Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Badania fizykochemicznych właściwości niemodyfikowanych i modyfikowanych nanoporowatych adsorbentów krzemionkowych

Choma J., Grajek H., Burakiewicz-Mortka W., Kloske M.

Ochrona Środowiska

|

2006

|

R. 28, nr 2

3-22

PL

Przewiduje się, że uporządkowane materiały krzemionkowe będą odgrywały w najbliższym czasie znaczącą rolę w procesach adsorpcji, separacji i katalizy. Dlatego badania zarówno niemodyfikowanych jak i modyfikowanych uporządkowanych materiałów krzemionkowych prowadzone są w licznych laboratoriach. W pracy przedstawiono sposoby otrzymywania niemodyfikowanych i modyfikowanych nanoporowatych materiałów krzemionkowych MCM-41, z zastosowaniem rzadko stosowanej metody hydrotermicznej, a także materiałów MCM-48, syntezowanych w temperaturze pokojowej, oraz wyniki badań tych materiałów za pomocą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego (XRD), termograwimetrii (TG) oraz adsorpcji w warunkach statycznych takich adsorbatów, jak azot, argon i benzen. Szczególną uwagę poświęcono badaniom dynamicznym za pomocą inwersyjnej chromatografii gazowej z wykorzystaniem takich adsorbatów, jak n-pentan, n-heksan, n-heptan, n-oktan, metanol, etanol, benzen, cykloheksan, tetrahydrofuran, octan etylu, eter dietylowy i acetonitryl. Wykazano, że otrzymane materiały charakteryzowały się dobrze uporządkowaną strukturą mezoporowatą o dużej powierzchni właściwej i całkowitej objętości porów. Proces modyfikacji tych materiałów pozwolił na istotne zwiększenie zawartości grup merkaptopropylowych, aminopropylowych lub winylowych. Stwierdzono, że inwersyjna chromatografia gazowa, w której wykorzystuje się adsorbaty o różnej budowie cząsteczkowej, jest bardzo przydatna do charakterystyki niejednorodności powierzchniowej uporządkowanych materiałów krzemionkowych.

EN

It is expected that ordered siliceous materials will play a significant role in adsorption, separation and catalysis. Therefore, the study of both unmodified and modified ordered siliceous materials is carried out in many laboratories. The subject of the present paper covers the methods for the preparation of unmodified and modified nanoporous siliceous materials of MCM41 type (by applying a rarely used hydrothermal technique) and MCM48 type (synthesized at room temperature). The materials obtained were tested by X-ray diffraction spectroscopy (XRD), thermogravimetry (TG) and static adsorption, using nitrogen, argon and benzene as adsorbates. Special attention was paid to dynamic testing, viz., inverse gas chromatography involving n-pentane, n-hexane, n-heptane, n-octane, methanol, ethanol, benzene, cyclohexane, tetrahydrofurane, ethyl acetate, diethyl ether and acetonitrile. The synthesized materials were characterized by a well ordered mesoporous structure with a relatively high specific surface area and total micropore volume. The modification process applied accounted for a significant rise in the concentration of mercaptopropyl, aminopropyl and vinyl groups. Inverse gas chromatography was found to be a very useful method for the characterization of surface heterogeneity of ordered siliceous materials.

2

Synteza i charakterystyka uporządkowanych mezoporowatych materiałów MCM-41 z grupami winylowymi

Choma J., Jaroniec M., Burakiewicz-Mortka W., Michalski E.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2006

