Synteza i charakterystyka uporządkowanych mezoporowatych materiałów MCM-41 z grupami winylowymi

• Autorzy: Choma J. , Jaroniec M. , Burakiewicz-Mortka W. , Michalski E.

Warianty tytułu

EN

Synthesis and characterization of ordered mesoporous materials MCM-41 with vinyl groups

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zsyntezowano serię uporządkowanych mezoporowatych materiałów krzemionkowych MCM-41 ze wzrastającą ilością grup winylowych. W procesie syntezy z obróbką hydrotermiczną stosowano trietoksywinylosilan (TEVSi) w ilości 0, 10, 20, 30 i 50% w stosunku do tetraetoksysilanu (TEOS) wykorzystanego jako źródło krzemionki oraz w obecności bromku cetylotrimetyloamoniowego (surfaktantu), którego cząsteczki stanowiły matrycę dla tworzącego się materiału krzemionkowego. Substancję powierzchniowo czynną (surfaktant) usuwano z wnętrza porów materiałów z grupami winylowymi za pomocą ekstrakcji alkoholowej z dodatkiem kwasu solnego, natomiast w przypadku materiału bez tych grup zastosowano wysokotemperaturową kalcynację. Przestrzenne, heksagonalne uporządkowanie mezoporów w próbkach charakteryzowano za pomocą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego (XRD). Natomiast strukturę porowatą tych materiałów charakteryzowano na podstawie niskotemperaturowej (77 K) adsorpcji azotu, którą wykorzystano do wyznaczania powierzchni właściwej, objętości mezoporów i funkcji rozkładu objętości porów. Stwierdzono, że próbka MCM-41 bez grup winylowych, jak i próbki MCM-41 z grupami winylowymi są dobrze uporządkowanymi mezoporowatymi materiałami ze znaczącym udziałem pierwotnych mezoporów. Ponadto stwierdzono, że wraz ze wzrastającym udziałem ilości użytego w syntezie TEVSi (10, 20, 30, 50%) pogarszają się nieco właściwości adsorpcyjne materiałów z grupami winylowymi. Stają się one nieco gorzej uporządkowane, a ich funkcje rozkładu objętości porów mają większą dyspersję oraz ich maksima przesuwają się w kierunku mniejszych wartości wymiaru porów. Uporządkowane materiały krzemionkowe z rodziny MCM-41 z grupami winylowymi są bardzo obiecującymi materiałami do wykorzystania w adsorpcji i katalizie.

EN

A series of ordered mesoporous materials MCM-41 was synthesized with increasing amount of vinyl groups. 10, 20, 30 and 50% of triethoxyvinylsilane (TEVSi) in relation to tetraethoxysilane (TEOS) was used in this synthesis in the presence of cetyltrimethylammonium bromide surfactant. The latter was removed from as-synthesized materials by acidic alcohol extraction. In the case of MCM-41 material without vinyl groups the aforementioned surfactant was removed by calcination. It is shown by powder X-ray diffraction that the resulting materials with vinyl groups possess ordered mesoporosity as in MCM-41. The porous structure of these materials was characterized by nitrogen adsorption at 77 K, which was used to evaluate their surface areas, mesopore volumes and pore size distributions. Adsorption analysis shows that the samples with and without vinyl groups are structurally ordered with a high fraction of primary mesopores. Their adsorption properties gradually decline with increasing amount of TEVSi (10, 20, 30 and 50%) used in the synthesis. This is reflected by deterioration of the structural ordering as well as by reduction of the pore width and increasing dispersion of the pore size distribution. Ordered MCM-41 silicas with vinyl groups are promising materials for adsorption and catalysis applications.

Słowa kluczowe

PL

uporządkowane materiały krzemionkowe MCM-41; grupy winylowe; adsorpcja; właściwości powierzchniowe

EN

ordered siliceous materials MCM-41; vinyl groups; adsorption; surface properties

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 55, nr 2
• Strony: 217--235
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., wykr.

