Electrochemical behavior of 4-nitrophenol on modified glassy carbon electrode

U sklopu ove doktorske disertacije proučavana je elektrohemijska oksidacija 4- nitrofenola na modifikovanoj elektrodi od staklastog ugljenika (Glassy Carbon Electrode – GCE). Za modifikaciju GCE korišćene su natrijumski izmenjene i organogline. U tu svrhu, urađena je natrijumskа izmena smektitne faze u glinama bentonitnog tipa iz dva nalazišta u Srbiji „Bogovina“ i „Mečji Do“. Na-izmenjene gline su zatim modifikovane kvaternernim alkilamonijum katjonom i dobijeni su nanomaterijali sa hibridnom organsko-neorganskom površinom – organogline. Modifikacija je urađena interkalacijom različitih količina benziltrimetilamonijum (BTMA) katjona u međulamelarni prostor smektita. Polazni i modifikovani uzorci su karakterisani hemijskom analizom, rendgensko difrakcionom metodom, dok su pored ovih metoda za karakterizaciju modifikovanih materijala korišćene i metode infracrvene spektroskopije i niskotemperaturne fizisorpcije azota. Kod svih modifikovanih uzoraka je potvrđeno da je modifikacija polaznih uzoraka bila uspešna. Rezultati elementalnе analize su pokazali da je za veće primenjene količine BTMA katjona prilikom modifikacije ugrađena količina ovih katjona bila manja od teorijski izračunatih vrednosti. Rendgenskom difrakcionom analizom potvrđeno je da je primenjena modifikacija dovela do interkalacije BTMA katjona u međulamelarni prostor smektita u obliku monosloja. Infracrvena analiza je potvrdila ugradnju BTMA katjona u strukturu smektita. Eksperimenti koji su uključivali adsorpciju 4-nitrofenola na ispitivanim uzorcima su pokazali da organomodifikacija menja adsorpcioni afinitet glina prema 4- nitrofenolu. Povećanje količine interkaliranih BTMA katjona u međulamelarnom prostoru smektita ima za posledicu povećanje adsorpcije 4-nitrofenola. Ovaj trend se nastavlja sve dok količina katjona dostigne vrednost kada dodatno interkalisani BTMA katjoni nisu dostupni za interakciju sa 4-nitrofenolom. Ispitivanja elektrooksidacije 4-nitrofenola metodom ciklične voltametrije na čistoj GCE i GCE koja je modifikovana sa svakom od Na-izmenjenih i organoglina, pojedinačno, pokazala su da modifikacija GCE dobijenim materijalima znatno utiče na gustinu struje i stabilnost modifikovanih elektroda. Gustine struje koje su dobijene za čistu CGE su 15-47 puta manje od struja dobijenih za modifikovane GCE, pri čemu je čista GCE pokazala nagli gubitak aktivnosti odmah nakon prvog ciklusa. Veće vrednosti gustine struje kod BTMA modifikovanih GCE u odnosu na one modifikovane sa Naizmenjenim glinama ukazuju da ugradnja BTMA katjona u strukturu smektita dovodi do povećanja vrednosti gustine struje. Nakon deset ciklusa aktivnost modifikovanih elektroda najviše opada za GCE modifikovane Na-izmenjenim uzorcima. Odsustvo pikova koji se odnose na oksidaciju hidrohinona i katehola i drastična deaktivacija ovih elektroda ukazuju da je dominantan put oksidacije 4-nitrofenola kod GCE modifikovanih Na-izmenjenim glinama onaj kod kog dolazi do stvaranja polimera. Vrednosti gustine struje oksidacije 4-nitrofenola na potencijalu 1,2 V opadaju sa porastom ugradnje BTMA katjona dok stabilnost elektroda raste u suprotnom smeru. Stabilnost se može objasniti time da reakcioni put oksidacije 4-nitrofenola koji vodi do stvaranja polimernih proizvoda postaje manje značajan sa povećanjem količine ugrađenih BTMA katjona kod BTMA-bentonit modifikovanih GCE. Nešto veće struje za elekrode modifikovane organoglinama na bazi gline iz nalazišta „Bogovina“ u odnosu na one na bazi gline iz nalazišta „Mečji Do“ mogu se pripisati većem sadržaju gvožđa u strukturi smektita iz nalazišta „Bogovina“. Gvožđe prisutno u strukturi smektita najverovatnije ima ulogu posrednika u prenosu elektrona i utiče na porast struje oksidacije 4-nitrofenola. Metodom diferencijalne pulsne voltametrije određen je detekcioni limit za najstabilnije modifikovane GCE na bazi glina iz oba ispitivana nalazištа, pri čemu su dobijene vrednosti detekcionog limita slične vrednostima koji su drugi autori dobili pri elektrohemijskom određivanju 4-nitrofenola. Rezultati prikazani u ovoj doktorskoj disertaciju ukazuju da modifikovanje elektrode od staklastog ugljenika nanošenjem tankog sloja glina modifikovanih benziltrimetilamonijum katjonima mogu poslužiti za razvijanje elektrode koja bi se koristila u detekciji 4-nitrofenola prisutnog u otpadnim vodama

