Termodynamiczna charakterystyka właściwości adsorpcyjnych nanoporowatych węgli otrzymywanych przy użyciu twardych i miękkich matryc

• Autorzy: Choma J. , Jaroniec M. , Górka J. , Jedynak K.

Warianty tytułu

EN

Thermodynamic characterization of adsorption properties of nanoporous carbons obtained by hard and soft templating

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Izotermy adsorpcji azotu wykorzystano do badania struktury porowatej węgli otrzymanych metodą twardego i miękkiego odwzorowania. Parametry strukturalne obliczano na podstawie izoterm adsorpcji azotu wyznaczając powierzchnię właściwą BET, całkowitą objętość porów, objętość mikroporów i mezoporów jak również funkcję rozkładu objętości porów uzupełnione analizą funkcji rozkładu potencjału adsorpcyjnego zapewniającą lepszą charakterystykę nanoporowatych węgli. Pokazano, że dla węgli o dużych powierzchniach właściwych funkcja rozkładu potencjału adsorpcyjnego (APD) daje znacznie lepsze wartości pola powierzchni niż metoda BET dlatego, że APD jest funkcją termodynamiczną niezależną od modelu adsorpcji. Metoda BET przeszacowuje powierzchnię właściwą dla wysoce mikroporowatych węgli, natomiast w innych przypadkach obie metody dają podobne wyniki.

EN

Nitrogen adsorption isotherms have been used to study the porous structure of carbons obtained by hard and soft templating method. The structural parameters calculated from nitrogen adsorption isotherms, such as the BET surface area, total pore volume, volumes of micropores and mesopores as well as pore size distribution supplemented by analysis of adsorption potential distribution provide better characteristics of nanoporous carbons. It is shown that for high surface area carbons, the adsorption potential distribution (APD) method gives much better result than the BET method because APD is a model - independent thermodynamic function. The BET method overestimates the surface area for highly microporous carbons, however, for the remaining cases both methods give similar results.

Słowa kluczowe

PL

nanoporowate węgle; twarde i miękkie odwzorowanie; funkcja rozkładu potencjału adsorpcyjnego; całkowita powierzchnia właściwa

EN

nanoporous carbons; hard and soft templating; adsorption potential distribution; total surface area

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 58, nr 4
• Strony: 249--262
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., wykr.

Twórcy

autor

Choma J.

autor

Jaroniec M.

autor

Górka J.

autor

Jedynak K.

