Projekti / Programi
01. januar 2009
- 31. december 2014
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P360 |
Naravoslovno-matematične vede |
Anorganska kemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.04 |
Naravoslovne vede |
Kemija |
Mikro- in mezoporozna molekulska sita, zeolitni materiali, katalizatorji, aluminosilikati, aluminofosfati, modificirana molekulska sita, organsko-anorganski hibridi, bimodalna porazdelitev por, rentgenska difrakcija, spektroskopija trdnih snovi, katalitske reakcije, polimerno modificirani betoni.
Raziskovalci (22)
Organizacije (2)
Povzetek
Nanoporozni materiali so anorganski ali organski materiali s periodično razporejenimi porami s premeri do 50 nm in so po dimenzijah primerljivi s kinetičnimi premeri molekul v kemijskih reakcijah. Zato lahko taki materiali (zeoliti ter zeolitni in oksidni materiali) ločijo reaktante ali produkte glede na njihovo velikost in obliko. Uporabni so tudi kot katalizatorji pri predelavi nafte in pri pripravi specialnih kemikalij ter omogočajo oblikovanje gruč atomov ali manjših molekul. Osnovne strukture so sestavljene iz tetraedrov, ki so preko skupnih oglišč povezani v periodično urejena tridimenzionalna ogrodja s kanali in votlinami. Dimenzije in oblike kanalov modificiramo z izbiro primernih organskih molekul, ki delujejo v procesu sinteze kot strukturni usmerjevalci. Če Al, Si ali P atome v ogrodjih delno zamenjamo s prehodnimi kovinami, lahko pripravimo nove materiale s katalitsko aktivnimi kislimi in redoks mesti na ogrodjih. Vrsta in množina kovinskih soli pri pripravi zeolitnih materialov vpliva na jakost in koncentracijo njihovih aktivnih mest.
Mikroporozna molekulska sita z dimenzijami por od 0,3 do 2 nm so kristalinični materiali, s katerimi lahko ločujemo molekule z natančnostjo do 0,01 nm. Zaradi urejenih ogrodij jih odlikujejo visoka termična stabilnost, velika specifična površina in adsorpcijska kapaciteta, kar vse skupaj pogojuje njihovo veliko uporabno vrednost. Zeolitom podobni mezoporozni materiali na silikatni, aluminosilikatni in aluminofosfatni osnovi z dimenzijami por od 2 do 50 nm so slabše kristalinični materiali, ki imajo ob urejeni razporeditvi kanalov le delno urejena ogrodja, kar vpliva na njihovo termično obstojnost in stabilnost aktivnih mest. Čeprav je njihova priprava izredno zahtevna, so deležni velike pozornosti, saj bi se zaradi vsebnosti večjih por lahko uporabljali v katalitskih procesih, kjer sodelujejo večje molekule. Najnovejše področje v raziskavah nanoporoznih materialov predstavljajo anorgansko-organski hibridni materiali, kjer so organske molekule sestavni del ogrodij. Z ustrezno izbiro dolžine verige organskih molekul lahko vplivamo na velikost votlin in kanalov.
Pripravili bomo nove nanoporozne materiale, ki bodo potencialno uporabni kot katalizatorji pri pretvorbah ogljikovodikov. Natančno bomo okarakterizirali lastnosti pripravljenih materialov, predvsem topologijo ogrodij in njihova katalitsko aktivna mesta. Osnove raziskav bodo nanoporozni zeolitni materiali z aluminosilikatnimi in aluminofosfatnimi ogrodji, ki jih bomo modificirali s prehodnimi kovinami, (Ti, Mn, Fe, Co) ter tako generirali kisle ali redoks centre. Sintetizirali bomo mikroporozne materiale s premeri por od 0,6 do 2 nm in mezoporozne materialov s premeri por do 10 nm. Prednosti mikroporoznih zeolitnih materialov (urejene kristalinične strukture in stabilizirana aktivna mesta) ter prednosti mezoporoznih materialov (večje pore) bomo kombinirali s pripravo t.i. kompozitov z bimodalno razporeditvijo por. Pripravili bomo nove hibridne materiale na fosfatni osnovi. Uporabili bomo organske molekule z različnimi dolžinami verig, ki se vežejo na tetraedre in tako poskušali pripraviti nove materiale za potencialno uporabo v katalitskih ali adsorpcijskih procesih.
