FULLERYT - ELIXIR OF YOUTH

Fuleryt (or fullerene C60) - allotropic variety of carbon, present in the form of spheres of nano-sized consisting of 60 carbon atoms has long been suspected of it, it may have some medicinal properties. Now scientists studying the case of the toxicity of this substance have found that it can prolong our lives twice.

The study was conducted at the University of Paris Sud, the rats were administered fuleryt. The control group maintained at the normal diet - without C60, the other was getting in addition pure olive oil, and the third to the oil fuleryt was added at a concentration of 0.8 mg / ml.

The results were a complete surprise, since the study was to see how much toxity for our body is the chemical compound. So when we found that the control group lived 22 months, the rats consuming olive 26 months, and those who received fuleryt - 42 months - scientists could not believe it.

They concluded that this effect was caused by a reduction in oxidative stress - the natural imbalance between the action of reactive oxygen species and the biological capacity for rapid detoxification of reactive intermediates or repair the damage done - which is one of the major factors in the aging of the body.

The discovery is a gigantic breakthrough - after all, who would not want to live any longer. However, this is only the first study, and pending the launch of the product, which can extend our lives may take twice as long time.

Source: ScienceDirect, wikipedia, extremelongevity, gizmodo

A NEW FORM OF CARBON, HARDEST THEN DIAMOND !

The diamond is pure carbon, with the proviso that in the interior atoms are arranged in such a way that it is the hardest substance occurring in nature. Now, chemists have succeeded in creating an entirely new form of carbon, which is so hard, that during the process of creation of carved diamond anvil.

It is a mixture of crystalline and disordered structure. It consists of a frame of carbon-60 (or fulerytu - a substance, which in the future can extend our lives even twice). Then, in the space between the hollow spheres organic solvent xylene were introduced and the pressure was applied.

At low pressure fulerytu structure remained the same, but with the increase in the blank bullets were taken to form amorphous clumps of carbon atoms. Despite this, they remained in place, forming a fairly tight mesh.

The researchers found that after using the pressure 320,000 times greater than that which prevails on the surface of the Earth, the grid does not return to its original shape.

The key to success here is mainly used solvent - because after you remove the material loses its properties. And thus there is an additional possibility - there are a lot of similar products and use them instead of the solvent xylene can give a completely different material properties.

The researchers believe that the new material should be a wide range of applications in mechanics and electronics.

Source: tgdaily

SUPER TRANSISTORS BASED ON GRAPHENE - 427 GHz !

Since the two physicists received the 2009 Nobel Prize for the invention of graphene - allotropic form of carbon consisting of a single layer of atoms of the element - are carried out extensive work on finding uses for this amazing material. I recently managed to create with it a transistor , which had a clock, a trifle , 427 GHz .

Advances in conventional silicon processors recently rests mainly on miniaturization , and some believe that the limit of their capabilities , this technology has reached a little over 10 years, giving us no choice - we have to find something new . That something was to be graphene , however, has long been working on the researchers had one major problem - it does not have the so-called . band gap ( it separates the valence band from the conduction band ) .

In other words, the electron energy range in which the material changes from an insulator in a guide - a phenomenon just switching between the two states is the basis of operation of the transistor.

Until now, scientists have tried to create an artificial band gap in graphene , but they managed it. Now researchers from the University of California, Riverside working under the direction of Guanxiong Liu decided to use the phenomenon of so-called negative resistance - which roughly lies in the fact that the current is getting into the system creates a momentary voltage drop in its interior.

Using this phenomenon , the researchers were able to create with the help of a few graphene field effect transistors ( FETs ) classical logic gates . And as expected - graphene has a very significant advantage over silicon - using only three graphene transistors can be created XOR gate ( the need for the eight silicon transistors ) which can reduce the entire system , and to the graphene transistors reach speeds of up to 427 gigahertz .

It all adds up to a system that several orders of magnitude ahead of all current processors .

It seems that soon should be able to get around Moore's Law .

Source: MIT Technology Review

REDOX REACTIONS IN BIOTECHOLOGY

In short redox reactions involve the oxidation of one compound, while reducing another.
In the concept of biological oxidation associated with combustion and decomposition of organic compounds to release energy, and indeed it is. However, the oxidation of a chemical compound is always associated with a reduction in another, and the same redox reaction does not necessarily have to be associated with the distribution of complex to simple. However, always involves a change in the oxidation state of atoms or groups of atoms, or (chemical groups). The degree of oxidation depends on the number of free electrons in an atom or chemical group. The group that gives electrons is called the reductor, and the recipient - oxidant.

In many metabolic biochemical pathways redox reactions occur in parallel to the transmission of electrons and protons in different physical locations of the cells thus generating small differences in electrical potential. Such a difference in electrical potential stimulates an electrical voltage which is used as the driving force of many chemical reactions and physical changes (electricity has been the basis of action of nerve cells and the nervous system, which controls the operation of the entire body, stimulates the active transport across biological membranes is driven powerful driving action of the protein complex in the process of synthesizing ATP synthesis chemiosmotycznej (ATPase)).

Generation and use of electrical voltage in the cell and in various organelles can be applied to complex electrical device to ground components tethered to a motherboard that separates the direction and strength of the voltage, the voltage generator (electron donor and recipient) are chemical compounds, which may not be subunits performing a task (eg ATPase), controlling the execution of tasks (enzymes and co-enzymes), or regulating the transport of protons and electrons (NAD, FAD, etc.).

