Laboratoř řešená do detailu. Heterogenita povrchové energie nanomateriálů na bázi uhlíku. Střední doba zdržení v rotačních pecích

Transkript

1 AKTUÁLNÍ INFORMACE Z CHEMICKÉHO PRŮMYSLU A LABORATORNÍ PRAXE 4 ROČNÍK XXV (2015) TÉMA VYDÁNÍ: PEVNÉ LÁTKY Střední doba zdržení v rotačních pecích Vliv teploty na povrchový zeta-potenciál PE fólie Význam vzorkování a dispergace při měření velikostních distribucí suchých prášků Heterogenita povrchové energie nanomateriálů na bázi uhlíku Digitální mikroskopie s univerzálním osvětlením a kontrastními metodami Vývoj chemického průmyslu ČR v roce 2014 Laboratoř řešená do detailu Projekce dle platné legislativy Výroba laboratorního nábytku a digestoří s jakostí ISO a ČSN EN Dodávky přístrojového vybavení a spotřebního materiálu Záruční a pozáruční servis Navštivte naši expozici na VII. ročníku veletrhu analytické, měřicí a laboratorní techniky LABOREXPO 2015

2 Born to find out Měření hustoty a koncentrace Polarimetry Refraktometry Reometry Mikrovlnná syntéza a příprava vzorku Mechanické testy povrchů Procesní přístroje RTG strukturální analýza Destilace Oxidační stabilita Nízkoteplotní vlastnosti Charakterizace povrchů Anton Paar GmbH organizační složka Česká republika/ Slovenská republika Strakonická 3309/2e Praha 5 CZECH REPUBLIC Tel.: Fax: info.cz@anton-paar.com info.sk@anton-paar.com

3 VÁŠ NOVÝ SPOLEHLIVÝ PARTNER V MIKROSKOPII

4 VII. ROČNÍK VELETRHU ANALYTICKÉ, MĚŘICÍ A LABORATORNÍ TECHNIKY KONGRESOVÉ CENTRUM PRAHA Každá doba má své mouchy, pojďte s námi vychytat ty dnešní ORGANIZÁTOR: MÍSTO KONÁNÍ PARTNEŘI DOPROVODNÉHO PROGRAMU:

5 OBSAH Číslo 4, ročník XXV (2015) Vol. XXV (2015), 4 ISSN Registrováno MK ČR E CHEMAGAZÍN s.r.o., Dvouměsíčník přinášející informace o chemických výrobních zařízeních a tech no lo gi ích, výsledcích výzkumu a vývoje, la bo ra tor ních přístrojích a vybavení laboratoří. Zasílaný ZDARMA v ČR a SR. Zařazený do Seznamu recenzovaných neimpaktovaných periodik vydávaných v ČR, Chemical Abstract a dalších rešeršních databází. Vydavatel: CHEMAGAZÍN s.r.o. Gorkého 2573, Par du bi ce Tel.: , Fax: info@chemagazin.cz Šéfredaktor: Dr. Ing. Petr Antoš Ph.D. T: petr.antos@chemagazin.cz Redakce, výroba, inzerce: Tomáš Rotrekl T: tom@chemagazin.cz Odborná redakční rada: Cakl J., Čmelík J., Kalendová A., Kuráň P., Lederer J., Rotrekl M., Rovnaníková P., Šimánek V. Tisk: Tiskárna Rentis s.r.o., Pardubice. Dáno do tisku Střední doba zdržení v rotačních pecích... 8 BERNARD P., DITL P., FOŘT I., PIKAL P. V tomto článku je uvedeno seznámení s výpočtem střední doby zdržení frakcí sypkého materiálu v rotační peci bez vestaveb včetně jeho ověření na poloprovozní peci. Vliv teploty na povrchový zeta-potenciál PE fólie WEINERTOVÁ K., STRÁNSKÁ E., KŘIVČÍK J., NEDĚLA D. Využití přístroje ZetaSizer Nano ZS od Malvern Instruments Ltd. ke stanovení povrchového zeta-potenciálu vzorku LDPE fólie. Heterogenita povrchové energie nanomateriálů na bázi uhlíku. 14 KLIMOVIČ M. Výsledky měření heterogenity povrchové energie u vícestěnných nanomateriálů v závislosti na jejich úpravě (žíhání, oxidace atd.) pomocí přístroje igc SEA. Digitální mikroskopie s univerzálním osvětlením a kontrastními metodami pro účinnější a efektivnější zkoumání vzorků, kontrolu kvality a analýzu defektů mikroskopem LEICA DVM KOPECKÝ M. Digitální mikroskopy s kamerou jako detektor se ukazují jako velice praktické pro analýzu při výrobních procesech, kontrole kvality a analýze defektů. Moderní digitální mikroskopy využívají flexibilní integrované LED osvětlení. Příkladem může být mikroskop Leica DVM6, který je schopný rychle a kvalitně snímat mnoho zmíněných aplikací. Fotíme fotovoltaické filmy MAREČEK R. Popis využití energiově disperzního rentgenového spektrofotometru ARL QuantX pro analýzy tenkých filmů. Význam vzorkování a dispergace při měření velikostních distribucí suchých prášků PUGH D. Zkušenosti s dispergační jednotkou pro suché vzorky MicrotracTurbotrac. Exkurze do Kriminálky Techmania Science Center Oddělení chemie RUSEK M., VOJÍŘ K., STÁRKOVÁ D. Příspěvek analyzuje laboratoř kriminalistiky v plzeňském Techmania Science Center. Vývoj chemického průmyslu ČR v roce NOVÁK L., SOUČEK I., ŠPAČEK M. Výsledky chemického průmyslu v ČR v roce Distributor časopisu pro SR: INTERTEC s.r.o., ČSA 6, Banská Bystrica, SK Náklad: výtisků Uzávěrky dalších vydání: 5/2015 Biotechnologie, biochemie a farmacie (uzávěrka: ) 6/2015 Kontrola a ochrana životního prostředí (uzávěrka: ) CHEMAGAZÍN organizátor veletrhu LABOREXPO a KONFERENCE PIGMENTY A POJIVA a mediální partner veletrhů MSV, ACHEMA a dalších. MERCI Vybavení laboratoří... 1 ANTON PAAR Laboratorní a procesní přístroje... 2 PRAGOLAB Mikroskopy... 3 CHEMAGAZÍN Veletrh LABOREXPO...4 LABIMEX CZ Laserové granulometry VERDER Laboratorní a procesní přístroje ANAMET Analyzátor plochy povrchů a velikosti pórů PRAGOLAB Vzdělávací workshop LABIMEX CZ Laserový granulometr.25 ILABO Přístroje pro měření velikosti a tvaru částic...28 INZERTNÍ SEZNAM INTERTEC Spalný kalorimetr UNI-EXPORT INSTRUMENTS Přístroj pro měření distribuce velikosti částic...29 CHROMSPEC Spektrofotometr...29 NICOLET CZ Spektrometr...29 B.A.S. Ramanský spektrometr...32 CARBON INSTRUMENTS Analyzátor uhlíku a dusíku...34 P-LAB Laboratorní chemikálie...35 CHEMAGAZÍN Konference pigmenty a pojiva VELETRHY BRNO MSV MERCK MILLIPORE Rozpouštědla pro instrumentální analýzu...56 CHEMAGAZÍN Číslo 4 Ročník XXV (2015) 5

