Wpływ temperatury karbonizacji na adsorpcyjne i strukturalne właściwości mezoporowatych węgli otrzymanych metodą miękkiego odwzorowania

• Autorzy: Choma J. , Jedynak K. , Jamioła D. , Jaroniec M.

Warianty tytułu

EN

Influence of carbonization temperature on the adsorption and structural properties of mesoporous carbons obtained by soft templating

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono sposób syntezy porowatych węgli o jednorodnych mezoporach metodą miękkiego odwzorowania z wykorzystaniem kopolimeru trójblokowego (Lutrol F127) oraz prekursorów węglowych - rezorcynolu i formaldehydu. Synteza przebiegała w środowisku kwasowym. Zbadano wpływ temperaturowej karbonizacji (w przedziale temperatur od 400 °C do 850 °C) na adsorpcyjne i strukturalne właściwości otrzymanych węgli. Stwierdzono, że wraz ze wzrostem temperatury karbonizacji zmniejszały się wartości takich parametrów struktury porowatej węgla, jak całkowita objętość porów, objętość mezoporów, a także średni wymiar porów odpowiadający maksimum funkcji rozkładu. Jedynie powierzchnia właściwa węgla zwiększała się sukcesywnie wraz ze wzrostem temperatury karbonizacji, a w temperaturze 850 °C osiągnęła maksymalną wartość równą 746 m2/g w wyniku wzrostu objętości mikroporów. Wyniki porównano z rezultatami osiągniętymi we wcześniejszej pracy, wykazując podobną tendencję w zachowaniu się parametrów adsorpcyjnych. Otrzymane w różnych warunkach temperaturowych mezoporowate węgle miały bardzo dobre właściwości adsorpcyjne i mogą być z powodzeniem stosowane w różnych procesach w inżynierii środowiska.

EN

Carbons with uniform mesopores were synthesized by soft templating using a triblock copolymer (Lutrol F127) and two carbon precursors - resorcinol and formaldehyde. Synthesis was carried out under acidic conditions. The main focus of the study was the effect of carbonization temperature (from 400 °C to 850 °C) on the adsorption and structural properties of the carbons obtained. The study has produced the following findings: the rise in carbonization temperature was concomitant with the decline in such porous structure parameters as total pore volume, mesopore volume, pore width and average pore size corresponding with the maximum of the distribution function. Only the specific surface area of the carbons increased with increasing carbonization temperature, to reach a maximal value, 746 m2/g, at 850 °C, owing to the increase in the micropore volume. Comparison of the results of this study with previous data has revealed a similar trend in the behavior of the adsorption parameters. Obtained at different carbonization temperatures, the mesoporous carbons show very good adsorption properties and high potential for successful use in environmental engineering.

Słowa kluczowe

PL

mezoporowate węgle; synteza; miękkie odwzorowanie; temperatura karbonizacji; struktura porowata

EN

mesoporous carbons; synthesis; soft templating; carbonization temperature; porous structure

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 34, nr 2
• Strony: 3--8
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Choma J.

autor

Jedynak K.

autor

Jamioła D.

autor

Jaroniec M.

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

Bibliografia

• 1. Y. WAN, Y. SHI, D. ZHAO: Supramolecular aggregates as templates: Ordered mesoporous polymers and carbons. Chemistry of Materials 2008, Vol. 20, pp. 932–945.
• 2. C. LIANG, Z. LI, S. DAI: Mesoporous carbon materials: Synthesis and modification. Angewandte Chemie International Edition 2008, Vol. 47, pp. 3696–3717.
• 3. J. CHOMA, K. JEDYNAK, J. GÓRKA, M. JARONIEC: Morfologia i właściwości adsorpcyjne mezoporowatych węgli z nanocząstkami srebra. Ochrona Środowiska 2011, vol. 33, nr 1, ss. 3–8.
• 4. 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.
• 5. C. LIU, L. LI, H. SONG, X. CHEN: Facile synthesis of ordered mesoporous carbons from F108/resorcinol–formaldehyde composites obtained in basic media. Chemical Communications 2007, No. 7, pp. 757–759.
• 6. C. LIANG, N.J. DUDNEY, J.Y. HOWE: Hierarchically structured sulfur/carbon nanocomposite material for high-energy lithium battery. Chemistry of Materials 2009, Vol. 21, pp. 4724–4730.
• 7. E. RAMASAMY, J. CHUN, J. LEE: Soft-template synthesized ordered mesoporous carbon counter electrodes for dye-sensitized solar cells. Carbon 2010, Vol. 48, pp. 4563–4565.
• 8. Y. ZHAI, Y. DOU, X. LIU, S.S. PARK, C.-S. HA, D. ZHAO: Soft-template synthesis of ordered mesoporous carbon/nanoparticle nickel composites with high surface area. Carbon 2011, Vol. 49, pp. 545–555.
• 9. S. YOON, S.M. OH, C. LEE: Direct template synthesis of mesoporous carbon and its application to supercapacitor electrodes. Materials Research Bulletin 2009, Vol. 44, pp. 1663–1669.
• 10. J. CHOMA: Zastosowanie nanoporowatych materiałów do oczyszczania wody. Ochrona Środowiska 2011, vol. 33, nr 4, ss. 15–22.
• 11. E.P. AMBROSIO, M.A. DUMITRESCU, C. FRANCIA, C. GERBALDI, P. SPINELLI: Ordered mesoporous carbons as catalyst support for PEM fuel cells. Fuell Cells 2009, Vol. 9, pp. 197–200.
• 12. K.S. XIA, Q.M. GAO, C.D. WU, S.Q. SONG, M.L. RUAN: Activation, characterization and hydrogen storage properties of the mesoporous carbon CMK-3. Carbon 2007, Vol. 45, pp. 1989–1996.
• 13. S. TANAKA, N. NISHYAMA, Y. EGASHIRA, K. UEYA-MA: Synthesis of ordered mesoporous carbons with channel structure from an organic–organic nanocomposite. Chemical Communications 2005, No. 16, pp. 2125–2127.
• 14. X. WANG, C.D. LIANG, S. DAI: Facile synthesis of ordered mesoporous carbons with highly thermal stability by self-assembly of resorcinol-formaldehyde and block copolymers under highly acidic conditions. Langmuir 2008, Vol. 24, pp. 7500–7505.
• 15. 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.
• 16. S.J. GREGG, K.S.W. SING: Adsorption, Surface Area and Porosity. 2nd ed. Academic Press, New York 1982.
• 17. 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.
• 18. 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.
• 19. 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.
• 20. J. CHOMA, M. JARONIEC, M. KLOSKE: Improved pore size analysis of carbonaceous adsorbents. Adsorption Science and Technology 2002, Vol. 20, pp. 307–315.
• 21. K.S.W. SING, D.H. EVERETT, R.A.W. HAUL, L. MOS-COU, 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.
• 22. J. GÓRKA, A. ZAWIŚLAK, J. CHOMA, M. JARONIEC: Adsorption and structural properties of soft-templated mesoporous carbons obtained by carbonization at different temperatures and KOH activation. Applied Surface Science 2010, Vol. 256, pp. 5187–5190.