Czasopismo Inżynieria i Ochrona Środowiska

ISSN 1505-3695

Kolegium Redakcyjne

Strona czasopisma w trakcie migracji pod NOWYM ADRESEM

UWAGA ! Preferujemy artykuły w języku angielskim.

Drodzy Czytelnicy i Autorzy

Seria wydawnicza "Inżynieria i Ochrona Środowiska" stanowi czasopismo naukowe, w którym są zamieszczane prace naukowe i opracowania techniczne obejmujące szeroko rozumianą inżynierię i ochronę środowiska. Inicjatywa powołania czasopisma powstała w lutym 1997r. w Ustroniu na spotkaniu dziekanów wydziałów politechnik prowadzących kierunki studiów inżynieria środowiska i ochrona środowiska. W 2001r Komitet Inżynierii Środowiska PAN objął swoim patronatem wydawanie naszego czasopisma. 

Mamy nadzieję, że "Inżynieria i Ochrona Środowiska" zyskała już wielu Czytelników. Jak wiadomo jest ona adresowana przede wszystkim do środowisk naukowych, technicznych i przemysłowych, zainteresowanych problematyką publikowanych artykułów. Nie mniej jednak swą ofertę wydawniczą kierujemy zarówno do teoretyków, jak i praktyków, a także do wszystkich osób pasjonujących się inżynierią i ochroną środowiska. Zainteresowanych zapraszamy do współpracy.

 

Tom 16, Numer 2

1. Mikro-mezoporowate węgle: otrzymywanie, właściwości, zastosowanie
Micro-mesoporous Carbons: Synthesis, Properties, Application
Jerzy Choma
Strony: 163-178, Pobierz w wersji .PDF

Mezoporowate materiały węglowe są szeroko stosowane w życiu codziennym i w przemyśle dlatego, że charakteryzują się bardzo dużą powierzchnią właściwą i objętością porów, a także wyjątkowymi fizykochemicznymi właściwościami ze szczególnym uwzględnieniem właściwości adsorpcyjnych. Prezentowana praca jest poświęcona przeglądowi literatury dotyczącej nowych metod syntezy, charakterystyki i zastosowania mezoporowatych materiałów węglowych. Jednym z głównych celów tej pracy jest omówienie syntezy mezoporowatych węgli metodą twardego odwzorowania z wykorzystaniem uporządkowanych mezoporowatych krzemionek, koloidalnej krzemionki i koloidalnych kryształów krzemionkowych. Szczególną uwagę poświęcono metodzie, w której wykorzystano monolity krzemionkowe otrzymane w wyniku sprasowania nanocząstek koloidalnej krzemionki, które następnie impregnowano roztworem kwasu szczawiowego, (katalizatorem reakcji polimeryzacji), rezorcynolem i formaldehydem (prekursorami węglowymi). Następnie prekursory węglowe polimeryzowano i karbonizowano oraz ostatecznie wytrawiano stałą matrycę krzemionkową, otrzymując mezoporowaty węgiel o jednorodnych porach odpowiadających wymiarom koloidalnej krzemionki. Mezoporowate węgle poddawano też aktywacji za pomocą KOH, rozwijając ich mikroporowatość. Innym ważnym zagadnieniem, które rozważano w tym artykule, była synteza mezoporowatych węgli metodą miękkiego odwzorowania z wykorzystaniem termoutwardzalnych polimerów (np. żywicy fenolowej), jako prekursorów węglowych, w obecności blokowych kopolimerów - jako miękkich matryc. Metoda miękkiego odwzorowania jest prostą i efektywną metodą, pozwalającą na kontrolowanie mezoporowatej struktury węgli, np. pH mieszaniny reakcyjnej wpływa na średni wymiar porów otrzymywanego węgla. Opisano sposoby rozwijania mikroporowatości mezoporowatych węgli za pomocą dodawania podczas syntezy tetraetoksysilanu (TEOS) i wytrawiania powstałej z niego krzemionki lub aktywacji mezoporowatych węgli za pomocą KOH. W pracy zaprezentowano też opisane w literaturze sposoby zastosowania uporządkowanych mezoporowatych węgli do oczyszczania wody z barwników, fenolu i innych organicznych zanieczyszczeń. Opisano także inne próby zastosowania tych węgli, np. w bateriach litowo-węglowych, jako materiały do produkcji elektrod, do otrzymywania materiałów o supermagnetycznych właściwościach do adsorpcji dużych cząsteczek organicznych, jako materiał elektrodowy w superkondensatorach, jako adsorbent do usuwania jonów metali ciężkich z wody, niebezpiecznych anionów i toksycznych związków organicznych, jako nośnik katalizatorów oraz jako adsorbent do przechowywania wodoru.

