Труды КНЦ (Технические науки вып.3/2023(14))

Abstract Correlations between the preparation conditions and the physicochemical properties of MCM-48 nanoporous silica deposited by the template method in the presence of ferro-ion have been studied. The change in the structure of the mesoporous silica skeleton, its textural properties, and energy inhomogeneity of the surface, depending on the Fe/Si molar ratio, pH value, calcination temperature, and xerogel detemplating by solvent extraction, was studied. Keywords: BET, surface area, mesopores, MCM-48, ferrosilicate Acknowledgments: the paper was supported by 1) of the republican budget under assignment 2.1.02 of the State Scientific Research Program "Chemical Processes, Reagents and Technologies, Bioregulators and Bioorgchemistry", 2021-2025; 2) grant No. Kh22UZB-013 of the Belarusian Republican Foundation for Basic Research, 2022-2024. For citation: Textural properties, silanol ratio, and energy inhomogeneity of the surface of ordered mesoporous silica functionalized by metal cations / T. F. Kouznetsova [et. al.] // Transactions of the to la Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 3. P. 203-209. doi:10.37614/2949-1215.2023.14.3.037. Введение В научной литературе достаточно информации о различных модификациях упорядоченных мезопористых материалов типа M 4 1 S , однако попытки расширить диапазон их каталитических приложений за счет сильнокислотного катализа мезопористыми катализаторами пока не работают [1]. Легкая кислотность самих упорядоченных мезопористых кремнеземных материалов остается весьма заманчивой для тонкого химического синтеза, однако данные материалы редко используют в качестве собственно катализаторов как таковых. Каталитические функции в них создают дополнительно путем включения активных центров в кремнеземные стенки или осаждения активных каталитических разновидностей на внутренней поверхности материала, а диффузию реагентов к активным центрам улучшают, увеличивая размер пор, уменьшая размеры частиц или формируя мезопоры внутри микропористых кристаллов [2 -6 ]. Например, открытая мезопористая структура носителя катализатора Фентона может обеспечивать образование не только высокодиспергированных, но и пространственно однородных активных центров. Плотность силанолов в упорядоченных мезопористых материалах, особенно вМСМ-41, ниже, чем в обычном гидроксилированном оксиде кремния (IV), для которого она составляет около 4 - 6 S i-OH /нм2. Для кубически упорядоченного мезопористого материала МСМ-48 это значение равно 1,4—1,9 групп/нм2, для гексагонально упакованного MCM-41 — от 2 до 3 групп Si-OH /нм2, а для S5A-15 с более крупными порами — 1,0 Si-OH/нм2. Цель настоящей работы — повышение практической значимости и синтез материалов, потенциально полезных для новых каталитических приложений с сохранением текстуры и адсорбционной активности мезопористого МСМ-48 при его функционализации низковалентным ферро-ионом. Р езультаты исследований Все измеренные изотермы низкотемпературной адсорбции-десорбции азота полученными силикатами и ферросиликатами относятся к изотермам типа IV(a), присущим мезопористым адсорбентам, согласно IU PAC (рис. 1а). Крутизна перегиба, доказывающая однородность мезопор, понемногу сглаживается в соответствии с постепенной утратой упорядоченности мезопор адсорбентами в ряду: MCM-48 > FeMCM-48 (1/99) > FeMCM-48 (5/95), — связанной с включением ферро-ионов в структуру образцов. Из распределений пор, P SD = f D ) , на рис. 16 и из данных таблицы видно, что узкие и острые пики в диапазоне размеров пор примерно до 3,0 нм согласуются с табличными значениями среднего диаметра пор Dsp Des. Анализ текстурных свойств ферросиликатов FeMCM-48 доказывает, что удельная поверхность и объем пор у них ниже, чем у «чистого» MCM-48, что подтверждает влияние инкорпорируемого ферро-иона. Дополнительно к геометрическим эффектам, создаваемым пористостью образцов, из изотерм низкотемпературной адсорбции-десорбции азота оценивали степень энергетической неоднородности адсорбции в виде кривых распределения площади поверхности относительно интенсивности взаимодействия адсорбат-адсорбент (рис. 1е). Потерю упорядочения мезопористой текстуры подтверждали данными РФА (рис. 2). Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 3. С. 203-209. Transactions of the Kola Science Centre of RA s . Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 3. P. 203-209. © Кузнецова Т. Ф., Копыш Е. А., Кондрашев А. В., Прозорович В. Г., Печёнка Д. В., Жумаева Д. Ж., Иванец А. И., 2023 204