Agnieszka kierys

Właściwości i temperaturowe przemiany matryc micelarnych w porach materiałów
krzemionkowych typu MCM-41
Agnieszka Kierys
[email protected]
Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej, Wydział Chemii, Zakład Adsorpcji
Tematyka niniejszej rozprawy doktorskiej związana jest ściśle z niezwykle ciekawym
kierunkiem badań dotyczącym szeroko pojętej nanotechnologii. W ostatnich kilkunastu latach
na całym świecie prowadzone są intensywne badania nad syntezą nowych materiałów o
unikalnych właściwościach strukturalnych. Większość z nich otrzymywana jest z udziałem
krzemionki i wykazuje duŜe zróŜnicowanie morfologiczne. W roli czynnika modelującego
strukturę tych materiałów stosuje się róŜnego typu surfaktanty. Materiały krzemionkowe lub
krzemionkowo-glinowe nowej generacji charakteryzują się duŜą porowatością i wysoką
regularnością budowy przestrzennej. Ich powierzchnia właściwa przekracza 1000 m2/g, a
objętość kanałów wewnętrznych jest większa niŜ 1 cm2/g. Ponadto rozmiary tych kanałów
mogą być regulowane podczas syntezy w duŜym zakresie poprzez odpowiedni dobór
stosowanych prekursorów. Zasadniczy szkielet tego typu materiałów stanowi Ŝel
krzemionkowy. Z tego względu istnieją praktycznie nieograniczone moŜliwości modyfikacji
chemicznej powstałej krzemionki pod kątem konkretnych zastosowań.
Praca doktorska poświęcona jest pełniejszemu poznaniu końcowych etapów syntezy
materiałów typu MCM-41, przede wszystkim w zakresie degradacji matrycy porotwórczej w
wysokich temperaturach w atmosferze tlenowej i beztlenowej. Badania te mają na celu
określenie rodzaju produktów powstających w czasie rozpadu surfaktantu w róŜnych
warunkach. Dzięki temu moŜliwe będzie poznanie mechanizmu rozpadu matrycy
porotwórczej oraz warunków gwarantujących zachowanie właściwego charakteru krzemionki
po procesie kalcynacji. Ma to praktyczne znaczenie z punktu widzenia dalszych modyfikacji
materiałów krzemionkowych o regularnej strukturze.
Mezoporowate materiały krzemionkowe MCM-41 po odpowiedniej przebudowie
mogą być stosowane jako katalizatory i biokatalizatory róŜnych reakcji chemicznych np. w
katalitycznych procesach oczyszczania powietrza, epoksydacji olefin lub teŜ utleniania amin.
Ponadto zachowują się jako selektywny w stosunku do róŜnych substancji chemicznych
adsorbent o duŜej pojemności sorpcyjnej. W literaturze moŜna odnaleźć doniesienia o
stosowaniu modyfikowanych MCM-41 jako nanoreaktorów w reakcjach polimeryzacji, ale
takŜe jako nośników leków, w których uwalnianie substancji czynnych odbywa się w sposób
kontrolowany. Natomiast mezoporowate materiały o włóknistej morfologii mogą być
stosowane w urządzeniach optycznych, laserach lub sensorach, bądź jako oryginalne
włókniste kompozyty w lecznictwie.
Podpisanie przez Polskę Protokołu z Kioto, a takŜe członkostwo w Unii Europejskiej
obligują nasz kraj do dostosowania standardów ekologicznych w sektorze wytwarzania
energii do regulacji obowiązującej w UE. Mając na uwadze powyŜsze wymagania,
zrozumiałym jest to, Ŝe planowana budowa elektrowni węglowej na bazie istniejącej w
Bogdance ciepłowni, będzie musiała spełniać wymagania środowiskowe pod względem
emisji dwutlenku siarki, tlenków azotu, tlenków węgla i pyłu. Istnieje więc potencjalna
moŜliwość zastosowania modyfikowanych mezoporowatych sit molekularnych MCM-41 jako
selektywnych adsorbentów o duŜej pojemności sorpcyjnej względem CO2, oraz w
katalitycznych procesach DeNOx, desulfuryzacji i deodoryzacji. Dzięki temu moŜliwe byłoby
usprawnienie etapu redukcji emisji zanieczyszczeń i dostosowanie ich do zaostrzonych
standardów UE. Oczywiście znaczna redukcja wymienionych tlenków byłaby niezwykle
korzystna dla środowiska naturalnego naszego regionu. Ponadto domieszkowany MCM-41
moŜna stosować jako selektywny sorbent względem wielu substancji toksycznych np. metali
cięŜkich takich jak Hg2+, Pb2+, Cu2+ czy barwników. Ich adsorpcja na Mezoporowate
krzemionce pozwala usunąć je z ekosystemu i ograniczyć ich negatywny wpływ na
środowisko naturalne.