Właściwości adsorpcyjne mezoporowatych węgli z nanocząstkami dwutlenku tytanu otrzymanych w obecności kopolimerów blokowych

Choma, J.; Jedynak, K.; Górka, J.; Jaroniec, M.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Właściwości adsorpcyjne mezoporowatych węgli z nanocząstkami dwutlenku tytanu otrzymanych w obecności kopolimerów blokowych

Autorzy

Choma J. , Jedynak K. , Górka J. , Jaroniec M.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Adsorption properties of mesoporous carbons with titania nanoparticles obtained in the presence of block copolymers

Języki publikacji

Abstrakty

Metodą miękkiego odwzorowania zsyntezowano mezoporowate węgle z wykorzystaniem rezorcynolu i formaldehydu jako prekursorów węglowych w obecności nanocząstek dwutlenku tytanu oraz trójblokowego kopolimeru EO101PO56EO101 jako miękkiej matrycy. Do tych węgli wprowadzono dwie różne ilości (0,05 mol i 0,10 mol) dwutlenku ty-tanu o wymiarach nanocząstek 25 nm. Ponieważ dodanie dwutlenku tytanu zmniejsza właściwości adsorpcyjne materiału kompozytowego, dlatego do mieszaniny reakcyjnej wprowadzono TEOS (tetraetoksysilan), którego dodatek nie zaburza formowania mezofazy, natomiast pozwala rozwinąć dodatkową porowatość po roztworzeniu cząstek krzemionkowych utworzonych z TEOS. Otrzymane materiały kompozytowe miały dużą powierzchnię właściwą ok. 1000 m2/g i dużą całkowitą objętość porów ok. 1 cm3/g, z ok. 75÷80% mezoporowatością w całkowitej objętości porów. Krzywe rozkładu objętości porów potwierdziły obecność mikroporów o wymiarach ok. 2,0÷2,1 nm i mezoporów o wymiarach ok. 6,0÷7,0 nm. Dobrze rozwinięta struktura porowata otrzymanych materiałów węglowych zawierających nanocząstki dwutlenku tytanu wskazuje, że materiały te mogą być z powodzeniem stosowane w procesach katalitycznych i adsorpcyjnych.

The soft-templated mesoporous carbons were successfully synthesized in the presence of titania nanoparticles, with resorcinol and formaldehyde as carbon precursors and triblock copolymer EO101PO56EO101 as a soft template. Two different loadings of 25 nm titania nanoparticles (0.05 or 0.10 mol) were introduced into the carbon framework. Since titania addition lowers the adsorption volume of the composite materials, the reaction mixture was supplied with TEOS (tetraethyl orthosilicate). Its addition improves porosity by removing the TEOS-generated silica species, without disturbing mesophase formation. The final composite materials exhibit a high surface area (~1000 m2/g) and a large total pore volume (~1 cm3/g), where mesoporosity accounts for ~75-80% of the total pore volume. Pore size distribution curves confirmed the presence of micropores (~2.0-2.1 nm) and mesopores (~6.0-7.0 nm). The well-developed porous structure with embedded titania nanoparticles substantiates the applicability of these composite materials in many catalytic and adsorption processes.

Słowa kluczowe

adsorpcja synteza węgiel mezoporowaty nanocząstki dwutlenek tytanu kopolimer blokowy

adsorption synthesis mesoporous carbon nanoparticles titania block copolymer

Wydawca

Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski

Czasopismo

Ochrona Środowiska

Rocznik

2010

Tom

Vol. 32, nr 4

Strony

3--9

Opis fizyczny

Bibliogr. 35 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Choma J.

autor

Jedynak K.

autor

Górka J.

autor

Jaroniec M.

