1. Impregnacija grafen oksida za uporabo pri kataliziranih reakcijah : magistrsko deloTjaša Cmager, 2024, magistrsko delo Opis: Industrijski proizvodni postopki pogosto ustvarjajo škodljive stranske proizvode, ki ogrožajo zdravje in okolje. V okviru eksperimentalnega dela smo preučevali možnost zmanjšanja teh škodljivih produktov z razvojem učinkovitejših katalizatorjev, sintetiziranjem grafen oksida in vezavo soli AlCl3. Pripravili smo štiri katalizatorje z različnimi koncentracijami impregnirane soli. Sintetizirane katalizatorje smo testirali s naslednjimi metodami: infrardečo spektroskopijo s Fourier-jevo transformacijo, metodo za merjenje adsorpcije plina, vrstično elektronsko mikroskopijo, dinamično sipanje svetlobe, diferenčno dinamično kalorimetrijo, termogravimetrično kalorimetrijo, temperaturno programirano desorpcijo , ter na koncu izvedli reakcijo esterifikacije, kjer smo koncentracijo nastalega produkta določili z uporabo plinskega kromatografa.
Z metodo infrardeče spektroskopije smo potrdili uspešno sintezo grafen oksida po Hummer-jevi metodi. Glede na rezultate diferenčne dinamične kalorimetrije smo ugotovili, da so vzorci brez nečistoč, razen prisotnosti vezane vode. S temperaturno programirano desorpcijo smo razkrili, da ima katalizator kGO – 20 mg AlCl3 največ aktivnih kislinskih mest. Z uporabo metode dinamičnega sipanja svetlobe smo ugotovili, da so vzorci homogeni, z največjo velikostjo delcev pri katalizatorju kGO – 20 mg AlCl3 (169,7 nm). Iz rezultatov analize vrstične elektronske mikroskopije je razvidno, da so delci kalciniranih in nekalciniranih vzorcev različnih velikosti. S termogravimetrično kalorimetrijo smo ugotovili, da se masa vzorcev linearno zmanjšuje z višanjem temperature. Glede na rezultate metode za merjenje adsorpcije plina smo razbrali, da so vzorci mezoporozni, pri čemer je kGO – 20 mg AlCl3 imel najboljšo specifično površino in volumen por.
Pri reakciji esterifikacije miristinske kisline z metanolom se je izkazalo, da s katalizatorjem GO – 10 mg AlCl3 dosežemo 100 % presnovo že po eni uri, medtem ko smo z uporabo katalizatorja kGO – 20 mg AlCl3 dosegli najslabšo presnovo (36 %). Povzamemo lahko, da kombinacija nosilca grafen oksida in impregnirane soli AlCl3 predstavlja potencial za razvoj učinkovitih katalizatorjev. Ključne besede: mokra impregnacija, katalizator, grafen oksid, esterifikacija, Hummer-jeva metoda, plinska kromatografija Objavljeno v DKUM: 10.09.2024; Ogledov: 52; Prenosov: 15 Celotno besedilo (4,60 MB) |
2. Sinteza in karakterizacija katalizatorjev za degradacijo polimerov : diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa I. stopnjeUrban Koler, 2023, diplomsko delo Opis: Ob zmeraj obsežnejši uporabi plastike in polimerov, kot je polietilen tereftalat, se pojavlja vprašanje rokovanja z odsluženimi produkti. Ponovna predelava odpadne plastike je bila doslej obsežno raziskana, vendar se stopnja predelave polietilen tereftalata gibje le nekje okrog 30 %. Razlog za tako nizko vrednost lahko pripišemo nizkim proizvodnim stroškom nove plastike in visokim stroškom reciklaže, kar občutno dvigne ceno reciklirani plastiki. Kot ena izmed najboljših rešitev pri rokovanju z odpadnim polietilen tereftalatom se pojavljajo kemokatalitični in toplotni pristopi razgradnje na tereftalno kislino in etilen glikol.
