Adsorpcyjne właściwości nanoporowatych materiałów węglowych otrzymanych z wykorzystaniem matryc krzemionkowych i polimerowych

• Autorzy: Choma J. , Jaroniec M. , Zawiślak A. , Jedynak K.

Warianty tytułu

EN

Adsorption properties of nanoporous carbon materials synthesized using siliceous and polymeric templates

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono wyniki badań dotyczące syntezy i charakterystyki właściwości adsorpcyjnych mezoporowatych materiałów węglowych i ich posyntezowej aktywacji w celu otrzymania mikro-mezoporowatych węgli. Omówiono najważniejsze metody otrzymywania węgli z uporządkowanymi lub jednorodnymi mezoporami, szczególnie z wykorzystaniem uporządkowanych mezoporowatych krzemionek, koloidów krzemionkowych i kopolimerów trójblokowych jako matryc. Pierwsze dwa typy matryc są matrycami stałymi, natomiast kopolimery blokowe nalezą do tzw. matryc miękkich. Charakterystyka właściwości adsorpcyjnych nanoporowatych węgli opierała się na izotermach adsorpcji azotu, a w szczególności na obliczeniu funkcji rozkładu objętości porów. Izotermy te wykorzystano także do wyznaczenia powierzchni właściwej, całkowitej objętości porów, objętości mikroporów i mezoporów, a także wymiaru porów odpowiadającego maksimum funkcji rozkładu objętości porów. Badania adsorpcyjne wykazały, że mezoporowate węgle miały dobrze rozwiniętą mezoporowatość, która może być łatwo uzupełniona mikroporami utworzonymi w wyniku dodatkowej posyntezowej aktywacji. Stwierdzono, że badane mikro-mezoporowate węgle są obiecującymi materiałami do adsorpcji i katalizy oraz zastosowań w inżynierii środowiska.

EN

This work reports a concise review of recent studies on the synthesis and characterization of the adsorption properties of mesoporous carbon materials and their post-synthesis activation in order to obtain micro-mesoporous carbons. The most important methods for the synthesis of carbons with ordered or uniform mesopores have been reviewed, especially those involving ordered mesoporous silicas, colloidal silica and block copolymers as templates. The first two types of templates are classified as hard templates, while the block copolymers are considered as soft templates. The adsorption properties of nanoporous carbons were characterized using nitrogen adsorption isotherms, especially for the evaluation of the pore size distribution. These isotherms were also used for the calculation of the specific surface area, total pore volume, the volumes of micropores and mesopores, and the pore sizes at the maxima of the pore size distributions. Adsorption studies have shown that the mesoporous carbons studied have a well developed mesoporosity, which can be easily supplemented by the micro-porosity obtained as a result of additional post-synthesis activation. It has been demonstrated that the micro-mesoporous carbons synthesized via this route are promising materials with a wide range of practical applications in adsorption, catalysis, and environmental pollution control.

Słowa kluczowe

PL

adsorpcja; nanoporowaty materiał węglowy; matryca krzemionkowa; matryca polimerowa

EN

adsorption; nanoporous carbon material; siliceous templates; polymeric templates

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 31, nr 3
• Strony: 17--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz.

Twórcy

autor

Choma J.

autor

Jaroniec M.

autor

Zawiślak A.

autor

Jedynak K.

• Uniwersytet Humanistyczno-Przyrodniczy Jana Kochanowskiego, Wydział Matematyczno-Przyrodniczy, Instytut Chemii, ul. Świętokrzyska 15G, 25-416 Kielce,

