Porównanie właściwości adsorpcyjnych mikro-mezoporowatych węgli aktywnych i mezoporowatych adsorbentów krzemionkowych

• Autorzy: Choma J.

Warianty tytułu

EN

Comparison of adsorption properties of micro-mesoporous active carbons and mesoporous siliceous adsorbents

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Porównano właściwości adsorpcyjne powszechnie znanych i szeroko stosowanych adsorbentów węglowych - węgli aktywnych oraz nowych dobrze uporządkowanych adsorbentów krzemionkowych - MCM-41. Dla dwóch przemysłowych, syntetycznych węgli aktywnych Ambersorb 563 (WA AM 563) i 572 (WA AM 572) (z firmy Rohm and Haas Company, Filadelfia, PE, USA) oraz dwóch adsorbentów krzemionkowych MCM-41 C8 i C16 (zsyntezowanych w laboratorium Wojskowej Akademii Technicznej, Warszawa, Polska) wyznaczono metodą objętościową (za pomocą analizatora adsorpcyjnego ASAP-2010 z firmy Micromeritics, Norcross, GA, USA) niskotemperaturowe (77 K) izotermy adsorpcji azotu w szerokim przedziale ciśnień względnych od ok. 10-6 do ok. 1,0. Izotermy te stanowiły podstawę do obliczeń. Wykorzystując metodę Brunauera, Emmetta i Tellera (BET), porównawczą metodę [alfa]s Gregga i Singa oraz metodę wynikającą z teorii funkcjonału gęstości, wyznaczono powierzchnię właściwą BET, powierzchnię właściwą mezoporów węgli aktywnych i powierzchnię zewnętrzną adsorbentów krzemionkowych, objętość mikroporów węgli aktywnych oraz objętość pierwotnych mezoporów adsorbentów krzemionkowych, funkcje rozkładu objętości porów oraz wartości maksimum najbardziej charakterystycznych pików. Stwierdzono, że badane węgle aktywne są adsorbentami mikro-mezoporowatymi o powierzchni równej 565 m2/g (WA AM 563) i 1060 m2/g (WA AM 572) o wymiarach porów mniejszych od 1,0 nm i większych od 1,0 nm. Natomiast adsorbenty krzemionkowe są adsorbentami mezoporowatymi o powierzchni BET równej 866 m2/g (MCM-41 C8) i 1203 m2/g (MCM-41 C16) z maksimum funkcji rozkładu objętości dla średnicy 2,1 nm (C8) i 3,2 nm (C16). Przedstawione wyniki wskazują, że otrzymane adsorbenty krzemionkowe z rodziny MCM-41 są adsorbentami o bardzo dobrej jakości i wkrótce adsorbenty te mogą stać się konkurencyjnymi dla klasycznych węgli aktywnych w procesach oczyszczania wody i powietrza, a także w katalitycznych procesach przemysłowych. W pracy wykazano również dużą przydatność, do charakterystyki różnych materiałów porowatych, danych adsorpcji azotu wraz z trafnie wytypowanymi metodami analizy tych danych.

EN

The paper includes comparison of adsorption properties of commonly known and widely used carbonaceous adsorbents - active carbons and new well-ordered siliceous adsorbents - MCM-41. For two commercial synthetic active carbons Ambersorb 563 (WA AM 563) and 572 (WA AM 572) (from Rohm and Haas Company, Philadelphia, PE, USA), and for two siliceous adsorbents MCM-41 C8 and C16 (synthesized in laboratory of the Military Technical Academy, Warsaw, Poland), the low temperature (77 K) nitrogen adsorption isotherms, in the wide range of relative pressures from approx. 10-6 to approx. 1.0, were obtained using volumetric method (adsorption analyser ASAP-2010, Micromeritics, Norcross, GA, USA). These isotherms were bases for further calculations. Brunauer, Emmett and Teller (BET) method, Gregg and Sing [alpha]s-method, and density functional theory method were used to obtain specific surface area BET, specific surface area of mesopores of active carbons and external surface area of siliceous adsorbents, micropore volume of active carbons and primary mesopore volume of siliceous adsorbents, pore size distribution functions and maximum values of most characteristic peaks. It was found that studied active carbons are micro-mesoporous adsorbents with surface area equal to 565 m2/g (WA AM 563) and 1060 m2/g (WA AM 572), with pore dimensions smaller than 1.0 nm and greater than 1.0 nm, while siliceous adsorbents are mesoporous with BET surface area equal to 866 m2/g (MCM-41 C8) and 1203 m2/g (MCM-41 C16) with the maximum of volume distribution functions for diameters equal to 2.1 (C8) and 3.2 nm (C16). The presented results indicate that the obtained MCM-41 ordered siliceous adsorbents are high quality adsorbents and soon may become competitive for classic active carbons in water and air purification processes as well as in catalytic commercial processes. The paper also proves that nitrogen adsorption data with correctly chosen analyses methods are useful in characterising miscellaneous porous materials.