6 EDITORSKÝ SLOUPEK KRIZE TECHNICKÉHO VZDĚLÁVÁNÍ Posledních několik let se napříč všemi médii objevuje informace o nedostatku technicky vzdělaných pracovníků, a to jak na úrovni středoškolské tak i vysokoškolské. Kupodivu se na tomto názoru jednoznačně shodnou představitelé státu bez rozdílu stranické příslušnosti, nestátní organizace, soukromé firmy, média i veřejnost. Zdá se, že české školství není schopno dostatek takových odborníků vychovat a ani zájem studentů o technické obory není takový, aby dokázal nasytit hladový trh práce. Bohužel krize úrovně vzdělávání nezačíná na vysokých školách nebo středních školách, ale mnohem níže. Ty nejdůležitější z vlastností a dovedností se v člověku formují na základní škole a mnohé ještě, než do ní nastoupí. Předělat patnáctiletého člověka je prostě velmi těžké, ne-li nemožné. Zájem české mládeže tedy těžko nastartují další snahy na úrovni středních nebo vysokých škol. Natož nějaké propagační kampaně. Změny směrem k vyššímu zájmu o vědu a techniku je možno odstartovat hlavně na školách základních, a to ve formě a obsahu výuky, zejména matematiky, fyziky a chemie. A jaká je situace na středním stupni vzdělávání? Největší vliv má bohužel demografický propad počtu 15-letých v populaci. Momentálně se nacházíme v období tzv. demografického zlomu, který byl předpovězen na období let Tento demografický pokles je důsledkem výrazného snížení porodnosti z první poloviny 90. let, kdy byla jednou z nejnižších v Evropě. Vzdělávací ústavy si proto stěžují na malou naplněnost škol a nedostatek žáků. V loňském roce byla pro přibližně nově přijímaných k dispozici nabídka cca míst ve školách. Přebytek kapacit vede ke snižování průměrné velikosti tříd a počtu žáků na učitele, což by ve svém důsledku mohlo napomoci zkvalitnění výuky. Neustálé oddalování státních maturit, povinné maturity z matematiky a dalších opatření ve zkvalitnění výuky technických předmětů ovšem zlepšujícímu trendu nepřispívá. Zatímco zájem o studium humanitních oborů na vysokých školách rok od roku stoupá, tuzemský trh práce trpí dlouhodobým nedostatkem technicky vzdělaných absolventů. Tento paradox ještě podtrhuje fakt, že průměrné nástupní mzdy absolventů technických oborů výrazně převyšují mzdy jejich humanitně profilovaných kolegů, kteří navíc jen obtížně shánějí zaměstnání. Vyplývá to z analýzy volných pracovních míst pro absolventy provedené personální agenturou Grafton Recruitment. Náš trh práce trpí chronickým nedostatkem kvalitních technicky vzdělaných absolventů, a přesto mezi středoškoláky každoročně roste počet zájemců o vysokoškolské studium humanitních oborů. Z údajů Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy ČR vyplývá, že například obor Společenské vědy, obchod a právo v roce 2013 studovalo více než vysokoškoláků, a na celkovém počtu studentů se tak podíleli 32 %. Oproti roku 2001 se zvýšil počet studentů těchto oborů téměř 2,5-krát. Naopak k nejmenšímu nárůstu počtu studentů došlo v oblasti Technické vědy, výroba a stavebnictví. Tyto obory studovalo přibližně osob a na celkovém počtu vysokoškolských studentů se podílely jen 15 %, což je o 9 procentních bodů méně, než tomu bylo v roce V České republice v nedávné minulosti vznikla a dodnes vzniká řada velkých výzkumných center. Mezi lety se infrastruktura a přístrojové kapacity českého systému vědy a výzkumu zdvojnásobí. Ve vzduchu však stále visí otázka, kde do nich seženeme kvalitní vědecký personál. S dnešními patnáctiletými lze počítat jako s doktorandy nejdříve za 10 let. I když hned teď začneme měnit způsob a obsah výuky na základních školách, máme šanci na zlepšení za 15 až 20 let. Když budeme změny dále odkládat, nedočkáme se ani po těch 20 letech. Situace na vysokých školách je kapitola sama pro sebe. V České republice je přes 70 vysokých škol, cca polovina veřejných, polovina soukromých a dvě státní vysoké školy. Převážná část vysokých škol (soukromé snad všechny) poskytuje humanitní nebo ekonomické vzdělání. Technické vzdělání je výsadou několika zavedených technických univerzit, které existují desetiletí a mají tradici a taky zkušenosti s výchovou a vzděláváním. Kromě toho, že musí pracovat s lidským materiálem nevalné úrovně poskytovaným českými středními školami, tak se také nabízí otázka, co je vlastně produktem vysoké školy, zda vědecký pracovník vhodný pro základní výzkum, nebo odborník pro praxi. Bohužel někdy se nedaří ani jedno z toho. Strávil jsem více jak dvacet let v chemickém průmyslu (sodárna Neštěmice) a mám i silné vazby na akademickou sféru, zejména pardubickou univerzitu. Poměrně často se dostávám do konfliktu s akademiky při hodnocení jak úrovně našeho vysokého školství, tak i významu jejich vědeckých výsledků pro praxi. V drtivé většině jsou výsledky vhodné pouze pro publikaci bez praktického nebo ekonomického významu. Podílí se na tom podle mne několik faktorů. Jednak je to systém hodnocení vědy a výzkumu tzv. kafemlýnek, podle kterého se rozdělují institucionální peníze mezi vědecké organizace. Jednak k tomu přispívá skladba a nízká migrace akademických pracovníků. Na fakultě zůstávají absolventi téže fakulty, absolvují na ní i vědeckou výchovu či dnes doktorandské studium, pokud jedou na zahraniční stáž, tak opět na univerzitu. Akademiků, kteří prošli několikaletou praxí v průmyslu je jako šafránu a to i na technologických oborech. Tito lidé budou těžko hledat společnou řeč s lidmi v průmyslových podnicích, když nevědí o jaké odborníky je v průmyslu zájem a jaký rozsah znalostí je u nich požadován. Díky zavedenému systému hodnocení a rozdělování peněz je prvotním cílem výzkumu vykazování výsledků výzkumných projektů v podobě článků a bodů do RIVu. Průmysl na druhé straně požaduje výsledky nezveřejňovat ale realizovat, a to tak, aby měly zjevný ekonomický přínos. Tak se mezi průmyslem a výzkumem otevírá hluboký příkop, který lze překročit jen velmi těžko, ačkoliv se o to všichni snažíme. Řešení asi v současnosti nikdo nezná, je ale otázka, zda nějaké univerzální řešení vůbec existuje. V dohledné době bude nový vysokoškolský zákon a během několika roků bude i nový systém hodnocení výsledků vědy a výzkumu a tak snad dojde ke změně. Jenom doufám, že to nebude změna k horšímu. Petr ANTOŠ, šéfredaktor petr.antos@chemagazin.cz TECHNICKÉ NOVINKY PRAGOLAB NOVĚ NABÍZÍ PŘÍSTROJE LEICA MICROSYSTEMS Firma Pragolab s.r.o. zahájila od 9. července 2015 spolupráci se společností Leica Microsystems, která se zabývá vývojem a výrobou unikátních zařízení pro mikroskopii. Firma Pragolab nabízí v současnosti dvě divize od Leica Microsystems, Live Science mikroskopy a industriální mikroskopy. V současnosti mají tyto přístroje obrovský potenciál pro výzkum, ale i pro kontrolu kvality. Top systémy ve výzkumné mikroskopii jsou nyní Leica SR GSD 3D a Leica TCS SP8 STED 3X. V industry je to potom mikroskop Leica DVM6. Horkou novinkou v oblasti mikroskopie je představení Light Sheet mikroskopu LEICA Microsystems, který je použitelný se stávajícím konfokálním mikroskopem a také nové produktové řady upright mikroskopů. V oblasti digitálních mikroskopů je to pak velká novinka Leica DVM6. Více informací nyní poskytne firma Pragolab. 6 CHEMAGAZÍN Číslo 4 Ročník XXV (2015)

