Изучение адсорбционных свойств мезопористых силикагелей, допированных тербием, диспрозием, лантаном и модифицированных никелем, методом обращенной газовой хроматографии

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

С помощью газовой хроматографии изучены адсорбционные свойства синтезированного темплатным методом мезопористого силикагеля, модифицированного мезопористого силикагеля, допированного тербием, диспрозием, лантаном и модифицированного никелем (Tb–Ni/MC, Dy–Ni/MC, La–Ni/MC). Текстурные характеристики полученных материалов исследованы методами низкотемпературной адсорбции-десорбции азота, атомно-эмиссионной спектроскопии (ICP), рентгено-фазового анализа (РФА), рентгено-структурного анализа (РСА), сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Методом обращенной газовой хроматографии получены термодинамические характеристики адсорбции (дифференциальные теплоты и энтропии) тестовых органических соединений. Установлено, что природа допанта приводит к изменениям теплот адсорбции для соединений, склонных к различным типам специфических взаимодействий. Показано, что мезопористые силикагели, допированные диспрозием, тербием и модифицированные никелем, усиливают дисперсионные взаимодействия линейных углеводородов с поверхностью сорбента; теплоты адсорбции соединений, склонных к специфическим взаимодействиям выше на мезопористом силикагеле, допированном лантаном и модифицированном никелем.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. А. Токранов

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С. П. Королева

Email: fileona@mail.ru
Russian Federation, ул. Московское шоссе, д.34, Самара, 443086

Е. О. Токранова

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С. П. Королева

Author for correspondence.
Email: fileona@mail.ru
Russian Federation, ул. Московское шоссе, д.34, Самара, 443086

Р. В. Шафигулин

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С. П. Королева

Email: fileona@mail.ru
Russian Federation, ул. Московское шоссе, д.34, Самара, 443086

А. В. Буланова

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С. П. Королева

Email: fileona@mail.ru
Russian Federation, ул. Московское шоссе, д.34, Самара, 443086

