Σύνθεση, χαρακτηρισμός και μελέτη της προσροφητικής ικανότητας νέων υβριδικών οργανικών – ανόργανων πορωδών πυριτικών υλικών:
Creators: name: Μακρίδου, Ολγα Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2011
Subjects: Μικρο/μεσοπορώδη υλικά
Υβριδικά οργανικά-ανόργανα υλικά
Προσρόφηση
Micro/mesoporous materials
Hybrid organic-inorganic materials
Adsorption

description: Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός νέων υβριδικών οργανικών – ανόργανων πορωδών πυριτικών υλικών και των αντίστοιχων πυρωμένων (απομάκρυνση οργανικής ένωσης / εκμαγείου) μικρο/μεσοπορωδών πυριτικών υλικών, καθώς επίσης και η μελέτη της προσροφητικής ικανότητας των νέων υβριδικών υλικών. Η σύνθεση των υλικών πυριτίας πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο sol-gel, χρησιμοποιώντας πολυαμίνες διαφορετικού μοριακού βάρους και δομής ως το οργανικό μόριο / εκμαγείο για το σχηματισμό της μεσοδομής. Οι οργανικές ενώσεις, οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν, είναι η Πολυαιθυλενιμίνη (PEI) με μοριακά βάρη 25000 και 800 και η Τετρααιθυλενοπενταμίνη (TEPA). Η δομή, σύσταση, πορώδες και μορφολογία των υβριδικών οργανικών-ανόργανων υλικών καθώς και των αντίστοιχων πυρωμένων μικρο/μεσοπορωδών υλικών μελετήθηκαν με συνδυασμό τεχνικών χαρακτηρισμού, όπως Ποροσιμετρία αζώτου (μέθοδος BET), Στοιχειακή Ανάλυση άνθρακα, Θερμοβαρυτομετρική ανάλυση (TGA), Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης (SEM) και Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Διέλευσης (TEM). Εν συνεχεία, πραγματοποιήθηκε μελέτη συμπλοκοποίησης ιόντων Cu2+ με την πολυαιθυλενιμίνη. Έλαβαν χώρα πειράματα συμπλοκοποίησης μεταβάλλοντας δύο σημαντικές παραμέτρους, το pH και το λόγο συγκεντρώσεων PEI / Cu2+. Τέλος, μελετήθηκε η ικανότητα προσρόφησης ιόντων Cu2+ από τα υβριδικά οργανικά – ανόργανα και τα αντίστοιχα πυρωμένα μικρο / μεσοπορώδη πυριτικά υλικά. Τα αποτελέσματα χαρακτηρισμού των υλικών έδειξαν ότι με χρήση της μεγάλου μοριακού βάρους PEI(25000) επιτυγχάνεται ο σχηματισμός υδριδικής ανόργανης-οργανικής μεσοδομής, με διασωματιδιακό πορώδες, μέγεθος πόρων περίπου 30 nm και ειδική επιφάνεια 180 m2/g. Απομάκρυνση της PEI μέσω πύρωσης, δεν μεταβάλλει το διασωματιδιακό μεσοπορώδες και ταυτόχρονα δημιουργεί επιπρόσθετα μικροπορώδες, το οποίο πιθανώς σχηματίστηκε από τις μικρές πλευρικές αλυσίδες της PEI (η οποία ήταν σε διακλαδισμένη μορφή). Αντίθετα, η μικρότερη PEI(800) δεν ευνοεί το σχηματισμό διασωματιδιακού μεσοπορώδους στα υβριδικά υλικά και τα πυρωμένα υλικά παρουσιάζουν πολύ καλά διατεταγμένο μικροπορώδες με ειδική επιφάνεια 520-620 m2/g. Ανάλογα με την PEI(800) είναι τα αποτελέσματα με την χρήση της TEPA, με τη διαφορά ότι τα πυρωμένα μικροπορώδη υλικά εμφανίζουν σχετικά μικρότερες ειδικές επιφάνειες (300-420 m2/g). Όσον αφορά στην προσροφητική/συμπλοκοποιητική ικανότητα των υβριδικών υλικών, αυτή ήταν σημαντική μόνο στην περίπτωση του υβριδικού υλικού που συντέθηκε με την PEI(25000) γεγονός που προϋποθέτει την ύπαρξη μεγάλου αριθμού ελεύθερων ομάδων –Ν-Η στις πολυμερικές αλυσίδες του PEI, οι οποίες πιθανώς περιβάλουν τα νανοσωματίδια της σίλικας και δημιουργούν το διασωματιδιακό μεσοπορώδες.
description: The aim of this work is the synthesis and characterization of new hybrid organic-inorganic porous siliceous materials and of the corresponding calcined (removal of the organic matter / template) micro / mesoporous siliceous materials, as also the study of the adsorption capacity of the new hybrid materials. The synthesis of siliceous materials occurred with the sol – gel technique, using polyamines of different molecular weight and structure as the organic matter / template for the mesostructure formation. The organic matter that were used, are Polyethylenimine (PEI) of MW 25000 and 800 and Tetraethylenepentamine (TEPA). The structure, texture, porosity and morphology of the hybrid organic-inorganic materials and of the corresponding calcined micro / mesoporous materials were studied with the combination of characterization techniques, such as Nitrogen Porosimetry (BET), Carbon Analysis, Thermogravimetric Analysis (TGA), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Transmission Electron Microscopy (TEM). Then, the complexation of Cu2+ ions by PEI was studied. The complexation experiments occurred by changing two main parameters, pH and PEI / Cu2+ ratio. Finally, the adsorption capacity of Cu2+ ions by the hybrid organic – inorganic and of the corresponding calcined micro / mesoporous materials was studied. The characterization results showed that the formation of hybrid organic – inorganic mesostructure with textural porosity, size porosity about 30 nm and surface area equal to 180 m2 / g has accomplished with the use of PEI(25000). When PEI removed through calcinations, the textural mesoporosity did not change and also microporosity was created possibly by the small lateral chains of PEI (branched type). Reversely, the smaller PEI(800) did not favor the textural mesoporosity formation in hybrid materials and the calcined materials exhibit well – ordered microporosity with surface area 520 – 620 m2 / g. Similar to the results which are obtained with PEI (800), are the results with the use of TEPA, except for the calcined microporous materials that exhibit smaller surface areas (300 – 420 m2 / g). Regarding the adsorption / complexation capacity of hybrid materials, this was significant only in the case of hybrid material which is formed with PEI (25000), a fact that premise the existence of a big number of free groups – N-H in polymeric chains of PEI in which possibly are enclosed the nanoparticles of silica that create the textural mesoporosity.