Surface modification of mesoporous carbon materials as a way to control their catalytic activity

Celem pracy było otrzymanie mezoporowatych materiałów węglowych będącymi replikami żelu krzemionkowego o powierzchni zmodyfikowanej ugrupowaniami zawierającymi azot oraz zbadanie ich aktywności katalitycznej w utleniającym odwodornieniu etylobenzenu (EB) do styrenu. Otrzymane repliki poddano działaniu czynnika azotującego (mocznika) w różnych warunkach (stężenie roztworu, rodzaj rozpuszczalnika). Charakterystyka zsyntetyzowanych materiałów objęła badania metodami niskotemperaturowej sorpcji azotu, spektroskopii w podczerwieni (FTIR), spektroskopii fotoelektronów (XPS) oraz analizy termicznej. Za pomocą wymienionych technik wykazano obecność azotu w postaci powierzchniowych grup pirazynowych, przy jednoczesnym niewielkim obniżeniu wartości parametrów teksturalnych (powierzchnia właściwa, objętość mezoporów) w stosunku do materiału wyjściowego. Testy katalityczne zostały przeprowadzone w reaktorze przepływowym (350°C, stosunek molowy EB/O2 1:1). Najbardziej aktywne okazały się katalizatory modyfikowane najmniejszą ilością mocznika (0,14 g CO(NH2)2 na 0,30 g repliki węglowej) – osiągnięto wysoką konwersję etylobenzenu 30,5% (w porównaniu do 18,3% dla preparatu niemodyfikowanego) przy selektywności do styrenu 95,0%. Niezależnie od modyfikacji badanych replik obserwowano ich stopniową dezaktywację w czasie reakcjiThe aim of this work was to obtain mesoporous carbon replicas of silica gel with a surface modified with nitrogen-containing functionalities and to examine their catalytic activity in the oxidative dehydrogenation of ethylbenzene (EB) to styrene. The resulting carbon replicas were exposed to a nitrogen-introducing agent (urea) under various conditions (concentration of solution, solvent). Physicochemical characterization of the synthesized materials included low-temperature adsorption of N2, infrared spectroscopy (FTIR), photoelectron spectroscopy (XPS) and thermal analysis. Using the mentioned techniques the presence of nitrogen in the form of surface pyrazine-type group, while a slight decrease in the values of texture parameters (specific surface area, mesopore volume) compared to the starting material, was demonstrated. The catalytic tests were performed in a continuous flow microreactor (350°C, EB/O2 molar ratio 1:1). Catalytic tests were carried out in a flow reactor (350°C, molar ratio EB/O2 1:1). The catalysts modified with the smallest amount of urea (0.14 g CO(NH2)2 per 0.30 g carbon replica) showed the highest activity – the high EB conversion of 30.5% (compared to 18.3% for the unmodified replica) was observed at high selectivity to styrene (95%). Regardless to the modification of the studied replicas, their gradual deactivation was found during the catalytic tes