Introduktion

Diskussionen om fordele vs. miljøomkostninger ved emballagematerialer er konstant. I denne tid med stadigt stigende miljøbevidsthed belønner kunderne ofte “at være grøn”, og papir har sikkert en plads i spidsen for emnet.

For at kunne anvendes som emballagemateriale til fødevarer skal papir imidlertid opfylde en række krav. På den ene side skal aromamolekylerne blive inde i fødevaren, og på den anden side skal emballagen beskytte fødevaren mod miljøpåvirkninger som f.eks. ilt eller organiske molekyler, der kan udløse modning eller give rådne smagsstoffer. Da papir er et porøst materiale, er en vigtig egenskab transport af molekyler gennem den porøse struktur for at få indsigt i og kontrol over de ovennævnte spørgsmål. Et af de spørgsmål, der skal besvares i denne forbindelse, er, i hvilket omfang molekyler adsorberes på porernes vægge. Dette gør adsorptionsundersøgelser af molekyler på celluloseoverflader så meget desto vigtigere.

Litteratursøgning afslører et betydeligt antal undersøgelser af cellulosematerialer i våd tilstand med henblik på at fjerne forurenende stoffer fra vand (se f.eks. Voisin et al., 2017). Også adsorption af polyelektrolytter på papirmasse er blevet undersøgt intensivt (se f.eks. Li et al., 2003; Neumann et al., 2018). Adsorption af mindre molekyler har tiltrukket sig mindre opmærksomhed, som det blev bevist i en nylig gennemgang (Lombardo og Thielemans, 2019). Adsorption af aromatiske forbindelser på cellulose er blevet undersøgt af Perez et al. (2004). Benzophenon adsorption blev undersøgt af Mazeau og Vergelati (2002) og Kongorød adsorption af Mazeau og Wyszomirski (2012). Adsorption af naphtalin og pyren blev undersøgt af Tozuka et al. (1998, 2002). Urea adsorption er blevet undersøgt af Chen et al. (2017), for blot at nævne nogle få eksempler. Disse artikler er dog ikke relevante for området fødevareemballage. Vi undersøger derfor specifikt adsorptionen af små molekyler fra gasfasen på celluloseholdige overflader. Inden for denne sammenhæng er dynamisk dampsorbtion blevet undersøgt indgående (se f.eks. Xie et al., 2011). Normalt finder sådanne undersøgelser sted under ligevægtsforhold. Når adsorption af små molekyler sker i papiremballage, er det usandsynligt, at der er tale om ligevægtsforhold. Vi foreslår snarere at undersøge adsorption af små molekyler under højvakuumbetingelser langt fra ligevægt. Desværre er det umuligt at foretage sådanne målinger med papirprøver, da papiret ikke kan opvarmes direkte i et vakuumkammer. Derfor må vi anvende et modelsystem, i vores tilfælde tynde cellulosefilm. På trods af at sådanne tynde cellulosefilm er fremstillet af cellulose II i stedet for cellulose I, som findes i papir, blev det vist, at disse film er et nyttigt erstatningsmodelsystem for papir (Rohm et al., 2014). Tynde cellulosefilm er også tidligere blevet anvendt som substrater til vandadsorption (se f.eks. Niinivaara et al., 2015, 2016; Hakalahti et al., 2017) og sukkeradsorption (Hoja et al, 2014).

Med denne undersøgelse præsenterer vi de første højvakuumbaserede adsorptions- og temperaturprogrammerede desorptionsspektroskopiundersøgelser af n-decan og deutereret methanol på tynde cellulosefilm.

