14 Genel Gözenekli Malzeme Tipleri 1

UPAC gözenek boyutu ölçeğine göre gözenekleri mikro gözeneklere (<2 nm), mezo gözeneklere veya mezo gözeneklere (2 ila 50 nm), makro gözeneklere (> 50 nm) ayırır; en son tanıma göre, gözenekler Mikro gözeneklere (<0.7 nm) ve mikro gözeneklere (0.7-2 nm) bölünürken, 100 nm'nin altındaki oyuklara toplu olarak nanoporlar denir. Peki bu delik malzemelerinin isimleri nasıl geliyor?

MCM serisi

MCM, Mobil Bileşimin kısaltmasıdır. Esas olarak Mobil Oil araştırmacıları tarafından, silikon kaynağı olarak etil silikat kullanılarak, misel bazlı yumuşak şablon yöntemi ile sentezlenmiştir. MCM Silahşörler MCM-41, MCM-48 ve MCM-50'dir. MCM-41 altıgen bir mezo-gözenekli yapıdır, tek boyutlu gözenek yapısından yapılan düzenli silindirik mezo gözeneklerin düzenidir. Mezopore çapı 2-6,5 nm arasında ayarlanabilir, geniş spesifik yüzey alanı. Moleküler eleklerle karşılaştırıldığında, MCM-41'de Bronsted asit yerleri yoktur. İnce cidarı ve silikon birimlerinin düşük değişim oranı nedeniyle, Si-O bağları kaynar suda hidrolize olur ve yeniden çapraz bağlanır, bu da yapısal hasara neden olur. Bu nedenle, Termal kararlılık iyi değildir. MCM-41'in sentezi hakkındaki en eski yazılar 1992'de JAC'larda yayınlandı ve alıntılarda yaklaşık 12.000 alıntı var. (J. Am. Chem. Soc., 1992, 114 (27), sayfa 10834-10843.) MCM-48 üç boyutlu birbirine bağlı bir hücre yapısına sahiptir. MCM-50 tabakalı bir yapıdır ve tabakalı yapı sürfaktan oluşturucu tabakanın çıkarılması üzerine çöktüğü için ve "gözenekli" yerine sadece "mezostyapı" olarak adlandırılabilir ve bu derin değildir. 

14 Genel Gözenekli Malzeme Tipleri 2
Şekil 1 MCM-41 sentez mekanizması diyagramı, kullanılan yüzey aktif madde anyonik bir yüzey aktif maddedir

SBA serisi

SBA, Santa Barbara Amorphous'un kısaltmasıdır. Bunlar arasında büyük isim SBA-15. SBA-15 ilk olarak 1998 yılında California'daki Santa Barbara'da (ABD) Santa Barbara'da yüksek lisans eğitimi yaptıktan sonra Fudan Üniversitesi'nde öğretmen olan Zhao Dongyuan tarafından sentezlendi. O yıl Bilimde yayınlandı ve 10.000'den fazla alıntı yapıldı ( Science 23 Ocak 1998: 279, 5350, 548-552.). Mezo gözenekli silika malzemelerin SBA serisi, blok tipi bir yüzey aktif madde kullanılarak yumuşak bir şablon yöntemi kullanılarak sentezlenir; gözenek boyutu 5-30 nm arasında ayarlanabilir. SBA-15, 3-6 nm hücre duvarı kalınlığı ile rasgele sırada düzenlenmiş birkaç mezo gözenek veya gözenekli bir dizi altıgen paralel silindirik kanaldan oluşur. SBA-15'in kalın hücre duvarları nedeniyle, malzemenin hidrotermal stabilitesi MCM serisinden daha iyidir. SBA-15, her iki mezo-gözenekli malzeme içeren çok boyutlu gözenekli bir malzemedir. Kalsinasyon işlemi sırasında gözenek duvarlarına gömülmüş sürfaktanı çıkarabilir, bu da mikro gözenekli bir yapıya yol açar.