Uniwersytet Humanistyczno-Przyrodniczy Jana Kochanowskiego w Kielcach, Wydział Matematyczno-Przyrodniczy, Zakład Chemii Fizycznej, ul. Świętokrzyska 15G, 25-406 Kielce, jchoma@wat.edu.pl

Bibliografia

1. 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.
2. J. HU, T.W. ODOM, C.M. LIEBER: Chemistry and physics in one dimension: Synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research 1999, Vol. 32, No. 5, pp. 435–445.
3. J. CHOMA, M. JARONIEC, M. KLOSKE, A. ZAWIŚLAK: Mezoporowate materiały węglowe: Synteza z wykorzystaniem matryc krzemionkowych i charakterystyka właściwości adsorpcyjnych. Ochrona Środowiska 2008, vol. 30, nr 2, ss. 3–15.
4. J. CHOMA, M. JARONIEC, M. KLOSKE: Zastosowanie uporządkowanych nanomateriałów krzemionkowych i węglowych w inżynierii środowiska. Ochrona Środowiska 2007, vol. 29, nr 3, ss. 3–12.
5. R. RYOO, S.H. JOO, S. JUN: Synthesis of highly ordered carbon molecular sieves via template-mediated structural transformation. Journal of Physical Chemistry B 1999, Vol. 103, pp. 7743–7747.
6. S. ZHU, H. ZHOU, M. HIBINO, I. HONMA, M. ICHIHARA: Synthesis of MnO2 nanoparticles confined in ordered mesoporous carbon using sonochemical method. Advanced Functional Materials 2005, Vol. 15, No. 3, pp. 381-386.
7. J.M. CAO, Y.L. CAO, X. CHANG, M.B. ZHENG, J.S. LIU, H.M. JI: Synthesis of silver nanoparticles within ordered CMK-3 mesoporous carbon. Studies in Surface Science and Catalysis 2005, Vol. 156, pp. 423–426.
8. C. LIANG, S. DAI: Synthesis of mesoporous carbon materials via enhanced hydrogen-bonding interaction. Journal of the American Chemical Society 2006, Vol. 128, pp. 5316–5317.
9. F.Q. ZHANG, Y. MENG, D. GU, Y. YAN, C.Z. YU, B. TU, D.Y. ZHAO: A facile aqueous route to synthesize highly ordered mesoporous polymers and carbon framework with 3D bicontinuous cubic structure. Journal of the American Chemical Society 2005, Vol. 127, pp. 13508–13509.
10. P.F. FULVIO, C. LIANG, S. DAI, M. JARONIEC: Mesoporous carbon materials with ultrathin pore walls and highly dispersed nickel nanoparticles. European Journal of Inorganic Chemistry 2009, pp. 605–612.
11. X. WANG, S. DAI: A simple method to ordered mesoporous carbons containing nickel nanoparticles. Adsorption 2009, Vol. 15, pp. 138–144.
12. Z. LEI, Y. XIAO, L. DANG, S. BAI, L. AN: Graphitized carbon with hierarchical mesoporous structure templated from colloidal silica particles. Microporous and Mesoporous Materials 2008, Vol. 109, pp. 109–117.
13. J. ZHOU, J. HE, T. WANG, D. SUN, G. ZHAO, X. CHEN, D. WANG, Z. DI: NiCl2 assisted synthesis of ordered mesoporous carbon and a new strategy for a binary catalyst. Journal of Materials Chemistry 2008, Vol. 18, pp. 5776–5781.
14. J. YAO, L. LI, H. SONG, C. LIU, X. CHEN: Synthesis of magnetic separable ordered mesoporous carbons from F127/[Ni(H2O)6](NO3)2/resorcinol-formaldehyde composites. Carbon 2009, Vol. 47, pp. 436–444.
15. Y. ZHAI, Y. DOU, X. LIU, B. TU, D.Y. ZHAO: One-pot synthesis of magnetically separable ordered mesoporous carbon. Journal of Materials Chemistry 2009, Vol. 19, pp. 1–10.
16. J. GÓRKA, M. JARONIEC: Incorporation of inorganic nanoparticles into mesoporous carbons synthesized by soft templating. Journal of Physical Chemistry C 2008, Vol. 112, pp. 11657–11660.
17. R. LIU, Y. REN, Y. SHI, F. ZHANG, L. ZHANG, B. TU, D.Y. ZHAO: Controlled synthesis of ordered mesoporous C-TiO2 nanocomposites with crystalline titania frameworks from organic-inorganic-amphiphilic coassembly. Chemistry of Materials 2008, Vol. 20, pp. 1140–1146.