Novel Glass-Ceramic Sealant With Addition of Alumosilicate-Based Waste Material for Application in IT-SOFC

In the present paper, possible application of novel concept synthesis method of glass-ceramic sealant with implementation of alumosilicate-based waste material in intermediate temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFC) was investigated. Besides basic components for glass-ceramic sealant (sample GC0), for this purpose four additional sealant compositions with certain waste content, designated as GC1, GC2, GC3, GC4, were prepared for a comparative study. Waste was added in the basic sealant composition in such a way that certain percent of alumosilicate clay was substituted with alumosilicate-based waste material, with proper amount of water as a solvent. Waste share in compositions was 5, 10, 15 and 20% of total amout of alumosilicate clay as a replacement, respectively.A total of five different joint specimens were assembled by placing a sealant paste of 10mm thickness between two bricks to form brick/glass–ceramic/brick sandwich specimens appropriate for further heat treatments. Such formed ‘green’ joints were initially air-dried for 24h at room temperature, which was required for solvent to evaporate and cause initial bonding. Heating cycle in the period of four weeks was carried out in a chamber furnace. First day samples were heated to 200 ̊C for 2 h. Each day heating temperature was raised for 100 °C while dwelling time was prolonged for one hour, so by the end of the first week samples were heated to 600 °C for 6 hours. Next three weeks annealing of the samples was performed at 600 °C for 6 hours, 700 °C for 7 hours and 800 °C for 8 h, respectively, after what the thermal cycle was completed. The heating rate of the furnace at each heating step in the given joining process was 5 °C/min,while cooling was at natural speed. Mentioned firing temperatures were selected in accordance to common operating temperature range of IT-SOFC so as to simulate real working conditions. After the completion of the cycle, it was observed that all variants of the sealant withstood high temperatures without significant cracks or damage. Moreover, after detailed chemical, physical, mechanical and optical properties examination it was determined that compositions remained unaltered, which clearly indicates to their stability and reliability that is required for their application as sealants for IT-SOFC components. In addition, this research shows the possibility of forming a cost-effective, environmentally-friendly and high- efficient sealant for application in IT-SOFC by incorporating waste materials in its composition, without significant negative effects on its performance and main properties.IX Serbian Ceramic Society Conference - Advanced Ceramics and Application : new frontiers in multifunctional material science and processing : program and the book of abstracts; September 20-21, 2021; Belgrad

