|
|
Study of Plasma - Liquid Interactions
Němcová, Lucie ; Brablec, Antonín (oponent) ; Obradovic, Bratislav (oponent) ; Krčma, František (vedoucí práce)
This Ph.D. thesis contains a detailed investigation of different electric discharges generated in liquids. These discharges have become a popular topic during the last decade, mainly due to many practical applications for example in biomedicine, waste water treatment, ecology and nanoengineering. The study is focused on hydrogen peroxide generation which is one of the most important particles generated by electric discharges in liquids. A special batch discharge chamber, constructed at the Brno University of Technology, Faculty of Chemistry, Czech Republic, was used for the first experimental part. This discharge chamber is separated by a diaphragm membrane with a pin hole at its centre. A single high voltage electrode is placed in each part of the chamber, which is filled by water solution. High frequency voltage (1 and 2 kHz) was used as a power source to treat a NaCl solution (1.5 l). After evaluation of all results it has been found that this kind of power supply, compared to DC, does not cause any unwanted overheating of the solution (initial conductivity 100 - 800 microS/cm) during its treatment and thus the hydrogen peroxide production efficiency is quite high. The second part of this thesis was done at the Ghent University, Department of Applied Physics, Belgium. Here the DC discharge was created in gas bubbles (He, Ar, N2 or Air) flowing water solutions. NaH2PO4 . 2H2O solution (5 microS/cm, V= 750 ml) was used to hydrogen peroxide production studies, Direct Red 79 (20 mg/l) and Direct Blue 106 (20 mg/l, V= 750 ml) solutions were chosen for the organic dyes destruction study. The minimal concentration of the H2O2 was obtained when 10 mA current was applied, while the maximum concentration was observed at the current 30 mA. It leads to the conclusion that concentration of hydrogen peroxide increases with increasing applied current. The organic decomposition showed the same trend. The higher energy was applied, the more organic dye was destructed. The third part of this thesis took place at the Queen's University of Belfast, Centrum for Plasma Physics, UK using high frequency plasma scalpel (Arthrocare). It was found that the hydrogen peroxide concentration has reached the maximal value in solutions with a small addition of an alcohol (0.25 %). Four different treated liquid 0.15 M water solutions of BaCl2, Na2CO3, KCl and NaCl (V= 20 ml) were used. The initial conductivity of the samples was around 13 mS/cm. From the taken results it was obvious that the biggest difference between pH values was obtained in the solution with the additional of ethanol. The active particles generated by discharge were detected by spectra, mainly OH radicals which are understood as precursors to hydrogen peroxide. The main innovation was study of the influence of additional of organic compound on the plasma process. It was obtained that plasma still can be generated in such solution kind which can be considered as the first step to plasma created in the pure organic liquid medium. The last part of this work looked at atmospheric pressure microplasma jet interaction with the liquid phase and it was carried out at the Nanotechnology & Integrated Bio-Engineering Centre (NIBEC), University of Ulster, UK during host internship. As a liquid medium a gold (III) chloride trihydrate (HAuCl4.3H2O) aqueous solution with different initial conductivity was used. Interestingly, even a very low current (0.05 and 0.2 mA) generates stable plasma and produces hydrogen peroxide which can be understood as a very good result. Here, H2O2 behaviours as an oxidizing agent which converts gold precursors into gold nanoparticles.
|
|
|
Nové metody studia reaktivity a transportních vlastností biokoloidů
Smilek, Jiří ; Weidlich,, Tomáš (oponent) ; Pabst, Willi (oponent) ; Klučáková, Martina (vedoucí práce)
Účelem předložené dizertační práce bylo studium reaktivity, transportních a bariérových vlastností biokoloidních a syntetických polymerních látek prostřednictvím jednoduchých difúzních technik. Studován byl především vliv základních fyzikálně-chemických parametrů (teplota, koncentrace, pH a modifikace materiálu) na reaktivitu výše uvedené skupiny látek. Jako vhodné modelové materiály, jejichž vlastnosti byly zkoumány, byli vybráni zástupci biokoloidních látek (huminové kyseliny, alginát, chitosan respektive hyaluronan) a jako zástupce syntetického polymeru (polystyrensulfonát). Reaktivita výše uvedených substancí byla zkoumána interakcemi s opačně nabitými organickými barvivy (methylenová modř, rhodamin 6G případně amidočerň 10B) v hydrogelových médiích na bázi termoreverzibilního lineárního polysacharidu (agaróza). Pozornost byla věnována rovněž charakterizaci zkoumaných látek, stejně tak jako hydrogelovým matricím, která byla realizována základními fyzikálně-chemickými metodami (infračervená spektrofotometrie, reologie, elementární analýza, termogravimetrie, rastrovací elektronová mikroskopie). Klíčovou oblast celé dizertační práce představuje optimalizace zvolených difúzních technik (metoda difúzní cely a nestacionární difúze v kyvetách) pro studium reaktivity, bariérových a transportních vlastností zvolených látek tak, aby se vyvinuté metody daly využít jako univerzální metoda pro studium reaktivity širokého spektra látek při různých experimentálních podmínkách. Na základě stanovení fundamentálních difúzních parametrů (difúzní koeficient, čas průchodu, koncentrace na rozhraní hydrogel-roztok, tortuozní faktor, zdánlivá rovnovážná konstanta a rozdělovací koeficient) bylo usuzováno o reaktivitě a transportních vlastnostech vybraných biokoloidních respektive syntetických substancí.
