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E-Book

Pseudomorphe Synthese und isomorphe Substitution von mesoporösen MCM-41-Materialien

AutorJulia Patzsch
VerlagBachelor + Master Publishing
Erscheinungsjahr2011
Seitenanzahl65 Seiten
ISBN9783863415204
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis19,99 EUR
Die am Anfang der 90er Jahre entdeckten mesoporösen MCM-41-Materialien werden bis zum heutigen Tage stetig untersucht und weiterentwickelt. Wegen ihrer hohen spezifischen Oberfläche, der einheitlichen hochgeordneten hexagonalen Porenstruktur und der gut erreichbaren inneren Oberfläche sind sie für Anwendungen in der Adsorption und heterogenen Katalyse interessant. Die vorliegendene Masterarbeit untersucht die pseudomorphe Transformation von kommerziell verfügbarem LiChrospher 60 (Merck) mit einem Kugeldurchmesser von 15 Mikrometer in ein MCM-41-Material. Zudem wurde der Versuch unternommen, während der Transformation Aluminium, Chrom, Molybdän, Titan, Vanadium und Wolfram als Fremdatome in die Silikatstruktur einzubauen. Es konnte festgestellt werden, dass die neuen Transformationsmaterialien gegenüber denen der klassischen Synthese deutlich verbesserte Eigenschaften besitzen.

Julia Patzsch, geboren 1986 in Leipzig, schloss bereits mit 17 Jahren ihre Schulausbildung mit dem Abitur ab. Im Anschluss begann sie mit dem Studium der Chemie, welches sie fünf Jahre später mit dem akademischen Grad des Master of Science beendete. Berei

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Leseprobe
Kapitel 2.3.2, Anwendung: Eine mögliche Hauptanwendung von MCM-41-Materialien stellt der Einsatz in der HPLC (High Performance Liquid Chromatography) als stationäre Phase aufgrund ihrer texturellen Eigenschaften dar. Die hohe spezifische Oberfläche führt zu hohen Retensionszeiten, während das geordnete Porensystem durch die höhere und homogenere molekulare Diffusion die Effizienz für hohe Flussraten verbessert. Dies eröffnet die Möglichkeit der schnelleren Komponententrennung ohne signifikanten Effizienzverlust. Bereits 2000 zeigten Thoelen et al. mit sphärischem MCM-41-Material dessen möglichen Einsatz in der Racematauftrennung aufgrund der hohen Auflösung und guten Effizienz bei geringem Eingangsdruck. Sie hatten sie auf der Basis des Stöberprozesses synthetisiert und anschließend die Oberfläche mit (R)-Naphthylethylamin modifiziert. Auf der Grundlage ihrer Entdeckung von vorgeformten, kommerziell erhältlichen Silikatsphären als Silikatquelle für die MCM-41-Synthese und den daraus resultierenden, verbesserten Produkteigenschaften, konnte die Gruppe um Martin zeigen, dass diese vergleichbare Trennergebnisse liefern wie kommerziell erhältliche Trennsäulen. Dazu funktionalisierten sie die aus der Synthese erhaltenen Sphären nach bekannten Verfahren mit Octylketten. Aus der ermittelten Retentionszeit und Peakbreite schlossen sie auf Eignung als HPLC-Material. Ein weiterer Anwendungsbereich ergibt sich aus der isomorphen Substitution durch Fremdatome. Von solchen spricht man, wenn es sich nicht um Silizium oder Sauerstoff handelt. Im Bereich der nicht sphärischen MCM-41 konnten bereits eine Vielzahl von Fremdatomen in die Struktur eingebaut werden. MCM-41 selbst weist keine oder kaum aktive Zentren auf und lässt sich somit je nach Art des Fremdatoms mit sauren oder redoxaktiven Zentren modifizieren. Daraus ergeben sich eine Vielzahl von möglichen katalytischen Anwendungen (siehe Tab. 1). Je nach eingesetztem Metall unterscheidet sich das Funktionsprinzip der Katalysatoren. Elemente der Hauptgruppen besitzen hauptsächlich sauer bzw. basisch aktive Zentren, deren katalytische Wirkung auf den Elektronenpaardonor- oder Elektronenpaarakzeptoreigenschaften beruht. Sie werden durch das klassische Säure-Base-Konzept beschrieben und daher auch als Lewis- oder Brønsted-azide Zentren bezeichnet. Die Übergangsmetalle wirken im Gegensatz dazu in Katalysatoren hauptsächlich redoxaktiv. Durch die Änderung ihrer Oxidationszahl ermöglichen sie Einzelelektronenübergänge und somit die Ausbildung von Substrat-Katalysator- bzw. Produkt-Katalysator-Komplexen.
Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Pseudomorphe Synthese und isomorphe Substitution von mesoporösen MCM-41-Materialen1
Inhaltsangabe3
Danksagung4
Inhaltsverzeichnis5
Abkürzungsverzeichnis7
1 Einführung und Aufgabenstellung9
2 Theoretische Grundlagen11
2.1 Mesoporöse Silikatmaterialien11
2.2 Materialien der M41S-Familie12
2.2.1 Synthese13
2.2.2 Bildungsmechanismus14
2.3 Sphärische MCM-41-Materialien16
2.3.1 Synthese16
2.3.2 Anwendung18
2.4 Charakterisierung20
2.4.1 Textur20
2.4.2 AI-MAS-NMR23
2.4.3 Röntgenpulverdiffraktometrie23
2.4.4 Elektronenstrahlmikrosonde24
2.4.5 Temperaturprogrammierte Desorption25
3 Experimenteller Teil26
3.1 Eingesetzte Chemikalien26
3.2 Transformationssynthese zur mechanistischen Aufklärung26
3.3 Transformationssynthese mit isomorpher Substitution von Fremdatomen27
3.4 Direktsynthese nach Selvaraj et al. und Goepel27
3.5 Charakterisierung28
3.5.1 Texturbestimmung28
3.5.2 Röntgenpulverdiffraktometrie29
3.5.3 AI-MAS-NMR29
3.5.4 Elektronenstrahlmikrosondemessung29
3.5.5 Temperaturprogrammierte Desorption30
4 Ergebnisse und Auswertung31
4.1 Mechanistischer Ablauf der Transformation31
4.2 Isomorph substituierte MCM-41-Materialien38
4.3 Isomorphe Substitution durch Chrom, Mangan, Molybdän, Titan und Wolfram42
4.4 Isomorphe Substitution durch Vanadium44
4.5 Isomorphe Substitution durch Aluminium48
4.5.1 Strukturelle Charakterisierung48
4.5.2 Aluminiumgehalt und -koordination53
5 Zusammenfassung60
Literaturverzeichnis62

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