Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wpływ wstępnego utlenienia karbonizatów węgla kamiennego t. 31 tlenem powietrza i kwasem azotowym na rozwinięcie struktury porowatej produktów ich aktywacji parą wodną

Czechowski Franciszek, Błądek Henryk

Górnictwo Odkrywkowe

|

2021

|

R. 62, nr 4

4--16

PL

Węgiel kamienny rozdrobniony do ziarna < 0,2 mm (kopalnia Wesoła, Górnośląskie Zagłębie Węglowe) oraz otrzymane karbonizaty wyjściowe w temperaturach 500, 700 i 900°C wstępnie utleniono tlenem powietrza oraz 65% kwasem azotowym. Scharakteryzowano ilościowo-jakościowe zmiany wydzielanych tlenków węgla podczas utleniania węgla i karbonizatów kwasem azotowym. Węgiel i karbonizaty oraz stałe produkty ich wstępnego utlenienia granulowano z lepiszczem smoły drzewnej. Węgiel i karbonizaty wyjściowe oraz utlenione, jak też ich odpowiedniki granulowane, karbonizowano wtórnie w temperaturze 900°C oraz aktywowano parą wodną do określonego ubytku masy. Rozwinięcie struktury porowatej karbonizatów wtórnych oraz aktywatów określono w oparciu o ich zdolność sorpcyjną ditlenku węgla i par benzenu. Stwierdzono, że na rozwinięcie struktury porowatej aktywatów wpływ ma rodzaj czynnika utleniającego użytego do wstępnego utlenienia węgla i karbonizatów oraz końcowa temperatura karbonizacji. Wstępne utlenienie węgla i karbonizatów tlenem powietrza prowadzi do stopniowego obniżania się parametrów struktury porowatej aktywatów wraz ze wzrostem końcowej temperatury karbonizacji węgla. Przeciwny kierunek zmian rozwinięcia struktury porowatej aktywatów stwierdzono dla odpowiednich materiałów wstępnie utlenionych kwasem azotowym. Wartości parametrów struktury porowatej aktywatów otrzymanych z utlenionych kwasem azotowym karbonizatów 700 i 900°C przewyższają odpowiednie wartości dla aktywatu otrzymanego z nieutlenionego karbonizatu 900°C. Większą mikroporowatość wykazują aktywaty otrzymane z karbonizatów utlenionych kwasem azotowym. Tendencje zmian parametrów struktury porowatej odpowiadających sobie aktywatów pylistych i granulowanych są zbieżne.

EN

Bituminous coal powdered to grain size < 0.2 mm (the Wesoła mine, the Upper Silesian Coal Basin) and obtained carbonizates at the temperatures of 500, 700 and 900°C, were preliminarily oxidized with air oxygen and 65% nitric acid. The quantitative and qualitative changes of the released carbon oxides during the oxidation of coal and carbonizates with nitric acid were characterized. Coal and carbonizates as well as solid products of their preliminary oxidation were granulated with a wood tar binder. The raw and oxidized coal and carbonizates and their granulated counterparts were secondary carbonized at the temperature of 900°C and further activated with steam to a specified value of weight loss. The development of the porous structure of the secondary carbonizates and the activates was assessed on the basis of their sorption capacity towards carbon dioxide and benzene vapors. It was found that the development of the activates porous structure is influenced by the type of oxidizing agent used for the preliminary oxidation of the coal and carbonizates as well as the final carbonization temperature. Preliminary oxidation of coal and carbonizates with air oxygen leads to a gradual decrease of the activates porous structure parameters with the increase of the final coal carbonization temperature. The opposite trend of the activates porous structure development was found for the corresponding materials preliminarily oxidized with nitric acid. The values of the porous structure parameters of the activates obtained from oxidized with nitric acid carbonizates 700 and 900°C exceed the corresponding values for the activate obtained from preliminarily non-oxidized carbonizate 900°C. Greater microporosity demonstrate activates obtained from chars oxidized with nitric acid. The trends in the porous structure parameters changes of the corresponding powdery and granular activates are convergent.

2

Cement paste microporosity analysis: a comparison of different experimental techniques

Bednarska Dalia, Koniorczyk Marcin

Technical Transactions

|

2019

|

Vol. 116, iss. 9

71--80

EN

Microstructure defines almost all material physical properties of a substance. Thus, its proper identification is essential for the assessment of material durability. Porous materials constitute the vast majority of those applied in civil engineering. The most important parameters describing a porous structure are the specific surface area, the shape and volume of pores and the pore size distribution. There are several methods which provide such results; however, each of them has some drawbacks. The main purpose of this paper is to compare results obtained by means of various methods commonly applied to the investigation of microstructure. These methods are mercury intrusion porosimetry (MIP), low temperature sorption of nitrogen and thermoporometry (TPM). The experimental research is conducted on aluminium oxide, which is characterised by unimodal pore size distribution and hardened cement paste prepared using portland cement (CEM I 42.5R with water-cement ratio equal to 0.5. The results obtained by the above-mentioned methods are thoroughly described and compared in this paper. Each of the presented approaches has some limitations; therefore, in order to receive a reliable description of porous microstructure, one has to apply at least two different experimental methods.

