The role of EDTA in the iron deposition process of on the surface of mesoporous silicas MCM-41 and MCM-48 in terms of controlling its form and dispersion

Mezoporowate materiały krzemionkowe typu MCM-41 i MCM-48 ze względu na swoje liczne zalety, zwłaszcza bardzo dużą powierzchnię właściwą, często są wykorzystywane jako adsorbenty czy nośniki katalizatorów. Również krzemionki modyfikowane żelazem znajdują szerokie zastosowania środowiskowe. Praca ta ma na celu określenie wpływu działania EDTA na charakter i rozproszenie form żelaza wprowadzonego na powierzchnię tych krzemionek. W tym celu mezoporowate krzemionki MCM-41 i MCM-48 zostały zmodyfikowane żelazem za pomocą impregnacji pierwszej wilgotności, a następnie poddano je traktowaniu czynnikiem kompleksującym. Właściwości fizykochemiczne otrzymanych materiałów określono w oparciu o pomiary proszkowej dyfraktometrii rentgenowskiej (uporządkowanie porów), spektroskopii rozproszonego odbicia (forma i stopień zagregowania fazy aktywnej), sorpcji azotu oraz temperaturowo-programowanej redukcji (redukowalność fazy aktywnej oraz jej forma). Ustalono, że wprowadzone żelazo występuje głównie w formie rozproszonych kationów czy oligomerycznych klastrów FeOx, a tylko w niewielkiej ilości krystalitów Fe2O3 o małych rozmiarach. Wspomniane pomiary pozwoliły zauważyć, że działanie EDTA na funkcjonalizowane krzemionki powoduje usunięcie z nośnika rozproszonych form żelaza, jednak efekt ten jest bardzo subtelny. W pracy zbadano także jak temperatura kalcynacji wpływa na formę metalu wprowadzonego na powierzchnię materiału MCM-48. Pokazano, że krzemionka ta charakteryzuje się dość dobrą odpornością termiczną, a zdyspergowane formy żelaza w niewielkim stopniu ulegają spiekaniu do postaci krystalitów Fe2O3.

Mesoporous silica materials including type MCM-41 and MCM-48, are often used as adsorbents or as catalyst supports, thanks to exceptionally high surface area. Also iron modified silicas have numerous applications in the field of environmental processes. This thesis is aimed at assessing the effects of treating with EDTA on the characteristics and the dispersion of iron deposited on the surface of these silicas. For this purpose, mesoporous silica materials MCM-41 and MCM-48 were modified with iron using the method of incipient wetness impregnation, and then treated with the complexing agent. The physicochemical properties of obtained materials, were analysed using methods such as X-ray powdered diffraction (pore arrangement), diffuse reflectance spectroscopy (form and the degree of aggregation of active phase), nitrogen sorption together with temperature programmed reduction (active phase reducibility and its form). It has been determined that deposited iron was found mostly in the form of dispersed cations or oligomeric clusters FeOx, and only in modest amount of small Fe2O3 crystallites. Mentioned measurements allowed the observation that the effects of EDTA on the functionalized silicas causes the removal of dispersed forms of iron from catalyst support, but the observable effect is very subtle. For the thesis it was also examined, how calcination temperature affects on the form of the metal, that was incorporated to the surface of the MCM-48 material. It was shown that this type of silicas has reasonably good thermal stability, and the dispersed forms of iron sinter only in minimal quantities to form of Fe2O3 crystallites.