Najprimernejši katalizatorji za razgradnjo polietilen tereftalata so zeoliti ali silikati, kot na primer ZSM-5 ali SBA-15. SBA-15 je material iz silicijevega dioksida, ki ima veliko specifično površino in je zelo primeren kot nosilec za aktivne komponente - katalizatorje. ZSM-5 je sintetični zeolit, ki vsebuje silicijev dioksid in aluminijev oksid. V tem razmerju prevladuje količina silicijevega dioksida. Katalizator je znan kot ZSM-5, ker ima pore premera 5 Å (angstromov). Tekom študije smo sintetizirali različne kislinske katalizatorje na osnovi SBA-15 z metodo mokre impregnacije in zeolit ZSM-5. Za vezavo na SBA-15 smo kot aktivne soli uporabili: NiNO3, Al(NO3)3, Mg(NO3)2, ZnO, MgO in ZnCl2. Sintetizirane katalizatorje smo okarakterizirali z N2 adsorpcijo, vrstično elektronsko mikroskopijo, temperaturno programirano desorpcijo NH3, diferenčno dinamično kalorimetrijo, termogravimetrično analizo, dinamičnim sipanjem svetlobe in infrardečo spektroskopijo s Fourierjevo transformacijo. Na podlagi karakterizacije smo določili aktivne katalizatorje. Učinkovitost le-teh smo preverjali pri reakciji razgradnje polietilen tereftalata pri povišanih temperaturah. Reakcije razgradnje smo izvedli v visokotlačnih lončkih z uporabo diferenčne dinamične kalorimetrije. Vzorce smo analizirali s tekočinsko kromatografijo visoke ločljivosti sklopljeno z UV-VIS detektorjem. Ključne besede: ZSM-5, SBA-15, katalizator, razgradnja, polietilen tereftalat Objavljeno v DKUM: 27.10.2023; Ogledov: 414; Prenosov: 62 Celotno besedilo (4,22 MB) |
3. Sinteza heterogenega katalizatorja za kislinsko hidrolizo pet : diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa I. stopnjeMarko Pavlović, 2023, diplomsko delo Opis: Namen diplomskega dela je bil predstaviti delovanje heterogenega katalizatorja za kislinsko katalizirano hidrolizo polietilen tereftalata (PET) s trdnim nosilcem iz aluminijevega (III) oksida in titanovega (IV) oksida. PET je polimerni sintetični material z dobrimi lastnostmi za ogromno različnih vrst uporabe, najbolj se uporablja v proizvodnji plastenk. Zanimanje za alternativne načine recikliranja PET-a je v zadnjih desetih letih naraslo.
V sklopu eksperimentalnega dela smo sintetizirali heterogen katalizator na trdnem nosilcu, ki smo ga mokro impregnirali z raztopino nikljevega (II) nitrata heksahidrata, da bi zagotovili kislinska aktivna mesta na površini trdnega nosilca. Nato smo izvajali reakcije razgradnje PET-a v vodi pri konstantni temperaturi in času. Raziskovali smo vpliv različnih koncentracij raztopine za mokro impregniranje na presnovo PET. Za primerjavo smo izvedli reakcijo brez katalizatorja. Produkte, pridobljene pri reakcijah, smo analizirali s tekočinsko kromatografijo visoke ločljivosti. Katalizator smo nato še okarakterizirali z različnimi metodami (infrardeča spektroskopija s Fourierjevo transformacijo, vrstična elektronska mikroskopija, N2 adsorpcija in določanje velikosti por, termogravimetrična analiza, kemisorpcija – temperaturno programirana desorpcija). Končna ugotovitev študije je, da se polietilen