Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Termograwimetryczne badania niemodyfikowanych i modyfikowanych nanoporowatych adsorbentów krzemionkowych

Choma J., Jaroniec M., Kloske M.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2003

|

Vol. 52, nr 10

38-51

PL

Wykorzystując metodę hydrotermiczną otrzymano niemodyfikowane uporządkowane nanoporowate adsorbenty krzemionkowe MCM-41 C8, C10 i C16 i modyfikowane MCM-41 C16-SH z grupami merkaptopropylowymi oraz MCM-41 C16-NH2 z grupami aminopropylowymi. W procesie syntezy zastosowano metodę hydrotermiczną z wydłużonym (5 dniowym) czasem obróbki termicznej z zastosowaniem bromku oktylo-, decylo- i cetylotrimetyloamoniowego jako surfaktantów i tetraetoksysilanu jako źródła krzemionki. W procesie modyfikacji po wytrąceniu się białego osadu uporządkowanego materiału krzemionkowego MCM-41 dodawano 3-merkaptopropylotrietoksysilanu lub 3-aminopropylotrietoksysilanu jako modyfikatorów. Właściwości tak otrzymanego modyfikowanego materiału merkaptopropylowego i aminopropylowego porównywano z właściwościami odpowiedniego niemodyfikowanego uporządkowanego materiału krzemionkowego, zawierającego na swej powierzchni tylko grupy silanolowe. Właściwości niemodyfikowanych i modyfikowanych materiałów badano za pomocą metody rozpraszania promieniowania rentgenowskiego (XRD) i wysokorozdzielczej termograwimetrii (HRTG). Stwierdzono, że w wyniku tak przeprowadzonej syntezy udało się wprowadzić ok. 12% wag. grup merkaptopropylowych i ok. 6% wag. grup aminopropylowych. Otrzymane niemodyfikowane i modyfikowane materiały krzemionkowe charakteryzują się dobrze uporządkowaną, jednorodną strukturą nanoporowatą o małej dyspersji porów oraz dużą stabilnością termiczną, na co wskazują wyniki badań XRD i HRTG. Ponieważ materiały te zawierają grupy merkaptopropylowe i aminopropylowe na powierzchni porów oraz są stabilne, to mogą być wykorzystane do usuwania jonów metali ciężkich z roztworów wodnych.

EN

Unmodified ordered nanoporous siliceous adsorbents MCM-41 C8, C10 and C16 and modified MCM-41 C16-SH with mercaptopropyl groups and MCM-41 C16-NHΩ with aminopropyl groups have been obtained by hydrothermal method. This method involved longer (five days) time of hydrothermal treatment of the synthetic mixture containing octyl-, decyl- or cetyltrimethylammonium bromides as surfactants and tetraethoxysilane as the silica source. In the case of modification, after formation of a white precipitate of ordered siliceous material MCM-41 3-mercapto-propyltriethoxysilane or 3-aminopropyltriethoxysilane were added as modifiers. Properties of the resulting modified materials were compared with properties of the corresponding unmodified siliceous material containing surface silanols only. These properties were studied by means of the powder X-ray diffraction (XRD) and high resolution thermogravimetry (HRTG). It is shown that during modification process about 12% of mercaptopropyl groups and about 6% of aminopropyl groups were introduced. The XRD and HRTG studies showed that the resulting unmodified and modified materials exhibited a good structural ordering, uniform nanoporous structure of a small pore size dispersion and high thermal stability. Since modified materials contain mercaptopropyl and aminopropyl groups on the surface and are stable, they can be used for removal of heavy metal ions from aqueous solutions.

2

Charakteryzacja struktury uporządkowanych nanoporowatych materiałów krzemionkowych na podstawie adsorpcji argonu w temperaturze 77 K

Choma J., Jaroniec M., Michalski E., Kloske M.

