Përdorimi: në teknologjinë e kontrollit dhe matjes për të studiuar vetitë e filtrimit dhe hidraulike të materialeve të filtrit, në veçanti për të përcaktuar shpërndarjen e madhësisë së poreve. Thelbi i shpikjes: shpejtësia dhe koha e rrjedhjes së lirë të një mase të caktuar gazi të vendosur në një dhomë të mbyllur nën presion të tepërt matet përmes mostrave të thata dhe të ngopura me lëng në të njëjtën rënie presioni nëpër to. Shpërndarja e madhësisë së poreve llogaritet nga lidhja F i F = W ci T ci / W at i T at i ku F i është sipërfaqja totale e poreve të hapura në rënien e presionit të i-të në kampionin e njomur në lëng; F është sipërfaqja e përgjithshme e poreve të të gjitha madhësive në material; W ci, W at i - shpejtësia e gazit përmes mostrave të thata dhe të ngopura me lëng në rënien e presionit të i-të nëpër to, T ci, T në i - koha e rrjedhjes së një mase të caktuar gazi nëpër të thatë dhe të lëngshëm - mostrat e ngopura në rënien e i-të të presionit nëpër to.
Shpikja ka të bëjë me teknologjinë e kontrollit dhe matjes, përkatësisht, me fushën e studimit të vetive të filtrimit dhe hidraulike të materialeve të filtrit dhe mund të përdoret për të vlerësuar treguesit e cilësisë së tyre. Ekziston një metodë e njohur për përcaktimin e shpërndarjes së madhësisë së poreve, në zbatimin e së cilës përftohet një varësi integrale e ndryshimit në zonën e hapjes së poreve në një kampion të njomur në lëng nga rënia e presionit në të. Disavantazhi i kësaj metode është ndjeshmëria e ulët e kontrollit të rrjedhës së gazit, për faktin se zinxhiri i elementëve të lidhur në seri nuk është i kthyeshëm, gjë që zvogëlon saktësinë e përcaktimit të shpërndarjes së madhësisë së poreve. Më e afërta me zgjidhjen teknike të pretenduar është një metodë për përcaktimin e parametrave bazë të strukturës së trupave të depërtueshëm poroz, i cili konsiston në kalimin e gazit nën presion përmes mostrave të thata dhe të ngopura me lëng. Megjithatë, metoda e njohur ka disavantazhet që kur përpunohen matematikisht karakteristikat e rrjedhës së gazit kundrejt presionit, kryhet një diferencim grafik i varësive eksperimentale, gjë që ul ndjeshëm saktësinë e metodës dhe rrit kompleksitetin për shkak të sasisë së madhe të llogaritjeve. Qëllimi i metodës së propozuar është të rrisë saktësinë dhe të zvogëlojë kompleksitetin e përcaktimit të shpërndarjes së madhësisë së poreve. Ky qëllim arrihet duke matur shpejtësinë dhe kohën e rrjedhës së lirë të një mase të caktuar gazi të vendosur në një dhomë të mbyllur nën presion të tepërt përmes mostrave të thata dhe të ngopura me lëng në të njëjtën rënie presioni nëpër to, dhe shpërndarja e madhësisë së poreve llogaritet nga relacioni = , ku F i - sipërfaqja totale e poreve të hapura në rënien e presionit i-të në një kampion të njomur në lëng: F - sipërfaqja totale e poreve të të gjitha madhësive në material; W ci , W në shpejtësinë i - gazit përmes mostrave të thata dhe të ngopura me lëng në rënien e i-të të presionit mbi to; T ci, T në momentin e rrjedhjes së një mase të caktuar gazi përmes mostrave të thata dhe të ngopura me lëng në rënien e presionit të i-të mbi to. Një analizë krahasuese e zgjidhjes së propozuar me prototipin tregon se metoda e propozuar ndryshon nga ajo e njohura në atë që shpërndarja e madhësisë së poreve përcaktohet nga raporti i produkteve të shpejtësive dhe kohëve të lira të rrjedhës së një mase të caktuar gazi të vendosur në një të mbyllur. dhoma nën presion të tepërt përmes mostrave të thata