tereftalat nasploh dobro presnavlja v vodi pri preiskovanih pogojih, vendar je reakcija s katalizatorjem bolj učinkovita. Sprememba koncentracije raztopine nikljevega (II) nitrata heksahidrata ni imela vpliva na količino kislinskih mest in na presnovo PET-a. Ključne besede: polietilen tereftalat, tereftalna kislina, aluminijev (III) oksid, titanov (IV) oksid, heterogen katalizator Objavljeno v DKUM: 25.09.2023; Ogledov: 571; Prenosov: 52 Celotno besedilo (2,98 MB) |
4. Kinetično modeliranje epoksidacije etilena na srebrovih katalizatorjih : diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa I. stopnjeManca Potočnik, 2023, diplomsko delo Opis: V diplomskem delu smo raziskovali reakcijo epoksidacije etilena na srebrovih katalizatorjih. Epoksidacija etilena je komercialno ena najpomembnejših selektivnih oksidacijskih reakcij. Etilen epoksid je vsestransko uporabna kemikalija, ki se neposredno uporablja za sterilizacijo in dezinfekcijo, kot fungicid, še pogosteje pa kot surovina za pridobivanje drugih spojin (etilen glikol, detergenti, etanolamini, itd.). Navadno ga pridobivamo kot produkt nadzorovane oksidacije etilena s kisikom na srebrovem katalizatorju, saj ta ne prekine vezi med vodikom in ogljikom, kar bi vodilo v reakcijo gorenja. Katalizatorju pogosto dodamo cezij, klor, baker ali žlahtne kovine in s tem povečamo njegovo selektivnost.
V tem diplomskem delu s pomočjo matematičnega modela v programskem jeziku Python raziskujemo, kako različni pogoji vplivajo na hitrost reakcije in njeno selektivnost na različnih srebrovih katalizatorjih. Zanima nas, kako se spreminja selektivnost, katera temperatura je najugodnejša, kateri tlak izberemo za najoptimalnejši potek reakcije in kateri naj bo katalizator. Ključne besede: mikrokinetični model, epoksidacija, kinetika, srebro, katalizator Objavljeno v DKUM: 14.04.2023; Ogledov: 657; Prenosov: 45 Celotno besedilo (1,87 MB) |
5. Sinteza in uporaba kovinskega katalizatorja na TiO2 nosilcu : diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa I. stopnjeMaja Helbel, 2022, diplomsko delo Opis: Namen diplomskega dela je bil sintetizirati, karakterizirati in uporabiti kovinske katalizatorje na TiO2 nosilcu. Postopek sinteze katalizatorjev smo izvajali z metodo mokre impregnacije različnih aktivnih soli kovin na izbrani nosilec. Aktivnost sintetiziranih katalizatorjev smo preverjali z reakcijo esterifikacije miristinske kisline z metanolom v šaržnem reaktorju. Metoda ob izbranih pogojih ni bila primerna, saj nismo dobili aktivnih katalizatorjev. Sintetizirali smo še katalizatorje na nosilec γ-Al2O3. Nanj smo vezali različne kovinske ione, a le v primeru vezave Al3+ in Zn2+ ionov dobili učinkovite katalizatorje. Produkte smo po zaključeni reakciji analizirali s HPLC sklopljenim z UV-VIS detektorjem. Na osnovi dobljenih rezultatov za standardne raztopine smo skonstruirali umeritveno krivuljo ter iz nje izračunali koncentracije in presnovo miristinske kisline v metil miristat. Najvišjo presnovo reakcije (88,2 %) in največ metil miristata smo dobili v primeru vezave Al3+ ionov.