PL

Wśród materiałów budowlanych przeważającą większość stanowią materiały porowate. Dokładna znajomość mikrostruktury jest kluczowa w ocenie ich wytrzymałości i trwałości. Istnieje wiele metod eksperymentalnych służących do analizy struktur porowatych. W niniejszym opracowaniu porównane zostały następujące techniki: porozymetria rtęciowa (MIP), niskotemperaturowa adsorpcja azotu oraz termoporometria (TPM). Badaniom eksperymentalnym poddano dwa materiały. Pierwszy z nich, tlenek glinu, jest materiałem referencyjnym o unimodalnym rozkładzie porów. Zgodnie z deklaracją producenta dominująca średnica porów wynosi 7.3 nm. Drugim zastosowanym materiałem jest zaczyn cementowy przygotowany na bazie cementu portlandzkiego CEM I 42,5R. Stwardniały zaczyn charakteryzuje się skomplikowanym rozkładem porów. Opisane techniki analizy mikrostruktury są komplementarne. Aby uzyskać wiarygodny opis struktury wewnętrznej materiałów o skomplikowanym rozkładzie porów należy zastosować co najmniej dwie metody badawcze.

3

Analysis of heat transfer between an inert gas and a porous structure with ultralow thermal conductivity using the Sumudu transform method

Sobamowo Gbeminiyi

Journal of Applied Mathematics and Computational Mechanics

|

2019

|

Vol. 18, nr 3

79--87

EN

The relatively new integral transform called the Sumudu transform method can be used to solve partial differential equations with variable coefficients and as well as intricate problems in engineering and applied mathematics without resorting to a new frequency domain. Unlike the other integral transforms, the Sumudu transform has scale and unit-preserving properties. However, the method is still not widely known or used for solving differential equations especially in the area of applied mathematics and engineering. As a means of demonstrating the potency of the method, the paper applied the Sumudu transform to present analytical solutions of a one-dimensional problem of heat transfer between an inert gas and an ultralow thermal conductivity porous medium. The developed analytical solutions are used to investigate the heat propagation in the porous medium. Depending on the initial temperature, it is established from the study that there are snapshots of the heat wave propagating and a sharp heat front propagation through the medium during its heating or cooling. This sharp front is difficult to detect and quantify by numerical methods. Hence, exact analytical solutions are presented in this study. As it is demonstrated in this study, it is hoped that the Sumudu transform method will be applied to other various complex engineering problems.

4

Produkty ekstrakcji nadkrytycznej węgla brunatnego dla otrzymywania paliw płynnych i sorbentów węglowych

Czechowski F., Stolarski M.

Górnictwo Odkrywkowe

|

2018

|

R. 59, nr 6

33--50

PL

Zbadano wpływ rozpuszczalników: cykloheksanu, toluenu, alkoholu izopropylowego oraz czasu ekstrakcji (0 – 4 godz.) ziemistego węgla brunatnego w warunkach nadkrytycznych w temperaturze 410 °C, pod ciśnieniem 13 MPa na wydajność ekstraktów oraz kształtowanie się struktury porowatej stałych pozostałości poekstrakcyjnych. Scharakteryzowano skład grupowy i strukturalny ekstraktów nadkrytycznych. Pozostałości po ekstrakcji nadkrytycznej cykloheksanem i toluenem wykazują większe rozwinięcie układu kapilarnego niż produkt karbonizacji węgla nieekstrahowanego otrzymany w temperaturze ekstrakcji nadkrytycznej 410 °C. Podobna zależność występuje w rozwinięciu struktury porowatej karbonizatów wysokotemperaturowych (800 °C) otrzymanych ze stałych pozostałości poekstrakcyjnych oraz ich odpowiednika z węgla nieekstrahowanego. Parametry struktury porowatej aktywatów otrzymanych przez zgazowanie karbonizatów parą wodną do 50% ubytku masy ich materii oganicznej wykazują zbliżone wartości zarówno dla produktów otrzymanych z pozostałości poekstrakcyjnych jak i próbki otrzymanej z węgla nieekstrahowanego. Wydłużenie czasu ekstrakcji w warunkach nadkrytycznych cykloheksanem oraz toluenem prowadzi do stopniowego wzrostu parametrów struktury porowatej w pozostałościach poekstrakcyjnych oraz produktach ich częściowego zgazowania parą wodną. Natomiast wydłużenie czasu ekstrakcji nadkrytycznej alkoholem izopropylowym prowadzi do obniżania się parametrów struktury porowatej w pozostałościach poekstrakcyjnych oraz produktach ich karbonizacji i aktywacji.