dhe të ngopura me lëng me të njëjtin diferencë presioni nëpër to. Kështu, metoda e pretenduar plotëson kriterin e shpikjes së "risisë". Dihet një zgjidhje teknike në të cilën një gaz i mbyllur në një dhomë kalohet përmes mostrave referente dhe të kontrolluara të njomura në lëng. Sidoqoftë, sekuenca e veprimeve të përdorura në të nuk bën të mundur përcaktimin e shpërndarjes së madhësisë së poreve, e cila përcaktohet në zgjidhjen teknike të pretenduar. Kjo jep bazën për të arritur në përfundimin se zgjidhja e propozuar plotëson kriterin e "ndryshimeve të rëndësishme". Krahasimi i rrjedhës së një mase të caktuar gazi nën presion të tepërt në një dhomë të mbyllur përmes mostrave të thata dhe të ngopura me lëng, siguron, në të njëjtën rënie presioni nëpër to, mundësinë e përcaktimit të proporcionit të zonës së poreve të hapura në një kampion të ngopur me lëng. në lidhje me produktet e shpejtësive dhe kohëve të rrjedhjes së gazit nëpër këto mostra. Në përputhje me ligjin Boyle-Mariotte, për një masë të caktuar gazi, procesi i daljes së tij nga dhoma karakterizohet nga qëndrueshmëria e produktit të presionit dhe vëllimit të zënë. Prandaj, ndryshimi i presionit të gazit nga vlera e tij fillestare në vlerën e presionit të mbetur në dhomë karakterizon të njëjtën sasi gazi që kalon nëpër mostra të thata dhe të ngopura me lëng, me të njëjtën rënie presioni nëpër to në intervalin e specifikuar. Meqenëse rënia e presionit zvogëlohet, sipërfaqja e poreve të hapura në një kampion të njomur në lëng zvogëlohet, ndërsa në një kampion të thatë mbetet konstante, produkti i shpejtësisë dhe kohës së rrjedhës së vëllimeve specifike të barabarta të gazit do të jetë në përpjesëtim të zhdrejtë. me raportin e zonave të poreve të hapura të këtyre mostrave në të njëjtën vlerë të rënies së presionit nëpër to. Metoda e propozuar për përcaktimin e shpërndarjes së madhësisë së poreve zbatohet si më poshtë. Një presion i tepërt P krijohet në një dhomë të mbyllur, vlera e së cilës duhet të jetë e barabartë ose pak më e madhe se presioni i hapjes së madhësisë më të vogël të poreve, i përcaktuar nga varësia e mirënjohur Cantor për presionin kapilar ekuilibër. Në këtë rast, masa e dhënë e gazit do të zërë vëllimin U. Me hapjen e valvulës me veprim të shpejtë, sigurohet rrjedhja e lirë e gazit nëpër kampionin e njomur në lëng. Presioni në dhomë do të ndryshojë nga vlera e tij fillestare në një vlerë të mbetur, duke karakterizuar madhësinë e poreve maksimale. Për çdo vlerë fikse të presionit të daljes së gazit në intervalin e caktuar të rënies së tij, shpejtësia dhe koha e daljes maten duke përdorur metoda të njohura. Shpejtësia dhe koha e rrjedhjes së gazit përmes një kampioni të thatë maten me të njëjtat vlera fikse të presionit të gazit në intervalin e caktuar të rënies së tij. Sasia e gazit që kalon përmes një kampioni të njomur në lëng përcaktohet nga varësia U1 i = W në i T në i F i, ku W at i është shpejtësia e rrjedhës së gazit përmes mostrës së njomur në lëng në rënien e presionit të i-të. nëpër të; T ati është koha e rrjedhjes së një mase të caktuar gazi përmes një kampioni të njomur në lëng në rënien e i-të të presionit në të; F i është sipërfaqja totale e poreve të hapura në një kampion të njomur në lëng në rënien e presionit të i-të në të. Meqenëse U1 i =U2 i, dhe F = konst, ku U2 i është sasia e gazit që kalon nëpër një kampion të thatë në rënien e i-të të presionit në të; F është sipërfaqja totale e poreve të të gjitha madhësive në material, atëherë = .
