Τμήμα Χημικών Μηχανικών (ΔΕ)

Permanent URI for this collection

Browse

Recent Submissions

Now showing 1 - 5 of 146
  • Thumbnail Image
    Item
    Open Access
    Αξιοποίηση υπολειμμάτων aloe vera για παραγωγή βιοαερίου μέσω της διαδικασίας της αναερόβιας χώνευσης
    (2024-03-19) Αγγέλου, Γεωργία-Αφροδίτη; Angelou, Georgia-Afroditi
    Στις μέρες μας οι ενεργειακές ανάγκες αυξάνονται όλο και περισσότερο. Έτσι έχει δημιουργηθεί η ανάγκη για την εύρεση νέων μεθόδων και τη χρήση νέων υλών με σκοπό την κάλυψη τους. Μέχρι και σήμερα ο επιστημονικός κλάδος έχει στρέψει την προσοχή του στη χρήση πιο οικονομικών, αλλά και φιλικών προς το περιβάλλον μορφών ενέργειας. Η βιομάζα αποτελεί ένα παράδειγμα μορφής ενέργειας της οποίας η χρήση προσδίδει όλο και πιο αποδοτικά αποτελέσματα και η χρήση της όλο και αυξάνεται. Κάθε χρόνο αποβάλλονται μεγάλες ποσότητες βιομάζας οι οποίες παραμένουν ανεκμετάλλευτες. Έτσι αναπτύσσονται όλο και πιο εξελιγμένες και σύγχρονες τεχνολογίες με σκοπό τη χρήση όσο το δυνατόν περισσότερης ποσότητας βιομάζας για τη χρήση της ως πηγή ενέργειας. Το νέο αυτό μοντέλο ανάπτυξης στοχεύει τόσο στον περιορισμό των αποβλήτων, αλλά και στη μείωση των αναγκών για νέους πόρους που πρέπει να αντληθούν με μεγάλο οικονομικό και περιβαλλοντικό κόστος. Ακολουθώντας αυτό το πλαίσιο η παρούσα διπλωματική εργασία μελετά τη χρήση των υπολειμμάτων του φυτού Aloe vera, ενός αγροτοβιομηχανικού παραπροϊόντος, για την παραγωγή βιοαερίου μέσω της διαδικασίας της αναερόβιας χώνευσης. Ταυτόχρονα γίνεται ο έλεγχος συνδυασμού του παραπροϊόντος αυτού με την κοπριά, που είναι γνωστό πως αποτελεί πρώτη ύλη για παραγωγή ενέργειας, με σκοπό την μεγαλύτερη απόδοση αποτελεσμάτων, δηλαδή την καλύτερη παραγωγή βιοαερίου. Το βιοαέριο που θα παραχθεί, μπορεί να χρησιμοποιηθεί προκειμένου να καλύψει ενεργειακές ανάγκες, επιτυγχάνοντας έτσι το μοντέλο της κυκλικής οικονομίας. Στο πλαίσιο της εργασίας αυτής πραγματοποιήθηκε ο φυσικοχημικός χαρακτηρισμός των πρώτων υλών, δηλαδή της κοπριάς και της αλόης, με σκοπό την ανάλυση των κυρίως οργανικών συστατικών τους με σκοπό τη σύγκριση με βάση τα αποτελέσματα του πειράματος. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε η χρήση αυτών ως υποστρώματα σε δοκιμές BMP σε μεσόφιλες συνθήκες (37oC) υπό συνεχή ανάδευση. Τα δείγματα που δημιουργήθηκαν ήταν καθαρά δείγματα των πρώτων υλών, αλλά και για πρώτη φορά μελετήθηκε ο συνδυασμός διαφορετικών αναλογιών των δύο πρώτων υλών. Από τα δείγματα αυτά, μεγαλύτερη παραγωγή μεθανίου παρατηρήθηκε στα δείγματα των μειγμάτων με την αναλογία των 0%-100% (AV-CM), δηλαδή στην καθαρή κοπριά, σε ποσότητες 1996.9 ± 65.6 ml CH4/g VS. Παρόλα αυτά, παρατηρήθηκε πως τα δείγματα του συνδυασμού κοπριάς και Aloe vera με αναλογία 25%-75% έδωσαν ποσότητες ικανοποιητικά ίδιες με εκείνες της καθαρής κοπριάς σε τιμές των 1993.5 ± 46.4 ml CH4/g VS, συγκριτικά με την καθαρή Aloe vera που έδωσε τιμές 1600.23 ± 224.9ml CH4/g VS. Τέλος, αξίζει να σημειωθεί πως έγινε η σύγκριση των πειραματικών αποτελεσμάτων με τα θεωρητικά αποτελέσματα και εξισώσεις βιβλιογραφίας, όπου αποδείχθηκε πως η κοπριά ωθεί θετικά την αλόη για περισσότερη παραγωγή μεθανίου, με