Sintetizirane katalizatorje smo karakterizirali z različnimi metodami, kot so Brunauer-Emmett-Teller metoda za merjenje adsorpcije N2 plina, diferenčna dinamična kalorimetrija, infrardeča spektroskopija s Fourierjevo transformacijo, vrstična elektronska mikroskopija, termogravimetrična analiza in temperaturno programirana desorpcija. Iz analize z omenjenimi metodami smo dobili podatke o obliki, zgradbi ter kemijskih in fizikalnih lastnostih sintetiziranih katalizatorjev. Ključne besede: kovinski katalizator, TiO2, Al2O3, sinteza, esterifikacija, miristinska kislina Objavljeno v DKUM: 08.09.2022; Ogledov: 647; Prenosov: 112 Celotno besedilo (4,24 MB) |
6. Mezoporozni materiali: uporaba v heterogeni katalizi : magistrsko deloRahil Bajra, 2022, magistrsko delo Opis: Namen našega magistrskega dela je bil s postopkom direktne sinteze sintetizirati katalizator na osnovi mezoporozne silike MCM-41. Po uspešni sintezi katalizatorja smo preverjali njegovo učinkovitost na reakciji esterifikacije miristinske kisline z metalom, pri čemer je nastal produkt metil miristat. Koncentracijo metil miristata smo določili s pomočjo HPLC z UV-VIS detektorjem. Reakcijo esterifikacije smo izvedli v šaržnem reaktorju pri različnih temperaturah (50, 55, 60 in 64,5) ⁰C in različnih dodanih masah katalizatorja (0,05, 0,075, 0,1 in 0,125) g. Kinetiko smo izvajali pri različnih masah in temperaturah, da bi lažje določili kinetične parametre. Pri najvišji temperaturi in največji masi katalizatorja smo preverjali aktivnost katalizatorja po ponovni uporabi. Po 1. uporabi katalizatorja je njegova presnova znašala 81%, medtem ko po 4. uporabi je znašala 25 % kar nam pokaže, da je katalizator zelo aktiven in primeren za to vrstno reakcijo. S povišanjem temperature se je posledično koncentracija metil miristata povečevala, posledično se je tudi presnova miristinske kisline povečala. Po končani kinetiki smo določili še naslednje parametre: konstanto proizvodnosti, aktivacijske energije in pred-eksponentne faktorje z uporabo Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson-ovega modela.
V drugem delu magistrskega dela je sledila podrobna karakterizacija sintetiziranega mezoporoznega katalizatorja z naslednjimi metodami: DSC, BET, FTIR, TGA, NH3 fizisorpcija in DLS. S pomočjo temperaturno programirno desorpcije smo preverjali aktivnost katalizatorja na začetku in po 4. ponovni uporabi. Ugotovili smo, da je katalizator po 4. uporabi zmanjšal svojo aktivnost, saj so bila prisotna še šibka kislinska mesta. Rezultati analize so potrdili visoko specifično površino (922,95 m2/g) in volumen por (0,453 cm3/g). S pomočjo DLS analize smo ugotovili, da je povprečna velikost delcev znašala 1400 nm. Ključne besede: esterifikacija, MCM-41, miristinska kislina, katalizator, kinetika Objavljeno v DKUM: 05.09.2022; Ogledov: 569; Prenosov: 43 Celotno besedilo (2,10 MB) |
7. Katalizirana hidroliza polimerov : diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa I. stopnjeŽiga Samsa, 2022, diplomsko delo Opis: V diplomskem delu je prikazana študija katalizirane hidrolize polimerov. Kot kislinski katalizator smo uporabili ZSM-5, sintetiziran na osnovi mezoporozne silike. Sintetiziran katalizator smo uporabili pri reakciji degradacije polietilen tereftalata v vodnem mediju. Polietilen tereftalat spada med najbolj razširjene polimere in se uporablja kot sintetični material. Velika večina proizvedene plastike in polimernih produktov ni biorazgradljiva, kar pripomore k onesnaževanju okolja.
