Morfologia i właściwości adsorpcyjne mezoporowatych węgli otrzymywanych metodą miękkiego odwzorowania z użyciem azotanu cynku oraz nanocząstek cynku i tlenku cynku

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

Warianty tytułu

EN

Morphology and adsorption properties of mesoporous carbons obtained by soft-templating in the presence of zinc nitrate and nanoparticles of zinc and zinc oxide

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zsyntezowano metodą miękkiego odwzorowania mezoporowate, uporządkowane węgle w obecności różnych prekursorów zawierających cynk. Węgle te otrzymano wykorzystując rezorcynol i formaldehyd jako prekursory węglowe, oraz kopolimer trójblokowy Lutrol F127 EO101PO56EO101 jako miękką matrycę. Nanocząstki cynku o wymiarach ok. 50 nm i tlenku cynku o wymiarach ok. 100 nm oraz roztwór azotanu (V) cynku użyto jako źródło cynku. Ostatecznie kompozytowe materiały węglowo-cynkowe charakteryzowały się dużą powierzchnią właściwą (od 470 do 670 m²/g) oraz dużą objętością porów (od 0,33 do 0,56 cm³/g), w której udział objętości mezoporów wynosił od ok. 40% do ok. 80%. Funkcje rozkładu objętości porów wykazały obecność mikroporów o wymiarach ok. 2 nm i mezoporów o wymiarach ok. 7-8 nm. Zdjęcia SEM wskazywały na bardzo dobrze uporządkowaną warstwową morfologię kompozytów węglowo-cynkowych. Zdjęcia te także potwierdziły występowanie uporządkowanych, jednorodnych mezoporów, szczególnie w materiałach z tlenkiem cynku karbonizowanych w różnych temperaturach. Dobrze rozwinięta struktura porowata uporządkowanych kompozytów węglowych z nanocząstkami cynku lub tlenku cynku, w ilości 1-2% wag., a w przypadku metody impregnacji ok. 11% wag. ZnO, stwarza realną możliwość ich wykorzystania w procesach katalitycznych i adsorpcyjnych.

EN

Ordered mesoporous carbons were prepared by soft-templating in the presence of different precursors containing zinc. These carbons were obtained using resorcinol and formaldehyde as carbon precursors and triblock co-polymer Lutrol F127 EO101PO56EO101 as a soft template. Zinc nanoparticles with dimensions smaller than 50 nm, zinc oxide nanoparticles with dimensions smaller than 100 nm, and zinc nitrite solution were used as Zn precursors. The resulting carbon-zinc composite materials exhibited high specific surface areas (in the range of 470 to 670 m²/g) as well as large total pore volumes (in the range of 0.33 to 0.56 cm³/g), with the latter having the mesoporosity fraction between 40-80%. Based on the pore size distribution functions, the micropore width was estimated to be ca. 2 nm and the mesopore width was in the range of 7-8 nm. SEM images showed a layered structure of the obtained composites as well as proved a well-ordered structure of mesopores, which is particularly noticeable for the samples with zinc oxide nanoparticles carbonized at different temperatures. The well-developed structure of the ordered mesopores present in the synthesized composites loaded with nanoparticles of zinc or zinc oxide at 1-2 wt%, and in the case of the impregnated carbons at ca. 11 wt%, renders the obtained samples as feasible materials for catalytic and adsorption applications.

Słowa kluczowe

PL

mezoporowate węgle z nanocząstkami cynku i tlenku cynku; struktura porowata; adsorpcja azotu; zdjęcia SEM

EN

mesoporous carbons with zinc nanoparticles and zinc oxide nanoparticles; porous structure; nitrogen adsorption; SEM imaging

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 61, nr 4
• Strony: 265--280
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Choma J.

autor

Jedynak K.

autor

Marszewski M.

autor

Jaroniec M.

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

Bibliografia

• [1] 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.
• [2] A. Stein, Z. Wang, M. A. Fierke, Functionalization of porous carbon materials with designed pore structure, Adv. Mater., 20, 2008, 1-29.
• [3] J. Choma, K. Jedynak, J. Gorka, M. Jaroniec, Właściwości adsorpcyjne mezoporowatych węgli z nanocząstkami TiO2; otrzymanych w obecności blokowych kopolimerów, Ochr. Środowiska, 32 (nr 4), 2010, 3-9.
• [4] Y . Meng, D. Gu, F. Zhang, Y. Shi, L. Cheng, D. Feng, Z. Wu, Z. Chen, Y. Wan, A. Stein, D. Zhao, A family of highly ordered mesoporous polymer resin and carbon structures from organicorganic self-assembly, Chem. Mater., 18, 2006, 4447-4464.
• [5] C. Liang, S. Dai, Synthesis of mesoporous carbon materials via enhanced hydrogen-bonding interaction, J. Am. Chem. Soc., 128, 2006, 5316-5317.
• [6] H. Huwe, M. Froba, Synthesis and characterization metal and metal oxide nanoparticles inside mesoporous carbon CMK-3, Carbon, 45, 2007, 304-314.
• [7] L. Jiang, L. Gao, Fabrication and characterization of ZnO-coated multi-walled carbon nanotubes with enhanced photocatalytic activity, Mater. Chem and Phys., 91, 2005, 313-316.
• [8] W. Shen, Z. Li, H. Wang, Y. Liu, Q. Guo, Y. Zhang, Photocatalytic degradation for methylene blue using zinc oxide prepared by code position and sole-gel methods, J. Hazardous Mater., 152, 2008, 172-175.
• [9] X. Wang, J. Jia, L. Zhao, T. Sun, Chemisorption of hydrogen sulphide on zinc oxide modified aluminum - substituted SBA-15, Appl. Surface Sci., 254, 2008, 5445-5451.
• [10] J. Choma, K. Jedynak, J. Górka, M. Jaroniec, Morfologia i właściwości adsorpcyjne mezoporowatych węgli z nanocząstkami srebra, Ochr. Środowiska, 33 (nr 1), 2011, 3-8.
• [11] S. Brunauer, P. H. Emmett, E. Teller, Adsorption of gases in multimolecular layers, J. Am. Chem. Soc., 60, 1938, 309-319.
• [12] S. J. Gregg, K. S. W. Sing, Adsorption, Surface Area and Porosity, 2nd ed., Academic Press, New York, 1982.
• [13] 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.
• [14] 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.
• [15] M. Kruk, M. Jaroniec, K. P. Gadkaree, Nitrogen adsorption studies of novel synthetic active carbons, J. Colloid Interface Sci., 192, 1997, 250-256.
• [16] J. Choma, M. Jaroniec, M. Kloske, Improved pore size analysis of carbonaceous adsorbents, Adsorption Sci. & Technolog., 20, 2002, 307-315.
• [17] K. S. W. Sing, D. H. Everett, R. A. W. Haul, L. Moscou, R. A. Pierotti, J. Rouquerol, T. Siemieniewska, Reporting physisorption data for gas/solid systems with spaecia reference to the determination of surface area and porosity, Pure Appl. Chem., 57, 1985, 603-619.