Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Badanie metodą chromatograficzną fizykochemicznych właściwości niemodyfikowanych i modyfikowanych nanoporowatych materiałów krzemionkowych

Choma J., Grajek H.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2006

|

Vol. 55, nr 2

237-251

PL

Metodą inwersyjnej chromatografii gazowej badano właściwości powierzchniowe uporządkowanych nanoporowatych materiałów krzemionkowych z rodziny MCM-41. Posłużono się niemodyfikowanym materiałem, zawierającym na swej powierzchni grupy silanolowe oraz materiałem modyfikowanym z grupami merkaptopropylowymi. Do badania niejednorodności powierzchniowej tych materiałów zastosowano następujące adsorbaty: n-pentan, n-heksan, n-hep-tan, n-oktan, metanol, etanol, benzen, cykloheksan, tetrahydrofuran, octan etylu, eter dietylowy i acetonitryl. Niejednorodność powierzchni krzemionkowej charakteryzowano za pomocą funkcji rozkładu potencjału adsorpcyjnego. Stwierdzono istotny wpływ chemicznej budowy i rozkładu ładunku na poszczególnych atomach w cząsteczce adsorbatu na jej oddziaływanie z powierzchnią krzemionkową. Oddziaływanie to jest tym silniejsze, im adsorbat jest bardziej polarny. Istotne znaczenie mają również grupy funkcyjne znajdujące się na powierzchni krzemionkowej oraz stopień pokrycia nimi tej powierzchni. Poza nielicznymi wyjątkami, wydaje się, że adsorbat znacznie silniej oddziaływuje z grupami merkaptopropylowymi niż z grupami silanolowymi, znajdującymi się na powierzchni krzemionkowej.

EN

The surface properties of ordered nanoporous silica materials belonging to the MCM41 group have been tested by inverse gas chromatography. Non-modified material with silanol surface groups and modified one with mercaptopropyl surface groups have been employed. N-pentane, n-hexane, n-heptane, n-octane, methanol, ethanol, benzene, cyclohexane, tetrahydrofurane, ethyl acetate, diethyl oxide and acetonitryle have been employed as adsorbates in testing the surface heterogeneity of the afore-mentioned materials. The surface heterogeneity of the silica materials have been characterized by means of the adsorption potential distribution. A decisive influence of the changes in chemical structure and charge distribution around adsorbate molecule atoms have been observed. Interaction was stronger if the polarity increased. The kind of surface groups and their concentration also influenced the adsorption process. In most cases, the adsorbates interact stronger with propylothiol groups than with silanol ones.

2

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.

3

Strukturalne właściwości heksagonalnie uporządkowanych mezoporowatych materiałów krzemionkowych otrzymywanych przy użyciu kationowych surfaktantów

Choma J., Jaroniec M.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2003

|

Vol. 52, nr 10

135-151

PL

Wykorzystując program komputerowy HyperChem modelowano cząsteczki kationowych surfaktantów, bromków alkilotrimetyloamoniowych (o liczbie atomów węgla w łańcuchu alkilowym od 8 do 18) i alkilotrietyloamoniowych (od 20 do 22). Na podstawie modelowych struktur surfaktantów określono wymiary micel, stanowiących wzorce dla porów uporządkowanych mezoporowatych materiałów krzemionkowych MCM-41. W celach porównawczych wykorzystano dane literaturowe dotyczące strukturalnej i adsorpcyjnej charakterystyki materiałów MCM-41 do wyznaczenia wymiarów porów na podstawie równania wiążącego adsorpcyjną objętość uporządkowanych porów i parametr struktury uzyskany metodą rozpraszania promieniowania rentgenowskiego. Ponadto wymiar porów oszacowano na podstawie funkcji rozkładu objętości porów wyznaczonej metodą Barretta, Joynera i Halendy (BJH) zmodyfikowaną przez Kruka, Jarońca i Sayari (KJS). Następnie sporządzono zależności wymiarów porów uzyskanych tymi trzema metodami od ilości atomów węgla w łańcuchu hydrofobowym surfaktantu i porównano je pod kątem ich przydatności do przewidywania wymiaru porów na podstawie długości łańcucha alkilowego w cząsteczce surfaktantu. Okazuje się, że zależność uzyskana dla wielkości porów przewidzianej na podstawie wielkości micel różni się od doświadczalnych zależności, ponieważ modelowanie micel nie uwzględnia efektu kurczenia się struktury krzemionki w procesie kalcynacji materiałów MCM-41 oraz zmian w konformacji łańcuchów hydrofobowych w micelach. W świetle tych ograniczeń, doświadczalna zależność wymiaru porów od ilości atomów węgla w łańcuchu surfaktantu wydaje się najbardziej przydatna do wyboru odpowiedniego surfaktanta do syntezy materiałów o określonej wielkości porów.

EN

The HyperChem computer software was utilized to model molecules of cationic surfactants, alkyltrimethylammonium bromides (with number of carbon atoms in the hydrophobic chain from 8 to 18) and alkyltriethylammonium bromides (with number of carbon atoms in the hydrophobic chain from 20 to 22). These modeled surfactant structures were used to determine the size of micelles, which were templates for ordered mesoporous siliceous materials MCM-41. For comparative purposes the literature data reporting the structural and adsorption characteristics of MCM-41 materials were used to determine the pore size by means of equation associating the adsorption volume of ordered pores with the structure parameter obtained from powder X-ray diffraction. Also, the pore size was estimated by using the Barrett, Joyner and Halenda (BJH) method modified by Kruk, Jaroniec and Sayari (KJS). Next, the relationships between the pore size evaluated by means of the three aforementioned methods and the number of carbon atoms in the hydrophobic chain of the surfactant were made and compared from the viewpoint of using them for predicting the pore size on the basis of the surfactant chain length. It is shown that the relationship for the pore size estimated on the basis of the micelle size differs from that obtained experimentally because the computer modeling of micelles does not take into account the shrinkage of silica structure during calcination of MCM-41 materials and the change in conformation of hydrophobic chains in micelles. In the light of these limitations, the experimental dependence of the pore size on the number of carbon atoms in the surfactant chain seems to be the most useful for selection of proper surfactant for the synthesis of materials of desired pore size.