Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Otrzymywanie i właściwości adsorpcyjne sieci metaloorganicznych

Szeligowska S., Choma J., Jaroniec M.

Wiadomości Chemiczne

|

2017

|

[Z] 71, 5-6

299--322

EN

MOF materials or metal-organic frameworks are compounds consisting of metal ions or clusters (metal junctions) and organic ligands (bridging groups) connected via coordination bonds. Since a variety of organic ligands and metal junctions is available, metal-organic frameworks of desired composition and structures can be synthesized. These compounds are relatively new, intensively studied, their number is continuously growing from year to year. Metalorganic frameworks may also possess elastic properties due to the presence of coordination bonds in their structure. A distinct feature of MOF materials, which differentiates them from other sorbents, is the possibility of changing their pore structure under influence of external stimuli and the ability of adjusting their pore size to the dimensions of the adsorbed molecules. An interesting phenomenon observed in these materials is the so-called “breathing” effect that is manifested by drastic changes in the pore volume upon external stimuli such as temperature, pressure, type of adsorbate, presence of solvent. There are numerous methods for the preparation of MOF materials: solvothermal, electrochemical, mechanochemical, sonochemical and microwave-assisted syntheses. An additional activation of these materials is often required to remove the remaining solvents from pores and consequently, increase their adsorption capacity. The latter can be also increased by additional modifications that can be used to tune their physicochemical properties, and especially porosity. Due to the excellent adsorption properties of MOF, especially very high BET specific surface area (up to 6200 m2/g) and large pore volume, these materials have been intensively studied for capture or storage of various gases such as CO2, H2 and CH4. Applications of metal-organic frameworks are continuously growing and range from gas storage, chemical sensors and phosphors to medicine, where they are used as drug carriers.

2

Materiały kompozytowe MOF-grafen

Szczęśniak B., Choma J., Jaroniec M.

Wiadomości Chemiczne

|

2017

|

[Z] 71, 9-10

671--691

EN

The effective capture of harmful gases and clean energy sources are of great importance for protection of the environment. In this regard, it is possible to take advantage of the MOF-graphene composites to develop new technologies for environmental and energy-related applications. These composites attract a great attention around the world due to their higher adsorption affinity toward CO2, volatile organic compounds (VOCs), H2 and CH4 reported in comparison to the parent MOFs. Integration of MOFs with graphene nanosheets can be a very effective strategy not only to improve their adsorption performance but also to generate new chemical and physical properties that are not present in MOFs alone. In this review we present the progress in the field of gas capture/storage using MOF-graphene composites with special attention on the correlation between composition, structure and adsorption properties.

3

Analiza porowatości materiałów węglowych z jednoczesnym wykorzystaniem danych adsorpcji azotu i dwutlenku węgla

Choma J., Stachurska K., Kloske M., Dziura A., Jagiełło J., Jaroniec M.

Ochrona Środowiska

|

2017

|

Vol. 39, nr 3

4--7

EN

Knowledge of porous structure of carbons, including ultramicropores, micropores and mesopores, is of great importance in application of these materials for different purposes. Usually, their characteristics includes determination of specific surface area, pore volume and pore size distribution. The latter is often calculated on the basis of experimental nitrogen adsorption isotherm at –196 oC for relative pressures ranging from about 10–7 up to 1.0. It has been determined that experimental CO2 adsorption isotherm alone (0 oC, up to 1 atm), or together with N2 adsorption isotherm, may be applied to yield interesting results of pore size distributions. For illustration purposes, the pore size distributions were calculated for the three polymer-obtained microporous carbons and one ordered mesoporous carbon obtained by soft templating. The calculations were performed using the latest version of the SAIEUS program based on the Nonlinear Method in the Density Functional Theory (NLDFT) for the non-uniformly porous carbon materials. It has been shown that the simultaneous use of N2 and CO2 adsorption isotherms for calculation of the pore size distribution allows for a realistic assessment of carbon materials porosity.

PL

Wiedza o strukturze porowatej węgli aktywnych, w tym o ultramikroporach, mikroporach i mezoporach, ma zasadnicze znaczenie w zastosowaniu tych materiałów do różnych celów. Zazwyczaj charakterystyka tych materiałów obejmuje wyznaczenie powierzchni właściwej, objętości porów i funkcji rozkładu objętości porów. Tę ostatnią funkcję wyznacza się na podstawie doświadczalnej izotermy adsorpcji azotu w temperaturze –196°C w przedziale ciśnień względnych od około 10–7 do około 1,0. W pracy wykazano, że interesujące wyniki dotyczące funkcji rozkładu objętości porów można otrzymać, jeśli wykorzystuje się doświadczalną izotermę adsorpcji CO2 (w temp. 0°C i ciśnieniu do 1 atm) lub jednocześnie izotermy adsorpcji N2 i CO2. W celu ilustracji rozwiązania tego problemu, w pracy obliczono funkcje rozkładu objętości porów trzech mikroporowatych węgli otrzymanych z prekursorów polimerowych oraz jednego uporządkowanego węgla mezoporowatego otrzymanego metodą miękkiego odwzorowania. Obliczenia funkcji rozkładu wykonano za pomocą najnowszej wersji programu SAIEUS, stosując metodę z teorii funkcjonału gęstości (NLDFT) w przypadku niejednorodnych, porowatych materiałów węglowych. Wykazano, że jednoczesne wykorzystanie izoterm adsorpcji N2 i CO2 do wyznaczania funkcji rozkładu porów pozwala na rzeczywistą ocenę porowatości materiałów węglowych.

4

Otrzymywanie i właściwości adsorpcyjne materiałów grafenowych

Szczęśniak B., Choma J., Jaroniec M.

Wiadomości Chemiczne

|

2016

|

[Z] 70, 3-4

189--217

EN

New, efficient and cost effective methods for CO2 capture are needed to keep the clean environment in the era of rising energy demand. Hydrogen is being considered as an ideal energy source for replacing fossil fuels. Since the breakthrough work in Science on graphene published in 2004 [22], this material has been intensively studied because of its great potential for applications in many fields of modern technology such as electronics [94–96], energy storage [21, 110, 111] and gas detection [13, 16]. As a two–dimensional, crystalline carbon material, graphene is characterized by superior chemicals and physical properties [2, 5]. The large theoretical specific surface area of graphene (2630 m2/g [89]) makes it an excellent material for adsorption applications. Furthermore, graphene– based materials could be doped by heteroatoms (e.g. B [72], N [106]) or decorated with various nanoparticles (e.g. Fe [55], Pd [106], Fe3O4 [8], V2O5 [79], TiO2 [79]), which significantly improves their adsorption properties. Specific mechanism CO2 [8] and H2 [104–106] takes place during adsorption processes on some graphene materials containing metal or metal oxide nanoparticles on their surfaces. In this review, the major methods for synthesis of graphene and graphene– based materials are discussed with particular emphasis on “chemical exfoliation”. The possibility of obtaining a high quality graphene material from waste materials such as polystyrene or biological materials such as crustacean skin [37, 41] is also reviewed. An overview of the newest synthesis methods of graphene [46] and modified graphene materials including polymer nanocomposites [61, 62] is presented too. A particular attention is given to CO2 and H2 adsorption properties of graphene– based materials [8, 62, 106]. Fe3O4 and Pd decorated graphene materials [8, 106–108] are ones of the most effective adsorbents described so far. These materials show a maximum CO2 adsorption capacity of 60 mmol/g at 25°C and 11 bar [8] and a maximum hydrogen uptake capacity of 4,4 wt% at 25°C and 40 bar [106]. It seems, that modified graphene materials can compete successfully with the currently used adsorbents, including nanoporous carbonaceous materials such as activated carbons, fullerenes, carbon nanotubes [8, 21] or ordered mesoporous carbon materials.