Kerkese
METODA PËR PËRCAKTIMIN E SHPËRNDARJES SË MADHËSISË SË PORËS, e cila konsiston në kalimin e gazit nën presion përmes mostrave të thata dhe të ngopura me lëng të vendosura në një dhomë të mbyllur dhe llogaritjen e parametrit të dëshiruar, i karakterizuar në atë që në të njëjtën rënie presioni mbi mostrat, shpejtësia dhe koha e matet rrjedha e lirë e një mase të caktuar gazi dhe nga relacioni llogaritet shpërndarja e madhësisë së poreve
= ,
ku F i është sipërfaqja totale e poreve të hapura në rënien e i-të të presionit në kampionin e njomur në lëng;
F është sipërfaqja e përgjithshme e poreve të të gjitha madhësive në material;
W ci , W në shpejtësinë i - gazit përmes mostrave të thata dhe të ngopura me lëng në rënien e i-të të presionit mbi to;
T ci, T në momentin e rrjedhjes së një mase të caktuar gazi përmes mostrave të thata dhe të ngopura me lëng në rënien e presionit të i-të mbi to.
Karakteristikat e tilla mund të vlerësohen në disa mënyra nga izotermat e desorbimit. Brockhoff dhe Lineen ofrojnë një përmbledhje mjaft të detajuar të kësaj çështjeje. Përveç teknikës intensive të punës për matjen e saktë të izotermave të adsorbimit, shumica e metodave përfshijnë kryerjen e llogaritjeve të veçanta për një numër të madh intervalesh të izotermës në fjalë. Sidoqoftë, me një metodë të përmirësuar ndjeshëm të matjes dhe nxjerrjes së rezultateve të marra, aftësinë për të përpunuar të dhënat e marra dhe për të përpiluar programe për llogaritjen e madhësive të poreve në një kompjuter, një punë e tillë thjeshtohet shumë,
Aktualisht ekzistojnë dy lloje instrumentesh komerciale për të kryer këtë lloj matjeje. Njëri përdor një sistem vakum, ashtu si metoda origjinale
BET (Instrumenti Micromeritics) dhe në tjetrin një sistem rrjedhje gazi (instrumenti kuantakrom). Një izoterm me 10-15 pika ekuilibri mund të matet brenda disa orësh dhe vlerat specifike të sipërfaqes dhe shpërndarjet e madhësisë së poreve mund të merren mjaft shpejt.
Gjatë shekullit të kaluar, përafrime të ndryshme matematikore janë zhvilluar për të llogaritur shpërndarjen e madhësisë së poreve.
Shumica e metodave përfshijnë ndërtimin e një kurbë t*, pasi është e nevojshme të merret parasysh fakti që adsorbimi ndodh në një sipërfaqe relativisht të lëmuar në mungesë të poreve dhe filmi i adsorbimit rezulton të jetë i trashë disa shtresa molekulare përpara se presioni i avullit të arrijë vlerën. p/po = 1D që korrespondon me formimin e lëngut. Natyrisht, në një film kaq të trashë, të përbërë nga disa shtresa, vetitë e azotit nuk do të jenë të njëjta si për një lëng normal. Siç është përmendur tashmë, përcaktimi i madhësive të poreve kërkon jo vetëm përdorimin e ekuacionit të Kelvinit për të llogaritur madhësinë e poreve që janë të mbushura me azot të lëngshëm, i cili ka vetitë e një lëngu normal, por edhe njohuri për trashësinë e filmit adsorbues në sipërfaqja e brendshme e poreve që nuk janë ende të mbushura me azot.
