Ποσοτικός προσδιορισμός του χριστοβαλίτη σε δείγματα σκόνης μπεντονίτη με περίθλαση ακτίνων χ

Κωτούλα, Ναταλία; Kotoula, Natalia

dc.contributor.author	Κωτούλα, Ναταλία	el
dc.contributor.author	Kotoula, Natalia	en
dc.date.accessioned	2020-09-09T09:50:51Z
dc.date.available	2020-09-09T09:50:51Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51070
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18768
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/gr/	*
dc.subject	christobalite, x-ray diffraction, quantification, digestion, phosphoric acid, bentonite	en
dc.subject	χριστοβαλίτης, ποσοτικοποίηση, περίθλαση ακτίνων χ, χωνευση, φωσφορικό οξύ, μπεντονιτης	el
dc.title	Ποσοτικός προσδιορισμός του χριστοβαλίτη σε δείγματα σκόνης μπεντονίτη με περίθλαση ακτίνων χ	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Επιστήμη των Υλικών	el
heal.classification	Βιομηχανικά ορυκτά	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-02-28
heal.abstract	Ο χριστοβαλίτης, ο οποίος είναι πολύμορφο του οξειδίου του πυριτίου (SiO2) και περιέχεται συχνά στον μπεντονίτη, έχει ταξινομηθεί ως Ομάδα 1 καρκινογόνο-«καρκινογόνο για τον άνθρωπο» από την IARC (International Agency for Research on Cancer). Από νομικής απόψεως αλλά και υγείας κρίνεται απαραίτητο να ποσοτικο-ποιηθεί με τρόπο εφικτό από την βιομηχανία, όπως είναι η ποσοτικοποίηση με πε-ρίθλαση ακτίνων Χ, όπως παρουσιάζεται στην εργασία αυτή. Τα ακτινοδιαγράμματα της περίθλασης ακτίνων-x (XRD) στα δείγματα μπεντονίτη, υποδεικνύουν την ύπαρξη πολύμορφων του πυριτίου τα οποία εμφανίζονται χαρακτηριστική κορυφή στις 22ο. Τα πολύμορφα του οπαλίου (opal-A, opal-C και opal-CT) μπορεί λανθασμένα να ταυτοποιηθούν ως χριστοβαλίτης (a-cristobalite) χρησιμοποιώντας ανάλυση με τα πρότυπα ακτινοδιαγράμματα, σε δείγματα μπεντονίτη σε μορφή σκόνης. Επίσης καθώς τα πολύμορφα του οπαλίου και ο χριστοβαλίτης έχουν την ίδια χαρακτηριστική κορυφή, καθιστούν αδύνατη την ποσοτικοποίηση του χριστοβαλίτη σε μπεντονίτη με XRD. Ακόμη πιο δύσκολη καθίσταται η ποσοτικοποίηση, στις περιπτώσεις που στο δείγμα υπάρχουν και πλαγιόκλαστα καθώς η ανάκλαση της δευτερεύουσας κορυφής τους εμφανίζεται και αυτή στις 22ο. Η ακριβής ποσοτικοποίηση του χριστοβαλίτη στον μπεντονίτη είναι αδύνατη ακόμη και με τη μέθοδο Rietveld. Για την πραγματοποίηση της ποσοτικοποίησης του χριστοβαλίτη με XRD εφαρμόστηκε μέθοδος χώνευσης του μπεντονίτη με σκοπό να διαλυθούν τα πολύμορφα οπαλίου του δείγματος και τα πλαγιόκλαστα, παραμένοντας όμως στο δείγμα ο χριστοβαλίτης. Κατόπιν, πραγματοποιώντας ειδική βαθμονόμηση στην καταγραφή των διαγραμμάτων XRD και μέτρηση των χωνεμένων σε φωσφορικό οξύ δειγμάτων, καθίσταται δυνατή η ποσοτικοποίηση του χριστοβαλίτη, εφόσον όλες οι παρεμβολές έχουν μειωθεί στο ελάχιστο ή έχουν εξαφανιστεί τελείως. Στην εργασία αυτή μελετήθηκαν οι συνθήκες χώνευσης (χρόνος και θερμοκρασία) για την επίτευξη του στόχου καθώς και η κοκκομετρία του δείγματος, η οποία είναι καθοριστική για το αποτέλεσμα. Διαπιστώθηκε πως τα δείγματα θα πρέπει να έχουν κοκκομετρία κάτω από 20 μm για να πραγματοποιείται ολική διάλυση των πολύμορφων του οπαλίου και των πλαγιόκλαστων σε χώνευση 10 λεπτών όπου το διάλυμα οξέος, με το δείγμα, φτάνει τους 240ο μέσα σε 8 λεπτά. Επιπλέον περιεγράφηκε αναλυτικά ο τρόπος προετοιμασίας των δειγμάτων και των προτύπων για την μέτρηση στο XRD όπως, ο τρόπος βαθμονόμησης της διάταξης για την καταγραφή των διαγραμμάτων XRD, και οι υπολογισμοί που χρειάζονται να γίνουν ώστε να υπολογιστεί το τελικό αποτέλεσμα επί τοις εκατό περιεκτι-κότητας του χριστοβαλίτη στο δείγμα. Σχετικά με την εγκυρότητα της μεθόδου, μελετήθηκε η ακρίβεια, η επανα-ληψιμότητα και το μέγεθος του σφάλματος ώστε να επικυρωθεί η μέθοδος. Τέλος πραγματοποιήθηκαν συμπληρωματικές μετρήσεις φασματοσκοπίας IR (ATR) και Raman με σκοπό την διεξαγωγή περισσότερων συμπερασμάτων συγκρίνοντας τα αρχικά και τα χωμένα σε φωσφορικό οξύ δείγματα. Παρουσιάζονται επίσης φωτογραφίες SEM, για να δοθούν πληροφορίες σχετικά με τη μορφολογία, το μέγεθος των κόκκων και τις διαφορές τους, πριν και μετά τη χώνευση.	el