SOFTWARES FOR MOLECULAR DYNAMICS CALCULATIONS

The starting point for the method of molecular dynamics (MD) is well defined microscopic description of a physical system consisting of a number of such bodies. Description of the system can be represented in the form of equations of motion of Theoretical Mechanics: Hamiltonian and Lagrangian or express directly by Newton's equations of motion. In the first two cases, the equation of motion must be previously obtained by using the well known formalisms. The method of molecular dynamics, as its name suggests, is used to calculate the property on the basis of the equations of motion, allowing you to get to test the properties of both static and dynamic.

In the molecular dynamics , it is possible to change the temperature in a controlled manner, called a simulated cooling. Apply an alternating sequence of heating and cooling system, so as to finally get frozen in some system configurations (configuration expected to achieve a low-energy).
MD method is based on , the numerical solution of equations of motion using a computer.

Softwares for molecular dynamic calculations

Among the many software packages like VEGAZ ZZ, SPARTAN, NANOENGINEER for molecular dynamics deserve a special mention include: Amber, CHARMM, GROMACS, GROMOS, NAMD, Tinker and Desmond.

DENSITY FUNCTIONAL THEORY - DFT

Density functional theory (DFT, called density functional theory) - pillar several quantum-mechanical methods, used for modeling the structure of chemical molecules or crystals. These methods are alternatives to methods based on the wave functions.
This theory assumes that all properties of a quantum system in a steady state due to the electron density of the ground state. More specifically, it is assumed that all observables are functionals unequivocal electron density of the ground state.
At steady state the potential for movement of outer electrons (the potential of the atomic nuclei or the external electrostatic potential) is independent of time. An extension of DFT for states with varying external potential, such as a sinusoidal alternating current, derived from electromagnetic wave is TDDFT (time-dependent density functional theory). DFT theory is based on two Hohenberg-Kohn theorems.
Density functional theory (DFT) calculations have been used to investigate the physical orign of the perturbation to NMR chamical shifts upon protein binding.

Softwares for Density Funtional Theory

DFT is supported by many quantum chemistry and solid state physics softwares, oftem along with other methods. Versatile sofware pakages for DFT include: the Vienna Ab initio Simulation Package (VASP), QUANTUM-ESPRESSO, ABINIT, GPAW, Gaussian and BigDFT.

MOLECULAR DOCKING

Molecular docking of a method allowing to test one molecule of molecular recognition by another, and thus provide a method for binding and binding affinity for the complex formed by two or more molecules of known structures.

In the case of the receptor protein (RB) and the ligand (L) to be the correct docking to predict how RBL complex binding at equilibrium in aqueous solution described by equation (2)

[RBL] ↔ [RB] + [L] (2)

Figure 1: Azurine-CNT complex [RBL] , receptor - Modified Carbon Nanotube [RB], ligand - Azurine [L] A measure of the stability of the resulting complex is RBL binding free energy - VGB, which is related to the affinity of binding to or otherwise association constant of the complex according to the formula:

VGB = - RT ln (Ka)

, where R - gas constant, T - temperature, and Ka - the association constant concentration equal to the ratio of concentrations of the complex RBL-free ingredients RB and L (Ka = [RBL] / [RB] [L]) .

Docking ligand to the receptor protein comprises two consecutive processes: sampling and scoring. Sampling consists of generating different conformations of ligand-receptor binding site. This is achieved by taking into account both the sampling of conformational flexibility of the ligand and the receptor protein.

Docking methods based on ligand binding and conformational sampling include: matching shapes and ligand binding site in the receptor protein, the search for systematic and stochastic algorithm. The protein conformational sampling is sometimes considered by: soft docking, molecular relaxation, taking into account the docking side chain flexibility and involving multiple conformations of the receptor. The use of evaluation functions are empirical and are based on knowledge or derived from the use of molecular mechanics force fields.

During doking, the interaction energy of the protein with the metal surface is described by three main terms: van der Waals energy described by site-site Lennard-Jones, E.LJ, interactions (which also include weak chemical binding of aromatic residues, sulfur and histidine nitrogen atoms to graphite electrode), adsorbate – metal surface,, Umds. The electrostatic term arises from surface polarization and is represented by an image-charge term.

Softwares for molecular docking

There are a lot of programs for molecular docking, both commercial and free available.
The best-known programs include: Autodock, Autodock Vina, DOCK, DockVision, GOLD, ICM, PSI-DOCK and Vegaz ZZ.

Kitchen salat used for creating silicion nanostructures

Kitchen salt (NaCl) reduces the cost of production of silicon nanostructures. Melting and absorbing heat at a critical magnetotermic moment reduction, salt is not allowed to collapse the pores and clumping of domains in large crystals of silicon. After all the salt can be washed with water and used again. Professor. David Xiulei Ji from Oregon State University believes that the cheap and salt-based industrial-scale production of high quality silicon nanostructures should it become a reality. Previous methods were expensive and allow for a small number of nanostructures. Cheaper technologies did not come true because require the use of high temperatures. Nanostructures can be used for example in photonics, bio-imaging, sensors, drug delivery, energy storage or in thermoelectric materials. Ji believes that the first fire will go batteries whose life is almost two times longer than their modern counterparts. During the experiments Ji NaCl and magnesium were mixed with diatomaceous earth. At 801 degrees Celsius starting to melt salt (and thus the absorption of heat). Importantly, NaCl did not contaminate anything. Americans point out that the process of scaling up to a commercial level seems feasible. In the same wayfrom mixed oxides were obtained SiO2/GeO2 composite Si / Ge. It will be used in the manufacture of semiconductors and thermoelectric materials.

