Termograwimetryczne badania niemodyfikowanych i modyfikowanych nanoporowatych adsorbentów krzemionkowych

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

Warianty tytułu

EN

Thermogravimetric studies of unmodified and modified nanoporous siliceous adsorbents

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wykorzystując metodę hydrotermiczną otrzymano niemodyfikowane uporządkowane nanoporowate adsorbenty krzemionkowe MCM-41 C8, C10 i C16 i modyfikowane MCM-41 C16-SH z grupami merkaptopropylowymi oraz MCM-41 C16-NH2 z grupami aminopropylowymi. W procesie syntezy zastosowano metodę hydrotermiczną z wydłużonym (5 dniowym) czasem obróbki termicznej z zastosowaniem bromku oktylo-, decylo- i cetylotrimetyloamoniowego jako surfaktantów i tetraetoksysilanu jako źródła krzemionki. W procesie modyfikacji po wytrąceniu się białego osadu uporządkowanego materiału krzemionkowego MCM-41 dodawano 3-merkaptopropylotrietoksysilanu lub 3-aminopropylotrietoksysilanu jako modyfikatorów. Właściwości tak otrzymanego modyfikowanego materiału merkaptopropylowego i aminopropylowego porównywano z właściwościami odpowiedniego niemodyfikowanego uporządkowanego materiału krzemionkowego, zawierającego na swej powierzchni tylko grupy silanolowe. Właściwości niemodyfikowanych i modyfikowanych materiałów badano za pomocą metody rozpraszania promieniowania rentgenowskiego (XRD) i wysokorozdzielczej termograwimetrii (HRTG). Stwierdzono, że w wyniku tak przeprowadzonej syntezy udało się wprowadzić ok. 12% wag. grup merkaptopropylowych i ok. 6% wag. grup aminopropylowych. Otrzymane niemodyfikowane i modyfikowane materiały krzemionkowe charakteryzują się dobrze uporządkowaną, jednorodną strukturą nanoporowatą o małej dyspersji porów oraz dużą stabilnością termiczną, na co wskazują wyniki badań XRD i HRTG. Ponieważ materiały te zawierają grupy merkaptopropylowe i aminopropylowe na powierzchni porów oraz są stabilne, to mogą być wykorzystane do usuwania jonów metali ciężkich z roztworów wodnych.

EN

Unmodified ordered nanoporous siliceous adsorbents MCM-41 C8, C10 and C16 and modified MCM-41 C16-SH with mercaptopropyl groups and MCM-41 C16-NHΩ with aminopropyl groups have been obtained by hydrothermal method. This method involved longer (five days) time of hydrothermal treatment of the synthetic mixture containing octyl-, decyl- or cetyltrimethylammonium bromides as surfactants and tetraethoxysilane as the silica source. In the case of modification, after formation of a white precipitate of ordered siliceous material MCM-41 3-mercapto-propyltriethoxysilane or 3-aminopropyltriethoxysilane were added as modifiers. Properties of the resulting modified materials were compared with properties of the corresponding unmodified siliceous material containing surface silanols only. These properties were studied by means of the powder X-ray diffraction (XRD) and high resolution thermogravimetry (HRTG). It is shown that during modification process about 12% of mercaptopropyl groups and about 6% of aminopropyl groups were introduced. The XRD and HRTG studies showed that the resulting unmodified and modified materials exhibited a good structural ordering, uniform nanoporous structure of a small pore size dispersion and high thermal stability. Since modified materials contain mercaptopropyl and aminopropyl groups on the surface and are stable, they can be used for removal of heavy metal ions from aqueous solutions.

Słowa kluczowe

PL

chemia fizyczna; adsorpcja; adsorbenty krzemionkowe; materiały krzemionkowe MCM-41; modyfikacja powierzchni; dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego; termograwimetria

EN

physical chemistry; adsorption; siliceous adsorbents; siliceous materials MCM-41; surface modification; X-ray diffraction; thermogravimetry

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2003
• Tom: Vol. 52, nr 10
• Strony: 38--51
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz.

Twórcy

autor

Choma J.

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

autor

Jaroniec M.

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

autor

Kloske M.