7 TECHNICKÉ NOVINKY LUMIREADER ANALYZÁTOR SEPARACE NOVĚ ROZŠÍŘENÝ O RENTGENOVÉ ZÁŘENÍ Inovační analyzátor separace LUMiReader X-Ray rozšiřuje patentovanou technologii STEP-Technology na rentgenové záření. Využívá se pro charakteristiku separačního chování vysoce koncentrovaných, neprůhledných suspenzí a emulzí se širokým rozsahem velikostí částic v původním stavu (nepožaduje se žádné ředění). LUMiReader X-Ray má tyto výhody: přímé a bezkontaktní měření vzorků o nejvyšší koncentraci, stanovení koncentračních gradientů v nanoa mikrodisperzích a sedimentech, stanovení prostorového rozložení koncentrací hmoty v dispergovaných fázích, stanovení koncentračních změn způsobených separačními jevy, stanovení hustotního gradientu v sedimentech. Možné jsou všechny dispergační prostředky, rozpouštědla, oleje nebo voda. K dispozici jsou různé měřicí cely. Obr. LUMiReader X-Ray Aplikace LUMiReader X-Ray zahrnují kvalitativní a kvantitativní charakterizaci následujících procesů: flotace, sedimentace, flokulace a zhutnění, stanovení hustot zhutnění a koncentračních gradientů v sedimentech, např. pro suspenze minerálů, segregaci pigmentů v barvách a kosmetických výrobcích, například make-upu, separaci a segregaci ropy a minerálů v ropném písku, distribuci vzduchových bublin v pevných pěnách, oddělení katalyzátorů v surovém anilinu, kinetiku emulgování emulzí silikonového oleje/vody a hustota zhutnění vrstvy koagulátu, flokulaci a opakovanou dispergovatelnost magnetických disperzí, separaci plniv v lepidlech, segregaci v mazivech, segregaci a výšku sedimentu pevných elektrolytů, směsí dioxidu titaničitého/grafitu. Více informací o analyzátoru LUMiReader X-Ray německé firmy LUM GmbH poskytne její místní zástupce ANAMET s.r.o. INOVAČNÍ MLÝNY FRITSCH PREMIUM LINE S VYŠŠÍMI VÝKONY Nový FRITSCH planetový mlýn pulverisette 6 Premium Line byl vyvinut jako starší sestra k pulverisette 7 prémiové řady pro rychlé a účinné mokré a suché mletí, mechanické legování, mísení a homogenizaci větších vzorků se spolehlivými výsledky až do nano-velikosti. S dvojitou hnací sílou, ještě rychlejším rozmělňováním a zbrusu novým automatickým upínáním mlecích nádobek je mlýn jednodušší a bezpečnější. Obr. Planetový mlýn pulverisette 6 premium line Nadstandardní funkce: extra silný 2,2 kw hnací výkon a extrémně vysoké odstředivé zrychlení, zcela nový poháněný motor mlecích nádobek s upínáním ServoLOCK, 2 pracovní mlecí místa o objemu až 500 ml, dokonale uzavřené mlecí misky, dotykové ovládání s barevným displejem. Planetový mlýn pulverisette 6 premium line je ideální pro mletí tvrdých, středně-tvrdých, měkkých, křehkých, těžkých a vlhkých vzorků. Je funkčně navržen do nejmenšího detailu, je jednodušší na ovládání, silnější, rychlejší a bezpečnější s vynikajícími výsledky mletí v nano-rozmezí. Další novinkou je rotorový rychlomlýnek pulverisette 14 premium line s vysokým počtem otáček a multifunkčním použitím. Mlýn nabízí ráz, stříhání, řezání a rozmělňování v jednom přístroji s vyšším výkonem, lepším chlazením a výrazně tišším chodem ve srovnání s jinými podobnými přístroji. Jeho výkonný motor je ideální pro mimořádně rychlé mletí měkkých až středně tvrdých, křehkých, stejně jako vláknitých materiálů a vzorků citlivých na teplotu. Nabízí mletí až 15 a více litrů za hodinu, v závislosti na materiálu a parametrech nastavení. Nadstandardní funkce: výkonné mletí s otáčkami s mimořádně rychlou průchodností vzorku, max. vstupní velikost <15 mm, s průchodností vzorku až 15 l/h a více, AutoLOCK uzávěr mlecí komory pro mimořádně bezpečnou práci, konečná jemnost až d50 <40 µm, síta v rozmezí 0,08 6 mm, zvláště dobré chlazení mletého materiálu v důsledku proudění optimalizovanými kanálky, příjemně tichý provoz, velmi snadné čištění díky Clean Design, zvýšená průchodnost vzorku, chlazení a čištění použitím odsávacího zařízení cyklonu. Pulverisette 14 premium line kombinuje dva přístroje v jednom díky vybavení multi-funkčním systémem nástrojů s rotorem nárazu nebo řezným rotorem dle aplikace. Obr. Rotorový rychlomlýnek pulverisette 14 premium line Mlýny je možné spatřit na letošním veletrhu LABOREXPO 2015 v Praze ve stánku firmy ILABO výhradního zástupce firmy FRITSCH v České republice. MASTERBATCH MAXITHEN PP-SEAT SPLNIL ŠPANĚLSKOU NORMU POŽÁRNÍ ODOLNOSTI Plastový materiál společnosti Gabriel-Chemie Group Masterbatch-Series MAXITHEN PP- -SEAT byl nedávno testován podle španělské normy požární odolnosti UNE 23727:1990. Test provedla nezávislá akreditovaná laboratoř a produkt vyhověl s vysokou odolností do třídy M2. Plastové masterbatch pelety MAXITHEN PP-SEAT jsou určeny pro výrobu plastových sedaček instalovaných především na sportovních stadionech. Kvalitu těchto produktů při výrobě sedaček již po řadu let oceňuje řada jejich výrobců. Mnoho známých sportovních stadionů po celém světě tyto sedačky používá, protože vyhovují předpisům FIFA a UEFA. Sedačky vyrobené z materiálu MAXITHEN PP-SEAT vykazují precizní vybarvení a vysokou UV stabilitu a vyhovují tedy i vysokým požadavkům na požární odolnost. Masterbatch MAXITHEN PP-SEAT byl testován ve dvou úrovních: na tepelně radiační odolnost Epiradiátorem podle UNE 23725:90, na zkapávací (dripping) test s elektrickým ohřevem podle UNE 23725:90. Diego Karpeles, Market Manager společnosti Gabriel Chemie Group, vyjádřil nad výsledky testu uspokojení a sdělil: Výsledky španělských testů nám otevírají cestu k dalším kombinacím požární odolnosti s vysokou UV stabilitou vybarvení a mohou splňovat i nejnáročnější požadavky provozovatelů mezinárodních stadionů. Vedle testů provedených v Německu, Spojeném království, ve Francii a v Itálii se jedná již o pátý úspěšný test tohoto druhu s naším materiálem MAXITHEN PP-SEAT. CHEMAGAZÍN Číslo 4 Ročník XXV (2015) 7