Electrochemical behavior of 4-nitrophenol on modified glassy carbon electrode

U sklopu ove doktorske disertacije proučavana je elektrohemijska oksidacija 4- nitrofenola na modifikovanoj elektrodi od staklastog ugljenika (Glassy Carbon Electrode – GCE). Za modifikaciju GCE korišćene su natrijumski izmenjene i organogline. U tu svrhu, urađena je natrijumskа izmena smektitne faze u glinama bentonitnog tipa iz dva nalazišta u Srbiji „Bogovina“ i „Mečji Do“. Na-izmenjene gline su zatim modifikovane kvaternernim alkilamonijum katjonom i dobijeni su nanomaterijali sa hibridnom organsko-neorganskom površinom – organogline. Modifikacija je urađena interkalacijom različitih količina benziltrimetilamonijum (BTMA) katjona u međulamelarni prostor smektita. Polazni i modifikovani uzorci su karakterisani hemijskom analizom, rendgensko difrakcionom metodom, dok su pored ovih metoda za karakterizaciju modifikovanih materijala korišćene i metode infracrvene spektroskopije i niskotemperaturne fizisorpcije azota. Kod svih modifikovanih uzoraka je potvrđeno da je modifikacija polaznih uzoraka bila uspešna. Rezultati elementalnе analize su pokazali da je za veće primenjene količine BTMA katjona prilikom modifikacije ugrađena količina ovih katjona bila manja od teorijski izračunatih vrednosti. Rendgenskom difrakcionom analizom potvrđeno je da je primenjena modifikacija dovela do interkalacije BTMA katjona u međulamelarni prostor smektita u obliku monosloja. Infracrvena analiza je potvrdila ugradnju BTMA katjona u strukturu smektita. Eksperimenti koji su uključivali adsorpciju 4-nitrofenola na ispitivanim uzorcima su pokazali da organomodifikacija menja adsorpcioni afinitet glina prema 4- nitrofenolu. Povećanje količine interkaliranih BTMA katjona u međulamelarnom prostoru smektita ima za posledicu povećanje adsorpcije 4-nitrofenola. Ovaj trend se nastavlja sve dok količina katjona dostigne vrednost kada dodatno interkalisani BTMA katjoni nisu dostupni za interakciju sa 4-nitrofenolom. Ispitivanja elektrooksidacije 4-nitrofenola metodom ciklične voltametrije na čistoj GCE i GCE koja je modifikovana sa svakom od Na-izmenjenih i organoglina, pojedinačno, pokazala su da modifikacija GCE dobijenim materijalima znatno utiče na gustinu struje i stabilnost modifikovanih elektroda. Gustine struje koje su dobijene za čistu CGE su 15-47 puta manje od struja dobijenih za modifikovane GCE, pri čemu je čista GCE pokazala nagli gubitak aktivnosti odmah nakon prvog ciklusa. Veće vrednosti gustine struje kod BTMA modifikovanih GCE u odnosu na one modifikovane sa Naizmenjenim glinama ukazuju da ugradnja BTMA katjona u strukturu smektita dovodi do povećanja vrednosti gustine struje. Nakon deset ciklusa aktivnost modifikovanih elektroda najviše opada za GCE modifikovane Na-izmenjenim uzorcima. Odsustvo pikova koji se odnose na oksidaciju hidrohinona i katehola i drastična deaktivacija ovih elektroda ukazuju da je dominantan put oksidacije 4-nitrofenola kod GCE modifikovanih Na-izmenjenim glinama onaj kod kog dolazi do stvaranja polimera. Vrednosti gustine struje oksidacije 4-nitrofenola na potencijalu 1,2 V opadaju sa porastom ugradnje BTMA katjona dok stabilnost elektroda raste u suprotnom smeru. Stabilnost se može objasniti time da reakcioni put oksidacije 4-nitrofenola koji vodi do stvaranja polimernih proizvoda postaje manje značajan sa povećanjem količine ugrađenih BTMA katjona kod BTMA-bentonit modifikovanih GCE. Nešto veće struje za elekrode modifikovane organoglinama na bazi gline iz nalazišta „Bogovina“ u odnosu na one na bazi gline iz nalazišta „Mečji Do“ mogu se pripisati većem sadržaju gvožđa u strukturi smektita iz nalazišta „Bogovina“. Gvožđe prisutno u strukturi smektita najverovatnije ima ulogu posrednika u prenosu elektrona i utiče na porast struje oksidacije 4-nitrofenola. Metodom diferencijalne pulsne voltametrije određen je detekcioni limit za najstabilnije modifikovane GCE na bazi glina iz oba ispitivana nalazištа, pri čemu su dobijene vrednosti detekcionog limita slične vrednostima koji su drugi autori dobili pri elektrohemijskom određivanju 4-nitrofenola. Rezultati prikazani u ovoj doktorskoj disertaciju ukazuju da modifikovanje elektrode od staklastog ugljenika nanošenjem tankog sloja glina modifikovanih benziltrimetilamonijum katjonima mogu poslužiti za razvijanje elektrode koja bi se koristila u detekciji 4-nitrofenola prisutnog u otpadnim vodama