Mesoporous carbonaceous materials are widely used in everyday life and industry because they possess very high surface area, pore volume and unique physicochemical properties, including adsorption characteristics. This article presents a survey of literature devoted to new methods of synthesis, characterization and application of mesoporous carbonaceous materials. One of major topics reviewed in this work is the synthesis of ordered mesoporous carbons (OMCs) with help of ordered mesoporous silicas (OMSs), colloidal silica and colloidal silica crystals as hard templates. A special emphasis was placed on the method, which employs monolithic siliceous templates obtained by pressing colloidal silica followed by their impregnation with oxalic acid (catalyst), resorcinol and formaldehyde (carbon precursors), polymerization of carbon precursors, carbonization and template removal. Since the pore volumes for the mesoporous carbon monoliths studied are quite large (4.26 and 3.25 cm3/g), the film-type replication occurred; note that in the case of a complete filling of pores with carbon (having the true density of 2.1 g/cm3) the pore volume of the inverse carbon replica should not exceed 1.36 cm3/g. This method affords carbons with uniform spherical mesopores as well as carbon composites with inorganic nanoparticles (e.g., silver), which after additional activation (e.g., with KOH) lead to micro and mesoporous carbons of superior structural characteristics. Another important topic reviewed in this article is the synthesis of mesoporous carbons from thermosetting polymers (e.g., phenolic resins) used as carbon precursors in the presence of block copolymers used as soft templates. This new synthesis strategy affords mesoporous carbons in the form of monoliths, fibers and films and permits to scale up this process. Soft-templating is a simple and effective method for controlling the mesoporous structure of carbons; for instance, pH of the synthesis mixture influences the average pore size of the resulting carbons. The initial synthesis conditions, basic or acidic, affect the average pore size (which is about 4 or 8 nm, respectively) as well as the cross-linking and thickness of pore walls that determine chemical, mechanical, and thermal stability of the resulting carbons. Tetraethyl orthosilicate was introduced to the system in order to develop microporosity. After silica dissolution the expected increase in microporosity was observed; interestingly, the mesoporosity was also improved. Post-synthesis activation with KOH at 973 K was proposed as an alternative approach to develop additional microporosity. The treatment resulted in the increased microporosity; however, this time the mesoporosity significantly decreased. Both methods were effective and led to the formation of additional microporosity. This paper presents an overview of recent literature on the application of ordered mesoporous carbons for water treatment involving the removal of dyes, phenols and other organic pollutants.

2. Synteza i badanie właściwości adsorpcyjnych mezoporowatych kompozytów węglowo-platynowych
Synthesis and Study of Adsorption Properties of Mesoporous Carbon-Platinum Composites
Katarzyna Jedynak, Dariusz Wideł, Wiesław Surga, Małgorzata Anna Jóźwiak, Jerzy Choma
Strony: 179-192, Pobierz w wersji .PDF

Opisano sposób otrzymywania jednorodnych mezoporowatych kompozytów węglowo- -platynowych. W syntezie wykorzystano rezorcynol i formaldehyd jako prekursory węglowe oraz trójblokowy kopolimer EO101PO56EO101 jako miękką matrycę. Kwasu heksachloroplatynowego dodawano podczas syntezy kompozytu w takiej ilości, aby w finalnym materiale było ok. 1%, 5%, 10% lub 20% wag. metalicznej platyny. Otrzymane w ten sposób kompozytowe materiały węglowo-platynowe charakteryzują się dużą powierzchnią właściwą (od 560 do ponad 750 m2/g), dużą całkowitą objętością porów (od ok. 0,5 do ponad 0,7 cm3/g) oraz średnim wymiarem mezoporów ok. 7÷17 nm. Procentowy udział mezoporowatości jest znaczący i wynosi ok. 60÷75%. Wyniki badań szerokokątowego rozpraszania promieniowania rentgenowskiego XRD oraz analiza termograwimetryczna dowodzą obecności cząstek metalicznej platyny w matrycy węglowej. Ponadto badania TG wykazują, że tylko część platyny udało się wprowadzić do struktury węglowej (od ok. 1 do 4% wag. Pt), a także, iż badane materiały charakteryzują się znaczną termiczną trwałością w atmosferze powietrza. Zdjęcia ze skaningowej elektronowej mikroskopii (SEM) wskazują na znaczne zróżnicowanie kształtów i wymiarów cząstek platyny. Wymiary tych cząstek zmieniają się w dość szerokim przedziale od kilkudziesięciu nanometrów do kilku mikrometrów. Cząstki platyny są rozproszone w całej strukturze materiału kompozytowego, choć trudno uznać to rozproszenie za jednorodne. Warto podkreślić, że otrzymane kompozytowe materiały węglowe z cząstkami platyny o bardzo dobrych właściwościach adsorpcyjnych i kontrolowanej strukturze mikro- i mezoporów mogą być użyteczne w wybranych procesach adsorpcyjnych i katalitycznych.