Source: Oregon State University

INTELIGENT LIQUIDS - STUDY OF FERROFLUID PROPERTIES AND PRACTICAL SYNTHESIS METHOD.

       Ferrofluid are substance with very specific and unique physical properties that are the subject of much researches on the world. They use the strongest megnetyzm phenomenon. Unlike conventional liquids, ferrofluids at normal conditions are very good paramagnetic and they exhibit strong magnetic polarization in the external magnetic field.

    The publication discusses about the basic issues and concepts related to ferrofluids, the phenomenon of ferromagnetic and methods of preparation. It is also about basic physical and chemical properties and behavior ferrofluids in different environments.

INTELIGENTNE CIECZE – BADANIE WŁAŚCIWOŚCI FERROFLUIDÓW ORAZ PRAKTYCZNYCH METODY SYNTEZY.

1. WSTĘP

W obecnych czasach szybki rozwój technologii pociąga za sobą poszukiwanie nowych materiałów, które sprostają wymogom technologicznym.
Poszukuje się także nowych zastosowań materiałów znanych. Do takich należą np. ferromagnetyczne ciecze inteligentne.
W literaturze szeroko opisuje się wykorzystanie ferro fluidów w informatyce i medycynie, w nowych technologiach do produkcji głośników a nawet w technologii kosmicznej[1-7].

2. CZYM SĄ FERROFLUIDY ?

Ciekłe magnezy w naturze nie istnieją. Natomiast wszystkie magnetyczne substancje tracą swoje ferromagnetyczne właściwości powyżej punktu krytycznego, zwanego temperaturą Curie, który jest zawsze mniejszy od temperatury topnienia.
Magnetyczne ciecze  istnieją w formie zwanej ferro fluidem. Są to czarne ciecze, które mogą być manipulowane poprzez przyłożone zewnętrzne pole magnetyczne.
Ferrofluidy zawierają bardzo małe cząsteczki wielkości pomiędzy 1nm a 1 µm, które tworzą koloid w niemagnetycznym rozpuszczalniku (Rys.1).

Rys.1: Struktura cząsteczki Fe3O4 (po lewej) oraz cząsteczek Fe3O4 obtoczonych cząsteczkami kwasu oleinowego (po prawej) tworzącego ferrofluid.
Koloidy zazwyczaj łączą się poprzez siły Van der Wallsa , które są kompensowane przez siły odpychające, tworząc w ten sposób stablinie rozproszony koloid, w którym cząsteczki swobodnie się przemieszczają i obracają (Rys.2) [8].

Rys. 2: Przykład ferrofluidu tlenku żelaza bez pola magnetycznego (po lewej) oraz zachowaniu się cieczy w polu magnetycznej (po prawej).
Ferrofluid został po raz pierwszy odkryty przez NASA w 1960r. podczas badań kontroli cieczy w przestrzeni kosmicznej.

3. PODSTAWY ZJAWISK MAGNETYCZNYCH

3.1. FERROMAGNETYZM

Zjawisko, w których materiały wykazują spontaniczne namagnesowanie nosi nazwę Ferromagnetyzmu. Ferromagnetyzm jest wynikiem spontanicznego porządkowania się momentów magnetycznych w sposób równoległy.
Jest to jedna z najsilniejszych postaci magnetyzmu, która jest odpowiedzialna za większość magnetycznych zachowań spotykanych na co dzień. Zawiesina mikroskopijnych cząsteczek substancji ferromagnetycznej, takiej jak magnetyt, w cieczy nośnej np. rozpuszczalniku organicznym lub wodzie z dodatkiem surfaktantu, nosi nazwę ferrofluidu.

3.2. MATERIAŁY FERROMAGNETYCZNE

Materiały, które wykazują ferromagnetyzm nazywamy ferromagnetykami. Ich przedstawicielem są krystaliczne formy żelaza, kobaltu oraz niklu.
W tabeli 1 przedstawiono te materiały wraz z temperaturą Curie (K), w której tracą swoje niezwykłe właściwości.
Z tych i innych materiałów, możliwe jest utworzenie inteligentnych ferrocieczy.
Tabela 1: Zastosowanie krystalicznych materiałów ferromagnetycznych wraz z ich temperaturą Curie w Kelwinach [9].

Materiał ferromagn.    FeOFe2O3  NiOFe2O3 Fe   Ni      Co         Y3Fe5O12    CuOFe2O3  
Temperatura Curie (K) 858                858        1043   627      1388          560                 728


4. OTRZYMYWANIE FERROFUIDU– BADANIA WŁASNE

Ferrofluid jako substancją silnie reagującą na oddziaływanie magnetyczne jest możliwa do otrzymania na wiele różnych sposobów.
Różnica w otrzymywaniu tych cieczy zależy nie tylko od rodzaju użytego materiału ferromagnetycznego, ale także od rodzaju użytego związku obniżającego napięcie powierzchniowe tzw. Surfaktantu ( kwasu oleinowy lub cytrynowy, lecytyna itp.) oraz od rozpuszczalnika organicznego.

