Sirvi Autor "Nerut, Jaak, juhendaja" järgi

Nüüd näidatakse 1 - 12 12

Bioelectrochemical systems for enhanced removal of nitrate from water with a low electron donor concentration
(2022-07-06) Lust, Rauno; Mander, Ülo, juhendaja; Kasak, Kuno, juhendaja; Nerut, Jaak, juhendaja; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond
Kõrge nitraadi (NO3) sisaldus pinna- ja põhjavees on suuresti seotud intensiivse põllumajandusega. Kõrge NO3 sisaldus joogivees võib olla inimestele ohtlik, põhjustades näiteks methemoglobineemiat või seedetrakti vähki. Seetõttu on oluline leida erinevaid lahendusi, et NO3 seotud reostust vähendada. Üks protsess, mille käigus NO3 on võimalik eemaldada on denitrifikatsioon. Selle protsessi käigus kasutavad mikroorganismid NO3 elektronakseptorina, just nagu inimesed kasutavad hingamiseks hapniku. Põhja- või pinnavees on denitrifikatsioon aga takistatud, kuna elektrondoonorite, näiteks orgaaniliste süsinikühendite, kontsentratsioon on väike. Väitekirja põhieesmärk oli hinnata, kas mikrobioloogilist elektrosünteesi reaktorit (MESR) on võimalik kasutada NO3 redutseerimise tõhustamiseks, madala elektrondoonorite kontsentratsiooni korral. MESR-i elektroodidele rakendatakse elektrivoolu, et muuta elektronid mikroorganismidele kättesaadavaks ja seeläbi toetada denitrifikatsiooni. Katsete läbiviimiseks valmistati kahe-kambriline MESR ja jälgiti selles toimuvaid protsesse 38 päeva jooksul. Tulemustest selgus, et MESR-i kasutamisel suurenes NO3 redutseerimiskiirus kaks korda, saavutades ärastuskiiruse 1,4 mgN-NO3/(L×päevas) ning samal ajal vähenes ka kasvuhoonegaaside emissioon. Kuna kahe-kambrilise MESR-i kasutamine põhjustas kõrvalekallet neutraalsest pH-st, siis otsustati teostada teine katsete seeria ühekambrilise MESR-ga. Teine katse kestis kokku 612 päeva ja selle käigus prooviti läbi erinevaid tööelektroodi potentsiaale ning optimaalse potentsiaali juures saavutati NO3 redutseerimiskiirus 3,8±1,2 mgN-NO3/(L×päevas). Seejuures jäi ka lahuse pH neutraalseks. Erinevate tööelektroodi potentsiaalide proovimisel leiti, et MESR-i võib kasutada ka teiste lämmastikuringega seotud protsesside, näiteks dissimilatoorse nitraadi redutseerimine ammooniumiks või nitrifikatsiooni, läbiviimiseks. Tulemuste põhjal võib väita, et MESR on paljutõotav tehnoloogia erinevate mikroobsete protsesside toetamiseks ning seetõttu on MESR-i võimalik kasutada väga erinevatel viisidel.
Characterisation of platinum catalysts based on waste tire derived carbons
(Tartu Ülikool, 2024) Raudsepp, Annabel; Jäger, Rutha, juhendaja; Nerut, Jaak, juhendaja; Tartu Ülikool. Füüsika instituut; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond
Töös uuriti hapniku redutseerumise reaktsiooni (ORR) aktiivsust vanarehvidest sünteesitud süsnikalusmaterjalile sadestatud plaatinakatalüsaatoritel. Kuna vanarehvidest saadud süsinik sisaldas erinevaid lisandeid, siis prooviti neid leelise- ja happetöötlusega eemaldada. Plaatina sadestamiseks kasutati kahte süsinikku ja kahte sünteesimeetodit. Saadud süsinikele ja katalüsaatormaterjalidele teostati füüsikaline ja elektrokeemiline karakteriseerimine. Pöörleva ketaselektroodi meetodiga uuriti materjalide ORR-i kineetikat 0,1 M HClO4 lahuses. Sünteesitud Pt katalüsaatorite aktiivsust testiti prootonvahetus-membraaniga kütuseelemendi (PEMFC) ühikrakus. Suurim maksimaalne võimsustihedus (0,42 W cm-2) ja voolutihedus (0,35 A cm-2 0,7 V juures) saavutati materjaliga, milles Pt nanoosakesed olid sadestatud süsinikalusmaterjalile, mis sisaldas rohkem algsest rehvipurust tulenevaid jääke.