μεγαλύτερη προώθηση από τα θεωρητικά δεδομένα που αναμένονταν στο δείγμα με αναλογία 25%-75%. Συμπερασματικά, η Aloe vera ως υπόστρωμα για την παραγωγή βιοαερίου μπορεί να δώσει θετικά αποτελέσματα. Όμως, απεδείχθη πως η συγχώνευση της Aloe vera με την κοπριά οδηγεί στην αύξηση της παραγωγικότητας του βιοαερίου, δίνοντας αποτελέσματα σε βαθμό ίδιο με εκείνο της καθαρής κοπριάς. Παρόλα αυτά, προτείνεται η συγχώνευση σε διαφορετικές αναλογίες, είτε η συγχώνευση με διαφορετικό υπόστρωμα, ώστε η Aloe vera να δώσει ακόμη μεγαλύτερα αποτελέσματα.
  • Thumbnail Image
    Item
    Open Access
    Ανάπτυξη ηλεκτροκαταλυτών μικτών οξειδίων για στοιχεία καυσίμου και ηλεκτρολυτικά στοιχεία χαμηλής θερμοκρασίας
    (2024-03-15) Μαλλόπουλος, Κωνσταντίνος; Mallopoulos, Konstantinos
    Η ανάπτυξη στοιχείων καυσίμου με ηλεκτρολύτη αλκαλική μεμβράνη ανταλλαγής ανιόντων (alkaline anion exchange membrane fuel cells, AAEMFCs) εμφανίζει ιδιαίτερο τεχνολογικό ενδιαφέρον κυρίως λόγω των συγκριτικών πλεονεκτημάτων που παρουσιάζει η πραγματοποίηση της ηλεκτροκαταλυτικής αντίδρασης αναγωγής του Ο2 (oxygenreduction reaction, ORR) σε αλκαλικό περιβάλλον σε σχέση με την πραγματοποίησή της σε όξινο περιβάλλον. Μεταξύ των πλεονεκτημάτων αυτών τα σημαντικότερα είναι το λιγότερο διαβρωτικό περιβάλλον και η ταχύτερη εγγενής κινητική, που επιτρέπουν τη χρήση ενός μεγαλύτερου αριθμού ηλεκτροκαταλυτών, εκτός των ηλεκτροκαταλυτών ευγενών μετάλλων, όπως υβριδικών ηλεκτροκαταλυτών άνθρακα - μετάλλων μετάπτωσης, νανοδομημένων ανθράκων ντοπαρισμένων με αμέταλλα, και μικτών οξειδίων με δομή περοβσκίτη. Προς την κατεύθυνση ανάπτυξης εναλλακτικών ηλεκτροκαταλυτών για την ORRσε αλκαλικό περιβάλλον, στην παρούσα εργασία έγινε σύνθεση, με τη μέθοδο της insitu ανάφλεξης, και φυσικοχημικός χαρακτηρισμός (BET, XRD) μίας σειράς έξι περοβσκιτικών οξειδίων La0.8Sr0.2Ni0.95M0.05O3 (M: Ag, Ir, Pd, Pt, Rh, Ru). Μηχανικά μίγματα των περοβσκιτικών οξειδίων με άνθρακα (carbonblack, VulcanXC72R), σε αναλογία μάζας ίση με 3:1, χρησιμοποιήθηκαν για παρασκευή ηλεκτροκαταλυτών των οποίων η δραστικότητα για ORR σε κορεσμένο με Ο2 διάλυμα 0.1 M KOH (σε θερμοκρασία δωματίου) προσδιορίστηκε και συγκρίθηκε με χρήση της τεχνικής του ηλεκτροδίου περιστρεφόμενου δίσκου (RDE). Για κάθε ηλεκτροκαταλύτη, το κινητικό ρεύμα Ιk (εγγενής ρυθμός) προσδιορίστηκε σε διαφορετικά δυναμικά με τη χρήση διαγραμμάτων Koutecky – Levich και στη συνέχεια κανονικοποιήθηκε ως προς την πραγματική επιφάνεια Αoxide των περοβσκιτικών οξειδίων (Αoxide = μάζα x ειδική επιφάνεια), για υπολογισμό της ειδικής δραστικότητας (specific activity), καθώς και ως προς τη μάζα των οξειδίων για προσδιορισμό της δραστικότητας μάζας(mass activity). Τα πειράματα έδειξαν υψηλότερη δραστικότητα ως προς ORR για τον ηλεκτροκαταλύτη La0.8Sr0.2Ni0.95Ag0.05O3/C, σύμφωνα με την ακόλουθη φθίνουσα σειρά ειδικής δραστικότητας και δραστικότητας μάζας: La0.8Sr0.2Ni0.95Ag0.05O3/C > La0.8Sr0.2Ni0.95Ir0.05O3/C > La0.8Sr0.2Ni0.95Pd0.05O3/C > La0.8Sr0.2Ni0.95Ru0.05O3/C > La0.8Sr0.2NiO3/C > La0.8Sr0.2Ni0.95Pt0.05O3/CB > La0.8Sr0.2Ni0.95Rh0.05O3/C. Η συμπεριφορά αυτή μπορεί να αποδοθεί κυρίως σε διαφοροποίηση της ηλεκτρονικής δομής των Β-κέντρων λόγω της μερικής υποκατάστασης του Ni, καθώς και σε μεταβολή του αριθμού των κενών θέσεων ιόντων οξυγόνου.