8 CHEMICKÉ INŽENÝRSTVÍ STŘEDNÍ DOBA ZDRŽENÍ V ROTAČNÍCH PECÍCH BERNARD P. 1, DITL P. 2, FOŘT I. 2, PIKAL P. 1 1 Precheza a.s., Přerov, pavel.bernard@precheza.cz, petr.pikal@precheza.cz 2 České vysoké učení v Praze, Fakulta strojní, pavel.ditl@fs.cvut.cz, ivan.fort@fs.cvut.cz V tomto článku je uvedeno seznámení s výpočtem střední doby zdržení frakcí sypkého materiálu v rotační peci bez vestaveb včetně jeho ověření na poloprovozní peci. Rotační pec je rotační bubnové zařízení, ve kterém dochází ke styku pevné a plynné fáze. Rotační pece jsou využívány ve stavebním průmyslu (například na pálení slínku, kalcinaci vápence), ve výrobě pigmentů či ve spalovnách odpadů. Pro ilustraci je níže uveden obrázek 1 s fotografií rotační pece na pálení slínku. Tyto pece se skládají z rotační trubky umístěné na podpěrných kladkách, vstupní a výstupní komory na koncích trubky, dávkovacího zařízení, vyprazdňovacího zařízení, topení, přívodu a odvodu plynů a pohonu. k radiální segregaci částic dle velikosti. To platí v případě stejné nebo vyšší hustoty větších částic. Obrázek 2a, 2b Při míchání v bubnu dochází k radiální segregaci dle velikosti částic a jejich hmotnosti. Obrázek nalevo ukazuje segregaci částic menších a lehčích a částic větších a těžších. Pravý obrázek ukazuje segregaci menších těžších částic a větších lehčích částic. Převzato z [5]. Obr. 1 Rotační pec na pálení slínku. Kopírováno z [ oaberoun.cz/almanach_50/cementarna.htm] Při navrhování přímo vytápěných rotačních pecí je nutno vycházet z výkonu pece, z požadované doby zdržení a z požadované teploty materiálu v peci. Na základě těchto znalostí jsou pak navrženy následující parametry pece: délka, průměr, sklon, otáčky, výkon topení, teplota ve spalovací komoře. Pokud se jedná o známé aplikace, bývají parametry pece odhadnuty na základě zkušeností a empirických výpočtů. Pokud se jedná o nové aplikace nebo dochází k podstatným změnám procesu nebo výkonu, je potřeba parametry pece spočítat tak, aby vyhovovaly potřebné době zdržení a teplotě materiálu. V literatuře lze nalézt vztahy mezi střední dobou zdržení v rotační peci bez vestaveb a parametry pece a parametry sypké látky. Tyto vztahy používají empirickou konstantu nebo vycházejí pouze z parametrů pece a sypké látky. Frieman - Marshall uvádí v [1] empirický výpočet doby zdržení sypké látky v rotační sušárně. V [2] jsou vlastnosti toku materiálu v axiálním směru počítány čistě na základě geometrie rovnovážné polohy. Tepelné výpočty rotačních pecí lze rovněž nalézt v literatuře [2, 3]. Je tak možno modelovat pro navržené parametry pece teplotu materiálu v peci a dobu, po kterou je určité teplotě vystavena. Je tak možno kromě návrhu nových pecí také řídit a optimalizovat proces stávajících pecí. Výpočet střední doby zdržení frakcí V literatuře nebyl nalezen výpočet střední doby zdržení jednotlivých frakcí sypké látky. Pouze v [4] je uveden postup výpočtu, který zohledňuje radiální umístění částic ve vrstvě sypké látky v peci. V rotujících trubkách, obsahujících polydisperzní sypkou látku, dochází mimo jiné k radiální segregaci. O segregaci se zmiňuje Artemov V. a kol. v [2]. Dle Jain N., Ottino J.M. a Lueptow R.M. v článku [5] větší částice obíhají vně vrstvy v rouře, menší částice obíhají uvnitř vrstvy a radiální segregace převažuje nad radiální disperzí. Na začátku otáčení trubky dochází během několika otáček Pro určení doby zdržení sypké hmoty v rotační peci byl v [4] odvozen výpočet zohledňující umístění částic ve vrstvě v peci v radiálním směru. Vychází z předpokladu, že větší částice sypké látky obíhají vně vrstvy a menší částice obíhají uvnitř vrstvy. Axiální posun materiálu během jednoho skluzu je vypočten z délky tětivy, dynamického sypného úhlu a sklonu pece. Podle úhlu vrstvy materiálu. v peci je pak vypočten posun během jedné otáčky a z doby otáčky a posunu během otáčky je vypočtena axiální rychlost materiálu pecí. Doba zdržení je pak vypočtena vydělením délky pece axiální rychlostí. Délka tětivy je počítána z úhlu vrstvy materiálu v peci. Tento úhel se získá z výpočtu plochy zaplněného průřezu na základě poloměru pece a uvedeného úhlu a na základě objemového průtoku do pece a doby zdržení v peci. Ta je nejprve nastřelena a pak iteračně zpřesňována. Obr. 3 Znázornění úhlu zaplnění Obr. 4 Znázornění tětivy LC a výšky vrstvy H trubky sypkou hmotou Tímto způsobem je vypočtena minimální doba zdržení v rotační peci, kterou mají částice obíhající vně vrstvy. Pro určení střední doby zdržení je potřeba vypočítat střední průměr pece. To znamená průměr myšlené trubky, která obsahuje 50 % materiálu v peci podle obrázku 5. Obr. 5 Znázornění středního průměru Obdobně tak lze počítat střední dobu zdržení frakcí v peci, které jsou zastoupeny v různé koncentraci a také přibližně maximální 8 CHEMAGAZÍN Číslo 4 Ročník XXV (2015)

9 CHEMICKÉ INŽENÝRSTVÍ dobu zdržení, kterou mají částice pohybující se v myšlené trubce o poloměru rovnajícímu se poloměru pece po odečtení výšky vrstvy. Uvedený výpočet neuvažuje s disperzí částic v jednotlivých frakcích. Jedná se o výpočet bez použití empirických konstant. Vychází pouze z geometrie trubky, otáček, dynamického sypného úhlu a z frakčního rozdělení sypké látky. Ověření výpočtu střední doby zdržení Uvedený výpočet byl ověřen měřením minimální, střední a maximální doby zdržení v poloprovozní peci pro různé otáčky pece a různé sklony pece. Sypká látka se během měření nacházela ve stavu sesouvání až valení. To znamená, že docházelo k jednotlivým skluzům až k trvalému převalování sypké látky. Fotografie poloprovozní rotační pece je na následujícím obrázku 6. Obr. 6 Poloprovozní nepřímo topená rotační pec Obr. 7b. Srovnání měřených a počítaných středních dob zdržení dle nového výpočtu v poloprovozní peci Obr. 7c. Srovnání měřených a počítaných maximálních dob zdržení dle nového výpočtu v poloprovozní peci Do poloprovozní rotační pece byla dávkována sypká látka. Po změně sklonu a otáček pece a stabilizace režimu byl krátkou dobu dávkován obarvený materiál. Jednalo se o impuls na vstupu. Byla měřena doba mezi vstupem obarveného vzorku do pece a 1) počátkem jeho objevení na výstupu, 2) maximálním zbarvením na výstupu a 3) ukončením výstupu obarveného vzorku z pece. Doba mezi vstupem obarveného vzorku do pece a maximálním zabarvením vzorku na výstupu z pece byla brána přibližně jako střední doba zdržení. Dynamický sypný úhel byl měřen podle [6] pomocí úhloměru. Měření statického sypného úhlu spočívá v měření úhlu svahu sypké látky v pomalu se otáčející rouře v okamžiku přechodu ze stavu v klidu do stavu v pohybu těsně před tím, než se sypká látka sesune. Měření dynamického úhlu spočívá v měření úhlu svahu sypké látky v pomalu otáčející se rouře v okamžiku přechodu ze stavu v pohybu do stavu v klidu těsně po tom, co se sypká látka sesune. Na obrázcích 7a, b, c je uvedeno porovnání mezi měřenou a vypočtenou střední dobou zdržení. Pomocí výše uvedeného výpočtu střední doby zdržení bylo možno spočítat dobu zdržení nejrychlejších a dobu zdržení nejpomalejších částic. Obr. 7a Srovnání měřených a počítaných minimálních dob zdržení dle nového výpočtu v poloprovozní peci minimální doba zdržení Závěr Porovnáním měřených a počítaných dob zdržení na obrázcích 7a,b,c je zřejmé, že dobrá shoda je v případě minimální a střední doby zdržení. Zvlášť pro kratší doby zdržení. V případě maximální doby zdržení jsou výsledky výpočtu pouze orientační. To může být způsobeno tím, že maximální dobu zdržení by podle uvedeného výpočtu mělo mít množství částic blížící se nule. Pomocí uvedeného výpočtu lze počítat střední dobu zdržení materiálu v rotační peci, střední dobu zdržení jednotlivých frakcí a dobu zdržení částic, které se pohybují celou dobu pobytu v peci pouze v jedné hloubce vrstvy. Výpočet střední doby frakcí umožňuje ve spojení s tepelným výpočtem rotační pece určit nejen střední teplotu materiálu v peci, ale také teplotu jednotlivých frakcí a tím kinetiku chemických reakcí probíhajících v materiálu, pro každou frakci zvlášť. Tak je možno modelovat vliv granulometrie a výšky vrstvy v peci na kvalitu produktu. Z výpočtu vyplývá, že střední doba zdržení závisí nejen na délce a průměru pece, na jejím sklonu a na sypném úhlu materiálu, ale také na zaplnění pece materiálem. To znamená, že pokud chceme zachovat konstantní dobu zdržení v peci pro stejný materiál při konstantním poměru délky a průměru pece, musíme upravit dávkování do pece tak, abychom při změně průměru pece měli stejné zaplnění pece (stejný úhel zaplnění) nebo upravit sklon pece. Literatura 1. Perry Robert H., Green. Don W., Chemical Engineering Handbook. McGraw-Hill, New York, 1997, ISBN Boateng A. A., Rotary Kilns, Transport Phenomena and Transport Processes. Oxford: Elsevier Inc., 2008, 347 p. ISBN: Ginsberg T., Modigell M., Dynamic modelling of a rotary kiln for calcination of titanium dioxide white pigment, Computers and Chemical Engineering 35 (2011) , journal home page: Dokončení na další straně CHEMAGAZÍN Číslo 4 Ročník XXV (2015) 9