Materialer og metoder

Udstyr og styresystemer

– Rotary vane pumpe:

Leybold TRIVAC D 25 B

– Turbo molekylærpumpe & styresystem:

Oerlikon Leybold Vacuum, Turbovac type TMP151 & Turbo.Drive TD20 classic

– Quadrupolmassespektrometer &- Kontrolsoftware:

Balzers Prisma type QME 200 (CF DN40) & Quadstar 32-Bit

– Strømforsyning:

HP DC Power Supply System 6261B

– Temperaturstyringssystem

PID (Proportional-Integral-Derivativ)-regulator i National Instruments LabVIEW 7.0

– Bayard-Alpert-måler &-reguleringssystem:

Leybold AG IE 414 (CF DN40) & IONIVAC IM 520

– Manuel vinkelventil

Balzers EVA 025 H (KF DN25)

– Gasindløbsventil

Pfeiffer Vakuumgasdoseringsventil EVN 116 (KF DN16)

– Metal-til-glas-stikdåse:

GMA-KF16-KGD-152-TD13 (KF DN16).

TPD-systemet

Det primære vakuumkammer er et seksvejskryds af rustfrit stål. Pumpesystemet består af en turbo-molekylærpumpe, der er fastgjort på undersiden af hovedkammeret (se figur 1), efterfulgt af en roterende lamelpumpe, der ikke er vist i figur 1. Kvadrupolmassespektrometeret og Bayard-Alpert-måleren er monteret på venstre og højre side af kammeret. Gasindløbsventilen er monteret på bagsiden og forbundet til en glasbeholder med de flydende organiske molekyler (se figur 1 bagfra).

Den øverste side af den seksvejs krydsning forlænges af en adapter til et DN63 CF-flangedæksel, som fastgøres med en hurtig CF-klemme-kæde, der giver hurtigere prøveudskiftning. Flangedækslet har to elektriske og en termokoblingsgennemføring samt et borehul ind i kølefingrets kobberhus. Kølefingeren, et hult cylindrisk kobberstykke, er monteret på indersiden af dette flangedæksel, der strækker sig ned til midten af kammeret og går over i et fladtrykt endestykke, senere benævnt “prøveholder” (figur 2). På denne platform er der fastgjort to prøveholderbænke, som er isoleret af afstandsstykker af aluminiumoxid, der sørger for elektrisk isolation og varmeledning.

Selve prøvesubstratet er en 1 × 1 cm stor plade af rustfrit stål med to Ta-tråde til modstandsopvarmning og et termokobbel af K-typen, der er punktsvejst på bagsiden af den. Substratet monteres ved at fastspænde varmetrådene i prøveholderbænkene, som er forbundet med den elektriske gennemføring ved hjælp af kobberkabler.

I den midterste sektion rummer kølefingeren også to mini-stik af aluminiumoxidtermokobler, som er sat sammen. Mens det øverste ministik er permanent forbundet til flangedækslets termokoblingsgennemføring, fungerer det nederste stik som et klembræt til de termokoblingstråde, der kommer fra prøvens bagside (se figur 2).

For at øge gasstrømmen til prøveoverfladen peger et gasindløbsrør, der er forbundet med gasindløbsventilen (se figur 3), mod prøveoverfladen i en vinkel på ca. 35° og ender i en afstand på ca. 3 cm fra prøveoverfladen. Massespektrometeret er placeret præcis over for prøveoverfladen i samme afstand.

Proveforberedelse

Proven er forberedt efter samme standardprocedure som foreslået af Kontturi et al. (2003) og Rohm et al. (2014), idet substratet er belagt med en tynd cellulosefilm. Den pågældende cellulose er trimethylsilylcellulose (TMSC) med en substitutionsgrad på ca. 2,8 (Thüringisches Institut für Textil-und Kunstoff-Forschung e.V. (TITK), Tyskland) og er opløst i toluen med en koncentration på ca. 1 mg/ml. Den resulterende opløsning dryppes på den polerede metaloverflade af prøven og lufttørres. Derefter anbringes en dråbe 10% HCl i en petriskål, og prøven anbringes lige ved siden af HCl-dråben. Fadet, herunder prøveopstillingen, dækkes derefter med aluminiumsfolie og efterlades til at reagere i 15 min.