|

Vol. 55, nr 2

217-235

PL

Zsyntezowano serię uporządkowanych mezoporowatych materiałów krzemionkowych MCM-41 ze wzrastającą ilością grup winylowych. W procesie syntezy z obróbką hydrotermiczną stosowano trietoksywinylosilan (TEVSi) w ilości 0, 10, 20, 30 i 50% w stosunku do tetraetoksysilanu (TEOS) wykorzystanego jako źródło krzemionki oraz w obecności bromku cetylotrimetyloamoniowego (surfaktantu), którego cząsteczki stanowiły matrycę dla tworzącego się materiału krzemionkowego. Substancję powierzchniowo czynną (surfaktant) usuwano z wnętrza porów materiałów z grupami winylowymi za pomocą ekstrakcji alkoholowej z dodatkiem kwasu solnego, natomiast w przypadku materiału bez tych grup zastosowano wysokotemperaturową kalcynację. Przestrzenne, heksagonalne uporządkowanie mezoporów w próbkach charakteryzowano za pomocą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego (XRD). Natomiast strukturę porowatą tych materiałów charakteryzowano na podstawie niskotemperaturowej (77 K) adsorpcji azotu, którą wykorzystano do wyznaczania powierzchni właściwej, objętości mezoporów i funkcji rozkładu objętości porów. Stwierdzono, że próbka MCM-41 bez grup winylowych, jak i próbki MCM-41 z grupami winylowymi są dobrze uporządkowanymi mezoporowatymi materiałami ze znaczącym udziałem pierwotnych mezoporów. Ponadto stwierdzono, że wraz ze wzrastającym udziałem ilości użytego w syntezie TEVSi (10, 20, 30, 50%) pogarszają się nieco właściwości adsorpcyjne materiałów z grupami winylowymi. Stają się one nieco gorzej uporządkowane, a ich funkcje rozkładu objętości porów mają większą dyspersję oraz ich maksima przesuwają się w kierunku mniejszych wartości wymiaru porów. Uporządkowane materiały krzemionkowe z rodziny MCM-41 z grupami winylowymi są bardzo obiecującymi materiałami do wykorzystania w adsorpcji i katalizie.

EN

A series of ordered mesoporous materials MCM-41 was synthesized with increasing amount of vinyl groups. 10, 20, 30 and 50% of triethoxyvinylsilane (TEVSi) in relation to tetraethoxysilane (TEOS) was used in this synthesis in the presence of cetyltrimethylammonium bromide surfactant. The latter was removed from as-synthesized materials by acidic alcohol extraction. In the case of MCM-41 material without vinyl groups the aforementioned surfactant was removed by calcination. It is shown by powder X-ray diffraction that the resulting materials with vinyl groups possess ordered mesoporosity as in MCM-41. The porous structure of these materials was characterized by nitrogen adsorption at 77 K, which was used to evaluate their surface areas, mesopore volumes and pore size distributions. Adsorption analysis shows that the samples with and without vinyl groups are structurally ordered with a high fraction of primary mesopores. Their adsorption properties gradually decline with increasing amount of TEVSi (10, 20, 30 and 50%) used in the synthesis. This is reflected by deterioration of the structural ordering as well as by reduction of the pore width and increasing dispersion of the pore size distribution. Ordered MCM-41 silicas with vinyl groups are promising materials for adsorption and catalysis applications.

3

Synthesis and characterization of C10- and C16MCM-41 materials

Choma J., Jaroniec M., Burakiewicz-Mortka W., Michalski E., Kloske M.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2001

|

Vol. 50, nr 10

5-14

EN

The good quality MCM-41 materials were synthesized using tetraethoxysilane (TEOS) as silica source and C10 and C16 alkyltrimethylammonium bromide surfactants as templates. It is shown that the extension of time of the hydrothermal treatment process could be beneficial for improving the quality of the resulting MCM-41 samples. This approach seems to be especially useful for synthesis of the MCM-41 samples using surfactants with short alkyl chains, e.g., chain with ten carbon atoms. The power X-ray diffraction (XRD) studies showed the presence of hexagonally ordered mesopores. Nitrogen adsorption isotherms confirmed a global nature of the structure ordering. The Fourier-transform infrared spectra recorded for surfactants, TEOS and the MCM-41 samples before and after calcination were used to characterize the final samples and to monitor the removal of the surfactant template from mesopores.

PL

Syntezowano wysokiej jakości materiały MCM-41 używając tetraetoksysilanu (TEOS) jako źródło żelu krzemionkowego oraz surfaktanty C10 i C16 alkiloamoniowe jako matryce. Pokazano, że wydłużenie czasu obróbki hydrotermicznej syntezowanych materiałów pozwala otrzymać wysokiej jakości MCM-41. Dotyczy to szczególnie surfaktantu o krótkim C10 łańcuchu alkilowym. Za pomocą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego wykazano istnienie heksagonalnie uporządkowanych mezoporów. Izotermy adsorpcji azotu potwierdziły globalną naturę tego uporządkowania. Zmierzono widma w podczerwieni dla surfaktantów, TEOS oraz dla MCM-41przed i po kalcynacji i użyto ich do charakterystyki ostatecznych materiałów oraz do kontroli procesu usuwania surfaktantu z mezoporów.

