Tytuł pozycji:
The use of spectral methods to identify the microstructure and chemical structure of biocarbons used in the processes of the exploitation of technological liquids
In the dynamic development work in the use of plant waste to produce biocarbons, the assumed sorption capacity resulting from the chemical structure of the surface determines the need to adapt the advanced spectral methods to test the quality of newly-manufactured materials. In this paper, the usefulness of X-ray energy dispersion spectroscopy (EDS), infrared spectrophotometry (FTIR), and Raman spectroscopy techniques to determine the chemical composition and identification of functional groups and the ordering of the biocarbon crystal structure were determined. In particular, examples of the interpretation of obtained spectra are presented. The EDS technique allows the determination of changes in the chemical composition occurring during pyrolysis under certain thermal conditions. Thanks to infrared spectrophotometry (FTIR), information was obtained about functional groups present on the surface of biocarbon, as well as directions of structural changes occurring in cellulose waste due to pyrolysis, which are dependent on temperature conditions. The Raman spectroscopy allowed the assessment of the degree of ordering of biocarbon structures based on the identification of the intensity of spectral signals corresponding to the D band, characteristic for the amorphousity of carbon structures and the G band, indicating the ordering of carbon structures. These techniques are a package of complementary analytical methods that allow for a comprehensive study of the chemical structure of biochar, which is a product of the pyrolysis of waste of plant origin, which is used, among others, in processes of the exploitation of technological fluids, particularly for purifying industrial waters.
Dynamiczny rozwój prac w zakresie wykorzystania odpadów roślinnych do produkcji biowęgli o założonych zdolnościach sorpcyjnych, wynikających m.in. ze struktury chemicznej powierzchni, determinuje konieczność adaptacji zaawansowanych metod spektralnych do badania jakości nowo wytwarzanych materiałów. W niniejszej pracy określono przydatność techniki spektroskopii rentgenowskiej z dyspersją energii (EDS), spektrofotometrii w podczerwieni (FTIR) i spektroskopii Ramana do określenia składu chemicznego oraz identyfikacji grup funkcyjnych oraz uporządkowania struktury krystalicznej biowęgli. W szczególności przedstawiono przykładowe sposoby interpretacji uzyskiwanych widm. Technika EDS pozwala na określenie zmian w składzie chemicznym zachodzących podczas pirolizy w określonych warunkach termicznych. Dzięki spektrofotometrii w podczerwieni (FTIR) uzyskano informacje o grupach funkcyjnych obecnych na powierzchni biowęgli, a także o kierunkach przemian strukturalnych zachodzących w odpadach celulozowych na skutek pirolizy, które są zależne od warunków temperaturowych. Natomiast spektroskopia Ramana pozwoliła na ocenę stopnia uporządkowania struktur biowęglowych na podstawie identyfikacji intensywności sygnałów spektralnych odpowiadających pasmu D, charakterystycznemu dla amorficzności struktur węglowych i pasmu G, świadczącym o uporządkowaniu struktur węglowych. Wymienione techniki stanowią pakiet uzupełniających się metod analitycznych, pozwalających na kompleksowe zbadanie struktury chemicznej biowęgli, stanowiących produkt pirolizy odpadów pochodzenia roślinnego, znajdujący zastosowanie m.in. w procesach eksploatacji cieczy technologicznych, w szczególności do oczyszczania wód przemysłowych.
Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).
