Felületkémia és szelektivitás nagyfelületű szeneken = Chemical structure and performance of high surface area carbons

摘要

A hamumentes polimer alapú szeneken vizsgáltuk a felületkémia és a szorpciós tulajdonságok közti kapcsolatot. Morfológiailag igen hasonló, vízmentes és vizes közegben jellemzett oxigén, nitrogén és hidrogén heteroatomot tartalmazó szeneken mind gőz-, mind hígoldat adszorpciós folyamatokban igazoltuk a felület kémiai tulajdonságainak meghatározó jellegét. A felületi tulajdonságok nem csak az egyensúlyt, de a folyamatok sebességét is befolyásolják. Új függvényt vezettünk be a póruskitöltődés nyomonkövetésére és ennek használhatóságát mind poláros, mind apoláros gőzök esetén bemutattuk. Vizsgáltuk további, elsősorban fém heteroatomok beviteli lehetőségeit polimer alapú szénmátrix kialakításának különböző stádiumaiban. Megállapítottuk, hogy lignocellulóz alapú szenek esetében a Na és Si atomok bevitele (vízüveges módosítás) gyakorlatilag nem befolyásolja a vizsgált szorpciós tulajdonságokat, de kedvezően hat a mechanikai tulajdonságokra. Amennyiben a fémionok hozzáadása a prekurzor polimer szintézise során ill. a pórusos szerkezet rögzítése (szárítás) előtt történik, a mátrix szerkezete, a fajlagos felület és a pórusszerkezet is jelentősen módosul. Utólagos kezelés esetén a porozitáshoz kapcsolható változásokat elsősorban a pórusok eltömődése okozza. | The relationship between surface chemistry and sorption performance was studied on ash-free polymer-based carbons. In carbons that were morphologically similar and contained oxygen, nitrogen and hydrogen hetero atoms, the role of the surface chemistry was demonstrated in sorption processes from both the vapour and the liquid phase. The surface properties influence not only the adsorption equilibrium but play a role in the kinetics as well. A new function was introduced to follow the pore filling. Its applicability was shown for polar and nonpolar vapours. The possibility of introducing further, mainly metal, heteroatoms was studied at various stages of the carbon synthesis. In the case of lignocellulosic matrices we found that introducing Si and Na atoms (in the form of waterglass) results in improvement of mechanical strength rather than of the adsorption properties. When metal ions were added to the polymer precursor during the polymerization step or before the drying process, both the morphology and the porosity of the matrix can be severely influenced. Post-carbonization treatment, however, leads to obstruction of the pore entrance and thus a reduction of the accessible porosity.