A relatively simple way of mesoporous carbon composites with platinum particles obtention was proposed. Soft templating in the acidic environment method was used. Also rezorcynol and formaldehyde were used as carbon precursors, triblock copolymer Lutrol F127 as the soft matrix and chloroplatinic acid as the source of metallic platinum particles. Four different, relatively small and large (1, 5, 10 and 20 wt.%) portions of platinum were embedded into the carbon matrix. Physicochemical properties of mesoporous carbon-platinum composites were investigated. Based on the low-temperature nitrogen adsorption isotherms total surface area, total pore volume, volume of micro and mesopores, exterior surface and the pore size distribution function (using the Kruk-Jaroniec-Sayari method - KJS) and average pore size of tested composites were determined. Wide-angle X-ray difraction (XRD) research allowed us to confirm the presence of platinum particles in the structure of carbon materials studied. SEM photos allowed to determine the morphology of these materials. However, thermogravimetric measurements provided an answer to the question of the thermal stability of mesoporous carbon-platinum composites and the platinum particle content in the carbon matrix. Nevertheless, the presence of nonporous platinum particles of a large mass deteriorates the adsorption properties of mesoporous carbon-platinum composites, the obtained carbon- -platinum composite materials showed high specific surface areas (in the range of 560 to 700 m2/g) as well as large total pore volumes (in the range of 0.5 to 0.6 cm3/g), with the contribution of mesoporosity volume between 55-75%. Pore size distribution functions showed presence of micropores with 2 nm width and mesopores with width between 7÷17 nm. XRD and thermogravimetric measurements confirmed the presence of platinum particles in carbon composites. SEM photos indicate noticeable differences of platinum particles size and shape. It has been observed that both nanoparticles and microparticles of platinum are covering entire analyzed area, but it is hardly homogeneous dispersion. Well-developed porous structure of the carbon-platinum composites gives an opportunities for the application of those materials to specific adsorption, catalytic processes and especially in water treatment processes.

3. Nano-CaCO3 jako matryca do przygotowania z chitozanu bogatych w azot mezoporowatych materiałów węglowych
Nano-CaCO3 as Template to Preparation from Chitosan of Nitrogen-rich Mesoporous Carbon Materials
Anna Kucińska, Jerzy P. Łukaszewicz
Strony: 193-204, Pobierz w wersji .PDF

Pomimo długiej historii węgle aktywowane wciąż znajdują zastosowanie jako specyficzne adsorbenty i katalizatory. Specyficzność właściwości adsorpcyjnych i katalitycznych jest w dużej części uwarunkowana obecnością określonych pierwiastków na powierzchni węgla, głównie w formie tzw. heteroatomowych grup funkcyjnych. W ostatnim czasie, oprócz węgli aktywowanych zawierających tlenowe grupy funkcyjne, szczególnym zainteresowaniem cieszą się węgle o wysokiej zawartości azotu. Są one otrzymywane ze względu na szereg możliwych zastosowań, jak: adsorpcja gazów o charakterze kwasowym (m.in. CO2), adsorpcja jonów metali z roztworów czy wytwarzanie elektrod do superkondensatorów, ogniw paliwowych i innych urządzeń elektrochemicznych. Przedmiotem niniejszej pracy było wykorzystanie naturalnego biopolimeru do otrzymywania węgli aktywowanych. W badaniach zastosowano opracowaną przez autorów oryginalną metodę rozwijania parametrów powierzchniowych, wykorzystując CaCO3 jako matrycę nieorganiczną i chitozan jako prekursor matrycy węglowej. Głównym celem zastosowanej metody wytwarzania było uzyskanie materiałów o wysokiej zawartości azotu (powyżej 5% wagowo) i rozwiniętych parametrach strukturalnych. Wykazano wpływ sposobu użycia matrycy CaCO3 oraz temperatury prowadzonego procesu karbonizacji na rozwinięcie pola powierzchni uzyskanych materiałów. W celu sprawdzenia wpływu dodatku, tzw. N-reagenta, na parametry strukturalne otrzymanych materiałów węglowych w jednej z serii próbek zastosowano opcjonalny dodatek małocząsteczkowego nośnika azotu. Uzyskane pola powierzchni BET mieszczą się w zakresie do 1025 m2g−1, a zawartość azotu wynosi do 15,0% wag.