4.1 METODA OTRZYMYWANIA

Spośród wielu metod, jakie pojawiały się w Internecie i publikacjach naukowych wybrano tą, która była najekonomiczniejsza.
Odczynniki i sprzęt jaki użyto do syntezy:  kwas oleinowy, woda amoniakalna, chlorek żelaza (II),woda destylowana, nafta, wełna żelazna (materiał do polerowania ze sklepu budowlanego), silny magnes neodymowy, źródło ciepła, dwie zlewki, plastikowa strzykawka, filtr do kawy.
Za pomocą strzykawki odmierzono 10ml roztworu FeCl3 w wodzie destylowanej do szklanej zlewki i dodano 10ml wody destylowanej w celu zapobiegnięcia gwałtownej reakcji.
Podczas mieszania dodawano małymi porcjami wełny żelaznej do momentu, aż roztwór zabarwi się na kolor jasnozielony. Następnie przesączono go przez filtr do kawy w celu usunięcia żelaznych pozostałości. W ten sposób otrzymano roztwór żelaza II.
Następnym krokiem było dodanie 20ml roztworu FeCl3 do otrzymanego roztworu FeCl2.
Bardzo ważne jest zachowanie stosunków FeCl3 do FeCl2 2:1 moli, tak, że roztwór FeCl2 jest nierozcieńczony dwukrotnie w stosunku do wyjściowego).
Otrzymaną mieszaninę mieszano i dodano do niej 150ml wody amoniakalnej, która neutralizowała nadmiar HCl i spowodowała przeprowadzenie roztworów Fe (II i III) w Fe3O4.
Taki roztwór grzano do wrzenia w dobrze wentylowanym pomieszczeniu i dodano 5ml kwasu oleinowego nie zapominając o ciągłym mieszaniu. Grzanie powinno trwać do momentu zaniku charakterystycznego zapachu amoniaku ( ok. 1 godzina ).
Kwas oleinowy reaguje z amoniakiem tworząc oleinian amonu, który opada, w momencie zaniku amoniaku. Pamiętać trzeba, że kwas oleinowy jest odtwarzany podczas reakcji.
W roztworze zawieszone są cząsteczki ferro fluidu.
Układ ochłodzono , po czym dodano do niego 100ml nafty i mieszano do czasu, aż kolor czarny przejdzie z roztworu wodnego do warstwy organicznej-nafty tworząc w ten sposób dwie fazy.
Ostatnim krokiem było oddzielenie warstwy wodnej od organicznej (nafty).
Zgodnie z powyższym przepisem wykonano syntezę 3 krotnie z taką różnicą, że w pierwszym przypadku zamiast kwasu oleinowego użyto spożywczej oliwy z oliwek, natomiast w pozostałe dwa przykłady wykonano w ten sam sposób.

4.2 WNIOSKI  

W przypadku użycia oleju z oliwek otrzymano ciecz wrażliwą na zewnętrzne pole magnetyczne, lecz w odróżnieniu od pozostałych przypadków widoczna była aglomeracja cząsteczek magnetytu. Zjawisko to prawdopodobnie związane było ze zbyt późnym użyciem rozpuszczalnika organicznego oraz zbyt dużą ilością użytej wody, co spowodowało złączenie się i sedymentację drobin.
W pozostałych przypadkach otrzymaliśmy ferro ciecz o jednolitej, czarnej, lekko metalicznej fazie.
Wszystkie z otrzymanych ferrofluidów nie tworzyły wspaniałych powierzchni sieci geometrycznych wzorów jakich się spodziewano.
Przyczyną tego było duże zanieczyszczenie otrzymanego produktu naftą oraz różnica w proporcjach FeCl3 i FeCl2 , czasie grzania roztworu oraz otrzymanie FeCl2 z waty żelaznej, zamiast wykorzystanie czystego produktu.
Dalsze badania były oparte na dodatku różnych farmaceutyków do otrzymanej ferro cieczy i sprawdzenie, czy ów twór jest w stanie przenieśc badane substancje wraz ze swoją masą w sposób niezmieniony.
Do badań użyto: kwas salicylowy, ibuprofen, jabłczan kreatyny.
We wszystkich wyżej wymienionych przypadkach stwierdzono, iż zsyntezowane ferrofluidy są w stanie zabrać ze sobą masę tych substancji nie reagując z nimi.

5. ZASTOSOWANIE FERROFLUIDÓW

Zastosowań magnetycznych cieczy jest wiele. Większość z nich bazuje na specjalnych właściwościach tych substancji, które wykazują specyficzne zachowanie w zewnętrznym polu magnetycznym. W życiu codziennym występują one np. w głośnikach nowej generacji pełniąc funkcję tłumiącą szumy dźwięku oraz spełniając funkcje chłodziwa, w dyskach twardych komputera przeciwdziałają przegrzaniu [1,2,4].
Magnetyczne ciecze mają również zastosowanie w medycynie jako magnetycznie kontrolowane leczenie farmakologiczne selektywnie wybranych miejsc jak to jest w przypadku dozowania leków antykancerogennych  w chorobowo zmienionych miejscach [3].
Pojawiają się również wiadomości o zastosowaniu ferrofluidów w formie sieci przestrzennych częściowo poukładanych, jednorodnych koloidów magnetycznych, w przemyśle komputerowym jako nowoczesne nośniki danych [5,6].
Ciecz o tych właściwościach jest również używana przez wojsko do powlekania samolotów w celu uczynnienia ich niewidocznymi dla radarów w tzw. technologii Stealth.
NASA planuje również badania nad wykorzystaniem inteligentnych cieczy w kierowaniu ruchem astronautów w przestrzeni kosmicznej [7].
Referat pt. „Inteligentne ciecze – badanie właściwości ferro fluidów oraz praktyczne metody syntezy”- autorstwa Tomasza Miotka, został wygłoszony na XXXVII Sesji Studenckich Kół Naukowych Pionu Hutniczego AGH w Sekcji Techniki Ciplnej, Energetyki i Ochrony Środowiska oraz wyróżniony III nagrodą. Opiekun naukowy referatu: dr Monika Motak.