|
|
|
Studium vlivu struktury organických barviv na jejich rozklad v diafragmovém výboji
Pajurková, Jana ; Fasurová, Naděžda (oponent) ; Kozáková, Zdenka (vedoucí práce)
Hlavním cílem této práce je studium vlivu struktury organických barviv na jejich rozklad v diafragmovém výboji ve vodných roztocích. Diafragmový výboj je jedním z mnoha typů elektrických výbojů v kapalinách. Jedná se o nízkoteplotní plazma, které je generováno pomocí vysokého napětí a v plazmových kanálcích („streamerech“) vznikají různé fyzikální a chemické procesy. Mezi fyzikální procesy patří silné elektrické pole, rázové vlny a v neposlední řadě vyzařování elektromagnetického vlnění v oblasti viditelného i UV záření. K nejdůležitějším chemickým procesům patří generace aktivních látek a částic, které pak iniciují chemické reakce a atakují molekuly organických látek obsažených v kapalinách. Organická barviva byla pro tuto práci vybrána z důvodu, že jejich rozklad je snadno pozorovatelný, protože je doprovázen odbarvováním, a je možné pro určení jejich koncentrace v průběhu měření použít UV-VIS spektroskopii. Rovněž jsou výborným příkladem organických látek, které jsou často obsaženy v odpadních vodách, a k jejich odstranění nestačí běžně používané biologické, chemické a fyzikální procesy. Použitá barviva byla zvolena převážně ze skupiny azobarviv a byla to: Acid Red 14, Acid Red 18, Acid Yellow 23, Direct Blue 53, Direct Red 79, Direct Red 80, Direct Yellow 29 a Food Yellow 3 a dále Acid Blue 74 (indigoidní barvivo) a Direct Blue 106 (oxazinové barvivo). Pokusy byly prováděny ve speciálním zařízení s odděleným anodovým a katodovým prostorem nevodivou přepážkou, v níž byla uchycena diafragma se špendlíkovou dírkou. Měření ukázala rozdílné odbourání v katodovém a anodovém prostoru, což je nejspíše způsobeno odlišnými charakteristikami výbojových kanálků. Barviva se více odbourávala v anodovém prostoru a to přibližně na 40 % jejich původní koncentrace, zatímco v prostoru katodovém se konečná relativní koncentrace pohybovala okolo 90 %. V práci je zkoumán vliv struktury barviva na odbourání během elektrického výboje a bylo zjištěno, že lépe se odbourávají barviva složená z menších molekul a z větších barviv ta, která obsahují velký počet skupin navázaných na aromatických jádrech ve skeletu molekuly. Během odbourávání barviva docházelo zejména u přímých (Direct) barviv ke změně charakteristické vlnové délky k vyšším i nižším vlnovým délkám. Tento jev je pravděpodobně způsoben vznikem meziproduktů, které mají jinou charakteristickou vlnovou délku než samotná molekula barviva. Za barevnost je odpovědný dostatečně dlouhý konjugovaný systém dvojných vazeb se substituenty navázanými na aromatická jádra. Každý zásah do struktury molekuly barviva má za následek změnu barevnosti látky, a tím by mohl být vysvětlen posun vlnových délek. Dalším úkolem bylo srovnání účinnosti rozkladu barviv elektrolýzou a výbojem. Výsledky srovnání ukazují, že elektrolýza (30 W) je vhodná pro rozklad barviv složených z malých molekul a diafragmový výboj (130170 W) pro složitější molekuly barviv. Pro menší molekuly stačí oxidace na anodě, kterou poskytuje elektrolýza, kdežto pro odstranění větších molekul je třeba spolupráce této oxidace na anodě a aktivních částic, které se tvoří při výboji.
