Morfologia i właściwości adsorpcyjne mezoporowatych węgli z nanocząstkami srebra

• Autorzy: Choma J. , Jedynak K. , Górka J. , Jaroniec M.

Warianty tytułu

EN

Morphology and adsorption properties of mesoporous carbons with silver nanoparticles

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Z powodzeniem zsyntezowano, metodą miękkiego odwzorowania, mezoporowate węgle zwierające nanocząstki srebra wykorzystując rezorcynol i formaldehyd, jako prekursory węglowe, oraz kopolimer trójblokowy Lutrol F127 (EO101PO56EO101), jako miękką matrycę. Nanocząstki srebra o wymiarach ok. 90 nm, w dwóch różnych ilościach (10% wag. i 20% wag.) wprowadzono do matrycy węglowej. Ostateczne kompozytowe materiały węglowo-srebrowe charakteryzowały się dużą powierzchnią właściwą (ok. 650 m2/g) oraz dużą całkowitą objętością porów (ok. 0,55 cm3/g), w której udział objętości mezoporów wynosił ok. 70%. Funkcje rozkładu objętości porów wykazały obecność mikro-porów o wymiarach ok. 2 nm i mezoporów o wymiarach ok. 6 nm. Zdjęcia ze skaningowej mokroskopii elektronowej wskazały heterogeniczność wymiarów nanocząstek srebra zawartych w strukturze węglowej kompozytów węglowo-srebrowych. Stwierdzono występowanie zarówno pojedynczych, jak i zaglomerowanych nanocząstek srebra o różnych kształtach i wymiarach od 50 nm do kilkuset nanometrów. Wykazano, że dobrze rozwinięta struktura porowata kompozytowych materiałów węglowych z osadzonymi w nich nanocząstkami srebra stwarza realną możliwość ich wykorzystania w wielu procesach katalitycznych i adsorpcyjnych, ze szczególnym uwzględnieniem procesów uzdatniania wody.

EN

Soft-templated mesoporous carbons were successfully synthesized in the presence of silver nanoparticles, using resorcinol and formaldehyde as carbon precursors and triblock copolymer Lutrol F127 (EO101PO56EO101) as a soft template. Two different loadings of ~90 nm silver nanoparticles (10 wt. % and 20 wt. %) were introduced into the carbon framework. The final carbon-silver composite materials exhibited a high surface area (~650 m2/g) and a large total pore volume (~0.55 cm3/g), where mesoporosity accounts for about 70% of the total pore volume. Pore size distribution curves confirm the presence of micropores (~2.0 nm) and mesopores (~6.0 nm). SEM images indicate heterogeneous dispersion of nanoparticles of silver in the carbon structure of carbon-silver composites. The occurrence was detected of differently shaped single and aggregated silver nanoparticles varying in size from ~50 nm to several hundred nanometers. The well-developed porous structure with embedded silver nanoparticles substantiates the applicability of these composite carbon-silver materials in many catalytic and adsorption processes as well as water purification processes.

Słowa kluczowe

PL

adsorpcja; XRD; SEM; synteza; nanocząstki srebra; miękkie odwzorowanie; kopolimer trójblokowy

EN

XRD; SEM; adsorption; synthesis; nanoparticles; silver; block copolymer

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 33, nr 1
• Strony: 3--8
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., il., rys., tab.