EN

The influence of the solvent kind: cyclohexane, toluene, isopropyl alcohol and time of supercritical gas extraction (0 - 4 h) of earthy brown coal at 410 °C on the extracts yield and formation of porous structure in the extracted residues was investigated. The group and structural composition of supercritical extracts was characterized. The residues after the supercritical gas extraction with cyclohexane and toluene show a greater development of the capillary system than the carbonization product of non-extracted coal obtained at a supercritical extraction temperature of 410°C, under pressure 13 MPa. A similar relationship occurs in the development of porous structure of high temperature (800°C) carbonizates of extracted residues in comparison to porosity parameters of non-extracted coal carbonizate. Porous structure parameters of active carbons obtained by steam gasification of carbonizates to 50% burn-off of their coaly organic matter show similar values for products obtained from extracted residues as well as for samples obtained from non-extracted coal. The increase of in supercritical gas extraction time with cyclohexane and toluene leads to gradual increase of porous structure parameters in extraction residues and their partial gasification products with steam. On the other hand, the increase of the supercritical extraction time with isopropyl alcohol causes a decrease in the porosity parameters of the extracted residues porous structure and products of their carbonization and activation.

5

Manufacturing of Al Alloy Matrix Composite Materials Reinforced with MAX Phases

Dmitruk A., Naplocha K.

Archives of Foundry Engineering

|

2018

|

Vol. 18, iss. 2

198--202

EN

A method for manufacturing of Al-Si alloy (EN AC-44200) matrix composite materials reinforced with MAX type phases in Ti-Al-C systems was developed. The MAX phases were synthesized using the Self-propagating High-Temperature Synthesis (SHS) method in its microwave assisted mode to allow Ti2AlC and Ti3AlC2 to be created in the form of spatial structures with open porosity. Obtained structures were subjected to the squeeze casting infiltration in order to create a composite material. Microstructures of the produced materials were observed by the means of optical and SEM microscopies. The applied infiltration process allows forming of homogeneous materials with a negligible residual porosity. The obtained composite materials possess no visible defects or discontinuities in the structure, which could fundamentally deteriorate their performance and mechanical properties. The produced composites, together with the reference sample of a sole matrix material, were subjected to mechanical properties tests: nanohardness or hardness (HV) and instrumental modulus of longitudinal elasticity (EIT).

6

Effect of water solution of chloride salts on ceramic bricks drying

Stryszewska T.

Ochrona przed Korozją

|

2017

|

nr 4

110--113

EN

The article presents the results of a multi-faceted research on the impact of chloride salts on the texture of bricks, and the effects of these interactions. The change of pore structure was determined using mercury intrusion porosimetry. The dominant category pores for process of accumulation of salts was determine too. In addition, observations of the microstructure of bricks exposed in NaCl, KCl and MgCl2 solution were made. For comparison, the observation of the microstructure of samples taken from the bricks existing facilities exposed in real sea water are presented, too. The presence of chloride salts also has a significant impact on the process of drying ceramic masonry but the studies have shown no significant differences in drying bricks, depending on the type of cation. The article results systematize and organize information on the durability of bricks in an environment of chloride salts.

PL

W artykule przedstawiono wyniki wieloaspektowych badań dotyczących wpływu soli chlorkowych NaCl, KCl i MgCl2 na teksturę cegieł oraz wybrane właściwości, w tym proces suszenia. Celem badań było określenie zmian zachodzących w teksturze cegieł pod wpływem roztworów soli chlorkowych. W tym celu wykonano badanie struktury porowatości metodą porozymetrii rtęciowej, obserwacje w mikroskopie skaningowym, badanie składu fazowego metodą XRD oraz zmiany masy metodą termograwimetryczną. Badanie struktury porowatości pozwoliło na określenie kategorii porów będących priorytetowym miejscem kumulacji krystalizujących soli. W badaniach wykazano, że obecność soli spowoduje istotne zmiany w procesie suszenia badanych cegieł w odniesieniu do materiału czystego, jednakże nie zaobserwowano istotnych różnic w zależności od rodzaju kationu. W artykule przedstawiono również obserwacje mikroskopowe cegieł poddanych działaniu naturalnej wody morskiej.

7

Analysis of selected properties of an article made from metal powder using laser additive manufacturing

Mazurkiewicz A., Nędzi B.

Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji

|

2017

|

no. 2

79--86

EN

The article points out the need for knowledge about the relationships of many technological features for items produced by selective laser melting of metal powders. The importance of the orientation of the produced element relative to the work table of the machine both in terms of the effect on the mechanical properties and surface quality of the product is shown. Inaccuracies in shape and representation of the real dimensions of the internal and external outlines are presented. The anisotropy of the structure and the resulting differentiation is shown. Attention is paid to different conditions in the incremental production in the area of one layer where the consolidation of the metal powder takes place in one impact of the laser beam, and the connection with the next layers is carried out by thermal effect from the preceding layer, in a much lower temperature. The ability to remove the anisotropy of the structure by homogenizing annealing is shown. Knowledge of the characteristics of the articles produced with incremental technologies is extremely important when selecting production parameters, especially in case of designing responsible machine parts subjected to higher loads.