Despite a long history active carbons still are used as special adsorbents and catalysts. The specificity of the adsorptive and catalytic properties is largely determined by the presence of certain elements in the surface of the carbon, mainly in the form of so-called heteroatomic functional groups. Recently, in addition to oxygen-containing activated carbon functional groups, nitrogen-rich active carbons have gained particular interest. They are fabricated due to a number of possible applications, such as adsorption of acidic gases (among others CO2), the adsorption of metal ions from solutions, or production of electrodes for supercapacitors, fuel cells and other electrochemical devices. The object of this study was to use a natural biopolymer for the preparation of activated carbons. The studies developed by the authors exploit an original method for the achievement of useful surface parameters based on the application of a template-CaCO3 and chitosan as a precursor of carbon matrix. The main purpose of the method of preparation was to obtain carbonaceous materials of a high nitrogen content (more than 5% by weight) and satisfactory structural parameters. It was proven that a proper CaCO3 usage and variation of carbonization temperature led to the development of the surface area and pore structure. In order to test the effect of the so- -called N-reagent on the structural parameters of active carbons, one of a series of samples was subjected to the action of a low molecular weight nitrogen carrier. The porous structure of activated carbons derived from chitosan can be tailored by the proper use of templates, i.e. strictly microporous activated carbons can be manufactured as well as a micro- -mesoporous carbons. The activated carbons obtained in a wide range of carbonization temperature (600÷800°C) even without the addition of N-reactant had a very high level of nitrogen (6.8÷9.6% by weight) bonded to the carbon matrix in various chemical form. BET surface area for the activated carbons obtained using N-reactant approached 1025 m2g−1, while the content of nitrogen reached 15.0% by weight. Basing on the results of XPS analysis several chemical types of nitrogen functional groups such as amine (I-row), pyrimidine and pyridine N-oxide were detected.

4. Węgle aktywne ze stałej pozostałości po szybkiej pirolizie biomasy
Activated Carbons from Solid Residue from Fast Pyrolysis of Biomass
Ewa Lorenc-Grabowska, Piotr Rutkowski
Strony: 205-215, Pobierz w wersji .PDF

Zbadano węgle aktywne otrzymane ze stałej pozostałości po szybkiej pirolizie biomasy celulozy (C) i trocin (T) oraz ich mieszanek z polimerami syntetycznymi: celulozy/polistyrenu (3:1) (CPS), celulozy/polipropylenu (3:1)(CPP) oraz trocin/polistyrenu (3:1) (TPS) i trocin/polipropylenu (3:1) (TPP). Węgle aktywne otrzymano na drodze aktywacji parą wodną w temperaturze 850°C do 50% ubytku masy. Węgle scharakteryzowano, opierając się na analizie technicznej, elementarnej oraz sorpcji azotu w −196°C. Dodatkowo dla wybranych węgli aktywnych przeprowadzono adsorpcję fenolu, czerwieni Kongo i witaminy B12. Adsorpcję wykonano w warunkach statycznych w temperaturze pokojowej. Wyznaczono czasy osiągania stanu równowagi oraz pojemność sorpcyjną. Wszystkie otrzymane węgle aktywne wykazały zasadowy charakter chemiczny powierzchni. Węgle otrzymane z celulozy są to typowo mikroporowate węgle aktywne, podczas gdy węgle aktywne z trocin charakteryzowały się dobrze rozwiniętą strukturą mikro- i mezoporowatą.

The activated carbons (ACs) were produced from solid residue of cellulose and synthetic polymer co-pyrolysis and sawdust and polymer co-pyrolysis. The solid residues of a mixture of cellulose/polystyrene (3:1) (CPS), sawdust/polystyrene (3:1) (TPS), cellulose/polypropylene (3:1) (CPP), sawdust/polypropylene (3:1) (TPP), and only cellulose (C) only sawdust (T) have been produced in two steps pyrolysis. In the first step the sample is slowly heated up to 400°C with heating rate 3°C/minutes and next the second step is the fast pyrolysis with heating rate 100°C/second up to 900°C. The ACs have been obtained by steam activation at 850°C up to about 50% burn off. The elemental analysis of C, H, N and S was performed using a Vario III Elemental Analyzer. The oxygen content was calculated by difference. The porous texture was determined from nitrogen adsorption isotherms measured at −196°C with a NOVA 2200 (Quantachrome). For a chosen activated carbon the adsorptive properties toward phenol, Congo red, and vitamin B12 have been determined. The adsorption processes were carried out in static condition at ambient temperature. The equilibrium time and equilibrium sorption capacity were determined. All obtained ACs have basic surface characteristics. The cellulose based activated carbons are predominantly microporous whereas the sawdust based AC have well developed both micro and mesoporous structure. Activated carbon from cellulose has high adsorption capacity toward phenol whereas AC from sawdust is found to be very efficient adsorbent for the removal of Congo red and vitamin B12. Additionally, the adsorption of phenol and Congo red was enhanced by electrostatic forces that appeared between the adsorbed molecules and activated carbon surface.

