Hyppää pääsisältöön

Koronavirustilanne Itä-Suomen yliopistossa

tutkimuskuva

Uusia hiilimateriaaleja energianvarastointiin ja vedenkäsittelyyn

MSc Arūnas Meščeriakovasin väitöskirjatutkimuksen keskeisinä tavoitteina olivat uusien hiilimateriaalien kehittäminen ja karakterisointi, sekä niiden soveltuvuus energianvarastointiin ja vedenkäsittelyyn.

Meščeriakovas selvitti grafeenia muistuttavien hiilirakenteiden tuottamista kustannustehokkaista ja uusiutuvista biomassapohjaisista lähtöaineista, ja hiilen nanomateriaalien ominaisuuksien parantamista tuomalla rakenteeseen lisäyhdisteitä. Hän tutki myös näiden materiaalien soveltuvuutta energianvarastointiin ja vedenkäsittelyyn.

Biomassapohjaiset lähtöaineet, joita hyödynnettiin hiilen nanorakenteiden synteesissä, olivat ohranolki ja sukroosi, sekä ohran kuoriaineksesta eristetty nanorakenteinen SiO2, jota käytettiin SiC/C synteesissä. Tässä tutkimuksessa hyödynnettiin myös douppaustekniikkaa parantamaan isäntämateriaalin ominaisuuksia varsinaista sovellutusta silmällä pitäen. Douppauksella tarkoitetaan lisäkomponentin liittämistä varsinaiseen isäntämateriaaliin.

Näiden lisäksi tutkimus syventää ymmärrystä materiaalien muodostumisprosesseista liittyen kidefaasiin, kokoon, muotoon, ja agglomeroitumisasteeseen. Tämä koskee erityisesti seuraavia materiaaleja: kultananohiukkaset/hiilen nanokukat (AuNP/CNF) komposiitti, hiilipinnoitetut piinanohiukkaset (Si@C), grafiittipinnoitettu piikarbidi (SiC@graphite), ja rautadoupattu grafeeni (Fe/graphene).

Induktiokuumennustekniikan havaittiin olevan hyödyllinen tekniikka materiaalin ominaisuuksien muokkauksessa laajalla lämpötila-alueella (1000 °C-2400 °C), mahdollistaen hiilen muokkauksen amorfisesta rakenteesta grafiittiin saakka. Menetelmä mahdollistaa myös korkeat lopputuotesaannot. Lisäksi nanorakenteisen SiC/C rakenteen, jossa SiC lisäksi erillistä lisähiiltä, havaittiin toimivaksi grafeenia muistuttavan hiilen syntetisoinnissa. Lisähiilen läsnäolo ei häirinnyt grafeenia muistuttavan hiilen muodostumista.

Si@C materiaalia testattiin Li-ioniakussa anodimateriaalina. Piihiukkasten hiilipinnoitteen vuoksi kyseisellä materiaalilla havaittiin parempi stabiliteetti akun varaus- ja purkauskierrossa. Rautadoupatun grafeenin soveltuvuutta adsorbentiksi selvitettiin ektrasykliinin poistamiseksi vesiliuoksessa. Tetrasykliinin poistokyvyksi havaittiin 442 mg g-1, joka nousi edelleen 660 mg g-1 materiaalin uusiutumiskyvyn vuoksi. 

MSc Arūnas Meščeriakovasin ympäristötieteen alaan kuuluva väitöskirja Synthesis, characteristics and application of doped carbon structures tarkastetaan luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa 4.6.2021 klo 12 Tietoteknian auditoriossa, Kuopion kampuksella. Vastaväittäjänä toimii professori Albert Nasibulin, Skolkovo Institute of Science and Technology, Venäjä, ja kustoksena apulaisprofessori Anna Lähde, Itä-Suomen yliopisto. Tilaisuuden kieli on englanti.

Väittelijän painolaatuinen kuva

Väitöskirja verkossa