Beržinė fanera plačiai naudojama dekoratyvinių produktų gamybai. Jų apdaila ir formos kontūravimas atliekami dujiniais CO2 lazeriais, kurių veikimo principas pagrįstas lokalizuoto lazerio spindulio ...pluošto poveikiu, suardančiu medžiagos struktūrą. Lazerio spinduliuotės parametrų rinkinio (galia ir greitis) poveikis medžiagai pagrįstas abliacijos ir karbonizacijos procesu. Sluoksniuotoji mediena (fanera) pasižymi teigiamomis savybėmis: natūrali, didelio stiprumo, lengvai apdirbama, bet turi ir trūkumų: degi, anizotropiška, su sandaros ydomis, neatspari drėgmės ir temperatūros pokyčiams, mažas kietumas ir atsparumas dilimui. Beržinė fanera išlaiko savybių stabilumą veikiant skirtingiems išoriniams veiksniams, tačiau graviruojant ir pjaunant, taikant dujinio CO2 lazerio spinduliuotės poveikio skirtingus technologinius parametrus, mikrostruktūra suardoma iš dalies ar per visą medžiagos storį. Suirus medžiagai lieka tuštuma ir suanglėjusi prapjovos sienelė. Graviravimo ir pjovimo technologinių procesų veikimo principai skirtingi ir daro skirtingą poveikį apdirbto ruošinio kokybei. Šio tyrimo tikslai – nustatyti prapjovos sienelės mikrostruktūros kitimus pjovimo zonoje taikant dujinio CO2 lazerio spinduliuotės poveikį skirtinga galia ir greičiu, palyginti su graviravimo būdu pašalintos mikrostruktūros zonoje apdirbto ruošinio krašto kitimais, įvertinti pjūvio kokybę pagal vertinimo kriterijus, nustatyti optimalias pjovimo lazeriu parametrų reikšmes, naudingas našumui ir sąnaudoms. Pjovimo zonos kokybė vertinama pagal šiuos kriterijus: visos mikrostruktūros pašalinimas, susiformavęs geometrinių pokyčių modelis apdirbto ruošinio krašte, prapjovos sienelės ir mikrostruktūros, likusios šalia pjovimo zonos, anglėjimas. Pjovimo ir graviravimo proceso metu vyksta greita medžiagos oksidacijos reakcija, kurios metu išsiskiria šiluma ir susidaro karščio paveikta zona. Dėl fototerminės abliacijos mechanizmo paveikta lazerio spinduliuote mikrostruktūra virsta nuodegomis, kurias pašalinus lieka gili tuštuma arba išėma medžiagoje. Pjūvio vietoje susiformuoja karbonizuota prapjovos sienelė su skirtingomis morfologinėmis ir kolorimetrinėmis savybėmis. Siekiant ekologiškų medžiagų panaudojimo komercinių gaminių gamybai ir technologinio proceso eigos stabilumo bei ekonomiškumo, sukurtas produkcijos, apdirbtos graviravimo ir pjovimo būdu, kokybės vertinimo metodas.
Mediena yra lengvai perdirbama ir greitai gamtoje suyranti medžiaga, todėl pakeičiant plastikus reklamoje mediniais gaminiais galima būtų labiau prisidėti prie tvaraus vystymosi ir ekologijos. Medžio ...ir reklaminių gaminių gamybai bei apdirbimui plačiai naudojami infraraudonųjų spindulių (IR) CO2 lazeriai (spindulio bangos ilgis – 10,6 µm). Graviruojant lazeriu medžiagą vyksta medžio struktūros paviršiaus ardymas ir karbonizacijos procesas, kurio metu gaunamas tam tikras išgraviruoto piešinio gylis ir spalva. Spalvos ir gylio pokyčiams įtakos turi medienos rūšis ir jos storis, taip pat lazerio galia, energijos srauto tankis, judėjimo greitis. Šiame darbe „Adobe Illustrator“ programa paruoštas vaizdas buvo importuotas į „RDWorks V8“ kompiuterinę programą, sujungtą su Bodor BCL-MU CO2 lazeriu, kuris buvo naudojamas graviruoti. Sukūrus bandyminius pavyzdžius buvo išanalizuoti CO2 lazerio poveikio technologinių parametrų (greičio ir galios) įtaka beržo faneros spalvai ir paviršiaus morfologijai bei nustatyta koreliacija tarp ΔE ir Ra parametrų, naudojant paviršiaus spalvų tonų spektrofotometrinę palyginamąją analizę ir trimatį (3D) morfologijos matavimo metodą. Gauti rezultatai aptarti, pademonstruota vaizdinė medžiaga ir nustatyti optimaliausi darbo parametrai.
