Głównym celem tej pracy magisterskiej jest optymalizacja procedury TIE (template ion-exchange) w kierunku osadzania żelaza na wysokopowierzchniowych nośnikach krzemionkowych w wysokorozproszonej i jednorodnej formie oraz ocena właściwości katalitycznych uzyskanych materiałów w wybranych procesach katalizy środowiskowej (DeNOx, AMOx). Praca magisterska ma charakter interdyscyplinarny lokujący się na pograniczu chemii, inżynierii materiałowej oraz ochrony środowiska. Aspekty chemiczne i materiałowe związane były przede wszystkim z syntezą i modyfikacją nowatorskich pod względem kontrolowanego wprowadzania fazy aktywnej układów katalitycznych oraz badaniami katalitycznymi, weryfikującymi przydatność uzyskanych materiałów dla procesów konwersji NO oraz NH3. Aspekt środowiskowy badań wykonanych podczas realizacji pracy magisterskiej związany jest z niezwykle istotną rolą procesów selektywnej katalityczne redukcji tlenków azotu amoniakiem (NH3-SCR, DeNOx) oraz procesu selektywnego utleniania amoniaku do azotu (NH3-SCO, AMOx). Zakres prac obejmował:- syntezę materiału MCM-41- modyfikację otrzymanego materiału solami żelaza metodą TIE- badania TPR w celu analiza redukowalności fazy aktywnej- badania BET w celu pomiaru powierzchni właściwej, porowatości oraz struktury porowatej- badania strukturalne metodą XRD w celu analizy struktury materiału i analizy składu fazowego- badania spektroskopowe UV/VIS-DRS w celu analizy stopnia agregacji oraz formy/ fazy aktywnej Na podstawie przeprowadzonych prac badawczych zaproponowano następujące wnioski:- Wykazano, że żelazo zostało wprowadzone na powierzchnię mezoporowatej krzemionki typu MCM-41 metodą TIE w formie wysoko-zdyspergowanej, z możliwymi krystalitami Fe2O3 mającymi rozmiary poniżej poziomu detekcji metody XRD. - Wszystkie zarejestrowane izotermy mają przebieg charakterystyczny dla materiałów mezoporowatych, co świadczy o poprawnym przygotowaniu i uzyskaniu oczekiwanych katalizatorów o strukturze MCM-41.- Krzemionka MCM-41 modyfikowana FeSO4 charakteryzuje się większą powierzchnią właściwą niż pozostałe próbki dotowane żelazem.- W przypadku zastosowania FeCl2 jako prekursora żelaza udało się wprowadzić największą ilość tego metalu na powierzchnię MCM–41.- Żelazo wprowadzone do próbek krzemionkowych występuje głównie w formie monomerycznych kationów. Dodatkowo, z mniejszym udziałem występują również oligomeryczne agregaty tlenku żelaza. - W krzemionkach modyfikowanych FeCl2 i FeSO4 żelazo zostało wprowadzone na stopniu 2+, a przynajmniej część żelaza w trakcie syntezy uległa utlenieniu ze stopnia 2+ do 3+. W przypadku próbek modyfikowanych roztworami Fe(NO3)3 żelazo zostało wprowadzone do na nośników krzemionkowych na stopniu utlenienia 3+.- We wszystkich próbkach widać, że tlenek azotu jest skutecznie redukowany przez amoniak do N2 w zakresie stosunkowo wysokich temperatur. Wszystkie katalizatory charakteryzują się konwersją NO powyżej 90% i selektywnością do N2 w zakresie 96-100%. Zauważono również, że istnieje pełna korelacja pomiędzy redukowalnością badanych próbek, a ich aktywnością katalityczną w procesie NH3-SCR. Niższa temperatura głównego maksimum redukcyjnego odpowiada wyższej aktywności katalitycznej w niskotemperaturowym procesie NH3-SCR. - W zakresie wyższych temperaturę przebieg procesu NH3-SCR jest ograniczony konkurencyjnym utlenianiem amoniaku przez tlen obecny w mieszaninie reakcyjnej. Również w tym przypadku, aktywność katalizatorów w tej ubocznej reakcji jest uzależniona od własności redoksowych obecnych w katalizatorach form żelaza.

The main aim of this thesis is to optimize the TIE (template ion-exchange) procedure for the deposition of iron on high surface silica matrix in a highly dispersed and homogeneous form and to evaluate the catalytic properties of the obtained materials in selected environmental catalysis processes (DeNOx, AMOx). The Master's thesis is interdisciplinary in nature, located on the borderline of chemistry, material engineering and environmental protection. The chemical and material aspects were mainly related to the synthesis and modification of innovative in terms of controlled introduction of the active phase of catalytic systems and catalytic studies verifying the usefulness of obtained materials for NO and NH3 conversion processes. The environmental aspect of the studies carried out during the master's thesis is related to the extremely important role of the processes of selective catalytic reduction of nitrogen oxides with ammonia (NH3-SCR, DeNOx) and selective oxidation of ammonia to nitrogen (NH3-SCO, AMOx). The scope of work included- synthesis of MCM-41 material- modification of the resulting material with iron salts by the TIE method- TPR studies to analyse the reducibility of the active phase- BET tests to measure specific surface area, porosity and porous structure- XRD structural testing for material structure analysis and phase composition analysis- UV/VIS-DRS spectroscopic examination to analyse the degree of aggregation and the active form/phase Based on the research work carried out, the following conclusions are proposed:- It was shown that iron was introduced to the surface of mesoporous silica type MCM-41 by TIE method in highly dispersed form, with possible Fe2O3 crystallites having sizes below the detection level of XRD method. - All registered isotherms have a course characteristic for mesoporous materials, which proves correct preparation and obtaining expected catalysts with MCM-41 structure.- MCM-41 modified FeSO4 silica has a larger specific surface area than the other iron-assisted samples.In case of using FeCl2 as a precursor of iron, it was possible to introduce the largest amount of this metal to the surface of MCM-41.- Iron introduced into silica samples is mainly in the form of monomeric cations. Additionally, oligomeric iron oxide aggregates are also present with a smaller proportion. - In silica modified FeCl2 and FeSO4 iron was introduced at stage 2+ and at least part of the iron during the synthesis was oxidized from stage 2+ to 3+. In the case of samples modified with Fe(NO3)3 solutions, iron was introduced into silica media at oxidation step 3+.- In all samples it can be seen that nitric oxide is effectively reduced by ammonia to N2 in the relatively high temperature range. All catalysts are characterized by conversion of NO above 90% and selectivity to N2 in the range 96-100%. It was also noted that there is a full correlation between the reduction of the tested samples and their catalytic activity in the NH3-SCR process. The lower temperature of the main reduction maximum corresponds to the higher catalytic activity in the low-temperature NH3-SCR process. - In the higher temperature range, the NH3-SCR process is limited by the competitive oxidation of ammonia by oxygen present in the reaction mixture. Also in this case, the catalyst activity in this secondary reaction depends on the redox properties of the iron forms present in the catalysts.