|
|
Hydrogels of Humic Acids
Cihlář, Zdeněk ; Lehocký,, Marián (oponent) ; Pospíšilová,, Lubica (oponent) ; Kučerík, Jiří (vedoucí práce)
Humic acids (HAs) are the main components of the soil organic matter. They are ubiquitous substances with complex chemical and physicochemical structure. In this study, several modifications of HAs were carried out in order to modify their properties. In the first part, the influence of lignite air oxidation on the yield and physicochemical character of regenerated humic acids were studied. In the second step, to stabilize the structure of lignite humic acids and improve the water holding capacity, we applied formaldehyde and carbodiimides crosslinking procedures leading to covalent coupling of humic acids moieties. The production of crosslinked structures was motivated by the attempt to design HAs-based systems resembling hydrogels, with the possibility to modify their reactivity and water retention. Samples were analyzed for their chemical composition and physicochemical properties using various techniques, among the most important were DSC and NMR relaxometry. The chemical composition was studied using FTIR and elemental analysis in order to assess the changes in comparison to pristine humic acids. The stabilities of derivatives were determined by using thermogravimetry. The most important parameter studied in this work was the change in hydration characteristics. For this reason, we developed and applied several new thermoanalytical and NMR relaxometry approaches. In particular, to mimic the situations occurring in nature, we studied sorption of water on humic acids from controlled humidities and monitored qualitative and quantitative aspects of water sorption. Crosslinking by formaldehyde induced a reduction in moisture sorption capacity, which was attributed to the separation of functional groups and a decrease in structural compactness. In addition, the crosslinked humic acids exhibited faster water uptake and approximately three-fold higher water holding capacity than pristine humic acids. In case of carbodiimide coupling (by using water-soluble N-Ethyl-N-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide (EDC)), the derivatives of humic acids contained only between 14–40 % of original free carboxylic groups. Despite that, they exceeded the moisture harvesting ability of parental humic acids around 10–14 % after their equilibration at 100% relative humidity. Although, they showed also more rigid structure, the EDC derivatives showed also faster swelling kinetics and reached almost the same water holding capacity as original sample after 18 days. However, carbodiimides derivatives began to degrade already after 3–9 days during swelling tests, which subsequently decreased their performance. The results suggest that water holding capacity, swelling kinetics and moisture harvesting ability of humic acids are not influenced exceptionally by the amount of free carboxylic groups or other polar functionalities, but also by their spatial arrangement and the distribution of pore sizes on the surface and inside the humic structure. The knowledge gained in this study is beneficial, among others, for the production of soil humic acids-based conditioners, i.e. remediation agents having required and simultaneously adjustable ability to bind and release water into the surrounding environment. Last, but not least, the presented findings improve the fundamental understanding the hydration processes in pristine and modified humic acids, which is beneficial to elucidate the hydration of complex natural systems, and of in particular of natural organic matter.
|
|
|
Retence vody v huminových kyselinách
Cihlář, Zdeněk ; Šmejkalová, Daniela (oponent) ; Kučerík, Jiří (vedoucí práce)
Huminové kyseliny byly vyextrahovány z jihomoravského lignitu. Takto získaný neupravený vzorek huminových kyselin byl oxidován buď H2O2 nebo HNO3. Oxidované huminové kyseliny byly dále modifikovány pomocí formaldehydu za účelem vytvořit zesíťovanou strukturu, která by zvýšila retenci vody v těchto materiálech. Afinita a retence vody v připravených vzorcích byla studována pomocí termické analýzy (DSC – diferenční kompenzační kalorimetrie a TGA – termogravimetrické analýzy). Ke studiu zmíněných parametrů bylo využito dvou odlišných způsobů hydratace vzorků huminových kyselin. První přístup představoval sorpci vody na huminových kyselinách při třech kontrolovaných vzdušných vlhkostech, k jehož popisu bylo využito TGA. Druhý pohled byl založen na sorpci jednorázově přidaného nadbytečného množství vody, který byl charakterizován pomocí DSC. Výsledky získané z TGA vzorků huminových kyselin umístěných v prostředí s definovanou relativní vzdušnou vlhkostí naznačují zvyšující se sorpční schopnost s rostoucí relativní vzdušnou vlhkostí okolní atmosféry. Na základě hodnot získaných z DSC měření v hermeticky uzavřených vzorkovnicích lze poukázat na zvyšující se množství vody vázané strukturou huminových kyselin po dobu jednoho měsíce. Všechny upravené vzorky huminových kyselin (oxidované i oxidované a modifikované pomocí formaldehydu) vykazovaly vyšší retenci vody v porovnání s nemodifikovaným vzorkem.
