Fizykochemiczne właściwości mezoporowatych węgli z nanocząstkami zawierającymi żelazo i nikiel otrzymanych metodą miękkiego odwzorowania

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

Warianty tytułu

EN

Physicochemical properties of soft-templated mesoporous carbons with iron- and nickel-containing nanoparticles

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Z powodzeniem zsyntezowano mezoporowate kompozyty węglowe zawierające żelazo i nikiel metodą miękkiego odwzorowania w środowisku kwasowym, wykorzystując floroglucynę i formaldehyd jako prekursory węglowe, trójblokowy kopolimer politlenek etylenu-politlenek propylenu-politlenek etylenu jako miękką matrycę oraz chlorek żelaza(III) i sześciowodny azotan(V) niklu(II) jako prekursory nanocząstek. Zsyntezowane kompozyty karbonizowano w trzech temperaturach: 700 oC, 850 oC i 1000 C. Analizy XRD i TGA wykazały obecność nanocząstek zawierających żelazo i nikiel (poniżej 2% wag.) w postaci Fe3C, Ni i NiH w matrycy węglowej. Adsorpcja azotu, dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego (XRD) i spektroskopia Ramana wykazały dobre adsorpcyjne i strukturalne właściwości badanych kompozytów, obejmujące dużą powierzchnię właściwą i dużą całko-witą objętość porów z przeważającym udziałem mezoporów o wymiarach ok. 10 nm. Takie właściwości strukturalne oraz fakt, że otrzymane kompozyty są trwałe termicznie do temperatury 460÷480 C powodują, że materiały te są bardzo atrakcyjne do zastosowań w procesach adsorpcji i katalizy w inżynierii środowiska.

EN

Mesoporous carbon composites containing iron or nickel were successfully synthesized by the soft-templating method under acidic conditions using phloroglucinol and formaldehyde as carbon precursors, the poly(ethylene oxide)-poly(propylene oxide)-poly(ethylene oxide) triblock copolymer as a soft template, and iron(III) chloride or nickel(II) nitrate hexahydrate as nanoparticles precursors. The as-synthesized composites were carbonized at three different temperatures: 700 oC, 850 oC and 1000 oC. XRD and thermogravimetric analysis revealed the presence of Fe- and Ni-containing nanoparticles (below 2 wt.%) in the form of Fe3C, Ni and NiH in the resulting mesoporous carbons. Nitrogen adsorption, X-ray diffraction and Raman spectroscopy proved good adsorption and structural properties of the composites studied, which include high surface area and large total pore volume, with main contribution arising from mesopores with diameters of about 10 nm. The latter and the fact that the resulting composites are stable up to 460-480 oC make them attractive materials for adsorption, catalysis, environmental and energy-related applications.

Słowa kluczowe

PL

mezoporowate węgle; synteza metodą miękkiego odwzorowania; kopolimer trójblokowy; nanocząstki węgliku żelaza; nanocząstki niklu; adsorpcja

EN

mesoporous carbons; soft-templating synthesis; block copolymer; iron carbide nanoparticles; adsorption

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 33, nr 2
• Strony: 3--9
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Górka J.

autor

Jaroniec M.

autor

Choma J.

• Kent State University, Department of Chemistry, Kent, Ohio 44-242 USA,

Bibliografia

• 1.H. JANKOWSKA, A. ŚWIĄTKOWSKI, J. CHOMA: Active Carbon. Ellis Horwood, Chichester 1991.
• 2.J. CHOMA, M. JARONIEC, A. ZAWIŚLAK: Mezoporowate węgle: Synteza i właściwości. Wiadomości Chemiczne 2008, vol. 61, nr 5–6, ss. 373–402.
• 3.J. CHOMA, M. JARONIEC, A. ZAWIŚLAK, K. JEDYNAK: Adsorpcyjne właściwości nanoporowatych materiałów węglowych otrzymywanych z wykorzystaniem matryc krzemionkowych i polimerowych. Ochrona Środowiska 2009, vol. 31, nr 3, ss. 17–24.
• 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, pp. 7743–7747.
• 5.C. LIANG, K.L. HONG, G.A. GUIOCHON, J.W. MAYS, S. DAI: Synthesis of a large-scale highly ordered porous carbon film by self-assembly of block copolymers. Angewandte Chemie International Edition 2004, Vol. 43, pp. 5785–5789.
• 6.S. TANAKA, N. NISHIYAMA, Y. EGASHIRA, K. UEYAMA: Synthesis of ordered mesoporous carbons with channel structure from an organic-organic nanocomposite. Chemical Communications 2005, pp. 2125–2127.
• 7.Y. MENG, D. GU, F. ZHANG, Y. SHI, L. CHENG, D. FENG, Z. WU, Z. CHEN, Y. WAN, A. STEIN, D. ZHAO: A family of highly ordered mesoporous polymer resin and carbon structures from organic-organic self-assembly. Chemistry of Materials 2006, Vol. 18, pp. 4447–4464.
• 8.Z. LI, C. LIANG, S. DAI: Mesoporous carbon materials: Synthesis and modification. Angewandte Chemie International Edition 2008, Vol. 47, pp. 3696–3717.
• 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.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.
• 11.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. 3–8.
• 12.Y. ZHAI, Y. DOU, X. LIU, B. TU, D. ZHAO: One-pot synthesis of magnetically separable ordered mesoporous carbon. Journal of Materials Chemistry 2009, Vol. 19, pp. 3292–3300.
• 13.J. YAO, L. LI, H. SONG, C. LIU, X. CHEN: Synthesis of magnetically separable mesoporous carbons from F127/[Ni(H2O)6](NO3)2/resorcinol-formaldehyde composites. Carbon 2009, Vol. 47, pp. 436–444.
• 14.X. WANG, S. DAI: A simple method to ordered mesoporous carbons containing nickel nanoparticles. Adsorption 2009, Vol. 15, pp. 138–144.
• 15.X. JI, S. LIANG, Y. JIANG, H. LI, Z. LIU, T. ZHAO: Synthesis and characterization of ruthenium containing ordered mesoporous carbon with high specific surface area. Carbon 2009, Vol. 47, pp. 2194–2199.
• 16.L. STERK, J. GÓRKA, M. JARONIEC: Polymer-templated mesoporous carbons with nickel nanoparticles. Colloids and Surfaces A 2010, Vol. 362, pp. 20–27.
• 17.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 routes. Microporous and Mesoporous Materials 2010, Vol. 128, pp. 144–149.
• 18.J. ZHOU, J. HE, G. LI, T. WANG, D. SUN, X. DING, J. ZHAO, S. WU: Direct incorporation of magnetic constituents within ordered mesoporous carbon-silica nanocomposites for highly efficient electromagnetic wave absorbers. The Journal of Physical Chemistry C 2010, Vol. 114, pp. 7611–7617.
• 19.Y. ZHAI, Y. DOU, X. LIU, S.S. PARK, C.-S. HA, D. ZHAO: Soft-templating synthesis of ordered mesoporous carbon/nanoparticle nickel composites with a high surface area. Carbon 2011, Vol. 49, pp. 545–555.
• 20.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.
• 21.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.
• 22.M. KRUK, M. JARONIEC: Gas adsorption characterization of ordered organic-organic nanocomposite materials. Chemistry of Materials 2001, Vol. 13, pp. 3169–3183.
• 23.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.
• 24.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.
• 25.J. CHOMA, M. JARONIEC, M. KLOSKE: Improved pore size analysis of carbonaceous adsorbents. Adsorption Science and Technology 2002, Vol. 20, pp. 307–315.