Characterisation of platinum catalysts based on waste tire derived carbons
(Tartu Ülikool, 2024) Raudsepp, Annabel; Jäger, Rutha, juhendaja; Nerut, Jaak, juhendaja; Tartu Ülikool. Füüsika instituut; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond
Töös uuriti hapniku redutseerumise reaktsiooni (ORR) aktiivsust vanarehvidest sünteesitud süsnikalusmaterjalile sadestatud plaatinakatalüsaatoritel. Kuna vanarehvidest saadud süsinik sisaldas erinevaid lisandeid, siis prooviti neid leelise- ja happetöötlusega eemaldada. Plaatina sadestamiseks kasutati kahte süsinikku ja kahte sünteesimeetodit. Saadud süsinikele ja katalüsaatormaterjalidele teostati füüsikaline ja elektrokeemiline karakteriseerimine. Pöörleva ketaselektroodi meetodiga uuriti materjalide ORR-i kineetikat 0,1 M HClO4 lahuses. Sünteesitud Pt katalüsaatorite aktiivsust testiti prootonvahetus-membraaniga kütuseelemendi (PEMFC) ühikrakus. Suurim maksimaalne võimsustihedus (0,42 W cm-2) ja voolutihedus (0,35 A cm-2 0,7 V juures) saavutati materjaliga, milles Pt nanoosakesed olid sadestatud süsinikalusmaterjalile, mis sisaldas rohkem algsest rehvipurust tulenevaid jääke.
Development of carbon supported Pt–CeO2 catalysts for proton exchange membrane fuel cells
(2024-07-11) Nguyen, Huy Quí Vinh; Nerut, Jaak, juhendaja; Lust, Enn, juhendaja; Kasuk, Heili, juhendaja; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond
Praeguseks on vesiniktehnoloogiatest ja vesinikuautost saanud maailmamajanduse lahutamatu osa. On oluline rõhutada, et vesinik mängib kriitilist rolli paljudes tööstuslikes rakendustes. Ärimagnaadi ja ettevõtte Tesla Inc kaasasutaja Elon Muski hiljutine tähelepanuväärne samm – mais 2024 vallandatud 500 Supercharger Team’i töötajat – räägib palju Tesla Inc muutuvast elektrisõidukite kontseptsioonist ning tõstatab küsimuse, kas Tesla liigub vesinikuautode tehnoloogia suunas? Toyota Mirai vesinikuauto sisemõõtmed on väiksemad kui tavalise sisepõlemismootoriga auto omad, kuna vesiniku ruumalaline energiamahutavus on võrreldes bensiiniga väiksem. Sisemõõtmete probleemi üks lahendus on võtta autodes kasutusele teisi kütuseid, näiteks metanool või etanool, sest ühe liitri metanooli või etanooli energiasisaldus on vastavalt 50% ja 70% ühe liitri bensiini energiasisaldusest, mis on vastavalt 27 ja 35 korda kõrgem kui vesiniku energiasisaldus rõhul 70 baari. Metanooli kütusena kasutava elektriauto südameks on otsemetanool-kütuseelement (DMFC), mis muundab metanooli keemilise energia elektriks. DMFCde laiaulatusliku kasutuselevõtu olulised takistused on seni olnud DMFC anoodkatalüsaatori madal kasutegur ja ajaline ebastabiilsus. Seetõttu keskenduti selles doktoritöös uue DMFC anoodkatalüsaatori välja arendamisele. Tartu Ülikoolil selge visioon rohelise energia tulevikust on kooskõlas käesoleva doktoritööga. Doktoritöö raames töötati välja läbimurdeline Pt–CeO2/C anoodkatalüsaator, mis on vähemalt sama aktiivne ja stabiilne kui kirjandusest leitavad parimad katalüsaatorid. Laboratoorsel skaalal saavutas sünteesitud katalüsaator elektroodi potentsiaalil 0,50 V metanooli oksüdeerimisvoolu väärtuse 0,86 〖"A g" 〗_"Pt" ^(-"1" ) ja elektroodi potentsiaalil 0,85 V 201 〖"A g" 〗_"Pt" ^(-"1" ). Selle suurepärase tulemuse saavutamiseks optimeeriti edukalt Pt ja CeO2 nanoosakeste sünteesimeetodeid. Mõistmaks struktuuri mõju katalüütilisele aktiivsusele uuriti põhjalikult katalüsaatorite struktuuri ja elektrokeemilist aktiivsust. Selgitati välja mitmed sünteesi võtmetegurid, mis mõjutavad metanooli oksüdeerimisaktiivsust katalüsaatoritel. Samuti töötati välja uus DMFC katalüsaatori süsinikkandjamaterjal, mis on parem kommertsiaalsetest süsinikest.