6. LITERATURA

[1] Berkovski B, Bashtovoy, V. 1996 Magnetic fluids and applications handbook (New York: Begel House Inc.).
[2] Charles S W and Popplewell J 1982 Endeavour, New Series 6 153.
[3] Lubbe A S, Alexiou, C., Bergemann, C. 2001 J. Surgical Research95 200.
[4] Rosensweig R E 1982 Scientific American 247(4), 136.
[5] Sun S, Murray C B, Well  D, Folks L and Moser A 2000 Science 287 1989.
[6] Stamm C, Marty F, Vaterlaus A, Weich V, Egger S, Maier U, Ramsperger U, Fuhrmann H and Pescia D 1998 Science 282 449.
[7] Lei Fu, Vinayak, P. Dravid, D. Lynn Jhnson: Self-assembled (SA) bilayer molecular coating on magnetic nanoparticles”.
[8] Rosensweig R E 1985 Ferrohydrodynamics (Cambridge: Cambridge Univesity Press).
[9] http://www.magnes-ferrytowy.eu/

WYMIENNIK CIEPŁA - HEAT EXCHANGER

Budowa i zastosowanie wymiennika ciepła 

Co to jest wymiennik ciepła ?

to urządzenie służące do wymiany energii cieplnej pomiędzy dwoma jej nośnikami, tj. substancjami będącymi wstanie ciekłym lub gazowym.

Wymienniki ciepła mogą mieć różną konstrukcję, lecz zwykle składają się z płyt lub długiej rury wykonanej z tworzywa będącego dobrym przewodnikiem ciepła. W celu powiększenia powierzchni wymiany ciepła, wymiennik może być wyposażony w ożebrowanie

Moduł odzysku energii, którego zasada działania opiera się na wykorzystaniu wymiennika ciepła olej/woda.

Jeśli celem wymiennika ciepła jest schłodzenie płynu roboczego, nazywa się go chłodnicą. Jeśli ogrzanie płynu roboczego – nagrzewnicą.

Moja wizualizacja wymiennika ciepła.

           Na stworzonym filmiku przedstawiłem model wymiennika ciepła. W środku tego zbiornika znajdują się ściśle upakowane metalowe rurki wykonane z materiału o dobrych właściwościach przewodzenia ciepła, które dzięki swojej powierzchni skutecznie wymieniają energię cieplną z czynnika grzewczego do czynnika chłodniczego. Rurki umieszczone są w układzie heksagonalnym. W przestrzeni rurowej nie zainstalowano przegród segmentowych. 

Obliczeniowo

 Przykładowe realizowane projekty

        Oblicz współczynnik wnikania ciepła dla benzyny ochładzanej w ilości 20 kg/s, w przestrzeni międzyrurowej wymiennika ciepła. Średnia temperatura benzyny wynosi 40st.C. Rurki w ilości 110, o średnicy zewnętrznej 38 mm, są ułożone w układzie heksagonalnym co 50 mm. W przestrzeni międzyrurowej zainstalowano przegrody segmentowe co 0,3 m. Własności fizyczne benzyny w temperaturze 40 st. C są następujące:   c=1840 J/(kg*K), lambda L = 0,129 W / (m*K), ni u = 0,333 * 10^-3 kg*(m*s).

Ferrofluid

Ferrofluid is a very interesting material orginally developed by NASA it has now found itself been used for a whole range of devices indluding dumpers for controlling and stablizing large buliding that more around in the wind. What also amazing is that they have such lovely visual qualities when magnetized.
Basiclly, ferrofluids appear as a black fluid. They are prepared by dissolving nanoscale ferromagnetic particles in a solvent such as water or oil and remain strongly magnetic even in a fluid condition. Therefore, they are more flexibly transformable as compared to iron sand. It is well known that ferrofluids from spikes along magnetic field.
Lines when the magnetic surfaces force exceeds the stablizing effects of the fluid weight and surface tension.

Ferrofluids are made from a suspension of tiny magnetic particles in a liquid such as water or oil. Such a mixture creates a liquid that can be attracted by a magnetic field.
NASA discovered ferrrofluid at one ot their research centers in th 1960's while were looking for different methods of controlling liquids in space.

The magnetic materials used are often made from iron or cobalt particles, but compounds such as manganese zinc ferrite are also used. The most common form of ferrofluid is made using particles of a type of iron oxide known as magnetite (Fe3O4).

Making a stable ferrofluid is not quite as simple as mixing tiny particles into a liquid. First of all the particles must be very small. The average size is around 10 nm ( 0.00000001 meters ). These particles can not be made by crashing or grinding a material, but are preciptated out of a solution during a chemical reaction.