10 CHEMICKÉ INŽENÝRSTVÍ 4. Bernard P., Ditl P., Pikal P., Simulation of the passage of particulate material through a rotary kiln, Chisa 2012, 20 th International Congress of Chemical Process Engineering, August 2012 Prague, Czech Republic. 5. Visočnik Jožef, Segregacija sipkih snovi, Seminar, 4. Letnik, Univerza v Ljubljani, fakulteta za matematiki in fiziko, oddelek fiziko, Ljubljana 2007, k dispozici na seminar/files/2007_2008/segregacija_sipkih_snovi.pdf 6. Peršin V. F., Odnoľko, V.G., Peršina S.V., Bulk materials processing in drum equipment, Mašinostroenie, Moskva, 2009, ISBN (in Russian), k dispozici na ru/education/elib/pdf/2009/pershin-a.pdf Abstract MEAN RESIDENCE TIME IN ROTARY KILNS Summary: Computational system for determination of behaviour of particular mater in rotary kiln was developed and verified. This article presents the results of this verification. The calculation has been verified by measuring the minimum, mean and maximum residence time of the material in the pilot rotary kiln. This calculation is based only on the geometry of kiln, revolution of kiln, dynamic angle of repose, fractional distribution and bulk solid dosing. This computational system doesn t use empirical constants. The residence time of particles depends on the position of particles in the bed. Best correspondence between results from calculation and measuring was found in the case of minimum and mean residence time. The evaluation of the residence time can be used for setting of required parameters of rotary kilns and for calculation the temperature of individual particular fractions of bulk material in the rotary kilns. Key words: rotary kiln, residence time POVRCHOVÝ ZETA-POTENCIÁL VLIV TEPLOTY NA POVRCHOVÝ ZETA-POTENCIÁL PE FÓLIE WEINERTOVÁ K., STRÁNSKÁ E., KŘIVČÍK J., NEDĚLA D. MemBrain s.r.o., Stráž pod Ralskem, kristyna.weinertova@membrain.cz Jednou z charakteristických vlastností rovinných vzorků, které jsou ponořeny v prostředí elektrolytu, je povrchový zeta-potenciál. Predikuje vzájemné chování i zdánlivě nenabitých povrchů s ionty a nabitými molekulami obsaženými v roztoku. V tomto případě byla jako vzorek zvolena PE fólie používaná k výrobě komponent v elektrodialyzačním (ED) svazku, konkrétně pro výrobu rozdělovačů. Mohlo by se zdát, že je rozdělovač pouze inertní komponentou, ovšem i tak má ve styku se zpracovávaným roztokem povrchový náboj a je tudíž více méně schopen interakce s ionty a nabitými molekulami. Úvod Zeta-potenciál je charakteristickou vlastností částice nebo povrchu ponořeného v roztoku elektrolytu. Vzniká v důsledku schopnosti dispergovaných částic nebo ponořených povrchů získat ve vodném prostředí povrchový náboj, který iniciuje vznik elektrické dvojvrstvy. Povrchový náboj získá studovaná částice nebo pevný plochý vzorek disociací polárních funkčních skupin nebo adsorpcí iontů na nepolární povrch. Odtud jasně vyplývá důležitost volby ph elektrolytu, potažmo také jeho teploty, která zásadně ovlivňuje termodynamické děje a tím i rychlost pohybu částic v difúzní vrstvě. Díky přítomnosti částic nebo povrchů pokrytých elektrickou dvojvrstvou dochází v okolním roztoku k tvorbě gradientů elektrochemického potenciálu. Rozložení potenciálu kolem povrchu, ať již částice nebo pevného vzorku, obklopeného elektrickou dvojvrstvou, popisuje model (obr. 1) navržený Goüy a Chapmanem a následně korigovaný Sternem. [1, 2] Pokud je na sledovanou disperzní soustavu ve vodivém prostředí nebo elektrolyt, v němž je ponořen pevný vzorek, aplikováno elektrické pole, projeví se elektrokinetické jevy, mezi nimiž jsou pro stanovení zeta-potenciálu rozhodující elektroosmóza a elektroforéza. Jak bylo zmíněno výše, zeta-potenciál je silně závislý na prostředí, ve kterém je měřen, proto je nezbytné jako součást výsledku uvádět složení a koncentraci roztoku, ve kterém byl měřen, jeho ph a teplotu. Znalost zeta-potenciálu disperzí napomáhá určit podmínky jejich stability, které jsou vhodné pro optimalizaci složení s ohledem na skladování a trvanlivost výrobků, čehož se využívá např. v potravinářství či produkci nátěrových barev. V poslední době také stoupá poptávka po určení povrchového zeta-potenciálu. Jeho znalost je výhodná např. pro výrobu barvených textilií, mikrofluidních technologií (čipů) či povrchů modifikovaných pomocí tenkých fólií, kterými je ovlivňována výsledná hydrofilita/hydrofobita produktu. V neposlední řadě je povrchový zeta-potenciál využíván pro popis vlastností filtračních membrán, což umožňuje jejich povrchovou modifikaci za účelem zvýšení či snížení transportu určitých iontů. Díky svému snadnému a rychlému měření nalezl povrchový zeta-potenciál uplatnění při studiu mikrobiologických dějů, např. pro popis chování buněk v určitém prostředí nebo adheze mikroorganismů k povrchům, která je rozhodující pro předcházení tvorby biofilmů. Také se s úspěchem využívá pro vývoj medicínských implantátů a materiálů pro styk s živými tkáněmi. [2, 3] Obr. 1 Schéma elektrické dvojvrstvy, žlutě je znázorněn rovinný vzorek s kladně nabitým povrchem 10 CHEMAGAZÍN Číslo 4 Ročník XXV (2015)