|
|
|
Transportní a sorpční charakteristiky modifikovaných huminových kyselin studované v hydrogelových matricích
Polášková, Nikola ; Pekař, Miloslav (oponent) ; Smilek, Jiří (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá transportními a sorpčními charakteristikami huminových kyselin v systémech (hydrogelech), které jsou velmi podobné jejich přirozenému prostředí (půdě), a to pomocí difúzních technik. Jako zástupce huminových kyselin byl vybrán standard huminových kyselin izolovaných z Leonarditu (od Mezinárodní huminové společnosti IHSS, registrační číslo vzorku 1S104H-5). Jejich transportní a sorpční charakteristiky byly zkoumány v hydrogelové matrici na bázi biopolymeru agarózy (nereaktivního termoreverzibilního polysacharidu) pomocí zvoleného organického barviva Rhodaminu 6G, které slouží jako modelové činidlo simulující běžné polutanty. Pro účel této práce byly huminové kyseliny modifikovány tak, aby byly blokovány specifické funkční skupiny v jejich struktuře. Tímto způsobem lze poté stanovit vliv jednotlivých skupin na interakci s dalšími látkami samostatně, což bylo také hlavním cílem a motivací této práce. Karboxylové funkční skupiny byly modifikovány methylací pomocí činidla trimethylsilyldiazometanu (TMS-DM). Pro blokaci karboxylových i fenolových skupin zároveň byl nejdřív zopakován postup pro blokaci pouze karboxylových skupin pomocí TMS-DM a následně byla provedena acetylace fenolových skupin pomocí acetanhydridu. Úspěšnost modifikace byla ověřena pomocí metod termogravimetrie (TGA), infračervené spektrometrie s Fourierovou transformací (FT-IR) a acidobazickými titracemi (přímou, zpětnou a karboxylátovou). S využitím metody difúzních cel a také nestacionární difúze v kyvetách bylo zkoumáno, jak vybrané organické barvivo interaguje s původními a modifikovanými huminovými kyselinami v inertní hydrogelové matrici. Dle experimentálně zjištěných dat byly huminové kyseliny charakterizovány z hlediska jejich reaktivity vycházející z jejich struktury, resp. obsahu kyselých funkčních skupin. Tato práce ověřuje využití difúzních technik jakožto jednoduchých a univerzálních technik ke studiu již zmíněných vlastností huminových kyselin. Vzhledem ke zjištění, že kyselé funkční skupiny mají na tyto vlastnosti minoritní vliv, se otevírají možnosti zohlednění dalších faktorů, jako jsou například hydrofobní interakce, vodíkové vazby, van der Waalsovy síly nebo specifický povrch.
|
|
|
Nanostructured conducting polymer composites
Minisy, Islam ; Bober, Patrycja Magdalena (vedoucí práce) ; Kovalčík, Adriána (oponent) ; Lisak, Grzegorz (oponent)
Vodivé polymery kombinují elektrické vlastnosti polovodičů s materiálovými vlastnostmi organických polymerů. Polypyrrol (PPy) a polyanilin (PANI) jsou nejvíce studovanými polymery díky relativně vysoké elektrické vodivosti (několik jednotek S cm−1 ), dobré stabilitě v běžném prostředí, jednoduchosti přípravy, dobré zpracovatelnosti a nízké ceně. Organická barviva mají podobné vlastnosti jako surfaktanty se zajímavou schopností vytváření různých organizovaných struktur ve vodě, které mohou při přípravě upravovat morfologii PPy do různých nanostruktur, a to ve vysokém výtěžku a se zlepšenou vodivostí. V této práci, PPy byl připraven v přítomnosti kationtových barviv, safraninu a fenosafraninu, a aniontového barviva, methylčerveně, s cílem získat různé nanostruktury. Byl pečlivě zkoumám vliv koncentrace barviva a molárního poměru oxidant/pyrrol na fyzikálně chemické vlastnosti vytvářeného PPy. Pyrrol byl polymerován ve zmrzlém reakčním mediu při −24 řC v přítomnosti safraninu, Acid Blue 25, a methyloranže. Přípravené jednorozměrné nanostruktury vykázaly vysoký výtěžek a zlepšenou vodivost, kdy nejvyšší vodivost 175 S cm−1 byla získána při použití safraninu. Polypyrrolové nanotrubky připravené v přítomnosti methyloranže byly karbonizovány při 650řC v inertní atmosféře a následně pokryty polypyrrolem...
