Диссертация (1173075), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Однако, подбирая соответствующую ионнуюжидкость,можнополучитьуглеродныйфункционализированной ионной жидкости.скелетповерхностидругойПри нанесении ИЖ на поверхностьнаноуглеродного материала в условиях вакуума, учитывая летучесть ИЖ в его условиях,толщину покрытия на поверхности наноуглерода можно контролировать давлением паровИЖ. Полученные нанокомпозиты ИЖ/углерод подвергают термообработке с образованиемуглеродистой поверхности с необходимым содержанием гетероатома [63] (рис.2.10) .отслаиваниеполимеризацияРисунок 2.10.
Ионная жидкость в углеродном полимереПри изучении процесса десорбции ионной жидкости с поверхности углеродногоматериала было обнаружено, что углеродная поверхность обладает эффектом сохранения30морфологии поверхности и эффектом выравнивания содержания на ней ионной жидкости.Результатом этих двух интересных эффектов углерод, полученный из ионной жидкости,может образовывать на поверхности различные дефекты, а сильное взаимодействие этихдвух факторов вызывает полимеризацию ионной жидкости, препятствуя ее сшивке.Регулированием температуры может быть возникновение различных поверхностныхсвойств, таких как супергидрофильная или супергидрофобная, кислотная или щелочнаяфункция, каждое из которых способствует улучшению углеродных материалов [64].Модификацией ионной жидкости можно получить функционализированную поверхность,содержащуюразличныегетероатомыифункциональныегруппы,формирующиесоответствующие активные центры для различных каталитических процессов [65].
Хотякатализаторы на основе ИЖ имеют много преимуществ, они также обладают исущественными недостатками: процесс синтеза ионной жидкости является сложным, и впроцессе требуется органический растворитель, что не только увеличивает стоимость, нотакже отрицательно влияет на экологические характеристики ионной жидкости [66].Стадии очистки ионной жидкости многочисленны, что приводит к высокой стоимостипроизводства [67]. Ионные жидкости также имеют ряд проблем с точки зрениястабильности, переработки, охраны окружающей среды и безопасности.2.5.Мезопористыематериалывкачествекатализаторовалкилирования ароматических соединений2.5.1.
Классификация мезопористых материаловМезопористый материал относится к пористым структурам с размером пор от 2,0 до 50нм [68]. Пористая структура является высоко регулярной и сохраняет высокий порядок вмикрометрической шкале. После модификации материал обладает хорошей термическойстабильностью и определенной устойчивостью к воздействию воды при высокихтемпературах. В настоящее время мезопористые материалы широко используются в31макромолекулярных адсорбционных процессах и процессах разделения, в химических,экологических, биомедицинских и других областях [69]. В 1992 году компания MobilCorporation впервые использовала катионное поверхностно-активное вещество тетраалкиламмоний в качестве матрицы и успешно синтезировала упорядоченный мезопористыйматериал- кремнезем серии M41S [70]. На основе производныхэтой серииисследователи синтезировали серию силикатов с различной структурой и размером пор,улучшая процесс синтеза, пытаясь использовать различные матричные агенты, используяразличные органические добавки и другие методы [71].
Согласно различному химическомусоставу, мезопористые материалы можно разделить на две группы: кремнийсодержащие ине содержащие кремний.Хотя поры в чистых мезопористых материалах из кремния хорошо упорядочены, ноплохая устойчивость к воде и нагреванию, слабая поверхностная кислотность, затрудняютприменение мезопористых материалов из чистого кремния в каталитических реакциях.Модификация мезопористого материала (рис.
2.11), то есть введение каталитическогоактивного центра в его поры различными способами, повышает концентрациюповерхностных дефектов, при этом возрастает стабильность скелета и расширяютсявозможности использования таких материалов как катализаторов [72]. Различныеисследователи синтезировали оксиды металлов, фосфаты, сульфиды, мезопористыйуглерод и другие мезопористые материалы, не содержащие кремния. Авторы [73]опубликовали синтез иерархических алюмосиликатных неорганических полимеров (такжеизвестных как геополимеры), содержащих как центры Бренстеда так и Льюиса, которыепредставляют собой новый класс гетерогенных твердых кислотных катализаторов.Катализатор использовали при алкилировании толуола, анизола, п-ксилола и мезитиленабензилхлоридом при 110℃ при продолжительности реакции 3 ч.32Рисунок 2.11.