11 POVRCHOVÝ ZETA-POTENCIÁL Princip měření zeta-potenciálu Zeta-potenciál je možno měřit s využitím analytických technik založených na různých principech: 1) měření elektroforetické rychlosti (technika laserové Dopplerovy velocimetrie LDV), 2) měření elektroosmotické mobility, 3) měření proudu či potenciálu vzniklého tlakovým gradientem při průchodu sférických částic v elektrickém poli kanálky nebo porézním povrchem ponořeným v elektrolytu (streaming potenciál, ultrazvuková spektroskopie nebo technika rotujícího disku) [1, 4]. V tomto článku byl pro měření využit přístroj ZetaSizer Nano ZS od Malvern Instruments Ltd. ZetaSizerNano ZS umožňuje měření velikosti a distribuce částic, polydisperzity, molekulové hmotnosti a také stanovení zeta-potenciálu dispergovaných částic nebo plochých povrchů ponořených v elektrolytu. K měření zeta-potenciálu je využíván princip LDV, který byl však za účelem eliminace vlivu elektroosmózy v blízkosti stěn měřicí kyvety inovován a patentován jako technika M3-PALS. M3-PALS (Mixed Mode Measurement Phase Analysis Light Scattering) je kombinací LDV a fázové analýzy rozptylu světla. Popis principu měření naznačuje, že zeta-potenciál není přímo měřitelnou veličinou, je získán přepočtem z elektroforetické mobility částic. Jelikož se pevný vzorek na rozdíl od dispergovaných částic v roztoku během měření nepohybuje, využívá se k určení povrchového zeta-potenciálu pomocných částic (tzv. tracer) dispergovaných v elektrolytu. Na základě jejich elektroforetické pohyblivosti vzhledem k různým vzdálenostem od zkoumaného povrchu, je iteračně dopočítán povrchový zeta-potenciál pevného vzorku, viz rovnice 1. ζ S = y + ζ T, (1) kde ζ S povrchový zeta-potenciál (mv), y průnik regresní funkce s osou y (mv), ζ T zeta-potenciál pomocné částice (tracer) (mv). Částice dispergované v blízkosti povrchu vzorku se mohou pohybovat dvojím směrem v závislosti na převládajícím elektrokinetickém jevu, tím je elektroforéza nebo elektroosmóza vzájemně konkurenční děje. V určité vzdálenosti od povrchu vzorku zaniká vliv elektroosmózy a částice se pohybují již jen vlivem elektroforézy. Pohyblivost částic v blízkosti zkoumaného povrchu je znázorněna na obr. 2. Obr. 2 Vliv elektrokinetických jevů působících na dispergované částice v závislosti na vzdálenosti od zkoumaného povrchu. Žlutě je označen vzorek připevněný k posuvné plošce měřicí cely mezi dvěma elektrodami (tmavě šedá), červená barva šipek symbolizuje elektroosmózu, modrá barva elektroforézu. Příprava vzorku Objektem zájmu byl povrchový zeta-potenciál LDPE, který je využíván k výrobě rozdělovačů v ED svazku. ED svazek je střídavě složen z iontovýměnných membrán (IM) a polymerních rozdělovačů a tato sendvičová soustava je pak uložena mezi dvě stahovací desky, na jejichž vnitřních stranách jsou instalovány deskové elektrody z Ti/Pt. Vlivem aplikovaného elektochemického potenciálu na popisovanou soustavu a díky rozdílné selektivitě IM je možno ze zpracovávaného roztoku odstraňovat ionty na základě polarity a velikosti jejich náboje. Naopak rozdělovače mají v ED svazku za cíl usměrnit hydrauliku toku kapaliny do příslušných membránových komor a vymezit požadovanou geometrii komor. Většina rozdělovačů v ED modulu (svazku) obsahuje turbulizační síťovinu, která zajišťuje při provozních objemových průtocích turbulentní podmínky v příslušných komorách, což významně ovlivňuje nebo intenzifikuje transport hmoty přes IM. Na první pohled by se mohlo zdát, že je rozdělovač pouze inertní komponentou, ovšem i tak má ve styku se zpracovávaným roztokem povrchový náboj a je tudíž CHEMAGAZÍN Číslo 4 Ročník XXV (2015) schopen v závislosti na okolních podmínkách interakce s ionty a nabitými molekulami. Na obrázku 3 je znázorněn příklad rozdělovače pro laboratorní ED jednotku. Turbulizační síťovina i rámeček byly v tomto případě vyrobeny ze stejného typu LDPE. Z tohoto důvodu a s ohledem na požadavek měření rovinného vzorku byla pro stanovení povrchového zeta-potenciálu vybrána fólie z okrajového rámečku, ačkoli je ve střední části rozdělovače umístěna síťovina. Vzorek PE fólie o rozměrech přibližně 5x3 mm a tloušťce 0,6 mm byl pomocí oboustranné lepicí pásky přichycen k měřicí cele ZP 1020, která byla následně vsunuta do kyvety s roztokem KCl osahujícího malé množství pomocných částic mléčného tuku, umožňujících měření elektroforetické pohyblivosti. Obr. 3 Rozdělovač tvořený rámečkem, do nějž je vsazena turbulizační síťovina (naznačena v krajích) Podmínky měření V průběhu elektrodialýzy se může v technologii měnit teplota s ohledem na okolní teplotu nebo zvyšovat v závislosti na procházejícím elektrickém proudu. Udává se, že již změna teploty o 5 C má znatelný dopad na velikost a chybu měření zeta-potenciálu [1]. Z tohoto důvodu byl zkoumán vliv teploty na povrchový zeta-potenciál membránového rozdělovače. Měření bylo provedeno při pěti teplotách (16, 18, 20, 22 a 25 C), které pokrývají standardní rozsah provozu ED svazků. Přístroj ZetaSizer Nano ZS měří zpětný odraz laserového paprsku od dispergovaných částic pod úhlem 173. Pro opakovatelné měření je důležité, aby roztok nebyl příliš zakalený, z tohoto důvodu bylo před samotným měřením optimalizováno jeho složení s ohledem na množství mléčného tuku. Pro měření byl připraven roztok KCl (0,001 mol.l -1 ), jehož vodivost (0,150 ms.cm -1 ) a ph (7) byly předem změřeny pomocí externí sondy (WTW ph/cond 340i). Tento roztok KCl obsahoval malé množství dispergovaných částic mléčného tuku (RI 1,460) a disperze byla charakterizována hodnotou turbidity 2,16 NTU. Tepelná ekvilibrace vzorku před započetím měření trvala 120 s, nicméně s ohledem na zvýšení přesnosti byla kyveta s roztokem vložena do měřicího prostoru o několik minut dříve než bylo zahájeno měření. Během této doby byl sledován průběh fázového signálu (Phase Plot), z nějž bylo možné rozpoznat přítomnost teplotních gradientů v roztoku a na základě toho upravit dobu nezbytnou pro ekvilibraci roztoku. Pro každou teplotu bylo měření zopakováno třikrát, přičemž zeta-potenciál získaný v každém jednotlivém měření byl vypočten jako průměr minimálně deseti a maximálně patnácti hodnot. Před přechodem na měření za další teploty byl vždy vyměněn roztok disperze, aby bylo zamezeno možnosti sedimentace, která by zkreslovala výsledek. Každé měření bylo provedeno v pěti různých vzdálenostech od povrchu vzorku (125, 250, 325, 500, 1000 µm). Z měření ve vzdálenosti 1000 µm od povrchu byl vyhodnocen již pouze samotný zeta-potenciál částic mléčného tuku. Obrázek 4 znázorňuje výsledek vygenerovaný po měření povrchového zeta- -potenciálu při teplotě 20 C. Výsledky Pro měření zeta-potenciálu je nezbytné používat roztoky zředěných elektrolytů. ED svazkem však mohou být zpracovávány roztoky i s daleko vyšší koncentrací, až několik desítek g.l -1. S roztoky, které jsou slabě koncentrovanými elektrolyty, je svazek v praxi ve styku při promývání vodou a následně při odstávkách, kdy je svazek zavodněn. Dokončení na další straně 11