14 Yaygın Gözenekli Malzeme Tipleri 3
Şekil 2 SBA-15'in farklı gözenek boyutlarına sahip TEM görüntüsü (solda). (Sağ) triblok yüzey aktif cisminin hidrofobik ucu, oluşan silisin gözenek duvarlarına girecektir. Kalsinasyondan sonra, mikro gözenekler

HMM serisi

HMM, Hiroşima Mezoporous Materyalinin bir kısaltmasıdır ve ilk olarak 2009 yılında Hiroşima Üniversitesi'nden araştırmacılar tarafından hazırlanmıştır. HMM, gözenek büyüklüğü 4-15 nm ve ayarlanabilir dış çapı 20-80 nm olan küresel bir mezopo silikon malzemedir. Sentez adımında, yazarlar ilk önce yağ / su / yüzey aktif madde karışık çözeltisi içinden emülsiyon damlacıkları oluştururlar ve daha sonra silikon, bir şablon olarak yerinde üretilen polistiren parçacıkları ile büyür ve şablon çıkarıldıktan sonra küresel mezoporöz silika ile sonuçlanır. (Mikrogözenekli ve Mezopor Malzemeler 120 (2009) 447-453.)

14 Yaygın Gözenekli Malzeme Tipleri 4
Şekil 3 HMM sentez mekanizması şeması ve ürün SEM ve TEM görüntüleri

TUD serisi

TUD, Delft Teknoloji Üniversitesi olarak da bilinen Technische Universiteit Delft'in kısaltmasıdır. Elektron mikrografisinde TUD-1, 400-1000 m2 / g yüzey alanına ve 2.5 ila 25 nm arasında ayarlanabilir bir mezopore sahip bir köpük olarak görünür. Malzemelerin sentezinde yüzey aktif madde yoktur ve trietilamin organik şablon ajan olarak kullanılır. Gözenek yapısı, organik şablon ajan ve silikon kaynağının oranının ayarlanmasıyla kontrol edilebilir. (Chem. Commun., 2001,713-714)

14 Yaygın Gözenekli Malzeme Türleri 5
Şekil 4 TDU-1'in (sol) SEM görüntüsü, (sağ) Sert bir şablon olarak TDU-1 ile sentezlenen mezopoz karbon malzeme

FSM serisi

FSM Katlanmış Levhalar Mezoporous Malzemelerin kısaltmasıdır. İsminin gerçek çevirisi, katlanmış sac mezo malzeme. FSM sentezi, katmanlı silikat malzeme Kanemite ve uzun zincirli alkil trimetilamin (ATMA) alkali koşullar altında sentezidir, üç boyutlu altıgen mezoporöz silika malzemenin dar gözenek boyutu dağılımını elde etmek için karışık işlem iyon değişimi meydana gelir. FSC'nin 650-1000 m2 / g'lık spesifik bir yüzey alanı ve 1,5-3 nm gözenek boyutu vardır. (Bull. Chem. Soc. Jpn., 69, No. 5 (1996))

14 Genel Gözenekli Malzeme Tipleri 6
Şekil 5 FSM'nin TEM diyagramı

KIT serisi

KIT, büyük olasılıkla Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nün kısaltması olan çok resmi bir açıklama bulamadı. Ayrıca SBA-15 (kübik p6mm) tek yönlü gözenek yapısından farklı olarak sıralı mezopoöz silika malzemeye ait olan KIT-6 (kübik la3d) birbirine bağlı kübik mezopoz yapıya sahiptir. KIT-6'nın sentezinde, yapı yönlendirme maddesi olarak bir triblok sürfaktanı (EO20PO70EO20) ve butanol karışımı kullanıldı. KIT-6 gözenek boyutu 4-12 nm'de ayarlanabilir, 960-2200 m2 g-1 spesifik yüzey alanı. (Chem. Commun., 2003, 2136-2137)

14 Yaygın Gözenekli Malzeme Türleri 7
Şekil 6 (sol) SBA-15 p6mm ve KIT-6 la3d'nin yapı diyagramı, (sağ) KIT-6'nın TEM görüntüsü

