Bifunctional Fe-SBA-15-$SO_3H$ mesoporous materials with different Si/Fe molar ratios (3, 5, and 7) have been synthesized via a simple direct hydrothermal method and characterized by XRD, $N_2$-adsorption/desorption, TG/DTG and FT-IR techniques, and used as solid acid catalysts in the esterification of lactic acid with methanol. XRD and $N_2$ sorption characterizations show successful iron doping within the mesoporous channels of SBA-15-$SO_3H$. The FT-IR and TG/DTG characterizations also reveal the presence of iron. With the incorporation of Fe ions into the SBA-15-$SO_3H$, the acid sites substantially increased because of the self-separated acidity of the hydrolysis of $Fe^{3+}$ solutions. However, in the Si/Fe = 3 molar ratio, the catalytic conversion decreased which is caused by the reduced cooperation effect between the acid pairs due to the weakened hydrogen bonds and collapse of the pore structure. This further suggests that the mesoporous structure decreases with the decrease in Si/Fe ratio.
In this work, we prepared the Ni-loaded porous SBA-15 (SBA-15) by a depositionprecipitation (D-P) method, in order to enhance the hydrogen storage capacity. The structure and morphology of the Ni/SBA-15 were characterized by X-ray diffraction (XRD) and field emission transmission electron microscopy (FE-TEM). The results showed that, at the Ni loading used at the DP times in the range of 0-120 min, SBA-15 preserved the well-ordered hexagonal porous arrangement. The textural properties of the Ni/SBA-15 were analyzed using N2 adsorption isotherms at 77 K. Specific surface area and mesopore volume of the samples were determined from the Brunauer-Emmett-Teller (BET) equation and Barrett-Joiner-Halenda (BJH) method, respectively. The hydrogen storage capacity of the Ni/SBA-15 was evaluated at 298 K/10 MPa. The hydrogen storage capacity of the Ni/SBA-15 was increased in accordance with Ni content. Consequently, it was found that the presence of Ni on mesoporous SBA-15 created hydrogen-favorable sites which enhanced the hydrogen storage capacity by spillover effect.
This study evaluated the use of iron-impregnated SBA-15 (Fe/SBA-15) as a catalyst for the oxidative degradation of persistent phenol analogues, such as 2-chlorophenol (2-CP), 4-chlorophenol (4-CP), 2-nitrophenol (2-NP), 4-nitrophenol (4-NP) and 2,4,6-trichlorophenol (2,4,6-TCP) in water. The oxidation reactions were carried out with reaction time, concentration of the phenols, amount of the catalysts, reaction temperature, pH of the reaction mixture as the process variables with or without using hydrogen peroxide as the oxidizing agent. The conversion achieved with Fe/SBA-15 at 353 K for 2-CP, 4-CP, 2-NP, 4-NP, 2,4,6-TCP was 80.2, 71.2, 53.1, 62.8, 77.3% in 5h with a reactant to $H_2O_2$ mole ratio of 1:1, and 85.7, 65.8, 61.9, 63.7, 78.1% in the absence of $H_2O_2$, respectively. The reactions followed pseudo first order kinetics. The leachability study indicated that the catalyst released very little iron into water and therefore, the possibility of secondary pollution is negligible.
Mayani, Suranjana V.;Mayani, Vishal J.;Kim, Sang Wook
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.35
no.12
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pp.3535-3541
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2014
Bisphenol A is considered as pollutant, because it is toxic and hazardous to living organisms even at very low concentrations. Biological oxidation used for removing this organic from waste water is not suitable and consequently application of catalytic wet oxidation has been considered as one of the best options for treating bisphenol A. We have developed Fe/SBA-15, Ni/SBA-15 and Fe-Ni/SBA-15 as heterogeneous catalysts using the advanced impregnation method for oxidation of bisphenol A in water. The catalysts were characterized with physico-chemical characterization methods such as, powder X-ray diffraction (PXRD), FT-IR measurements, N2 adsorption-desorption isotherm, thermo-gravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES) analysis. This work illustrates activity of the catalysts for heterogeneous catalytic degradation reaction revealed with excellent conversion and recyclability. The degradation products identified were not persistent pollutants. GC-MS analysis identified the products: 2,4-hexadienedioic acid, 2,4-pentadienic acid and isopropanol or acetic acid. The leachability study indicated that the catalysts release very little metals to water. Therefore, the possibility of water contamination through metal leaching was almost negligible.