Słowa kluczowe

PL

węgiel aktywny; mezoporowaty adsorbent krzemionkowy; adsorpcja azotu; charakterystyka strukturalna; adsorbent

EN

active carbon; mesoporous siliceous adsorbent; nitrogen adsorption; structural characterization; adsorbent

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2002
• Tom: T. 5, nr 1
• Strony: 67--78
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Choma J.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Instytut Chemii, ul. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

Bibliografia

• [1] Jankowska H., Świątkowski A., Choma J., Active Carbon, Ellis Horwood Ltd., Chichester 1991.
• [2] Marsh H., Heintz E.A., Rodriguez-Reinosof. (Eds.), Introduction to Carbon Technologies, Alicante Universidad, Alicante 1997.
• [3] Nowak I., Ziółek M., Mezoporowate sita molekularne - synteza, charakterystyka, właściwości fizykochemiczne i katalityczne, Biblioteka Wiadomości Chemicznych 2001, 5-88.
• [4] Choma J., Jaroniec M., Kloske M., Właściwości adsorpcyjne uporządkowanych nanoporowatych adsorbentów krzemionkowych, Biblioteka Wiadomości Chemicznych 2001, 87-137.
• [5] Li Z., Jaroniec M., Colloidal imprinting: A novel approach to the synthesis of mesoporous carbons, J. Am. Chem. Soc. 2001, 123 (37), 9208-9209.
• [6] Beck J.S., Vartuli J.C., Roth W.J., Leonowicz M.E., Kresge C.T., Schmitt K.D., Chu C.T.-W., Olson D.H., Sheppard E.W., McCullen S.B., Higgins J.B., Schlenker J.L., A new family of mesoporous molecular sieves prepared with liquid crystal templates, J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 10834-10843.
• [7] Kresge C.T., Leonowicz M.E., Roth W.J., Vartuli J.C., Beck J.S., Ordered mesoporous molecularm sieves synthesized by a liquid-crystal template mechanism, Nature 1992, 359, 710-712.
• [8] Choma J., Jaroniec M., Analiza strukturalnych i energetycznych właściwości mikroporowatych adsorbentów węglowych, Wiadomości Chem. 1996, 50, 759-788.
• [9] Choma J., Jaroniec M., Klinik J., Charakterystyka syntetycznych węgli aktywnych na podstawie adsorpcji azotu i pary wodnej, Karbo 2001, 3, 94-98.
• [10] Choma J., Jaroniec M., Burakiewicz-Mortka W., Michalski E., Kloske M., Synthesis and characterization of CIO- and Cl 6- MCM-41 materials, Biuletyn WAT 2001, 50, 10, 5-14.
• [11] Ościk J., Adsorpcja, PWN, Warszawa 1979.
• [12] Gregg S.J., Sing K.S.W., Adsorption, Surface Area and Porosity, Academic Press, London 1982.
• [13] Kruk M., Jaroniec M., Choma J., Critical discussion of simple adsorption methods used to evaluate the micropore size distribution, Adsorption 1997, 3, 209-219.
• [14] Kruk M., Jaroniec M., Olivier J.P., Standard nitrogen adsorption data for characterization of nanoporous silicas, Langmuir 1999, 15, 5410-5413.
• [15] Jaroniec M., Madey R., Physical Adsorption on Heterogeneous Solids, Elsevier, Amsterdam 1995.