CMK serisi

Mezoporöz karbonu sentezlemek için yaygın yöntem sert şablon yöntemidir. MCM-48 ve SBA-15 gibi mezoporöz moleküler elekler, uygun öncüleri seçmek, öncülleri asit katalizisi altında karbonize etmek ve mezoporöz materyaller yol gözenekleri üzerinde biriktirmek için şablon olarak kullanılır ve daha sonra NaOH veya HF mezoporöz Si02 ile çözülür, Mezopoöz karbon elde etmek için. 1999 yılında Ryoo, mezopor materyalleri sert şablonlar kullanarak diğer mezo materyalleri çoğaltmayı başardı. CMK adlı bu malzeme serisi. Ayrıca resmi adlandırma bulunamadı, ancak büyük olasılıkla Karbon Moleküler Elekler ve Kore adlandırma birleştirdi. Şablon olarak MCM-48, SBA-1, SBA-15 ve KIT-6 kullanarak CMK-1, CMK-2, CMK-3, CMK-8 ve CMK-9 mezopoz karbon moleküler elek malzemelerini art arda üretti. (J. Phys. Chem. B, 103, 37, 1999.) CMK-3, dar gözenek boyutu dağılımı, yüksek özgül yüzey alanı (1000-2000 m2 / g), büyük gözenek hacmi 1,35 olan iki boyutlu bir altıgen yapıdır. cm3 / g) ve güçlü asit ve alkali direnci, iyi bir katalizör taşıyıcıdır.

14 Yaygın Gözenekli Malzeme Türleri 8
Şekil 7 CMK-1 ve CMK-3'ün TEM görüntüsü

FDU serisi

FDU serisi Fudan Üniversitesi için kısa ve Fudan Üniversitesi'ne döndükten sonra Zhao Dongyuan öğretmeni tarafından yapılan çalışmadır. FDU, yumuşak şablon yöntemi ile sentezlenen bir dizi fenolik reçinedir. Sipariş edilen mezo-gözenekli karbon malzemeler, yüksek sıcaklıkta karbonizasyon ile sentezlenebilir ve küresel gözeneklerden oluşur. Aynı şey, bir yapı yönlendirici madde olarak sürfaktanın kullanımı, düzenli yapıyı elde etmek için çözücü buharlaştırma kendi kendine birleştirme yöntemi ile fenolik reçine öncüllerinin hammadde olarak kullanılmasıdır. (Angew. Chem. Int. Ed.2005, 44, 7053-7045)

14 Yaygın Gözenekli Malzeme Türleri 9
Şekil 8 Yüksek sıcaklıkta karbonizasyondan sonra FDU-15 ve FDU-16

STARBON Serisi

Starbon, mezopoz karbon malzemenin adıdır. Çünkü orijinal Starbon, York Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından Starch'ın sol-gel yöntemi ile sentezlendi ve daha sonra karbonize edildi. Bu nedenle adı Starbon'dur ve “Starbon” markasını tescil ettirmiştir. Bir katalizör taşıyıcı, gaz adsorpsiyonu veya su arıtma maddesi olarak 2.0 cm3 / g Starbon mezopore hacmi, 500 m2 / g spesifik yüzey alanı kullanılabilir. Artık Starbon hammaddeleri pektin ve aljinik aside genişletilebilir.

14 Yaygın Gözenekli Malzeme Tipleri 10
Şekil 9 (solda) Starbon sentez adımı, (sağda) Starbon'un SEM görüntüsü

ZSM serisi

ZSM, Zeolit Socony Mobil için bir kısaltmadır ve ZSM-5, Socony Mobil Corporation tarafından bulunan beşinci Zeolit olan bir ticari isimdir. 1975'te sentezlenen Nature, 1978'de yapısını bildirdi. ZSM-5 bir ortorombik sistemdir. Yüksek silikonlu ve beş üyeli halkalara sahip üç boyutlu çapraz kanallara sahip bir tür zeolit moleküler elektir. Oleofilik ve hidrofobiktir, yüksek termal ve hidrotermal stabiliteye sahiptir ve gözeneklerin çoğu yaklaşık 0.55 nm Delik Zeolit çapına sahiptir.