Experimental realization and applications of the unified acidity scale
(2017-11-03) Heering, Agnes; Leito, Ivo, juhendaja; Nerut, Jaak, juhendaja; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond
Happelisus on keskkonna, toodete ja toidu puhul tähtis näitaja. Kõik teavad, et sidrun on hapum kui maasikas, kuid kõiki asju ei saa maitsta. Kuidas sellisel juhul happelisust hinnata? Happelisuse hindamiseks on kasutusel pH ning mida väiksem on mingi olluse pH näit, seda happelisem see on. Vees on pH skaala ulatus 0 kuni 14 ning skaala keskel, pH 7 juures on vesi neutraalne. Vees on pH mõõtmine lihtne, olles üks levinumaid mõõtmisi keemia laborites. Hoopis keerulisem on asi mittevesikeskkondades – bensiinis, taimeõlis, lihas jne. Sisuliselt võib öelda, et igal keskkonnal on oma pH skaala, kuid need ei ole omavahel võrreldavad. Temperatuuri mõõtmiseks kasutatakse näiteks Celsiuse ja Kelvini skaalat, kuid temperatuuri osatakse ühest skaalast teise teisendada. Sama ei saa öelda pH puhul, kuna skaalade nullpunktid eri keskkondades on teadmata. Seega kehtis kuni viimase ajani kahetsusväärne olukord, kus mõiste pH tähendab igas keskkonnas ise asja ja need pH väärtused ei ole omavahel võrreldavad. 2010. aastal töötati välja üldistatud happelisuse (pHabs) skaala kontseptsioon – üks skaala kõigi keskkondade jaoks. Selles skaalas esitatuna on võimalik kõikide keskkondade happelisusi omavahel võrrelda. Teoorias asendas üks skaala kõiki neid sadu ja tuhendeid pH skaalasid, kuid see kontseptsioon oli algselt olemas vaid teooria tasemel – mõõta pHabs väärtusi veel ei osatud. Doktoritöö eesmärk oli viia see teooria ellu ehk arendada välja meetod pHabs mõõtmiseks ning esimest korda ajaloos mõõta üldistatud happelisusi. Töö eesmärk täideti edukalt ning nüüd on olemas võimalus mõõta üldistatud happelisusi. Loodud meetodi esmaseks rakenduseks oli vesi-metanooli ja vesi-atsetonitriili segude üldistatud happelisuste mõõtmine. Neid segusid kasutatakse mobiilfaasidena vedelikkromatograafia-massispektromeetria meetodis, mis on praegusel ajal üks levinumaid ja võimekamaid analüüsimeetodeid. Valdavalt käib mobiilfaasi pH valimine katse-eksitusmeetodil. Tegeliku happelisuse teadmine võimaldab valida sobivaima mobiilfaasi, säästes keskkonda, aega ja raha. Selle töö suurim saavutus on mõõtevõimekuse tekitamine. Nüüdsest saab mõõta järgmiste huvipakkuvate objektide üldistatud happelisusi ning järjest avardada inimkonna arusaama happelisusest väljaspool teada-tuntud vesikeskkonda.
