Влияние состава реакционной среды на структуру и сорбционные свойства мезопористых кремнеземов
Аннотация
Упорядоченные мезопористые кремнезёмы могут быть использованы как эффективные адсорбенты для выделения и очистки веществ различной полярности. Ранее было показано, что такие материалы являются перспективными для выделения и концентрирования полифенольных веществ. Однако систематическое рассмотрение влияния условий синтеза на сорбционные свойства кремнеземов не проводилось. В связи с этим целью настоящей работы явилось изучение влияния условий синтеза кремнеземов (аналогов МСМ-41, SBA-15) на их сорбцию полифенольных веществ.
Разработаны способы синтеза мезопористых кремнезёмов золь-гель методом при варьировании источника силиката, природы шаблона, температуры образования золя. Рассмотрена роль состава растворителя этанол-вода и добавок кверцетина на мицеллообразование темплатов, а также структуру и свойства упорядоченных кремнеземов, полученных при их гидротермальном темплатном золь-гель синтезе.
Методами низкотемпературной адсорбции/десорбции азота и ИК-спектроскопии изучено влияние добавок кверцетина на структуру и пористость синтетических аналогов SBA-15, МСМ-41 и МСМ-48. Отмечено существенное структурирующее и упорядочивающее действие молекул полифенольной добавки, в том числе на сорбционные свойства по отношению к флавоноидам. Показано, что увеличение температуры гидротермальной обработки способствует формированию матрицы кремнеземов с узким распределением пор по размеру, площадью поверхности выше 1500 м2/г и объемом пор более 1.0 см3/г. Более высокая степень упорядочения структуры с максимальной удельной площадью поверхности и объемом пор достигается при гидротермальном золь-гель синтезе аналогов МСМ-41 в присутствии полифенолов и этанола на стадии формирования золя.
Рассмотрена сорбция в статических условиях кверцетина, +(-)катехина и нарингина синтезированными материалами. Проведено сопоставление сорбционных свойств кремнезёмов с их структурой и природой сорбционных центров. Отмечено, что синтез упорядоченных материалов с использованием неионогенного шаблона не приводит к изменению сорбционной емкости при варьировании температуры формирования золя и источника оксида кремния. В этом случае отсутствуют изменения сорбционной емкости при изменении удельной площади поверхности кремнезема. Установлено, что на сорбционную емкость в большей степени влияют природа сорбционных центров и их гидратация.
Скачивания
Литература
Liu J., Wang J., Guo Y., Yang X. et al. Effective solid-phase extraction of chlorophenols with covalent organic framework material as adsorbent. J. Chromatogr. A. 2022; 1673: 463077-463087. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2022.463077
Ren X., Balavandy S.K., Li F., Bread-more M.C. et al. Miniaturized 3D printed solid-phase extraction cartridges with integrated porous frits. Anal. Chim. Acta. 2022; 1208: 339790-339800. https://doi.org/10.1016/j.aca.2022.339790
Albayati T.M., Jassam A.A.A. Synthesis and characterization of mesoporous materials as a carrier and release of prednisolone in drug de-livery system. J. Drug Deliv. Sci. Technol. 2019; 53: 101176-101181. https://doi.org/10.1016/j.jddst.2019.101176
Wang X., Li J., X. Yang, X.-M. Gao et al. A rapid and efficient extraction method based on industrial MCM-41-miniaturized ma-trix solid-phase dispersion extraction with response surface methodology for simultaneous quantification of six flavonoids in Pollen typhae by ultra-high-performance liquid chromatography. J. Sep. Sci. 2019; 42(14): 2426-2434. https://doi.org/10.1002/JSSC.201900227
Brezoiu A.M., Prundeanu M., Berger D., Deaconu M. et al. Properties of salvia offcinalis l. And thymus serpyllum l. extracts free and embedded into mesopores of silica and titania nanomaterials. Nanomaterials. 2020; 10(5): 2426-2434. https://doi.org/10.3390/nano10050820
Beck J.S., Vartuli J.C., Roth W.J., Leonowicz M.E. et al. A new family of mesoporous molecular sieves prepared with liquid crystal templates. J. Am. Chem. Soc. 1992; 114: 10834-10843. https://doi.org/10.1021/JA00053A020
Zhao D., Feng G., Huo Q., Melosh N. et al. Triblock copolymer syntheses of mesoporous silica with periodic 50 to 300 angstrom pores. Science. 1998; 279: 548-552. https://doi.org/10.1126/science.279.5350.548
Letaief N.A., Lucas-Girot A., Ou-dadesse H, Meleard P. et al. Effect of aging temperature on the structure, pore morphology and bioactivity of new sol-gel synthesized bioglass. J. Non. Cryst. Solids. 2014; 402: 194-199. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2014.06.005