4

Badania spektroskopowe (IR) i termograwimetryczne utlenionych adsorbentów węglowych

Choma J., Jaroniec M., Burakiewicz-Mortka W.

Ochrona Środowiska

|

2000

|

nr 1

3-6

EN

Carbonaceous adsorbents (active carbons and carbon blacks) were oxidized in aqueous solutions of hydrogen peroxide, perchloric acid and nitric acid at room temperature and additionally at boiling temperature in the case of nitric acid. Changes occurring on the carbon surface during oxidation were monitored by IR spectroscopy and high-resolution thermogravimetry. Various oxygen groups (carboxylic, phenolic, carbonyl, ether) of differentiated thermal stability were found to form on the carbon surface.This effect was most distinct on active carbons and carbon blacks oxidized with HNO3 at boiling temperature. Carbons oxidized under these conditions were more hydrophilic than those of corresponding unoxidized samples.

5

Strukturalna i powierzchniowa modyfikacja adsorbentów węglowych

Choma J., Burakiewicz-Mortka W., Jaroniec M., Klinik J.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2000

|

Vol. 49, nr 11

5-36

PL

Serię przemysłowych węgli aktywnych i sadz utleniano w fazie ciekłej za pomocą różnych substancji utleniających, takich jak: nadtlenek wodoru, kwas nadchlorowy i kwas azotowy. Zmiany strukturalnych właściwości węgli aktywnych wywołane procesem utleniania śledzono za pomocą niskotemperaturowych pomiarów adsorpcji azotu. Do charakterystyki tych zmian zastosowano metodę funkcji rozkładu potencjału adsorpcyjnego. Metoda ta pozwala wyznaczyć całkowitą powierzchnię właściwą, objętość mikroporów i średni wymiar mikroporów węgla aktywnego. Stwierdzono, że utlenianie węgli aktywnych za pomocą H₂O₂, HClO₄ i HNO₃ w temperaturze pokojowej nie powoduje istotnych zmian w ich strukturze porowatej. Natomiast utlenianie węgli aktywnych za pomocą HNO₃ w temperaturze wrzenia powoduje istotną degradację struktury porowatej węgli aktywnych objawiającą się średnio ok. 50% zmniejszeniem podstawowych parametrów ich struktury porowatej. Właściwości powierzchniowe oceniano na podstawie doświadczalnych izoterm adsorpcji pary wodnej w temperaturze 25 C na niemodyfikowanych i utlenionych węglach aktywnych. Stwierdzono, że proces utleniania wpływa na zmianę właściwości powierzchniowych węgli aktywnych - objawia się wzrostem adsorpcji pary wodnej. W przypadku węgli mocno utlenionych obserwujemy nawet zmianę mechanizmu adsorpcji pary wodnej w porównaniu z węglami niemodyfikowanymi i łagodnie utlenionymi. Wniosek taki potwierdzają również ilościowo parametry równań izoterm adsorpcji stosowane do opisu danych doświadczalnych. Powstające w procesie utleniania grupy tlenowe powodują zmianę mechanizmu formowania się fazy wodnej na powierzchni węgla. Odzwierciedleniem tego są zmieniające się wraz z postępującym procesem utleniania, przebiegi funkcji rozkładu potencjału adsorpcyjnego wody na powierzchni węglowej. Chemiczne zmiany zachodzące na powierzchni węglowej na skutek procesu utleniania śledzono również za pomocą spektroskopii w podczerwieni i wysokorozdzielczej termograwimetrii. Stwierdzono powstawanie na powierzchni węglowej różnych tlenowych grup funkcyjnych o zróżnicowanej trwałości termicznej. Największe zmiany właściwości powierzchniowych zaobserwowano dla węgli aktywnych i sadz utlenianych w drastycznych warunkach tj. za pomocą stężonego kwasu azotowego w temperaturze wrzenia. Stwierdzono, że efektywną metodą silnego utleniania przemysłowych węgli aktywnych jest działanie stężonym kwasem azotowym w temperaturze wrzenia. Takie utlenianie węgli aktywnych i sadz zapewnia znaczący wzrost adsorpcji wody dla niskich i średnich ciśnień względnych.