Ochrona Środowiska

|

2002

|

nr 4

3-9

PL

Trzy dobrze uporządkowane nanoporowate materiały krzemionkowe z rodziny MCM-41 otrzymywano z tetraetoksysilanu (TEOS), jako źródła krzemionki, i ze związków powierzchniowo czynnych, bromków: oktylotrimetyloamoniowego (C8), decylotrimetyloamoniowego (C10) i cetylotrimetyloamoniowego (C16). Szczególną cechą tej syntezy była długa (5 dób) hydrotermiczna obróbka próbek w temperaturze 373 K. Otrzymane materiały charakteryzowano za pomocą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego oraz adsorpcji argonu w temperaturze 77 K. Porowatość oceniono za pomocą metody Barretta-Jaynera-Halendy przy użyciu doświadczalnej relacji pomiędzy wymiarem porów i ciśnieniem kondensacji opublikowanej ostatnio przez Kruka i Jarońca. Potwierdzono, że średni wymiar porów zależy od długości łańcucha alkilowego w cząsteczce związku powierzchniowo czynnego użytego w procesie syntezy danego materiału. Zastosowanie metod BET oraz as pozwoliło wyznaczyć parametry struktury porowatej tych materiałów, tj. powierzchnię właściwą BET, całkowitą powierzchnię właściwą, powierzchnię zewnętrzną, objętość uporządkowanych pierwotnych mezoporów oraz całkowitą objętość porów. Porównanie tych wartości wskazuje, że otrzymane materiały są dobrej jakości i adsorpcja argonu w temperaturze 77 K jest użyteczną metodą do charakteryzacji tych materiałów.

EN

Three ordered nanoporous siliceous materials, MCM-41, were synthesized by using tetraethoxysilane (TEOS) as silica source and the following surfactants: octyltrimethylammonium bromide (C8), decyltrimethylammonium bromide (C10) and cetyltrimethylammonium bromide (C16) as templates. A key feature of this synthesis was a long (5 days) hydrothermal treatment of the samples at 373 K. The resulting MCM-41 samples were characterized by powder X-ray diffraction and argon adsorption at 77 K. Pore size analysis was performed by the Barrett-Joyner-Halenda method, using the experimental relation between the pore width and condensation pressure reported recently by Kruk and Jaroniec. As expected, the average pore width is dependent on the length of alkyl chain in the surfactant. The BET and as methods were used to estimate the structure parameters such as the BET specific surface area, total surface area, external surface area, volume of ordered mesopores and total pore volume. Comparative analysis of these parameters shows that the MCM-41 samples studied are good quality materials and argon adsorption at 77 K is a useful technique for the characterization of these materials.

3

Wyznaczanie rozkładu objętości porów z funkcji potencjału adsorpcyjnego dla mezoporowatych adsorbentów krzemionkowych

Choma J., Jaroniec M., Kloske M.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2002

|

Vol. 51, nr 12

5-16

PL

Niskotemperaturowe (77 K) izotermy adsorpcji azotu zmierzone dla trzech uporządkowanych mezoporowatych adsorbentów krzemionkowych z rodziny MCM-41, o różnych wymiarach porów, zostały wykorzystane do wyznaczania funkcji rozkładu objętości porów. Do tego celu wykorzystano funkcje rozkładu potencjału adsorpcyjnego X (A) i uzyskane rozkłady objętości porów porównano z rozkładami otrzymanymi za pomocą klasycznych metod Barretta, Jovnera i Halendy (BJH) oraz Dollimore'a i Heala (DH), w których zastosowano poprawione przez Kruka, Jarońca i Sayari (KJS) równanie Kelvina. Stwierdzono, że maksima funkcji rozkładu objętości porów dla wszystkich analizowanych metod odpowiadają tej samej średnicy porów. Natomiast w przypadku metody bazującej na funkcji potencjału adsorpcyjnego obserwuje się rozmycie rozkładu objętości porów i często nawet małe maksimum w obszarze mikroporów, wynikające z natury przybliżenia kondensacyjnego. Takie zachowanie funkcji rozkładu objętości porów może błędnie wskazywać na występowanie mikroporowatości, której nie ma w przypadku wszystkich badanych MCM-41. Przebieg tej funkcji w obszarze mezoporów odzwierciedla rzeczywistą porowatość tych materiałów, o czym świadczy dobra zgodność pomiędzy średnicami porów otrzymanymi z danych adsorpcji i rozpraszania promieniowania rentgenowskiego.

EN

Low-temperature (77 K) nitrogen adsorption isotherms measured for three ordered mesoporous siliceous adsorbents from MCM-41 family, of different pore sizes, were used to determine the pore size distributions. The adsorption potential distribution was utilized for this purpose and the resulting pore size distribution were compared with those obtained by classical methods of Barret, Joyner and Halenda (BJH) and Dollimore and Heal (DH), in which the corrected Kelvin equation of Kruk, Jaroniec and Sayari (KJS) was used. It was shown that for all methods studied the maxima of the pore size distributions are at the same pore width. However, in the case of the method basing on the adsorption potential distribution a wide flatness of the pore size distribution and often even small maximum is observed in the micropore range as a result of the condensation approximation. Such behavior of the pore size distribution may indicate wrongly the presence of microporosity, which is absent in all MCM-41 studied. The behavior of this distribution in the mesopore range reflects true porosity of these materials as evidenced by a good agreement between pore widths obtained from adsorption and power X-ray diffraction data.