5. Nanorogi węglowe - modelowanie i właściwości adsorpcyjne
Carbon Nanohorn - Modeling and Adsorption Properties
Artur P. Terzyk, Sylwester Furmaniak, Katsumi Kaneko, Piotr A. Gauden, Piotr Kowalczyk, Tsutomu Itoh
Strony: 217-223, Pobierz w wersji .PDF

Nanorogi węglowe są obecnie jedną z najbardziej interesujących form węgla. W pracy przedstawiono pierwszy atomowy model nanorogów węglowych. Omówiono wyniki symulacji komputerowych adsorpcji Ar i ich porównanie z danymi doświadczalnymi. W dalszej części skonfrontowano teoretyczne i eksperymentalne wyniki rozdziału mieszaniny CH4/CO2. Uzyskane wyniki prowadzą do wniosku, że o ile podczas określania krzywej dystrybucji średnic nanorogów za pomocą badań adsorpcji Ar nanorogi można przybliżać modelem nieskończonej rurki (część stożkowa nie gra roli), o tyle w przypadku rozdziału mieszaniny CH4/CO2 obecność części stożkowej ma kluczowe znaczenie i decyduje o przewadze nanorogów nad nanorurkami węglowymi o tej samej średnicy.

Single Walled Carbon Nanohorn (SWNH) is one of the most interesting new forms of carbon. We present the first atomistic model of SWNH. Next we discuss the results of molecular simulations of Ar adsorption, and the comparison with experimental data. The application of SWNHs for CH4/CO2 mixture separation is also discussed. It is concluded that during calculation of the PSD curve the tip is not important. In the contrary, it plays a crucial role in the separation of considered mixture. In this way, SWNHs are more promising materials than carbon nanotubes and can be applied for CO2 capture from a biogas.

6. Modelowanie adsorpcji związków biologicznie czynnych na materiałach węglowych
Modelling of Adsorption of Biologically Active Compounds on Carbonaceous Materials
Piotr A. Gauden, Artur P. Terzyk, Sylwester Furmaniak, Marek Wiśniewski, Agnieszka Bielicka, Karolina Werengowska-Ciećwierz Wojciech Zieliński, Bartosz Kruszka, Adam Bieniek
Strony: 225-234, Pobierz w wersji .PDF

Omówiono wpływ porowatości oraz chemicznej natury powierzchni węgla aktywnego na adsorpcję trzech związków organicznych (benzenu, fenolu oraz paracetamolu) z rozcieńczonych roztworów wodnych w oparciu o obliczenia dynamiki molekularnej (pakiet GROMACS). Wykorzystano model porów szczelinopodobnych oraz model tzw. „miękkiego” węgla aktywnego. Charakteryzują się one stopniową zmianą struktury mikroporowatej. Ponadto w strukturę materiałów węglowych wbudowano różną ilość grup funkcyjnych. Wyniki otrzymanych symulacji komputerowych wykazują jakościową zgodność z pomiarami eksperymentalnymi. I tak na przykład zaobserwowano spadek adsorpcji dla paracetamolu w porównaniu z adsorpcją benzenu. Ponadto wyniki obliczeń komputerowych wskazują, że na proces adsorpcji związków organicznych mają wpływ zarówno porowatość, jak i chemiczna natura materiału węglowego (zawartość tlenu). Ten drugi z czynników decyduje o mechanizmie blokowania porów i związany jest ze zwiększeniem gęstości wody w pobliżu grup chemicznych (tworzenie klastrów). Efekt blokowania porów zależy także od rozmiaru porów i przestaje odgrywać rolę dla porów o szerokościach większych niż 0,68 nm. W konsekwencji cząsteczki adsorbowanych związków organicznych nie mogą wnikać w głąb struktury materiału węglowego, ale adsorbują się na powierzchni zewnętrznej porów w pobliżu ich wejść.