|
|
|
Nové metody studia reaktivity a transportních vlastností biokoloidů
Smilek, Jiří ; Weidlich,, Tomáš (oponent) ; Pabst, Willi (oponent) ; Klučáková, Martina (vedoucí práce)
Účelem předložené dizertační práce bylo studium reaktivity, transportních a bariérových vlastností biokoloidních a syntetických polymerních látek prostřednictvím jednoduchých difúzních technik. Studován byl především vliv základních fyzikálně-chemických parametrů (teplota, koncentrace, pH a modifikace materiálu) na reaktivitu výše uvedené skupiny látek. Jako vhodné modelové materiály, jejichž vlastnosti byly zkoumány, byli vybráni zástupci biokoloidních látek (huminové kyseliny, alginát, chitosan respektive hyaluronan) a jako zástupce syntetického polymeru (polystyrensulfonát). Reaktivita výše uvedených substancí byla zkoumána interakcemi s opačně nabitými organickými barvivy (methylenová modř, rhodamin 6G případně amidočerň 10B) v hydrogelových médiích na bázi termoreverzibilního lineárního polysacharidu (agaróza). Pozornost byla věnována rovněž charakterizaci zkoumaných látek, stejně tak jako hydrogelovým matricím, která byla realizována základními fyzikálně-chemickými metodami (infračervená spektrofotometrie, reologie, elementární analýza, termogravimetrie, rastrovací elektronová mikroskopie). Klíčovou oblast celé dizertační práce představuje optimalizace zvolených difúzních technik (metoda difúzní cely a nestacionární difúze v kyvetách) pro studium reaktivity, bariérových a transportních vlastností zvolených látek tak, aby se vyvinuté metody daly využít jako univerzální metoda pro studium reaktivity širokého spektra látek při různých experimentálních podmínkách. Na základě stanovení fundamentálních difúzních parametrů (difúzní koeficient, čas průchodu, koncentrace na rozhraní hydrogel-roztok, tortuozní faktor, zdánlivá rovnovážná konstanta a rozdělovací koeficient) bylo usuzováno o reaktivitě a transportních vlastnostech vybraných biokoloidních respektive syntetických substancí.
|
|
|
Study of Plasma - Liquid Interactions
Němcová, Lucie ; Brablec, Antonín (oponent) ; Obradovic, Bratislav (oponent) ; Krčma, František (vedoucí práce)
This Ph.D. thesis contains a detailed investigation of different electric discharges generated in liquids. These discharges have become a popular topic during the last decade, mainly due to many practical applications for example in biomedicine, waste water treatment, ecology and nanoengineering. The study is focused on hydrogen peroxide generation which is one of the most important particles generated by electric discharges in liquids. A special batch discharge chamber, constructed at the Brno University of Technology, Faculty of Chemistry, Czech Republic, was used for the first experimental part. This discharge chamber is separated by a diaphragm membrane with a pin hole at its centre. A single high voltage electrode is placed in each part of the chamber, which is filled by water solution. High frequency voltage (1 and 2 kHz) was used as a power source to treat a NaCl solution (1.5 l). After evaluation of all results it has been found that this kind of power supply, compared to DC, does not cause any unwanted overheating of the solution (initial conductivity 100 - 800 microS/cm) during its treatment and thus the hydrogen peroxide production efficiency is quite high. The second part of this thesis was done at the Ghent University, Department of Applied Physics, Belgium. Here the DC discharge was created in gas bubbles (He, Ar, N2 or Air) flowing water solutions. NaH2PO4 . 2H2O solution (5 microS/cm, V= 750 ml) was used to hydrogen peroxide production studies, Direct Red 79 (20 mg/l) and Direct Blue 106 (20 mg/l, V= 750 ml) solutions were chosen for the organic dyes destruction study. The minimal concentration of the H2O2 was obtained when 10 mA current was applied, while the maximum concentration was observed at the current 30 mA. It leads to the conclusion that concentration of hydrogen peroxide increases with increasing applied current. The organic decomposition showed the same trend. The higher energy was applied, the more organic dye was destructed. The third part of this thesis took place at the Queen's University of Belfast, Centrum for Plasma Physics, UK using high frequency plasma scalpel (Arthrocare). It was found that the hydrogen peroxide concentration has reached the maximal value in solutions with a small addition of an alcohol (0.25 %). Four different treated liquid 0.15 M water solutions of BaCl2, Na2CO3, KCl and NaCl (V= 20 ml) were used. The initial conductivity of the samples was around 13 mS/cm. From the taken results it was obvious that the biggest difference between pH values was obtained in the solution with the additional of ethanol. The active particles generated by discharge were detected by spectra, mainly OH radicals which are understood as precursors to hydrogen peroxide. The main innovation was study of the influence of additional of organic compound on the plasma process. It was obtained that plasma still can be generated in such solution kind which can be considered as the first step to plasma created in the pure organic liquid medium. The last part of this work looked at atmospheric pressure microplasma jet interaction with the liquid phase and it was carried out at the Nanotechnology & Integrated Bio-Engineering Centre (NIBEC), University of Ulster, UK during host internship. As a liquid medium a gold (III) chloride trihydrate (HAuCl4.3H2O) aqueous solution with different initial conductivity was used. Interestingly, even a very low current (0.05 and 0.2 mA) generates stable plasma and produces hydrogen peroxide which can be understood as a very good result. Here, H2O2 behaviours as an oxidizing agent which converts gold precursors into gold nanoparticles.