Për të marrë të dhëna eksperimentale që marrin parasysh trashësinë e filmit, silici në studim nuk duhet të përmbajë mikropore. Harris dhe Singh studiuan një numër të mostrave të tilla silicë (me një sipërfaqe specifike më pak se 12 m2/g) dhe treguan mundësinë e tërheqjes së një izotermi të mesatares mbi mostrat që ata ekzaminuan në formën e një varësie të vjvm nga tubi. . Megjithatë, që atëherë, janë kryer studime të shumta mbi silicat përkatëse jo poroze për të përcaktuar me saktësi vlerat t. Bebris, Kiselev dhe Nikitin "përgatitën një silicë shumë homogjene me pore të gjerë, pa mikropore, duke trajtuar nxehtësinë e silicës së tymosur (aerosil) në avull uji në 750 ° C, duke marrë silicën e specifikuar me një sipërfaqe specifike prej rreth 70-80 m2 / g dhe poret me diametër rreth 400 A Vlerat e pranuara përgjithësisht të trashësisë së filmit t për vlera të ndryshme të p!po gjatë përdorimit të azotit bazohen në të dhënat nga Lippens, Linsen dhe de Boer dhe de Boer. , Linsen dhe Osinda.
Në tabelë 5.4 tregon vlerat tipike ^ në varësi të p/p0. Ekuacioni i mëposhtëm lejon llogaritjen e trashësisë së filmit duke përdorur shumicën e të dhënave të publikuara bazuar në vlerat mesatare t në presionet p/po mbi 0.3:
T_ 4,58 ~ Mg/V/>o)I/3
|
Tabela 5.4 Presioni i pjesshëm i azotit dhe trashësia e filmit të azotit të absorbuar në një sipërfaqe jo poroze në një temperaturë prej -195°C (sipas të dhënave) |
Siç përshkruhet nga Brockhoff dhe Linsen, shumë studiues kanë kontribuar në zhvillimin e metodave për llogaritjen e shpërndarjes së madhësisë së poreve nga izotermat e adsorbimit. Qasja origjinale dhe ekuacioni i përgjithshëm i zhvilluar nga Barrett, Joyner dhe Halenda u plotësuan nga Peirce dhe më vonë nga Cranston dhe Inkley. Zhvillimet e mëvonshme të këtij problemi janë përshkruar në detaje nga Greg dhe Singh.
Metoda Cranston dhe Inkley. Cranston dhe Inkley (39), duke përdorur trashësinë e njohur të filmit t të azotit të absorbuar në muret e brendshme të poreve së bashku me mbushjen e poreve me azot sipas mekanizmit të përshkruar nga ekuacioni Kelvin, zhvilluan një metodë për llogaritjen e vëllimit dhe madhësisë së poret nga degët desorbuese ose adsorbuese të izotermës. Llogaritja kryhet në seksionin e izotermës mbi p/po>0.3, ku tashmë ka një shtresë të përthithur të paktën monomolekulare azoti.
Metoda është një procedurë llogaritëse hap pas hapi, e cila, megjithëse e thjeshtë, parashikon llogaritje të tilla në çdo fazë të njëpasnjëshme. Izotermi i desorbimit përbëhet nga një seri pikash eksperimentale, secila prej të cilave përmban të dhëna për vëllimin e matur të gazit të përthithur në një presion të caktuar. Duke u nisur nga pika p/po = 1.0 me pore plotësisht të mbushura, presioni zvogëlohet hap pas hapi dhe në çdo fazë matet vëllimi i përthithur (kjo vlen për izotermën e desorbimit, por procedura e llogaritjes do të jetë e njëjtë kur merret parasysh izotermia e përthithjes) . Ndërsa presioni zvogëlohet nga vlera pi/p0 në Pr/Poi, dispozitat e mëposhtme janë të vërteta:
1. Një vëllim i azotit të lëngshëm AVuq avullohet nga poret, duke formuar kështu një gaz me një vëllim AVg, i cili zakonisht shprehet në centimetra kub në kushte normale për 1 g adsorbent.