MD simulation studies (GROMACS package) showing the influence of porosity and carbon surface oxidation on adsorption of three organic compounds (i.e. benzene, phenol, and paracetamol) from aqueous solutions on carbons were reported. Based on a model of slit-like pores and “soft” activated carbons different adsorbents with gradually changed microporosity were created. Next, different amount of surface oxygen groups was introduced. We observe quantitative agreement between simulation and experiment, i.e. the decrease in adsorption from benzene down to paracetamol. Simulation results clearly demonstrate that the balance between porosity and carbon surface chemical composition in organics adsorption on carbons, and the pore blocking determine adsorption properties of carbons. Pore blocking effect decreases with diameter of slits and practically vanishes for widths larger than c.a. 0.68 nm. Moreover, adsorbed molecules occupy the external surface of the slit pores (the entrances) in the case of oxidized adsorbents.

7. Elektrochemiczne zachowanie wielościennych nanorurek węglowych modyfikowanych amoniakiem
Electrochemical Behavior of Multi Walled Carbon Nanotubes Modified by Ammonia
Mariusz Walczyk, Stanisław Biniak
Strony: 235-243, Pobierz w wersji .PDF

Niemodyfikowane oraz utlenione wielościenne nanorurki węglowe (MWCNT) poddane zostały wygrzewaniu w temperaturze 500 oraz 900°C w strumieniu amoniaku. Wykonano badania fizykochemiczne, mające na celu ocenę jakościową efektów modyfikacji. Ponadto badano zachowanie elektrochemiczne uzyskanych materiałów węglowych metodą trójelektrodowej cyklowoltamperometrii w środowisku niewodnym, gdzie elektrodą pracującą była sedymentacyjna warstwa nanorurek węglowych. Wykazano, że azot wiąże się trwale z powierzchnią nanorurek, gdy wygrzewaniu w strumieniu amoniaku w temperaturze 500°C poddano wielościenne nanorurki wstępnie utlenione. Atomy azotu najprawdopodobniej wiążą się z powierzchnią w postaci soli amoniowych oraz amidów o różnej rzędowości. W tych warunkach prawdopodobnie część azotu jest wbudowana w struktury aromatyczne (aromatyczne heterocykliczne, azo-aromatyczne).

Unmodified and oxidized multi walled carbon nanotubes (MWCNT) were heated (500°C and 900°C) in a stream of ammonia. The characteristics of the physicochemical properties of the samples obtained were estimated using various experimental methods. Cyclic voltammetry studies of nano-carbon electrodes in non-aqueous electrolyte were carried out to evaluate the electrochemical behavior of modified MWCNTs. The results of this work conclusively demonstrate the generation of nitrogen-containing moieties on the MWCNT surface only in case of heating at 500°C in a stream of ammonia previously oxidized carbon nanotubes. Probably the nitrogen atoms were bound to the nanotubes surface as ammonium salts, amides with different order of a nitrogen atom and aromatic structures (aromatic heterocyclic, azo-aromatic).

8. Synergiczny wpływ wymiaru nanoporów węgla aktywnego oraz utlenienia jego powierzchni na adsorpcję CO2 z mieszanin CH4/CO2
Synergetic Influence of Carbon Nanopore Size and Surface Oxidation on CO2 Adsorption from CO2/CH4 Mixtures
Sylwester Furmaniak, Artur P. Terzyk, Piotr A. Gauden, Piotr Kowalczyk,Peter J.F. Harris
Strony: 245-254, Pobierz w wersji .PDF

W związku z rosnącym znaczeniem metanu jako paliwa rozdział mieszaniny CH4 i CO2 jest procesem ważnym z praktycznego punktu widzenia, ponieważ CO2 stanowi częstą domieszkę zarówno naturalnego gazu ziemnego, jak i biogazu. Jedną ze stosowanych w tym celu metod jest technika pressure swing adsorption, bazująca na różnicach w adsorpcji składników mieszaniny. Wśród stosowanych adsorbentów ważne miejsce zajmują węgle aktywne. Ponieważ pomiary doświadczalne adsorpcji mieszanin gazów są czasochłonne i wymagają zaawansowanej aparatury, symulacje komputerowe mogą stanowić prostszą i szybszą alternatywę. W pracy przedstawiono wyniki zastosowania symulacji Monte Carlo w wielkim zespole kanonicznym do modelowania adsorpcji i rozdziału mieszaniny CH4/CO2 na węglach aktywnych. Wykorzystano model węgla zaproponowany przez Harrisa i innych. Analizowano wpływ zarówno systematycznie zmieniającej się porowatości węgla, jak i obecności na jego powierzchni różnych ilości grup tlenowych. Wykazano, że oba czynniki wpływają na rozdział mieszaniny CH4/CO2. Spośród nich to utlenienie powierzchni węgla jest czynnikiem bardziej istotnym. Podczas gdy zwiększenie odsetka małych mikroporów (o średnicy poniżej 1 nm) pozwala na zwiększenie skuteczności rozdziału o kilkadziesiąt procent, to wprowadzenie grup karbonylowych prowadzi nawet do 2-3-krotnego wzrostu wartości równowagowego współczynnika rozdziału. Węgiel optymalny do rozdziału mieszaniny CH4/CO2 powinien nie tylko posiadać odpowiednio małe pory, ale również zawierać możliwie dużo grup powierzchniowych.

