Activated carbon surface chemistry: Changes upon impregnation with Al(III), Fe(III) and Zn(II)-metal oxide catalyst precursors from NO3- aqueous solutions

Abstract

Debido a su relevancia en la catálisis heterogénea, los cambios producidos en la química del carbón activado (CA) al impregnarlo con los iones Al3+, Fe3+ y Zn2+ procedentes de una solución acuosa de NO3+. solución acuosa de sales de NO3 a pH 2,91 para Al3+, 1,54 para Fe3+ y 5,16 para Zn2+ en dos etapas sucesivas de remojo y secado en horno. y secado en horno. Las muestras (A120, F120 y Z120) se analizaron en términos de composición elemental y mediante análisis de rayos X por dispersión de energía (EDX), espectroscopia FT-IR espectroscopia, espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) y medición del pH del punto de carga cero (pHpzc). El rendimiento del proceso fue de 102 wt % para A120, 114 wt % para F120 y 103 wt % para Z120. Las estructuras de tipo cromeno, pirona y éter predominan con mucho en el CA. La hidrólisis de los iones metálicos influye notablemente en el pH de la solución de impregnación y, por tanto, en la oxidación de los grupos funcionales superficiales del CA por el O2 y el NO3 disueltos en dicha solución. El grado de AC es mayor con la solución de Fe3+ que con las soluciones de Al3+ y Zn2+. Grupos carboxílicos carboxílicos para F120 y grupos hidroxilos fenólicos para Z120 y especialmente para A120. a partir de estructuras reductoras de CA. El contenido en nitrógeno es mayor en Z120 > A120 >F120 > AC. El pHpzc es de 10,50 para AC, 5,20 para A120, 4,00 para F120 y 6,30 para Z120.

Because of the relevance in heterogeneous catalysis, the changes produced in the surface chemistry of activated carbon (AC) upon impregnation with the Al3+, Fe3+ and Zn2+ ions from aqueous solution of NO3 salts at pH 2.91 for Al3+, 1.54 for Fe3+ and 5.16 for Zn2+ in two successive soaking and oven-drying steps are studied. The samples (A120, F120 and Z120) were analyzed in terms of elemental composition and by energy dispersive X-ray analysis (EDX), FT-IR spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and measurement of pH of the point of zero charge (pHpzc). The process yield was 102 wt % for A120, 114 wt % for F120, and 103 wt % for Z120. Chromene, pyrone and ether type structures are by far predominant in AC. The hydrolysis of metal ions markedly influences the pH of the impregnation solution and thereby the oxidation of surface functional groups of AC by O2 and NO3 dissolved in such a solution. The degree of AC oxidation is larger with the Fe3+ solution than with the Al3+ and Zn2+ solutions. Carboxylic acid groups for F120 and phenolic hydroxyl groups for Z120 and especially for A120 are formed from reducing structures of AC. The nitrogen content is higher by Z120 > A120 >F120 > AC. pHpzc is 10.50 for AC, 5.20 for A120, 4.00 for F120 and 6.30 for Z120.