PL

W artykule wskazano na potrzebę wiedzy o zależnościach wielu cech technologicznych dla elementów wytwarzanych na drodze selektywnego stapiania laserowego z proszków metali. Określono znaczenie zorientowania wytwarzanego elementu względem stołu roboczego maszyny, zarówno w aspekcie wpływu na właściwości mechaniczne wyrobu oraz jakość powierzchni wykonanego kształtu. Wskazano na niedokładności kształtu oraz odwzorowanie wymiarów rzeczywistych wykonanych zarysów wewnętrznych i zewnętrznych. Wykazano anizotropię struktury i wynikające z tego zróżnicowanie. Zwrócono uwagę na różne warunki wytwarzania przyrostowego w obszarze jednej warstwy, gdzie konsolidacja metalicznego proszku przebiega w trakcie jednego oddziaływania wiązki laserowej. Natomiast połączenie ze sobą kolejnych warstw odbywa się poprzez wpływ cieplny powstającej warstwy na poprzednią, w znacznie niższej temperaturze. Wykazano możliwość usunięcia anizotropii struktury przez wyżarzanie ujednorodniające. Wiedza o właściwościach wyrobów wytwarzanych w technologii przyrostowej jest niezwykle istotna przy doborze parametrów wytwarzania, szczególnie w przypadku projektowania odpowiedzialnych części maszyn poddanych większym obciążeniom.

8

Digital Image Correlation and nanoindentation in evaluation of material parameters of cancellous bone microstructure

Kokot G., Skalski K., Makuch A., Ogierman W.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2017

|

Vol. 83, nr 1

10--16

EN

Purpose: Purpose of this paper is to present the possibilities of the application of the two methods: Digital Image Correlation and nanoindentation in porous bone tissues testing. Firstly, as a tool in the evaluation process of material parameters for porous microstructures, such as bone tissues or other foams and, secondly, as validation and verification tools for finite element analysis of bone or foams structures. Those methods are helpful when the high accuracy of the mechanical parameters of porous microstructures is required. Design/methodology/approach: Two methods: Digital Image Correlation (DIC) and nanoindentation are used as an efficient approach in the evaluation process of material parameters or constitutive relationship of porous structures like bone tissues. Digital image correlation enlarges the accuracy of classical mechanical tests and the nanoindentation allows to look inside the microstructure. Findings: The proposed methods were found to be effective in experimental testing and material parameters evaluation process of some special materials. Among them are porous structures, such as bone tissue. Additionally, the DIC is an excellent tool for finite element model validation and results verification. Practical implications: The presented method based on the combination of the Digital Image Correlation and nanoindentation presents new possibilities in material testing fields, material behavior and parameters evaluation. They have great advantages, among others, in the field of testing of porous bone structure or determining the mechanical parameters of bone tissue. Originality/value: The paper presents methods for testing the complicated porous bone structures: evaluating mechanical behavior of the whole structure and evaluating mechanical properties of the single element of the structure. The mechanical parameters of human cancellous bone structures are presented as the preliminary research results.

9

Nowa technologia infiltracji (impregnacji) porowatych struktur układów tribologicznych z cząstkami smarów stałych i powłok otrzymywanych technologią metalurgii proszków

Wiśniewska-Weinert H., Lijewski M., Sulej-Chojnacka J., Leshchynsky V.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2016

|

T. 27, nr 1

59--71

PL

W skali światowej ok. 30–50% energii produkowanej corocznie pochłaniają opory tarcia. Ważnymi zjawiskami towarzyszącymi tarciu, o dużym znaczeniu technicznym, są procesy zużywania materiałów trących oraz smarowanie. Zużycie tribologiczne jest rodzajem zniszczenia powierzchni spowodowanego procesami tarcia, w którym następuje zmiana struktury i fizycznych własności warstw wierzchnich obszarów styków, jak również lokalne ubytki masy. Intensywność zużycia tribologicznego zależy od odporności na ścieranie obszarów tarcia warstw wierzchnich oraz od rodzaju oddzia- ływania. W celu wydłużenia czasu użytkowania części maszyn cząstki smarów stałych są zwykle dodawane do proszków metali przed procesem spiekania. Jednak skuteczność działania tych materiałów jako smarów jest bardzo niska ze względu na degradację termiczną podczas spiekania detali proszkowych. W takim przypadku technika ciśnieniowej impregnacji spieczonych części proszkowych wydaje się być dobrym rozwiązaniem. Dlatego tak ważnym elementem jest dobranie odpowiedniego smarowania oraz modyfikacja warstwy wierzchniej. W pracy przedstawiono wyniki badań nad nową technologią impregnacji ciśnieniowej. Metoda ta stosowana jest do modyfikacji tulei ślizgowych. Istotnym elementem nowo opracowanej technologii są parametry prowadzonego procesu oraz właściwości fizyczne (rodzaj, wielkość, struktura, geometria) impregnowanych cząstek smaru stałego. Modyfikacja warstwy wierzchniej za pomocą procesu impregnacji ciśnieniowej współpracujących układów tribologicznych wpływa na wydłużenie czasu pracy określonych par trących. Celem pracy było scharakteryzowanie technologii impregnacji ciśnieniowej, zjawisk zachodzących podczas infiltracji oraz określenie parametrów technologii impregnacji ciśnieniowej.