|
|
| |
|
|
Viskoelasticita kostí - metodika měření
Cihlář, Zdeněk ; Ďoubal, Stanislav (vedoucí práce) ; Kuchařová, Monika (oponent)
Univerzita Karlova v Praze, Farmaceutická fakulta v Hradci Králové Katedra biofyziky a fyzikální chemie Kandidát: Mgr. Zdeněk Cihlář Konzultant: Prof. RNDr. Ing. Stanislav Ďoubal, CSc. Název rigorózní práce: Viskoelasticita kostí - metodika měření Cílem práce bylo ověření metodiky měření viskoelastických parametrů lidských kostí za použití vhodné měřící aparatury, která umožňuje měřit dynamické charakteristiky. Metoda stanovení viskoelastických parametrů kosti je založena na měření deformační odezvy na deformující sílu ve tvaru obdélníkového impulsu působícího na vzorek hlavice kosti stehenní při zatěžování v ohybu a měření impulsní charakteristiky při namáhání v torzi. V případě namáhání v ohybu se tedy jedná o měření tzv. křivky toku a tlumených kmitů na základě krátkého účinku deformující síly. Vyvinutou metodikou byly měřeny přechodové a impulsní charakteristiky. Na základě těchto charakteristik byly určovány viskoelastické parametry vzorků, kterými jsou Youngův modul pružnosti, modul ve smyku a viskózní člen. Z hodnot Youngova modulu a modulu ve smyku bylo spočítáno Poissonovo číslo, které udává poměr mezi příčným zkrácením a podélným prodloužením materiálu při deformaci. Naměřené hodnoty Youngova modulu pružnosti se pohybují v intervalu od 62MPa do 670MPa. Hodnoty modulu ve smyku se pohybují...
|
|
|
Viskoelasticita kostí - metodika měření
Cihlář, Zdeněk ; Ďoubal, Stanislav (vedoucí práce) ; Kuchařová, Monika (oponent)
Univerzita Karlova v Praze, Farmaceutická fakulta v Hradci Králové Katedra biofyziky a fyzikální chemie Kandidát: Mgr. Zdeněk Cihlář Konzultant: Prof. RNDr. Ing. Stanislav Ďoubal, CSc. Název rigorózní práce: Viskoelasticita kostí - metodika měření Cílem práce bylo ověření metodiky měření viskoelastických parametrů lidských kostí za použití vhodné měřící aparatury, která umožňuje měřit dynamické charakteristiky. Metoda stanovení viskoelastických parametrů kosti je založena na měření deformační odezvy na deformující sílu ve tvaru obdélníkového impulsu působícího na vzorek hlavice kosti stehenní při zatěžování v ohybu a měření impulsní charakteristiky při namáhání v torzi. V případě namáhání v ohybu se tedy jedná o měření tzv. křivky toku a tlumených kmitů na základě krátkého účinku deformující síly. Vyvinutou metodikou byly měřeny přechodové a impulsní charakteristiky. Na základě těchto charakteristik byly určovány viskoelastické parametry vzorků, kterými jsou Youngův modul pružnosti, modul ve smyku a viskózní člen. Z hodnot Youngova modulu a modulu ve smyku bylo spočítáno Poissonovo číslo, které udává poměr mezi příčným zkrácením a podélným prodloužením materiálu při deformaci. Naměřené hodnoty Youngova modulu pružnosti se pohybují v intervalu od 62MPa do 670MPa. Hodnoty modulu ve smyku se pohybují...
