Ηλεκτρολυτική παραγωγή μαγνησίου από υδρόφοβα διαλύματα ιοντικών υγρών

Πατέλη, Ιωάννα Μαρία; Pateli, Ioanna Maria

dc.contributor.author	Πατέλη, Ιωάννα Μαρία	el
dc.contributor.author	Pateli, Ioanna Maria	en
dc.date.accessioned	2016-12-09T14:58:40Z
dc.date.available	2016-12-09T14:58:40Z
dc.date.issued	2016-12-09
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/44104
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.13890
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Ιοντικά υγρά	el
dc.subject	Μαγνήσιο	el
dc.subject	Ηλεκτρόλυση	el
dc.subject	Υδρόφοβα	el
dc.subject	Hydrophobic	en
dc.subject	Electrolysis	en
dc.subject	Magnesium	en
dc.subject	Ionic liquids	en
dc.title	Ηλεκτρολυτική παραγωγή μαγνησίου από υδρόφοβα διαλύματα ιοντικών υγρών	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ηλεκτροχημεία	el
heal.classification	Τεχνολογία και μηχανική ορυχείων και μεταλλουργίας	el
heal.classification	Χημεία/Γενική χημεία	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/06575d912e13ffc91d00e26d4d71a06db3e3b793
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/774fb7122290fa8afdcb9baa1fc0a2e176d4b7c2
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/c1dfd96eea8cc2b62785275bca38ac261256e278
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-10-20
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά σε μια νέα, καινοτόμο μέθοδο παραγωγής μαγνησίου. Η μέθοδος αυτή βασίζεται στην ηλεκτρόλυση του διαλύματος που σχηματίζεται από τη διάλυση του άλατος του μαγνησίου Magnesium Bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (ΜgTFSI2) στο ιοντικό υγρό (ionic liquid) 1-Butyl-1-Methylpyrrolidinium Bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BMP-TFSI). Κύριος στόχος της Διπλωματικής Εργασίας είναι η ανάκτηση του μαγνησίου, ενός δραστικού μετάλλου, από μη υδατικά διαλύματα, σε συνθήκες περιβάλλοντος και χαμηλής θερμοκρασίας. Το περιεχόμενο της Διπλωματικής Εργασίας χωρίζεται, σε δύο τμήματα: στο θεωρητικό μέρος και στην περιγραφή της πειραματικής έρευνας και των αποτελεσμάτων της. Στο θεωρητικό μέρος θα αναφερθούν γενικές πληροφορίες για το μαγνήσιο ως χημικό στοιχείο, θα αναλυθούν οι υπάρχοντες μέθοδοι παραγωγής του και θα γίνει μια εισαγωγή στον κόσμο και τις ιδιότητες των ιοντικών υγρών. Τα ιοντικά υγρά αποτελούν πόλο έλξης των ερευνητών τα τελευταία χρόνια, λόγω των ιδιαίτερων εφαρμογών που μπορεί να έχουν, των μικρών περιβαλλοντικών επιπτώσεων που φαίνεται να έχει η χρήση τους και της ανύπαρκτης τοξικότητάς τους. Επιπλέον, συγκροτούν μια νέα γενιά διαλυτών και ηλεκτρολυτών που μπορούν να ανταγωνιστούν τα υδατικά διαλύματα σε ιδιότητες και εφαρμογές. Στο δεύτερο μέρος της Διπλωματικής Εργασίας, όπου περιγράφεται η πειραματική έρευνα που διεξήχθη και αξιολογούνται τα αποτελέσματά της, αρχικά, θα αναφερθούν οι πρώτες ύλες που έλαβαν μέρος στην παρασκευή των διαλυμάτων ηλεκτρόλυσης, οι πειραματικές διατάξεις που χρησιμοποιήθηκαν για τον χαρακτηρισμό των διαλυμάτων και για τα πειράματα ηλεκτρόλυσης, καθώς επίσης και οι αντίστοιχες πειραματικές διαδικασίες. Θα ακολουθήσει η παράθεση των αποτελεσμάτων του φυσικοχημικού και ηλεκτροχημικού χαρακτηρισμού, τόσο των πρώτων υλών, όσο και των διαλυμάτων ηλεκτρόλυσης. Πιό συγκεκριμένα, προσδιορίστηκαν πειραματικά στο ιοντικό υγρό και στα διαλύματά του, με το άλας μαγνησίου ΜgTFSI2, πριν αλλά και μετά την προσθήκη του οργανικού συμπλοκοποιητή Tetraethylene glycol dimethyl ether (tetraglyme), ιδιότητες όπως η πυκνότητα, το ιξώδες και η ηλεκτρική αγωγιμότητα, ενώ έγινε και η χημική τους ανάλυση για τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης μαγνησίου, με τη μέθοδο της φασματομετρίας ατομικής απορρόφησης με φλόγα (Flame Atomic Absorption Spectroscopy). Επιπλέον, με τη μέθοδο της Φασματοσκοπίας Υπερύθρου με χρήση του Μετασχηματισμού Fourier (Fourier Transform Infrared Spectroscopy - FTIR), μελετήθηκαν οι μεταβολές που μπορεί να συμβαίνουν στη δομή (χημικοί δεσμοί) των του ιοντικού υγρού, έπειτα από τη διάλυση του άλατος του μαγνησίου, προκειμένου να εξαχθούν έμμεσα, χρήσιμα συμπεράσματα για την κατανόηση της μοριακής δομής του ιοντικού υγρού, μετά τη διάλυση του άλατος Τέλος, για τον πλήρη ηλεκτροχημικό χαρακτηρισμό του ιοντικού υγρού και των διαλυμάτων του με το άλας Mg(TFSI)2, πραγματοποιήθηκαν πειράματα κυκλικής βολταμετρίας, τα οποία επέτρεψαν τον προσδιορισμό του ηλεκτροχημικού παραθύρου του ιοντικού υγρού και τη μελέτη των διαφόρων οξειδοαναγωγικών συστημάτων