EN

On a global scale approx. 30–50% of energy generated every year is absorbed by friction resistance. Important phenomena, which accompany friction and have great technical importance, include processes of wear of friction materials and lubrication. Tribological wear is a type of surface destruction caused by friction processes, which result in change of structure and physical properties of surface area of contacts as well as local weight losses. Intensity of tribological wear depends on resistance of surface layer friction areas to abrasion as well as type of influence exerted. In order to extend the period of use of machine parts, HTSL particles are usually added to metal powders before sintering processes. However, such materials are barely effective as grease due to thermal degradation during sintering of powder details. In this case the technique of pressure impregnation of sintered powder parts appears to be a good solution. Therefore, selection of appropriate lubrication and modification of the surface layer is a very important element. This work presents results of research on a new technology of pressure impregnation. This method is used for modification of slide sleeves. Significant elements of the newly developed technology include parameters of the process conducted and physical properties (type, size, structure, geometry) of impregnated HTSL particles. Modification of the surface layer with the use of the pressure impregnation process of cooperating tribological systems influences the service life of specified friction pairs. The aim of this work was to characterize the pressure impregnation technology and phenomena appearing during infiltration as well as determination of parameters of the pressure impregnation technology.

10

Temperature induced development of porous structure of bituminous coal chars at high pressure

Howaniec N.

Journal of Sustainable Mining

|

2016

|

Vol. 15, iss. 3

120--124

EN

The porous structure of chars affects their reactivity in gasification, having an impact on the course and product distribution of the process. The shape, size and connections between pores determine the mechanical properties of chars, as well as heat and mass transport in thermochemical processing. In the study the combined effects of temperature in the range of 973e1273 _K and elevated pressure of 3 MPa on the development of porous structure of bituminous coal chars were investigated. Relatively low heating rate and long residence time characteristic for the in-situ coal conversion were applied. The increase in the temperature to 1173 _K under pressurized conditions resulted in the enhancement of porous structure development reflected in the values of the specific surface area, total pore volume, micropore area and volume, as well as ratio of the micropore volume to the total pore volume. These effects were attributed to the enhanced vaporization and devolatilization, as well as swelling behavior along the increase of temperature and under high pressure, followed by a collapse of pores over certain temperature value. This proves the strong dependence of the porous structure of chars not only on the pyrolysis process conditions but also on the physical and chemical properties of the parent fuel.

11

Individual implants of a loss of palate fragments fabricated using SLM equipment

Dobrzański L. A., Dobrzańska-Danikiewicz A., Gaweł T. G.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2016

|

Vol. 77, nr 1

24--30

EN

Purpose: The aim of the article is to present the new conception of design and manufacturing individual implants of a loss of palate fragments using Selective Laser Melting equipment. Design/methodology/approach: The designed virtual model of scaffolds have been produced in a process of selective laser melting (SLM). For their preparation titanium alloy powder - Ti6Al4V of suitable granulation and shape has been used. Thus obtained scaffolds have been observed in a scanning electron microscope. The structure of the pores is compatible with the shape of a designed unit cell. The outcarried EDS analysis has confirmed the chemical composition of the tested material. Findings: In the framework of research innovative porous biomimetic materials called scaffolds with the well-defined regular structure of open pores have been used. Virtual implant models have been made using Computer Aided Materials Design. They have the geometrical dimensions corresponding to a fragment of a loss of a human palate. Porous and regular structure with defined geometric dimensions and shape are designed in the form of the unit cell, which has then been subjected to the multiplication process. Practical implications: The scaffolds fabricated in the SLM process create conditions for their application as implants of a loss of palate fragments. Originality/value: Implants for the whole palate or its part, required due to mechanical injuries, tumorous diseases or cleft palate are original at the basis of a literature review.

12

An Estimation Method of Pore Structure and Mineral Moduli Based on Kuster–Toksöz (KT) Model and Biot’s Coefficient

Peng D., Yin C., Zhao H., Liu W.

Acta Geophysica

|

2016

|

Vol. 64, no. 6

2337--2355

EN

Pore structure and mineral matrix elastic moduli are indispensable in rock physics models. We propose an estimation method of pore structure and mineral moduli based on Kuster-Toksöz model and Biot’s coefficient. In this technique, pore aspect ratios of five different scales from 100 to 10-4 are considered, Biot’s coefficient is used to determine bounds of mineral moduli, and an estimation procedure combined with simulated annealing (SA) algorithm to handle real logs or laboratory measurements is developed. The proposed method is applied to parameter estimations on 28 sandstone samples, the properties of which have been measured in lab. The water saturated data are used for estimating pore structure and mineral moduli, and the oil saturated data are used for testing these estimated parameters through fluid substitution in Kuster–Toksöz model. We then compare fluid substitution results with lab measurements and find that relative errors of P-wave and S-wave velocities are all less than 5%, which indicates that the estimation results are accurate.