EN

A series of commercial active carbon blacks was oxidized in the liquid phase using various oxidizers such as hydrogen peroxide, perchloric acid and nitric acid. Structural changes in active carbons caused by the oxidation process were monitored by low-pressure nitrogen adsorption measurements. These changes were characterized by a method based on the adsorption potential distribution. This method allows evaluating the total surface area, micropore volume and average pore size. It was shown that oxidation of active carbons by means of H₂O₂, HClO₄ and HNO₃ at room temperature did not cause significant changes in their porous structure. However, oxidation of active carbons by means of HNO₃ at boiling temperature caused considerable degradation of their porous structure, which is manifested by average about 50% reduction of the structural parameters. Surface properties of unmodified and oxidized carbons were evaluated on the basis of experimental adsorption isotherms of water vapor at 25 C. It was shown that the oxidation process affected their surface properties, which was manifested by increase in the amount of water vapor adsorbed. In the case of strongly oxidized carbons, even adsorption mechanism was altered in comparison to that occurring on unmodified and midly oxidized carbons. This has been confirmed quantitatively by the parameters of the isotherm equations employed to describe experimental adsorption data. The oxygen groups formed during the oxidation process cause a change in the mechanism of the water phase formation on the carbon surface. This fact is reflected by changes in the shape of the potential distributions for adsorption of water vapor on the carbon surface. Infrared spectroscopy and high-resolution thermogravimetry were used also to monitor the chemical changes occuring on the carbon surface during the oxidation process. It was shown that the various oxygen groups of differential thermal stability are formed during the oxidation process. The greatest changes in the surface properties were observed for active carbons and carbon blacks oxidized under drastic conditions, i.e., by means of concentrated HNO₃ at its boiling temperature. It was shown that a good method for strong oxidation of commercial active carbons is their oxidation in the liquid phase using concentrated HNO₃ at its boiling temperature. Such oxidation of active carbons and carbon blacks assures a significant increase in the amount of adsorbed water vapor at low and moderate relative pressures.

6

Badania właściwości powierzchniowych adsorbentów węglowych za pomocą spektroskopii w podczerwieni i termograwimetrii

Burakiewicz-Mortka W., Choma J., Jaroniec M.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2000

|

Vol. 49, nr 8

5-17

PL

Adsorbenty węglowe (węgle aktywne i sadze) utleniano za pomocą roztworów nadtlenku wodoru, kwasu nadchlorowego i kwasu azotowego. Chemiczne zmiany zachodzące na powierzchni węglowej na skutek procesu utleniania śledzono za pomocą spektroskopii w podczerwieni i wysokorozdzielczej termograwimetrii. Stwierdzono powstawanie na powierzchni węglowej różnych tlenowych grup funkcyjnych o zróżnicowanej trwałości termicznej. Największe zmiany właściwości powierzchniowych zaobserwowano dla węgli aktywnych i sadzy utlenianych w drastycznych warunkach tj. za pomocą stężonego kwasu azotowego w temperaturze wrzenia.

EN

Carbon adsorbents (active carbons and soot) were oxidized by using solutions of hydrogen peroxide, perloric acid and nitric acid. Chemical changes occurring on the carbon surface during oxidation process were monitored by the FTIR spectroscopy and high-resolution thermogravimetry. It was shown that various oxygen groups of different thermal stability were formed on the carbon surface. The greatest changes of surface properties were observed for active carbons and soots oxidized under drastic conditions, e.g., using concentrated nitric acid at its boiling temperature.

7

Structural and surface properties of active carbons oxidized with nitric acid at high temperature

Choma J., Jaroniec M., Burakiewicz-Mortka W., Klinik J., Olejniczak K.

