Гібридні композити синтезовані при карбонізації ацетилацетону та ацетилацетонатів металів на поверхні силікагелю
Анотація
Гібридні адсорбенти з вуглецем/кремнеземом, вуглецем/оксидом металу/кремнеземом і вуглецем/металом/кремнеземом можуть бути цікаві з практичної точки зору, оскільки вони можуть ефективно адсорбувати як полярні, так і неполярні сполуки. Тому мезопористий силікагель Si–60, модифікований карбонізацією ацетилацетону або ацетилацетонатів цирконію, титану, нікелю, цинку, хрому та кобальту досліджували за допомогою адсорбції-десорбції азоту та води, термогравіметрії, трансмісійної електронної мікроскопії, рентгенівської дифракції та рентгенівської флуоресценції. Прищеплені фази C/X складаються із сполук металу (X позначає оксид або силікат металу або метал) і вугілля, характеристики яких можна змінювати, змінюючи метал у прекурсорах та їхню кількість при карбонізації. Морфологічні, структурні та текстурні характеристики C/X/SiO2, такі як склад і розподіл частинок за розміром депозитів, число та сорт полярних та неполярних поверхневих центрів, питома поверхня, об’єм пор та розподіл пор за розмірами залежать від типу і вмісту депозитів C/X. Зміни в прищеплених речовинах відбуваються зі збільшенням концентрації прекурсору та C/X та можливого каталітичного ефекту X-фаз на карбонізацію. Правильний підбір структури та кількості прекурсорів дозволяє контролювати характеристики гібридних адсорбентів, що важливо з практичної точки зору.
Посилання
Yang R.T. Adsorbents: Fundamentals and Applications. (New York: Wiley, 2003). https://doi.org/10.1002/047144409X
Birdi K.S. (Ed.) Handbook of Surface and Colloid Chemistry. Third edition. (Boca Raton: CRC Press, 2009). https://doi.org/10.1201/9781420007206.ch1
Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. (Weinheim: Wiley-VCH, 2008).
Somasundaran P. (Ed.) Encyclopedia of Surface and Colloid Science. Third Edition. (Boca Raton: CRC Press, 2015). https://doi.org/10.1081/E-ESCS3
Ahuja S. (Ed.) Separation Science and Technology. Vol. 15. (Amsterdam: Elsevier, 2022).
Hussain C.M. (Ed.) Handbook of Polymer Nanocomposites for Industrial Applications. (Amsterdam: Elsevier, 2021).
Ahmad A., Kumar R., Jawaid M. (Eds.) Emerging Techniques for Treatment of Toxic Metals from Wastewater. (Amsterdam: Elsevier, 2022).
S. Singh, P. Kumar, D.P. Mondal (Eds.) Advanced Ceramics for Versatile Interdisciplinary Applications. (Amsterdam: Elsevier, 2022).
Ngu L.H. Carbon Capture Technologies. (Amsterdam: Elsevier, 2022). https://doi.org/10.1016/B978-0-323-90386-8.00028-0
Lu K. Nanoparticulate Materials. Synthesis, Characterization, and Processing. (Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2013).
Moreno-Piraján J.C., Giraldo-Gutierrez L., Gómez-Granados F. Porous Materials Theory and Its Application for Environmental Remediation. (Cham: Springer Nature, 2021). https://doi.org/10.1007/978-3-030-65991-2
Rousseau R.W. Handbook of Separation Process Technology. (New York: John Wiley & Sons, 1987).
