Aerożele węglowe otrzymywane z prekursora rezorcynowo-furfuralowego

• Autorzy: Kiciński W.

Warianty tytułu

EN

Carbon aerogels obtained from resorcinol-furfural precursors

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono nową metodę otrzymywania aerożeli węglowych poprzez karbonizację organicznych aerożeli rezorcynowo-furfuralowych. Żele rezorcynowo-furfuralowe otrzymywano w wyniku katalizowanej kwasowo kondensacji rezorcyny i furfuralu prowadzonej w wodno-metanolowym roztworze soli nieorganicznych. Następnie sól z sieci żelu wymywano i oczyszczony materiał suszono. Suszenie tradycyjnymi metodami nie prowadziło do zniszczenia struktury porowatej żelu dzięki czemu możliwe było uzyskanie aerożeli organicznych bez konieczności stosowania warunków nadkrytycznych ekstrakcji rozpuszczalnika ze struktury żelu. Karbonizacja aerożeli organicznych pozwalała uzyskać mikro-makroporowate lub mikro-mezo-makroporowate materiały węglowe o strukturze mikropianek i powierzchni właściwej z przedziału 250-580 m²/g. Otrzymane aerożele organiczne i węglowe badano przy użyciu wielu technik, m.in. SEM, XRD, niskotemperaturowej adsorpcji azotu, analizy termograwimetrycznej i elementarnej.

EN

Acidic condensation of resorcinol with furfural carried out in water-methanol solution of inorganic salts (NaCl or NH₄ClO₄) leads to organic R-F gel. After removing the salt from the gel network, the purified gel can be dried under ambient conditions without significant shrinkage, so the supercritical drying can be avoided, and an organic aerogel can be obtained through a simpler procedure. By changing the H₂O/MeOH ratio and/or the inorganic salt amount, the structure of the created gel can be controlled in the nano and micron-level and as a result polymeric (nano-sized) or colloidal (micron-sized) aerogels can be produced. Carbonization of the colloidal aerogels yields bimodal micro-macroporous carbonaceous materials with the structure of microfoam and low density, while carbonization of the polymeric ones yields bimodal, micro and meso-macroporous carbonaceous materials with high density and mechanical strength. Specific surface area of the carbon aerogels ranged from 250 to 580 m²/g. The obtained organic and carbon aerogels were investigated by the means of SEM, XRD, elemental analysis, N₂ adsorption, and TG.

Słowa kluczowe

PL

synteza zol-żel; aerożel węglowy; aerożel koloidalny; polikondensacja

EN

sol-gel synthesis; carbon aerogel; colloidal structure; polycondensation

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 58, nr 4
• Strony: 197--221
• Opis fizyczny: Bibliogr. 57 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kiciński W.