The biocatalytic capture of $CO_2$, and its precipitationas $CaCO_3$, over bovine carbonic anhydrase (BCA) immobilized on a pore-expanded SBA-15 support was investigated. SBA-15 was synthesized using TMB as a pore expander, and the resulting porous silica was characterized by XRD, BET, IR, and FE-SEM analysis. BCA was immobilized on SBA-15 through various approaches, including covalent attachment (BCA-CA), adsorption (BCA-ADS), and cross-linked enzyme aggregation (BCA-CLEA). The immobilization of BCA on SBA-15 was confirmed by the presence of zinc metal in the EDXS analysis. The effects of pH, temperature, storage stability, and reusability on the biocatalytic performance of BCA were characterized by examining para-nitrophenyl acetate (p-NPA) hydrolysis. The $K_{cat}/K_m$ values for p-NPA hydrolysis were 740.05, 660.62, and $680.11M^{-1}s^{-1}$, respectively, where as $K_{cat}/K_m$ for free BCA was $873.76M^{-1}s^{-1}$. The amount of $CaCO_3$ precipitate was measured quantitatively using anion-selective electrode and was found to be 12.41, 11.82, or 11.28 mg $CaCO_3$/mg for BCA-CLEA, BCA-ADS, or BCA-CA, respectively. The present results indicate that the immobilized BCA-CLEA, BCA-ADS, and BCA-CA are green materials, and are tunable, reusable, and promising biocatalysts for $CO_2$ sequestration.
Si/C/CNF composites as anode materials for lithium-ion batteries were examined to improve the capacity and cycle performance. Si/C/CNF composites were prepared by the fabrication process including the synthesis and magnesiothermic reduction of SBA-15 to obtain Si/MgO by ball milling and the carbonization of phenol resin with CNF and HCl etching. Prepared Si/C/CNF composites were then analysed by BET, XRD, FE-SEM and TGA. Among SBA-15 samples synthesized at reaction temperatures between 50 and $70^{\circ}C$, the SBA-15 at $60^{\circ}C$ showed the largest specific surface area. Also the electrochemical performances of Si/C/CNF composites as an anode electrode were investigated by constant current charge/discharge test, cyclic voltammetry and impedance tests in the electrolyte of LiPF6 dissolved in mixed organic solvents (EC : DMC : EMC = 1 : 1 : 1 vol%). The coin cell using Si/C/CNF composites (Si : CNF = 97 : 3 in weight) showed better capacity (1,947 mAh/g) than that of other composition coin cells. The capacity retention ratio decreased from 84% (Si : CNF = 97 : 3 in weight) to 77% (Si : CNF = 89 : 11 in weight). It was found that the Si/C/CNF composite electrode shows an improved cycling performance and electric conductivity.
Kim, Su-Jung;Jeon, Jong-Ki;Han, Jeongsik;Yim, Jin-Heong
Applied Chemistry for Engineering
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v.27
no.2
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pp.190-194
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2016
Tricyclopentadiene (TCPD) is one of the important precursors for making tetrahydrotricyclopentadiene, which is well known as a next-generation fuel with high energy density. In this study, TCPD was obtained by polymerization reaction of dicyclopentadiene (DCPD) using an ionic liquid (IL) supported mesoporous silica catalysts. ILs were supported to two kinds of mesoporous silica catalysts with different pore sizes such as MCM-41 and SBA-15. Four different ILs were supported to mesoporous silicas using anionic precursors such as CuCl or $FeCl_3$ and cationic precursors such as triethylamine hydrochloride or 1-butyl-3-methylimidazolium chloride. We proved that IL supported mesoporous silicas showed better catalytic performance than those of using non-supported prestine IL in the aspect of TCPD yield and DCPD conversion. Among four kinds of IL supported mesoporous silica catalysts, CuCl-based IL supported MCM-41 system showed the highest TCPD yield.
Kang, Taehong;Lee, Jiyeon;Kim, Jong Gyeong;Pak, Chanho
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.12
no.1
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pp.137-145
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2021
Among the non-precious metal catalysts, iron-nitrogen doped carbon (Fe-N/C) catalysts have been recognized as the most promising candidates for an alternative to Pt-based catalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) under alkaline and acidic conditions. In this study, the nano replication method using mesoporous silica, which features tunable primary particle sizes and shape, is employed to prepare the mesoporous Fe-N/C catalysts with different shapes. Platelet SBA-15, irregular KIT-6, and spherical silica particle (SSP) were selected as a template to generate three different kinds of shapes of the mesoporous Fe-N/C catalyst. Physicochemical properties of mesoporous Fe-N/C catalysts are characterized by using small-angle X-ray diffraction, nitrogen adsorption-desorption isotherms, and scanning electron microscopy images. According to the electrochemical evaluation, there is no morphological preference of mesoporous Fe-N/C catalysts toward the ORR activity with half-cell configuration under alkaline electrolyte. By implementing X-ray photoelectron spectroscopy analysis of Fe and N atoms in the mesoporous Fe-N/C catalysts, it is possible to verify that the activity towards ORR highly depends on the portions of "Fe-N" species in the catalysts regardless of the shape of catalysts. It was suggested that active site distribution in the Fe-N/C is one important factor towards ORR activity.
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