Reakcije smo izvajali v diferenčnem dinamičnem kalorimetru. Sledila je karakterizacija katalizatorja z različnimi karakterizacijskimi metodami (infrardeča spektroskopija s Fourierjevo transformacijo, vrstična elektronska mikroskopija, N2 adsorpcija in določanje velikosti por, diferenčna dinamična kalorimetrija, termogravimetrična analiza, dinamično sipanje svetlobe, kemisorpcija – določanje kislinskih mest). Dobljene produkte smo analizirali z uporabo tekočinske kromatografije visoke ločljivosti. Reakcija s katalizatorjem je pri določeni temperaturi sicer potekala učinkoviteje kot brez njega, vendar so bile dosežene presnove zelo nizke. Končna ugotovitev študije je, da sintetiziran katalizator ni dovolj učinkovit za izvedbo degradacije polietilen tereftalata. Primerjava poteka reakcije degradacije polietilen tereftalata v primeru uporabe katalizatorja in v primeru višanja temperature kljub temu pokaže večji vpliv temperature. Ključne besede: ZSM-5, polietilen tereftalat, hidroliza, polimeri, katalizator Objavljeno v DKUM: 26.08.2022; Ogledov: 774; Prenosov: 132 Celotno besedilo (3,46 MB) |
8. Katalitska učinkovitost kovinskih katalizatorjev na konvencionalnih TiO2 nosilcih : magistrsko deloMartin Ćeranić, 2022, magistrsko delo Opis: V okviru magistrske naloge smo sintetizirali katalizatorje na osnovi TiO2 z aktivno soljo AlCl3. Ti katalizatorji so bili aktivni in s tem tudi primerni za reakcijo med metanolom in miristinsko kislino. Sintetizirani katalizatorji so imeli različna masna razmerja med TiO2 in AlCl3. Katalizatorje smo pripravili tako, da smo s postopkom mokre impregnacije na nosilec TiO2 vezali AlCl3.
Učinkovitost katalizatorja smo preverjali na reakciji esterifikacije miristinske kisline z metanolom v reaktorskem sistemu EasyMax 102. Reakcijo smo izvajali v majhnih reaktorjih, podobnih nekoliko večjim epruvetam, ki smo jih lahko zamašili z zamaškom. Reakcije smo izvajali z različnimi količinami sintetiziranega katalizatorja, m = (0,05, 0,075, 0,1, 0,2, 0,3 in 0,4) g. Nato smo pripravili raztopino, ki je vsebovala 0,15 g miristinske kisline, ki smo jo raztopili v metanolu in v 10 mL bučki dopolnili do oznake. Vzorce smo jemali iz reaktorskega sistema v različnih časovnih intervalih t = (¼, ½ , ¾, 1, 1,5, 2, 3, 4 in 5) h. Po končanih meritvah smo vzorce analizirali na napravi HPLC z UV-VIS detektorjem.
V magistrskem delu smo za karakterizacijo katalizatorjev uporabili temperaturno programirano desorpcijo (TPD), infrardečo spektroskopijo s Fourierjevo transformacijo FTIR, N2 adsorpcioa BET, termogravimetrično analizo (TGA) in diferenčno dinamično kalorimetrijo (DSC). S programom Scientist od MicroMath in ob uporabi Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson-ovega modela (LHHW) ter Arrhenius-ove zveze smo določili kinetične parametre preiskovanega sistema: konstante proizvodnosti, aktivacijske energije in pred-eksponentne faktorje.
Potrdili smo znano dejstvo, da presnove naraščajo s časom, kakor tudi, da presnova narašča hitreje, ko željena reakcija poteka pri višjih temperaturah. Zaznali smo, da presnova narašča hitreje pri tistih reakcijah, katere so imele na nosilec TiO2 več vezanega AlCl3. Iz rezultatov naših raziskav razberemo, da so bila na katalizatorju prisotna šibka kislinska mesta in da se je ob ponovni uporabi aktivnost katalizatorja močno zmanjšala. Prisotnost šibkih vezi v katalizatorju je bila potrjena z analizo TPD.
