Please use this identifier to cite or link to this item:
https://hdl.handle.net/20.500.14279/15477| Title: | Σύνθεση και χαρακτηρισμός αφρών άνθρακα: εφαρμογή ως βιοκαταλύτες | Authors: | Ξιαρής, Νικόλας | Keywords: | Αφροί Άνθρακα;SEM;XRD;Βιοεξανθρακώματα;Βιοκαταλύτες | Advisor: | Κωνσταντινίδης, Γιώργος | Issue Date: | May-2019 | Department: | Department of Mechanical Engineering and Materials Science and Engineering | Faculty: | Faculty of Engineering and Technology | Abstract: | Τα τελευταία χρόνια η ανάγκη για επεξεργασία και εκμετάλλευση γεωργικών αποβλήτων, ιδίως των κελυφών από ξηρούς καρπούς και των πωμάτων φελλών που χρησιμοποιούνται στην εμφιάλωση κρασιών, γίνεται ολοένα και πιο επιτακτική. Εξαιτίας της καταλυτικής τους σημασίας στην καθημερινή διατροφή του ανθρώπου, και κατά συνέπεια λόγω των σταδιακά αυξανόμενων ποσοτήτων κατανάλωσης τους, ένας σημαντικός τους όγκος καταλήγει στις χωματερές με αποτέλεσμα την επιβάρυνση αφενός του συστήματος διαχείρισης αποβλήτων και αφετέρου του περιβάλλοντος. Στα πλαίσια της κυκλικής οικονομίας εξετάστηκε η οποιαδήποτε πιθανότητα μετατροπής των πιο πάνω βιολογικών αποβλήτων σε χρήσιμα υλικά ως προς το συμφέρον του ανθρώπου και της φύσης, και πιο συγκεκριμένα η χρήση τους βιοκαταλύτες για παραγωγή βιοαιθανόλης, ως μια πολλά υποσχόμενη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας. Πρωταρχικό βήμα στη διαδικασία αξιοποίησης τους ήταν η κατανόηση τους ως υλικά μηχανικής και ο ενδελεχής χαρακτηρισμός τους και ακολούθως η μετατροπή τους σε εξανθρακωμένα αφρώδη υλικά. Η παρούσα πτυχιακή περιορίστηκε σε (α) μια σειρά από κελύφη ξηρών καρπών (αραχίδα, φιστίκι Αιγίνης και καρύδι), (β) φελλό και (γ) συνθετικό αφρό άνθρακα. Η σύνθεση των αφρών άνθρακα επιτεύχθηκε μέσω δυο οδών: (α) της πυρόλυσης βιομάζας σε κλίβανο υπό ελεγχόμενες συνθήκες μέσω της παροχής αέριου αζώτου, και (β) της εναπόθεσης άμορφου υδρογονωμένου άνθρακα (a-C:H) στην επιφάνεια αφρού νικελίου με τη χρήση χημικής εναπόθεσης ατμών με πλάσμα (RF PECVD). Τα μικροδομικά και μορφολογικά χαρακτηριστικά των δειγμάτων μελετήθηκαν με το μικροσκόπιο ηλεκτρονικής σάρωσης (SEM). Έμφαση δόθηκε στο εσωτερικό και στη τομή των δειγμάτων σε κλίμακες της τάξης των μικρομέτρων. Παράλληλα, χρησιμοποιήθηκε φασματοσκοπία ενεργειακής διασποράς ακτινών Χ (EDS) για τον προσδιορισμό της στοιχειακής σύνθεσης των υπό εξέταση δειγμάτων. Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκε το περιθλασίμετρο ακτινών Χ (XRD) για το καθορισμό της κρυσταλλικότητας των δειγμάτων. Τέλος, ως μια δυνητική εφαρμογή διερευνήθηκε η παραγωγή βιοαιθανόλης με τη χρήση των πιο πάνω δειγμάτων μέσω της ακινητοποίησης μικροοργανισμών S. cerevisiae στην επιφάνεια τους, όπου και αποδείχθηκε και η εξαιρετική τους απόδοση στην εφαρμογή αυτή. | Description: | In recent years, the need for agricultural waste processing and exploitation, and in particular nut shells and wine bottle corks, is becoming increasing imperative. Due to their catalytic importance in the daily human nutrition, and consequently due to the increasing consumption needs, a significant volume of them ends up in the dumps, resulting in a burden on both the solid waste management system and the environment. Within the framework of circular economy, any possibility of converting the above bio-waste into useful materials in the interest of humanity and nature (valorisation process), and in particular their application for bioethanol production, as a promising renewable energy source, was examined. The initial step in their exploitation process, was their understanding as engineering materials and their in-depth characterization and subsequently their conversion into carbonaceous foam materials. This study was limited to (a) a series of nutshells from peanuts, pistachios and walnuts, (b) cork and (c) synthetic carbon foam. The synthesis of carbon foams was achieved via two pathways: (a) pyrolysis of biomass in a furnace under controlled conditions through the supply of nitrogen gas; and (b) deposition of hydrogenated amorphous carbon (a-C:H) on the nickel’s foam surface using Radio Frequency Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (RF PECVD). The microstructural and morphological characteristics of the samples (prior and after pyrolysis) were studied using Scanning Electron Microscopy (SEM). Emphasis was placed on the inside and cross-sections of the samples at scales of the micrometre range. At the same time, an Energy-Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS) was used to determine the elemental composition of the test samples. In addition, the X-Ray Diffractometer (XRD) was used to determine the crystallinity of the samples. Finally, as a potential application, the bioethanol production using the produced biochars was investigated by immobilizing S. cerevisiae microorganisms on their surface, where their excellent performance in this application was proven. | URI: | https://hdl.handle.net/20.500.14279/15477 | Rights: | Απαγορεύεται η δημοσίευση ή αναπαραγωγή, ηλεκτρονική ή άλλη χωρίς τη γραπτή συγκατάθεση του δημιουργού και κάτοχου των πνευματικών δικαιωμάτων. | Type: | Bachelors Thesis | Affiliation: | Cyprus University of Technology |
| Appears in Collections: | Πτυχιακές Εργασίες/ Bachelor's Degree Theses |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Abstract_Xiaris.pdf | 279.43 kB | Adobe PDF | View/Open |
CORE Recommender
Google ScholarTM
Check
Items in KTISIS are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.