5

Problemy rewaloryzacji historycznych założeń ogrodowych na przykładzie koncepcji zagospodarowania zabytkowego parku w Gorzyniu

Jaroniec M., Krzyżaniak M., Świerk D., Urbański P., Walerzak M.

Topiarius. Studia krajobrazowe

|

2016

|

T. 1

273--288

PL

Celem pracy jest stworzenie koncepcji rewaloryzacji części przypalacowej zabytkowego parku w Gorzyniu w oparciu o wykonaną wcześniej inwentaryzację. Docelowo założenie ma stanowić przestrzeń atrakcyjną dla lokalnej społeczności. Ze względów na duże walory estetyczne, teren będzie miejscem wypoczynkowym, zachęcającym do turystyki i rekreacji. Przedstawiono ogólne informacje o miejscowości Gorzyń, a także rys historyczny zabytkowego parku. Druga część pracy dotyczy inwentaryzacji parku, która umożliwiła przeprowadzenie analiz i opisanie obecnego stanu założenia, a całość wzbogacono dokumentacją fotograficzną. W efekcie końcowym powstała koncepcja rewaloryzacji otoczenia pałacu w postaci graficznej.

EN

The aim of this work is to create a concept of restoration of a palace part of historie park in Gorzyń. It is based on previously made tree uwentory. It should be arranged as a public space, attractive for the local community. Due to the high aesthetic value, the area will be meant for leisure, thus encouraging tourism and recreation. The article provides generał information about Gorzyń, as well as the historical background of the palace park. The second part of the work concerns on the tree inventory of the park. The tree iwentory allowed to conduct various analysis and describe the current state of the park. The text is enriched with the photographic documentation. In the end, a concept of restoration of the palace park is provided in graphical form.

6

Selektywność adsorpcji CO2/N2 na nanoporowatych węglach aktywnych

Choma J., Stachurska K., Jaroniec M.

Ochrona Środowiska

|

2016

|

Vol. 38, nr 3

3--8

PL

Niektóre polimery, w tym polimery odpadowe, mogą być bardzo dobrymi prekursorami do otrzymywania porowatych węgli aktywnych. W pracy przedstawiono wyniki badania adsorpcji CO2 i N2 w przedziale temperatur od 0C do 60C pod ciśnieniem 0,005÷1,2 bar (w przypadku CO2) i 0,001÷1,2 bar (w przypadku N2) na jednym mezoporowatym i pięciu mikroporowatych węglach aktywnych otrzymanych z polimerów. Izotermy adsorpcji CO2 i N2 aproksymowano za pomocą równania wirialego i wyznaczono wartości jego współczynników. Na podstawie wartości pierwszego wirialnego współczynnika wyznaczono stałe Henry’go adsorpcji CO2 i N2 w przedziale temperatur od 0C do 60C, które następnie zastosowano do obliczenia selektywności adsorpcji CO2 względem N2 na badanych węglach. Stwierdzono, że wartości stałej Henry’ego adsorpcji CO2 były o rząd wielkości większe od wartości stałej Henry’ego adsorpcji N2. Duża wartość wyznaczonej na podstawie tych stałych selektywności adsorpcji CO2 w stosunku do N2 wskazuje na znacznie silniejsze oddziaływanie CO2 niż N2 z powierzchnią węgla aktywnego. Oznacza to, że badane nanoporowate materiały węglowe mogą być z powodzeniem stosowane do adsorpcji CO2, w tym także do adsorpcji CO2 ze strumienia gazów spalinowych zawierających między innymi azot.

EN

Some polymers, including waste polymers, are very good precursors for synthesis of porous carbons. Data for adsorption of CO2 and N2 at temperatures in the range from 0oC to 60oC and pressures ranging from 0.005 to 1.2 bar and 0.001 to 1.2 bar for CO2 and N2, respectively are presented for one ordered mesoporous and five microporous activated carbons obtained from polymers. Adsorption isotherms of CO2 and N2 were approximated by means of virial equation and used to determine its coefficients. The first virial coefficient was used to determine the Henry’s constants for CO2 and N2 adsorption at temperatures from 0oC to 60oC, then applied for calculation of adsorption selectivity of CO2 over N2 for the carbons studied. It was established that the value of Henry’s constant for CO2 adsorption is an order of a magnitude larger than the corresponding value of Henry’s constant for N2 adsorption. High adsorption selectivity value obtained on the basis of these constants for CO2 compared to N2 indicate much stronger interaction of CO2 with a carbon surface than that of N2. This would indicate that the nanoporous carbons under studies can be readily applied for adsorption of CO2, including CO2 adsorption from a stream of flue gas containing nitrogen.

7

Opis adsorpcji dwutlenku węgla w różnych temperaturach na mikroporowatych węglach aktywnych

Choma J., Stachurska K., Dziura A., Jaroniec M.

Ochrona Środowiska

|

2016

|

Vol. 38, nr 1

3--8

PL

Wykazano, że węgle aktywne otrzymane w wyniku karbonizacji i aktywacji prekursorów polimerowych za pomocą wodorotlenku potasu lub szczawianu potasu charakteryzują się bardzo dobrze rozwiniętą strukturą porowatą, w tym w szczególności strukturą mikroporowatą. Otrzymane węgle aktywne miały powierzchnię właściwą (SBET) zawartą w przedziale od 1800 m2/g do około 3000 m2/g, całkowitą objętość porów w przedziale od 0,87 cm3/g do 1,64 cm3/g oraz objętość mikroporów w zakresie od 0,78 cm3/g do 1,47 cm3/g. W badaniach węgli aktywnych otrzymanych z polimerów, a także – w celach porównawczych – handlowego węgla Filtrasorb 400, wyznaczono izotermy adsorpcji CO2 w temperaturach 0°C, 10°C, 20°C, 25°C, 30°C, 40°C, 50°C i 60°C w przedziale ciśnień równowagowych od około 2 mmHg do około 900 mmHg. Izotermy te opisano za pomocą dwóch dobrze znanych równań z teorii objętościowego zapełniania mikroporów – Dubinina-Raduszkiewicza (DR) oraz Jarońca-Chomy (JC) z bardzo dobrą dokładnością. Na podstawie stwierdzonej liniowej zależności parametrów tych równań od temperatury można obliczyć izotermy adsorpcji CO2 na danym węglu aktywnym w dowolnej temperaturze zawartej w przedziale od 0°C do 60°C, a nawet w bliskiej odległości poza tym przedziałem. Najlepszymi właściwościami adsorpcyjnymi względem CO2 charakteryzował się węgiel aktywny otrzymany z polipirolu. Ilość zaadsorbowanego CO2 w temperaturze 0°C pod ciśnieniem około 900 mmHg wynosiła 7,58 mmol/g, natomiast w temperaturze 60°C pod tym samym ciśnieniem – 2,14 mmol/g.

