Bitumo paviršių analizė naudojant fizikinę ir cheminę analizę

Bitumo paviršiaus atvaizdavimas naudojant skirtingas mikroskopines metodikas: AFM (topografinis vaizdas) ir AFM-IR (cheminis pasiskirstymas – IR absorbcija 1262 cm-1). Kreditas: TU Wien

Nors bitumo istorija prasideda trečiame tūkstantmetyje prieš mūsų erą, apie jo paviršiaus struktūrą žinome nedaug. TU Vienos mokslininkai, naudodamiesi fizikocheminėmis analizėmis, aiškinasi bitumo paviršiaus pobūdį.

Nors atominės jėgos mikroskopija ir elektronų nuskaitymo mikroskopija suteikė informacijos apie bituminių paviršių morfologiją praeityje, ilgą laiką nebuvo žinoma, ar paviršius ir cheminė sudėtis yra susiję. Tačiau paviršiaus cheminė sudėtis yra ypač įdomi, nes ten vyksta oksidacijos procesai, kuriuos sukelia ore deguonį turinčios molekulės, tokios kaip ozonas, azoto oksidai ar radikalūs hidroksilai. Oksidacijos procesas pagreitina medžiagos senėjimą – bitumas tampa akytas ir padaryta žala.

Dr. Ayse Koyun ir profesorius Hinrichas Grothe’as TU Viena todėl jie tyrė bitumo paviršių naudodami skirtingus fizikocheminius metodus ir palygino atitinkamus rezultatus tarpusavyje. Tyrėjai duomenis paskelbė 2021 m. Birželio 29 d. Žurnale Mokslinės ataskaitos.

Įvairi medžiaga

Bitumas gaminamas iš naftos ir daugiausia naudojamas asfaltui gaminti. Jo konsistencija daugiausia priklauso nuo temperatūros. Karštoje temperatūroje jis yra klampus, o didesni cheminiai junginiai, tokie kaip alifatikai, naftos dervos ir asfaltenai, laisvai juda masėje. Kai bitumas atvės, medžiaga sustingsta, o atskiros molekulės yra išdėstytos pagal savo modelius. Tyrimai jau parodė, kad ant paviršiaus susidaro vadinamosios pagrindinio komponento dalelės. Tai junginiai, sudaryti iš mažiausiai dviejų skirtingų komponentų.

Ayse avis

Dr. Ayse N. Koyun yra mikroskopinės ir spektroskopinės analizės metodų ekspertė. Autorius: Thomas Blazina

Kadangi kelių tiesimo ir hidroizoliacijos darbams naudojamas asfaltas ir bitumas, patartina gaminio ilgaamžiškumą. Norint sulėtinti medžiagos senėjimą, reikia kuo labiau sumažinti reaktyvių dujų, šviesos ir šilumos sukeliamas reakcijas. „Kai geriau suprasime bitumo oksidacinį elgesį, galime ieškoti tinkamų priemonių senėjimui atmosferoje išvengti. Tai gali pratęsti bitumo gaminio tarnavimo laiką daugeliui metų, taupant energiją ir materialinius išteklius “, – paaiškino Koyunas. Tyrime, paskelbtame žurnale„ Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects “, jis jau sužinojo, kaip veikia bitumo cheminė sudėtis. jo senėjimo procesą.

Metodo derinys suteikia naujos informacijos

Glaudžiai bendradarbiaudamas su Harvardo universitetu, „Bruker Nano-Surfaces Division“ ir „IONTOF GmbH“, pirmasis tyrimo autorius Ayse Koyun ištyrė bitumo paviršių, naudodamas tris skirtingus metodus: antrinę jonų masės spektrometriją (ToF-SIMS) ir fluorescencinę mikroskopiją. Šie metodai kartu suteikia vertingų įžvalgų apie daugiafazį bitumo paviršiaus pobūdį. „Įprastų matavimo metodų, naudojamų tiriant paviršiaus kompoziciją, skiriamoji geba yra maža cheminiam apibūdinimui. Tokiu būdu negalima nustatyti atskirų paviršiaus domenų, – paaiškina Koyunas. – Tačiau derindami skirtingus fizikocheminius metodus, struktūrą galime suskirstyti iki dešimties nanometrų. Rezultatas yra tas, kad paviršius yra nevienalytis.