I henhold til Konturri og Djak resulterer denne procedure i en fuldt regenereret cellulosefilm med en tykkelse på ca. 50 nm (Kontturi et al., 2003; Djak et al., 2011). Ved FTIR-målinger af filmene blev der ikke fundet nogen trimethylsilylinducerede vibrationer i de rene cellulosefilm. Der blev dog fundet masse 73 ved termisk desorption, som kunne svare til trimethylsilylfragmentet. Mængden af resterende TMSC ligger således under FTIR-detektionsgrænsen (~1 × 1013 molekyler) og over detektionsgrænsen for massespektroskopi. Tykkelsen af flere andre prøver blev også målt ved hjælp af AFM. Efterfølgende blev disse AFM-prøver ikke længere brugt til desorptionseksperimenter for at undgå, at ridserne forårsaget af AFM-tykkelsesmålingerne påvirker desorptionsadfærden.

Folierne er fuldstændig amorfe; derfor forventer vi ikke at se en porøs struktur i dem. Under AFM-undersøgelser af sådanne film (Ganser et al., 2014, 2016; Rohm et al., 2014) er der ikke fundet tegn på porer. Dette indikerer, at tætheden bør ligge tæt på den for regenereret cellulose. Ikke desto mindre blev porøsitet og densitet af filmene ikke målt inden for rammerne af denne undersøgelse.

Eksperimentel procedure

Evakuering

Proven monteres i prøveholderbænkene, og termokoblet tilsluttes (se ovenfor). Prøveholderen indsættes i vakuumkammeret, og temperaturovervågningen startes. Flangedækslet fastgøres ved hjælp af hurtig CF-klemme-kæden, og vakuumkammeret evakueres til et grundtryk på ca. 5 × 10-9 mbar. På grund af massespektrometerets filamenter og Bayard-Alpert-måleren er prøvens temperatur i vakuumkammeret på 55 °C, mens evakueringen finder sted.

Restgasanalyse

Der udføres en restgasanalyse ved at optage et massespektrum fra masse 1 til masse 100 (et sådant massespektrum er vist i de understøttende oplysninger (SI figur 1) til evaluering af startbetingelserne og vakuumkvaliteten.

Køling

Væske nitrogen (N2(l)) fyldes nu gentagne gange i kølefingeren. Når prøvens forudindstillede basistemperatur (-80 °C) er nået, opretholdes den ved moderat, PID-styret (Proportional-Integral-Derivativ), modstandsopvarmning og yderligere N2(l)-køling efter behov.

Adsorption

Gasindløbsventilen åbnes nu forsigtigt. På grund af damptrykket ved stuetemperatur af de organiske molekyler i adsorbatbeholderen doseres dampen ind i vakuumkammeret. Prøven holdes ved -80 °C under adsorptionen. Ventilen justeres, indtil indstrømningen af de gasformige organiske molekyler og pumpningen fra turbomolekylpumpen udjævnes til et stabilt tryk på 5 × 10-6 mbar. Dette tryk opretholdes derefter i en bestemt adsorptionstid på 6 minutter. Efter denne tid lukkes gasindløbsventilen hurtigt, og kammertrykket vender tilbage til grundtrykket.

Desorption

Det tager ca. 1 min. at nå grundtrykket, og den termiske desorptionsproces startes fra -80°C. PID-regulatoren opvarmer prøven med en opvarmningshastighed på 1 °C/s til den øvre temperaturgrænse på 600 °C. Under desorptionen registreres intensitetssignalerne for de forudindstillede masser kontinuerligt i forhold til tiden af massespektrometeret. Samtidig registreres prøvetemperaturen som en funktion af tiden. Hver masseintensitet genplottes derefter som en funktion af temperaturen. Dette repræsenterer en ret typisk opsætning for TPD-målinger (se f.eks. Hohenegger et al., 1998).

Da kun et begrænset antal masseintensiteter kan registreres i en række, repræsenterer hver masse et karakteristisk fragment af et deltagende molekyle: masse 57 for n-decan, masse 34 for deutereret methanol (D3COD), masse 44 for CO2 og masse 18 for H2O. Mens de to første masser er karakteristiske for de adsorberede arter, er de to sidstnævnte masser karakteristiske for cellulose-desorption.