  • Thumbnail Image
    Item
    Embargo
    Innovative graphene-reinforced museum glass displays
    (2024-03-19) Τερζίδη, Δανάη Χλόη; Terzidis, Danae Chloe
    The destruction of art and cultural heritage with the passing of time has been an unavoidable obstacle in the circle of conservators, as the environmental factor surrounding the works of art has a strong impact on the structural integrity and their overall degradation. The most obvious consequences are fading, yellowing and discolouration, causing serious and irreversible changes in the appearance of the art. Since most of the microclimatic parameters in museum and exhibition spaces are usually controlled according to internationally approved regulations, the main cause of degradation is light. Specifically, ultraviolet (UV) light is the most threatening instigator of degradation and colour fading, though it can be completely avoided by blocking out sunlight and switching from halogen or fluorescent lamps to LED lamps. However, the colour fading damage caused by visible light is significant over the course of time, leading to a slow but steady destruction of the exhibited art. In order to prevent the fading of the art, the incorporation of nanotechnology into the industry of art conservation was suggested, leading to an innovative approach that will provide better results than the conventional methods and materials. In particular, as a barrier layer with exceptional properties, graphene has been proposed as a promising candidate for the protection of works of art. Graphene is a two-dimensional material composed of a single layer of covalently bonded carbon atoms arranged in a hexagonal lattice. Recognised for its outstanding properties, graphene possesses exceptional strength, flexibility, and high electrical and thermal conductivity. Also, its gas and liquid impermeability, combined with its visual transparency and UV-blocking ability, make it ideal for protective coatings that shield artwork from environmental pollutants and moisture without compromising visibility. This thesis serves as a continuation of a previous study by our laboratory’s team which implemented the successful use of graphene veils on paper substrates for the protection of art against degradation and fading. However, the need for a non-contact alternative method has prompted the present study. The aim of this study is the application of graphene sheets on glass frames for the purpose of display in museums and art galleries. The focus is on two components: the technical part, which involves the implementation of a high-quality and large-area roll-to-roll dry transfer of graphene onto glass substrates using a modified laminator, and the assessment of the graphene-coated glass structures for their protective properties against colour fading. The study for the present work was carried out in the Laboratory of Nanotechnology and Advanced Materials at the Institute of Chemical Engineering Sciences of the Institute of Technology and