Sukurtas visas vaizdas

„Bitumas jau seniai yra kaip neišspręstas galvosūkis medžiagų chemikams“, – sako Hinrichas Grothe, „Atmosferos“ fizinės chemijos tyrimų grupės vadovas. „Mes žinome daugybę detalių, tačiau iki šiol nepavyko padaryti pilno vaizdo. Tačiau kelių fizikinių ir cheminių metodų derinimas, juos pritaikius, galiausiai leido mums parodyti, kaip atskiros molekulinės sąrangos pasiskirsto bitume. “” Tai leido mums išspręsti galvosūkį ir užbaigti žinias apie bitumą “, – pridūrė Ayse Koyun iš Harvardo. Universitetas, vykdantis dvi mokslinių tyrimų rezidencijas Maršalo stipendijoje ir TU Viena.

Nuorodos:

Ayse N. Koyun, Julia Zakel, Svenas Kayseris, Hartmutas Stadleris, Frankas N. Keutschas ir Hinrichas Grothe’as apie didelės skiriamosios gebos bitumo paviršių mikrostruktūrų nanometrinę cheminę analizę. 2021 m. Birželio 30 d. Mokslinės ataskaitos.
DOI: 10.1038 / s41598-021-92835-3

„Senėjimas SBS modifikuotoje bitumo laboratorijoje ir lauke: cheminės savybės ir mikrostruktūrinis apibūdinimas“, autorius Ayse Nur Koyun, Johannes Büchner, Michael P. Wistuba ir Hinrich Grothe, 2021 m. Gegužės 18 d. Koloidai ir paviršiai A: fizikocheminiai aspektai ir inžinerija.
DOI: 10.1016 / j.colsurfa.2021.126856

Finansavimas:

Austrijos federalinė skaitmeninių ir ekonominių reikalų ministerija, Nacionalinis tyrimų, technologijų ir plėtros fondas, Krikščionių Doplerio tyrimų asociacija, COST veiksmas CA17120 Chemobrionika, COST (Europos bendradarbiavimas mokslo srityje).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Nuodingos kempinės apsaugo nuodingus paukščius ir varles nuo savo toksinų

Auksinė nuodų varlė, Phyllobates terribilis. Kreditas: Chris Wellner, Smithsonian nacionalinis zoologijos sodas Kalifornijos universiteto, San Francisko (UCSF), Stanfordo universiteto ir Kalifornijos mokslų akademijos (CAS)...

Didelė pažanga švarios energijos kuro elementų reakcijų srityje

Žinant geležies atomų tankį ir vietos dinamiką, pasiekiamas efektyvumo lygis kuro elementų oksidacijos reakcijoje, kuri niekada nebuvo realizuota. Kreditas: Teksaso universitetas Austine /...

Astronomai atranda mažytę uolėtą planetą – tik pusę Veneros masės

Šis grafinis simbolis rodo L 98-59b, vieną iš L 98-59 35 šviesmečių sistemos planetų. Sistemoje yra keturios patvirtintos uolienų planetos, kurios gali atsirasti...

Du antihipertenziniai vaistai apsaugo nuo tos pačios širdies ligos, bet skirtingo šalutinio poveikio

Analizuojant beveik 3 milijonus pacientų, vartojusių pirmuosius kraujospūdį mažinančius vaistus, angiotenzino receptorių blokatoriai (ARB) buvo tokie pat geri kaip ir angiotenziną konvertuojančių fermentų (AKF)...

Ličio jonų akumuliatorių „įkūrėjas“ padeda savo atradimu išspręsti 40 metų senumo problemą

Ličio jonų akumuliatorių su SNS neutronais įkūrėjas patvirtino, kad katodo medžiaga (mėlyna) be ličio niobio oksido (šviesiai žalia) žymiai sumažino pirmojo ciklo energijos nuostolius...

Newsletter

Subscribe to stay updated.