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,

Bibliografia

• 1. R.J. WHITE, R. LUQUE, V.L. BUDARIN, J.H. CLARK, D.J. MACQUARRIE: Supported metal nanoparticles on porous materials. Methods and applications. Chemical Society Reviews 2009, Vol. 38, pp. 481–494.
• 2. J. CHOMA, M. KLOSKE, A. ZAWIŚLAK, M. JARONIEC: Synteza i właściwości mezoporowatych węgli otrzymanych z żywic fenolowych w obecności polimerów blokowych. Ochrona Środowiska 2007, vol. 29, nr 1, ss. 3–9.
• 3. C. LIANG, Z. LI, S. DAI: Mesoporous carbon materials. Synthesis and modification. Angewandte Chemie – International Edition 2008, Vol. 4, pp. 3696–3717.
• 4. J. CHOMA, M. JARONIEC, A. ZAWIŚLAK, J. GÓRKA: Synteza i właściwości adsorpcyjne koloidalnie odwzorowanych nanoporowatych węgli otrzymanych z kopolimeru chlorku winylidenu i chlorku winylu (Saranu). Ochrona Środowiska 2009, vol. 31, nr 1, ss. 3–7.
• 5. M. JARONIEC, J. GÓRKA, J. CHOMA, A. ZAWIŚLAK: Synthesis and properties of mesoporous carbons with high loadings of inorganic species. Carbon 2009, Vol. 47, pp. 3034–3040.
• 6. 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, pp. 7743–7747.
• 7. 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.
• 8. 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.
• 9. J. GÓRKA, M. JARONIEC: Incorporation of inorganic nanoparticles into mesoporous carbons synthesized by soft templating. The Journal of Physical Chemistry C 2008, Vol. 112, pp. 11657–11660.
• 10. S.K. RYU, S.Y. KIM, N. GALLEGO, D.D. EDIE: Physical properties of silver-containing pitch-based activated carbon fibres. Carbon 1999, Vol. 37, pp. 1619–1625.
• 11. S.K. RYU, S.Y. KIM, Z.J. LI, M. JARONIEC: Characterization of silver-containing pitch-based activated carbon fibers. Journal of Colloid and Interface Science 1999, Vol. 220, pp. 157–162.
• 12. S.-J. PARK, Y.-S. JANG: Effect of micropore filling by silver and anti-bacterial activity of activated carbon fiber treated with AgNO3. Journal of the Korean Industrial and Engineering Chemistry 2002, Vol. 13, pp. 166–172.
• 13. S.K. RYU, S.Y. EOM, T.H. CHO, D.D. EDIE: Distribution of silver particles in silver-containing activated carbon fibres. Carbon Science 2003, Vol. 4, pp. 168–174.
• 14. M. JARONIEC, J. CHOMA, J. GÓRKA, A. ZAWIŚLAK: Colloidal silica templating synthesis of carbonaceous monoliths assuring formation of uniform spherical mesopores and incorporation of inorganic nanoparticles. Chemistry of Materials 2008, Vol. 20, pp. 1069–1075.
• 15. 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.
• 16. Y. XIAO, M.L. CHNG, T.-S. CHUNG, M. TORIIDA, S. TAMAI, H. CHEN, Y.C. JEAN: Asymmetric structure and enhanced gas separation performance induced by in situ growth of silver nanoparticles in carbon membranes. Carbon 2010, Vol. 48, pp. 408–416.
• 17. O. SAWAI, Y. OSHIMA: Deposition of silver nano-particles on activated carbon using supercritical water. The Journal of Supercritical Fluids 2008, Vol. 47, pp. 240–246.
• 18. W.-L. CHOU, D.-Y. YU, M.-C. YANG: The preparation and characterization of silver-loading cellulose acetate hollow fiber membrane for water treatment. Polymers for Advanced Technologies 2005, Vol. 16, pp. 600–607.
• 19. K. BALKISAMEEN, K. RAJASEKAR, T. RAJASEKHARAN: Silver nanoparticles in mesoporous aerogel exhibiting selective catalytic oxidation of benzene in CO2 free air. Catalysis Letters 2007, Vol. 119, pp. 289–295.
• 20. L. ARMELAO, G. BOTTARO, R. CAMPOSTRINI, S. GIALANELLA, M. ISCHIA, F. POLI, E. TONDELLO: Synthesis and structural evaluation of mesoporous silica-silver nanocomposites. Nanotechnology 2007, Vol. 18, pp. 155606–155614.
• 21. J. KIM, B. VAN DER BRUGGEN: The use of nanoparticles in polymeric and ceramic membrane structures: Review of manufacturing procedures and performance improvement for water treatment. Environmental Pollution 2010, Vol. 158, pp. 2335–2349.
• 22. N. SAVAGE, M.S. DIALLO: Nanomaterials and water purification: Opportunities and chalanges. Journal of Nanoparticle Research 2005, Vol. 7, pp. 331–342.
• 23. X. WANG, C.D. LIANG, S. DAI: Facile synthesis of ordered 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.
• 24. 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.
• 25. S.J. GREGG, K.S.W. SING: Adsorption, Surface Area and Porosity. Academic Press, New York 1982.
• 26. M. JARONIEC, K. KANEKO: Physicochemical foundations for characterization of adsorbents by using high-resolution comparative plots. Langmuir 1997, Vol. 13, pp. 6589–6596.
• 27. 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.
• 28. 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.
• 29. 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.
• 30. J. CHOMA, M. JARONIEC, M. KLOSKE: Improved pore size analysis of carbonaceous adsorbents. Adsorption Science and Technology 2002, Vol. 20, pp. 307–315.
• 31. 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.
• 32. 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.
• 33. J. CHOMA, K. JEDYNAK, J. GÓRKA, M. JARONIEC: Właściwości adsorpcyjne mezoporowatych węgli z nanocząstkami dwutlenku tytanu otrzymanych w obecności kopolimerów blokowych. Ochrona Środowiska 2010, vol. 32, nr 4, ss. 3–7.