12 POVRCHOVÝ ZETA-POTENCIÁL Obr. 4 Zdánlivý zeta-potenciál částic naměřený ve vzdálenosti 125, 250, 325 a 500 µm od povrchu vzorku V experimentálních podmínkách uvedených výše se hodnota povrchového zeta-potenciálu PE fólie pohybovala v rozmezí 49 až 31 mv, jak je podrobně uvedeno v tabulce 1. Tab. 1 Přehled výsledků měření povrchového zeta-potenciálu LDPE fólie Teplota [ C] Povrchový zeta-potenciál [mv] Nejistota [mv] R 2 [ ] 16 42,9 2,9 0, ,0 3,2 0, ,7 1,7 0, ,8 2,2 0, ,0 7,2 0,983 Nezřídka se stává, že výsledky zeta-potenciálu naměřené v různých laboratořích neodpovídají tak dobře, jak by se očekávalo. Z tohoto důvodu je třeba klást zvýšenou pozornost na přesný pracovní postup, tak aby měly výsledky požadovanou vypovídací hodnotu. Stanovení teplotní závislosti povrchového zeta-potenciálu je náročné na přesnost měření. Hlavním rizikem majícím zásadní vliv na opakovatelnost výsledků je manipulace s měřicí celou. V průběhu měření je vzdálenost pozice měření od povrchu vzorku manuálně upravována a pro měření v pěti různých vzdálenostech je tak nutné pětkrát otevřít poklop měřicího prostoru, což má značný dopad na stabilitu teploty. Pokud nejsou k dispozici latexové částice, je možno použít jako dispergované částice micely mléčného tuku. V takovém případě je však nezbytné standardizovat postup přípravy jejich disperze a pro měření použít vždy čerstvě připravenou směs, jinak může dojít ke jejímu znehodnocení a značnému ovlivnění výsledků. Disperze by neměla být viditelně zakalena, jinak jsou jen obtížně získávány opakovatelné výsledky. Závěr Pro popis interakce indiferentních polyetylenových rozdělovačů s případnými složkami obsaženými ve zpracovávaném roztoku v procesu ED byla použita technika měření povrchového zeta- -potenciálu. Za tímto účelem byl navržen pracovní postup, který se zaměřil zejména na přípravu vodivého roztoku obsahujícího optimální množství pomocných částic. Bylo zjištěno, že nejvyšší opakovatelnost byla získána s roztokem charakterizovaným hodnotou turbidity 2,16 NTU. Ukázalo se, že metoda je velmi citlivá na teplotní ekvilibraci. Doba 2 min automaticky nastavená v průvodci měřením nemusí být vždy dostatečná, při prodloužení doby ekvilibrace zase může dojít ke vzniku teplotního gradientu v měřicí kyvetě. Je tedy vhodné roztok používaný k měření ochladit, respektive zahřát na požadovanou teplotu a dostatečně promíchat ještě před zahájením měření. I v tak úzkém teplotním rozmezí, jakým bylo C, se projevil vliv teploty na povrchový zeta-potenciál LDPE, který je využíván k výrobě ED rozdělovačů. Bylo zjištěno, že se zvyšující se teplotou docházelo k jeho poklesu. Naměřený zeta-potenciál se pohyboval v rozmezí 49,0 až 31,0 mv, což značí, že povrch LDPE komponent nese v daném roztoku záporný náboj. V případě samotné disperze tvořené jedním typem částic platí, že pokud je hodnota zeta-potenciálu v intervalu 30,0 až +30,0 mv, je systém nestabilní a dochází ke koagulaci částic. Obecně je systém tím méně stabilní, čím více se blíží hodnotě 0 mv, respektive svému izoelektrickému bodu. Pokud sledujeme interakci disperze a pevného povrchu, je již interpretace výsledků obtížnější. Pokud má povrch opačnou hodnotu znaménka zeta-potenciálu než dispergované částice, budou k němu částice přitahovány, naopak má-li povrch zeta-potenciál obdobný jako částice, budou odpuzovány. V provedených měřeních byla hodnota zeta-potenciálu pomocných částic v disperzi nižší než 30 mv, v uvedeném případě jsou tedy částice od povrchu odpuzovány a ve sledovaném teplotním rozsahu nedochází k jejich usazování na LDPE fólii. Z výsledků vyplývá, že v oblasti nižších teplot klesá riziko adsorpce dispergovaných částic na povrch. Za daných podmínek je tedy LDPE fólie náchylná k adsorpci kladně nabitých částic, zatímco záporně nabité částice jsou od ní odpuzovány. Celá rovnováha je však velmi závislá na hodnotě ph. Čím více se bychom se blížili k izoelektrickému bodu dispergovaných částic, tím více budou převládat interakce částice- -částice a zároveň budou klesat interakce částice-studovaný povrch. Měnící se teplota je pouze jedním ze základních parametrů, který má dopad na průběh elektrodialýzy. Další možností jak využít povrchový zeta-potenciál je studium mezifázové interakce mezi povrchem rozdělovače a typem roztoku s ohledem na složení, ph a iontovou sílu, např. zkoumání míry adsorpce konkrétních organických a anorganických látek. Poděkování: Tato práce vznikla za podpory Ministerstva průmyslu a obchodu České republiky v rámci projektu FR-TI4/507 Speciální membrány pro rozvoj a intenzifikaci elektromembránových technologií a v rámci projektu LO1418 Progresivní rozvoj Membránového inovačního centra podporovaného programem NPU I Ministerstva školství a tělovýchovy České republiky a s využitím infrastruktury Membránového inovačního centra. Literatura [1] KIRBY, B.J. HASSELBRINK Jr., E.F., Zeta potential of microfluidic substrates: 1. Theory, experimental techniques, and effects on separations. Electrophoresis. 2004, 25, s [2] LAMEIRAS, F. S., et al., Measurement of the Zeta Potential of Planar Surfaces With a Rotating Disk. Materials Research. 2008, 11, 2, s [3] Zeta Potentials of Solid Surfaces. URL: < com/ebatco%20site/lab%20services/ebatco%20pdfs/zeta%20 Potentials%20of%20Solid%20Surfaces.pdf> [cit ]. [4] Ultrasonic Scientific. URL: < com/technology/technology%20-%20principles.htm> [cit ]. Abstract TEMPERATURE EFFECT ON SURFACE ZETA-POTENTIAL Summary: Surface zeta-potential is one of characteristic properties of planary samples which are covered in an electrolyte. It determinates behaviour of ostensibly inert surfaces with ions and charged molecules contained in a solution. In this case the sample was LDPE foil used for production of membrane manifolds for electrodialysis stack. It would seem that a LDPE manifold is only an innert component in the stack but the manifold itself has also electrical charge in the solution of electrolyte and is therefore able to interact with ions and charged molecules. Key words: surface zeta-potential, LDPE, foil 12 CHEMAGAZÍN Číslo 4 Ročník XXV (2015)