The growing importance of methane as a fuel makes the separation of CH4 and CO2 mixtures an important process from a practical point of view. CO2 is a frequent impurity of natural gas and biogas. The pressure swing adsorption (PSA) technique is one of the methods used in practice to separate gas mixtures. This method is based on the differences in adsorption of mixture components. Activated carbons are important adsorbents used in the PSA process. Since experimental measurements of gas mixtures adsorption are time-consuming and require sophisticated equipment, computer simulations may be a simpler and faster alternative. The current work presents the results of the use of Monte Carlo simulations in grand canonical ensemble for modelling the adsorption and separation of CH4/CO2 mixture on activated carbons. The model of carbons proposed by Harris et al. is used. The influence of both the carbon porosity (systematically changing) and the presence of surface oxygen groups is analysed. The results show that the both factors affect the separation of CH4/CO2 mixture. Among them, the oxidation of carbon surface is a far more important factor. While the increase in percentage of the smallest micropores (having a diameter below 1 nm) makes it possible to increase separation efficiency by a few tens of percent, the introduction of carbonyl groups results even in 2-3 times greater value of the equilibrium separation factor. The optimal carbon for separation of CH4/CO2 mixtures should not only contain the appropriate small pores, but it should also have the high concentration of surface functionalities.

9. Medyczne aspekty nanostrukturalnych materiałów węglowych
Medical Aspects of Nanostructural Carbonaceous Materials
Marek Wiśniewski, Pamela Rossochacka, Karolina Werengowska-Ciecwierz Agnieszka Bielicka, Artur P. Terzyk, Piotr A. Gauden
Strony: 255-261, Pobierz w wersji .PDF

Praca przedstawia krótki przegląd literaturowy z zakresu zastosowania nanostrukturalnych materiałów węglowych jako potencjalnych kontenerów dostarczania leków czy swoistych markerów. Nanorurki węglowe ze względu na swoje specyficzne właściwości mogą z powodzeniem zostać zastosowane w nowoczesnych nośnikach leków III generacji. Badania te niosą ze sobą wiele nadziei, ale także i obaw, gdyż wszystko, co nowe, nie do końca poznane, może zaskoczyć badaczy. Nadzieje, jakie budzi nanotechnologia w medycynie, a w szczególności w onkologii i diagnostyce medycznej, są tak ogromne, że rzesze badaczy na całym świecie nie zrażają się ani wielkimi kosztami, ani sceptycznym podejściem tzw. ostrożnych naukowców do pracy nad udoskonaleniem nanocząstek, aby były jak najbardziej kompatybilne z organizmem ludzkim, nietoksyczne i biodegradowalne. Gdyby udało się na szeroką skalę rozpowszechnić terapie onkologiczne przy zastosowaniu nanocząstek, wielu chorych zostałoby uratowanych przy minimalnych skutkach ubocznych zastosowanego leczenia.

The paper presents a brief literature review of the scope of nanostructural carbonaceous materials as potential drug containers or specific markers. Carbon nanotubes, due to their specific properties, can be successfully used in modern drug carriers of the 3rd generation. These studies bring a lot of hope, but also some fear because everything new, not fully understood, may surprise researchers. The hopes aroused by using the nanotechnology in medicine, particularly in oncology and medical diagnostics, are so huge that the numbers of researchers around the world bounces back neither at great expense, nor the so-called skepticism of so-called conservative researchers. It is still necessary to work over the improvement of nanoparticles, to be as compatible as possible with the human body, non-toxic and biodegradable. If new technologies in cancer therapies could be widely disseminated, many patients would have been saved, with minimal side effects of the treatment.

