Functionalization of mesoporous silica materials by template ion-exchange method for selected processes of environmental catalysis

Mezoporowate materiały krzemionkowe, których przykładem jest MCM-41, pełnią funkcję nośników katalizatorów. Materiał ten modyfikowano, stosując metodę jonowej wymiany templatu. Wprowadzono miedź w postaci metanolowego lub metonolowo-wodnego roztworu soli CuCl2 o różnych stężeniach. Przeprowadzono serie syntez stosując modyfikacje w trakcie, jak i po syntezie TIE. Otrzymano materiał charakteryzujący się różnorodnością formy osadzonego tlenku miedzi. Zastosowane modyfikacje wpłynęły na parametry teksturalne otrzymanego materiału, powodując niewielki spadek powierzchni właściwej oraz porowatości, nie powodując jednak jego destrukcji. Aktywność katalityczną zmodyfikowanego w obecności miedzi materiału przebadano w procesach katalizy środowiskowej takich jak SCR-NO oraz SCR-NH3. Najlepszą selektywnością do azotu w procesie SCO-NH3 charakteryzuje się katalizator, w którym stwierdzono obecność zarówno izolowanych jonów, jak i mniejszych agregatów tlenku miedzi. Osiągnięto wysoki poziom konwersji NO oraz NH3 dla wszystkich form fazy aktywnej katalizatora.

Mesoporous silica material MCM-41 can be use as catalytic support. Template ion-exchange (TIE) method was applied for deposition of copper on MCM-41. Methanol or methanol-water solution of CuCl2 in different concentrations were used as a precursor of deposited metal species. A series of modification, both during - and post-synthesis, was carried out to obtain a catalyst characterized by specified form of metal oxide and to control deposition process. The presented studies of influence of modification show that deposition of metal resulted only in small decrease of the specific surface area and porosity of mesoporous silica support. Catalytic performance of obtained materials was studied in two environmental processes: selective catalytic reduction of NO with ammonia (SCR-NO) and selective catalytic oxidation of NH3. It is shown that the samples with both isolated and small aggregates of copper species presented high selectivity to nitrogen in SCO-NH3 process. MCM-41 with copper species deposited on the surface were found to be active in both environmental processes.