Ferrofluids are made from a suspension of tiny magnetic particles in a liquid such as water or oil.
Such a mixture creates a liquid that can be attracted by magnetic field.

During the precipitation the particles would naturally amalgamate (come together) due to magnetic and Van der Walls forces. To prevent this the mixture is heated so that thermal motion of the magnetite particles prevents them from sticking together. In order to prevent the particles from amalgamating after the reaction they must be kept apart from each other.
This can be achieved by coating each particles with another materials known as a surfacant (surface active agent) to produce electrostatic or steric repulsive forces between the particles.

In an oil based ferrofluid, cis-oleic acid can be used as a surfacant. This is a long-chain hydrocarbon with a polar head that sticks to the surface of the magnetite particles. The long molecules stick out in all directions around each magnetite particle preventing them from getting close enought to stick together.

Water based (aqueous) ferrofluids often use ionic sufficants such as tetramethlammonium hydroxide. The negative hydroxide ions stick to the surfaceof the magnetite, and the tetramethylammonium cations form a positively charged layers around the outside. This means that the magnetite particles are held apart by the electrostatic repulsive force of the surrounding molecules.
The spikes form in a manner as if they are following the field lines. In a stronger magnetic field there are more filed lines hance more spikes in the ferrofluid.

Ferrofluid have several uses due to their magnetic properties. They can be used inside a magnetized bearing like an o-ring seal so that rotating shafts can pass from high to low pressure zones and vise versa. This is a much more efficient method than using solid seals as there is significantly less friction.
This makes them ideal for use in submarines, rotating anode x-ray machines, disk drivers, and vacuum chambers with external manipulators.

Liquid magnets do not exist, since all magnetic substances lose their ferromagnetic properties above a certain temperature, the curie temperature, which is always lower then the melting temperature.
However, magnetic liquid do exist in the form of so-called ferrofluids.

Magnetic fiels are generated by electric current. The motion of electrons around the nuclei of atoms thus causes the presence of magnetic field on the atomic level. Many atoms have a non-zero magnetic moment of the order of 10^-23 Am^2. However, fot most substances, the net magntic moment is zero due to random orientation of all atomic moments within the assembly. A non-zero magntic moment can be induced by application of a magnetic field. Science the atomic rotate in a Brownian way the degree of alignment depends on the temperature and field strength and the susceptibility of the material.

 

Praca Magisterska

Witam,
 W celu upamiętnienia zdobycia tytułu magistra inżyniera załączam swoją pracę magisterską, która została wykonana na Uniwerstytecie w Barcelonie w ramach wymiany studenckiej Erasmus.
Temat mojej pracy:
Carbon dioxide hydrogenation to fuel: Preparation and characterization of new catalysts for methane and methanol production.
Polskie tłumaczenie to:
Uwodornienie dwutlenku węgla do paliw: Preparatyka i charakterystyka katalizatorów do produkcji metanu.
 Niniejsza praca może być cennym źródłem zarówno dla naukowców badających podobne tematy jak i dla studentów, którzy zamirzają pisać pracę badawczą w chemii w języku angielskim.
Życzę miłej lekturki i w razie pytań proszę o komentarze bądź kontakt telefoniczny pod numerem 531 798 786. Chętnie udzielę wszelkiej pomocy jak i podejmę współprace przy tworzeniu różnych projektów o podobnej tematyce.
Pozdrawiam serdecznie,
Tomasz Miotk

Uwodornienie dwutlenku węgla do paliw: Preparatyka i charakterystyka katalizatorów do produkcji metanu.

Uwodornienie dwutlenku węgla do paliw: Preparatyka i charakterystyka katalizatorów do produkcji metanu.

Tematyka związana z klimatem należy do jednych z najbardziej skomplikowanych i najważniejszych problemów zarówno w świecie nauki jak i przemysłu, w szczególności dotyczy to meterologii i ekologii. Większość procesów technologicznych związanych z produkcją i energetyką wiąże się z zagrożeniem zanieczyszczenia środowiska.

Rozwój ekonomiczny niesie ze sobą stały wzrost szkodliwych wpływów działalności człowieka na środowiska. Intensywne badania i eksploatacja naturalnych zasobów powoduje degradację i zaburzenia naturalnego środowiska, które spowodowane jest głownie przez wzrost populacji oraz postęp technologiczny, co powoduje znaczne emisje zanieczyszczeń.

Emisje gazów powodują znaczny wzrost średniej temperatury globu i powodują nieodwracalne szkody środowiska i mogą być przyczyną śmiercionośnych katastrof ekologicznych. Gazy, które powodują to zjawisko nazywane są potocznie gazami cieplarnianymi i należą do nich głównie:

- para wodna,

- dwutlenek węgla,

- tlenki azotu, oraz

- metan.

Znaczna ilość tych gazów, które dostają się do atmosfery związana jest z produkcją, w szczególności dotyczy to:

- przetwórstwo stali,

- elektrownie,

- elektrociepłownie,

- spalarnie śmieci.

W niniejszej pracy koncentrowano się na usuwaniu ze środowiska dwutlenku węgla, którego ilość każdego roku dramatycznie wzrasta.

Rysunek 1 ze strony 6, obrazuje udział poszczególnych gazów cieplarnianych wpływających na globalne ocieplenie klimatu. Dwutlenek węgla stanowi znaczny wpływ na zniszczenie klimatu i jest to powód dla którego zajęto się nim w tej pracy badawczej.