Heksaakvakroom(III)perkloraadi ja fluoropentaakvakroom(III) perkloraadi elektroredutseerumise kineetika uurimine kaadmium(0001) ja vismut (001) monokristallide tahkude
(Tartu Ülikool, 2012) Sepp, Silver; Nerut, Jaak, juhendaja; Tartu Ülikool. Keemia instituut; Tartu Ülikool. Loodus- ja tehnoloogiateaduskond
Influence of porosity of the carbide-derived carbon on the properties of the composite electrocatalysts and characteristics of polymer electrolyte fuel cells
(2016-12-19) Sepp, Silver; Lust, Enn, juhendaja; Nerut, Jaak, juhendaja; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond.
Polümeerelektrolüütmembraan (PEM) kütuseelement on seade, mis toodab elektrit kütuse ja oksüdeerija vahelise elektrokeemilise reaktsiooni käigus vabaneva energia arvelt. Kuna PEM kütuseelemendid töötavad võrdlemisi madalal temperatuuril (ca 80 °C), siis on seda võimalik kiiresti käivitada ning kasutada lisaks statsionaarsetele lahendustele ka portatiivsetes rakendustes nagu näiteks elektriauto. PEM kütuseelemendi efektiivsust piirab hapniku elektroredutseerumise reaktsiooni suur ülepinge katoodil, seega töötatakse tänapäeval välja palju uudseid katalüsaatorimaterjale, mis seda reaktsiooni kiirendavad. Enimkasutatud PEM kütuseelemendi elektroodimaterjal on plaatina nanoosakestega aktiveeritud suure eripinnaga süsinik. Antud töös uuriti erinevatest karbiididest sünteesitud süsinikmaterjalide sobivust PEM kütuseelemendi rakenduses ning võrreldi tulemusi kommertsiaalse süsinikmaterjaliga. Erinevate omadustega süsinikmaterjale sünteesiti karbiidide WC ja Mo2C kõrgtemperatuurse kloreerimise käigus kindlatel temperatuuridel vahemikus 600 kuni 1100 °C. Antud süsinikmaterjalid on kõik suure eripinnaga, kuid erinevad üksteisest kristallilisuse ning pooride suuruse jaotuse poolest. Süsinikmaterjalidele sadestati plaatina nanoosakesed naatrium-boorhüdriidiga redutseerimise meetodil. Erinevate füüsikaliste karakteriseerimise meetoditega määrati plaatinaosakeste suurus ning osakaal, materjali kristallilisus ning eripind ja pooride suuruse jaotus. Hapniku elektroredutseerumise kineetikat uuriti kolmeelektroodses süsteemis väävelhappe vesilahuses, kus klaassüsinikust elektroodile oli kantud kas süsinikust katalüsaatorikandja või plaatinaga aktiveeritud katalüsaatormaterjal. Leiti, et grafitiseerituse astmel (defektide hulgal) ning mikro- ja mesopooride ruumalade suhtel (st. pooride suurusjaotusel) on suur mõju hapniku elektroredutseerumise ülepingele. Kütuseelemendi membraanelektroodide süsteemi (membrane electrode assembly, lühend MEA) valmistamiseks kasutati Mo2C-st temperatuurivahemikus 600 kuni 1000 °C sünteesitud süsinikmaterjale ning kommertsiaalset süsinikku Vulcan XC72. Leiti, et Mo2C-st sünteesitud süsinikmaterjalid on sobivad katalüsaatori kandjad nii anoodi kui ka katoodi jaoks (sünteesitud vahemikus 600 kuni 850 °C), kuna just nendel materjalidel on lisaks kõrgele eripinnale ka sobilik poorijaotus ning grafitiseerituse aste. Võrreldes laialdaselt kasutatud kommertsiaalse süsinikmaterjaliga on karbiidsete süsinike baasil võimalik valmistada suurema efektiivsusega ning ajalise stabiilsusega PEM kütuseelemente, kuna nende materjalide füüsikalised ning elektrokeemilised omadused on antud rakenduses sobilikumad.
