Využití vysokoteplotní RTG difrakce pro přípravu a charakterizaci kompozitních (nano)materiálů obsahujících nanočástice elementárního železa

J. Filip¹, V. Blechta¹, K. Šafářová¹, J. Kašlík¹, J. Toman²

¹Regional Centre of Advanced Technologies and Materials, Palacky University, 17. listopadu 12, 771 46 Olomouc, Czech Republic

²Department of Geological Sciences, Masaryk University, Kotlářská 2, 611 37 Brno, Czech Republic

jan.filip@upol.cz

Významná část nanomateriálového výzkumu je v současné době zaměřena na zjišťování optimálních podmínek přípravy kompozitních (nano)materiálů s nejrůznějšími fyzikálně-chemickými vlastnostmi, jejich komplexní charakterizaci a testování jejich využitelnosti v nejrůznějších oblastech lidské činnosti. Význam kompozitních (nano)materiálů spočívá zejména v možnosti efektivně kombinovat specifické vlastnosti dvou a více odlišných (nano)materiálů v jednom celku. Výsledný kompozitní (nano)materiál vykazuje vlastnosti, které by nebylo možné získat za použití jednotlivých (nano)materiálů.

Vysokoteplotní RTG prášková difrakce představuje jednu ze stěžejních metod používaných při studiu a laboratorní přípravě kompozitních (nano)materiálů reakcemi v pevné fázi a reakcemi typu pevná fáze - plyn, a to zvláště díky jedinečné možnosti in-situ monitorovat průběhy daných reakcí a zároveň sledovat další kritické parametry kompozitních (nano)materiálů (především střední velikosti koherentních domén a kvantitativní zastoupení jednotlivých fází). V prezentované práci byla použita vysokoteplotní reakční komůrka XRK900 (Anton Paar, GmbH) s pracovním rozsahem teplot RT až 900 °C a tlakem plynů 1 mbar až 10 barů (inertní, oxidační, redukční a nejrůznější reakční plyny a různé relativní vlhkosti vzduchu) nainstalovaná na práškovém difraktometru X´Pert PRO MPD (PANalytical).

Charakter a využití kompozitních (nano)materiálů obsahujících nanočástice elementárního železa (nanoparticles of zero-valent iron - nZVI) připravovaných v laboratořích Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů (PřF UP Olomouc) je v principu dvojí: nanočástice elementárního železa (<20 nm až ~100 nm) jsou využity jako magnetický nosič pro jinak nemagnetické materiály s výbornými sorpčními vlastnostmi, nebo je v rámci kompozitního (nano)materiálu využito jejich reduktivního účinku, popř. může být využito obou těchto vlastností. Aplikačně jsou velmi důležité kompozitní (nano)materiály typu zeolit-nZVI, jílový minerál-nZVI a uhlík-nZVI. Zabudováním nZVI do silikátové (zeolity, jílové minerály) či uhlíkové matrice vznikne magnetický kompozitní (nano)materiál vhodně aplikovatelný například pro sorpční odstraňování těžkých kovů či organických látek z vodných prostředí s možností jejich následné magnetické separace. V případě kompozitního (nano)materiálu typu uhlík-nZVI se zároveň může uplatňovat i reduktivní účinek nZVI.