Research (FORTH/ICE-HT) in Patras. Initially, CVD graphene on copper foils, produced in the laboratory, are prepared for transfer by applying a silicone/PET adhesive film as a transfer substrate, where the copper foils are later removed by etching. The graphene with the adhesive film, after a thorough cleaning and drying, is laminated onto a glass substrate with the roll-to-roll method, where the silicone/PET is then removed also by passing through the laminator. The different glass substrates used in the entirety of this study are Museum Glass, UV60, TRU VUE, PMMA, commercial glass, quartz and Ultra-Clear, with a main focus on the five first mentioned glass types. The five different glass structures are characterised in terms of their surface properties such as surface roughness and surface energy to attest the receptivity of glass as a target substrate, as well as thickness, transmittance in the visible range and absorbance in the UV range. The deposited graphene monolayer is characterised to evaluate the quality of the transfer using methods such as optical microscopy, UV-Visible spectroscopy, Raman spectroscopy, and contact angle measurements. The characterisations were followed by ageing processes under visible light irradiation by degrading paper samples dyed with two different colourants, Sigma Aldrich Methylene Blue dye and commercial ink Talens Ecoline Carmine 318. The paper samples were placed under bare glass and graphene-coated glass structures, which were irradiated until a significant value of colour change (ΔΕ*) was observed from calculations derived from L*a*b colour coordinate measurements taken over specific time frames within the ageing process. The protection factors calculated from the measurements show promising protective properties of graphene in the case of heat-assisted ageing degradation due to heat accumulation from the LED light panel reaching a temperature of 50 °C for the three glasses, Museum Glass, UV60 and TRU VUE, and the colourant carmine. The reusability of the glass structures is also tested with subsequent ageing using the same samples. In order to evaluate the protective properties of the structures at temperatures closer to the realistic conditions in museum rooms, ageing processes were also carried out at 30 °C. The heating rate of the glass structures, as well as the graphene-coated glass, was recorded to investigate the thermal properties of graphene, expected to provide a slower heating of the glass substrate as graphene can dissipate the heat on its surface. A few other glass structures were investigated by creating some different configurations with UV60 glass by applying bilayer and trilayer graphene, as well as creating graphene-coated double pane glass structures with and without insulation; however, these structures are recommended for further investigation. In conclusion, the coating of glass panels with graphene fulfils its purpose of preventing and delaying colour changes of the underlying artwork, presenting a promising alternative for artworks with rough surfaces or highly delicate objects with priceless cultural significance that cannot be subjected to direct graphene application. Therefore, the coating of glass frames and display cases with graphene poses an interesting proposal and an innovative aspect of art conservation.