Adsorberede molekyler

Aaromatiske molekyler er normalt organiske molekyler med et ret højt damptryk. Man kan støde på både polære og upolære aromamolekyler. For at få et første indtryk af sådanne molekylers adsorptionsadfærd på en cellulose-tyndfilm har vi anvendt n-decan som et upolært molekyle og deutereret methanol (D3COD) som et polært molekyle. Begge molekyler blev fremstillet i p.a.-kvalitet fra Sigma Aldrich (deutereret methanol ≥99 %, isotopisk renhed ≥99,8 atom % D, n-decan ≥99,5 %) og blev renset in situ via flere fryse- og optøningscyklusser. Molekylmassen af n-decan er 142 amu, og damptrykket ved 30 °C er 3,17 hPa, hvilket viste sig at være tilstrækkeligt til adsorption. Da det anvendte quadrupolmassespektrometer har en maksimal masse på 100 amu, var vi nødt til at se på masse 57 for n-decan. Det viste sig i sidste ende også at være den højeste top i n-decanmassespektret. Masse 57 er også af ret lav intensitet i massespektret af den desorberende cellulosefilm. Massespektret af n-decan kan findes i de understøttende oplysninger (SI figur 2). Massespektret af n-decan forblev uændret over tid og viser ingen tegn på forurening med lavere carbonhydrider. Ikke desto mindre kan spor af nonan- og oktanforurening ikke helt udelukkes.

Den molekylære masse af deutereret methanol er 36 amu. Den højeste top i massespektret af deutereret methanol ligger ved 34 amu. I vores TPD-målinger anvendte vi denne masse som indikator, da den hverken interfererer med massespektret af den desorberende cellulosefilm eller med n-dekanen. Massespektret af den deutererede methanol under eksponeringen kan også findes i de understøttende oplysninger (SI figur 3). Damptrykket for deutereret methanol ved 20°C er 129 hPa.

Resultater og diskussion

De eksponerede molekyler adsorberer ikke kun på cellulosefilmen, fordi adsorptionen sker via gasfasen. Derfor blev der gennemført en række blinde eksperimenter for at sikre, at de fundne virkninger kun stammer fra cellulosefilmene. I blindforsøget blev de rene substratfilm med og uden adsorption af n-decan og deutereret methanol testet. Disse tre forsøg viser klart desorptionstoppe, der adskiller sig fra dem, der præsenteres her. Uden forudgående gasadsorption på cellulosefilmene finder man (se figur 4) flere fragmenter, der desorberes i det samme temperaturområde, som det fremgår af TPD-spektret nedenfor.

Cellulose desorption/nedbrydning fingeraftryk

Figur 4 viser resultatet af et TPD-forsøg med en cellulosefilm uden forudgående gasadsorption. I det tredimensionelle plot kan man se, at den maksimale intensitet af cellulose-desorptionsfragmenterne forekommer ved ca. 360°C. Dette er en lavere temperatur end dem for de andre TPD-spektre, der er vist senere. Opvarmningshastigheden i ovennævnte forsøg er kun 0,1 °C/s i modsætning til 1 °C/s i alle de andre forsøg. Den lavere opvarmningshastighed blev nødvendig, da det tager meget længere tid at opsamle et komplet massespektrum fra 0 til 100 amu end de 4 individuelle masser i de andre eksperimenter, der er vist senere.