EN

Active carbons obtained by carbonization and activation of selected polymers with potassium hydroxide and potassium oxalate were demonstrated to possess very well developed porous, in particular microporous, structures. Specific surface area (SBET) of the resulting carbons ranged from 1800 m2/g to about 3000 m2/g, total pore volume – from 0.87 cm3/g to 1.64 cm3/g and micropore volume – from 0.78 cm3/g to 1.47 cm3/g. CO2 adsorption isotherms were measured for polymer-derived active carbons and for comparison purposes for the commercial carbon Filtrasorb 400 at different temperatures: 0°C, 10°C, 20°C, 25°C, 30°C, 40°C, 50°C and 60°C in the pressure range from about 2 mmHg to about 900 mmHg. These experimental isotherms were very well described by using the two well-known equations in the theory of volume filling of micropores, namely Dubinin-Radushkevich (DR) and Jaroniec-Choma (JC) equations. The temperature-dependent linear relationships of the equation parameters can be used to calculate the CO2 adsorption for a given carbon at an arbitrary temperature between 0°C and 60°C, and even slightly beyond this range. The best adsorption properties with respect to CO2 were reported for the polypyrrole-derived active carbon. The amount of CO2 it adsorbed at 0°C and under 900 mmHg was 7.58 mmol/g, and 2.14 mmol/g at 60 °C.

8

Adsorpcyjne właściwości węgli aktywnych otrzymanych z mezoporowatego kopolimeru styrenowo-dwuwinylobenzenowego

Choma J., Osuchowski Ł., Stachurska K., Jaroniec M.

Ochrona Środowiska

|

2016

|

Vol. 38, nr 2

3--8

PL

Serię mezoporowatych węgli aktywnych otrzymano z kopolimerowej żywicy styrenowo-dwuwinylonenzenowej (Amberlit XAD-4, Rohm and Haas Co., USA) w wyniku jej karbonizacji w temperaturze 500oC lub 700oC, a następnie aktywacji w atmosferze CO2 w trzech temperaturach – 700oC, 750oC i 800oC, odpowiednio w ciągu 5 h, 3 h i 0,5 h. Otrzymany karbonizat oraz węgle aktywne charakteryzowały się powierzchnią właściwą w przedziale 350÷880 m2/g, objętością mikroporów 0,10÷0,32 cm3/g oraz – co najważniejsze – objętością mezoporów w przedziale od 0,56÷0,79 cm3/g. Mezoporowatość tych węgli oceniono na około 75%, co oznacza, że mezoporowata struktura żywicy przetrwała proces karbonizacji. Otrzymane węgle charakteryzowały się stosunkowo dobrymi właściwościami adsorpcyjnymi względem dwutlenku węgla (w temp. 0oC i 25oC) oraz benzenu (w temp. 20oC). Największa wartość adsorpcji CO2 w obu temperaturach wynosiła odpowiednio 2,37 mmol/g (ciśnienie 1,0 atm) i 1,38 mmol/g (ciśnienie 1,1 atm), natomiast w przypadku benzenu 8,45 mmol/g (w temp. 20oC pod ciśnieniem pary nasyconej). Szczególnie dobre właściwości adsorpcyjne dotyczyły benzenu, zatem węgle te mogą być użyteczne do adsorpcji lotnych związków organicznych.

EN

A series of mesoporous activated carbons was obtained from styrene-divinylbenzene copolymer (Amberlit XAD-4, Rohm and Haas Co., USA) upon carbonization at 500oC or 700oC followed by activation in CO2 at three temperatures: 700oC, 750oC and 800oC for 5 h, 3 h and 0.5 h, respectively. The resulting carbonizate and activated carbons were characterized by specific surface area varying from 350 to 880 m2/g, micropore volume – from 0.10 to 0.32 cm3/g, and, most importantly, the mesopore volume – from 0.56 to 0.79 cm3/g. The mesoporosity in the activated carbons was estimated at about 75%, indicating that the mesoporous resin structure was preserved during the carbonization process. The carbons received featured relatively good adsorption properties with respect to carbon dioxide (0oC and 25oC) and benzene (20oC). The highest adsorption obtained for CO2 was 2.37 mmol/g at 0oC (1.0 atm), and 1.38 mmol/g at 25oC (1.1 atm), while for benzene it was 8.45 mmol/g at 20oC (saturation vapor pressure). In particular, benzene adsorption capacity was very good, indicating that the activated carbons could be utilized for adsorption of volatile organic compounds.

9

Otrzymywanie i badanie właściwości adsorpcyjnych mikroporowatych kul węglowych

Choma J., Kloske M., Dziura A., Stachurska K., Jaroniec M.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2016

|

T. 19, nr 2

169--182

EN

The modified Stöber method involving a one-step simultaneous calcination and activation was used to obtain highly microporous carbon spheres. Resorcinol and formaldehyde were used as carbon precursors, potassium oxalate was employed as an activating agent and carbon source, and ammonia was used as a polymerization catalyst. The resulting spherical phenolic resins containing potassium salt were subjected to simultaneous carbonization and activation at 600°C for 4 hours in flowing nitrogen. However, non-activated carbon spheres (without potassium oxalate) were carbonized at 600°C for 2 hours in flowing nitrogen. The simultaneous carbonization and activation of polymeric spheres afforded carbon spheres with much higher microporosity than that in the spheres obtained without potassium salt. In the case of activated spheres each the specific surface area, the total pore volume and the micropore volume increased about twice. The obtained carbon spheres featured the specific surface area of 1490 m2 g-1, total pore volume of 0.74 cm3 g-1, the ultramicropore volume of 0.38 cm3 g-1 and the micropore volume of 0.61 cm3 g‒1. A well-developed microporosity, in particular ultramicroporosity (pores of sizes below 1.0 nm), has an essential influence of adsorption of CO2. The activated spheres adsorbed 7.67 mmol g-1 at 0°C and 1 atm. These spheres featured also high working capacity with respect to CO2 equal 4.23 mmol g-1 estimated as the difference between the gas uptake at 30°C and 1 atm and the gas uptake at 60°C and 0.0013 atm. The pore size distributions calculated from nitrogen adsorption isotherms at ‒196°C and from CO2 adsorption isotherms at 0°C by using the density functional theory for heterogeneous surfaces, 2D-NLDFT, are also shown. These distributions confirmed a significant development of microporosity in the activated carbon spheres. Also, the isosteric heat of CO2 adsorption was calculated by using CO2 adsorption isotherms measured in the temperature range from 0 to 60°C. The isosteric heat of adsorption on activated carbon spheres varies from 40 kJ mol-1 to about 25 kJ mol-1. This study shows that a simultaneous carbonization and activation of phenolic resin spheres affords carbon spheres with high microporosity suitable for CO2 capture at ambient conditions.

