Adsorpcyjna charakterystyka uporządkowanych mezoporowatych materiałów krzemionkowych MCM-41

• Autorzy: Choma J. , Jaroniec M. , Michalski E. , Kloske M.

Warianty tytułu

EN

Adsorption characterization of ordered mesoporous siliceous MCM-41 materials

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Bardzo dobrze uporządkowane mezoporowate materiały krzemionkowe MCM-41 syntezowano w obecności związków powierzchniowo czynnych (surfaktantów) alkilotrimetyloamoniowych. Syntezę prowadzono w obecności bromku decylotrimetyloamoniowego i bromku cetylotrimetyloamoniowego (jako surfaktantów) zwracając szczególną uwagę na długotrwałą, hydrotermalną krystalizację porowatych materiałów krzemionkowych MCM-41 w temperaturze 373 K. Tak przeprowadzony proces pozwolił na otrzymanie heksagonalnie uporządkowanych mezoporowatych materiałów krzemionkowych o bardzo dobrej jakości. Otrzymane próbki charakteryzowano za pomocą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego (XRD) oraz adsorpcji azotu w temperaturze 77 K. Próbki te zawierały przeważającą ilość pierwotnych mezoporów (o objętości stanowiącej ponad 90% całkowitej objętości porów) i nie zawierały mikroporów. Ich wymiar porów wyznaczono na podstawie odległości międzypłaszczyznowej (100) i pierwotnej objętości mezoporów z zastosowaniem geometrycznej zależności dla heksagonalnie uporządkowanych porów oraz na podstawie metody Barretta-Joynera-Halendy ze zmodyfikowaną postacią równania Kelvina dla adsorpcji azotu w cylindrycznych porach. Oba te wymiary są nieomal identyczne dla tej samej próbki MCM-41. Zastosowanie porównawczej metody Gregga i Singa pozwoliło wyznaczyć całkowitą powierzchnię właściwą oraz powierzchnię zewnętrzną mezoporowatych materiałów krzemionkowych. Dodatkowo wyznaczono funkcje rozkładu energii adsorpcji z danych adsorpcji poniżej monowarstwy. Są one podobne dla obu próbek MCM-41 i bardzo przypominają funkcje rozkładu dla porowatych żeli krzemionkowych.

EN

Highly order mesoporous siliceous MCM-41 materials were synthesized using alkyltrimethylammonium surfactants. Their synthesis was carried out in the presence of decyltrimethylammonium and cetyltrimethylammonium bromides with special emphasis on long hydrothermal formation of siliceous MCM-41 materials at 373 K. This hydrothermal process afforded good quality siliceous materials of hexagonally ordered mesostructure. The resulting materials were characterized by using powder X-ray diffraction (XRD) and nitrogen adsorption at 77 K. These samples were without micropores and contained mostly primary mesopores (over 90%). The size of primary mesopores was evaluated by means of a geometrical formula for cylindrical pore geometry using the interplanar XRD (100) spacing and the adsorption volume of primary mesopores. Also, this pore size was calculated by using the Barrett-Joyner-Halenda method with modified Kelvin equation for nitrogen adsorption in cylindrical pores. Both methods gave almost identical values of the mesopore size. The total specific surface area and the surface area of secondary mesopores were evaluated by method proposed by Gregg and Sing. In addition, adsorption energy distributions were calculated from submonolayer adsorption data. The distribution curves for both MCM-41 samples are similar and resemblance those for conventional silica gels.

Słowa kluczowe

PL

materiały krzemionkowe MCM-41; struktura porowata; właściwości powierzchniowe; dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego; adsorpcja azotu

EN

MCM-41 materials; porous structure; surface properties; XRD; nitrogen adsorption

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2001
• Tom: Vol. 50, nr 10
• Strony: 63--82
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz.

Twórcy

autor

Choma J.

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

autor

Jaroniec M.

• Department of Chemistry, Kent State University, Kent, OH 44242, USA

autor

Michalski E.

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

autor

Kloske M.

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

Bibliografia

• [1] 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. Sheppard, S. B. McCullen, J. B. Higgins, J. L. Schlenker, A new family of mesoporous molecular sieves prepared with liquid crystal templates, J. Am. Chem. Soc., 114 (1992), 10834.
• [2] G. A. Ozin, Panoscopic materials: synthesis over ‘all’ length scales, Chem. Commun., (2000), 419.
• [3] J. Choma, M. Jaroniec, M. Kloske, Właściwości adsorpcyjne uporządkowanych mezoporowatych adsorbentów krzemionkowych, Wiadomości Chem., w druku.
• [4] M. Jaroniec, M. Kruk, A. Sayari, Adsorption methods for characterization of surface and structural properties of mesoporous molecular sieves, Studies in Surface Science and Catalysis (L. Bonneviot, F. Béland, C. Dalmon, S. Giasson, S. Kaliaguine, Eds.), 117 (1998), 325.
• [5] M. Kruk, M. Jaroniec, A. Sayari, Adsorption study of surface and structural properties of MCM-41 materials of different pore size, J. Phys. Chem. B, 101 (1997), 583.
• [6] A. Sayari, Y. Yang, Highly ordered MCM-41 silica prepared in the presence of decyltrimethylammonium bromide, J. Phys. Chem. B, 104 (2000), 4385.
• [7] J. Choma, M. Jaroniec, W. Burakiewicz-Mortka, E. Michalski, M. Kloske, Synthesis and characterization of C10- and C16-MCM-41, Biul. WAT, 10 (2001).
• [8] J. Ościk, Adsorpcja, PWN, Warszawa 1979.
• [9] S. J. Gregg, K. S. W. Sing, Adsorption Surface Area and Porosity, Academic Press, London 1991.
• [10] M. Kruk, M. Jaroniec, J. P. Olivier, Standard nitrogen adsorption data for characterization of nanoporous silicas, Langmuir, 15 (1999), 5410.
• [11] 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.
• [12] M. Kruk, M. Jaroniec, A. Sayari, Applications of large pore MCM-41 molecular sieves to improve pore size analysis using nitrogen adsorption measurements, Langmuir, 13 (1997), 6267.
• [13] M. Kruk, M. Jaroniec, J. M. Kim, R. Ryoo, Characterization of highly ordered MCM-41 silica using X-ray diffraction and nitrogen adsorption, Langmuir, 15 (1998), 5279.
• [14] M. von Szombathely, P. Brauer, M. Jaroniec, The solution of the adsorption integral equation by means of the regularization method, J. Comput. Chem., 13 (1992), 17.
• [15] M. Jaroniec, R. Madey, Physical adsorption on heterogeneous solids, Elsevier, Amsterdam 1988.
• [16] M. Kruk, M. Jaroniec, A. Sayari, Relations between pore structure parameters and their implications for characterization of MCM-41 using gas adsorption and X-ray diffraction, Chem. Mater., 11 (1999), 492.
• [17] J. Choma, M. Jaroniec, Pore size analysis for ordered mesoporous materials: Comparison of various methods and recommendations, 3rd International Conference on Progress in Inorganic and Organometallic Chemistry, Polanica-Zdrój, Poland, September 17–22, 2000, 47.