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

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.

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.