Det ses i figur 4, at både masse 18 og masse 44 desorberes under nedbrydning og desorption af cellulose. De mest intense desorptionstoppe er ved masserne 73 og 75 amu. Mens toppen ved masse 73 passer til trimethylsilylgruppen, kan man ikke forklare masse 75 ved hjælp af denne gruppe, da Si-isotopen med masse 30 kun har en forekomst på ca. 3%. I denne sammenhæng kan masse 75 også stamme fra fragmentering af større arter, som vi ikke kan påvise på grund af massebegrænsningen (masse 100) i det anvendte massespektrometer. Man kan se flere klynger af masser med en afstand på ca. 10 amu, hvilket er et almindeligt kendetegn for massespektrer af organiske molekyler. Ikke desto mindre skal man nøje overveje, hvilke masser man skal spore, når man udfører termiske desorptionseksperimenter fra cellulosefilm. Dette er med til at skelne de adsorberede arter fra den nedbrydende/desorberende cellulosefilm. Vi valgte masse 57 for n-decan, da dette peak er det mindste af cellulosetoppene, der kan anvendes for n-decan. Der blev anvendt deutereret methanol, fordi dets højeste massetop på 34 amu ikke påvises i cellulosefilmens desorptionsspektrum.

Vi bemærkede også i de indledende eksperimenter, at opvarmning til 150°C førte til en markant ændring i de tynde cellulosefilm, hvilket viste sig ved en betydelig ændring i TPD-spektrets begyndelse efter gentagne målinger på den samme film (se SI figur 4). I dette arbejde præsenterer vi kun data, der er opnået med en jomfruelig tynd cellulosefilm. Desorptionen af cellulosefilmene er afsluttet ved ca. 600 °C. Med tiden fandt vi en ophobning af en kulstofrest på substratet, som blev fjernet ved at polere overfladen inden filmdannelsen.

TPD-spektre

Tolkningen af TPD-spektre i overfladekundskab følger princippet om mikroskopisk ligevægt. En adsorberende art vil således tage den samme vej under adsorption og desorption. Som en omvendt konklusion kan man lære noget om adsorptionsprocessen af desorptionsforsøg (Somorjai, 1981). Det er blevet vist, at formen af desorptionstoppen fra et TPD-forsøg har en karakteristisk form for desorption fra både et flerlag for molekylær desorption og for dissociativ adsorption (Somorjai, 1981). Redhead foreslog en forenklet metode til beregning af adsorptionsenergien ud fra temperaturen ved topmaksimummet i et termisk desorptionsspektrum (Redhead, 1962). I dette arbejde rapporterer vi adsorptionsenergier for de adsorberede arter beregnet i henhold til Redhead-formlen. Under alle omstændigheder bør man huske på, at denne metode oprindeligt var beregnet til adsorption af simple molekyler som CO eller H2. Under hvilke omstændigheder Redhead-metoden også kan anvendes på organiske molekyler, er endnu ikke blevet undersøgt. I sidste ende giver værdierne dog i det mindste en idé om adsorptionsenergien. Forskellige adsorptionsenergier er almindeligvis forbundet med forskellige adsorptionssteder på overfladen. Denne forbindelse anvendes i hele denne artikel.

n-decan desorption

Den asymmetriske peakform med den stejle bagkant af desorptionstoppen som vist i figur 5 er et klart tegn på, at n-decan desorberes fra et flerlag, der blev adsorberet ved -80 °C. Multilaget desorberes mellem ca. -70 og -52 °C med en adsorptionsenergi på ca. 60 kJ/mol. Denne værdi ligger lige mellem fordampningsvarmen på 56 kJ/mol ved -15°C (Carruth og Kobayashi, 1973) og 77 kJ/mol, som fås ved at ekstrapolere dataene fra Majer og Scoboda (1985) til -70°C. Dette tyder på, at denne desorptionstop stammer fra et flerlag på overfladen. Inden for samme temperaturområde kan der også ses en vis desorption af CO2, som sandsynligvis stammer fra adsorption fra restgassen under afkøling og under n-decan-adsorption. Ved en nærmere undersøgelse i samme temperaturområde ses også et vanddesorptionstop (se figur 6).

Den vanddesorptionstop, der ses i temperaturområdet mellem -80 og ca. -52°C, skyldes højst sandsynligt vandadsorption fra restgassen under afkøling og gaseksponering. Den kan også til dels stamme fra restvand i cellulosefilmen. For at minimere sidstnævnte effekt blev de her viste eksperimenter først startet, når et baggrundstryk på ca. 5 ×10-9 mbar var nået. Indflydelsen af baggrundstrykket før adsorption er vist i de understøttende oplysninger (SI figur 5). Figur 6 viser også en anden desorptionsfunktion fra n-decan og vand med et maksimum ved ca. -43 °C. Selv om denne top er lille, skal det bemærkes, at alle figurerne er afledt direkte fra rådata uden udglatning. Derfor viser alle de toppe, der diskuteres i denne artikel, et godt signal/støj-forhold, og alle de diskuterede træk er blevet eksperimentelt reproduceret flere gange.

Dette træk er vist mere detaljeret i figur 7. Desorptionstoppen ved ca. -43°C tyder klart på en stærkere bundet n-decan-art. Ved hjælp af Redhead-formlen svarer dette til en bindingsenergi på ca. 70 kJ/mol. En lille top af CO2 og vand er stadig tydeligt synlig i figur 7, hvilket indikerer, at disse arter finder lignende adsorptionssteder på celluloseoverfladen.

Går man til højere temperaturer finder man et lille og bredt desorptionstræk af n-decan mellem ca. -40 og +14°C (se figur 8), svarende til en adsorptionsenergi på ca. 160 kJ/mol. Denne karakteristik er ikke til stede i CO2-desorptionssporet og er ikke tydeligt synlig i vanddesorptionssporet. Årsagen til den større spredning i dataene i figur 8 kan skyldes en opvarmningshastighed, der ikke var helt lineær i dette temperaturområde.

Figur 8 viser også, at alle tre arter begynder at desorbere ved forskellige begyndelsestemperaturer på ca. 80°C for vand, 95°C for n-decan og 100°C for CO2. Dette er også starten på desorptionen/nedbrydningen af cellulosefilmen, som det fremgår af figur 8. En anden stærk indikation af, at cellulosefilmen undergår betydelige ændringer under opvarmning, kan ses i forskellen mellem desorptionens begyndelse efter gentagne adsorptions- og desorptionscyklusser uden fremstilling af en ny film, der er vist i de understøttende oplysninger (SI figur 4).

Den største desorptionstop i figur 9 er CO2-toppen efterfulgt af vandtoppen. Overraskende nok er der stadig synlig betydelig n-decan desorption. Denne top kan også til dels stamme fra nedbrydning/desorption af cellulosefilmen. Desværre kan disse to muligheder ikke skelnes fra hinanden på nuværende tidspunkt. Som nævnt ovenfor kan et fragment ved masse 57 ses i figur 4. Der findes sandsynligvis et fjerde adsorptionssted for n-decan med en bindingsenergi på ca. 180 kJ/mol. Nedbrydningen af cellulose finder også sted i omtrent det samme temperaturområde. Disse resultater viser, at ikke-polære molekyler let adsorberes på celluloseoverflader ved stuetemperatur og derover.

En sammenligning af figur 9 og 10 viser, at den endelige desorption af alle arter er påvirket af de adsorberede molekyler. I tilfælde af n-decan adsorption kan tre forskellige desorptionstoppe for alle tre undersøgte arter ses i figur 9. For deutereret methanol observeres der kun ét peak i samme temperaturområde (figur 10). Dette tyder på, at de adsorberede arter har en indflydelse på nedbrydningen og desorptionen af cellulose.