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

Bibliografia

• [1] C. T. KRESGE, М. E. LEONOWICZ, W. J. ROTH, J. C. VARTULI, J. S. BECK, Ordered mesoporous molecular sieves synthesized by liquid-crystal template mechanism, Nature, 359 (J 992), 710.
• [2] J. S. BECK, J. C. VARTULI, W. J. ROTH, M. E. LEONOWICZ, С. T. KRESGE,K. D. SCHMITT, С. 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.
• [3] M. CHATTERJEE, T. IWASAKJ, Y. ONODERA, T. NAGASE, H. HAYASHI, T. EBINA, Characterization of ordered mesoporous gallium MCM-41 synthesized at room temperature, Chem. Mater, 12 (2000), 1654.
• [4] D.-S. LEE, T.-K. LIU, The synthesis and characteristic of vanadoaluminosilicate MCM-41 mesoporous molecular sieves, J. Sol-Gel Sei. Technol., 23 (2002), 15.
• [5] D.-S. LEE, T.-K. LIU, Characterization of V-MCM-41 mesoporous materials, J. Sol-Gel Sei. Technol., 24 (2002), 69.
• [6] Y.-W. CHEN, H.-Y. LIN, Characteristic of Ti-MCM-41 and its catalytic properties in oxidation of benzene, J. Porous Mater., 9 (2002), 175.
• [7] V. ANTOCHSHUK, M. JARONIEC, Adsorption, thermogravimetric, and NMR studies of FSM-16 material functionalized with alkylomonochlorosilanes, J. Phys. Chem. B, 103 (1999), 6252.
• [8] P. MUKHERJEE, M. SASTRY, R. KUMAR, Size discrimination of colloidal nanoparticles by thiolfunctionalized MCM-41 mesoporous molecular sieves, Phys Chem Comm. 4 (2000), 4.
• [9] J. M. F. B. AQUINO, C. D. R. SOUZA, A. S. ARAUJO, Synthesis and characterization of sulfatesupported MCM-41 material. Inter. J. Inorganic Mater., 3 (2001), 467.
• [10] Y. J. GONG, Z. H. LI, D. WU, Y. H. SUN, F. DENG, Q. LUO, Y. YUE, Synthesis and characterization of ureidopropyl-MSU-X silica, Micropor. Mesopor. Mater., 49 (2001), 95.
• [11] V. ANTOCHSHUK, M. JARONIEC, 1-Allyl-3-propylthiourea modified mesoporous silica for mercury removal, Chem. Commun. (2002), 258.
• [12] B. LEE, Y. KIM, H. LEE, Synthesis of functionalized porous silica via templating method as heavy metal ion adsorbents: the introduction of surface hydrophilicity onto the surface of adsorbents, Micropor. Mesopor. Mater., 50 (2000), 77.
• [13] 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.
• [14] S. A. ARAUJO, M. IONASHIRO, V. J. FERNANDES JR., A. S. ARAUJO, Thermogravimetric investigation during the synthesis of silica-based MCM-41, J. Thermal. Anal. Calorimetry, 64 (2001), 801.
• [15] M. KRUK, T. ASEFA, N. COOMBS, M. JARONIEC, G. A. OZIN, Synthesis and characterization of ordered silicas with high loadings of methyl groups, J. Mater Chem., 12 (2002), 3452.
• [16] R. RYOO, I.-S. PARK, S. JUN, CH. W. LEE, M. KRUK, M. JARONIEC, Synthesis of ordered and disordered silicas with uniform pores on the border between micropore and mesopore regions using short double-chain surfactants, J. Am. Chem. Soc., 123 (2001), 1650.
• [17] M. KRUK, M. JARONIEC, CH. H. KO, R. RYOO, Characterization of the porous structure of SBA-15, Chem. Mater., 12 (2000), 1961.
• [18] J. CHOMA, M. JARONIEC, M. KLOSKE, Uporządkowane nanoporowate materiały krzemionkowe: synteza, modyfikacja i charakterystyka, Biul. WAT, L, 10 (2001), 83.
• [19] J. CHOMA, M. JARONIEC, Otrzymywanie i właściwości modyfikowanych, nanoporowatych adsorbentów krzemionkowych, Ochrona Środowiska, t. 25 nr 1 (2003), 3-8.
• [20] J. CHOMA, M. JARONIEC, W. BURAKIEWICZ-MORTKA, E. MICHALSKI, E. KLOSKE, Synthesis and characterization of C10- and C16-MCM-41 materials, Biul. WAT, L, 10 (2001), 5.