Zbadanie zależności termodynamicznych nanomateriałów przy zastosowaniu metody Potencjałem Chemicznym Programowanej Reakcji

Wartość projektu
1 276 800,00
PLN
Źródło finansowania
OPUS 14
Okres realizacji od
Okres realizacji do
Kierownik projektu w ZUT
dr hab. inż. Rafał Pelka
Opis

Według aktualnego stanu wiedzy, korelacje pomiędzy właściwościami nanomateriałów a parametrami dotyczącymi procesu ich otrzymywania (temperatura, prężność itd.) określa się w sposób eksperymentalny. Oznacza to, że obecnie synteza nanomateriałów jest prowadzona w sposób empiryczny, metodą prób i błędów, co pochłania znaczne nakłady finansowe. Brak wiedzy w obszarze termodynamiki nanomateriałów uniemożliwia świadome prowadzenie syntezy tych materiałów w sposób kontrolowany. Poznanie podstaw termodynamicznych procesów z udziałem nanomateriałów umożliwi projektowanie technologii otrzymywania (kontrola i sterowanie procesem syntezy) materiałów nanokrystalicznych o pożądanych, wcześniej zaprojektowanych właściwościach. Katalizator żelazowy syntezy amoniaku został zastosowany w produkcji ok. 100 lat temu. Znacznie później ustalono, że jego aktywność w procesie syntezy amoniaku jest efektem jego nanokrystalicznej budowy. Katalizator żelazowy, czyli nanokrystaliczne żelazo, którego powierzchnia pokryta jest tlenkami promotorów (głównie Al2O3, CaO, K2O) jest wykorzystywany jako struktura modelowa do badania zjawisk powierzchniowych w reakcjach pomiędzy ciałem stałym a fazą gazową. Bezustannie trwają badania i dyskusje na temat jego funkcjonowania. Prace nad otrzymywaniem i właściwościami nanokrystalicznego żelaza prowadzone są w Instytucie Technologii Chemicznej Nieorganicznej i Inżynierii Środowiska ZUT w Szczecinie już od kilkunastu lat. Opracowano metodę otrzymywania nanokrystalicznego żelaza promowanego tlenkami glinu, wapnia i potasu. Prowadzono badania zjawisk zachodzących na powierzchni nanokrystalicznego żelaza, dotyczące: syntezy i rozkładu amoniaku, a także procesów azotowania, nawęglania i utleniania. Ponadto, opracowano metodę umożliwiającą wyodrębnienie, z polikrystalicznego nanomateriału, materiału o określonych i pożądanych wielkościach nanokrystalitów. W trakcie procesu chemicznego z udziałem nanokrystalicznego żelaza i mieszaniny NH3/H2 ustalają się: (1) stany stacjonarne, w których skład fazy gazowej i stałej nie zmienia się w czasie, a stopień przereagowania (α) substancji nanokrystalicznej jest funkcją temperatury i potencjału chemicznego (P) fazy gazowej; oraz (2) stany równowagi chemicznej pomiędzy fazą gazową a ciałem stałym. W stanach stacjonarnych w układzie dwufazowym zaobserwowano występowanie zjawiska histerezy (dla zależności α=f(P)) dla procesów chemicznych azotowania nanokrystalicznego żelaza i redukcji azotków żelaza (dotąd zjawisko histerezy wiązane było ze zjawiskami fizycznymi). Prace badawcze podjęte w niniejszym projekcie pozwolą określić zależności termodynamiczne właściwości fizykochemicznych nanomateriałów (nanokrystalicznego Fe, Ni, Co promowanego Al2O3, CaO, K2O) od potencjału nawęglającego fazy gazowej, z którą one reagują w stanach równowagowych lub bliskich równowagi przy zastosowaniu metody Programowanej Potencjałem Chemicznym Reakcji.


Kierownik projektu: dr hab. inż. Rafał Pelka

Opiekun: