Zastosowanie inwersyjnej chromatografii gazowej do charakterystyki właściwości adsorpcyjnych uporządkowanych węgli mezoporowatych

• Autorzy: Jedynak K. , Zdenkowski J. , Święcicka A. , Choma J.

Warianty tytułu

EN

Adsorption properties characterization of ordered mesoporous carbons by inverse gas chromatography

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Badano właściwości adsorpcyjne uporządkowanych mezoporowatych węgli za pomocą inwersyjnej chromatografii gazowej (IGC). Wykorzystano cztery adsorbenty otrzymane metodą miękkiego odwzorowania w obecności kwasu solnego lub octowego, przy czym dwa z nich zawierały cząstki złota lub srebra. Przedstawiono charakterystykę struktury porowatej tych węgli na podstawie doświadczalnych izoterm adsorpcji azotu wyznaczając standardowe parametry oraz funkcje rozkładu objętości porów metodą opartą na teorii funkcjonału gęstości (DFT). Dodatkowo metodą IGC wyznaczono izotermy adsorpcji n-heksanu, benzenu oraz trichloroetenu. Stwierdzono, że na większości badanych węgli najlepiej adsorbował się n-heksan, kolejno benzen, a najsłabiej trichloroeten. Związki te były najlepiej adsorbowane przez mezoporowate węgle zawierające cząstki złota i srebra. Można sądzić, że było to wynikiem najsilniejszego oddziaływania cząsteczek adsorbatów z powierzchnią tych węgli. Świadczy o tym położenie maksimów funkcji rozkładu potencjału adsorpcyjnego otrzymane w badaniach adsorpcji n-heksanu, benzenu i trichloroetenu.

EN

Adsorption properties of ordered mesoporous carbons were studied using inverse gas chromatography (IGC). Four different adsorbents obtained by soft templating with hydrochloric or acetic acid were used, two of them containing particles of silver or gold. Porous structure characteristics of the studied carbons was presented on the basis of experimental isotherms of nitrogen adsorption. Standard parameters and functions of pore volume distribution were determined by Density Functional Theory method (DFT). Additionally, adsorption isotherms of n-hexane, benzene and trichloroethene were determined by IGC method. The highest adsorption for most of the examined carbons was observed for n-hexane, then benzene, while the lowest adsorption was determined for trichloroethene. The mesoporous carbons with silver and gold particles showed the highest adsorption of the tested compounds. This could be related to the strongest interactions between the adsorbate molecules and the carbon surface, determined on the basis of location of maximums of adsorption potential distribution functions for n-hexane, benzene and trichloroethene.

Słowa kluczowe

PL

adsorpcja; chromatografia gazowa; n-heksan; benzen; trichloroeten

EN

adsorption; gas chromatography; n-hexane; benzene; trichloroethene

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 37, nr 2
• Strony: 3--10
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Jedynak K.

• Uniwersytet Jana Kochanowskiego, Wydział Matematyczno-Przyrodniczy, ul. Świętokrzyska 15G, 25-406 Kielce

autor

Zdenkowski J.

• Uniwersytet Jana Kochanowskiego, Wydział Matematyczno-Przyrodniczy, ul. Świętokrzyska 15G, 25-406 Kielce

autor

Święcicka A.

• Uniwersytet Jana Kochanowskiego, Wydział Matematyczno-Przyrodniczy, ul. Świętokrzyska 15G, 25-406 Kielce

autor

Choma J.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Nowych Technologii i Chemii, ul. S. Kaliskiego, 2, 00-908 Warszawa

Bibliografia

• 1. J. CHOMA, M. JARONIEC A. ZAWIŚLAK: Mezoporowate węgle: Synteza i właściwości. Wiadomości Chemiczne 2008, vol. 61, nr 5–6, ss. 373–402.
• 2. J. LI, J. GU, H. LI, Y. LIANG, Y. HAO, X. SUN, L. WANG: Synthesis of highly ordered Fe-containing mesoporous carbon materials using soft templating route. Microporous and Mesoporous Materials 2010, Vol. 128, pp. 144–149.
• 3. L. STREK, J. GÓRKA, M. JARONIEC: Polymer-templated mesoporous carbons with nickel nanoparticles. Colloids & Surfaces 2010, Vol. 362, pp. 20–27.
• 4. R. RYOO, S.H. JOO, S. JUN: Synthesis of highly ordered carbon molecular sieves via template-mediated structural transformation. The Journal of Physical Chemistry B 1999, Vol. 103, No. 37, pp. 7743–7747.
• 5. M. KRUK, M. JARONIEC, T.W. KIM, R. RYOO: Synthesis and characterization of hexagonally ordered carbon nanopipes. Chemistry of Materials 2003, Vol. 15, pp. 2815–2823.
• 6. H. YANG, Y. YAN, Y. LIU, F. ZHANG, R. ZHANG, Y. MENG, M. LI, S. XIE, B. TU, D. ZHAO: A simple melt impregnation method to synthesize ordered mesoporous carbon and carbon nanofiber bundles with graphitized structure from pitches. The Journal of Physical Chemistry B 2004, Vol. 108, pp. 17320–17328.
• 7. C.H. KIM, D.K. LEE, T.J. PINNAVAIA: Graphitic mesostructured carbon prepared from aromatic precursors. Langmuir 2004, Vol. 20, pp. 5157–5159.
• 8. J. LEE, J. KIM, T. HYEON: Recent progress in the synthesis of porous carbon materials. Advanced Materials 2006, Vol. 18, pp. 2073–2094.
• 9. H. SONG, L. LI, X. CHE: The synthesis of ordered mesoporous carbons via a template method. New Carbon Materials 2006, Vol. 21, pp. 374–383.
• 10. Y.L. CAO, X. CHANG: Synthesis of silver nanoparticles within ordered CMK-3 mesoporous carbon. Studies in Surface Science and Catalysis 2005, Vol. 156, pp. 423–426.
• 11. S. ZHU, H. ZHOU, M. HIBINO, I. HONMA, M. ICHIHARA: Synthesis of MnO2 nanoparticles confined in ordered mesoporous carbon using a sonochemical method. Advanced Functional Materials 2005, Vol. 15, pp. 381–386.
• 12. J. SUN, X. BAO: Textural manipulation of mesoporous materials for hosting of metallic nanocatalysts. Chemistry – A European Journal 2008, Vol. 14, No. 25, pp. 7478–7488.
• 13. F. THIELMANN: Introduction into the characterization of porous materials by inverse gas chromatography. Journal of Chromatography A 2004, Vol. 1037, pp. 115–123.
• 14. H. GRAJEK, Z. WITKIEWICZ, H. JANKOWSKA: Application of Kovats retention indices for investigation of adsorption properties of activated carbons. Journal of Chromatography A 1997, Vol. 782, pp. 87–94.
• 15. Y. EL-SAYED, T.J. BANDOSZ: A study of acetaldehyde adsorption on activated carbons. Journal of Colloid and Interface Science 2001, Vol. 242, pp. 44–51.
• 16. E. DIAZ, S. ORDONEZ, A. VEGA, J. COCA: Adsorption characterization of different volatile organic compounds over alumina, zeolites and activated carbon using inverse gas chromatography. Journal of Chromatography A 2004, Vol. 1049, pp. 139–146.
• 17. E. DIAZ, S. ORDONEZ, A.VEGA, J. COCA: Comparison of adsorption properties of a chemically activated and a steam-activated carbon, using inverse gas chromatography. Microporous and Mesoporous Materials 2005, Vol. 82, pp. 173–181.
• 18. M. DOMINGO-GARCIA, I. FERNANDEZ-MORALES, F.J. LOPEZ-GARZON, C. MORENO-CASTILLA, M. PEREZ-MENDOZA: On the adsorption of formaldehyde at high temperatures and zero surface coverage. Langmuir 1999, Vol. 15, No. 9, pp. 3226–3231.
• 19. M.R. CUERVO, E. ASEDEGBEGA-NIETO, E. DIAZ, A. VEGA, S. ORDONEZ, E. CASTILLEJOS-LOPEZ, I. RODRIGUEZ-RAMOS: Effect of carbon nanofiber functionalization on the adsorption properties of volatile organic compounds. Journal of Chromatography A 2008, Vol. 1188, pp. 264–273.
• 20. E. DIAZ, S.ORDONEZ, A. VEGA: Characterization of nanocarbons (nanotubes and nanofibers) by inverse gas chromatography. Journal of Physics: Conference Series 2007, Vol. 61, pp. 904–908.
• 21. E. DIAZ, S.ORDONEZ, A. VEGA: Adsorption of volatile organic compounds onto carbon nanotubes, carbon nanofibers, and high-surface-area graphites. Journal of Colloid and Interface Science 2007, Vol. 305, pp. 7–16.
• 22. J. CHOMA, K. JEDYNAK, J. GÓRKA, M. MARSZEWSKI, M. JARONIEC: Synteza i właściwości mezoporowatych węgli z cząstkami złota (Synthesis and properties of mesopor-ous carbons with gold particles). Ochrona Środowiska 2011, vol. 33, nr 3, ss. 3–8.
• 23. J. CHOMA, K. JEDYNAK, J. GÓRKA, M. JARONIEC: Morfologia i właściwości adsorpcyjne mezoporowatych węgli z nanocząstkami srebra (Morphology and adsorption properties of mesoporous carbons with silver nanoparticles). Ochrona Środowiska 2011, vol. 33, nr 1, ss. 3–8.
• 24. J. CHOMA, K. JEDYNAK, M. MARSZEWSKI, M. JARONIEC: Organic acid-assisted soft-templating synthesis of ordered mesoporous carbons. Adsorption 2013, Vol. 19, pp. 563–569.
• 25. S. BRUNAUER, P.H. EMMETT, E. TELLER: Adsorption of gases in multimolecular layers, Journal of the American Chemical Society 1938, Vol. 60, pp. 309–319.
• 26. S.J. GREGG, K.S.W. SING: Adsorption, Surface Area and Porosity, 2nd ed. Academic Press, New York 1982.
• 27. J. JAGIELLO, J.P. OLIVIER: 2D-NLDFT Adsorption models for carbon slit-shaped pores with surface energetical heterogeneity and geometrical corrugation, Carbon 2013, Vol. 55, pp. 70–80.
• 28. J. JAGIELLO, J.P. OLIVIER: Carbon slit pore model incorporating surface energetical heterogeneity and geometrical corrugation, Adsorption 2013, Vol. 19, pp. 777–783.
• 29. T. PARYJCZAK: Chromatografia gazowa w badaniach adsorpcji i katalizy. PWN, Warszawa 1975.
• 30. M. JARONIEC, K.P. GADKAREE, J. CHOMA: Relation between adsorption potential distribution and pore volume distribution for microporous carbon. Colloids and Surface A: Physicochemical and Engineering Aspects 1996, Vol. 118, pp. 203–210.
• 31. K.S.W. SING, D.H. EVERETT, R.A.W. HAUL, L. MOSCOU, R.A. PIEROTT, J. ROUQUEROL, T. SIEMIENIEWSKA: Reporting physisorption data for gas/solid systems with special reference to the determination of surface and porosity. Pure and Applied Chemistry 1985, Vol. 57, pp. 603–619.