Synteza i właściwości adsorpcyjne koloidalnie odwzorowanych nanoporowatych węgli otrzymanych z kopolimeru chlorku winylidenu i chlorku winylu (Saranu)

Choma, J.; Jaroniec, M.; Zawiślak, A.; Górka, J.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Synteza i właściwości adsorpcyjne koloidalnie odwzorowanych nanoporowatych węgli otrzymanych z kopolimeru chlorku winylidenu i chlorku winylu (Saranu)

Autorzy

Choma J. , Jaroniec M. , Zawiślak A. , Górka J.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Synthesis and adsorption properties of colloid-templated nanoporous carbons obtained using vinylidene and vinyl chloride copolymer (Saran)

Języki publikacji

Abstrakty

W pracy zaproponowano prostą syntezę mikro- i mikro-mezoporowatego węgla z wykorzystaniem koloidalnej krzemionki o wymiarach ok. 24 nm i kopolimeru chlorku winylidenu i chlorku winylu (Saranu) jako prekursora węglowego. W celach porównawczych z samego kopolimeru, bez dodatku koloidalnej krzemionki, otrzymano całkowicie mikroporowaty materiał węglowy. Otrzymany z udziałem krzemionki koloidalnej węgiel mikro-mezoporowaty miał powierzchnią właściwą ok. 850 m2/g, natomiast węgiel mikroporowaty - ok. 1000 m2/g. Udział objętości mikro- i mezoporów stanowił po 50% całkowitej objętości porów węgla mikro-mezoporowatego, matomiast w wypadku węgla mikroporowatego udział mikroporów stanowił blisko 100% całkowitej objętości porów. O ile wymiar mikroporów w obu węglach wynosił ok. 1 nm, o tyle duże, jednorodne, sferyczne mezopory w węglu mikro-mezoporowatym miały wymiar ok. 25 nm, zgodny z wymiarem krzemionki koloidalnej użytej w procesie syntezy tego materiału. Pomiary adsorpcji azotu wykazały, że mezopory były połączone ze sobą i w związku z tym dostępne w procesie adsorpcji tego gazu. Ponadto wykazano, że dobrze rozwinięta mikroporowatość węgla powstała podczas procesu karbonizacji w wyniku termicznego rozkładu kopolimeru (Saranu). Wydaje się, że zaproponowaną metodę można wykorzystać do produkcji mikro-mezoporowatych węgli na skalę techniczną.

A simple strategy is proposed for the synthesis of microporous and micro-mesoporous carbons by using colloidal silica (approx. 24 nm in diameter; hard template) and the vinylidene and vinyl chloride copolymer (Saran) as a carbon precursor. For the purpose of comparison, microporous carbon was obtained from the copolymer alone, with no addition of colloidal silica. When colloidal silica was added, the micro-mesoporous carbon obtained via this route exhibited a specific surface area approaching 850 m2/g, whereas the microporous carbon had a surface area of approx. 1000 m2/g. The micropore and mesopore volumes accounted for about 50% each to the total pore volume of the micro-mesoporous carbon; as for the microporous carbon, the micropore volume was close to 100% of the total pore volume. In both the carbons, the size of micropores approached 1 nm. In the micro-mesoporous carbon the uniform and spherical mesopores were approx. 25 nm in size, which coincided with the size of the colloidal silica used for the synthesis of this material. Nitrogen adsorption measurements have shown that the mesopores were interconnected and accessible to the molecules of this gas in the course of the process. Moreover, it has been demonstrated that the well-developed microporosity was formed during carbonization due to the thermal decomposition of the copolymer (Saran). Apparently, the method proposed can be used for large-scale preparation of micro-mesoporous carbons.

Słowa kluczowe

adsorpcja synteza krzemionka koloidalna Saran kopolimer

Saran adsorption synthesis colloidal silica copolymer

Wydawca

Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski

Czasopismo

Ochrona Środowiska

Rocznik

2009

Tom

Vol. 31, nr 1

Strony

3--7

Opis fizyczny

Bibliogr. 30 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Choma J.

autor

Jaroniec M.

autor

Zawiślak A.

autor

Górka J.

Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Nowych Technologii i Chemii, Instytut Chemii, ul. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa, jchoma@wat.edu.pl