  • Thumbnail Image
    Item
    Open Access
    Μελέτη της μοριακής δομής και διαμόρφωσης μικρών, μη κανονικών πεπτιδίων με τη βοήθεια μοριακών προσομοιώσεων
    (2023-10-12) Παπαγεωργίου, Ιωάννα; Papageorgiou, Ioanna
    Η αναζήτηση νέων αντιμικροβιακών παραγόντων για την καταπολέμηση των βακτηριακών λοι-μώξεων είναι ζωτικής σημασίας, δεδομένου ότι τα συμβατικά αντιβιοτικά είναι πλέον αναποτελε-σματικά σε πολλές περιπτώσεις. Μεταξύ των εναλλακτικών αντιμετώπισης του φαινομένου, τα αντι-μικροβιακά πεπτίδια ξεχωρίζουν εξαιτίας των μη ειδικών μηχανισμών που διαθέτουν και του ευρέως φάσματος δράσης τους. Η παρούσα διπλωματική διατριβή εστιάζει στα αντιμικροβιακά πεπτίδια που προέρχονται από την κερατίνη (Keratin Derived Antimicrobial Peptides-KAMPs) και ειδικότερα στα 18-mer-C και 18-mer-N, των οποίων η αλληλουχία αμινοξέων περιγράφεται από τους Tam et al. (J Clin Invest. 2012). H μη κανονική χωρική τους διαμόρφωσή και τα πρόσφατα πειραματικά δε-δομένα για την βακτηριοκτόνο τους δράση, αποτελούν κινητήριο δύναμη για την περαιτέρω ανά-λυσή τους. Οι μοριακές προσομοιώσεις αποτελούν το κατάλληλο εργαλείο για τη διερεύνηση των AMPs σε ατομικό επίπεδο. Τα υπολογιστικά πειράματα πραγματοποιούνται σε καθορισμένες θερμοδυναμι-κές συνθήκες και βασίζονται σε θεωρητικά ή πειραματικά δεδομένα. Οι δυνάμεις που δρουν σε κάθε άτομο ξεχωριστά υπολογίζονται επαναληπτικά και οι θέσεις μαζί με τις ταχύτητές ενημερώνονται με την αριθμητική επίλυση των εξισώσεων κίνησης του Νεύτωνα. Από την ανάλυση των αποτελεσμά-των αντλούνται οι επιθυμητές πληροφορίες για τη δυναμική συμπεριφορά του συστήματος. Οι προσομοιώσεις στη συγκεκριμένη ερευνητική εργασία περιλαμβάνουν τη μελέτη των KAMPs σε άπειρη αραίωση, καθώς και σε συγκέντρωση 5 % κ.β. παρουσία υδατικού διαλύματος. Επιπλέον, εξετάζεται ο τρόπος που αυτά αλληλοεπιδρούν με μοντέλα που αναπαριστούν μεμβράνες θετικών κατά Gram βακτηρίων. Η τιμή της θερμοκρασίας σε κάθε σύστημα αντιστοιχεί στα 310 Κ και της πίεσης στη 1 atm. Η διάρκεια των προσομοιώσεων εκτείνεται στα 150 ns για τα πεπτίδια σε άπειρη αραίωση και στα 500 ns για τα υπόλοιπα πειράματα. Η ανάλυση των αποτελεσμάτων υποδεικνύει πως τα δύο πεπτίδια KAMP-18 υιοθετούν κυρίως τυχαία διαμόρφωση στο χώρο, ιδιαίτερα παρουσία βακτηριακής μεμβράνης. Τα ευρήματα αυτά συμφωνούν με τα πειραματικά δεδομένα. Επιπλέον, η αλληλοεπίδραση των πεπτιδίων με τη μεμ-βράνη στη διάρκεια των 500 ns προσομοίωσης, είναι ιδιαίτερα ελπιδοφόρα ειδικότερα αν ληφθεί υπόψιν πως σε προσομοιώσεις παρόμοιων συστημάτων πεπτιδίου-μεμβράνης, η διείσδυση στη δι-πλοστιβάδα παρατηρήθηκε ύστερα από ένα (1) μικροδευτερόλεπτο (μs). Αυτό ενθαρρύνει την επέ-κταση της διάρκειας των υπολογιστικών πειραμάτων. Τέλος, παρατηρείται πως η παρουσία ενός μόνο διαφορετικού αμινοξέος στην αλληλουχία, το οποίο επιφέρει αύξηση στο φορτίο, οδηγεί σε ευδιάκριτες διαφορές μεταξύ των πεπτιδίων όσον αφορά τη δευτεροταγή δομή, τη συσσωμάτωση και την αντιμικροβιακή συμπεριφορά.