References

  1. Salimian S., Zadhoush A., Mohammadi A. A review on new mesostructured composite materials: Part I. synthesis of polymer-mesoporous silica nanocomposite // J. Reinf. Plast. Compos. 2018. V. 37. P. 441–459.
  2. Карпов С.И., Roessner F., Селеменев В.Ф. и др. Перспективы синтеза и использования упорядоченных мезопористых материалов при сорбционно-хроматографическом анализе, разделении и концентрировании физиологически активных веществ (обзор). Сорбционные и хроматографические процессы. 2013. Т. 13. № 2. С. 125–140.
  3. Мазанов С. В., Амирханов Р. Д. Влияние воды на рост частиц диоксида титана, получаемых золь-гель методом // Вестн. Казанского технолог.ун-та. 2015. Т. 18. № 10. С. 34–38.
  4. Kumar S., Malik M.M., Purohit R. Synthesis Methods of Mesoporous Silica Materials // Materialstoday: proceedings. 2017. V.4. P. 350–357.
  5. Фаустова Ж.В., Слижов Ю.Г. Влияние pH среды на морфологию поверхности силикагеля, полученного золь-гель синтезом // Неорг. материалы. 2017. Т. 53, № 3. С. 276–280.
  6. Carraro P. M., Eimer G. A., Oliva M. I. Influence of the Synthesis Time in the Textural and Structural Properties of Ni-Containing Mesoporous Materials // Procedia Materials Science. 2015. V. 8. P. 561–566.
  7. Сухарева Д.А., Гайнуллина Ю.Ю., Салихова Г.Р. Исследование свойств мезоструктурированного силиката МСМ-41 // Современные тенденции развития науки и технологий. 2016. № 2–1. С. 41–44.
  8. Nistico R., Scalarone D., Magnacca G. Sol-gel chemistry, templating and spin-coating deposition: A combined approach to control in a simple way the porosity of inorganic thin films/coatings // Microporous and Mesoporous Materials. 2017. V. 248. P. 18–29.
  9. Pagar N. S. et al. Synthesis, characterization and catalytic study of mesoporous carbon materials prepared via mesoporous silica using non-surfactant templating agents //Journal of Porous Materials. 2021. Т. 28. № 2. С. 423–433.
  10. Snyder L.R., Ward J.W. The surface structure of porous silica. // J. Phys. Chem. 1966. V. 70. P. 3941–3952.
  11. Nawrocki J. The silanol group and its role in liquid chromatography // J. Chromatogr. A. 1997. V. 779. P. 29–71.
  12. Zhu J., Peng X., Yao L., et al. The promoting effect of La, Mg, Co and Zn on the activity and stability of Ni/SiO2 catalyst for CO2 reforming of methane // International Journal of Hydrogen Energy. 2011. V. 36. P. 7094–7104.
  13. Yang X., Wei Y., Jiang Y., et al. High Efficiency Phosphate Removal Was Achieved by Lanthanum-Modified Mesoporous Silica Aerogels with Cellulose-Guided Templates. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2021. V. 60. № 15. P. 5352–5363.
  14. Wang Z., Yu S. Synthesis of high-stability acidic Ce3+(La3+ or Sm3+)~ β/Al-MCM-41 and the catalytic performance for the esterification of oleic acid. // Catalysis Communications. 2016. V. 84. P. 108–111.
  15. Zheng, J., Chen, Z., Fang, J. et al. MCM-41 supported nano-sized CuO-CeO2 for catalytic combustion of chlorobenzene //J. of Rare Earths. 2020. V. 38. № 9. P. 933–940.
  16. Cheng Z., Feng B., Chen Z., Zheng J., Li J., Zuo S. La2O3 modified silica-pillared clays supported PtOx nanocrystalline catalysts for catalytic combustion of benzene //Chemical Engineering J. 2020. V. 392. Р. 741–747.
  17. Han Y, Wen B, Zhu M, Dai B. Lanthanum incorporated in MCM-41 and its application as a support for a stable Ni-based methanation catalyst // J. of Rare Earths. 2018. V. 36. № 4. P. 367–373.
  18. Wangcheng Z.H.A.N., Guanzhong L.U., Yanglong G. et al. Synthesis of Ln-doped MCM-41 mesoporous materials and their catalytic performance in oxidation of styrene. // J.Of Rare Earths. 2008. V. 26. № 1. P. 59–65.
  19. Dakhel A.A. Defect-induced ferromagnetic properties of Tb-doped CdO synthesized via Cd Hydroxychloride: Effect of hydrogen post treatment // Materials Research. 2016. V. 19. P. 379–383.
  20. Shafigulin R.V., Filippova E.O., Shmelev A.A., & Bulanova A.V. Mesoporous silica doped with dysprosium and modified with nickel: a highly efficient and heterogeneous catalyst for the hydrogenation of benzene, ethylbenzene and xylenes // Catalysis Letters. 2019. V. 149. № 4. P. 916–928.
  21. Abdullah H., Kuo D.H., Gultom N.S. N=N bond cleavage of azobenzene via photocatalytic hydrogenation with Dy-doped Zn (O, S): the progress from hydrogen evolution to green chemical conversion // Catal. Sci. Technol. 2019. V. 9. № 10. P. 2651–2663.
  22. Uttamaprakrom W., Reubroycharoen P., Charoensiritanasin P., et al. Development of Ni–Ce/Al-MCM-41 catalysts prepared from natural kaolin for CO2 methanation // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2021. V. 9. № 5. P.106150.
  23. de la Iglesia O., Sarango M., Munárriz M., et al. Mesoporous Sn-In-MCM-41 Catalysts for the Selective Sugar Conversion to Methyl Lactate and Comparative Life Cycle Assessment with the Biochemical Process // ACS sustainable chemistry & engineering. 2022. V. 10. № 9. P. 2868–2880.
  24. Sheng H., Zhang H., Ma H., et al. An effective Cu-Ag/HMS bimetallic catalyst for hydrogenation of methyl acetate to ethanol // Catalysis Today. 2020. V. 358. P. 122–128.