Lämmastikuga dopeeritud redutseeritud grafeenoksiidi rakendamine kütuseelemendi katalüsaatori alusmaterjalina
(Tartu Ülikool, 2025) Krüüner, Ekke; Kasuk, Karl-Ander, juhendaja; Nerut, Jaak, juhendaja; Thomberg, Thomas, juhendaja; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond; Tartu Ülikool. Füüsika instituut
Methanol oxidation on platinum-rare-earth metal oxide activated catalysts
(2023-07-17) Valk, Peeter; Nerut, Jaak, juhendaja; Lust, Enn, juhendaja; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond
Kütuseelemendid on seadmed rohelise energia tootmiseks. Roheline vesinik on juba üpris levinud. Rohelist metanooli toodetakse kinnipüütud CO2-st taastuvenergia abil. Vesinik-kütuseelementides tekib jäägina vesi. Metanooli puhul lisaks ka CO2 - tegu on sama CO2-ga, millest toodeti roheline metanool. See on kui null-summa mäng. Mis kasu on null-summa mängust? Sest nulliring on vaid CO2 puhul. Kasu tekib üleliigse taastuvenergia salvestamisest metanoolina, mida saab kasutada rohelise energia tootmiseks, kui energiat on puudu. Kütuseelemendid ei tekita ohtlikke nanoosakesi ega ühendeid, mis põhjustavad sudu ja happevihmu. Metanool-kütuseelemendi väljundist saab CO2 taassiduda. Kütuseelemendis on vaja Pt katalüsaatori nanoosakesi, mis kiirendavad reaktsioone. Mida väiksem on osake, seda suurem on pind reaktsioonide toimumiseks. Töö üks eesmärke oli Pt nanokatalüsaatorite süntees. On erinevaid mooduseid, kuidas neid valmistada: näiteks etüleenglükooli ning mikrolaineahju abil saab sadestada sobivaid Pt nanoosakesi, samuti plaatina ühendite kuumutamisel vesinikus. Nanoosakesed sadestati süsinikkandjale, mis juhib elektrit ja võimaldab reagentide liikumist kütuseelemendis. Tartu Ülikoolis valmistatud süsinikmaterjalidel on hea elektrijuhtivus, stabiilsus ning suur eripind. Pt on hea katalüsaator metanooli oksüdeerimiseks, kuid Pt hoiab mõnd vaheühendit oma pinnal liiga tugevasti kinni. Need ühendid tuleb pinnalt puhastada. Üks kallis variant selleks on ruteeniumi kasutamine. Selles töös uuriti odavamate haruldaste muldmetallide oksiidide kasutusvõimalusi. Tseeriumi või praseodüümi oksiidide sadestamiseks süsinikule koos Pt nanoosakestega uuriti erinevaid meetodeid. Parimad tulemused saavutati kuumutades praseodüümhüdroksiidi inertgaasis 1100 kraadini. Pt sadestati vesinikuga redutseerides madalamal temperatuuril. Katalüsaator koosnes väikestest hästi jaotunud Pt nanoosakestest ning eri vormides olevatest praseodüümoksiidi nanovarrastest. Need katalüsaatorid kiirendavad efektiivselt metanooli oksüdeerimist, kuna on tagatud Pt pinna puhastumine. Haruldase muldmetalli oksiidi pinnale adsorbeeruvad hapnikku sisaldavad ühendid, mis difundeeruvad Pt pinnale ja puhastavad selle. Tekib CO2, mis lahkub pinnalt, ning roheline tsükkel jätkub.
Prootonvahetusmembraaniga kütuseelemendi katalüsaatori süntees ja selle pindkontsentratsiooni optimeerimine elektroodidel
(Tartu Ülikool, 2022) Allikmäe, Anna-Mai; Nerut, Jaak, juhendaja; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond; Tartu Ülikool. Füüsika instituut
Rehvipurust sünteesitud süsinikule sadestatud plaatina katalüsaatorite hapniku redutseerumise aktiivsus kütuseelemendis
(Tartu Ülikool, 2022) Raudsepp, Annabel; Jäger, Rutha, juhendaja; Nerut, Jaak, juhendaja; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond; Tartu Ülikool. Füüsika instituut
Ujuvelektroodi kasutamine plaatinapõhiste hapniku redutseerimise katalüsaatorite aktiivsuse määramiseks
(Tartu Ülikool, 2025) Arukaevu, Kaspar; Nerut, Jaak, juhendaja; Kasuk, Karl-Ander, juhendaja; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond; Tartu Ülikool. Füüsika instituut