|
|
| |
|
|
Hydrogels of Humic Acids
Cihlář, Zdeněk ; Lehocký,, Marián (oponent) ; Pospíšilová,, Lubica (oponent) ; Kučerík, Jiří (vedoucí práce)
Humic acids (HAs) are the main components of the soil organic matter. They are ubiquitous substances with complex chemical and physicochemical structure. In this study, several modifications of HAs were carried out in order to modify their properties. In the first part, the influence of lignite air oxidation on the yield and physicochemical character of regenerated humic acids were studied. In the second step, to stabilize the structure of lignite humic acids and improve the water holding capacity, we applied formaldehyde and carbodiimides crosslinking procedures leading to covalent coupling of humic acids moieties. The production of crosslinked structures was motivated by the attempt to design HAs-based systems resembling hydrogels, with the possibility to modify their reactivity and water retention. Samples were analyzed for their chemical composition and physicochemical properties using various techniques, among the most important were DSC and NMR relaxometry. The chemical composition was studied using FTIR and elemental analysis in order to assess the changes in comparison to pristine humic acids. The stabilities of derivatives were determined by using thermogravimetry. The most important parameter studied in this work was the change in hydration characteristics. For this reason, we developed and applied several new thermoanalytical and NMR relaxometry approaches. In particular, to mimic the situations occurring in nature, we studied sorption of water on humic acids from controlled humidities and monitored qualitative and quantitative aspects of water sorption. Crosslinking by formaldehyde induced a reduction in moisture sorption capacity, which was attributed to the separation of functional groups and a decrease in structural compactness. In addition, the crosslinked humic acids exhibited faster water uptake and approximately three-fold higher water holding capacity than pristine humic acids. In case of carbodiimide coupling (by using water-soluble N-Ethyl-N-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide (EDC)), the derivatives of humic acids contained only between 14–40 % of original free carboxylic groups. Despite that, they exceeded the moisture harvesting ability of parental humic acids around 10–14 % after their equilibration at 100% relative humidity. Although, they showed also more rigid structure, the EDC derivatives showed also faster swelling kinetics and reached almost the same water holding capacity as original sample after 18 days. However, carbodiimides derivatives began to degrade already after 3–9 days during swelling tests, which subsequently decreased their performance. The results suggest that water holding capacity, swelling kinetics and moisture harvesting ability of humic acids are not influenced exceptionally by the amount of free carboxylic groups or other polar functionalities, but also by their spatial arrangement and the distribution of pore sizes on the surface and inside the humic structure. The knowledge gained in this study is beneficial, among others, for the production of soil humic acids-based conditioners, i.e. remediation agents having required and simultaneously adjustable ability to bind and release water into the surrounding environment. Last, but not least, the presented findings improve the fundamental understanding the hydration processes in pristine and modified humic acids, which is beneficial to elucidate the hydration of complex natural systems, and of in particular of natural organic matter.
|
|
|
Retence vody v huminových kyselinách
Cihlář, Zdeněk ; Šmejkalová, Daniela (oponent) ; Kučerík, Jiří (vedoucí práce)
Huminové kyseliny byly vyextrahovány z jihomoravského lignitu. Takto získaný neupravený vzorek huminových kyselin byl oxidován buď H2O2 nebo HNO3. Oxidované huminové kyseliny byly dále modifikovány pomocí formaldehydu za účelem vytvořit zesíťovanou strukturu, která by zvýšila retenci vody v těchto materiálech. Afinita a retence vody v připravených vzorcích byla studována pomocí termické analýzy (DSC – diferenční kompenzační kalorimetrie a TGA – termogravimetrické analýzy). Ke studiu zmíněných parametrů bylo využito dvou odlišných způsobů hydratace vzorků huminových kyselin. První přístup představoval sorpci vody na huminových kyselinách při třech kontrolovaných vzdušných vlhkostech, k jehož popisu bylo využito TGA. Druhý pohled byl založen na sorpci jednorázově přidaného nadbytečného množství vody, který byl charakterizován pomocí DSC. Výsledky získané z TGA vzorků huminových kyselin umístěných v prostředí s definovanou relativní vzdušnou vlhkostí naznačují zvyšující se sorpční schopnost s rostoucí relativní vzdušnou vlhkostí okolní atmosféry. Na základě hodnot získaných z DSC měření v hermeticky uzavřených vzorkovnicích lze poukázat na zvyšující se množství vody vázané strukturou huminových kyselin po dobu jednoho měsíce. Všechny upravené vzorky huminových kyselin (oxidované i oxidované a modifikované pomocí formaldehydu) vykazovaly vyšší retenci vody v porovnání s nemodifikovaným vzorkem.
|
host ::
RSS.