Twórcy

autor

Choma J.

autor

Jaroniec M.

autor

Burakiewicz-Mortka W.

autor

Michalski E.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Instytut Chemii, 00-908 Warszawa, ul. S. Kaliskiego 2

Bibliografia

• [1] M. Kruk, M. Jaroniec, Gas adsorption characterization of ordered organic-inorganic nanocomposite materials, Chem. Mater., 13, 2001, 3169.
• [2] R. Anwander, SOMC&PMS. Surface organometalic chemistry at periodic mesoporous silica, Chem. Mater., 13, 2001, 4419.
• [3] A. Sayari, S. Hamoudi, Periodic mesoporous silica-based organic-inorganic nanocomposite materials, Chem. Mater., 13, 2001, 3151.
• [4] A. Stein, B. J. Melde, R. C. Schroden, Hybrid inorganic-organic mesoporous silicates-nanoscopic reactors coming of age, Adv. Mater., 12, 2000, 1403.
• [5] J. Choma, M. Jaroniec, M. Kloske, Modyfikowane nanoporowate adsorbenty krzemionkowe: otrzymywanie, właściwości, zastosowanie, Biul. WAT, 52, nr 11, 2003, 65.
• [6] M. Kruk, T. Asefa, M. Jaroniec, G.A. Ozin, Methamorphosis of ordered mesopores to micropores: periodic silica with unprecedented loading of pendant reactive organic groups transforms to periodic microporous silica with tailorablepore size, J. Am. Chem. Soc, 124, 2002, 6383.
• [7] V. Antochshuk, M. Jaroniec, Simultaneous modification of mesopores and extraction of template molecules from MCM-41 with trialkylchlorosilanes, Chem. Comm., 1999, 2373.
• [8] J. Choma, M. Jaroniec, W. Burakiewicz-Mortka, E. Michalski, M. Kloske, Synthesis and characterization of C-10 and C-16 materials, Biul. WAT, 50, nr 10, 2001, 5.
• [9] D. J. Macquarrie, Direct preparation of organically modified MCM-type materials. Preparation and characterization of aminopropyl-MCM and 2-cyanoethyl-MCM, Chem. Comm., 1996, 1961.
• [10] D. J. Macqarrie, B. D. Jackson, J. E. G. Mdoe, J. H. Clark, Organically modified heksagonal mesoporous silicas, New J. Chem., 23, 1999, 539.
• [11] M. Koya, H. Nakajima, Synthesis and characterization of ordered mesoporous silicas with functionalized groups, Stud. Surf. Sci. Catal, 117, 1998, 243.
• [12] L. Mercier, T. J. Pinnavaia, Direct synthesis of hybrid organic-inorganic nanoporous silica by a neutral amine assembly route: structure-function control by stoichiometric incorporation of organosiloxane molecule, Chem. Mater., 12, 2000, 188.
• [13] C. E. Fowler, S. L. Burkett, S. Mann, Synthesis and characterization of ordered organosilica-surfactant mesophases with functionalized MCM-41-type architecture, Chem. Comm., 1997, 1769.
• [14] C. E. Fowler, B. Lebeau, S. Mann, Covalent coupling of an organic chromophore into functionalized MCM-41 mesophase by template-directed co-condensation, Chem. Comm., 1998, 1825.
• [15] C. M. Bambrough, R. C. T. Slade, R. T. Wiliams, S. D. Sims, S. Mann, Sorption of nitrogen, water and benzene by a phenyl-modified MCM-41 sorbent, J. Coll. Interf. Sci., 210, 1998, 220.
• [16] S. R. Hall, C. E. Fowler, B. Lebeau, S. Mann, Template-directed synthesis of bifunetiona-lized organo-MCM-41 andphenyl-MCM-48 silica mesophases, Chem. Comm., 1999, 210.
• [17] P. Mukherjee, M. Sastry, R. Kumar, Size discrimination of colloidal nanoparticles by thiol-functionalized MCM-41 mesoporous molecular sieves, Phys. Chem. Comm., 4, 2000, 2419.
