Mesostructured silicate-based materials

Betere controle bij productie mesoporeuze materialen

Geordende mesoporeuze materialen (OMMs) zijn intensief bestudeerd in de afgelopen decennia vanwege hun interessante eigenschappen zoals hoge specifieke oppervlakken en porie volumes, regelmatige gerangschikte poriën en smalle poriegrootte verdelingen. Dat lijken eigenschappen voor een goede katalysator, maar de katalytische eigenschappen zijn beperkt door de amorfe structuur die een slechte hydrothermische stabiliteit en lage zuursterkte van de zure sites tot gevolg hebben.

De focus van dit proefschrift ligt in het ontwikkelen van betere methoden om de organische templates te verwijderen die worden gebruikt bij de productie van OMM’s en op die manier OMM’s te kunnen synthetiseren met verbeterde eigenschappen.

Er is begonnen met een systematische onderzoek naar een tweestaps detemplatie methode voor SBA-15. Dit werd vervolgd met een onderzoek naar het verwijderen van de template van SBA-15 met behulp van Fenton oxidatie.

De Fenton geoxideerde SBA-15 mesofase toonde hogere inname van geneesmiddel in vergelijking met conventionele behandelde SBA-15, wat door een hoge gehydroxyleerde oppervlak en een beter porievolume en porieoppervlakte kwam. Een opvolgende systematische onderzoek toont aan dat om de oppervlakte-actieve stof in SBA-15 mesofasen te verwijderen met behoud van structuur en maximale porievolume,  specifieke oppervlakte en verbonden poriën, moet het gedetemplateerde materiaal uitgewisseld en gedroogd worden in een oplosmiddel met een lage oppervlaktespanning, zoals n-BuOH. Een secundaire hydrothermische behandeling kan ook worden toegepast om verbeterde stabiliteit te geven aan SBA-15, na de detemplatie methode.

In dit proefschrift is ook een ander systeem onderzocht, namelijk colloïdaal mesoporeuze silica nanodeeltjes (MSN). Gevonden werd dat de hoeveelheid template die wordt weggebrand door middel van calcinatie een significant effect heeft op de resulterende textuur eigenschappen. Deze ontwikkelde methode leverde een simpele manier op om de template te verwijderen in MSN’s.

Uiteindelijk werd Fenton gebaseerde detemplatie toegepast op MSN’s wat resulteerde in materialen met een hogere specifieke oppervlaktes in vergelijking met verwijdering door calcinatie en met een zeer gehydroxyleerd oppervlak. 

Zheng Zhang verrichtte haar promotieonderzoek binnen de afdeling Chemische Technologie van het Instituut voor Technology, Engineering en Management van de Faculteit Wiskunde en Natuurwetenschappen, Rijksuniversiteit Groningen. Het onderzoek is gefinancierd uit een Vidi-subsidie van onderzoekfinancier NWO, toegekend aan co-promotor dr. Ignacio Melian Cabrera. Zhang werkt inmiddels als postdoc onderzoeker aan de RUG.