Porowate nanostruktury krystaliczne – porowatość a potencjał przemysłowej aplikacji

• Autorzy: Stachów M.

Warianty tytułu

EN

Porous crystalline nanostructures – porosity vs. industrial application potential

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wykorzystanie porowatych układów krystalicznych naturalnych zeolitów rozpoczęto pod koniec lat czterdziestych XX w. Początkowo używano ich do oczyszczania i uzdatniania wody pitnej. Na przestrzeni lat intensywne badania doprowadziły do opracowania metod selektywnej syntezy struktur krystalicznych o pożądanej topologii. Obecnie wykorzystywane komercyjnie produkty porowatych struktur krystalicznych służą jako dodatki do betonów, czy też katalizatory w procesach obróbki petrochemicznej. Porowatość, a wraz z nią dostępna i niedostępna fizycznie przestrzeń sorpcyjna, stanowi jeden z głównych aspektów decydujących o ich potencjalnej przydatności przemysłowej. W pracy porównano dostępne komercyjnie i wybrane obiecujące porowate nanoukłady oraz dokonano analizy ich względnej całkowitej porowatości, rozkładu wielkości i topologii porów, a także dostępnej i niedostępnej powierzchni sorpcyjnej. W wyniku przeprowadzonej analizy wybrano układy MOF-5 (Metal Organic Frameworks), ZIF-6 oraz ZIF-8 (Zeolitic Imidazolate Frameworks), a także komercyjnie wykorzystywany ZSM-5 jako te, których właściwości sprzyjają ich stosowaniu w celach przemysłowych.

EN

The use of porous crystalline systems such as natural zeolites began in the late 40’s . Initially, they were used for the purification and waste water treatment. Over the years, intensive research led to development of methods for selective synthesis of the crystal structure with desired topology. Currently, commercially used products of porous crystalline structures are utilized as the additives for concretes as well as catalysts in various petrochemical processes. Total porosity and combined with it physically accessible and inaccessible sorption space is one of the major aspects for their potential industrial application. In this work commercially available and promising for industrial application several porous nanosystems (MOF-5, ZIF-6, ZIF-8 and commercially used ZSM-5) were compared in terms of their general porosity, pores distribution, limiting pore size and accessible as well as inaccessible space.

Słowa kluczowe

PL

nanomateriał; porowatość; zastosowanie przemysłowe; zeolit; nanosorbent

EN

nanomaterial; porosity; industrial application; zeolite; nanosorbent

• Wydawca: Wydawnictwo Instytut Śląski Sp. z o.o.
• Czasopismo: Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 6, nr 13
• Strony: 60--67
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Stachów M.

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Warszawa, Oddział Inżynierii Procesowej Materiałów Budowlanych, Opole