Polish Journal of Chemistry

|

1998

|

Vol. 72, nr 5

860-868

EN

The effect of oxidation of active carbons with nitric acid at the boiling temperature on their structural and surface properties was analyzed by nitrogen and water vapor adsorption data. Adsorption isotherms on unmodified and oxidized active carbons were measured at 77 K for nitrogen and 298 K for water vapor. This oxidation of active carbons led to farmation of a significant amount of oxygen acidic group on their surface. Simultaneously this oxidation led to a considerable degradation of the porous structure, which is menifested by decreasing: the total surface area, the micropore volume, and the external surface area of mesopores. However, adsorption of water vapor on oxidized active carbons under low and moderate pressures is considerably greater than on unmodified carbons.

8

Zmiany powierzchniowych i strukturalnych właściwości węgli aktywnych wywołane ich utlenianiem

Choma J., Jaroniec M., Burakiewicz-Mortka W., Klinik J., Tybel A.

Ochrona Środowiska

|

1998

|

nr 3

13-20

EN

The objective of the study was to investgate how liquid-phase oxidation with H2O2, HClO4 or HNO3 affects the surface and structural properties of active carbons. To evaluate structural prperties use was made of low-temperature-(-196oC)experimental adsorption isotherms of nitrogen measured on unimodified and oxidized carbons.Experimental adsorption isotherms of water vapor ( measured on unimodified and oxidized active carbons at 25o C )were used to determine surface properties.The oxidation process was fuond to influence the parameters the porous structure.This influence was particularly distinct when the samples were oxidized with HNO3at its boiling temperature.The oxidation process also changed the surface properties of the carbons,thus increasing the amount of adsorbed water vapor.In strongly oxidized active carbons samples a change in the adsorption mechanism was observed ( as compared to unmodified or weakly oxidized samples).This observation was confirmed quantitatively by the parameters of the adsorption equations which were used to describe the experimental isotherms.The oxygen groups that form in the course of the oxidation process were fund to alter the mechanism governing water phase formation on the carbon surface.This is reflected by the substantial changes in the adsorption potential distributions due to progressive oxidation of the carbon surface.

9

Application of the Dubinin-Radushkevich and Langmuir-Freundlich isotherm equations for predicting adsorption of benzene and chloroform from dilute aqueous solutions on active carbons by using the gas-solid adsorption parameters

Choma J., Jaroniec M., Burakiewicz-Mortka W.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

1998

|

Vol. 47, nr 7-8

5-16

EN

The well-known Dubinin-Radushkevich (DR) and Langmuir-Freundlich (LF) isotherm equations were used to predict adsorption of benzene and chloroform from dilute aqueous solutions on active carbons by using the gas-solid adsorption parameters and the interfacial similarity coefficient. This coefficient was evaluated as the ratio of the structural parameters for the liquid-solid and gas-solid interfaces. For both adsorbates the concept of the interfacial similarity coefficient allowed to show the similarity of the characteristic adsorption curves for the gas/solid and liquid/solid interfaces. This similarity shows that for those adsorbates adsorption from dilute solutions can be predicted on the basis of the gas-solid adsorption data and the data for solutions can be used to determine the porous structure of active carbons.

PL

Znane równania Dubinina-Raduszkiewicza (DR), oraz Langmuira-Frendlicha (LF) zostały wykorzystane do określenia adsorpcji benzenu i chloroformu z rozcieńczonych roztworów wodnych na węglach aktywnych przy zastosowaniu parametrów adsorpcji z fazy gazowej oraz współczynnika podobieństwa międzyfazowego. Ten współczynnik wyznaczono jako stosunek wartości parametrów dla granicy faz: ciecz-ciało stałe i gaz-ciało stałe. Dla obydwu adsorbatów koncepcja fazowego współczynnika podobieństwa pozwoliła pokazać znaczną zbieżność charakterystycznych krzywych adsorpcji dla granicy faz: gaz-ciało stałe oraz ciecz-ciało stałe. To podobieństwo pokazuje, że dla tych adsorbatów adsorpcja z rozcieńczonych roztworów może być określona na bazie danych adsorpcji dla fazy gazowej oraz, że dane z roztworów mogą być używane do określania struktury porowatej węgli aktywnych.