Gun'ko V.M., Turov V.V. Nuclear Magnetic Resonance Studies of Interfacial Phenomena. (Boca Raton: CRC Press, 2013). https://doi.org/10.1201/b14202
Leboda R. Carbon-mineral adsorbents - new type of sorbents. Part I. The methods of preparation. Mater. Chem. Phys. 1992. 31: 243. Part II. Surface properties and methods of their modification Mater. Chem. Phys. 1993. 34: 123. https://doi.org/10.1016/0254-0584(93)90202-W
Chan Z., Miao F., Xiao Z., Juan H., Hongbing Z. Effect of doping levels on the pore structure of carbon nanotube/silica xerogel composites. Mater. Lett.2007. 61: 644. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2006.05.074
Lavorgna M., Romeo V., Martone A., Zarrelli M., Giordano M., Buonocore G.G., Qu M.Z., Fei G.X., Xia H.S. Silanization and silica enrichment of multiwalled carbon nanotubes: Synergistic effects on the thermal-mechanical properties of epoxy nanocomposites. European Polymer J.2013. 49: 428. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2012.10.003
Othman R.N., Kinloch I.A., Wilkinson A.N. Synthesis and characterisation of silica-carbon nanotube hybrid microparticles and their effect on the electrical properties of poly(vinyl alcohol) composites. Carbon.2013. 60: 461. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2013.04.062
Choi S., Kim K., Nam J., Shim S.E. Synthesis of silica-coated graphite by enolization of poly vinyl pyrrolidone and its thermal and electrical conductivity in polymer composites. Carbon.2013. 60: 254. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2013.04.034
Chu Y.-H., Yamagishi M., Wang Z.-M., Kanoh H., Hirotsu T. Adsorption characteristics of nanoporous carbon-silica composites synthesized from graphite oxide by a mechanochemical intercalation method. J. Colloid Interface Sci.2007. 312: 186. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2007.04.016
Wang Z.-M., Shishibori K., Hoshinoo K., Kanoh H., Hirotsu T. Examination of synthesis conditions for graphite-derived nanoporous carbon-silica composites. Carbon.2006. 44: 2479. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2006.05.018
Kumagai S., Ishizawa H., Aoki Y., Toida Y. Molded micro- and mesoporous carbon/silica composite from rice husk and beet sugar. Chem. Eng. J. 2010. 156: 270. https://doi.org/10.1016/j.cej.2009.10.016
Tso C.Y., Chao C.Y.H. Activated carbon, silica-gel and calcium chloride composite adsorbents for energy efficient solar adsorption cooling and dehumidification systems. Int. J. Refrigeration. 2012. 35: 1626. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2012.05.007
Ye L., Ji Z.-H., Han W.-J., Hu J.-D., Zhao T. Synthesis and characterization of silica/carbon composite aerogels. J. Am. Ceramic Soc. 2010. 93: 1156. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2009.03525.x
Furtado A.M.B., Wang Y., LeVan M.D. Carbon silica composites for sulfur dioxide and ammonia adsorption. Micropor. Mesopor. Mater. 2013. 165: 48. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2012.07.032
Glover T.G., LeVan M.D. Carbon-silica composite adsorbent: Sensitivity to synthesis conditions. Micropor. Mesopor. Mater. 2009. 118: 21. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2008.08.010
Valle-Vigón P., Sevilla M., Fuertes A.B. Carboxyl-functionalized mesoporous silica-carbon composites as highly efficient adsorbents in liquid phase. Micropor. Mesopor. Mater. 2013. 176: 78. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2013.03.049
Santa C.F., Jaber M., Guth J.L., Sierra L. Synthesis of texturally biphasic mesoporous carbon-silica composites and carbons. Micropor. Mesopor. Mater. 2013. 173: 53. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2013.01.033
Lua A.C., Shen Y. Preparation and characterization of polyimide-silica composite membranes and their derived carbon-silica composite membranes for gas separation. Chem. Eng. J. 2013. 220: 441. https://doi.org/10.1016/j.cej.2012.11.140
Sanchez F., Ince C. Microstructure and macroscopic properties of hybrid carbon nanofiber/silica fume cement composites. Compos. Sci. Technol. 2009. 69: 1310. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2009.03.006
Zhou X., Shi T. One-pot hydrothermal synthesis of a mesoporous SiO2-graphene hybrid with tunable surface area and pore size. Appl. Surf. Sci. 2012. 259: 566. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.06.113