Obecnie znanych jest wiele metod usuwania dwutlenku węgla, lecz w niniejszej pracy koncentrowano się na metodzie uwodornienia CO₂ do paliw, które można w łatwy sposób przetworzyć, zmagazynować i przetransportować. Jest to technologia znana i badana od wielu lat, lecz w dalszym ciągu jest ona nieopłacalna, aby można było ją wykorzystać na skalę przemysłową i intensywnie poszukuje się nowych katalizatorów.

Badania do pracy przeprowadzone zostały w Instytucie Chemii Nieorganicznej w Grupie Materiałów Katalitycznych na Uniwersytecie w Barcelonie w ramach programu Erasmus.

Celem pracy było przygotowanie i scharakteryzowanie katalizatorów, w których nośnikiem były mieszane tlenki ZnO-Ga₂O₃ oraz ZnO-La₂O₃, a metalami aktywnymi były Co, Cu i Rh.

W pracy zsyntezowano dziesięć katalizatorów, w których nośniki były przygotowano przez strącenie metodą mocznikową a następnie kalcynacji lub modyfikowaną metodą mikrofalową.

W tabeli 1, zebrano wszystkie przygotowanie katalizatory oraz przedstawiono ich skład i metodę ich przygotowania. Katalizatory oznaczone jako CoCuZnGa-2MW i CoCuZnLa-2MW, zostały przygotowane podwójną metodą mikrofalową, z zastosowaniem identycznych ustawień aparatury.

W badaniach próbowano otrzymać następujące procentowe zawartości poszczególnych składników:

Nośnik: 90% Zn i 10% Ga lub 10% La.

Metal aktywny: 15% Co, 15%Cu i 0,5% Rh ( dotyczy katalizatorów zawierających atomy Rh).

Tabla 1. Skład katalizatorów oraz metoda przygotowania.

Catalyst NAME	ZnO	Ga2O3	La2O3	Co	Cu	Rh	CM	MW
CoCuZnLa-CM	+	-	+	+	+	-	+	-
CoCuRhZnLa-CM	+	-	+	+	+	+	+	-
CoCuZnGa-CM	+	+	-	+	+	-	+	-
CoCuRhZnGa-CM	+	+	-	+	+	+	+	-
CoCuZnGa-MW	+	+	-	+	+	-	-	+
CoCuRhZnGa-MW	+	+	-	+	+	+	-	+
CoCuZnGa-2MW	+	+	-	+	+	-	-	+
CoCuZnLa-MW	+	-	+	+	+	-	-	+
CoCuRhZnLa-MW	+	-	+	+	+	+	-	+
CoCuZnLa-2MW	+	-	+	+	+	-	-	+

(CM – metoda kalcynacji , MW – metoda mikrofalowa)

Na rysunku 2 ze strony 10, zobrazowano poszczególne etapy przygotowania katalizatorów. Każdy z tych etapów zaczynał się od destylacji prostej składników w temperaturze 95˚C przez 4 godziny w celu zajścia reakcji wytworzenia się tlenków metali, które po przefiltrowaniu, wysuszeniu i skruszeniu poddano termicznej obróbce za pomocą dwóch rożnych metod: standardowej kalcynacji w temperaturze 350˚ oraz promieniowaniu mikrofalowemu w temperaturze 250˚C.

Warunki i ustawienia tych metod przedstawiono na rysunku 2 i tabeli 4 na stronie 11.

Użycie tych dwóch różnych technik, pozwoliło na zbadanie wpływu metody przygotowania nośnika na reakcje katalityczne.

Kolejnym etapem była impregnacja roztworami odpowiednich soli metali, suszenie przez całą noc w temperaturze 80˚C, kruszenie po czym dokonano testów katalitycznych.

Dokładnie ilości użytych substancji opisane zostały w rozdziale II.1.

Wszystkie z katalizatorów scharakteryzowane zostały za pomocą następujących metod:

- analiza składu chemicznego IPC,

- BET,

- XRD przed i po reakcji katalitycznej,

- TPR,

- reakcja uwodornienia CO₂.

Na podstawie wyników z TPR obliczono korzystne warunki redukcji, które użyto do reakcji redukcji powierzchni katalizatorów oraz reakcji uwodornienia CO₂.

Informacje uzyskane z XRD oraz BET dostarczyły cenne wiadomości na temat struktury oraz powierzchni katalizatorów, które pomogły z przeanalizowaniu wyników.

Test katalizatorów wykonany został w warunkach przedstawionych na rysunku 7 (str.17), po uprzednim zredukowaniu go w warunkach zobrazowanych na rysunku 6 (str.18).

Katalizatory zostały przetestowana dla ciśnienia 30 bar oraz 45 bar w temperaturach od 250 do 270˚C.

Na rysunku 18 (str.32) i 21 (str.33), przedstawiono przykładowe wyniki reakcji uwodornienia CO₂ dla katalizatorów przygotowanych metodą kalcynacji pod ciśnieniem 30 bar.

Można zaobserwować, iż większość tych katalizatorów posiada wysoką selektywność do tworzenia się metanu oraz stopień konwersji CO₂ dochodzi nawet do 30%.

Z wyników katalitycznych i informacji dostarczonych z TPR, XRD, BET, ICP wysunięto następujące wnioski:

1. Katalizatory zawierające atomu Rh wykazują nieco wyższą powierzchnię właściwą niż katalizatory bez atomów Rh tylko w przypadku katalizatorów przygotowanych metodą kalcynacji.