4

Porównanie metod wyznaczania funkcji rozkładu objętości porów uporządkowanych mezoporowatych adsorbentów krzemionkowych

Choma J., Jaroniec M.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2000

|

Vol. 49, nr 11

37-55

PL

Na przykładzie dwóch dobrej jakości uporządkowanych mezoporowatych adsorbentów krzemionkowych MCM-41 porównano różne metody wyznaczania funkcji rozkładu objętości porów w oparciu o doświadczalne wyznaczone niskotemperaturowe (77 K) izotermy adsorpcji azotu. Porównywanie to objęło metodę Barretta, Joynera i Halendy (BJH) zmodyfikowaną przez Kruka, Jarońca i Sayari (KJS), metodę Broekhoffa i de Boera (BdB) z uproszczeniami zaproponowanymi przez Lukensa i Stucky (LS) oraz metodę Horvatha i Kawazoe (HK) opartą na zależnościach wiążących potencjał adsorpcyjny A ze średnicą cylindrycznych porów w według Kruka, Jarońca i Sayari (KJS) oraz Saito i Foleya (SF). Stwierdzono, że najbardziej poprawną funkcję rozkładu objętości mezoporów adsorbentów krzemionkowych uzyskuje się stosując metodę Barretta, Joynera i Halendy (BJH) z równaniem Kelvina poprawionym przez Kruka, Jarońca i Sayari (KJS). Położenie tej funkcji rozkładu objętości mezoporów w pełni pokrywa się z wymiarem średnicy otrzymanym metodą rozpraszania promieniowania rentgenowskiego (XRD). Wyniki obliczeń wskazują również, że położenie funkcji rozkładu objętości mezoporów MCM-41 uzyskanej za pomocą metody Horvatha i Kawazoe (HK) istotnie zależy od przyjętej zależności potencjału adsorpcyjnego A od średnicy porów w. Na przykład średnica porów, odpowiadająca maksimum funkcji rozkładu otrzymanej metodą HK z wyrażeniem Saito i Foleya (SF) dla cylindrycznych mezoporów, jest mało dokładna w porównaniu ze średnicą wynikającą z metody XRD. Jednakże metoda HK daje dobrą średnicę porów, kiedy zależnością wiążącą A(w) jest zależność zaproponowana przez Kruka, Jarońca i Sayari. Niemniej, metoda ta pozwala na odtworzenie objętości mezoporów w przeciwieństwie do metody BJH-KJS. Na podstawie przeprowadzonych badań można wnosić, że w chwili obecnej najlepszą metodą wyznaczania funkcji rozkładu objętości mezoporów uporządkowanych adsorbentów krzemionkowych np. MCM-41 jest metoda BJH z równaniem Kelvina i statystyczną grubością filmu określonymi na podstawie adsorpcji azotu dla serii dobrej jakości próbek MCM-41.

EN

Various methods for evaluation of the pore size distributions from experimental low-temperature (77K) nitrogen adsorption isotherms are compared using two good quality ordered MCM-41 silicas. This comparison included Barrett, Joyner and Halenda (BJH) method modified by Kruk, Jaroniec and Sayari (KJS), Broekhoff and de Boer (BdB) method with simplifications proposed by Lukens, Stucky and others (LS), and Horvath and Kawazoe (HK) based on relations between adsorption potential A and diameter of cylindrical pores w proposed by Kruk, Jaroniec and Sayari (KJS) and Saito and Foley (SF). It is shown that the most accurate pore size distribution is generated by the Barrett, Joyner and Halenda (BJH) method with proposed by Kruk, Jaroniec and Sayari (KJS) correction for Kelvin equation. The position of this distribution coincides with the pore width determined from X-ray diffraction data (XRD) for a given MCM-41. Also, it is shown that the position of the pore size distribution for the MCM-41 studied obtained by the Horvath and Kawazoe (HK) method depends strongly on the assumed relation between adsorption potential A and pore width w. For instance, the pore width corresponding to the maximum of the pore size distribution obtained by the HK method with the Saito-Foley (SF) relation for cylindrical mesopores is in poor agreement with the pore width from the XRD data. The HK method can reproduce a correct pore width the A(w) relation proposed by Kruk, Jaroniec and Sayari is used. However, in contrast to BJH-KJS method the HK method is not able to reproduce the volume of primary mesopores. Our studies indicate that the best currently available method for evaluation of the pore size distribution for siliceous adsorbents, e.g., MCM-41, is the BJH algorithm with corrected Kelvin equation and statistical film thickness established on the basis of adsorption for a series of good quality MCM-41 samples.