Pozornost bomo namenili tudi strukturnim raziskavam polikristaliničnih farmacevtskih učinkovin z rentgensko difrakcijo in NMR spektroskopijo v trdnem stanju.
Cement z mineralnimi dodatki in modificiran s polimeri je pomemben nanokompozitni material. Dodatki pogojujejo nove uporabne lastnosti, fizikalno-kemijske in mehanske lastnosti pa je potrebno raziskati na mikro- in nanoobmočjih.
Pomen za razvoj znanosti
Raziskave v okviru programa so prispevale k razvoju znanosti z novimi odkritji na področju materialov za uporabo v energetiki in ekologiji, ki so bila tudi primerno predstavljena mednarodni in domači javnosti. Nove materiale smo uspešno promovirali preko vabljenih predavanj, vabljenih objav v uglednih strokovnih in znanstvenih revijah, aktivnih članstvih v znanstvenih in drugih združenjih (FEZA, IEA) ter tudi s prenosom pridobljenega znanja na mlajše raziskovalce in študente. Najbolj izstopajo dosežki na področju sinteze in karakterizacije novih materialov za shranjevanje toplote ter za čiščenje odpadnih voda in zraka. Področje shranjevanja toplote je eno od primarnih raziskovalnih usmeritev v slovenskem in evropskem prostoru, saj je odločilno za širšo uporabo sončne toplotne energije in odpadne toplote za ogrevanje/hlajenje prostorov in pripravo tople vode, za kar v razvitih državah porabimo polovico vse energije. Tako smo za učinkovitejše sisteme shranjevanje toplote v obdobju trajanja programa razvili nekaj zelo obetajočih materialov, ki smo jih tudi natančno okarakterizirali za boljše razumevanje odnosa struktura-lastnosti materiala ter posledično boljšo optimizacijo za končno uporabo. S stališča ohranjanja čistega okolja so bile raziskave materialov za čiščenje vode in zraka, prav tako zelo pomembne saj lahko ključno prispevajo k trajnostnem razvoju. Tudi na tem področju smo se osredotočili na natančno strukturno karakterizacijo najbolj učinkovitih materialov za boljše razumevanje adsorpcijskih procesov in predvsem katalitskih procesov pri razgradnji toksičnih organskih onesnažil.
Pomen za razvoj Slovenije
V okviru programa smo izvajali aplikativne raziskave s slovenskimi industrijskimi partnerji. Na ta način smo omogočili prenos sinteze najbolj zanimivih materialov iz laboratorijskega na polindustrijski nivo ter v enem primeru tudi široko uporabo/prodajo na Slovenskem trgu. Sodelovali smo pri pripravi novega zeolitnega adsorbenta na polindustrijskem nivoju (iz 250 ml na 1300L reaktor), uspešnem granuliranju več različnih materialov na pilotni granulacijski liniji ter uspešnem razvoju inovacije (priprava filtra za čiščenje lahkohlapnih spojin v notranjih prostorih). Pomemben prispevek programa je tudi uspešnost izobraževanja mladih. Mladi strokovnjaki, ki so v doktorirali v okviru programske skupine Nanoporozni materiali že zasedajo pomembna mesta v javnem sektorju in gospodarstvu, tako doma kot v tujini, kar je dokaz za uspešno izobraževalno delu uveljavljenih članov programske skupine v preteklem obdobju. Prav tako smo z različnimi aktivnostmi, kot so objave v poljudnih medijih in organizacija mednarodnih znanstvenih in strokovnih srečanj na Kemijskem inštitutu oziroma drugje v Sloveniji, prispevali k boljšemu poznavanju obravnavane problematike v slovenskem prostoru.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