Wang H., Rong X., Han L., Tang M. et al. Controlled synthesis of hexagonal mesostructure silica and macroporous ordered siliceous foams for VOCs adsorption. Royal Society of Chemistry. 2015; 5(8): 5695-5703. https://doi.org/10.1039/C4RA12553C
Mohamed Isa E.D., Mahmud I.S., Ah-mad H., Rahman M.B.A. Dependence of meso-porous silica properties on its template. Ceram. Int. 2019; 45(9): 12149-12153. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.03.118
Nassi M., Sarti E., Pasti L., Martucci A. et al. Removal of perfluorooctanoic acid from water by adsorption on high surface area meso-porous materials. J. Porous Mater. 2014; 21(4): 423-432. https://doi.org/10.1007/s10934-014-9788-5
Pirez C. Morin, J.C., Manayil J.C., Lee A.F. et al. Sol-gel synthesis of SBA-15: Impact of HCl on surface chemistry. Microporous Mes-oporous Mater. 2018; 271: 196-202. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2018.05.043
Ide M., El-Roz M., De Canck E., Vicen-te A. et al. Quantification of silanol sites for the most common mesoporous ordered silicas and organosilicas: Total versus accessible silanols. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013; 15(2): 642-650. https://doi.org/10.1039/c2cp42811c
Cao W., Ye L.H., Cao J., Xu J.J. et al. Quantitative analysis of flavanones from citrus fruits by using mesoporous molecular sieve-based miniaturized solid phase extraction cou-pled to ultrahigh-performance liquid chromatography and quadrupole time-of-flight mass spectrometry. J. Chromatogr. A. 2015; 1406: 68-77. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2015.06.035
Branton P.J., Hall P.G., Sing K.S.W. To probe the unique adsorption characteristics of M41S materials, adsorbates. Adsorption. 1994; 1: 77-81.
Thommes M., Kaneko K., Neimark A.V., Olivier J.P. et al. Physisorption of gases, with special reference to the evaluation of sur-face area and pore size distribution (IUPAC Technical Report). J. Pure Appl. Chem. 2015; 87(9-10): 1051-1069. https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117
Khludneva A.S., Karpov S.I. Structure and sorption properties of mesoporous silica synthesised using a varying temperature and silicon source. Sorbtsionnyye i khromatograficheskiye protsessy. 2021; 21(5): 669-680. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2021.21/3773
Hoffmann F., Cornelius M., Morell J., Froba M. Silica-based mesoporous organic-inorganic hybrid materials. Angew. Chemie. 2006; 45(20): 3216-3251. https://doi.org/10.1002/anie.200503075
Rehman A., Usman M, Bokhari T.H., Rahman H.M.A.U. et al. Effects of nonionic surfactant (TX-100) on solubilizing power of cationic surfactants (CTAB and CPC) for Direct Red 13. Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp. 2020; 586: 124241-124250. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.124241
Harichandran G., Divya P., Radha S., Yesuraj J. Facile and controllable CTAB-assisted sonochemical synthesis of one-dimensional MnWO4 nanorods for supercapaci-tor application. J. Mol. Struct. 2020; 1199: 126931-126940. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2019.126931
Wang W., Wu C., Sun R., Li D. et al. Simple and controllable preparation of SBA-15 microspheres by poly(vinyl alcohol)-assisted P123 templating system. Microporous Mesoporous Mater. 2020; 302: 120211-120220. https://doi.org/10.1016/J.MICROMESO.2020.110211
Liu S., Cool P., Collart O., Voort P.V.D. et al. The Influence of the Alcohol Concentra-tion on the Structural Ordering of Mesoporous Silica: Cosurfactant versus Cosolvent. J. Phys. Chem. B. 2003; 107(38): 10405-10411. https://doi.org/10.1021/jp034410w
Costa F.O., Misael C.G.A., Silva A.M., Sousa B.V. Textural analysis of SBA-15 molecular sieve using ethanol as co-solvent. Adsorption. 2015; 21(8): 671-676. https://doi.org/10.1007/s10450-015-9717-1
Almeida R.M., Marques A.C. Characterization of Sol-Gel Materials by Infrared Spectroscopy. In: Klein L., Aparicio M., Jiti-anu A. (eds) Handbook of Sol-Gel Science and Tech-nology. Springer, Cham, 2018: 1122-1134.
Lisichkin G.V., Fadeev A.Yu., Serdan A.A., Nesterenko P.N. et al. Khimiya privityh poverhnostnyh soedinenij. M. FIZMATLIT. 2002. 592 p.(In Russ.)
Roik N.V., Belyakova, L.A., Dziazko M.O., Oranska O.I. et al. Influence of azo dye additives on structural ordering of mesoporous silicas. Appl. Nanosci. Springer International Publishing, 2020; 10(8): 2547-2556. https://doi.org/10.1007/s13204-019-01013-5
