj novega optimizacijskega postopka z naborom aktivnih spremenljivk za kalibracijo prametrov BioModela in (ix) vpeljavo aproksimacijskega gradientnega algoritma v postopek optimizacije. Celotna programska koda za modeliranje in optimiranje procesa anaerobne razgradnje je razvita v objektnem programskem jeziku C#. Za nadaljnjo uporabo CO2 iz bioplina in še iz nekaterih drugih točkovnih virov je s pristopom mešanega celoštevilskega nelinearnega programiranja razvit konceptualni model za optimizacijo celotnega oskrbovalnega omrežja CO2, od zajemanja, skladiščenja do uporabe CO2 za proizvodnjo metanola. Za nadaljnjo uporabo CH4 iz bioplina kot goriva v dvogorivnih dizelskih motorjih je narejena kritična analiza vpliva uporabe nanodelcev kot aditivov h gorivu. Prav tako je predstavljena analiza uporabe nanodelcev kot adsorbentov za odstranjevanje kovin iz odpadnih voda z namenom odstranjevanja težkih kovin in nutrientov iz tekočega digestata. Rezultati numeričnih simulacij procesa anaerobne razgradnje potrjujejo zanesljivost novo razvitega BioModela in učinkovitost tako novo razvitega postopka za kalibracijo parametrov kot tudi optimizacijskega gradientnega algoritma z aproksimacijsko metodo. Na osnovi opravljenih raziskav na področju nadaljnje obdelave produktov procesa anaerobne razgradnje pa lahko zaključimo, da z ustrezno kombinacijo tehnologije anaerobne razgradnje, tehnologije zajemanja, skladiščenja in uporabe CO2 ter nanotehnologije lahko prispevamo k zmanjšanju onesnaževanja okolja.
Ključne besede: anaerobna razgradnja, fizikalno-matematični model, gradientni optimizacijski algoritem, kalibracija modelnih parametrov, oskrbovalno omrežje CO2, nanotehnologija
Objavljeno v DKUM: 05.10.2022; Ogledov: 1295; Prenosov: 978
Celotno besedilo (39,79 MB)