The action of atmospheric carbon dioxide is one of the agents which substantially reduce the durability of concrete structures. Th is so called carbonation is one of the corrosive processes ...influencing properties of mature concrete. It is caused by a chemical reaction of carbon dioxide infiltrating into the surface of a concrete construction with the minerals of cementing compound. The eff ect of carbonation can be evaluated by means of the "accelerated carbonation depth test in 98% CO
2
". The principle of this method consists in finding a correlation dependence of "depth (or time) of carbonation in the natural environment / depth (or time) of carbonation in the accelerated test". The theoretical carbonation depth of common concrete placed in the natural environment of 0.03% CO
2
for a long time can be determined from the Fick's law. The actual carbonation depth of common concrete placed in 98% CO
2
can be determined by a simple phenolphthalein test on fresh fragments of standard concrete samples. The correlation dependence found in the so-called "accelerated test" enables us to determine intervals of real time in the natural environment of 0.03% CO
2
corresponding to the intervals of accelerated exposition in 98% CO
2
.
Due to the fact that surface characteristics of carbon material depend of carbon precursor nature and manufacturing parameters, the main objective of this work was to find appropriate carbonization ...and activation parameters in order to obtain activated hemp fibers (ACh) and carbon monolith (CM) with good adsorption properties toward pesticides. Chemical modification of short hemp fibers prior to carbonization was used to examine the influence of carbon precursor chemical structure and morphology on carbonized material characteristics. The factor of the influence on the final porous texture and adsorptive properties of activated carbon materials by production conditions are as follows: carbonization temperature, activating agent/carbon material ratio and activation temperature. Optimal production conditions were selected based on the adsorption properties of carbonized materials toward pesticides. Activated hemp fibers and carbon monolith surface were characterized by specific surface area and porosity, obtained from adsorption and desorption isotherms of N2 and by the amount and nature of surface oxygen groups, obtained by temperature-programmed desorption (TPD). As a specific test for surface activity, adsorption of silver was used. Obtained carbon materials impregnated with silver were also used for water disinfection. The possibility of using obtained materials in water purification was tested through adsorption of heavy metals and pesticides. Adsorption of heavy metal ions was tested through adsorption isotherms and kinetics. The experimental data obtain in this way was used for development of the mathematical model that would describe both the phenomenon of metal ions transport through the porous matrices, and the structure of carbonized hemp fibers. For the pesticides adsorption study, pesticides with different chemical structure were chosen: acetamiprid, dimethoate, nicosulfuron, carbofuran and atrazine. Decrease of pesticide concentration, as a consequence of the adsorption, was determined by liquid chromatography–tandem mass spectrometry technique. The possibility of using carbonized and activated hemp fibers as a sorbent in the solid-phase extraction (SPE) for pesticide analysis in water samples were also tested. Abstract The removal of lignin by chemical modification of carbon precursor brings the increase in the amount of surface oxygen groups, while polymorphic transformation of Cell I to Cell II increases specific surface area. Scanning electron microscopy (SEM) showed that the main feature of the carbonized samples are partial or complete fibrillation, caused by alteration of carbon precursor chemical structure. By varing the parameters of carbonisation and activation, different ACh and CM samples were obtained. Based on the adsorption capacities of ACh and CM samples toward pesticides, the optimal production parameters were chosen: carbonization temperature of 1000ºC, activated agent/carbon material ratio of 2/1 and activation temperature of 900ºC. It was shown that by following optimal production parameters microporous samples with high specific surface area (SBET, = 2192 m2/g) and amount of surface oxygen groups were obtained. Surface oxygen groups have dominant influence on silver deposition on the carbon material surface. Increased amount of CO yielding groups leads to the increased amount of Ag deposit and decreases its crystallite sizes. Activated hemp fibers and carbon monolith impregnated with silver are suitable for water disinfection due to the strong antimicrobial activity against Escherichia coli, Staphylococcus aureus and Candida albicans. Carbonized hemp fibers show good adsorption properties toward heavy metal ions, which is mostly influenced by specific surface area. A good agreement between model prediction and the experimental data indicates that the proposed mathematical model can be used for optimization of heavy metal ions adsorption process by correlating the model parameters to the carbonized hemp fibers performances. All tested samples have good adsorption properties toward pesticides. The nature and the amount of surface oxygen groups show dominant effect on pesticide adsorption, while specific surface area is not the crucial factor. Due to the good adsorption properties toward heavy metals and pesticides, along with the strong antimicrobial effect, examined materials could be successfully used as filter materials in water purification. Also, results obtained from SPE experiments indicate that the activated hemp fibers could be successfully applied as a solid-phase sorbent for the pesticides analysis in water samples. For same pesticides, recoveries obtained by these cartridges were even higher than recoveries obtained by commercial cartridges.