PL

Wykorzystując zmodyfikowaną metodę Stöbera, otrzymano, w jednoetapowym procesie karbonizacji z równoczesną aktywacją, wysoce mikroporowate kule węglowe. Rezorcyny i formaldehydu używano jako prekursorów węglowych, szczawianu potasu jako czynnika aktywującego i wody amoniakalnej jako katalizatora. Otrzymane kuliste żywice fenolowe zawierające sól potasową poddawano równocześnie jednoetapowej karbonizacji i aktywacji w temperaturze 600°C w ciągu 4 godzin w atmosferze przepływającego azotu. Natomiast nieaktywowane kule węglowe (bez szczawianu potasu) poddawano procesowi karbonizacji w temperaturze 600°C w ciągu 2 godzin w atmosferze przepływającego azotu. Karbonizacji połączonej z aktywacją kul polimerowych towarzyszyło znaczne rozwinięcie struktury mikroporowatej w porównaniu z kulami otrzymanymi bez soli potasowej. W przypadku aktywowanych kul nastąpił około dwukrotny wzrost powierzchni właściwej, całkowitej objętości porów i objętości mikroporów. Otrzymane kule węglowe charakteryzowały się powierzchnią właściwą równą 1490 m2 g‒1, całkowitą objętością porów 0,74 cm3 g-1, objętością ultramikroporów 0,38 cm3 g-1 oraz objętością mikroporów 0,61 cm3 g-1. Tak dobrze rozwinięta mikroporowatość, ze szczególnym uwzględnieniem ultramikroporowatości (dotyczącej porów o wymiarach mniejszych od 1,0 nm), miała istotny wpływ na adsorpcję CO2. Aktywowane kule adsorbowały CO2 w ilości 7,67 mmol g-1 w temperaturze 0°C pod ciśnieniem 1 atm. Kule te charakteryzowały się również dużą pojemnością roboczą względem CO2 równą 4,23 mmol g-1, obliczoną jako różnica adsorpcji CO2 w temperaturze 30°C pod ciśnieniem 1 atm i w temperaturze 60°C pod ciśnieniem 0,0013 atm. Pokazano też funkcje rozkładu objętości porów obliczone metodą z teorii funkcjonału gęstości dla niejednorodnych powierzchni 2D-NLDFT na podstawie adsorpcji N2 w temperaturze ‒196°C i CO2 w temperaturze 0°C. Funkcje te potwierdziły znaczące rozwinięcie struktury mikroporowatej aktywowanych kul węglowych. Wykorzystując doświadczalne izotermy adsorpcji CO2 w przedziale temperatur od 0 do 60°C, wyznaczono zależność izosterycznego ciepła adsorpcji. Dla aktywowanych kul węglowych ciepło to zmieniało się w przedziale od ok. 40 do ok. 25 kJ mol‒1. W tych badaniach pokazano, że równoczesna karbonizacja i aktywacja kul żywicy fenolowej daje kule węglowe o bardzo dobrze rozwiniętej mikroporowatości, odpowiednie do adsorpcji CO2.

10

Adsorpcja dwutlenku węgla na węglach aktywnych otrzymanych z prekursorów polimerowych

Choma J., Stachurska K., Osuchowski Ł., Dziura A., Jaroniec M.

Ochrona Środowiska

|

2015

|

Vol. 37, nr 4

3--8

PL

Badaniom poddano serię węgli aktywnych otrzymanych z następujących polimerów, jako prekursorów węglowych: polipirolu, sulfonowanej żywicy styrenowo-diwinylobenzenowej, poliwęglanu, włókien Kevlar® oraz poli(fluorku winylidenu). Polimery te karbonizowano w atmosferze przepływającego azotu w temperaturze 350÷700oC, a następnie aktywowano za pomocą KOH w stosunku węgiel:KOH równym 1:5 lub 1:5 w temperaturze 700oC. Otrzymane węgle aktywne miały powierzchnię właściwą zawartą w przedziale 1810÷2920 m2/g, całkowitą objętość porów w przedziale 0,87÷1,64 cm3/g, objętość mikroporów i małych mezoporów w przedziale 1,07÷1,47 cm3/g oraz objętość ultramikroporów w przedziale 0,44÷0,72 cm3/g. W celach porównawczych badano również handlowy węgiel aktywny Filtrasorb 400. Parametry struktury porowatej otrzymanych węgli aktywnych były średnio około dwukrotnie większe od parametrów struktury porowatej węgla handlowego. Węgle aktywne otrzymane z polimerów charakteryzowały się dobrymi właściwościami adsorpcyjnymi względem dwutlenku węgla w temperaturze 0oC i pod ciśnieniem od około 2 mmHg do około 900 mmHg. Maksymalna ilość adsorbowanego dwutlenku węgla w tych warunkach zawarta była, dla wszystkich węgli otrzymanych z polimerów, w przedziale od 4,31 mmol/g do 7,58 mmol/g. Izotermy adsorpcji CO2 w całym przedziale ciśnień równowagowych opisano za pomocą równania Dubinina-Raduszkiewicza (DR), wyznaczając graniczną adsorpcję CO2 (ao) w mikroporach i stałą równania (B). Wykazano, że graniczna wartość adsorpcji CO2 wyznaczona za pomocą równania DR dobrze liniowo korelowała z objętością ultramikroporów wyznaczonych na podstawie funkcji rozkładu objętości porów metodą (DFT). Bardzo dobre właściwości adsorpcyjne otrzymanych węgli aktywnych z prekursorów polimerowych, w tym także z polimerów odpadowych, stwarzają potencjalne możliwości do adsorpcyjnego pochłaniania i przechowywania dwutlenku węgla.

EN

A series of activated carbons obtained from different polymers such as polypyrrole, sulfonated styrene divinylobenzene resin, polycarbonate, Kevlar® fibers, and poly(vinylidine fluoride) were included in the study. The polymeric precursors were carbonized in flowing nitrogen at a temperature from 350 to 700oC and activated with KOH at the carbon:KOH ratio of 1:4 and 1:5 at 700oC. Specific surface area of carbons obtained ranged from 1810 to 2920 m2/g, their total pore volume – from 0.87 to 1.64 cm3/g, volume of micropores and small mesopores – from 1.07 to 1.47 cm3/g, and finally the ultramicropore volume varied between 0.44 and 0.72 cm3/g. Additionally, the commercial activated carbon Filtrasorb 400 was studied for the comparison purposes. The porous structure parameters for the carbons studied were on average about twice as large as those of the commercial carbon Filtrasorb 400. The polymer-derived carbons showed high adsorption capacities toward carbon dioxide at 0oC and under the pressure from about 2 to 900 mmHg. The maximum capacity for carbon dioxide adsorption under the aforementioned conditions varied from 4.31 to 7.58 mmol/g. The CO2 adsorption isotherms were fitted by the Dubinin-Radushkevich (DR) equation to evaluate the maximum CO2 uptake (ao) by the micropores as well as the B constant. It was demonstrated that the maximum CO2 uptake calculated by the DR equation correlated well with the volume of ultramicropores determined on the basis of pore size distribution by the DFT (density functional theory) analysis. Very good adsorption properties of the carbons obtained from polymeric precursors, including polymeric wastes, render them potentially useful materials for capture and storage of carbon dioxide.