Desorption af deutereret methanol

Figur 10 viser TPD-spektret fra deutereret methanol over hele temperaturområdet. Det er tydeligt, at der ikke er toppe ved lave temperaturer i dette tilfælde. Dette er en stærk indikator for, at den polære deutererede methanol er stærkere bundet under adsorptionen end n-decan. Ikke desto mindre er adsorptionsenergien i henhold til Redhead-ligningen også ca. 180 kJ/mol. Det er klart, at man skal huske på, at masse 57-desorptionstoppen i n-decan-sagen overlapper med masse 57 fra desorption/nedbrydning af cellulose, hvilket ikke er tilfældet i desorptionen af den deutererede methanol. Al masse 57-desorptionen finder sted ved lavere temperaturer, og derfor mangler de lavere adsorptionsenergier fuldstændigt i det deutererede methanoltilfælde. Desuden synes der at være en markant indflydelse af det vigtigste adsorberede molekyle på adsorptionen af vand og CO2 fra restgassen. Den deutererede methanols indflydelse på selve cellulosefilmen kan ses ved hovedtoppen ved 400 °C. I modsætning til n-decan er der ikke nogen skulder i nedbrydnings-/desorptionstoppen efter adsorption af deutereret methanol. Efter adsorption af deutereret methanol mangler den lille top, der opstår ved ca. 310 °C efter adsorption af n-decan, samt skuldrene i hoveddesorptionstoppen. Vi kan også påvise en lille yderligere desorption af alle tre arter ved ca. 550 °C, som ikke blev set efter n-decan-adsorption. Desværre kan man ved denne temperatur ikke helt udelukke en artefakt fra kobberprøveholderen.

Resultaterne præsenteret i figur 9, 10 viser, at adsorptionen af polære molekyler har en stærk indflydelse på de tynde cellulosefilm, fordi desorptionsspektre er signifikant forskellige.

Figur 11 viser TPD-spektrenes startpunkt efter adsorption af deutereret methanol mere detaljeret. Vanddesorptionen starter ved ca. -60 °C. Fluktuationerne i vanddesorptionen i dette temperaturområde skyldes igen højst sandsynligt små fluktuationer i den lineære opvarmningshastighed. Det er interessant, at desorptionen af deutereret methanol først starter ved en temperatur på ca. +40 °C. Denne forskel i desorptionsstartpunkterne mellem vand og deutereret methanol kan tilskrives forskellige adsorptionssteder. Tilsyneladende er methanolen stærkere bundet til cellulosefilmen end vandet. CO2-desorptionen starter ved ca. +60°C, hvilket markerer starten på cellulose-nedbrydningen og desorptionen.

Konklusioner

I denne undersøgelse blev adsorption og desorption af organiske molekyler på tynde cellulosefilm undersøgt ved hjælp af temperaturprogrammeret desorption. Det kunne vises, at co-adsorptionen af vand og CO2 fra restgassen også påvirkes af de adsorberede molekyler. Alle arter har en markant indflydelse på nedbrydningen/desorptionen af cellulosefilmene. Af de her præsenterede resultater fremgår det klart, at både upolære og polære molekyler adsorberes let på en celluloseoverflade, idet det polære molekyle viser en højere bindingsenergi.

Deutereret methanol viser et desorptionstop ved ca. 400 °C, og i samme temperaturområde finder desorption/nedbrydning af cellulose sted. Da de adsorberede arter desorberes i samme område som cellulosefilmen, kan adsorptionsenergien faktisk være højere end de tilnærmede 180 kJ/mol, som fås fra Redhead-ligningen.

I fremtiden planlægger vi at undersøge forskellige molekyler samt den mulige indflydelse af cellulosefilmens tykkelse på adsorption og desorption af organiske molekyler.

Author Contributions

EH planlagde og byggede vakuumkammeret og udførte eksperimenterne. VH udførte de indledende eksperimenter. JA udførte de indledende eksperimenter. RS havde ideen til forskningen, til opsætningen af vakuumkammeret og overvågede de studerende.

Interessekonflikter

Forfatterne erklærer, at forskningen blev udført uden kommercielle eller økonomiske relationer, der kunne opfattes som en potentiel interessekonflikt.

Akkreditering

Dette arbejde er blevet støttet af Christian Doppler Society, Østrig. Den finansielle støtte fra det østrigske forbundsministerium for digitale og økonomiske anliggender og National Foundation for Research, Technology and Development, Østrig er taknemmelig.

Supplementært materiale

Det supplerende materiale til denne artikel kan findes online på: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmats.2019.00178/full#supplementary-material