|
|
|
Studium vlivu struktury organických barviv na jejich rozklad v diafragmovém výboji
Pajurková, Jana ; Fasurová, Naděžda (oponent) ; Kozáková, Zdenka (vedoucí práce)
Hlavním cílem této práce je studium vlivu struktury organických barviv na jejich rozklad v diafragmovém výboji ve vodných roztocích. Diafragmový výboj je jedním z mnoha typů elektrických výbojů v kapalinách. Jedná se o nízkoteplotní plazma, které je generováno pomocí vysokého napětí a v plazmových kanálcích („streamerech“) vznikají různé fyzikální a chemické procesy. Mezi fyzikální procesy patří silné elektrické pole, rázové vlny a v neposlední řadě vyzařování elektromagnetického vlnění v oblasti viditelného i UV záření. K nejdůležitějším chemickým procesům patří generace aktivních látek a částic, které pak iniciují chemické reakce a atakují molekuly organických látek obsažených v kapalinách. Organická barviva byla pro tuto práci vybrána z důvodu, že jejich rozklad je snadno pozorovatelný, protože je doprovázen odbarvováním, a je možné pro určení jejich koncentrace v průběhu měření použít UV-VIS spektroskopii. Rovněž jsou výborným příkladem organických látek, které jsou často obsaženy v odpadních vodách, a k jejich odstranění nestačí běžně používané biologické, chemické a fyzikální procesy. Použitá barviva byla zvolena převážně ze skupiny azobarviv a byla to: Acid Red 14, Acid Red 18, Acid Yellow 23, Direct Blue 53, Direct Red 79, Direct Red 80, Direct Yellow 29 a Food Yellow 3 a dále Acid Blue 74 (indigoidní barvivo) a Direct Blue 106 (oxazinové barvivo). Pokusy byly prováděny ve speciálním zařízení s odděleným anodovým a katodovým prostorem nevodivou přepážkou, v níž byla uchycena diafragma se špendlíkovou dírkou. Měření ukázala rozdílné odbourání v katodovém a anodovém prostoru, což je nejspíše způsobeno odlišnými charakteristikami výbojových kanálků. Barviva se více odbourávala v anodovém prostoru a to přibližně na 40 % jejich původní koncentrace, zatímco v prostoru katodovém se konečná relativní koncentrace pohybovala okolo 90 %. V práci je zkoumán vliv struktury barviva na odbourání během elektrického výboje a bylo zjištěno, že lépe se odbourávají barviva složená z menších molekul a z větších barviv ta, která obsahují velký počet skupin navázaných na aromatických jádrech ve skeletu molekuly. Během odbourávání barviva docházelo zejména u přímých (Direct) barviv ke změně charakteristické vlnové délky k vyšším i nižším vlnovým délkám. Tento jev je pravděpodobně způsoben vznikem meziproduktů, které mají jinou charakteristickou vlnovou délku než samotná molekula barviva. Za barevnost je odpovědný dostatečně dlouhý konjugovaný systém dvojných vazeb se substituenty navázanými na aromatická jádra. Každý zásah do struktury molekuly barviva má za následek změnu barevnosti látky, a tím by mohl být vysvětlen posun vlnových délek. Dalším úkolem bylo srovnání účinnosti rozkladu barviv elektrolýzou a výbojem. Výsledky srovnání ukazují, že elektrolýza (30 W) je vhodná pro rozklad barviv složených z malých molekul a diafragmový výboj (130170 W) pro složitější molekuly barviv. Pro menší molekuly stačí oxidace na anodě, kterou poskytuje elektrolýza, kdežto pro odstranění větších molekul je třeba spolupráce této oxidace na anodě a aktivních částic, které se tvoří při výboji.
|
host ::
RSS.