14 Yaygın Gözenekli Malzeme Türleri 11
Şekil 10 TPABr sentezlenmiş ZSM-5

AlPO serisi

AlPO, 1980'lerden beri Amerika Birleşik Devletleri UOP Şirketi tarafından geliştirilen “ikinci nesil moleküler elek” olan asitsiz mikro gözenekli alüminofosfat moleküler elek kısaltmasıdır. Bu moleküler elek çerçeveleri eşit miktarda AlO4- ve PO4-tetrahedradan oluşur ve elektriksel olarak nötrdür ve daha zayıf asit katalizör özellikleri gösterir. Heteroatomların girişiyle, AlPO zeolit çerçevesinin orijinal yük dengesi bozulabilir, böylece asitliği, adsorpsiyon performansı ve katalitik aktivitesi önemli ölçüde iyileştirildi. AlP04-5'in çerçeve yapısı, aromatiklerinkiyle karşılaştırılabilir 0.76 nm gözenek boyutuna sahip tipik 12 üyeli halka ana kanalı olan altıgen sisteme aittir.

SAPO serisi

SAPO, Silicoaluminoposfat'ın kısaltmasıdır, SAPO-34 ilk olarak 1982'de UCC tarafından rapor edilen moleküler elektir ve 34 koddur. SAPO-34 iskeleti PO2 +, SiO2, AlO2-'den oluşur ve üç boyutlu çapraz kanallara, sekiz halka gözenek çapına ve orta asit bölgelerine sahiptir. Adsorpsiyon ayrımı ve membran ayrımı mükemmel performans gösterdi. SAPO-11'in bileşimi Si, P, Al ve O dört çeşittir, bileşimi geniş bir aralıkta değiştirilebilir, ürünün silikon içeriği sentez koşullarına göre değişir. Tek boyutlu on halka yapılı SAPO-11 mezopoz zeolit oval bir deliğe dönüşür. SAPO moleküler elek çerçevesi negatif yüklüdür ve bu nedenle değiştirilebilir katyonlara sahiptir ve protonik asitliği vardır. SAPO moleküler elek adsorban, katalizör ve katalizör taşıyıcı olarak kullanılabilir.

14 Yaygın Gözenekli Malzeme Türleri 12
Şekil 11 Kristalleşme süresi 48 saat olan SAPO-11'in SEM görüntüsü


Yaygın olarak kullanılmayan başka Gözenekli Malzemeler vardır:
MSU  (Michigan State University) Pinnavaia ve ark. Tarafından geliştirilen bir dizi mezopoz moleküler elektir. Michigan Üniversitesi. MSU-X (MSU-1, MSU-2 ve MSU-3). MSU-V, MSU-G, çok katmanlı veziküllerin katmanlı bir yapısına sahiptir.

HMS

(Hexagonal Mezoporous Silica), Pinnavaia ve arkadaşları tarafından geliştirilen, aynı zamanda düşük dereceli bir altıgen yapı olan mezopoöz bir moleküler elektir.

Anti-personel mayınların

(asitle hazırlanan mezotel yapılar), Stucky ve ark. tarafından yapılan erken bir araştırma, Asidik koşullar altında hazırlandı ve MCM serisinin sentetik işlemlerinin (alkalin ortam) bir uzantısıydı.
Sadece isim çok benzersiz değil, gözenekli malzemelerin uygulanması da çok geniştir:

1. Verimli gaz ayırma membranı;

2. Kimyasal işlem katalitik membran;

3. yüksek hızlı elektronik sistemler için Substrat malzemeler;

4. optik iletişim materyalleri için öncüler;

5. yüksek verimli ısı yalıtım malzemeleri;

6. yakıt hücreleri için gözenekli elektrotlar;

7. piller için ayırma ortamları ve elektrotlar;

8. yakıtlar (doğal gaz ve hidrojen dahil) Depolama ortamının;

9. Çevre temizleyici emici seçimi;

10. Özel yeniden kullanılabilir filtre. Bu uygulamaların endüstriyel uygulamalar ve insanların günlük yaşamları üzerinde derin bir etkisi olacaktır.


Referanslar:1. J. Am. Chem. Soc., 1992, 114 (27), s.10834-10843.2. Science 23 Ocak 1998: 279, 5350, 548-552.3. Mikro Gözenekli ve Mezopor Malzemeler 120 (2009) 447-453.4. Chem. Commun., 2001, 713-714.5. Boğa. Chem. Soc. Jpn., 69, No. 5 (1996) 6. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1993, 8, 680.7'de açıklanmaktadır. Chem. Commun., 2003, 2136-2137.8. J. Phys. Chem. B, 103, 37, 1999.9'da açıklanmaktadır. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 7053-7059.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

tr_TRTürkçe