V nadaljevanju smo ugotovili, da se aktivacijska energija preučevane reakcije zmanjšuje z večanjem mase AlCl3 na katalizatorju. Večjo aktivnost smo dosegli z bolj grobo zrnatim TiO2, manj primeren nosilec je bil fino zrnat oz. nano zrnat TiO2. Iz rezultatov analize BET smo lahko sklepali, da imajo naši katalizatorji majhno poroznost. Ključne besede: katalizator, TiO2, metil miristat, miristinska kislina, kinetika, Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson kinetični model Objavljeno v DKUM: 26.07.2022; Ogledov: 738; Prenosov: 79 Celotno besedilo (4,15 MB) |
9. Sinteza in karakterizacija kovinskih kislinskih katalizatorjev : diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa I. stopnjeKatja Gole, 2021, diplomsko delo Opis: Namen diplomske naloge je bil sintetizirati kovinsko kislinski katalizator s postopkom mokre impregnacije, ki bo skupaj s kovinskimi ioni funkcionaliziran mezoporozni silikatni nosilec. Učinkovitost katalizatorja smo preverjali z reakcijo esterifikacije miristinske kisline z metanolom. V začetku je bila kot nosilec kovinskih ionov predvidena mezoporozna silika SBA-15, kasneje smo sintetizirali mezoporozni nosilec MCM-41, ki se je z vezanimi kovinskimi Al3+ ioni izkazal za učinkovitega pri esterifikaciji. Z rezultati, dobljenimi z analizo vzorcev s HPLC, smo izračunali presnovo kisline v ester. Sledila je karakterizacija katalizatorja z metodami DLS, DSC, TGA, BET, FTIR in kemisorpcijo z NH3. Iz rezultatov karakterizacije Al-MCM-41 ugotavljamo, da je največja zastopanost delcev z velikostjo 642,2 nm, medtem ko je povprečna velikost 596,4 nm. Material ima specifično površino 828,17 m2 g-1 s premerom por 2,97 nm. Prisotna je funkcionalna skupina Si-O-Si. V katalizatorju razen vezane vode ni bilo zaznanih drugih primesi. Ugotovili smo, da ima katalizator srednje do močna aktivna kislinska mesta. Ključne besede: mezoporozna silika, kovinski katalizator, Al-MCM-41, esterifikacija Objavljeno v DKUM: 08.09.2021; Ogledov: 1358; Prenosov: 138 Celotno besedilo (3,76 MB) |
10. Sinteza kovinskih katalizatorjev z metodo mokre impregnacije : diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa I. stopnjeAndraž Oštir, 2021, diplomsko delo Opis: Namen diplomskega dela je bil sintetizirati kovinske kislinske katalizatorje z metodo mokre impregnacije aktivnih soli AlCl3, Al(NO3)3 in Al-izopropoksida na nosilec γ–Al2O3. Za karakterizacijo sintetiziranih katalizatorjev smo uporabili različne metode, kot so FTIR (Fourier-transform infrared spectroscopy), BET (Brunauer-Emmett-Teller surface area analysis), DSC (differential scanning calorimetry), TGA (thermogravimetric analysis) in NH3 fizisorpcija. Aktivnost sintetiziranih katalizatorjev smo preizkusili na reakciji esterifikacije miristinske kisline z metanolom. Vzorce smo analizirali s HPLC povezanim z UV-VIS detektorjem. Iz umeritvene krivulje standardnih raztopin miristinske kisline in metil miristata smo določili koncentracije in nadalje presnovo miristinske kisline. Izkazalo se je, da so katalizatorji, ki imajo impregnirano aktivno sol v večjih masnih deležih, bolj učinkoviti pri reakciji esterifikacije, kot pa katalizatorji z manjšim masnim deležem soli. Dobljene eksperimentalne podatke smo opisali z Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson-ovim modelom. Določili smo konstante proizvodnosti pri različnih temperaturah (50, 55, 60 in 64,5) °C in različnih masah dodanega katalizatorja (0,2, 0,15, 0,1 in 0,05) g. Ključne besede: esterifikacija, mokra impregnacija, katalizator, miristinska kislina Objavljeno v DKUM: 31.08.2021; Ogledov: 1069; Prenosov: 223 Celotno besedilo (4,48 MB) |