11

Adsorpcja barwników z roztworów wodnych na węglach aktywnych

Choma J., Czubaszek M., Jaroniec M.

Ochrona Środowiska

|

2015

|

Vol. 37, nr 3

3--14

PL

W pracy przedstawiono przegląd najnowszej literatury poświęconej porównaniu metod biologicznych, fizycznych i chemicznych stosowanych do usuwania syntetycznych barwników organicznych z roztworów wodnych. Szczególną uwagę zwrócono na zastosowanie w tym celu procesów adsorpcyjnych na węglach aktywnych. Skupiono się na analizie procesu adsorpcji barwników kationowych i anionowych na różnych materiałach węglowych, w tym na adsorbentach uzyskanych z prekursorów odpadowych. Przytoczono przykłady handlowych węgli aktywnych, które są stosowane do skutecznego usuwania barwników z roztworów wodnych. Podano parametry ich struktury porowatej, a także zdolności adsorpcyjne względem wybranych barwników. Opisano czynniki wpływające na proces adsorpcji barwników z roztworów wodnych (masa i rodzaj użytego adsorbentu, stężenie początkowe i klasa użytego barwnika, czas, intensywność mieszania, temperatura i pH roztworu). Na tej podstawie wykazano, że proces adsorpcji na węglach aktywnych jest jednym z najważniejszych sposobów skutecznego usuwania barwników z roztworów wodnych.

EN

This work represents an overview of the newest literature on comparison of biological, physical and chemical methods applied to removal of synthetic organic dyes from water. A special attention is given to dye adsorption processes on activated carbons. The main focus is on the adsorption process of cationic and anionic dyes on different activated carbon materials, including adsorbents from waste precursors. Numerous examples of commercial activated carbons applied for effective removal of dyes from water solutions are presented. Parameters of their porous structure, as well as adsorption abilities of selected dyes are provided. Factors affecting the process of dye adsorption from water solutions are described (adsorbent mass and type, initial concentration and class of dye, adsorption time, mixing intensity, temperature and solution pH). In conclusion, it is demonstrated that the process of dye adsorption on activated carbons is one of the most important ways of effective dye removal from water solutions.

12

Właściwości i zastosowanie węgli aktywnych otrzymanych z materiałów polimerowych

Choma J., Osuchowski Ł., Jaroniec M.

Ochrona Środowiska

|

2014

|

Vol. 36, nr 2

3--16

EN

Results of studies on the synthesis, characterization and applications of activated carbons from polymeric materials, including polymer wastes, were presented. The major methods of polymer carbonization were described as well as of their activation by different activators such as KOH, CO2 and H2O. Carbons of very good porous structure parameters could be obtained from sulfonated styrene-divinylbenzene resins and polyvinylidene chloride but also from polyethylene terephthalate that represents polymer wastes. Methods for physicochemical characterization of activated carbons obtained from polymers were briefly presented, mainly in relation to their adsorption properties. One of the best activated carbons obtained from sulfonated styrene-divinylbenzene resin had the specific surface area close to 4000 m2/g, total pore volume of about 2.1 cm3/g and could adsorb 40 wt % CO2 per 1 gram of carbon at 0°C and under the pressure of 1 bar, and also 4 wt % H2 per 1 gram of carbon at –196°C, under the pressure of 1 bar. Potential applications of these activated carbons for adsorption of CO2 and H2 as well as CH4, C6H6, NO, CO, O2, SO2 and NH3 were also presented. Activated carbons obtained from polymer wastes could also be used for adsorption of dyes, herbicides, trace metal ions from water as well as adsorption of volatile organic compounds from the air. Attempts at the use of activated carbons for battery electrode and supercapacitor construction are also interesting. Activated carbons from polymeric materials attract a lot of attention due to their high specific surface area and large pore volume combined with large-scale and low-cost production.

PL

Przedstawiono wyniki badań dotyczących wytwarzania, charakteryzacji i zastosowania węgli aktywnych otrzymanych z materiałów polimerowych, w tym z polimerów odpadowych. Opisano najważniejsze metody karbonizacji polimerów, a następnie ich aktywacji za pomocą różnych czynników aktywujących, takich jak KOH, CO2 i H2O. Wykazano, że węgle o bardzo dobrych parametrach struktury porowatej można otrzymać z sulfonowanej żywicy styrenowo-diwinylobenzenowej oraz z poli(chlorku winylidenu), a spośród polimerów odpadowych – z poli(tereftalanu etylenu). Opisano metody badań właściwości fizykochemicznych węgli aktywnych otrzymanych z polimerów, w tym przede wszystkim ich właściwości adsorpcyjnych. Jeden z najlepszych węgli aktywnych otrzymany z sulfonowanej żywicy styrenowo-diwinylobenzenowej miał powierzchnię właściwą bliską 4000 m2/g, całkowitą objętość porów 2,1 cm3/g i był w stanie zaadsorbować 40% wag. CO2 na gram węgla w temperaturze 0°C pod ciśnieniem 1 bar oraz 4% wag. H2 na gram węgla w temperaturze –196°C pod ciśnieniem 1 bar. Przedstawiono możliwości wykorzystania węgli aktywnych otrzymanych z materiałów polimerowych do adsorpcji CO2 i H2, ale również do adsorpcji CH4, C6H6, NO, CO, O2, SO2 i NH3. Węgle otrzymane z polimerów odpadowych mogą być wykorzystane do adsorpcji barwników, herbicydów, jonów metali śladowych z wody oraz lotnych związków organicznych z powietrza. Interesujące są również próby wykorzystywania tych węgli do budowy elektrod baterii i superkondensatorów. Węgle aktywne otrzymywane z materiałów polimerowych cieszą się dużym zainteresowaniem, ponieważ mają bardzo dużą powierzchnię właściwą, dużą objętość porów, a jednocześnie są produkowane w dużych ilościach i mają przystępną cenę.

13

Właściwości adsorpcyjne węgli aktywnych otrzymanych z włókien Kevlar®

Choma J., Osuchowski Ł., Dziura A., Kwiatkowska-Wójcik W., Jaroniec M.

Ochrona Środowiska

|

2014

|

Vol. 36, nr 4

3--8

PL

Z odpadowych włókien Kevlar® otrzymano serię czterech mikroporowatych materiałów węglowych za pomocą karbonizacji, a następnie aktywacji z użyciem KOH. Otrzymane pyłowe węgle aktywne charakteryzowały się dobrze rozwiniętą strukturą porowatą. Ich maksymalna powierzchnia właściwa wynosiła 2660 m2 /g, zaś całkowita objętość porów była równa 1,54 cm3 /g. Kontrolowany proces karbonizacji i aktywacji spowodował znaczący rozwój ultramikroporów i mikroporów, których objętość osiągała odpowiednio wartości 0,54 cm3 /g i 1,35 cm3 /g. Pomiary adsorpcji fizycznej wykazały następującą skuteczność adsorpcji: CO2 – 4,47 mmol/g (0°C, 800 mmHg) i 2,64 mmol/g (25°C, 850 mmHg), H2 – 21,4 mg/g (–196°C, 850 mmHg), CH4 – 1,21 mmol/g (20°C, 750 mmHg) oraz C6H6 – 17,3 mmol/g (20°C, p/p0≈1,0). Bardzo dobre właściwości adsorpcyjne mikroporowatych węgli aktywnych otrzymanych z odpadowych włókien Kevlar® wskazują, że mogą one być z powodzeniem wykorzystane w inżynierii środowiska do adsorpcji i przechowywania dwutlenku węgla oraz łatwo lotnych związków organicznych, a także znaleźć zastosowania związane z gromadzeniem i wykorzystaniem energii zaadsorbowanego wodoru.