Nandan D., Sreenivasulu P., Sivakumar Konathala L.N., Kumar M., Viswanadham N. Acid functionalized carbon-silica composite and its application for solketal production. Micropor. Mesopor. Mater. 2013. 179: 182. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2013.06.004
Xu H., Zhang H., Huang Y., Wang Y. Porous carbon/silica composite monoliths derived from resorcinol-formaldehyde/TEOS. J. Non-Crystal. Solid. 2010. 356: 971. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2010.02.001
Charmas B. Characterization of porosity and thermal properties of Ni-doped carbosils obtained by starch gelation. Adsorption Science & Technology. 2015. 33: 539. https://doi.org/10.1260/0263-6174.33.6-8.539
Meti P., Mahadik D.B., Lee K.-Y., Wang Q., Kanamori K., Gong Y.-D., Park H.-H. Overview of organic-inorganic hybrid silica aerogels: Progress and perspectives. Materials & Design. 2022. 222: 111091. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.111091
Ounphikul B., Chantarasombat N., Hunt A.J., Ngernyen Y. A new low-cost carbon-silica composite adsorbent from a by-product of the sugar industry. Materials Today: Proc. 2022. 51: 1884. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.10.113
Gun'ko V.M., Matkovsky A.K., Charmas B., Skubiszewska-Zięba J., Pasieczna-Patkowska S., Carbon-silica gel adsorbents: effects of matrix structure and carbon content on adsorption of polar and nonpolar adsorbates. J. Thermal Analysis and Calorimetry. 2017, 128: 1683. https://doi.org/10.1007/s10973-017-6097-7
Leboda R., Turov V.V., Charmas B., Skubiszewska-Zięba J., Gun'ko V.M. Surface properties of mesoporous carbon-silica gel adsorbents. J. Colloid Interface Sci. 2000. 223: 112. https://doi.org/10.1006/jcis.1999.6629
Gun'ko V.M., Leboda R., Skubiszewska-Zięba J., Rynkowski J. Silica gel modified due to pyrolysis of acetylacetone or metal (Ti, Cr, Co, Ni, Zn, Zr) acetylacetonates. J. Colloid Interface Sci. 2000. 231: 13. https://doi.org/10.1006/jcis.2000.7119
Gun'ko V.M., Leboda R., Turov V.V., Villiéras F., Skubiszewska-Zięba J., Chodorowski S., Marciniak M. Structural and energetic nonuniformities of pyrocarbon-mineral adsorbents. J. Colloid Interface Sci. 2001. 238: 340. https://doi.org/10.1006/jcis.2001.7512
Gun'ko V.M., Leboda R., Skubiszewska-Zięba J., Turov V.V., Kowalczyk P. Structure of silica gel Si-60 and pyrocarbon/silica gel adsorbents thermally and hydrothermally treated. Langmuir. 2001. 17: 3148. https://doi.org/10.1021/la001094t
Gun'ko V.M., Leboda R., Pokrovskiy V.A., Charmas B., Turov V.V., Ryczkowski J. A study of the organic carbon content of silica gel carbonised by pyrolysis of alcohols. J. AnalyticalAppliedPyrolysis. 2001. 60: 233. https://doi.org/10.1016/S0165-2370(00)00204-7
Skubiszewska-Zięba J., Leboda R., Seledets O., Gun'ko V.M. Effect of preparation conditions of carbon-silica adsorbents based on mesoporous silica gel Si-100 and carbonised glucose on their pore structure. Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects. 2003. 231: 39. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2003.07.002
Gun'ko V.M., Skubiszewska-Zięba J., Leboda R., Turov V.V. Impact of thermal and hydrothermal treatments on structural characteristics of silica Gel Si-40 and carbon/silica gel adsorbents. Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects. 2004. 235: 101. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2004.01.012
Seledets O., Gun'ko V.M., Skubiszewska-Zięba J., Leboda R., Musiatowicz M., Podkoscielny P., Dabrowski A. Structural and energetic heterogeneities of pyrocarbon/silica gel systems and their adsorption properties. Appl. Surf. Sci. 2005. 240: 222. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2004.06.141
Gun'ko V.M., Seledets O., Skubiszewska-Zięba J., Zarko V.I., Leboda R., Janusz W., Chibowski S. Phosphorus-containing carbon deposits on silica gel Si-100. Micropor. Mesopor. Mater. 2005.87: 133. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2005.06.044
BlitzJ.P., Gun'koV.M. (Eds.)Surface Chemistry in Biomedical and Environmental Science.NATO Science Series II: Mathematics, Physics and Chemistry. Vol. 228 (Dordrecht: Springer,2006).
