Σύνθεση και χαρακτηρισμός αφρών άνθρακα: εφαρμογή ως βιοκαταλύτες - Ξιαρής, Νικόλας (Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών και Επιστήμης και Μηχανικών Υλικών, Σχολή Μηχανικής και Τεχνολογίας, Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Κύπρου, 2019)
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.
Keywords: Αφροί Άνθρακα; SEM; XRD; Βιοεξανθρακώματα; Βιοκαταλύτες; Carbon foams; SEM; XRD; Biochar; Biocatalysts