Study of surface chemistry of activated carbon by Boehm titration and spectroscopic methods - Pirttijärvi, Emmi (2024)
Tässä opinnäytetyössä tutkittiin aktiivihiilen pintakemiaa. Tutkimus tehtiin Neova Oy:n toimeksiannosta, ja tarkoituksena oli verrata heidän tutkimus- ja kehityslaboratoriossaan valmistettuja aktiivihiiliä kaupallisiin aktiivihiiliin. Työssä tutkittiin myös huokoskokojakaumaa ja ominaispinta-alaa, jotta pintakemiasta saatiin kattava kokonaiskuva. Tutkimuksen ensisijaisena tavoitteena oli selvittää näiden ominaisuuksien vaikutusta adsorptioprosessiin. Kirjallisuuskatsauksessa selvitettiin aktiivihiilen pinnan kemiallisia ominaisuuksia sekä selvitettiin näiden ominaisuuksien vaikutusta adsorptioprosessiin. Lisäksi selvitettiin sopivimmat pintakemian tutkimusmenetelmät ja kuinka aktiivihiilen pintakemiaa voidaan muokata kemiallisin menetelmin. Kokeellisessa osassa aktiivihiilinäytteet valmistettiin ensin hiiltämällä ja sitten aktivoimalla ne fysikaalisella aktivointimenetelmällä. Pintakemiaa tutkittiin käyttämällä Bohmin titrausta, FTIR-spektroskopiaa, XPS-spektroskopiaa ja adsorptioisotermejä, jotka määritettiin BET-analysaattorilla. Lisäksi tehtiin alkuaineanalyysi, jota käytettiin tukena selvitettäessä aktiivihiilten pinnalta löytyviä atomeita. Tulokset osoittivat, että hiileen nähden heteroatomeja sisältäviä funktionaalisia ryhmiä tutkituissa hiilissä oli suhteellisen vähän. Voitiin olettaa, että näissä hiilissä adsorptioprosessi perustui pääasiassa fysisorptioon, ja kemisorption osuus oli vähäinen. Näin ollen hyvin kehittynyt huokosrakenne ja järjestäytyneet π-sidokset grafeenin kaltaisissa levyissä ovat todennäköisesti vastuussa adsorptioprosessista. Näiden tietojen lisäksi tutkimuksessa saatuja tietoja voidaan hyödyntää tulevaisuudessa, jos halutaan muokata aktiivihiilien pintakemiaa. Lisäksi löydettiin aktiivihiilen pinnan tutkimiseen soveltuvat tutkimusmenetelmät. Yhteenvetona voidaan todeta, että tutkimus tarjosi uutta tietoa Neovan aktiivihiilten pintakemiasta ja sen vaikutuksista adsorptioon.