Skubiszewska-Zięba J., Charmas B., Leboda R., Gun'ko V.M. Carbon-mineral adsorbents with a diatomaceous earth/perlite matrix modified by carbon deposits. Micropor. Mesopor. Mater. 2012. 156: 209. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2012.02.038
Tomaszewski W., Gun'ko V.M.,Skubiszewska-Zięba J., Charmas B., Leboda R. Influence of carbon deposits and subsequent silylation of silica gel on sorption efficiency of explosive nitramines. ColloidsSurf. A: Physicochem. Eng. Aspects. 2015. 468: 76. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2014.11.013
Tomaszewski W., Gun'ko V.M. Evaluation of adsorption and desorption steps in solid-phase extraction of explosives using carbon/silica gel nanocomposites. J. Separ. Sci. 2015. 38: 2488. https://doi.org/10.1002/jssc.201500171
Leboda R., Marciniak M., Gun'ko V.M., Grzegorczyk W., Malygin A.A.,Malkov A.A. Structure of carbonized mesoporous silica gel/ CVD-titania.Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects. 2000.167: 275. https://doi.org/10.1016/S0927-7757(99)00521-X
Gun'ko V.M., Leboda R., Marciniak M., Grzegorczyk W., Skubiszewska-Zięba J.,Malygin A.A.,Malkov A.A. CVD-titania/silica gel carbonized due to pyrolysis of cyclohexene.Langmuir. 2000.16: 3227. https://doi.org/10.1021/la990555b
Gun'ko V.M., Leboda R., Charmas B., Villieras F. Characterization of spatial and energetic structures of carbon-silica gels.Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects. 2000.173: 159. https://doi.org/10.1016/S0927-7757(00)00608-7
Gun'ko V.M., Villiéras F., Leboda R., Marciniak M., Charmas B., Skubiszewska-Zięba J., Characterization of CVD-titania/silica gel by means of low pressure nitrogen adsorption.J. Colloid Interface Sci. 2000.230: 320. https://doi.org/10.1006/jcis.2000.7047
Leboda R., Gun'ko V.M., Skubiszewska-Zięba J., Gierak A., Oleszczuk P. Properties of thin polythylene glycol layers on the surface of silica gel and pyrocarbon/silica gel. Effect of topography and morphology of carbon deposit.Mater. Chem. Phys. 2001.70: 25. https://doi.org/10.1016/S0254-0584(00)00474-0
Gun'ko V.M., Leboda R., Turov V.V., Charmas B., Skubiszewska-Zięba J. Structural and energetic heterogeneities of hybrid carbon-mineral adsorbents. Appl. Surf. Sci. 2002. 191: 286. https://doi.org/10.1016/S0169-4332(02)00220-9
Gun'ko V.M., Turov V.V., Skubiszewska-Zięba J., Charmas B., Leboda R. Structural and adsorptive characteristics of pyrocabon/silica gel Si-60.Adsorption. 2004.10: 5. https://doi.org/10.1023/B:ADSO.0000024031.35721.c7
Gun'ko V.M. Confined space effects on various liquids interacting with fumed nanooxides and porous silicas.Chem. Phys. Technol. Surf. 2022. 13: 47. https://doi.org/10.15407/hftp13.01.047
Gregg S.J., Sing K.S.W. Adsorption, Surface Area and Porosity. 2nd ed. (London: Academic Press, 1982).
Adamson A.W., Gast A.P. Physical Chemistry of Surface. 6th edition. (New York: Wiley, 1997).
Gun'ko V.M. Textural characteristics of composite adsorbents analyzed with density functional theory and self-consistent regularization procedure. Chemistry, Physics and Technology of Surface. 2020. 11: 163. https://doi.org/10.15407/hftp11.02.163
Gun'ko V.M. Various methods to describe the morphological and textural characteristics of various materials. Chemistry, Physics and Technology of Surface. 2018. 9: 317. https://doi.org/10.15407/hftp09.04.317
Gun'ko V.M. Morphological and textural features of various materials composed of porous or nonporous nanoparticles differently packed in secondary structures. Appl. Surf. Sci. 2021. 569: 151117. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.151117
Ravikovitch P.I., Neimark A.V. Density functional theory model of adsorption on amorphous and microporous silica materials. Langmuir. 2006. 22: 11171. https://doi.org/10.1021/la0616146
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
