Razvoj naprednih funkcionalnih materijala ima ključnu ulogu u modernom kemijskom inženjerstvu, osobito u području separacijskih tehnologija. Među materijalima koji posljednjih godina privlače veliku znanstvenu pozornost nalaze se Metal–Organic Framework (MOF) materijali te Zeoliti, koji se zbog svoje specifične strukture i visoke poroznosti često koriste kao funkcionalni dodaci u naprednim membranskim sustavima.
MOF materijali predstavljaju kristalne porozne strukture izgrađene od metalnih iona ili metalnih klastera povezanih organskim ligandima. Ovakva struktura rezultira iznimno velikom specifičnom površinom i kontroliranom poroznošću, što omogućuje precizno podešavanje adsorpcijskih i transportnih svojstava materijala. S druge strane, zeoliti su anorganski aluminosilikatni kristali s dobro definiranom mikroporoznom strukturom koji se već desetljećima koriste u katalizi, adsorpciji i separacijskim procesima.🔬
U kontekstu membranskih tehnologija posebno je zanimljiva sinteza i modifikacija zeolita s ciljem njihove integracije u Polymer Inclusion Membrane (PIM) sustave. Sinteza zeolita najčešće se provodi hidrotermalnim postupkom, pri čemu se iz aluminosilikatnih prekursora formiraju kristalne strukture s precizno definiranim porama. Nakon sinteze, zeoliti se mogu dodatno funkcionalizirati površinskim modifikacijama kako bi se poboljšala kompatibilnost s polimernom matricom i povećala selektivnost transporta ciljnih molekula ili iona.
Ugradnja modificiranih zeolitnih ili MOF čestica u polimernu matricu omogućuje formiranje kompozitnih polimer-inkluzivnih membrana s poboljšanim transportnim svojstvima. U takvim sustavima porozna struktura anorganskih čestica djeluje kao selektivni put za difuziju određenih kemijskih vrsta, dok polimer osigurava mehaničku stabilnost i fleksibilnost membrane.
Zbog mogućnosti preciznog dizajna strukture i kemijskih svojstava, MOF materijali i zeoliti predstavljaju vrlo perspektivnu skupinu materijala za razvoj novih generacija separacijskih membrana. Istraživanja u ovom području usmjerena su na optimizaciju sinteze, kontrolu veličine i morfologije čestica te razvoj učinkovitih metoda njihove integracije u polimerne sustave kako bi se postigla visoka selektivnost i stabilnost u različitim procesima separacije.

Razvoj novih materijala jedan je od ključnih izazova suvremenog kemijskog inženejrtva, posebno u području održive gradnje i naprednih funkcionalnih materijala. Među materijalima koji u posljednjih dvadesetak godina privlače značajnu znanstvenu i industrijsku pozornost su geopolimeri (eng. geopolymer) – ili ponekad nazvani i kao "bezcementni vezivni materijali". Geopolimeri su anorganski polimerni sustavi koji se dobivaju alkalnom aktivacijom aluminosilikatnih materijala kao sirovina.
Geopolimeri predstavljaju zanimljivu alternativu konvencionalnim cementnim materijalima jer omogućuju dobivanje materijala s vrlo dobrim mehaničkim i kemijskim svojstvima uz potencijalno manji okolišni otisak posebno CO₂ emisije. Njihova struktura temelji se na trodimenzionalnoj aluminosilikatnoj mreži nastaloj procesom geopolimerizacije, u kojem se silikatni i aluminatni tetraedri povezuju u stabilnu amorfnu ili polukristalnu strukturu. Superiroan svojstva ovih matewrijala potječu upravo na ovoj vezi koja je kemijska veza!
Jedna od najčešće korištenih sirovina za laboratorijsku pripravu i sintezu geopolimera je metakaolim. Metakaolin, za ovu i druge namjene prirpavlja se tzv. procesom kalcinacije glinenog minerala Kaolinita. Metakaolin je visoko reaktivna aluminosilikatna sirovina koja omogućuje relativno kontroliranu sintezu geopolimernih materijala, što ga čini iznimno pogodnim modelnim sustavom za eksperimentalna istraživanja na diplomskom studiju.