Bibliografia

1. J.CHOMA, M.JARONIEC, A.JEDYNAK: Uporządkowane, nanoporowate materiały węglowe: Otrzymywanie i charakterystyka. Ochrona Środowiska 2003, vol. 25, nr 4, ss. 13–18.
2. 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.
3. C.T.KRESGE, M.E.LEONOWICZ, W.J.ROTH, J.C.VARTULI, J.S.BECK: Ordered mesoporous molecular sieves synthesized by a liquid-crystal template mechanism. Nature 1992, Vol. 359, pp. 710–712.
4. C.G.WU, T.BEIN: Conducting carbon wires in ordered nanometer-sized channels. Science 1994, Vol. 26, pp. 1013–1015.
5. S.MANN, G.A.OZIN: Synthesis of inorganic materials with complex form. Nature 1996, Vol. 382, pp. 313–318.
6. B.T.HOLLAND, C.F.BLANFORD, A.STEIN: Synthesis of macroporous materials with highly ordered three-dimensional arrays of spheroidal voids. Science 1998, Vol. 281, pp. 538–540.
7. T.KYOTANI: Control of pore structure in carbon. Carbon 2000, Vol. 38, pp. 269–286.
8. R.RYOO, S.H.JOO, M.KRUK, M.JARONIEC: Ordered mesoporous carbons. Adv. Mater. 2001, Vol. 13, pp. 677–681.
9. M.INAGAKI: New Carbons. Elsevier, Amsterdam 2000.
10. A.DERYŁO-MARCZEWSKA, A.GOWOREK: Pore and surface characteristic of porous melamine- and phenolic-formaldehyde polymers by sorption and XPS measurements. Proc. 6th Int. Sym. on the Characterization of Porous Solids, COPS-VI, Spain, Alicante 2002, paper 73.
11. D.NGUYEN-THANH, T.J.BANDOSZ: Metal-loaded carbonaceous adsorbents templated from porous clay heterostructures. Micropor. Mesopor. Mater. 2006, Vol. 92, pp. 47–55.
12. M.SEREDYCH, T.J.BANDOSZ: Template-devived mesoporous carbons with highly dispersed transition metals as media for the reactive adsorption of dibenzothiophene. Langmuir 2007, Vol. 23, pp. 6033–6041.
13. J. CHOMA, M. JARONIEC, A. ZAWIŚLAK: Mezoporowate węgle: Synteza i właściwości. Wiadomości Chemiczne 2008, t. 61, nr 5–6, ss. 373–402.
14. R.RYOO, S.H.JOO, S JUN: Synthesis of highly ordered molecular sieves via template-mediated structural transformation. J. Phys. Chem. B 1999, Vol. 103, pp. 7745–7746.
15. S.JUN, S.H.JOO, R.RYOO, 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.
16. J.LEE, K.SOHN, T.HYEON: Fabrication of novel mesocellular carbon foams with uniform ultralarge mesopores. J. Am. Chem. Soc. 2001, Vol. 123, pp. 9208–9209.
17. A.A. ZAKHIDOV, R.H.BAUGHMANN, Z.IQBAL, C.CUI, I.KHAYRULLIN, S.O.DANTAS, J.MARTI, V.G. RALCHENKO: Carbon structures with three-dimensional periodicity at optical wavelengths. Science 1998, Vol. 282, pp. 897–899.
18. Z.LI, M.JARONIEC: Colloidal imprinting: a novel approach to the synthesis of mesoporous carbons. J. Am. Chem. Soc. 2001, Vol. 123, pp. 9208–9209.
19. Z.LI, M.Jaroniec: Synthesis and adsorption properties of colloid-imprinted carbons with surface and volume mesoporosity. Chem. Mater. 2003, Vol. 15, pp. 1327–1333.
20. Z.LI, M.JARONIEC, M.LEE, Y.J.RADOVIC: High surface area graphitized carbon with uniform mesopores synthesized by colloidal imprinting method. Chem. Commun. 2002, pp. 1346–1347.
21. Z.LI, M.JARONIEC: Colloid-imprinted carbons as stationary phases for reverse phase liquid chromatography. Anal. Chem. 2004, Vol. 76, pp. 5479–5485.
22. Z.LI, M.JARONIEC: Mesoporous carbons synthesized by imprinting ordered and disordered porous structures of silica particles in mesophase pitch. J. Phys. Chem. B 2004, Vol. 108, pp. 824–826.
23. J.CHOMA, A.ZAWIŚLAK, J.GÓRKA: Synthesis and adsorption properties of colloid-imprinted mesoporous carbons using poly(vinylidene chloride-co-vinyl chloride) as a carbon precursor. Adsorption 2009 (in print).
24. S.J.GREGG, K.S.W.SING: Adsorption, Surface Area and Porosity. Academic Press, London 1982.
25. M.JARONIEC, K.KANEKO: Physicochemical foundations for characterization of adsorbents by using high-resolution comparative plots. Langmuir 1997, Vol. 13, pp. 6589–6596.
26. M.KRUK, M.JARONIEC, K.P.GADKAREE: Nitrogen adsorption studies of novel synthetic active carbons. J. Colloid Interface Sci. 1997, Vol. 192, pp. 250–256.
27. 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. J. Am. Chem. Soc. 1951, Vol. 73, pp. 373–380.
28. J.CHOMA, M.JARONIEC, M.KLOSKE: Improved pore size analysis of carbonaceous adsorbents. Adsorption Sci. & Technology 2002, Vol. 20, pp. 307–315.
29. 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 and porosity. Pure Appl. Chem. 1985, Vol. 57, pp. 603–619.
30. J.CHOMA, J.GÓRKA, M.JARONIEC: Pore analysis of channel-like mesoporous carbons by using argon and nitrogen adsorption data. Micropor. Mesopor. Mater. 2008, Vol. 112, pp. 573–579.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BPOM-0012-0001