  • Thumbnail Image
    Item
    Open Access
    Μελέτη της ηλεκτροκροκίδωσης ως μέθοδος προεπεξεργασίας του ορού τυρογάλακτος για την παραγωγή βιοαιθανόλης και βιοαερίου
    (2024-03-12) Κοσίνας, Ανδρέας; Kosinas, Andreas
    Σε παγκόσμιο επίπεδο, η ολοένα και αυξανόμενη τυροκομική παραγωγή έχει οδηγήσει σε μία τεράστια αύξηση των υγρών αποβλήτων που αυτή παράγει. Ο Ορός Τυρογάλακτος (ΟΤ), το κύριο υγρό απόβλητο μιας τυροκομικής μονάδας, αποτελεί ένα αρκετά ρυπογόνο βιομηχανικό απόβλητο, το οποίο, χωρίς την κατάλληλη επεξεργασία μπορεί να δημιουργήσει σημαντικά προβλήματα στο περιβάλλον. Στην Ελλάδα, η μεγάλη παραγωγή σε τυροκομικά προϊόντα, συνεπάγεται και μεγάλη παραγωγή του ΟΤ, του οποίου η επεξεργασία και η διαχείριση αποτελεί μείζον ζήτημα. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, διερευνήθηκε η δυνατότητα εφαρμογής της μεθόδου της Ηλεκτροκροκίδωσης (Η/Κ), ως μέθοδος προεπεξεργασίας του ΟΤ, και την μετέπειτα χρήση του ως υπόστρωμα για την παραγωγή βιοαιθανόλης και μεθανίου. Αρχικά, θέτοντας ως ανεξάρτητες μεταβλητές την ένταση ρεύματος της Η/Κ, τον χρόνο της Η/Κ, και το αρχικό pH, προσδιορίστηκε μέσω της μεθόδου Box – Behnken ο πειραματικός σχεδιασμός της Η/Κ. Τα πειράματα της Η/Κ πραγματοποιήθηκαν σε κλειστούς αντιδραστήρες χρησιμοποιώντας ηλε-κτρόδια αλουμινίου (Al) (μία άνοδο και δύο καθόδους). Μη αραιωμένος ΟΤ υποβλήθηκε σε κατερ-γασία βάσει του πειραματικού σχεδιασμού και αφού αφέθηκε για 2 ώρες να καθιζάνει, μετρήθηκαν τα χαρακτηριστικά του υπερκείμενου και του ιζήματος του επεξεργασμένου υγρού για την εύρεση των βέλτιστων συνθηκών Η/Κ. Στην συνέχεια, πραγματοποιήθηκαν πειράματα για την παραγωγή βιοαιθανόλης και βιοαερίου σε αντιδραστήρες διαλείποντος έργου. Για τα πειράματα παραγωγής βιοαιθανόλης αξιοποιήθηκε το υπερκείμενο υγρό της διαδικασίας της Η/Κ, ενώ για τα πειράματα παραγωγής βιοαερίου το ίζημα αυτής. Για λόγους σύγκρισης και στις δύο διαδικασίες εξετάστηκε και η δυνατότητα παραγωγής βιο-αιθανόλης και μεθανίου από το ανεπεξέργαστο ΟΤ. Η παραγωγή βιοαιθανόλης πραγματοποιήθηκε μέσω της μεθόδου της αλκοολικής ζύμωσης με την χρήση του στελέχους της ζύμης Kluyveromyces Marxianus CCT 7735 (S7). H προεπεξεργασία των δειγμάτων φάνηκε να μην έχει σημαντική επίδραση στην απόδοση καθώς ενώ το ποσοστό κατανά-λωσης υδατανθράκων ήταν μεγαλύτερο σε σχέση με τον ανεπεξέργαστο ΟΤ, η απόδοση σε αιθανόλη των προεπεξεργασμένων δειγμάτων ήταν σχεδόν παρόμοια. Σε κάθε περίπτωση, η παραγωγή αιθα-νόλης και από τον ανεπεξέργαστο αλλά και από τον επεξεργασμένο ΟΤ κινήθηκε σε υψηλά επίπεδα. Με την απόδοση του υπερκείμενου υγρού των πειραμάτων να είναι από 16 - 18,9 gEtOH / L και από 0,43 – 0,52 gEtOH / g υδατανθράκων και του ανεπεξέργαστου ΟΤ ναι είναι 16,2 ± 1,3 gEtOH / L και 0,55 ± 0,02 gEtOH / g υδατανθράκων. Παρόμοια αποτελέσματα ελήφθησαν και από τα πειράματα παραγωγής μεθανίου σε αντιδραστήρες διαλείποντος έργου, οπού η προεπεξεργασία των πειραμάτων δεν επηρέασε σημαντικά την από-δοσή τους σε μεθάνιο (23,45 – 29,36 L CH4 / L δείγματος και 0,28 – 0,37 L CH4 / g XAO) σε σχέση με του ανεπεξέργαστου ΟΤ (22,09 ± 0,7 L CH4 / L δείγματος και 0,38 ± 0,03 L CH4 / g XAO).