13 LASEROVÉ GRANULOMETRY na měření velikosti částic Navštivte nás na veletrhu NANO DS Přístroj s duálním rozptylem světla pro měření velikosti částic (rozsah velikosti částic: 0,3 nm 10 µm) Unikátní duální technologie DLS & SLS (dynamický a statický rozptyl světla) v jednom optickém systému první přístroj tohoto typu na trhu Tato technologie zajistí nejlepší přesnost, opakovatelnost a rozlišení v rozsahu od 0,3 nm do 10 µm Opakovatelnost <1% Měření velikosti částic i pro vzorky s více frakcemi Uživatelsky příjemný software Nano Expert, kompatibilní s posledními verzemi Windows. Snadná údržba, nevyžaduje kalibraci, nízká spotřeba energie šetří čas a peníze Přenosný kompaktní přístroj váha 14 kg, rozměry 341 x 533 x 218 mm NANO DS odpovídá normám ISO & Prodej, servis, poradenství: LABIMEX CZ s.r.o. Na Zámecké 11, Praha 4 tel: info@labimex.cz, hutnikova@labimex.cz fax: , Science for Solids VERDER SCIENTIFIC, laboratorní divize skupiny VERDER udává trendy v high-tech vědeckém vybavení pro kontrolu kvality, výzkum a vývoj. Zahrnuje oblast přípravy a charakterizace vzorků pevných látek. Společnosti laboratorní divize vyrábí a dodávají laboratorní přístroje pro přípravu vzorků zmenšováním částic, homogenizací, tepelnou úpravou (fyzikální a materiálové zátěžové testy), nebo pro analýzu vzorků pomocí charakterizace částic a spalovací/elementární analýzou. VERDER SCIENTIFIC zastřešuje přední světové výrobce CARBOLITE, GERO, ELTRA, RETSCH a RETSCH TECHNOLOGY. Pro Českou a Slovenskou republiku dodává: Verder s.r.o., Vodňanská 651/6, Praha 9-Kyje info@verder.cz, tel.: CHEMAGAZÍN Číslo 4 Ročník XXV (2015) Labimex_Cilas-Verder.indd :00:55

14 INVERZNÍ CHROMATOGRAFIE HETEROGENITA POVRCHOVÉ ENERGIE NANOMATERIÁLŮ NA BÁZI UHLÍKU KLIMOVIČ M. Pragolab s.r.o., Povrchová energie je užitečným parametrem popisující energetické vlastnosti povrchu pevných látek. Inverzní plynová chromatografie (IGC) je zavedenou a univerzální metodou pro stanovení povrchové volné energie pevných látek, a to adsorpcí par známých vlastností. Druhá generace přístroje IGC SEA je velice efektivním a přesným nástrojem pro mapování energie s vysoce reprodukovatelnými údaji povrchové energie. Heterogenita povrchové energie komerčních uhlíkových nanotrubiček byla proměřena jako výsledek různých modifikací. Úvod Povrchová energie je důležitou vlastností v mnoha průmyslových aplikacích a procesech. Poukazuje na silnou závislost na mnohých makroskopických vlastnostech a vztahuje se na mnoho zásadních mezifázových jevů, jako je adheze nebo smáčení. Studium a aplikace nanomateriálů, jako jsou uhlíkové trubičky (CNTs carbon nanotubes), získaly v posledních letech obrovský zájem, zejména díky jejich výjimečné struktuře, elektrickým a mechanickým vlastnostem. Strukturně lze CNTs popsat jako list grafenu srolovaný do trubičky, lišící se počtem karbonových vrstev na bočních stěnách, tedy jednostěnné, dvoustěnné a vícestěnné. CNTs jsou však velmi často energeticky nehomogenní, vykazují různá povrchová centra jako strukturní defekty nebo specifické funkční skupiny. Profil heterogenity povrchové energie nám může poskytnout komplexní informaci o povaze a počtu těchto center a tím umožní předpokládat vlastnosti produktu, speciálně ve formulaci směsí, kompozitů a vrstev. I přes potencionální význam profilů heterogenity nebyl do dnešního dne kladen důraz na potřebu charakterizace distribuce povrchové energie nanomateriálů. Nedávné pokroky v oblasti IGC metodiky povrchové energie umožňují stanovení těchto profilů z adsorbčních isoterm z řady n-alkanů v konečných koncentracích. Přístroj igc SEA je vybaven nejnovější injekční technologií, která umožňuje precizní kontrolu dávkování. Je-li vstřikována koncentrační řada polárních par na stejný povrch, lze určit disperzní a volnou povrchovou energii. V důsledku toho vstřik páry na různé pokrytí bude mít za následek rozdělení povrchové energie jako funkce pokrytí, která odpovídá profilu povrchové energie. Stanovení heterogenity povrchové energie pomocí igc SEA lze tedy označit za mapovací techniku. Níže jsou publikovány výsledky měření heterogenity povrchové energie u vícestěnných CNTs v závislosti na jejich úpravě (žíhání, oxidace atd.). trhu společnost Pragolab s.r.o. Naměřená data byla vyhodnocena pomocí software SEA Analysis Software. Pro měření bylo užito vždy 10 mg vzorku, který byl umístěn do IGC skleněné kolony (300 mm dlouhá a 3 mm vnitřního průměru). Vzorky byly vystaveny povrchovým měřením pomocí alkanů a polárních látek k určení distribuce disperzní a měrné povrchové energie. Jednalo se o n-alkany: nonan, oktan, heptan, hexan; a polární sloučeniny: toluen, dichlormetan, etylacetát, chloroform, aceton a etanol. Každá kolona se vzorkem byla temperována na 150 C s 0 % relativní vlhkostí a před každým vstřikem propláchnuta heliem o objemu 10 cm 3. Rozpouštědla byla aplikována při teplotě 100 C a 0 % relativní vlhkosti se stejným průtokem jako nosný plyn (helium). Inertní metan byl použit pro korekci mrtvého objemu. Obr. 1 HRTEM a SEM nanotrubiček; (a) původní, (b) žíhané, (c) oxidované Metoda Materiál Jako studovaný materiál byly užity komerčně dostupné vícestěnné uhlíkové nanotrubičky MWCNTs (Arkema SA, Francie) s vnějším průměrem mezi nm a délkou minimálně několik μm. Tyto MWCNTs byly následně upraveny: I. vysokoteplotním žíháním (tepelná úprava při 2100 C po dobu 2 hodin v proudu argonu; ochlazení na pokojovou teplotu v atmosféře argonu a následné vystavení vzduchu), II. tepelnou oxidací (krátká úprava při 640 C v proudu vzduchu). Takto upravené vzorky byly také studovány konvenčními charakterizačními technikami jako elektronová mikroskopie, termální analýza apod. Heterogenita povrchové energie Veškeré analýzy byly provedeny na zařízení igc SEA od společnosti SMS, Velká Británie, kterou zastupuje na českém a slovenském Výsledky Vliv rozdílných úprav MWCNTs Obrázek 1 zobrazuje TEM a SEM záznam původního, žíhaného a oxidovaného MWCNTs. Lze vidět, že všechny se vyznačují velmi podobnými průměry trubic (10-20 nm) a texturou (neuspořádaná, vlnitá). Přesto se původní a upravené MWCNTs liší chemicky a lokálními povrchovými vlastnostmi určenými konvenčními analytickými metodami (tab. 1). Žíhané MWCNTs vykazují vyšší uhlíkovou krystalizaci, zatímco termální oxidace zvyšuje obsah povrchového kyslíku, potvrzující zavedení dalších povrchových skupin. 14 CHEMAGAZÍN Číslo 4 Ročník XXV (2015)