Posebno zanimljivo područje istraživanja predstavljaju toplinska svojstva geopolimera. Zahvaljujući svojoj kemijskoj i strukturnoj stabilnosti, geopolimeri pokazuju dobru otpornost na povišene temperature, relativno nisku toplinsku vodljivost te mogućnost primjene u vatrootpornim materijalima, izolacijama i visokotemperaturnim kompozitima. Razumijevanje povezanosti između mikrostrukture, poroznosti, kemijskog sastava i toplinskih svojstava ključno je za razvoj materijala s ciljanim performansama.
Diplomski i završni radovi na ovoj temi uključivat će eksperimentalni pristup koji obuhvaća:

• sintezu geopolimera na bazi metakaolina,
• optimizaciju sastava alkalnog aktivatora i procesnih uvjeta,
• karakterizaciju strukture i mikrostrukture dobivenih materijala,
• određivanje toplinskih svojstava i stabilnosti materijala.

U sklopu rada studenti će imati priliku upoznati se s metodama karakterizacije materijala koje se često koriste u znanstvenim istraživanjima i industriji, poput:

• Difrakcije X zraka na praškastim materijalima (eng. X-ray Diffraction (XRD)) u svrhu analizu strukture,
• Pretražnu elektronsku mikroskipiju /engl. Scanning Electron Microscopy (SEM)) za promatranje mikrostrukture,
• Termogravimitrijsku analizu (eng. Thermogravimetric Analysis (TGA)) i drugih metoda za određivanje toplinske stabilnosti.

Ovakav rad omogućuje studentima razvoj praktičnih laboratorijskih vještina, razumijevanje odnosa struktura–svojstva–primjena materijala, te sudjelovanje u istraživanju materijala koji imaju velik potencijal u područjima poput održive gradnje, vatrootpornih materijala i naprednih kompozita.
Diplomski ili završni rad na temi geopolimera posebno je zanimljiv studentima koji žele kombinirati kemiju materijala, tehnologiju procesa i eksperimentalni rad, te steći iskustvo u području koje se intenzivno razvija i ima značajan potencijal za buduća znanstvena i industrijska istraživanja.

VJEŽBE IZ KOLEGIJA

„NOVI ANORGANSKI MATERIJALI“

za studente 2. godine, Diplomskog studija kemijske tehnologije, smjer: Materijali

 

OBAVIJEST

Vježbe iz kolegija „Novi anorganski materijali“ započet će dana 18.10.2017. (srijeda) u

16.15 h u laboratoriju B502 (5..kat) za grupu A.

Grupa B će započeti tjedan poslije, 25.10.2017. (srijeda) u 16.15 h, također u laboratoriju

B502 (5. kat).

Kolokvij će se održati dana 17.10.2017. (utorak) u 13.30 h, u laboratoriju Zavoda za anorgansku tehnologiju, na 4. katu, C 417.
Skriptu za Vježbe „Novi anorganski materijali“ možete naći na web-u KTF-a.

Grupa A

1. Ksenija Blatarić (vježba 1)

2. Mihaela Čelan (vježba 1)

3. Anđela Čović (vježba 1)

4. Haris Defterdarović (vježba 1)

5. Kata Manda Deronja (vježba 2a)

6. Jelena Duvnjak (vježba 2a)

7. Antonija Galić (vježba 2a)

8. Zvonimir Jurun (vježba 2a)

Grupa B

1. Kristina Kelek (vježba 1)

2. Anita Koštroman (vježba 1)

3. Josipa Lovrić (vježba 1)

4. Ivana Majić (vježba 1)

5. Zrinka Miljak (vježba 2a)

6. Anđela Pažin (vježba 2a)

7. Antonio Penava (vježba 2a)

8. Ana Pušić (vježba 2a)

9. Katarina Rajić – Mišković (vježba 2a)

vježba 1. str. 1-12
vježba 2a str. 12-25

Voditeljica vježbi: Ana Lisica, asistent