heal.abstract	Cristobalite, which is a polymorph of silica (SiO2) and is often found in ben-tonite, has been classified by IARC (International Organization for Research on Can-cer) as Group 1 carcinogen- “human carcinogen”. From legal and health point of view, it is necessary to quantify cristobalite in a way that can be achieved by industry, such as XRD quantification methods, as presented in this work. The x-Ray diffraction patterns (XRD) of bentonite, show the presence of silica polymorphs as there is a characteristic peak at 22o 2θ. Opal polymorphs (opal-A, opal-C and opal-CT) could be misidentified as a-cristobalite, by analyzing raw bentonite using standard XRD patterns. Also, as opal polymorphs and cristobalite have the same characteristic peak, it is impossible to quantify cristobalite at raw bentonites. Cristobalite quantification is even more difficult when the sample also contain plagi-oclase as they show secondary peak at 22o 2θ. The accurate quantification of cristo-balite at raw bentonite is impossible even by Rietveld method. In order to quantify cristobalite at bulk bentonite with XRD analysis a method of digestion with phosphoric acid applied with the aim to dissolve all opal polymorphs and plagioclase, while cristobalite remains in the sample. Then, by performing specific calibration on the XRD and analyzing the samples after digestion with phosphoric acid, it is possible to quantify cristobalite, as all the interfering have minimized or fully disappeared. In this work, digestion conditions (temperature and time) and particle size of raw samples have been determined, as they are certain for the results. Finally, proved that a raw bentonite should be milled under 20 μm to be digested for precisely 10 minutes and the solution must reach 240o C in 8 minutes. In this case, plagioclase and opal polymorphs would fully dissolved. In addition, are conclude in instructions in detail, about the preparation of the samples and standards, XRD calibration method and the calculations needed to get final the percentage of cristobalite content in the sample. Regarding the validity of the method, accuracy, repeatability, and magnitude of the error were studied. Finally, complementary IR-ATR and Raman experiments are performed, in order to get conclusions by comparing raw samples with the digested ones. Photos was taken by SEM to get an image of the samples, get information about the size of the grains and the differences between those samples before and after digestion. (en)	en
heal.abstract	Cristobalite, which is a polymorph of silica (SiO2) and is often found in ben-tonite, has been classified by IARC (International Organization for Research on Can-cer) as Group 1 carcinogen- “human carcinogen”. From legal and health point of view, it is necessary to quantify cristobalite in a way that can be achieved by industry, such as XRD quantification methods, as presented in this work. The x-Ray diffraction patterns (XRD) of bentonite, show the presence of silica polymorphs as there is a characteristic peak at 22o 2θ. Opal polymorphs (opal-A, opal-C and opal-CT) could be misidentified as a-cristobalite, by analyzing raw bentonite using standard XRD patterns. Also, as opal polymorphs and cristobalite have the same characteristic peak, it is impossible to quantify cristobalite at raw bentonites. Cristobalite quantification is even more difficult when the sample also contain plagi-oclase as they show secondary peak at 22o 2θ. The accurate quantification of cristo-balite at raw bentonite is impossible even by Rietveld method. In order to quantify cristobalite at bulk bentonite with XRD analysis a method of digestion with phosphoric acid applied with the aim to dissolve all opal polymorphs and plagioclase, while cristobalite remains in the sample. Then, by performing specific calibration on the XRD and analyzing the samples after digestion with phosphoric acid, it is possible to quantify cristobalite, as all the interfering have minimized or fully disappeared. In this work, digestion conditions (temperature and time) and particle size of raw samples have been determined, as they are certain for the results. Finally, proved that a raw bentonite should be milled under 20 μm to be digested for precisely 10 minutes and the solution must reach 240o C in 8 minutes. In this case, plagioclase and opal polymorphs would fully dissolved. In addition, are conclude in instructions in detail, about the preparation of the samples and standards, XRD calibration method and the calculations needed to get final the percentage of cristobalite content in the sample. Regarding the validity of the method, accuracy, repeatability, and magnitude of the error were studied. Finally, complementary IR-ATR and Raman experiments are performed, in order to get conclusions by comparing raw samples with the digested ones. Photos was taken by SEM to get an image of the samples, get information about the size of the grains and the differences between those samples before and after digestion.	en
heal.sponsor	Το μεγαλύτερο κομμάτι πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο τεχνολογίας στην εταιρεία Imerys.	el
heal.advisorName	Παυλάτου, Ευαγγελία
heal.committeeMemberName	Παυλάτου, Ευαγγελία
heal.committeeMemberName	Χριστοφόρου, Ευάγγελος
heal.committeeMemberName	Τσιβιλής, Σωτήρης
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	102
heal.fullTextAvailability	false