Otrzymywanie mezoporowatych węgli o dużej powierzchni właściwej i dużej objętości porów

• Autorzy: Choma J. , Dziura A. , Jamioła D. , Marszewski M. , Jaroniec M.

Warianty tytułu

EN

Preparation of mesoporous carbons with high specific surface area and large pore volume

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Omówiono właściwości mezoporowatych węgli otrzymanych metodą twardego odwzorowania. Jako prekursory węglowe zastosowano rezorcynol i aldehyd krotonowy oraz fenol i paraformaldehyd, natomiast jako twardą matrycę wykorzystano krzemionkę koloidalną. Wykazano, że otrzymane w ten sposób mezoporowate węgle charakteryzowały się dużą powierzchnią właściwą - ponad 1500 m2/g (w przypadku rezorcynolu i aldehydu krotonowego) i ok. 1800 m2/g (w przypadku fenolu i paraformaldehydu), a także dużą całkowitą objętością porów ok. 5 cm3/g oraz ok. 95% udziałem mezoporów. Funkcje rozkładu objętości porów wskazywały na mały udział mikroporów o wymiarach ok. 1,5 nm oraz duży udział mezoporów o wymiarach ok. 30 nm. Zdjęcia mikroskopowe (SEM) potwierdziły jednorodność wymiarów sferycznych mezoporów oraz heterogeniczność ich rozmieszczenia w matrycy węglowej. Badania wykazały, że bardzo dobrze rozwinięta struktura porowata tych węgli stwarza realną możliwość ich wykorzystania w procesach adsorpcyjnych i katalitycznych, a w szczególności do adsorpcji dużych cząsteczek organicznych.

EN

Mesoporous carbons were prepared using the hard templating method. Resorcinol with crotonaldehyde and phenol with paraformaldehyde were used as carbon precursors along with colloidal silica as a hard template. The resultant carbons possessed high surface areas exceeding 1500 m2/g for the samples prepared from resorcinol with croton-aldehyde, and approaching 1800 m2/g for those obtained from phenol with paraformaldehyde. All samples exhibited large total pore volumes of about 5 cm3/g and high mesoporosity of about 95%. Pore size distribution functions indicated small amounts of micropores (~1.5 nm) and predominant amounts of mesopores (~30 nm). Scanning electron micrographs proved uniformity of spherical mesopores and their random distribution in the carbon matrix. The well developed porous structure of the mesoporous carbons studied makes them feasible for adsorption and catalytic processes, especially for adsorption of large organic molecules.

Słowa kluczowe

PL

mezoporowate węgle; twarde odwzorowanie; adsorpcja azotu; SEM; powierzchnia właściwa

EN

mesoporous carbons; hard templating; nitrogen adsorption; SEM; surface area

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 34, nr 1
• Strony: 3--7
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Choma J.

autor

Dziura A.

autor

Jamioła D.

autor

Marszewski M.

autor

Jaroniec M.

• Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, Wydział Matematyczno-Przyrodniczy, Zakład Chemii Fizycznej, ul. Świętokrzyska 15G, 25-406 Kielce,

Bibliografia

• 1. J.R. HOLST, A.I. COOPER: Ultrahigh surface area in porous solids. Advanced Materials 2010, Vol. 22, pp. 5212–5216.
• 2. Y. XIA, G.S. WALKER, D.M. GRANT, R. MOKAYA: Hydrogen storage in high surface area carbons: Experimental demonstration of the effects in nitrogen doping. Journal of the American Chemical Society 2009, Vol. 131, pp. 16493–16499.
• 3. M. JORDA-BENEYTO, F. SUAREZ-GARCIA, D. LOZANO-CASTELLO, D. CAZORLA-AMOROS, A. LINARES-SOLANO: Hydrogen storage on chemically activated carbons and carbon nanomaterials at high pressure. Carbon 2007, Vol. 45, pp. 293–303.
• 4. H. FURUKAWA, N. KO, Y.B. GO, N. ARATANI, S.B. CHOI, E. CHOI, A.O. YAZAYDIN, R.Q. SNURR, M. O’KEEFFE, J. KIM, O.M. YAGHI: Ultra-high porosity in metal-organic frameworks. Science. 2010, Vol. 329, pp. 424–428.
• 5. 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.
• 6. A. TREWIN, G.R. DARLING, A.I. COOPER: ″Naked″ fluoride-binding sites for physisorptive hydrogen-storage. New Journal of Chemistry 2008, Vol. 32, pp. 17–20.
• 7. S. MA, D. SUN, J.M. SIMMONS, C.D. COLLIER, D. YUAN, H.-C. ZHOU: Metal-organic framework from an anthracene derivative containing nanoscopic cages exhibiting high methane uptake. Journal of the American Chemical Society 2008, Vol. 130, pp. 1012–1016.
• 8. R.S. HASZELDINE: Carbon capture and storage: How green can black be? Science 2009, Vol. 325, pp. 1647–1652.
• 9. T. BEN, H. REN, S. MA, D. CAO, J. LAN, X. JING, W. WANG, J. XU, F. DENG, J.M. SIMMONS, S. QIU, G. ZHU: Target synthesis of a porous aromatic framework with high stability and exceptionally high surface area. Angewandte Chemie International Edition 2009, Vol. 48, pp. 9457–9460.
• 10. J. CHOMA: Zastosowanie nanoporowatych materiałów do oczyszczania wody. Ochrona Środowiska 2011, vol. 33, nr 4, ss. 15–22.
• 11. M. JARONIEC, J. CHOMA, J. GÓRKA, A. ZAWIŚLAK: Colloidal templating synthesis of carbonaceous monoliths assuring formation in uniform spherical mesopores and incorporation of inorganic nanoparticles. Chemistry of Materials 2008, Vol. 20, pp. 1069–1075.
• 12. J. CHOMA, M. JARONIEC, A. ZAWIŚLAK, K. JEDYNAK: Adsorpcyjne właściwości nanoporowatych materiałów węglowych otrzymanych z wykorzystaniem matryc krzemionkowych i polimerowych. Ochrona Środowiska 2009, vol. 31, nr 3, ss. 17–24.
• 13. L.D. GELB, K.E. GUBBINS: Characterization of porous glasses: Simulation models, adsorption isotherms, and the Brunauer-Emmett-Teller analysis method. Langmuir 1998, Vol. 14, pp. 2097–2111.
• 14. K.S. WALTON, R.Q. SNURR: Applicability of the BET method for determining surface areas of microporous metal-organic frameworks. Journal of the American Chemical Society 2007, Vol. 129, pp. 8552–8556.
• 15. S.J. GREGG, K.S.W. SING: Adsorption, Surface Area and Porosity, 2nd ed., Academic Press, New York 1982.
• 16. 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.
• 17. 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.
• 18. 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.