2. Vëllimi AVnq i azotit të lëngshëm, i cili u hoq nga poret në rangun e madhësive të rrezes së tyre midis r i dhe r2, lë një shtresë azoti me trashësi t2 në muret e këtyre poreve.
3. Në poret e zbrazura në fazat e mëparshme, trashësia e shtresës së azotit në mure zvogëlohet nga t\ në t2.
Një lexues i panjohur me këtë çështje mund të përfitojë nga paraqitja skematike e procesit të paraqitur në Fig. 5.11. Figura tregon një seksion kryq të një kampioni me pore cilindrike të idealizuara që ndryshojnë në diametër. Mund të shihet se kur presioni në sistem zvogëlohet nga pі (pozicioni A) në p2 (pozicioni B), trashësia e filmit të azotit në muret e kapilarëve të zbrazur zvogëlohet nga tx në t2, sasia e azotit të lëngshëm zvogëlohet. si rezultat i desorbimit dhe në të njëjtën kohë rritet numri i poreve të zbrazëta.
Në pozicionin A (Fig. 5.11) ekziston një pore pjesërisht e mbushur me diametër 2r në të cilën azoti i lëngshëm është aktualisht në ekuilibër me avullin në presion px. Në mënyrë të ngjashme, në pozicionin B kemi një pore me diametër 2r2, e cila përmban azot të lëngshëm, i cili është në ekuilibër në presionin p2. Në këto pore, rrezja përcaktohet si fp = t + rk, ku rz është rrezja e llogaritur nga ekuacioni i Kelvinit në një presion të caktuar. Llogaritjet bazohen në ekuacionet e mëposhtme. Le të jetë L gjatësia e barabartë me gjatësinë totale të të gjitha poreve të zbrazura me rreze në rangun nga r në r2 dhe le të jetë r vlera mesatare e rrezes. Atëherë vëllimi i përgjithshëm i azotit të lëngshëm të avulluar Vuq në këtë fazë është i barabartë me
Vuq = 3,14 (rp - t2f L + (t2- tx) Z L
Ku A është sipërfaqja e filmit adsorbues që mbetet në poret e zbrazura të treguara.
Vëllimi mesatar i poreve me rreze g është
A V р = nfpL Duke eliminuar vlerën L, marrim
Meqenëse rv - t = ru, ku Γk gjendet nga ekuacioni i Kelvinit, atëherë
Vëllimi i gazit të çliruar, i matur në presionin p dhe temperaturën TC, korrespondon me vëllimin e lëngut
Vid = 2 377"_
|
Oriz. 5.11. Diagrami i një adsorbuesi imagjinar me një grup poresh cilindrike të paraqitur në seksion kur azoti absorbohet në dy presione dhe presioni pr - A pi. Të gjitha poret me një rreze më të vogël se n janë të mbushura me substancë të lëngshme të përthithur. Filmi i adsorbimit ka një trashësi tu dhe rreze Kelvin në pore, I mbushur nën ndikimin e tensionit sipërfaqësor, është i barabartë me g, . B - presioni Pr (P2 Ata që kanë lindur kur presioni ka rënë nga pt në pe (shih tekstin). |
Sipërfaqja A e sipërfaqes së brendshme të poreve në shqyrtim, duke supozuar se ato janë cilindrike, rezulton të jetë e barabartë me
A -2 (Vp/rr) ■ 104
Ku Vp shprehet në centimetra kub, dhe rrezja gr shprehet në angstromë.
Duke përdorur të dhënat e desorbimit, llogaritjet fillojnë me p/p0 afër 1.0, kur poret në thelb janë të mbushura me azot të lëngshëm. Cranston dhe Inkley përshkruan llogaritjet hap pas hapi të vëllimit të poreve dhe sipërfaqes së poreve të zbrazura. Sidoqoftë, detajet e një shqyrtimi të tillë do të jenë të dobishme.