EN

A series of four microporous carbons was obtained from Kevlar® fibers by carbonization followed by KOH activation. The resulting powdered activated carbons possessed a well-developed porous structure. Their maximum specific surface area was 2660 m2 /g while the total pore volume was of 1.54 cm3 /g. The controlled process of carbonization and activation led to a significant ultramicropore and micropore development, the volume of which reached 0.54 cm3 /g and 1.35 cm3 /g, respectively. Measurements of physical adsorption of different substances demonstrated the following adsorption efficacy: CO2 – 4.47 mmol/g (0 °C, 800 mmHg) and 2.68 mmol/g (25 °C, 850 mmHg), H2 – 21.4 mg/g (–196 °C, 850 mmHg), CH4 – 1.21 mmol/g (20 °C, 750 mmHg) and C6H6 – 17.3 mmol/g (20 °C, p/p0≈1.0). Very good adsorption properties of microporous carbons obtained from Kevlar® fibers indicated that they might be successfully used in environmental engineering for adsorption and storage of carbon dioxide as well as volatile organic compounds. Other applications are associated with storage and usage of the energy of adsorbed hydrogen.

14

Synteza uporządkowanych mezoporowatych węgli metodą miękkiego odwzorowania z użyciem azotanu żelaza

Choma J., Jedynak K., Górka J., Jaroniec M.

Ochrona Środowiska

|

2013

|

Vol. 35, nr 2

3--8

EN

Soft-templating synthesis of mesoporous carbons was carried out in the presence of iron(III) nitrate by using resorcinol and formaldehyde as carbon precursors and Lutrol F127 (EO101PO 56EO101) block copolymer as a soft template. Iron(III) salt was used as a precursor for the formation of iron-containing particles and a low temperature graphitization catalyst. The resulting composites possessed high specific surface area (587 m2/g and 440 m2/g), large pore volume (0.44 cm3/g and 0.35 cm3/g) and mesoporosity of about 65%. Examination of their pore size distributions indicated presence of micropores of about 1.6 nm in size and mesopores of about 8 nm in size. Small angle X-ray diffraction pattern recorded for carbon sample prepared by using 10wt% iron(III) solution featured one distinct peak, possibly an indication of the ordered mesostructure. Thermogravimetric analysis indicated that only about 50% of iron used was successfully incorporated into these carbons, which resulted in the presence of metallic iron and iron carbide nanoparticles. Also, it was found out that iron presence during the carbonisation process contributed to the partial graphitization of amorphous carbon mesostructure. High specific surface area, well developed porosity and magnetic properties of these carbons extend their potential in adsorption, catalytic and energy-related applications.

PL

Zsyntezowano metodą miękkiego odwzorowania mezoporowate węgle w obecności azotanu(V) żelaza(III), używając rezorcynol i formaldehyd jako prekursory węglowe oraz kopolimer trójblokowy Lutrol F127 (EO101PO 56EO101) jako miękką matrycę. Roztwór soli żelaza(III) użyto jako źródło nanocząstek żelaza oraz jako niskotemperaturowy katalizator grafityzacji. Otrzymane dwa kompozyty charakteryzowały się dużą powierzchnią właściwą (587 m2/g i 440 m2/g) oraz dużą objętością porów (0,44 cm3/g i 0,35 cm3/g), w których udział objętości mezoporów wynosił ok. 65%. Badanie funkcji rozkładu objętości porów wykazało obecność mikroporów o wymiarach około 1,6 nm i mezoporów o wymiarach około 8 nm. Wyraźny pik na małokątowym widmie rozpraszania promieniowania rentgenowskiego uzyskany w przypadku próbki węgla otrzymanej przy użyciu 10% wag. żelaza(III) wskazuje na możliwą obecność uporządkowanej struktury. Badania termograwimetryczne wykazały, że jedynie około 50% użytego żelaza udało się wprowadzić do struktury tych węgli, czego wynikiem była obecność nanocząstek żelaza i węgliku żelaza. Ponadto stwierdzono, że obecność żelaza w procesie karbonizacji przyczyniła się do częściowej grafityzacji amorficznej mezostruktury węgli. Duża powierzchnia właściwa, dobrze rozwinięta struktura porowata oraz właściwości magnetyczne tych węgli zwiększają ich potencjał w adsorpcji, katalizie oraz zastosowaniach odnoszących się do przetwarzania energii.

15

Rozwijanie mikroporowatości w węglach mezoporowatych

Choma J., Jedynak K., Fahrenholz W., Ludwinowicz J., Jaroniec M.

Ochrona Środowiska

|

2013

|

Vol. 35, nr 1

3--10

PL

Metodą miękkiego odwzorowania otrzymano, w obecności kwasu solnego lub kwasu cytrynowego, dwa mezoporowate węgle używając rezorcynolu i formaldehydu, jako prekursorów węglowych, oraz kopolimeru trójblokowego Pluronic F127, jako miękkiej matrycy. W celu rozwinięcia struktury mikroporowatej tak otrzymanych mezoporowatych węgli w trakcie ich syntezy dodano tetraetoksysilan (TEOS), a w końcowym etapie wytrawiono krzemionkę za pomocą roztworu NaOH. Druga metoda rozwijania mikroporowatości polegała na posyntezowej chemicznej aktywacji mezoporowatego węgla za pomocą KOH w temperaturze 700°C. Wykazano, że metoda z dodatkiem TEOS pozwoliła nie tylko na znaczne rozwinięcie mikroporowatości węgla, ale także na rozwinięcie jego mezoporowatości. Zastosowanie metody aktywacji za pomocą KOH spowodowało tylko znaczący rozwój mikroporowatości węgla, natomiast mezoporowatość uległa w znacznym stopniu zmniejszeniu (2÷4-krotnie) w stosunku do wyjściowych węgli mezoporowatych. Stwierdzono, że obie metody rozwijania mikroporowatości prowadziły do otrzymania węgli o bardzo dobrych parametrach strukturalnych. W najlepszym przypadku w metodzie z dodatkiem TEOS powierzchnia właściwa BET węgla wynosiła 1300 m2/g, a całkowita objętość porów ok. 1,4 cm3/g. W metodzie aktywacji za pomocą KOH powierzchnia właściwa węgla wynosiła natomiast ponad 2000 m2/g, a całkowita objętość porów ponad 1 cm3/g. Biorąc pod uwagę, że węgle otrzymane obiema metodami miały bardzo dobre właściwości adsorpcyjne, mogą być one z powodzeniem wykorzystywane w procesach adsorpcyjnego oczyszczania wody i powietrza.

