Heteroatom Sr doped MCM-41 molecular sieve for VOC adsorption: Study of the surface functionalization and adsorption performance

吸附 介孔材料 杂原子 微型多孔材料 分子筛 化学工程 表面改性 无机化学 氢键 热液循环 材料科学 化学 MCM-41 比表面积 有机化学 催化作用 分子 物理化学 戒指(化学) 工程类
作者
Jiaxiu Guo,Xiaoxiong Liu,Xinru Wen,Xinyue Su,Yinghao Chu,Juan Liang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:488: 150924-150924 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.150924
摘要

Volatile organic compounds (VOCs) are recognized as greater adverse effects on both environment and human health, and adsorption is a simple and effective method. Ordered mesoporous MCM-41 molecular sieve were functionalized with heteroatom Sr to change the pore size and surface property by one-step hydrothermal method and adsorption performance for toluene (C7H8) and formaldehyde (CH2O) were investigated. It is found that Sr doped MCM-41 achieves high static adsorption capacities of 534 mg/g for C7H8 and 388 mg/g for CH2O. The dynamic adsorption of C7H8 follows the Langmuir model over Sr doped and undoped MCM-41 under different process conditions, but the dynamic adsorption capacity is only 21 ∼ 99 mg/g. Sr doped MCM-41 maintains a typical pore structure of MCM-41, with some Sr entering the skeleton to form Sr-O-Si bonds. Sr-M−130 has 857 m2/g of SBET and 0.86 cm3/g of Vtotal, but high hydrothermal temperature (150 °C) causes the sintering of MCM-41 structure. Sr doping decreases surface acidity of MCM-41 and increases surface hydroxyl groups (Si-OH). The kinetic diameter and polarity of the adsorbate cause differences in adsorption performance of Sr doped or undoped MCM-41, meaning that the adsorption behavior of non-polar C7H8 mainly depends on surface area and micropore volume while that of polar CH2O is related to the number of ultra-micropore (<1 nm) and forms chemical adsorption of C = O with Si-OH by hydrogen bonds.
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