Llogaritjet kryhen në çdo fazë me një presion fiks, duke filluar me poret e mbushura dhe një presion relativ p/po afër 1.0. Për secilën fazë llogariten vlerat e mëposhtme:
1. Mesatare? b. e dy rrezeve Kelvin Tk, dhe Tr në presionet përkatëse pі dhe p2, të shprehura në angstromë. Çdo vlerë llogaritet nga ekuacioni Kelvin
4,146 Gk~ lgPo//>
2. Trashësia e filmit 11 dhe t2 në presionet рх dhe р2, të shprehura në angstromë. Çdo trashësi t merret nga tabelat ose përcaktohet nga ekuacioni
T - 4,583/(lg Po/r)"/3
3. Rrezja mesatare e poreve gr në këtë interval:
Gr = 0,5 [g + g k, + t2)
4. Vlera e t=t\ - t2, e shprehur në angstrom.
5. Vëllimi i azotit të lëngshëm të desorbuar AVnq për njësinë e masës së adsorbentit, AVuq = 1,55-10-3 AVg, cm3/g, ku AVg është vëllimi i gazit të azotit të çliruar, i reduktuar në kushte normale, cm3.
6. Vëllimi i azotit të lëngshëm i humbur në këtë fazë për shkak të hollimit të shtresave në muret e poreve dhe i barabartë me (A0"(Z^)> ku 2 A është sipërfaqja e mureve të të gjitha poreve të zbrazura gjatë procesit të desorbimit në të gjitha fazat e mëparshme (ose AL për fazën e parë Vëllimi i treguar është i barabartë me (At) (£ A) 10~4 dhe ka dimensionin cm3, pasi At shprehet në angstrom, dhe
Në metra katrorë.
7. AA - 2(AVnq) Рр 104.
8. Vlera e £ A gjendet duke mbledhur të gjitha vlerat DA nga fazat e mëparshme.
Procesi i specifikuar i llogaritjes është i nevojshëm në çdo fazë të një metode të tillë hap pas hapi. Një seri llogaritjesh kryhen për secilën fazë me radhë ndërsa presionet ulen, dhe rezultatet janë tabeluar.
Vëllimi total i poreve Vc, duke filluar nga p/po = 0,3 dhe deri në vlerën më të madhe të p/po, është thjesht shuma e vlerave AViiq të marra në çdo fazë. Si rregull, vizatohet një varësi grafike e Vc nga log gr.
Sipërfaqja totale Ls është shuma totale e vlerave AL të marra në çdo fazë. Nëse nuk ka mikropore, atëherë Ac zakonisht arrin në vlera që arrijnë 85-100% të sipërfaqes së përcaktuar me metodën BET. Meqenëse kjo e fundit merret me matje në rajonin e vlerave më të ulëta të p/p o nga 0 në 0,3, një marrëveshje e tillë tregon mungesën e mikroporeve në mostër.
Cranston dhe Inkley arritën në përfundimin se për shumë xhel silicë këshillohet përdorimi i metodës së konsideruar në drejtim të kundërt, duke u nisur nga vlera p/p0 = 0,3 dhe duke kryer matje dhe llogaritje në fazat e mëvonshme me marrjen e izotermës së adsorbimit.
Hougen ofroi diskutime të mëtejshme të metodës Cranston dhe Inkley dhe ofroi disa nomograme të dobishme. Sidoqoftë, doli të mos ishte aq e lehtë përkthimi i sistemit të ekuacioneve në një metodë të llogaritjeve praktike, kjo është arsyeja pse llogaritja e fazave të diskutuara më sipër u tregua në mënyrë kaq të detajuar.
Shpërndarja e madhësisë së poreve mund të vlerësohet nga diagrami ^ sipas të dhënave nga Brockhoff dhe de Boer.
Mikroporet. Probleme të veçanta lindin gjatë matjes dhe karakterizimit të poreve jashtëzakonisht të vogla. Është e pamundur në këtë libër të jepet një pasqyrë e të gjithë literaturës së gjerë që është shfaqur gjatë dekadës së fundit, por do të bëhet një përpjekje për të përshkruar disa aspekte të këtij problemi, shoqëruar me shembuj.
