Synthesis of spherical CMK-1 carbon replica for catalytic and adsorption applications

W niniejszej pracy opisano metodę syntezy replik węglowych typu CMK-1 o uziarnieniu sferycznym. Materiały węglowe uzyskano w wyniku depozycji poli(alkoholu furfurylowego) (PFA) w porach sferycznej mezoporowatej krzemionki (MCM-48) metodą polikondensacji strąceniowej. Repliki węglowe utworzono na bazie prekursorów kompozytowych o zróżnicowanym stosunku masowym PFA/MCM-48 (1.25-2.00). Do charakterystyki struktury, tekstury i morfologii otrzymanych materiałów wykorzystano proszkową dyfrakcję rentgenowską, niskotemperaturową adsorpcję azotu oraz skaningową mikroskopię elektronową. Za pomocą spektroskopii w podczerwieni oraz spektroskopii fotoelektronów wzbudzanych promieniami X dokonano analizy zawartości powierzchniowych grup funkcyjnych. Określono pojemności adsorpcyjne replik węglowych w usuwaniu wybranych lotnych związków organicznych - acetonu, ketonu metylowo-etylowego, ketonu metylowo-izobutylowego, toluenu i etylobenzenu. Przebadano ponadto aktywność katalityczną zsyntetyzowanych materiałów w reakcji utleniającego odwodornienia etylobenzenu do styrenu w zakresie temperatur 200-400°C. Najlepsze wyniki testów adsorpcyjnych i katalitycznych uzyskano dla repliki węglowej o najwyższym uporządkowaniu struktury porów.In the presented work, a method of synthesis of spherical CMK-1 carbon replicas has been described. The carbon materials were synthesized by deposition of poly(furfuryl alcohol) (PFA) in the pore system of spherical mesoporous silica (MCM-48) using the precipitation polycondensation. The carbon replicas were obtained based on the composite precursors with different PFA/MCM-48 mass ratios varying in the range of 1.25-2.00. For characterization of structure, texture and morphology of the synthesized materials, powder X-ray diffraction, low-temperature adsorption of nitrogen and scanning electron microscopy were used. By means of infrared spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy the content of surface functional groups was analysed. The adsorption capacities of the carbon replicas were determined in the removal of selected volatile organic compounds – acetone, methyl-ethyl ketone, methyl-isobutyl ketone, toluene and ethylbenzene. Furthermore, the catalytic activity of the synthesized materials was examined in the oxidative dehydrogenation of ethylbenzene to styrene in the temperature range of 200-400°C. The best adsorption and catalytic results were achieved over the carbon replica characterized by the highest ordering of pore structure