Electrochemical behavior of 4-nitrophenol on modified glassy carbon electrode

U sklopu ove doktorske disertacije proučavana je elektrohemijska oksidacija 4- nitrofenola na modifikovanoj elektrodi od staklastog ugljenika (Glassy Carbon Electrode – GCE). Za modifikaciju GCE korišćene su natrijumski izmenjene i organogline. U tu svrhu, urađena je natrijumskа izmena smektitne faze u glinama bentonitnog tipa iz dva nalazišta u Srbiji „Bogovina“ i „Mečji Do“. Na-izmenjene gline su zatim modifikovane kvaternernim alkilamonijum katjonom i dobijeni su nanomaterijali sa hibridnom organsko-neorganskom površinom – organogline. Modifikacija je urađena interkalacijom različitih količina benziltrimetilamonijum (BTMA) katjona u međulamelarni prostor smektita. Polazni i modifikovani uzorci su karakterisani hemijskom analizom, rendgensko difrakcionom metodom, dok su pored ovih metoda za karakterizaciju modifikovanih materijala korišćene i metode infracrvene spektroskopije i niskotemperaturne fizisorpcije azota. Kod svih modifikovanih uzoraka je potvrđeno da je modifikacija polaznih uzoraka bila uspešna. Rezultati elementalnе analize su pokazali da je za veće primenjene količine BTMA katjona prilikom modifikacije ugrađena količina ovih katjona bila manja od teorijski izračunatih vrednosti. Rendgenskom difrakcionom analizom potvrđeno je da je primenjena modifikacija dovela do interkalacije BTMA katjona u međulamelarni prostor smektita u obliku monosloja. Infracrvena analiza je potvrdila ugradnju BTMA katjona u strukturu smektita. Eksperimenti koji su uključivali adsorpciju 4-nitrofenola na ispitivanim uzorcima su pokazali da organomodifikacija menja adsorpcioni afinitet glina prema 4- nitrofenolu. Povećanje količine interkaliranih BTMA katjona u međulamelarnom prostoru smektita ima za posledicu povećanje adsorpcije 4-nitrofenola. Ovaj trend se nastavlja sve dok količina katjona dostigne vrednost kada dodatno interkalisani BTMA katjoni nisu dostupni za interakciju sa 4-nitrofenolom. Ispitivanja elektrooksidacije 4-nitrofenola metodom ciklične voltametrije na čistoj GCE i GCE koja je modifikovana sa svakom od Na-izmenjenih i organoglina, pojedinačno, pokazala su da modifikacija GCE dobijenim materijalima znatno utiče na gustinu struje i stabilnost modifikovanih elektroda. Gustine struje koje su dobijene za čistu CGE su 15-47 puta manje od struja dobijenih za modifikovane GCE, pri čemu je čista GCE pokazala nagli gubitak aktivnosti odmah nakon prvog ciklusa. Veće vrednosti gustine struje kod BTMA modifikovanih GCE u odnosu na one modifikovane sa Naizmenjenim glinama ukazuju da ugradnja BTMA katjona u strukturu smektita dovodi do povećanja vrednosti gustine struje. Nakon deset ciklusa aktivnost modifikovanih elektroda najviše opada za GCE modifikovane Na-izmenjenim uzorcima. Odsustvo pikova koji se odnose na oksidaciju hidrohinona i katehola i drastična deaktivacija ovih elektroda ukazuju da je dominantan put oksidacije 4-nitrofenola kod GCE modifikovanih Na-izmenjenim glinama onaj kod kog dolazi do stvaranja polimera. Vrednosti gustine struje oksidacije 4-nitrofenola na potencijalu 1,2 V opadaju sa porastom ugradnje BTMA katjona dok stabilnost elektroda raste u suprotnom smeru. Stabilnost se može objasniti time da reakcioni put oksidacije 4-nitrofenola koji vodi do stvaranja polimernih proizvoda postaje manje značajan sa povećanjem količine ugrađenih BTMA katjona kod BTMA-bentonit modifikovanih GCE. Nešto veće struje za elekrode modifikovane organoglinama na bazi gline iz nalazišta „Bogovina“ u odnosu na one na bazi gline iz nalazišta „Mečji Do“ mogu se pripisati većem sadržaju gvožđa u strukturi smektita iz nalazišta „Bogovina“. Gvožđe prisutno u strukturi smektita najverovatnije ima ulogu posrednika u prenosu elektrona i utiče na porast struje oksidacije 4-nitrofenola. Metodom diferencijalne pulsne voltametrije određen je detekcioni limit za najstabilnije modifikovane GCE na bazi glina iz oba ispitivana nalazištа, pri čemu su dobijene vrednosti detekcionog limita slične vrednostima koji su drugi autori dobili pri elektrohemijskom određivanju 4-nitrofenola. Rezultati prikazani u ovoj doktorskoj disertaciju ukazuju da modifikovanje elektrode od staklastog ugljenika nanošenjem tankog sloja glina modifikovanih benziltrimetilamonijum katjonima mogu poslužiti za razvijanje elektrode koja bi se koristila u detekciji 4-nitrofenola prisutnog u otpadnim vodama