EN

Mesoporous carbons were obtained in the presence of hydrochloric and citric acids via soft-templating method. Resorcinol and formaldehyde were used as carbon precursors and triblock copolymer Pluronic F127 as a soft template. Tetraethyl orthosilicate was introduced to the system in order to develop microporosity and sodium hydroxide at the final stage to etch the silica. After silica dissolution the expected increase in microporosity was observed; interestingly, the mesoporosity was also improved. Post-synthesis activation with KOH at 700°C was proposed as an alternative approach to develop additional microporosity. The treatment resulted in the increased microporosity; however, the mesoporosity significantly decreased (2 to 4 fold) in comparison to the initial values. Both methods were effective and led to the formation of additional microporosity. For instance, the sample obtained with addition of TEOS exhibited the BET specific surface area of 1300 m2/g and total pore volume of about 1.4 cm3/g. The post-synthesis activation resulted in the specific surface area over 2000 m2/g and total pore volume exceeding 1 cm3/g. Carbon materials obtained with both methods showed good adsorption properties, therefore, they are suitable for environmental applications such as water treatment and air purification.

16

Wpływ temperatury karbonizacji na adsorpcyjne i strukturalne właściwości mezoporowatych węgli otrzymanych metodą miękkiego odwzorowania

Choma J., Jedynak K., Jamioła D., Jaroniec M.

Ochrona Środowiska

|

2012

|

Vol. 34, nr 2

3-8

PL

Przedstawiono sposób syntezy porowatych węgli o jednorodnych mezoporach metodą miękkiego odwzorowania z wykorzystaniem kopolimeru trójblokowego (Lutrol F127) oraz prekursorów węglowych - rezorcynolu i formaldehydu. Synteza przebiegała w środowisku kwasowym. Zbadano wpływ temperaturowej karbonizacji (w przedziale temperatur od 400 °C do 850 °C) na adsorpcyjne i strukturalne właściwości otrzymanych węgli. Stwierdzono, że wraz ze wzrostem temperatury karbonizacji zmniejszały się wartości takich parametrów struktury porowatej węgla, jak całkowita objętość porów, objętość mezoporów, a także średni wymiar porów odpowiadający maksimum funkcji rozkładu. Jedynie powierzchnia właściwa węgla zwiększała się sukcesywnie wraz ze wzrostem temperatury karbonizacji, a w temperaturze 850 °C osiągnęła maksymalną wartość równą 746 m2/g w wyniku wzrostu objętości mikroporów. Wyniki porównano z rezultatami osiągniętymi we wcześniejszej pracy, wykazując podobną tendencję w zachowaniu się parametrów adsorpcyjnych. Otrzymane w różnych warunkach temperaturowych mezoporowate węgle miały bardzo dobre właściwości adsorpcyjne i mogą być z powodzeniem stosowane w różnych procesach w inżynierii środowiska.

EN

Carbons with uniform mesopores were synthesized by soft templating using a triblock copolymer (Lutrol F127) and two carbon precursors - resorcinol and formaldehyde. Synthesis was carried out under acidic conditions. The main focus of the study was the effect of carbonization temperature (from 400 °C to 850 °C) on the adsorption and structural properties of the carbons obtained. The study has produced the following findings: the rise in carbonization temperature was concomitant with the decline in such porous structure parameters as total pore volume, mesopore volume, pore width and average pore size corresponding with the maximum of the distribution function. Only the specific surface area of the carbons increased with increasing carbonization temperature, to reach a maximal value, 746 m2/g, at 850 °C, owing to the increase in the micropore volume. Comparison of the results of this study with previous data has revealed a similar trend in the behavior of the adsorption parameters. Obtained at different carbonization temperatures, the mesoporous carbons show very good adsorption properties and high potential for successful use in environmental engineering.

17

Synteza i właściwości fizykochemiczne kulistych struktur węglowo-srebrowych

Choma J., Jamioła D., Jaroniec M.

Ochrona Środowiska

|

2012

|

Vol. 34, nr 4

3-8

PL

Kuliste cząstki węglowe wykorzystywano jako rdzenie w procesie osadzania nanocząstek srebra prowadzącym do otrzymywania struktur węglowo-srebrowych typu core-shell. Kule węglowe o średnicy ok. 450÷550 nm otrzymano zmodyfikowaną metodą Stöbera z wykorzystaniem żywicy fenolowej, którą w końcowym etapie syntezy poddano procesowi karbonizacji w temperaturze 600°C w ciągu 4 h w obojętnej atmosferze. Aby umożliwić zajście procesu osadzania srebra powierzchnie kul węglowych poddano najpierw utlenianiu za pomocą kwasu azotowego, a następnie przyłączaniu grup aminopropylowych z zastosowaniem 3-aminopropylotrimetoksysilanu. Proces osadzania srebra na modyfikowanych kulach węglowych prowadzono dwuetapowo - w pierwszym etapie kationy srebra redukowano w obecności wody amoniakalnej za pomocą kationów Sn2+ zaadsorbowanych na powierzchni kul węglowych, natomiast w drugim srebro osadzano w wyniku redukcji kationów srebra za pomocą formaldehydu. Proces ten doprowadził do gęstego pokrycia powierzchni kul węglowych nanocząstkami srebra o niezbyt regularnych wymiarach (od ok. 50 nm do ok. 100 nm). Na podstawie zdjęć skaningowej mikroskopii elektronowej wykazano, że stopień pokrycia powierzchni kul węglowych srebrem zależał od stosunku masy użytego węgla do masy azotanu srebra. Wykazano, że struktury węglowo-srebrowe charakteryzowały się znaczną absorpcją promieniowania UV-Vis (320÷800 nm).

EN

Carbon spheres were used as cores for the deposition of silver nanoparticles leading to the formation of carbon-silver core-shell structures. These spheres, with diameters ranging from 450 to 550 nm, were prepared by the modified Stöber method from phenolic resins, which at the final stage of the process were carbonized at 600 °C in an inert atmosphere for 4 hours. In order to facilitate the deposition of silver nanoparticles, the carbon spheres were made subject to oxidation with nitric acid, followed by modification with 3-aminopropyltrimethoxysilane, to attach aminopropyl groups. The deposition of silver nanoparticles onto the modified carbon spheres was a two-stage process. At the first stage silver cations were reduced by Sn2+ cations adsorbed on the modified carbon spheres, in the presence of ammonia water. At the second stage silver nanoparticles were deposited by reducing silver cations with formaldehyde. This deposition led to full coverage of the carbon spheres by non-uniform silver nanoparticles (50-100 nm). Scanning electron microscopy has revealed that the extent of coverage depends on the ratio of the mass of silver nitrate to the mass of carbon used. The resulting carbon-silver core-shell structures show a significant absorption of UV-Vis radiation (320 to 80 nm).

18

Otrzymywanie mezoporowatych węgli o dużej powierzchni właściwej i dużej objętości porów

Choma J., Dziura A., Jamioła D., Marszewski M., Jaroniec M.

