Modification of the MCM-22 zeolite with a combination of techniques using a hard template and the desilication process

W niniejszej pracy przeprowadzono syntezę, modyfikację oraz charakterystykę zeolitu MCM-22 w formie warstwowej (klasycznej) oraz sferycznej – struktura „dmuchawca”. Synteza zeolitów opierała się na zastosowaniu odpowiedniego templatu, który następnie kierował proces formowania struktury w odpowiednie formy: MCM-22 (forma klasyczna), MCM-22BP (forma sferyczna z użyciem templatu węglowego BP 2000). Otrzymane zeolity (o dwóch modułach Si/Al = 15 oraz 25) modyfikowano następnie poprzez desilikację z użyciem wodorotlenku sodu oraz mieszaniny wodorotlenku sodu z dodatkiem heksametyloiminy (HMI) w celu modyfikacji struktury porowatej. Selektywne usunięcie atomów krzemu w procesie desilikacji, ma na celu rozwinięcie powierzchni właściwej i objętości mezoporów otrzymanych materiałów oraz zwiększenie dostępności powierzchniowych centrów kwasowych. Przeprowadzone badania i techniki charakterystyki wykazały, że desilikacja wpływa w znacznym stopniu na strukturę zeolitu – zdjęcia wykonane przy użyciu techniki SEM wykazały znaczną różnicę w morfologii modyfikowanych materiałów. Po procesie desilikacji zaobserwowano luźniejsze upakowanie warstw w strukturze niż w przypadku wyjściowych materiałów. Niskotemperaturowa sorpcja azotu wykazała, że działanie wodorotlenkiem sodu powodowało znaczny spadek objętości mikroporów przy jednoczesnym rozwinięciu objętości mezoporów, natomiast dodatek heksametyloiminy powodował jedynie wzrost objętości mezoporowatości. Technika ICP-OES wykazała spadek wartości modułu Si/Al w wyniku procesu desilikacji, przy czym działanie wodorotlenkiem sodu miało silniejsze działanie niż mieszanina wodorotlenku sodu z heksametyloiminą.

In this work, the synthesis, modification and characterization of the MCM-22 zeolite in the layered (classic) and spherical form - the "dandelion" structure were carried out. The synthesis of zeolites was based on the use of an appropriate template, which then directed the structure formation process into the appropriate forms: MCM-22 (classic form), MCM-22BP (spherical form using the BP 2000 carbon template). The obtained zeolites (with two Si/Al modules = 15 and 25) were modified by desilication with sodium hydroxide and a mixture of sodium hydroxide with the addition of hexamethylimine (HMI) in order to modify the porous structure. Selective removal of silicon atoms in the desilication process is aimed at developing the specific surface area and volume of mesopores of the obtained materials and increasing the availability of surface acid centers. The conducted research and characterization techniques showed that desilication had a significant effect on the zeolite structure - photos taken with the SEM technique showed a significant difference in the morphology of the modified materials. After the desilication process, less crowded packing of the layers in the structure was observed than in the case of the starting materials. Low-temperature nitrogen sorption showed that the treatment with sodium hydroxide caused a significant decrease in the volume of micropores while expanding the volume of mesopores, while the addition of hexamethylimine caused only an increase in the volume of mesoporosity. The ICP-OES technique showed a decrease in the value of the Si/Al modulus as a result of the desilication process, with the sodium hydroxide treatment having a stronger effect than the sodium hydroxide-hexamethylimine mixture.