Adsorpcyjna charakterystyka uporządkowanych mezoporowatych materiałów krzemionkowych MCM-41

Bardzo dobrze uporządkowane mezoporowate materiały krzemionkowe MCM-41 syntezowano w obecności związków powierzchniowo czynnych (surfaktantów) alkilotrimetyloamoniowych. Syntezę prowadzono w obecności bromku decylotrimetyloamoniowego i bromku cetylotrimetyloamoniowego (jako surfaktantów) zwracając szczególną uwagę na długotrwałą, hydrotermalną krystalizację porowatych materiałów krzemionkowych MCM-41 w temperaturze 373 K. Tak przeprowadzony proces pozwolił na otrzymanie heksagonalnie uporządkowanych mezoporowatych materiałów krzemionkowych o bardzo dobrej jakości. Otrzymane próbki charakteryzowano za pomocą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego (XRD) oraz adsorpcji azotu w temperaturze 77 K. Próbki te zawierały przeważającą ilość pierwotnych mezoporów (o objętości stanowiącej ponad 90% całkowitej objętości porów) i nie zawierały mikroporów. Ich wymiar porów wyznaczono na podstawie odległości międzypłaszczyznowej (100) i pierwotnej objętości mezoporów z zastosowaniem geometrycznej zależności dla heksagonalnie uporządkowanych porów oraz na podstawie metody Barretta-Joynera-Halendy ze zmodyfikowaną postacią równania Kelvina dla adsorpcji azotu w cylindrycznych porach. Oba te wymiary są nieomal identyczne dla tej samej próbki MCM-41. Zastosowanie porównawczej metody Gregga i Singa pozwoliło wyznaczyć całkowitą powierzchnię właściwą oraz powierzchnię zewnętrzną mezoporowatych materiałów krzemionkowych. Dodatkowo wyznaczono funkcje rozkładu energii adsorpcji z danych adsorpcji poniżej monowarstwy. Są one podobne dla obu próbek MCM-41 i bardzo przypominają funkcje rozkładu dla porowatych żeli krzemionkowych.

---

Highly order mesoporous siliceous MCM-41 materials were synthesized using alkyltrimethylammonium surfactants. Their synthesis was carried out in the presence of decyltrimethylammonium and cetyltrimethylammonium bromides with special emphasis on long hydrothermal formation of siliceous MCM-41 materials at 373 K. This hydrothermal process afforded good quality siliceous materials of hexagonally ordered mesostructure. The resulting materials were characterized by using powder X-ray diffraction (XRD) and nitrogen adsorption at 77 K. These samples were without micropores and contained mostly primary mesopores (over 90%). The size of primary mesopores was evaluated by means of a geometrical formula for cylindrical pore geometry using the interplanar XRD (100) spacing and the adsorption volume of primary mesopores. Also, this pore size was calculated by using the Barrett-Joyner-Halenda method with modified Kelvin equation for nitrogen adsorption in cylindrical pores. Both methods gave almost identical values of the mesopore size. The total specific surface area and the surface area of secondary mesopores were evaluated by method proposed by Gregg and Sing. In addition, adsorption energy distributions were calculated from submonolayer adsorption data. The distribution curves for both MCM-41 samples are similar and resemblance those for conventional silica gels.