Cilj ovog rada je razvoj metode dobijanja i funkcionalizacije površine nanostrukturisanih ugljeničnih materijala različitih morfologija u cilju postizanja maksimalne adsorpcije pesticida na tako dobijenim materijalima. Hemijska modifikacija kratkih vlakana konoplje pre karbonizacije, korišćena je u cilju ispitivanja uticaja hemijske strukture i morfologije ugljeničnog prekursora na svojstva karbonizovanog materijala. U cilju ispitivanja uticaja parametara dobijanja na površinske karakteristike rezultujućih ugljeničnih materijala, variranjem temperature karbonizacije, temperature aktivacije i odnosa količina aktivirajućeg agensa i karbonizovanog materijala, dobijeni su uzorci ugljeničnih materijala različitih površinskih karakteristika, a optimalni parametri dobijanja izabrani su na osnovu efikasnosti uklanjanja pesticida iz vodenih rastvora. Aktivirana vlakna konoplje i karbon monolit okarakterisani su sa aspekta specifične površine i poroznosti, određenih na osnovu adsorpcionih i desorpcionih izotermi azota, i količine površinskih grupa, dobijene metodom temperaturnoprogramirane desorpcije. Kao specifičan test za ispitivanje površinske aktivnosti dobijenih ugljeničnih materijala, korišćena je adsorpcija srebra na njihovoj površini, a potom je ispitana i mogućnost dezinfekcije vode ugljeničnim materijalima impregnisanim srebrom. Mogućnost korišćenja dobijenih ugljeničnih materijala u prečišćavanju vode ispitana je i sa aspekta adsorpcije teških metala i pesticida. Adsorpcija teških metala okarakterisana je adsorpcionim izotermama i adsorpcionom kinetikom. Dobijeni eksperimentalni podaci iskorišćeni su za matematičko modelovanje samog procesa transporta jona kroz poroznu matricu, kao i za karakterizaciju površinske strukture karbonizovanih vlakana konoplje. Za ispitivanje adsorpcije pesticida, korišćena je smeša rastvora pet pesticida različitih hemijskih struktura: acetamiprida, dimetoata, nikosulfurona, karbofurana i atrazina. Koncentracija pesticida u rastvoru određivana je metodom tečne hromatografije u kombinaciji sa tandem masenom spektrometrijom. Takođe, ispitana je i mogućnost korišćenja karbonizovanih i aktiviranih vlakana Rezime konoplje kao sorbenata u metodi ekstrakcije na čvrstoj fazi, pri analizi pesticida iz vodenih rastvora. Pokazano je da hemijska struktura ugljeničnog prekursora ima višestruki uticaj na karakteristike karbonizovanog materijala. Značajnije uklanjanje lignina iz strukture prekursora utiče na povećanje količine kiseoničnih površinskih grupa, dok polimorfna transformacija celuloze iz Cell I u Cell II izaziva povećanje specifične površine karbonizovanog materijala. Promene hemijskog sastava prekursora indirektno utiču i na morfologiju karbonizovanih vlakana konoplje, što je detektovano skenirajućom elektronskom mikroskopijom (SEM). Variranjem parametara karbonizacije i aktivacije dobijeni su različiti uzorci aktiviranih vlakana konoplje i karbon monolita. Optimalni parametri proizvodnje odabrani su na osnovu kapaciteta materijala za adsorpciju pesticida: temperatura karbonizacije od 1000ºC, odnos aktivacioni agens : karbonizovani materijal – 2:1 i temperatura aktivacije od 900ºC. Na ovaj način dobijeni su mikroporozni materijali visokih vrednosti specifične površine (SBET, = 2192 m2/g) i količine kiseoničnih površinskih grupa. Pokazano je da kiseonične grupe imaju dominantan uticaj na adsorpciju srebra, i da se povećanjem količine kiseoničnih grupa koje termalnom dekompozicijom otpuštaju CO može povećati količina i smanjiti veličina kristalita depozita Ag. Aktivirana vlakna konoplje i karbon monolit impregnisani srebrom pokazuju jako antimikrobno dejstvo na smešu Escherichia coli, Staphylococcus aureus i Candida albicans. Karbonizovana vlakna konoplje pokazuju dobre karakteristike u adsorpciji jona teških matala, pri čemu je efikasnost sorpcije uslovljena veličinom specifične površine. Matematički model razvijen u cilju opisivanja samog procesa transporta jona teških metala, kao i strukture adsorbenta pokazuje jako dobra slaganja između eksperimentalnih podataka i predikcije modela, pa se na zadovoljavajući način može koristiti za modelovanje procesa adsorpcije teških metala na karbonizovanim vlaknima konoplje. Svi ispitivani uzorci pokazuju visoku efikasnost adsorpcije pesticida, pri čemu vrsta i količina površinskih grupa imaju dominantan uticaj na adsorpciju pesticida, dok specifična površina nema presudnog uticaja u ovom procesu. Visoka efikasnost u uklanjanju pesticida i teških metala, kao i mogućnost dezinfekcije vode, omogućavaju uspešno korišćenje ovih materijala u izradi filtera za prešišćavanje vode. Rezime Rezultati dobijeni u SPE eksperimentu pokazuju da se aktivirana vlakna konoplje mogu koristiti kao sorbent za predkoncentrisanje pesticida, što ih čini adekvatnom zamenom za skupe komercijalne kertridže.