• [18] J. Choma, M. Jaroniec, Otrzymywanie i właściwości modyfikowanych nanoporowatych adsorbentów krzemionkowych, Ochrona Środowiska, 25, nr 1, 2003, 3.
• [19] W. M. Van Rhijn, D. E. De Vos, W. D. Sels, W. D. Bossaert, P. A. Jacobs, Sulfonic acid functionalised ordered mesoporous materials as catalysts for condensation and esterification reactions, Chem. Comm., 1998, 317.
• [20] I. Diaz, C. Marquez-Alvarez, F. Mohinio, J. Perez-Pariente, S. Sastre, Combined alkyl and sulfonic acid functionalization of MCM-41-type silica, J. Catalysis, 193, 2000, 283.
• [21] V Antochshuk, O. Olkhovyk, M. Jaroniec, I. S. Park, R. Ryoo, Benzoylthiourea-modified mesoporous silica for mercury(II) removal, Chem. Comm., 2002, 258.
• [22] P. Ferreira, I. S. Goncalves, F. Mosselmans, M. Pillinger, J. Rocha, A. Thursfield, Structural studies of MCM-48 derivatized with (1,1'-ferrocenediyl)dimethylsilane, Eur. J. Inorg. Chem., 2000, 97.
• [23] V Antochshuk, M. Jaroniec, Adsorption, thermogravimetric, and NMR studies of FSM-16 material functionalized with alkylmonochlorosilanes, J. Phys. Chem. B, 103, 1999, 6252.
• [24] R. J. P. Corriou, L. Datas, Y. Guam, A. Mehdi, C. Reye, C. Thieuleux, Ordered SBA-15 mesoporous silica containing phosphonic acid groups prepared by a direct synthetic approach, Chem. Comm., 2001, 763.
• [25] Y. Guari, C. Thieuleux, A. Mehdi, C. Reye, R. J. P. Corriu, S. Gomez-Gallardo, K. Philippot, B. Chaudret, R. Dutartre, In situ formation of gold nanoparticles within functionalised ordered mesoporous silica via an organometalic "chimie douce" approach, Chem. Comm., 2001, 1374.
• [26] V Galetto, V Dagry, F. Babonneau, One-pot synthesis of a cubic silicate phase functionalized with phenyl groups, Mater. Res. Soc. Symp. Proc, 576, 1999, 21.
• [27] F. Babonneau, L. Leite, S. Fontlup, Structural characterization of organically-modified porous silicates synthesized using CTA surfactant and acid conditions, J. Mater. Chem., 9, 1999, 175.
• [28] R. Richter, L. Mercier, Direct synthesis of functionalized mesoporous silica by non-ionic polyethylenooxide surfactant assembly, Chem. Comm., 1998, 1775.
• [29] J. Brown, R. Richter, L. Mercier, One-step synthesis of high capacity mesoporous Hg2+ adsorbents by non-ionic surfactant assembly, Micropor. Mesopor. Mater., 37, 2000, 41.
• [30] S. J. Gregg, K. S. W. Sing, Adsorption, surface area and porosity, Academic Press, London 1991.
• [31] J. Choma, M. Jaroniec, E. Michalski, M. Kloske, Adsorpcyjna charakterystyka uporządkowanych mezoporowatych materiałów krzemionkowych, Biul. WAT, 50, nr 10, 2001, 63.
• [32] M. Jaroniec, M. Kruk, J. P. Olivier, Standard nitrogen adsorption data for characterization of nanoporous silicas, Langmuir, 15, 1999, 5410.
• [33] E. P. Barrett, L. G. Joyner, P. P. Halenda, The determination of pore volume and area distributions in porous substances. I. Computations from nitrogen isotherms, J. Am. Chem. Soc, 73, 1951, 373.
• [34] M. Kruk, M. Jaroniec, A. Sayari, Application of large pore MCM-41 molecular sieves to improve pore size analysis using nitrogen adsorption measurements, Langmuir, 13, 1997, 6267.