10. Badanie cytotoksyczności nowych nośników leków platynowych
The Cytotoxicity Analysis of New Platin Drug Carrier
Karolina Werengowska-Ciećwierz, Marek Wiśniewski, Artur P. Terzyk, Agnieszka Bielicka, Natalia Gurtowska, Tomasz A. Drewa
Strony: 263-271, Pobierz w wersji .PDF

Przedstawiono zastosowanie nanorurek węglowych jako potencjalnych kontenerów leków platynowych. Nanorurki węglowe ze względu na swoje właściwości mogą z powodzeniem zostać zastosowane w nowoczesnych nośnikach leków. Budowanie nowych systemów dostarczania chemioterapeutyków na bazie nanorurek węglowych jest nowatorską metodą leczenia chorób nowotworowych. Celem pracy jest przedstawienie metod biokoniugacji cytostatyków. Chemioterapeutyk może zostać umieszczony we wnętrzu nanorurki węglowej bądź na jej zewnętrznej powierzchni. Metody wprowadzania leków obejmują oddziaływania niekowalencyjne (adsorpcję) oraz kowalencyjne tworzące grupy: estrowe, amidowe i N-acetylohydrazonu. Dodatkowo, tematyka pracy skierowana jest na analizę badań cytotoksycznych nowatorskich układów nanonośników dostarczających związki kompleksowe platyny przeciwko komórkom nowotworowym różnego typu: głowy, szyi, czerniaka, piersi czy jajników. Zastosowanie nowych nośników leków daje możliwości uzyskania satysfakcjonujących rezultatów leczenia chorób nowotworowych.

The article includes the results showing application of carbon nanotubes as potential containers of platin drug. Carbon nanotubes have special properties which are very useful and suitable in the building of modern drug delivery systems. Traditional anticancer therapy is usually in effective because of a low selective action of drugs and their minimized biodistribution in organism. Moreover, this chemotherapy is associated with high risk of recurrence or unsatisfactory effectiveness and undesirable side effects. The formation of new drug delivery system based on carbon nanotubes is innovative method of anticancer treatment. This idea includes the branch of nanomedicine expanding the traditional medicine. The major purposes of nanomedicine are construction of drug delivery systems and noninvasive treatment. We described the types of drug associations to carbon nanotubes. Chemotherapeutics could be aggregated on the internal surface of nanocarriers, mainly by nanoextraction and nanocondensation process. The drugs linked with the external surface of carbon nanotubes can be linked by covalent or noncovalent bonds. The adsorption is connected with - interaction. In turn, the chemical bonds between the drug and the surface of carbon nanotubes can form ester, acethylhydrazone and amide groups. The types of reactions depend on the functional groups which are offered by the nanocarrier and the structure of drug. In most cases, surface of carbon nanotubes must be initially modified. This functionalization is associated with the covering with polymers as polyethylene glycol or the application of oxidation process. Additionally, the special modification of carbon nanotubes surface makes them biocompatible. The purpose of this study is to describe the analysis of cytotoxicity of new drug delivery systems based on carbon nanotubes and platin compounds. The new drugs delivery systems based on carbon nanotubes should minimize side effects and improve final results of therapy. These effects are confirmed in the literature. These cited papers proved that the application of carbon nanotubes in delivery system of platin compounds is useful during anticancer therapy and can give the positive effect in future.

11. Badania desorpcji termicznej związków rtęci ze zużytych koksów aktywnych stosowanych do końcowego oczyszczania spalin w spalarniach odpadów
The Study of Thermal Desorption of Mercury Compounds from Spent Active Cokes Used for Exhaust Gas Treatment in Waste Incineration Plants
Krzysztof Jastrząb, Izabela Mazurek
Strony: 273-285, Pobierz w wersji .PDF

Przedstawiono wyniki badań regeneracji termicznej zużytego koksu aktywnego stosowanego do oczyszczania gazów odlotowych w spalarniach odpadów. Badaniom poddano polski koks aktywny typu AKP-5, zawierający chlorek rtęci(II). Przebadano wpływ czasu desorpcji, temperatury i natężenia przepływu gazów inertnych na stopień regeneracji koksu aktywnego. Przebieg desorpcji można opisać równaniem kinetycznym II rzędu. Wykazano, że termiczna regeneracja pozwala na całkowite usunięcie rtęci z materiału węglowego i ustalono optymalne parametry regeneracji. Zregenerowany adsorbent można ponownie zastosować do oczyszczania gazów spalinowych.

This paper presents the results of thermal regeneration of spent activated coke used gas cleaning in waste incineration plants. The study involved a Polish active coke AKP-5 saturated with mercuric chloride. The influence of the time of desorption, the temperature and flow rate of inert gas to the degree of regeneration of the active coke have been tested. Description of kinetic desorption has been attempted. It has been shown that the thermal regeneration allows total removal of mercury from a carbon material. Optimal conditions for regeneration have been established. The regenerated adsorbent can be re-used for flue gas cleaning.