18. X. QIAN, Y. WAN, Y. WEN, N. JIA, H. LI, D.Y. ZHAO: Synthesis of ordered mesoporous crystalline carbon-anatase composites with high titania contents. Journal of Colloid and Interface Science 2008, Vol. 328, pp. 367–373.
19. S.K. DAS, S. DARMAKOLLA, A.J. BHATTACHARYYA: High lithium storage in micrometre sized mesoporous spherical self-assembly of anatase titania nanospheres and carbon. Journal of Materials Chemistry 2010, Vol. 20, pp. 1600–1606.
20. J.L. FARIA, W. WANG: Carbon materials in photocatalysis. In: Carbon Materials for Catalysis [Eds. P. SERP, J.L. FIGUEIREDO], Wiley, Hoboken, New Jersey 2009.
21. S. SAKTHIVEL, H. KISCH: Daylight photocatalysis by carbon-modified titanium dioxide. Angewandte Chemie – International Edition 2003, Vol. 42, pp. 4908-4911.
22. B. LIU, H.C. ZENG: Carbon nanotubes supported mesoporous mesocrystals of anatase TiO2. Chemistry of Materials 2008, Vol. 20, pp. 2711–2718.
23. J. GRZECHULSKA-DAMSZEL: Preparation and characterization of titania coating used as a photoactive refill in the process of water purification. Environment Protection Engineering 2010, Vol. 36, No. 2, pp. 63–74.
24. Y. XIAO, L. DANG, L. AN, S. BAI, Z. LEI: Photocatalytic degradation of rhodamine B and phenol by TiO2 loaded on mesoporous graphitic carbon. Chinese Journal of Catalysis 2008, Vol. 29, No. 1, pp. 31–36.
25. J. PRZEPIÓRSKI: Badania nad preparatyką oraz fizykochemicznymi właściwościami modyfikowanych materiałów węglowych pod kątem praktycznych zastosowań. Prace Naukowe Politechniki Szczecińskiej 2007, t. 9, nr 603, ss. 3–108.
26. X. WANG, C. LIANG, S. DAI: Facile synthesis of mesoporous carbons with high thermal stability by self-assembly of resorcinol-formaldehyde and block copolymers under highly acidic conditions. Langmuir 2008, Vol. 24, pp. 7500–7505.
27. 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.
28. S.J. GREGG, K.S.W. SING: Adsorption, Surface Area and Porosity. Academic Press, New York 1982.
29. M. JARONIEC, K. KANEKO: Physicochemical foundations for characterization of adsorbents by using high-resolution comparative plots. Langmuir 1997, Vol. 13, pp. 6589–6596.
30. J. CHOMA, M. JARONIEC: Nowe metody opisu struktury porowatej węgli aktywnych na podstawie danych adsorpcyjnych. Ochrona Środowiska 1999, vol. 21, nr 3, ss. 13–17.
31. M. KRUK, M. JARONIEC, K.P. GADKAREE: Nitrogen adsorption studies of novel synthetic active carbons. Journal of Colloid and Interface Science 1997, Vol. 192, pp. 250–256.
32. E.P. BARRETT, L.G. JOYNER, P.P. HALENDA: The determination of pore volume and area distribution in porous substances. I. Computations from nitrogen isotherms. Journal of the American Chemical Society 1951, Vol. 73, pp. 373–380.
33. J. CHOMA, M. JARONIEC, M. KLOSKE: Improved pore size analysis of carbonaceous adsorbents. Adsorption Science & Technology 2002, Vol. 20, pp. 307–315.
34. M. KRUK, M. JARONIEC, A. SAYARI: Application of large pore MCM-41 molecular sieves to improve pore size analysis using nitrogen adsorption measurements. Langmuir 1997, Vol. 13, pp. 6267–6273.
35. K.S.W. SING, D.H. EVERETT, R.A.W. HAUL, L. MOSCOU, R.A. PIEROTTI, J. ROUQUEROL, T. SIEMIENIEWSKA: Reporting physisorption data for gas/solid systems with special reference to the determination of surface area and porosity. Pure and Applied Chemistry 1985, Vol. 57, pp. 603–619.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BPOB-0033-0001