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

Bibliografia

• [1] R. W. Pekala, F. M. Kong, Polym. Prep., 30, 1, 1989, 221.
• [2] R. W. Pekala, D. W. Schaefer, Macromolecules, 26, 1993, 5487.
• [3] S. A. Al-Muhtaseb, J. A. Ritter, Adv. Mater., 15, 2, 2003, 101.
• [4] K. Brodzik, M. Stolarski, J. Walendziewski, Wiadomości Chemiczne, 7-8, 2004, 58.
• [5] J. Lu, X. Wang, Y. Wang, Q. Huang, C. Dai, S. Gamboa, P. J. Sebastian, J. Non-Cryst. Solids, 354, 2008, 19.
• [6] A. W. P. Fung, G. A. M. Reynolds, Z. H. Wang, M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, R. W. Pekala, J. Non-Cryst. Solids, 186, 1995, 200.
• [7] G. Biesmans, D. Randall, E. Francais, M. Perrut, J. Non-Cryst. Solids, 225, 1998, 36.
• [8] C. Moreno-Castilla, F. J. Maldonado-Hódar, A. F. Pérez-Cadenas, Langmuir, 19, 2003, 5650.
• [9] N. Yoshizawa, H. Hatori, Y. Soneda, Y. Hanzawa, K. Kaneko, M. S. Dresselhaus, J. Non-Cryst. Solids, 330, 2003, 99.
• [10] E. Bekyarova, K. Kaneko, Adv. Mater., 12, 21, 2000, 1625.
• [11] H. Wang, Y. Shu, A. Wang, J. Wang, M. Zheng, X. Wang, T. Zhang, Carbon, 46, 2008, 2076.
• [12] F. J. Maldonado-Hódar, C. Moreno-Castilla, J. Rivera-Utrilla, Y. Hanzawa, Y. Yamada, Langmuir, 16, 9, 2000, 4367.
• [13] M. B. Bryning, D. E. Milkie, M. F. Islam, L. A. Hough, J. M. Kikkawa, A. G. Yodh, Adv. Mater., 19, 2007, 661.
• [14] T. Bordjiba, M. Mohamedi, L. H. Dao, Adv. Mater., 20, 2008, 815.
• [15] F. J. Maldonado-Hódar, A. F. Pérez-Cadenas, C. Moreno-Castilla, Carbon, 41, 2003, 1291.
• [16] R. Fu, M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, B. Zheng, J. Liu, J. Satcher Jr., T. F. Baumann, J. Non-Cryst. Solids, 318, 2003, 223.
• [17] G. Lv, D. Wu, R. Fu, Z. Zhang, Z. Su, J. Non-Cryst. Solids, 354, 2008, 4567.
• [18] S. A. Steiner, T. F. Baumann, J. Kong, J. H. Satcher, Jr., M. S. Dresselhaus, Langmuir, 23, 2007, 5161.
• [19] A. H. Lu, W. C. Li, E. L. Salabas, B. Spliethoff, F. Schüth, Chem. Mater., 18, 2006, 2086.
• [20] N. Job, J. Marie, S. Lambert, S. Berthon-Fabry, P. Achard, Energy Conversion and Managment, 49, 2008, 2461.
• [21] K. Kadirvelu, J. Goel, C. Rajagopal, J. Hazard. Mater., 153, 2008, 502.
• [22] J. Li, X. Wang, Q. Huang, S. Gamboa, P. J. Sebastian, J. Power Sources, 158, 2006, 784.
• [23] J. Wang, X. Yang, D. Wu, R. Fu, M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, J. Power Sources, 185, 2008, 589.
• [24] A. Feaver, G. Cao, Carbon, 44, 2006, 587.
• [25] C. Moreno-Castilla, F. J. Maldonado-Hódar, J. Rivera-Utrilla, E. Rodriguez-Castellon, Appl. Catal., A, 183, 1999, 345.
• [26] W. C. Li, A. H. Lu, F. Schüth, Chem. Mater., 17, 2005, 3620.
• [27] T. Hyeon, S. Han, Y. E. Sung, K. W. Park, Y. W. Kim, Angew. Chem. Int. Ed., 42, 2003, 4352.
• [28] C. Moreno-Castilla, F. J. Maldonado-Hódar, Carbon, 43, 2005, 455.
• [29] N. Job, F. Panariello, J. Marien, M. Crine, J. P. Pirard, A. Leonard, J. Non-Cryst. Solids, 352, 2006, 24.
• [30] D. Wu, R. Fu, J. Porous Mater., 15, 2008, 29.
• [31] J. Zhou, Y. Ji, J. He, C. Zhang, G. Zhao, Micropor. Mesopor. Mater., 114, 2008, 424.
• [32] R. Brandt, R. Petricević, H. Pröbstle, J. Fricke, J. Porous Mater., 10, 2003, 171.
• [33] Y. Zhu, H. Hu, W. Li, H. Zhao, J. Non-Cryst. Solids, 352, 2006, 3358.
• [34] Y. Zhu, H. Hu, W. C. Li, X. Zhang, J. Power Sources, 162, 2006, 738.
• [35] N. Job, R. Pirard, J. Marien, J. P. Pirard, Carbon, 42, 2004, 619.
• [36] D. Wu, R. Fu, M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, Carbon, 44, 2006, 675.
• [37] D. Wu, R. Fu, S. Zhang, M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, Carbon, 42, 2004, 2033.
• [38] F. J. Maldonado-Hódar, C. Moreno-Castilla, A. F. Pérez-Cadenas, Micropor. Mesopor. Mater., 69, 2004, 119.
• [39] N. Job, R. Pirard, J. Marien, J. P. Pirard, Carbon, 42, 2004, 3217.
• [40] T. F. Baumann, G. A. Fox, J. H. Satcher, N. Yoshizawa, R. Fu, M. S. Dresselhaus, Langmuir, 18, 2002, 7073.
• [41] R. Fu, T. F. Baumann, S. Cronin, G. Dresselhaus, M. S. Dresselhaus, J. H. Satcher Jr., Langmuir, 21, 2005, 2647.
• [42] N. Job, R. Pirard, B. Vertruyen, J. F. Colomer, J. Marien, J. P. Pirard, J. Non-Cryst. Solids, 353, 2007, 2333.
• [43] D. Fairén-Jiménez, F. Carrasco-Marín, C. Moreno-Castilla, Carbon, 44, 2006, 2301.
• [44] R. Fu, B. Zheng, J. Liu, M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, J. H. Satcher Jr., T. F. Baumann, Adv. Funct. Mater., 13, 7, 2003, 558.
• [45] D. Wu, R. Fu, Z. Yu, J. Appl. Polym. Sci., 96, 2005, 1429.
• [46] D. Wu, R. Fu, Micropor. Mesopor. Mater., 96, 2006, 115.
• [47] D. F. Albert, G. R. Andrews, R. S. Mendenhall, J. W. Bruno, J. Non-Cryst. Solids, 296, 2001, 1.
• [48] R. Saliger, V. Bock, R. Petricević, T. Tillotson, S. Geis, J. Fricke, J. Non-Cryst. Solids, 221, 1997, 144.
• [49] J. Kuhn, R. Brandt, H. Mehling, R. Petricević, J. Fricke, J. Non-Cryst. Solids, 225, 1998, 58.
• [50] W. C. Li, C. H. Lu, S. C. Guo, Carbon, 39, 2001, 1989.
• [51] T. Guo, J. Zhu, X. Chen, M. Song, B. Zhang, J. Non-Cryst. Solids, 353, 2007, 2893.
• [52] Y. Hanzawa, H. Hatori, N. Yoshizawa, Y. Yamada, Carbon, 40, 2002, 575.
• [53] J. Kuhn, R. Brandt, H. Mehling, R. Petricević, J. Fricke, J. Non-Cryst. Solids, 225, 1998, 58.
• [54] A. Oya, H. Marsh, J. Mater. Sci., 17, 1982, 309.
• [55] F. Pérez-Caballero, A. L. Peikolainen, M. Uibu, R. Kuusik, O. Volobujeva, M. Koel, Micropor. Mesopor. Mater., 108, 2008, 230.
• [56] C. I. Merzbacher, S. R. Meier, J. R. Pierce, M. L. Korwin, J. Non-Cryst. Solids, 285, 2001, 210.
• [57] S. Cudziło, W. Kiciński, Propellants, Explos. Pyrotech., 34, 2009, 155.