13

Charakterystyka fraktalna przestrzeni porowej skał łupkowych

Cicha-Szot R., Dudek L., Such P.

Przemysł Chemiczny

|

2015

|

T. 94, nr 12

2279-2286

PL

Przedstawiono wyniki badań struktury skał łupkowych z utworów ordowiku i syluru. Strukturę porowatą skał określono na podstawie izoterm adsorpcji azotu w temp. 77,5 K. Przeprowadzono analizę wyników sorpcji azotu w celu oznaczenia dominujących kształtów porów występujących w analizowanych skałach. Dla wszystkich analizowanych próbek wyznaczono powierzchnię właściwą oraz rozkład średnic porów, które były podstawowymi parametrami w analizie fraktalnej badanych skał. Analizę fraktalną przeprowadzono na podstawie modelu adsorpcji Frenkela, Halseya i Hilla. Dla wszystkich próbek wydzielono dwa zakresy, w których manifestuje się struktura fraktalna przestrzeni porowej. W obszarze adsorpcji monowarstwowej (wymiar fraktalny D1) obserwowane oddziaływania odniesiono bezpośrednio do powierzchni właściwej skał. Z kolei w obszarze adsorpcji wielowarstwawej, wymiar fraktalny D2 przypisano procesom adsorpcyjnym w skałach formacji łupkowych oraz występowaniu kondensacji kapilarnej gazu.

EN

Twenty shale rocks were studied for sp. surface, N2 adsorption and fractal dimensions under rel. pressure up to 1. Bottle neck and slit-shaped pores dominated in the rock pore morphol. The total rock porosity was 4.26–11.75%. The low-temp. sp. surface was 2.03–15.04 m2/g.

14

Characterization Of The Graded Microstructure In Powder Sintered Porous Titanium

Oak J.-J., Bang J. I., Bae K.-C., Kim Y. H., Lee Y. C., Chun H. H., Park Y. H.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2B

1265--1269

EN

The proposed sintering process produce porosity and functional graded microstructure in the sinterd titanium powders. Titanium powders with different micro sizes were sintered at the proposed temperature region at 1200 and 1300°C for 2h. The apatite-forming on the graded microstructure is observed by immersion test in Hanks balanced salt soluion at 37°C. Sintering condition of titanium powders is estimated by thermogravitmetry-differential thermal analysis (TG-DTA). The synthersied surface structures and apatite-forming ability were characterized by a field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) observation and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analysis. As results, these graded microstructure of sintered porous titanium powders reveals apatite-forming ability as osseointegration by calcification in Hanks balanced salt soluion(HBSS) at 37°C.

15

Ti6Al4V titanium alloy used as a modern biomimetic material

Dobrzańska-Danikiewicz A. D., Gaweł T. G., Wolany W.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2015

|

Vol. 76, nr 2

150--156

EN

Purpose: The principal aim of the article is to characterise titanium alloy Ti6Al4V as a biomimetic material. The work presents in particular the application of this alloy in regenerative/aesthetic medicine for implants of craniofacial elements against other its other applications in various branches of industry. The article presents a rapid manufacturing (RM) method of fabrication of elements to be used as implants from Ti6Al4V powder. It was demonstrated that the scaffolds created in Selective Laser Melting (SLM) have strictly defined geometric dimensions of an object and open pores, and the pores are regular and repeat within the whole volume of the object. Design/methodology/approach: Scanning electron microscopy was applied for showing the structure of innovative biomimetic materials made of Ti6Al4V powder. Findings: It was confirmed in SEM examinations that the structure of laser-sintered objects consists, within its entire volume, of regularly occurring pores with strictly specified geometric dimensions. Practical implications: Biomimetic materials can be used in regenerative/aesthetic medicine as implants. The purpose of the scaffolds produced is to enable the growth of soft tissue or bone tissue in craniofacial elements. Originality/value: Biomimetic materials can be used in regenerative/aesthetic medicine as implants. The purpose of the scaffolds produced is to enable the growth of soft tissue or bone tissue in craniofacial elements.

16

Wpływ struktury porowatej węgla aktywnego na pojemność adsorpcyjną ditlenku węgla pod ciśnieniem atmosferycznym

Labus K., Machnikowski J.