Bibliografia

• 1. J. CHOMA, M. JARONIEC: Characterization of nanoporous carbons by using adsorption isotherms. T.J. BANDOSZ [Ed.]: Activated Carbon Surfaces in Environmental Remediation. Elsevier, Amsterdam 2006, pp. 107–158.
• 2. J. LEE, J. KIM, T. HYEON: Synthesis of new nanostructured carbon materials using silica nanostructured templates by Korean research groups. Int. J. Nanotechn. 2006, Vol. 3, pp. 253–279.
• 3. A. VINU, T. MORI, K. ARIGA: New families of mesoporous materials. Sci. Technol. Adv. Mater. 2006, Vol. 7, pp. 753–771.
• 4. CH. LIANG, Z. LI, S. DAI: Mesoporous carbon materials: Synthesis and modification. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, Vol. 47, pp. 3696–3717.
• 5. 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.
• 6. R.T. YANG: Adsorbents: Fundamentals and Application. Wiley InterScience, New York 2003.
• 7. J.S. BECK, J.C. VARTULI, W.J. ROTH, M.E. LEONOWICZ, C.T. KRESGE, K.D. SCHMITT, C.T.-W. CHU, D.H. OLSON, E.W. SHEPARD, S.B. MCCULLEN, J.B. HIGGINS, J.L. SHLENKER: A new family of mesoporous molecular sieves prepared with liquid crystals templates. J. Am. Chem. Soc. 1992, Vol. 114, pp. 10834–10843.
• 8. C.T. KRESGE, M.E. LEONOWICZ, W.J. ROTH, J.C. VAR-TULI, J.S. BECK: Ordered mesoporous molecular sieves synthesized by a liquid-crystal template mechanism. Nature 1992, Vol. 359, pp. 710–712.
• 9. H. JANKOWSKA, A. ŚWIĄTKOWSKI, J. CHOMA: Active Carbon. Ellis Horwood Ltd., Chichester 1991.
• 10. J.H. KNOX, K.K. UNGER, H. MUELLER: Prospects of carbon as packing material in high-performance liquid chromatography. J. Liq. Chromatogr. 1983, Vol. 6, pp. 1–36.
• 11. J.H. KNOX, B. KAUR, G.R. MILLWARD: Structure and performance of porous graphitic carbon in liquid chromatography. J. Chromatogr. 1986, Vol. 352, pp. 3–25.
• 12. R. RYOO, S. H.JOO, S. JUN: Synthesis of highly ordered carbon molecular sieves via template-mediated structural transformation. J. Phys. Chem. B 1999, Vol. 103, pp. 7743–7747.
• 13. S. JUN, S. H.JOO, M. KRUK, M. JARONIEC, Z. LIU, T. OHSUNA, O. TERASAKI: Synthesis of new nanoporous carbon with hexagonally ordered mesostructure. J. Am. Chem. Soc. 2000, Vol. 122, pp. 10712–10713.
• 14. Z. LI, M. JARONIEC: Colloidals imprinting: A novel approach to the synthesis of mesoporous carbons. J. Am. Chem. Soc. 2001, Vol. 123, pp. 9208–9209.
• 15. J. CHOMA, A. ZAWIŚLAK, J. GÓRKA: Synthesis and adsorption properties of colloid-imprinting mesoporous carbons using poly(vinylidene chloride-co-vinyl chloride) as a carbon precursor. Adsorption 2009, Vol. 15, pp. 167–171.
• 16. J. CHOMA, M. JARONIEC, A. ZAWIŚLAK, J. GÓRKA: Synteza i właściwości adsorpcyjne koloidalnie odwzorowanych nanoporowatych węgli otrzymanych z wykorzystaniem kopolimeru chlorku winylidenu i chlorku winylu (Saranu). Ochrona Środowiska 2009, vol. 31, nr 1, ss. 3–7.
• 17. M. JARONIEC, J. CHOMA, J. GÓRKA, A. ZAWIŚLAK: Colloidal templating synthesis of carbonaceous monoliths assuring formation of uniform spherical mesopores and incorporation of inorganic nanoparticles. Chem. Mater. 2008, Vol. 20, No 3, pp. 1069–1075.
• 18. J. CHOMA, M. JARONIEC, A. ZAWIŚLAK, J. GÓRKA: Synthesis and adsorption properties of micro-mesoporous carbons obtained from colloidal silica and phenolic resins. Carbon 2009 (in press).
• 19. S. TANAKA, N. NISIYAMA, E. EGASHIRA, K. UEYAMA: Synthesis of ordered mesoporous carbons with channel structure from an organic-organic nanocomposites. Chem. Commun. 2005, pp. 2125–2127.
• 20. 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. Chem. Mater. 2006, Vol. 18, pp. 4447–4465.
• 21. C. LIANG, S. DAI: Synthesis of mesoporous carbon materials via enhanced hydrogen-bonding interaction. J. Am. Chem. Soc. 2006, Vol. 128, pp. 5316–5317.
• 22. H.P. LIN, C.C. CHANG-CHIEN, C.Y. TANG, C.Y. LIN: Synthesis of p6mm hexagonal mesoporous carbons and silicas using Pluronic F127–PF resin polymer blends. Micropor. Mesopor. Mater. 2006, Vol. 93, pp. 344–348.
• 23. J. CHOMA, J. GÓRKA, M. JARONIEC: Pore size analysis of channel-like mesoporous carbons by using argon and nitrogen adsorption data. Micropor. Mesopor. Mater. 2008, Vol. 112, pp. 573–579.
• 24. J. GÓRKA, A. ZAWIŚLAK, J. CHOMA, M. JARONIEC: KOH activation of mesoporous carbons obtained by soft-templating. Carbon 2008, Vol. 46, pp. 1159–1161.