στα διαλύματά του. Στο δεύτερο μέρος της Διπλωματικής Εργασίας παρουσιάζονται επίσης, τα πειράματα ηλεκτρόλυσης σταθερού καθοδικού δυναμικού που έλαβαν χώρα με τα διαλύματα BMP-TFSI / Mg(TFSI)2, πριν και μετά την προσθήκη του tetraglyme, σε κελί δύο χώρων, καθώς επίσης και η αξιολόγηση των πειραματικών αποτελεσμάτων, και της παρατήρησης των καθοδικών αποθέσεων στο Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης (SEM). Πρακτικά, έγιναν πειράματα ηλεκτρόλυσης σε δύο συστήματα του ιοντικού υγρού: το πρώτο αφορούσε στο διάλυμα του ιοντικού υγρού BMP-TFSI με το άλας Mg(TFSI)2, ενώ το δεύτερο, στο ίδιο διάλυμα, μετά την προσθήκη του tetraglyme για τη βελτίωση των ηλεκτροχημικών ιδιοτήτων του. Σύμφωνα με την αξιολόγηση των πειραματικών αποτελεσμάτων της Διπλωματικής Εργασίας, το ιοντικό υγρό BMP-TFSI μπορεί να χρησιμοποιηθεί με επιτυχία για την ανάκτηση του μαγνησίου, ενώ τοδιάλυμα BMP-TFSI / Mg(TFSI)2 μπορεί να αποτελέσει έναν πολλά υποσχόμενο ηλεκτρολύτη για την ανάκτηση του μαγνησίου σε μεταλλική μορφή. Την όλη διαδικασία φαίνεται να προάγει η προσθήκη του tetraglyme, καθώς βελτιώνει ουσιαστικά τις ιδιότητες του ηλεκτρολύτη, με αποτέλεσμα την ανάκτηση καθαρού μαγνησίου στην κάθοδο του κελιού.	el
heal.abstract	The research topic of this Diploma Thesis is the development of a new and innovative method for the production of metallic magnesium. This method is based on the dissolution of the magnesium salt Magnesium Bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (ΜgTFSI2) in the ionic liquid 1-Butyl-1-Methylpyrrolidinium Bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BMP-TFSI) and the electrolytic recovery of magnesium from the produced solution. The main objective of the research is the recovery of magnesium from non-aqueous solutions, under low temperature and ambient conditions. The research study is consisted from two parts; the theoretical background and the experimental process of the research, along with the presentation of the results and their discussion. At the theoretical part, a general information about magnesium as an active metal will be given, the currently used methods for the production of magnesium will be analyzed and it will be an introduction to the ionic liquids and their properties. During the last years, ionic liquids have been attractive to researchers because of their nonexistent toxicity and their low environmental footprint. Furthermore, ionic liquids constitute a new generation of solvents and electrolytes that should fill the gap of the aqueous solutions in electrochemical applications. At the second part of the Diploma Thesis, the experimental set-up is given, while the experimental results are presented and discussed. Firsty, the raw materials that took part in the investigation and their full characterization are presented. This characterization includes determination of density, viscosity and conductivity of the ionic liquid and its solution with Mg, before and after the addition of tetraglyme, as well as their chemical analysis and study, according to the methods Infrared Radiation spectroscopy (IR) and Cyclic Voltametry (CV). The second part of the Diploma Thesis includes also the experimental results taken from the electrolysis of the ionic liquid with the salt of Mg, before and after the addition of the organic solvent / complexing agent tetraglyme. The electrolysis experiments were performed in a two compartment electrolytic cell, under constant cathodic potential conditions. The solution of the ionic liquid was used as the catholyte of the cell, while the anolyte was a solution of MgCl2 in the organic solvent DMSO. After each electrolysis experiment, the cathodic deposits were investigated by the Scanning Electrone Microsopy. According to the results of this Diploma Thesis, the ionic liquid BMP-TFSI is a very promissing canditate to be used for the electrorecovery of drastic metals, such as Magnesium. The addition of tetraglyme improves the viscosity and density of the solution of Mg in the ionic liquid.	en
heal.advisorName	Πάνιας, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Ξενίδης, Άνθιμος	el
heal.committeeMemberName	Παπαευθυμίου, Σπυρίδων	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών. Τομέας Μεταλλουργίας και Τεχνολογίας Υλικών. Εργαστήριο Μεταλλουργίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	104 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true