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

Bibliografia

• [1] J. Choma, M. Jaroniec, A. Zawiślak, Mezoporowate węgle: synteza i właściwości, Wiadomości Chem., 61, 5-6, 2008, 373-402.
• [2] J. Choma, M. Jaroniec, M. Kloske, A. Zawiślak, Mezoporowate materiały węglowe: Synteza z wykorzystaniem matryc krzemionkowych i charakterystyka właściwości adsorpcyjnych, Ochrona Środ., 30, 2, 2008, 3-15.
• [3] R. Ryoo, S. H. Joo, S. Jun, Synthesis of highly ordered carbon molecular sieves via template mediated structural transformation, J. Phys. Chem. B, 103, 1999, 7743-7747.
• [4] 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 nanostructure, J. Am. Chem. Soc., 122, 2000, 10712-10713.
• [5] R. Ryoo, S. H. Joo, M. Kruk, M. Jaroniec, Ordered mesoporous carbons, Adv. Mater., 13, 2001, 677-681.
• [6] A. H. Lu, F. Schüth, Nanocasting: A versatile strategy for creating nanostructured porous materials, Adv. Mater., 18, 2006, 1793-1805.
• [7] C. Liang, S. Dai, Synthesis of mesoporous carbon materials via enhanced hydrogen bonding interaction, J. Am. Chem. Soc., 128, 2006, 5316-5317.
• [8] C. Liang, Z. Li, S. Dai, Mesoporous carbon materials: synthesis and modification, Angew. Chem. Int. Ed., 47, 2008, 3696-3717.
• [9] M. Jaroniec, J. Choma, J. Górka, A. Zawiślak, Colloidal silica templating synthesis of carbonaceous monoliths assuring formation of uniform spherical mesopores and incorporation of inorganic nanoparticles, Chem. Mater., 20, 2008, 1069-1075.
• [10] J. Choma, M. Jaroniec, A. Zawiślak, J. Górka, Synteza i właściwości adsorpcyjne koloidalnie odwzorowanych nanoporowatych węgli otrzymanych z wykorzystaniem kopolimeru chlorku winylidenu i chlorku winylu, Ochrona Środ., 31, 1, 2009, 3-7.
• [11] Z. Li, M. Jaroniec, Colloidal imprinting: a novel approach to the synthesis of mesoporous carbons, J. Am. Chem. Soc., 123, 2001, 9208-9209.
• [12] S. Tanaka, N. Nisiyama, E. Egashira, K. Ueyama, Synthesis of ordered mesoporous carbons with channel structure from an organic-organic nanocomposites, Chem. Commun., 2005, 2125-2127.
• [13] H. F. Yang, D. Y. Zhao, Synthesis of replica mesostrucures by the nanocasting strategy, J. Mater. Chem., 15, 2005, 1217-1231.
• [14] J. Choma, J. Górka, M. Jaroniec, Mesoporous carbons synthesized by soft templating method: Determination of pore size distribution from argon and nitrogen adsorption isotherms, Micropor. Mesopor. Mater., 112, 2008, 573-579.
• [15] J. Górka, A. Zawiślak, J. Choma, M. Jaroniec, KOH activation of mesoporous carbons obtained by soft templating synthesis, Carbon, 46, 2008, 1159-1161.
• [16] M. M. Dubinin, Physical adsorption of gases and vapors in micropores, Progress Surface Membrane Sci., 9, 1975, 1-70.
• [17] J. Choma, M. Jaroniec, Characterization of nanoporous carbons by using gas adsorption isotherms, Activated carbon surfaces in environmental remediation, T. J. Bandosz ed., Elsevier, Amsterdam, 2006, 107-158.
• [18] M. Jaroniec, R. Madey, Physical Adsorption on Heterogeneous Solid Surfaces, Elsevier, Amsterdam, 1988.
• [19] M. Jaroniec, K. P. Gadkaree, J. Choma, Relation between adsorption potential distribution and pore volume distribution for microporous carbons, Colloids & Surfaces, 118, 1996, 203-210.
• [20] M. Kruk, M. Jaroniec, J. Choma, Comparative analysis of simple and advanced sorption methods for assessment of microporosity in activated carbons, Carbon, 36, 1998, 1447-1458.
• [21] V. M. Gun'ko, D. D. Do, Characterization of pore structure of carbon adsorbents using regularization procedure, Colloids & Surf., 193, 2001, 71-83.
• [22] J. Choma, M. Jaroniec, A model independent analysis of nitrogen adsorption isotherms on oxidized active carbons, Colloids & Surf., 189, 2001, 103-111.
• [23] A. Gil, Analysis of the micropore structure of various microporous materials from nitrogen adsorption at 77 K, Adsorption, 4, 1998, 197-206.
• [24] H. Darmstadt, C. Roy, S. Kaliaguine, S. H. Joo, R. Ryoo, Pore structure and graphitic surface nature of ordered mesoporous carbons probed by low pressure nitrogen adsorption, Micropor. Mesopor. Mater., 60, 2003, 139-149.
• [25] M. Kruk, Z. Li, M. Jaroniec, W. R. Betz, Nitrogen adsorption study of surface properties of graphitized carbon blacks, Langmuir, 15, 1999, 1435-1441.
• [26] F. Thielmann, D. Pearse, Determination of surface heterogeneity profiles on graphite by finite concentration inverse gas chromatography, J. Chromatogr. A, 969, 2002, 323-327.
• [27] G. Rychlicki, A. P. Terzyk, P. A. Gauden, Some remarks on the link between the adsorption potential distribution and energetic heterogeneity of an adsorbent, Colloids & Surfaces, 111, 1996, 147-149.
• [28] P. A. Gauden, A. P. Terzyk, S. Furmaniak, P. Kowalczyk, Adsorption potential distributions for carbons having define pore structure GCMC simulations of the effect of heterogeneity, Adsorption, 15, 2009, 99-113.
• [29] J. Choma, J. Górka, M. Jaroniec, A. Zawiślak, Development of microporosity in mesoporous carbons, Topics in Catalysis, in press.
• [30] J. Choma, M. Jaroniec, Termodynamiczna analiza porowatości węgli aktywnych, Karbo, 9, 2001, 308-313.
• [31] S. J. Gregg, K. S. W. Sing, Adsorption, Surface Area and Porosity, 2nd Ed., Academic Press, New York, 1982.
• [32] 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, 6267-6273.
• [33] 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., 73, 1951, 373-380.
• [34] M. Kruk, M. Jaroniec, K. P. Gadkaree, Nitrogen adsorption studies of novel synthetic active carbons, J. Colloid Interface Sci., 192, 1997, 250-256.
• [35] J. Choma, M. Jaroniec, M. Kloske, Improved pore size analysis of carbonaceous adsorbents, Adsorption Sci. & Technolog., 20, 2002, 307-315.