Структура типичного мезопористого катализатора2.5.2. Применение мезопористых материалов в катализеОбширные исследования и быстрое развитие мезопористых материалов создаютновые возможности их использования в гетерогенном катализе.(1) Адсорбция и разделениеМезопористые материалы с высокой удельной поверхностью, открытой структуройпор, в которых на мезопористую поверхность могут быть нанесены различныефункциональные центры, обладают большим потенциалом в адсорбции и разделении,включая водоочистку, для удаления ионов тяжелых металлов из водных растворов иразличных органических загрязнителей [74-76].
Мезопористые углеродные материалыиспользуются для хранения газов и их разделения, особенно эффективно применениемезопористых углеродных материалов или модифицированных благородными металлами,для хранения водорода, различных видов азотсодержащих газов, привитых или нанесенныхкремнеземных материалов для отделения от парниковых газов углекислого газа [77, 78].Мезопористые материалы применяются для иммобилизации или разделения биомолекулразных размеров, а также для выпуска и целевой доставки в организм лекарств [79-81].(2) Хранение и конверсия энергииМезопористые углеродные материалы могут быть непосредственно использованы вкачестве электродных материалов для суперконденсаторов или литий-ионных батарей.Мезопористые углеродные материалы с высокой удельной поверхностью и с большимразмером пор могут способствовать транспортировке ионов электролита, тем самым33быстро формируя электрический двойной слой на его границе и улучшая энергетическиехарактеристики устройства.
Особенно в случае высокоточного заряда и разряда большойдиаметр мезопор имеет очевидные преимущества для быстрой миграции ионовэлектролита и может улучшить стабильность характеристик материала электрода [82].(3) КатализМезопористые углеродные материалы с регулярными и упорядоченными каналами ивысокой удельной поверхностью служат как хорошие катализаторы и хороший носителькатализатора. Регулярные мезопористые каналы и большая удельная площадь поверхностимезопористых материалов могут создавать высокоактивные центры катализа, особенно прикатализе с участием макромолекул.
Молекулярный катализатор может быть иммобилизованна мезопористом углеродном канале путем ковалентного связывания. В качестве твердогокатализатора такой молекулярный катализатор, иммобилизованный на мезопористомуглеродном материале, обладает более стабильными характеристиками, обеспечиваетлегкое разделение, длительный срок службы и воспроизводимость, может повыситьселективность каталитической реакции. Например, Ван и др. использовали ароматическийфрагмент для активации мезопористой углеродной поверхности, с последующимковалентным связыванием фрагмента сульфоновой кислоты для получения мезопористогоуглеродного материала, имеющего более высокую плотность функциональных групп испособного эффективно использоваться в каталитической реакции [83].
Композиции наоснове мезопористого углеродного композита могут быть получены нанесениемвысокодисперсных металлических или оксиных наночастиц на мезопористые материалы.Мезопористые материалы обладают хорошей каталитической активностью в реакцииалкилирования. Одним из первых успешных примеров такого рода является применениеAl-MCM-41 для катализа алкилирования 2,4-ди-трет-бутилфенола циннамиловым спиртом[84].2.5.3. Мезопористые углеродные материалы34Мезопористые углеродные материалы широко применяются в адсорбции, разделениии хранении газов, катализе, биотехнологии. Однако для увеличения производительностимезопористых углеродных материалов нужна дальнейшая их функционализация.Функционализированные мезопористые углеродные материалы можно классифицироватькак композиционные материалы на основе мезопористоой основы, модифицированныеметаллом, и неметаллические функционализированные композиционные материалы.Средисемействананоматериаловнаиболеевостребованнымиявляютсянаноуглеродные материалы, такие как углеродная наносфера (Carbon nanospheres, CNSs),графен (Graphene), углеродные нанотрубки (Carbon nanotube, CNTs).
Всякий раз, когдаобнаруживается новый тип углеродного материала, он всегда ведет к исследовательскомубуму. В частности, открытие графена привело к буму работ по его модификации, потому чтораньше было теоретически показано, что свободную идеальную двумерную плёнкуполучить невозможно из-за ее сворачивания или скручивания [85]. С развитиеммезопористых материалов композиты мезопористых углеродных матриц получилиширокие перспективы применения в адсорбции, разделении газов и катализе из-за ихуникальной структуры и свойств.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