  25. Feng Y., Li W., Meng M., Yin H., Mi J. Mesoporous Sn (IV) doping MCM-41 supported Pd nanoparticles for enhanced selective catalytic oxidation of 1, 2-propanediol to pyruvic acid //Applied Catalysis B: Environmental. 2019. V. 253. P. 111–120.
  26. Carraro P., García A. Blanco, Soria F., Lener G., Sapag K., Eimer G., Oliva M. Understanding the role of nickel on the hydrogen storage capacity of Ni/MCM-41 materials // Microporous and Mesoporous Materials. 2016. V. 231. P. 31–39.
  27. Chew T.-L., Ahmad A.L., Bhatia S. Ordered mesoporous silica (OMS) as an adsorbent and membrane for separation of carbon dioxide (CO2) // Advances in Colloid and Interface Science. 2010. V. 153. P. 43–57.
  28. Гуськов В.Ю., Сухарева Д.А., Салихова Г.Р. и др. Термодинамические характеристики адсорбции органических молекул на модифицированных адсорбентах MCM-41 // Журнал физической химии. 2017. Т. 91. № 7. C. 1218–1222.
  29. Hartmann M., Vinu A., Chandrasekar G. Adsorption of Vitamin E on Mesoporous Carbon Molecular Sieves // Chemistry of Materials. 2005. V. 17. P. 829–833.
  30. Mal N.K., Fujiwara M., Tanaka Y. Photocontrolled reversible release of guest molecules from coumarin-modified mesoporous silica // Nature. 2003. V. 421. P. 350–353.
  31. Эюбова С.М., Амирбеков Э.Н., Алиев Ф.В., Ягодовский В.Д. Каталитическое превращение бутена-1 и бутена-2 на ферритсодержащих катализаторах шпинелевой структуры // Журнал физической химии. 2003. Т. 77. № 7. С. 1195–1199.
  32. Lehmann T., Wolff T., Hamel C. et al. Physico-chemical characterization of Ni/MCM-41 synthesized by a template ion exchange approach // Microporous and Mesoporous Materials. 2012. V. 151. P. 113–125.
  33. Филиппова Е.О., Виноградов К.Ю., Шафигулин Р.В., Буланова А.В. Сравнение адсорбционных свойств мезопористых кремнеземов, допированных диспрозием, модифицированных медью и серебром, методом обращенной газовой хроматографии // Сорбционные и хроматографические процессы. 2020. Т. 20. №. 6. С. 696–706.
  34. Liu J., Fang S., Jian R. et. al. Silylated Pd/Ti-MCM-41 catalyst for the selective production of propylene oxide from the oxidation of propylene with cumene hydroperoxide // Powder Technology. 2018. V. 329. P. 19–24.
  35. Han Y, Wen B, Zhu M, Dai B. Lanthanum incorporated in MCM-41 and its application as a support for a stable Ni-based methanation catalyst // J. of Rare Earths. 2018. V. 36. № 4. P. 367–373.
  36. Номенклатура в хроматографии. / Под ред. Онучак Л.А. Самара: Изд-во “Самарский университет”, 1999. 36 с.
  37. Filippova E.O., Shafigulin, R. V., Tokranov A.A. et.al. Study of adsorption properties of synthesized mesoporous silica doped with dysprosium and modified with nickel // J. Chin. Chem. Soc. 2020. V. 67, P. 1167–1173.
  38. Filippova E.O., Shafigulin R.V., Bulanova A.V. Kinetic characteristics of catalysts based on mesoporous silica gel doped with dysprosium and modified with Ni, Cu, Ag in xylene hydrogenation reactions // Russian J. of Physical Chemistry. 2021. T. 95. № 4. P. 690–695.
  39. Tokranova, E. O., Tokranov, A. A., K.Yu Vinogradov, et.al. Mesoporous silica gel doped with dysprosium and modified with copper: A selective catalyst for the hydrogenation of 1‐hexyne/1‐hexene mixture // International J. of Chemical Kinetics. 2022. V. 54. № 11. P. 647–658.
  40. Токранов А.А., Токранова Е.О., Шафигулин Р.В., Буланова А.В. Изучение адсорбционных свойств мезопористых силикагелей, допированных лантаном, модифицированных никелем и серебром, методом газовой хроматографии// Физикохимия поверхности и защита материалов. 2022. Т. 58. № 6. С. 623–629.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Nitrogen adsorption-desorption isotherms for Tb–Ni/MC, Dy–Ni/MC, La–Ni/MC samples.

Download (99KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. X-ray diffraction pattern of samples MC, La–Ni/MC (a) and Dy–Ni/MC (b).

Download (163KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. XRD spectrum for samples: (a) Tb–Ni/MS, (b) La–Ni/MS, (c) Dy–Ni/MS.

Download (190KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. SEM – photographs of samples (a) Tb–Ni/MC, (b) La–Ni/MC, (c) Dy–Ni/MC.

Download (192KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Temperature dependence of the logarithm of the Henry constant for test adsorbates on (a) La–Ni/MC, (b) Dy–Ni/MC, (c) Tb–Ni/MC.

Download (330KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. The effect of the dopant on the values ​​of heats ( ) of hydrocarbon adsorption on Dy–Ni/MC, Tb–Ni/MC, La–Ni/MC adsorbents.

Download (93KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. The effect of the dopant on the values ​​of heats ( ) of adsorption of compounds prone to different types of intermolecular interactions on Dy–Ni/MC, Tb–Ni/MC, La–Ni/MC adsorbents.

Download (120KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Thermodynamic compensation dependences between the heat of adsorption and the change in the molar entropy of adsorption of test adsorbates: (a) Dy–Ni/MC, (b) Tb–Ni/MC, (c) La–Ni/MC.

Download (270KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».