Karbo

|

2013

|

Nr 1

79--85

PL

Wysokie koszty stosowania absorpcji w aminach powodują, że intensywnie poszukuje się bardziej efektywnych i ekonomicznych metod wychwytu CO2 ze strumienia gazów spalinowych i procesowych. Realną alternatywą dla absorpcji są procesy adsorpcyjne z wykorzystaniem węgli aktywnych. Celem przeprowadzonych badań było znalezienie korelacji między parametrami struktury porowatej węgla aktywnego, standardowo wyznaczanymi z izotermy adsorpcji N2 w 77 K, a zdolnością do adsorpcji ditlenku węgla. Przedmiotem badań była duża grupa mikroporowatych węgli aktywnych o bardzo zróżnicowanej strukturze porowatej, otrzymanych w skali laboratoryjnej głównie przy zastosowaniu aktywacji KOH. Strukturę porowatą scharakteryzowano metodami adsorpcji N2 w 77 K i CO2 w 273 K. Jako miarę zdolności adsorbowania ditlenku węgla przyjęto tzw. pojemność adsorpcyjną PM, czyli objętość CO2, wyrażoną w cm3 (STP), jaka w temperaturze 273 K jest adsorbowana w porach 1 grama węgla aktywnego pod ciśnieniem atmosferycznym. Wartości PM wyznaczone dla badanych węgli aktywnych mieściły się w przedziale 76 147 cm3/g. Wykazano, że pojemność adsorpcyjną CO2 można z dobrym prawdopodobieństwem przewidzieć na podstawie objętości ultramikroporów wyznaczonej z izotermy adsorpcji CO2 przy zastosowaniu równania Dubinina-Raduszkiewicza. Nie znaleziono natomiast wyraźnej korelacji miedzy wartością PM a parametrami struktury porowatej wyznaczonymi z izoterm adsorpcji N2 w 77 K: powierzchnią właściwą SBET, całkowitą objętością porów VT i objętością mikroporów VDR. Przeprowadzone badania sugerują, że najbardziej efektywne adsorbenty ditlenku węgla otrzymuje się z prekursorów pochodzenia pakowego, półkoksu i mezofazy, stosując aktywację wodorotlenkiem potasu przy stosunku KOH/surowiec 2:1. Dla wybranych węgli aktywnych z tej grupy uzyskano bardzo wysoką pojemność adsorpcyjną, rzędu 140 cm3CO2(STP)/g (6,3 mmola/g), co odpowiada przyrostowi masy adsorbenta o ponad 25 %.

EN

The high cost of absorption with amines inspires intensive efforts to develop more efficient and economical method for CO2 capture from flue and process gases. Real alternative to the absorption seems to be adsorption using activated carbon. The objective of study consisted in establishing of the correlation between the parameters of the porous structure of activated carbon, determined in a standard manner from gas adsorption isotherms N2 w 77 K, and the carbon dioxide adsorption capacity. A arge series of microporous activated carbons of very different porous structure , obtained at a laboratory scale, mainly using activation with KOH, was a subject of the studies. The porous structure of the carbons was characterized by adsorption of N2 at 77K and CO2 at 273K. The adsorption capacity PM was defined as the volume of CO2, expressed in cm3 (STP), adsorbed at 273 K in pores of 1 g of the activated carbon under atmospheric pressure. The PM values vary for the activated carbons studied between 76 and 147 cm3/g. It appears that the adsorption capacity can be roughly predicted based on the ultramicropores volume determined from CO2 adsorption isotherm using the Dubinin-Raduszkiewicz equation. In contrast, any clear correlation between the PM values and the parameters determined from the N2 adsorption isotherms: specific surface area SBET, total pore volume VT and micropore volume VDR, was not found. The results suggest that the most efficient carbon dioxide adsorbents are produced using activation of pitch-based precursors, semi-coke and mesophase, with potassium hydroxide at KOH/material ratio of 2:1. Some activated carbons from the group could store, at 273 K and atmospheric pressure, about 140 cm3 of CO2 (STP)/g (6.3 mmol/g), which corresponds to very high uptake, being in excess of 25 wt.%.

17

Synteza i właściwości adsorpcyjne mikroporowatych węgli aktywnych otrzymywanych z żywic jonowymiennych na bazie kopolimeru styrenu i diwinylobenzenu

Osuchowski Ł., Rytel P., Jóźwik K., Szmigielski R., Kwiatkowska-Wójcik W., Harmata W.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2013

|

T. 16, nr 3

385--395

PL

W pracy podjęto próby wykorzystania materiału rezydualnego w postaci żywicy jonowymiennej Amberjet 1200H na bazie kopolimeru styrenu i diwinylobenzenu. Celem badań było uzyskanie węgli aktywnych o wysokich właściwościach adsorpcyjnych. Ocenę przydatności uzyskanych materiałów przeprowadzono z użyciem izoterm adsorpcji azotu w 77 K i wodoru w 77 K. Uzyskano pyliste węgle aktywne, z których najlepszy posiadał powierzchnię właściwą na poziomie 2900 m2 g−1 oraz adsorpcji wodoru na poziomie 3% masowych. Otrzymane materiały porównano z komercyjnie dostępnymi węglami aktywnymi uzyskanymi z innych materiałów odpadowych.

EN

In this work was attempted to use the residual material in the form of an ion exchange resin Amberjet 1200H-based copolymer of styrene and divinylbenzene. The aim of this study was to obtain activated carbons with high values of adsorption parameters. Assessments of the suitability of the materials were derived using nitrogen adsorption isotherms at 77 K and hydrogen at 77 K. There were obtained powdered activated carbons, which had the best surface area of 2900 m2 at g−1 and a hydrogen adsorption at 3 wt. %. The resulting material was compared to commercially available activated carbons derived from other waste materials.