Ochrona Środowiska

|

2012

|

Vol. 34, nr 1

3-7

PL

Omówiono właściwości mezoporowatych węgli otrzymanych metodą twardego odwzorowania. Jako prekursory węglowe zastosowano rezorcynol i aldehyd krotonowy oraz fenol i paraformaldehyd, natomiast jako twardą matrycę wykorzystano krzemionkę koloidalną. Wykazano, że otrzymane w ten sposób mezoporowate węgle charakteryzowały się dużą powierzchnią właściwą - ponad 1500 m2/g (w przypadku rezorcynolu i aldehydu krotonowego) i ok. 1800 m2/g (w przypadku fenolu i paraformaldehydu), a także dużą całkowitą objętością porów ok. 5 cm3/g oraz ok. 95% udziałem mezoporów. Funkcje rozkładu objętości porów wskazywały na mały udział mikroporów o wymiarach ok. 1,5 nm oraz duży udział mezoporów o wymiarach ok. 30 nm. Zdjęcia mikroskopowe (SEM) potwierdziły jednorodność wymiarów sferycznych mezoporów oraz heterogeniczność ich rozmieszczenia w matrycy węglowej. Badania wykazały, że bardzo dobrze rozwinięta struktura porowata tych węgli stwarza realną możliwość ich wykorzystania w procesach adsorpcyjnych i katalitycznych, a w szczególności do adsorpcji dużych cząsteczek organicznych.

EN

Mesoporous carbons were prepared using the hard templating method. Resorcinol with crotonaldehyde and phenol with paraformaldehyde were used as carbon precursors along with colloidal silica as a hard template. The resultant carbons possessed high surface areas exceeding 1500 m2/g for the samples prepared from resorcinol with croton-aldehyde, and approaching 1800 m2/g for those obtained from phenol with paraformaldehyde. All samples exhibited large total pore volumes of about 5 cm3/g and high mesoporosity of about 95%. Pore size distribution functions indicated small amounts of micropores (~1.5 nm) and predominant amounts of mesopores (~30 nm). Scanning electron micrographs proved uniformity of spherical mesopores and their random distribution in the carbon matrix. The well developed porous structure of the mesoporous carbons studied makes them feasible for adsorption and catalytic processes, especially for adsorption of large organic molecules.

19

Ocena powtarzalności syntezy i właściwości adsorpcyjnych uporządkowanych mezoporowatych węgli otrzymanych metodą miękkiego odwzorowania

Choma J., Kalinowska A., Jedynak K., Jaroniec M.

Ochrona Środowiska

|

2012

|

Vol. 34, nr 3

3-10

PL

Badano powtarzalność syntezy serii 8 próbek mezoporowatych uporządkowanych węgli, które otrzymywano metodą miękkiego odwzorowania w środowisku kwasowym (HCl), stosując kopolimer trójblokowy Lutrol F127 jako miękką matrycę oraz rezorcynol i formaldehyd jako prekursory węglowe. Powtarzalność syntezy oceniono analizując właściwości adsorpcyjne otrzymanych węgli. Zmierzono niskotemperaturowe (-196 C) izotermy adsorpcji azotu w celu wyznaczenia podstawowych parametrów charakteryzujących strukturę porowatą tych materiałów, m.in. powierzchnię właściwą, całkowitą objętość porów, objętość mikro- i mezoporów oraz wymiar mikro- i mezoporów. Błędy wyznaczonych parametrów określono na podstawie standardowych wielkości statystycznych, takich jak odchylenie standardowe pojedynczego wyniku i średniej arytmetycznej, przedział ufności przy prawdopodobieństwie 0,95 i 0,99 oraz współczynnik zmienności. Przeprowadzona analiza wykazała, że synteza mezoporowatych węgli metodą miękkiego odwzorowania w środowisku kwasowym jest metodą powtarzalną, ze współczynnikiem zmienności większości parametrów strukturalnych nieprzekraczającym 10%.

EN

Soft-templating synthesis of ordered mesoporous carbons under acidic (HCl) conditions was investigated for reproducibility by using a series of eight samples obtained with Lutrol F127 block copolymer as a soft template, and resorcinol and formaldehyde as carbon precursors. Reproducibility was evaluated by analyzing the adsorption properties of the samples prepared via the above route. Low-temperature (-196 oC) nitrogen adsorption isotherms were measured and used to evaluate the basic parameters characterizing the porous structure of the carbonaceous materials; namely, specific surface area, total pore volume, micropore and mesopore volumes, micropore and mesopore widths. Errors of the evaluated parameters were estimated in terms of standard statistical analysis, such as standard deviation, arithmetic mean, 0.95 and 0.99 confidence interval for the mean, and coefficient of variation. Statistical analysis has shown that soft-templating synthesis under acidic conditions is reproducible when the coefficient of variation for most of the parameters is lower than 10%.

20

Otrzymywanie nanostruktur krzemionkowo-złotych metodą redukcji kwasu tetrachlorozłotowego na modyfikowanych cząstkach krzemionkowych

Choma J., Jaroniec M., Dziura A., Nyga P., Jamioła D.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2012

|

Vol. 61, nr 1

183-198

PL

Nanostruktury typu "core-sell", w szczególności nanostruktury krzemionkowo-złote, składające się z krzemionkowego rdzenia pokrytego nanocząstkami złota cieszą się w ostatnich latach dużym zainteresowaniem z uwagi na ich wyjątkowe właściwości oraz potencjalne zastosowania w adsorpcji, katalizie, spektroskopii, ochronie środowiska, biotechnologii, nanotechnologii i innych dziedzinach. W tej pracy przedstawiono powtarzalność syntezy nanostruktur krzemionkowo-złotych. Wspomniane nanostruktury otrzymano poprzez depozycję nanocząstek złota powstałych w wyniku redukcji kwasu tetrachlorozłotowego za pomocą formaldehydu na modyfikowanych cząstkach krzemionki (600 nm) grupami aminopropylowymi. Tak otrzymane cząstki złota miały wymiary ok. 50 nm. Syntezę nanostruktur krzemionkowo-złotych powtarzano czterokrotnie w ciągu dłuższego czasu, aby sprawdzić powtarzalność tej procedury. Morfologię tak otrzymanych nanostruktur charakteryzowano za pomocą skaningowej elektronowej mikroskopii (SEM). Analiza SEM wykazała, że prawie całkowita powierzchnia modyfikowanych cząstek krzemionki została pokryta jednorodnie nanocząstkami złota i że powtarzalność tego procesu jest zadowalająca.

EN

Core-shell nanostructures, including silica-gold core-shell particles, attracted a lot of attention due to their unique properties and potential applications in adsorption, catalysis, spectroscopy, environmental protection, biotechnology, nanotechnology and other areas. In this work, the reproducibility of the synthesis of core-shell silica-gold nanostructures is presented. These nanostructures were prepared by depositing gold nanoparticles via reduction of tetrachloroauric acid with formaldehyde on 600 nm silica particles modified with aminopropyl groups. The resulting gold particles have diameters of about 50 nm. Four preparations of silica-gold core-shell particles were performed at different times to check the reproducibility of this synthesis route. The morphology of the resulting nanostructures has been studied by scanning electron microscopy (SEM). The SEM analysis showed that the almost entire surface of modified silica particles have been covered uniformly with gold nanoparticles and the reproducibility of this process is satisfactory.