Bibliografia

• [1] Boyd G.E., Adamson A.W., Myers L.S., The exchange adsorption of ions from aqueous solutions by organic zeolites, „Journal of the American Chemical Society” 1947, Vol. 69, s. 2836-2848.
• [2] Boyd G.E., Schubert J., Adamson A.W., The exchange adsorption of ions from aqueous solutions by organic zeolites, ion-exchange equilibria, „Journal of the American Chemical Society” 1947, Vol. 69, s. 2818-2829.
• [3] Walker J.G., The lime-zeolite process – a method of water treatment which is finding increasing application, „Chemistry and Industry” 1948, s. 695-697.
• [4] Querol X., Moreno N., Umana J.C., Alastuey A., Hernandez E., Lopez-Soler A., Plana F., Synthesis of zeolites from coal fly ash: an overview, „International Journal of Coal Geology” 2002, Vol. 50, s. 413-423.
• [5] Queen W.L., Brown C.M., Britt D.K., Zajdel P., Hudson M.R., Yaghi O.M., Site-Specific CO2 Adsorption and Zero Thermal Expansion in an Anisotropic Pore Network, „The Journal of Physical Chemistry C” 2011, Vol. 115, s. 24915-24919.
• [6] Yu J., Balbuena P.B., Water Effects on Postcombustion CO2 Capture in Mg-MOF-74, „The Journal of Physical Chemistry C” 2013 Vol. 117, s. 3383-3388.
• [7] Yu K., Kiesling K., Schmidt J.R., Trace flue gas contaminants poison coordinatively unsaturated metal organic frameworks: implications for CO2 adsorption and separation, „The Journal of Physical Chemistry C” 2012, Vol. 116, s. 20480-20488.
• [8] Bae Y.-S., Farha O.K., Spokoyny A.M., Mirkin C.A., Hupp J.T., Snurr R.Q., Carborane-based metal-organic frameworks as highly selective sorbents for CO2 over methane, „Chemical Communications” 2008, s. 4135-4137.
• [9] Gassensmith J.J., Furukawa H., Smaldone R.A., Forgan R.S., Botros Y.Y., Yaghi O.M., Stoddart J.F., Strong and reversible binding of carbon dioxide in a green metal organic framework, „Journal of the American Chemical Society” 2011, Vol. 133, s. 15312-15315.
• [10] Babu B.K., Purayil J.V., Padinhattayil H., Shukla S., Warrier K.G., Silica-Based NTPC-Fly Ash for dye-removal application and effect of its modification, „International Journal of Applied Ceramic Technology” 2013, Vol. 10, s. 186-201.
• [11] Fujita M., Kwon Y.J., Washizu S., Ogura K., Preparation, clathration ability, and catalysis of a two-dimensional square network material composed of Cadmium (II) and 4,4’-Bipyridine, „Journal of the American Chemical Society” 1994, Vol. 116, s. 1151-1152.
• [12] Eddaoudi M., Moler D.B., Li H., Chen B., Reineke T.M., O’ Keeffe M., Yaghi O.M., Modular Chemistry: secondary building units as a basis for the design of highly porous and robust metal organic carboxylate frameworks, „Accounts of Chemical Research” 2001, Vol. 34, s. 319-330.
• [13] Zhou H.-C., Long J.R., Yaghi O.M., Introduction to metal organic frameworks, „Chemical Reviews” 2012, Vol. 112, s. 673-674.
• [14] Furukawa H., Ko N., Go Y.B., Aratani N., Choi S.B., Choi E., Yazaydin A.Ö., Snurr R.Q., O’ Keeffe M., Kim J., Yaghi O.M., Ultrahigh porosity in metal-organic frameworks, „Science” 2010, Vol. 329, s. 424-428.
• [15] Park L.S., Ni Z., Côté A.P., Choi J.Y., Huang R., Uribe-Romo F.J., Chae H.K., O’ Keeffe M., Yaghi O.M., Exceptional chemical and thermal stability of zeolitic imidazolate frameworks, „Proceedings of the National Academy of Sciences” 2006, Vol. 103, s. 10186-10191.
• [16] Morris W., He N., Ray K.G., Klonowski P., Furukawa H., Daniels I.N., Houndonougbo Y.A., Asta M., Yaghi O.M., Laird B.B., A combined experimental-computational study on the effect of topology on carbon dioxide adsorption in zeolitic imidazolate frameworks, „The Journal of Physical Chemistry C” 2012, Vol. 116, s. 24084-24090.
• [17] Armbruster T., Dehydration mechanism of clinoptilolite and heulandite: Single-crystal X-ray, study of Na-poor, Ca-, K-, Mg-rich clinoptilolite at 100 K, Sample Dehyd 3, „American Mineralogist” 1993, Vol. 78, s. 260-264.
• [18] First E.L., Gounaris C.E., Wei J., Floudas C.A., Computational characterization of zeolite porous networks: an automated approach, „Physical Chemistry Chemical Physics” 2011, Vol. 13, s. 17339-17358.
• [19] First E.L., Floudas C.A., MOFomics: Computational pore characterization of metal-organic frameworks, „Microporous and Mesoporous Materials” 2013, Vol. 165, s. 32-39.
• [20] Maes M., Vermoortele F., Alaerts L., Couck S., Kirschhock C.E.A., Denayer J.F.M., De Vos D.E., Separation of styrene and ethylbenzene on metal organic frameworks: analogous structures with different adsorption mechanisms, „Journal of the American Chemical Society” 2010, Vol. 132, s. 15277-15285.
• [21] Li H., Eddaoudi M., O’ Keeffe M., Yaghi O.M., Design and synthesis of an exceptionally stable and highly porous metal-organic framework, „Nature” 1999, Vol. 402, s. 276-279.
• [22] Rosi N.L., Kim J., Eddaoudi M., Chen B., O’ Keeffe M., Yaghi O.M., Rod packings and metal organic frameworks constructed from rod-shaped secondary building units, „Journal of the American Chemical Society” 2005, Vol. 127, s. 1504-1518.
• [23] Barman S., Furukawa H., Blacque O., Venkatesan K., Yaghi O.M., Berke H., Azulene based metal-organic frameworks for strong adsorption of H2, „Chemical Communications” 2010, Vol. 46, s. 7981-7983.
• [24] Olson D.H., Kokotailo G.T., Lawton S.L., Meier W.M., Crystal structure and structure-related properties of ZSM-5, „The Journal of Physical Chemistry” 1981, Vol. 85, s. 2238-2243.