Glycidyl methacrylate macroporous copolymer grafted with diethylene triamine as sorbent for Reactive Black 5

In this paper, macroporous glycidyl methacrylate and ethylene glycol dimethacrylate copolymer functionalized with diethylene triamine [PGME-deta], was evaluated as Reactive Black 5 (RB5) sorbent. Batch RB5 removal from aqueous solution by PGME-deta was investigated by varying pH, contact time, sorbent dosage, initial dye concentration and temperature. The sorption is pH sensitive having maximum at pH 2 (dye removal of 85%), decreasing with the increase of pH (dye removal of 24% at pH=11) after 60 min. Sorption kinetics was fitted to chemical-reaction and particle-diffusion models (pseudo-first-order, pseudo-second-order, intraparticle diffusion and Mckay models). The pseudo-second-order kinetic model accurately predicted the RB5 amount sorbed under all investigated operating conditions, while the intraparticle diffusion was the dominant rate-limiting mechanism. The diffusion mechanism was more prevalent with the decrease in temperature and the increase in concentration. The isotherm data was best fitted with the Langmuir model, indicating homogeneous distribution of active sites on PGME-deta and monolayer sorption, with the maximum sorption capacity of 353 mg g-1. The calculated sorption rates improved with increasing temperature and an activation energy close to 40 kJ mol-1 was determined, suggesting that chemisorption was also rate-controlling. [Projekat Ministarstva nauke Republike Srbije, br. III 43009, br. TR 37021 i br. III 45001

Modified bentonite as adsorbent and catalyst for purification of wastewaters containing dyes

Modification and characterization of bentonite from location Bogovina, Serbia was performed in order to obtain material applicable in wastewater purification. The <75μm bentonite fraction was used in organobentonite synthesis while the <2μm bentonite fraction, obtained by hydroseparation was used in pillaring procedure. Organo-modification of bentonite was performed with (1-hexadecyl)trimethylammonium bromide (HDTMA-Br). Pillared bentonite was obtained using standard procedure. Al3+ and Fe3+ ions were incorporated in pillars in 4:1 ratio and applied as catalyst in catalytic wet peroxide oxidation. Differences in structure of starting and modified bentonites were established by XRD analysis and nitrogen physisorption on -196 °C. The (001) smectite peak around 2θ = 6° shifts during the modification process. The Na-exchange process lowered d001 from 1.53 nm (2θ = 5.78°) for starting clay to 1.28 nm (2θ = 6.92°), but the clay retained its swelling properties. The pillaring process increased and fixed the basal spacing to 1.74 nm. Intercalation of HDTMA ions into smectite structure increased d001 to 2.00 nm for organobentonite. Specific surface area, SBET, was affected by particle size and type of modification. The samples with finer bentonite fraction had higher SBET due to increased smectite content. Na-exchanged bentonite samples had higher SBET value than starting clay samples of same granulation. Organomodification caused dramatic decrease in SBET value, while the pillaring process lead to an increase of SBET value. Adsorptive and catalytic purification of wastewaters containing dyes was tested using Acid Yellow 99 as a model dye. Na-exchanged bentonite had greater adsorption affinity for dye adsorption than raw bentonite owing to higher SBET. By organomodification this affinity was enhanced more than 70 times due to transition of bentonite surface from hydrophilic to organophilic. Al,Fe pillared bentonite was proven to be efficient in catalytic wet peroxide oxidation of Acid Yellow 99 dye at room temperature

Influence of temperature and dopant concentration on structural, morphological and optical properties of nanometric Ce 1−x Er x O 2−δ ( x = 0.05–0.20) as a pigment

Ceramic pigments based on cerium oxide were synthesized by self-propagating room temperature method and their color properties were assessed from the viewpoint of potential environmentally nontoxic pink pigments. Thermal stabilities of the pigments were examined at 600, 900 and 1200 degrees C. According to X-ray powder diffraction and Raman spectroscopy results, all obtained pigments were singlephase solid solutions of cerium oxide, independent of the concentration of dopants. The X-ray analysis showed that the crystallites were of nanometric dimensions, as recorded and by transmission electron microscopy analysis. Color characteristics of solid solutions, which depended on concentration erbium ions and calcination temperature, and their position in the chromaticity diagram were studied by ultraviolet visible spectrophotometry, which confirmed potential application of environmentally friendly pigments of desired color. The color efficiency of pigments was also evaluated by calorimetric analysis.Accepted version: [http://cer.ihtm.bg.ac.rs/handle/123456789/3174