2. Dla katalizatorów przygotowanych metodą mikrofalową i zawierających atomy Rh zaobserwowano około dziesięciokrotne obniżenie się powierzchni właściwej katalizatorów.

3. Podwójne użycie promieniowania mikrofalowego spowodowało obniżenie powierzchni właściwej, co jest ważne, ponieważ, używając tej techniki można kontrolować i projektować nowe katalizatory.

4. Wyniki z TPR dały informację, że wszystkie katalizatory mogą być zredukowane w temperaturze pomiędzy 200 a 250˚C i eksperymentalna konsumpcja wodoru jest poniżej 9 mmol/g katalizatora.

5. Temperatura redukcji katalizatorów przygotowanych metodą mikrofalową i bazującą na nośniku ZnO-La₂O₃ jest wyższa niż temperatura redukcji dla katalizatorów bazujących na nośniku ZnO-Ga₂O₃.

6. Głównym produktem uwodornienia CO₂ był metan i najwyższą selektywnością, która osiągnęła około 99%, wykazywał się katalizator CoCuZnLa-CM.

7. Dodatek atomów Rh powoduje obniżenie ogólnej konwersji CO₂ i zmienia kierunek reakcji do tworzenia się CO, co sprawia, że katalizatory z dodatkiem Rh nie są atrakcyjnym kandydatem do tworzenia się paliw z CO₂.

8. Podwójna metoda mikrofalowa powoduje zmianę kierunku reakcji w stronę tworzenia się metanolu.

9. Wzrost temperatury z 250 do 270˚C oraz wzrost ciśnienia z 30 do 45 bar, nie daje znacznie lepszych wyników tej reakcji.

10. Katalizator CoCuZnLa-CM daje najlepsze wyniki pod ciśnieniem 30 bar i osiąga powyżej 30% ogólnej konwersji CO₂ oraz selektywności do metanu powyżej 99%. Dodatkowo katalizator ten jest najtańszym katalizatorem.

11. Synteza katalizatorów bazujących na nośniku z domieszką atomów Ga, nie jest opłacalna pod każdym aspektem.

CHAPTER I – THEORETICAL PART

I.1. Introduction

Climate-related topics belong to the most complicated, but the most important problems of modern life sciences research, especially climatology, meteorology and ecology. In fact, the climate is one of the most important factors that determine the nature and functioning of whole ecosystems and human societies. In recent years, changes in the Earth’s climate have become the subject of interest to many societies and nations of the world. [1].

In the end of the twentieth century, there are a new challenges for the organization of environmental care. The environment began to be recognized as a strategic source for raw materials. Therefore, there was a particular need to develop new technologies which decrease the pollutants emissions introduced into environment.

One of the most important pollutants is CO₂ which is formed mainly during burning fuels in power plants. New technologies are searched which could apply CO₂ as raw material and thus remove it from the environment. On of such technologies is carbon dioxide hydrogenation.

The aim of this work was to study new catalysts based on ZnO-La₂O₃ and ZnO-Ga₂O₃ supports. The tasks undertaken were: (i) preparation of the catalysts (ii) their characterization and (iii) the characterization of catalytic performance.

I.2. The CO2 as a main greenhouse gas

The greenhouse effect is connected with the increase in average temperature on Earth as a result of disruptions in the exchange of heat between the Earth and the upper layers of the atmosphere[3]. The direct cause is the accumulation in the atmosphere following gases:

• vapor water,
• carbon dioxide,
• nitrogen oxides,
• methane.

A significant amount of these gases get into the atmosphere as a result of industrial activities, especially at:

- steel mills,

- power plants,

- electro-heating plants,

- incineration plants, etc.

Carbon dioxide is formed primarily by the combustion of fossil fuels but also formed in natural processes, such as respiration, putrefaction. The gas is absorbed by plants during assimilation in plants thus are involved in regulating the amount of carbon dioxide in the atmosphere. Large amounts of CO₂ are stored by water of seas and oceans [4].

Figure 1, presents the share of individual greenhouse gases having a significant role in global warming. Carbon dioxide is the main greenhouse gas.

Figure 1: Share of individual greenhouse gases in global warming. Other category includes halons, tropospheric ozone and vapor water in the atmospher [5].

The amount of carbon dioxide emitted during the combustion is directly related to the content of the element in different chemical compounds found in organic composition of the fuel. In the high-methane gas the value of the H:C ratio is assumed to be equal to 4, in fuel oil, to be equal to 2.2 and in coal to be equal to ca. 0.5.

Thus as from the data listed in Table 1, emissions from combustion of fossil fuels depend on the type of the fuel natural gas leads to almost the emissions that are almost half of these connected with the burning of coal and about 25% smaller than the emissions accompanying the combustion of petroleum oil [7].

Table 1: Emission of CO₂ depended of the kind of fuel (Source: Ruhrgas AG, EUROGAS, OECD/IEA, CIE, WE_CO2(max) calculated for Polish sector) [6].

Emission indicator	Kind of fuel
	Lignite	Hard coal	Heavy fuel oil	Diesel oil	Natural gas
Emission of CO2
kg CO2/kWh	0,4	0,33	0,28	0,26	0,2
kg CO2/GJ	102	91,3	78,5	73,3	55,9
Emission of C, kg C/GJ	ok.. 31	25,8	20	19,9	15,3