18

Pore structure of activated carbons from waste polymers

Czepirski L., Szczurowski J., Bałys M., Ciesińska W., Makomaski G., Zieliński J.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2013

|

T. 16, nr 3

353--359

EN

Activated carbons are widely used in gas purification and separation, solvent recovery, wastewater treatment, etc. It is recognized that the pore structure is the most important property of activated carbons for their application in adsorption processes. Many investigations have been performed to explore novel raw materials (such as waste polymers) and to optimize the preparation conditions to obtain activated carbons with the desired porous properties. In this paper the preparation and characterization of activated carbons from poly(ethylene terephtalate), poly(methylene methacrylate), phenol/formaldehyde resin and coal-tar pitch was studied. The influence of the mass ratio pitch/polymer, carbonization conditions, as well as the activation agent used (steam, carbon dioxide, potassium hydroxide) on the characteristics of the samples were considered. The textural characteristics were studied by adsorption of gases and vapors. These allow to establish the influence of the experimental treatment parameters in the porous network of the samples. Moreover, the analysis of the adsorption data has been carried out by BET and Dubinin-Radushkevich (DR) equations as well as by the Monte Carlo (MC), Density Functional Theory (DFT) and Barrer-Joyner-Halenda’s methods. The results of these analysis were very consistent and permuted to determine the porous structure of the samples and also to identify the individual adsorption mechanism.

PL

Zwiększająca się ilość odpadowych tworzyw sztucznych stwarza wiele istotnych problemów technicznych, ekologicznych i ekonomicznych. Konieczność rozwiązywania powyższych problemów narzucają także obowiązujące przepisy prawne. Interesującym z poznawczego i utylitarnego punktu widzenia kierunkiem zagospodarowania niektórych odpadów polimerowych jest wytwarzanie z nich adsorbentów węglowych. Wysokie ceny i zmniejszająca się dostępność tradycyjnych źródeł surowcowych do produkcji adsorbentów węglowych powodują zainteresowanie możliwościami produkcji adsorbentów węglowych z surowców tańszych lub odpadowych (drewno, żywice jonowymienne, zużyte opony samochodowe, tworzywa sztuczne). Produkcja adsorbentów węglowych w powiązaniu z udoskonalaniem metod karbonizacji, aktywacji i modyfikacji może stanowić alternatywną drogę utylizacji tego typu odpadów. W pracy podjęto próbę wykorzystania odpadowego poli(tereftalanu etylenu), poli( metakrylanu metylu) i żywicy fenolowo-formaldehydowej oraz paku węglowego do otrzymywania adsorbentów węglowych. Serię kompozycji pakowo-polimerowych o różnym stosunku masowym pak/polimer poddawano karbonizacji w różnych warunkach (szybkość ogrzewania, końcowa temperatura karbonizacji, czas utrzymywania próbki w końcowej temperaturze karbonizacji), a następnie aktywacji przy użyciu różnych czynników aktywujących (para wodna, ditlenek węgla, alkalia). Teksturę porowatą uzyskanych próbek scharakteryzowano na podstawie pomiarów izoterm adsorpcji i desorpcji par azotu (77 K) oraz izoterm adsorpcji ditlenku węgla (273 K), wyznaczając wielkość powierzchni właściwej BET, parametry struktury mikroporowatej (objętość i rozkład objętości mikroporów metodą Monte Carlo i Density Functional Theory), rozkład objętości i powierzchni mezoporów wg Barrera-Joynera- Halendy. Wykazano, że rodzaj surowca, warunki karbonizacji i aktywacji oraz rodzaj czynnika aktywującego umożliwiają otrzymanie adsorbentu węglowego o pożądanym z punktu widzenia potencjalnych zastosowań rozkładzie porów.

19

Mikro-mezoporowate węgle: otrzymywanie, właściwości, zastosowanie

Choma J.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2013

|

T. 16, nr 2

163--178

PL

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.

EN

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.

20

Komputerowa analiza struktury porowatej adsorbentów otrzymanych z odpadowych materiałów pochodzenia roślinnego w procesie aktywacji chemicznej kwasem fosforowym

Kwiatkowski M., Broniek E.

Przemysł Chemiczny

|

2012

|

T. 91, nr 12

2355-2360

PL

Przedstawiono wyniki badań wykorzystania nowych numerycznych modeli adsorpcji z techniką szybkiego wielowariantowego dopasowywania modeli teoretycznych do danych empirycznych jako narzędzia analizy struktury mikroporowatej adsorbentów węglowych. Modele te wykorzystane zostały do oceny wpływu stopnia impregnacji na rozwój struktury mikroporowatej adsorbentów węglowych.

EN

A review, with 90 refs., of processes for prodn. of activated C adsorbents by carbonization and activation of biomass materials. New adsorption models with fast multivariant procedure for fitting the theor. model to the empirical data were recommended as a tool to analyze the microporous structure of the adsorbents and to evaluate the impact of activating agent on microporous structure formation during chem. activation with H₃PO₄.