Σύνθεση κόνεως πυριτίας με ελεγχόμενες επιφανειακές ιδιότητες και μελέτη της ικανότητάς της για προσρόφηση βαρέων μετάλλων απο υδατικά διαλύματα

Abstract

Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής αποτελεί η ανάπτυξη μιας καινοτομικής υβριδικής μεθόδου λύματος – πηκτής (sol-gel) με την χρήση οργανοπυριτιωμένων δενδριτικών πολυμερών ως μορίων εκμαγείων για την σύνθεση νανο-υλικού πυριτίας υψηλού ελεγχόμενου μικροπορώδους και μεγάλης ειδικής επιφάνειας. Η μελέτη αφορά στη διερεύνηση της χρήσης του υπερ-διακλαδισμένου πολυμερούς της πολυαιθυλενιμίνης (PEI) το οποίο επιζητείται να δράσει ως μόριο εκμαγείο για την πυρήνωση της πυριτίας. Προκειμένου να δοθεί έμφαση στις εξαιρετικές ιδιότητες του παραχθέντος υλικού εξετάζεται η δυνατότητα χρήσης του ως προσροφητικό υλικό βαρέων μετάλλων για την απομάκρυνση αυτών από υδατικά διαλύματα. Συγκεκριμένα παρασκευάστηκαν 15 υλικά (Si-PEI1 έως Si-PEI15) που διέφεραν μεταξύ τους στην αναλογία Si/PEI, στην αναλογία PEI:διαλύτη, στον διαλύτη που χρησιμοποιήθηκε και στο μοριακό βάρος της πολυεθυλεναμίνης. Οι αναλογίες που χρησιμοποιήθηκαν ήταν Si/PEI 0.8, 0.35 και 0.16, PEI:διαλύτης 1:4, 1:8, 1:16, οι διαλύτες ήταν το νερό και η προπανόλη ενώ τα διάφορα μοριακά βάρη του πολυμερούς ήταν 1300, 2000, 25000 και 750000. Φυσικοχημικός χαρακτηρισμός έγινε σε τρία από αυτά τα υλικά (Si-PEI4, Si-PEI5 και Si-PEI6) τα οποία έχουν ως διαλύτη το νερό, πολυεθυλεναμίνη με μοριακό βάρος 25000 και αναλογία PEI:H2O 1:8 ενώ διαφέρουν στην γραμμομοριακή αναλογία Si/PEI (0.8, 0.16 και 0.35 αντίστοιχα). Στα ανωτέρω υλικά έγινε μελέτη της αλληλεπίδρασής τους με βαρέα μέταλλα (Cu, Pb, Zn) με σκοπό την αποσαφήνιση του μηχανισμού και τη συνεισφορά κάθε είδους ενεργής θέσης στην προσρόφηση. Επίσης πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις της ειδικής επιφάνειας και του πορώδους (BET) και χαρακτηρίστηκαν με την μέθοδο της φασματοσκοπίας υπέρυθρου μετασχηματισμού Fourier (FT-IR).

The purpose of this master thesis is the development of a novel hybrid method of sol-gel with the use of organosilicate dendrimers as a molecule shaped for the synthesis of nano-material silica gel high controllable in micro-pores and big special surface. This study is concerned with the broadened of the use hyper branching polymer polyethylenimine (PEI) which is needed for action as a molecule core action for the silica. In order to show importance of the substance that is produced, it is examined its use as molecule sieves of heavy metals so as to avoid water solutions. Furthermore there were created 15 different materials (Si-PEI1 to Si-PEI15) which had as a difference at the analogy Si/PEI, at the analogy PEI:solvent, at the solvent that was used and the molecule level of Polyethylenimine. The analogies used were Si/PEI 0.8, 0.35 θαη 0.16, PEI:solvent 1:4, 1:8, 1:16, solvents were water and propanol and the different molecule weights of polymer were 1300, 2000, 25000 and 750000. The physic chemical characteristics were obtained by the following 3 materials Si-PEI4, Si-PEI5 and Si-PEI6 which they have as a solvent water, polyethylenimine with molecule level 25000 and analogy PEI:H2O 1:8 instead they are different at the molar ratio Si/PEI (0.8, 0.16 and 0.35 ). For the previous materials there was a study of the counteractions with heavy metals (Cu, Pb, Zn). What is more there were special measurements about the special surface and the porosity (BET) and they were characterized by the FTIR spectroscopy.