Sipas Brunauer, përgjithësisht pranohet se "mekanizmi i përthithjes së molekulave në mikropore nuk është kuptuar mirë". Singh deklaroi në 1976 se "asnjë metodë e besueshme nuk është zhvilluar për përcaktimin e shpërndarjes së madhësisë së mikroporeve". Është e qartë, megjithatë, se adsorbimi në mikropore është thelbësisht i ndryshëm nga adsorbimi në sipërfaqen e mureve të poreve të gjera dhe në sipërfaqe të hapura, dhe se molekulat në pore të tilla të holla i nënshtrohen tërheqjes së lëndës së ngurtë përreth dhe janë në gjendje e kompresimit të fortë. Dubinin diskutoi teorinë e adsorbimit në kushte të tilla, e cila përfshin konceptin e "vëllimit mikropor", i cili përshkruan më saktë procesin sesa konceptin e sipërfaqes së poreve të tilla.
Sipas Okkers, sipërfaqja specifike në materialet mikroporoze nuk mund të përcaktohet nëse rrezja e mikropores është më e vogël se 12 A. Ky autor përdori termin "nënmikropore", që do të thotë me këtë koncept.
njësoj si studiues të tjerë, përfshirë Eylerin, i cili përdori termin "mikropor". Ockers përmblodhi aplikimin e mundshëm të një numri ekuacionesh që janë propozuar për madhësitë më të vogla të poreve.
Siç tregohet qartë nga Brockhoff dhe Linsen, mikroporet mund të zbulohen duke studiuar izotermat e adsorbimit të përshkruara si /-kurba. Nëse në grafik vija që përshkruan varësinë e Va në / devijon poshtë drejt boshtit /, atëherë ky është një tregues i pranisë së mikroporeve në mostër. Grafikë të ngjashëm të marrë nga Mikhail janë paraqitur në Fig. 5.12 për dy xhel silicë. Meqenëse vlerat e sipërfaqeve specifike të mostrave janë të afërta, linjat në diagramet /-kanë afërsisht të njëjtën pjerrësi. Për xhel silicë A, i cili është mikroporoz dhe i dendur, kurba /- fillon të devijojë poshtë drejt boshtit /- me një presion relativ p/po = 0,1. Për xhel silicë mezoporoz B, i cili ka një densitet të ulët, kurba /- devijon lart në afërsisht p/po = 0,5, d.m.th., kur poret e gjera fillojnë të mbushen. Në xhel të tillë, të cilët kanë pore me madhësi uniforme, është e lehtë të demonstrohet prania e mikroporeve. Megjithatë, për shumë
Në shumë xhel silicë, një pjesë e madhe e sipërfaqes i përket mezoporeve dhe vetëm një pjesë e vogël i përket mikroporeve. Në këtë rast, devijimi nga lineariteti në kurbën /- është i vështirë të përcaktohet. Mieville studioi materiale të ngurta me strukturë të përzier që kishin mezopore dhe mikropore. Ai aplikoi metodën /-diagram dhe tregoi se në një kampion të tillë me strukturë të përzier, 10% janë mikropore.
Duke përdorur diagramin as, Singh tregoi praninë e mezo-poreve nga devijimi nga lineariteti në lidhje me boshtin a në vlera më të larta si. Prania e mikroporeve vërtetohet nga devijimi i lakores drejt boshtit si në vlera më të ulëta cc. s. Ekstrapolimi i seksionit linear në boshtin x na lejon të përcaktojmë vëllimin e mikroporeve (Fig. 5.13). Autorët e punës kryen kërkime të mëtejshme në këtë drejtim me një grup të madh silicash dhe dhanë një shpjegim për devijimet bazuar në konceptet e mikroporeve dhe mezoporeve.
Ramsay dhe Avery morën të dhëna për përthithjen e azotit në silicat mikroporoze të dendura të kompresuara. Ata grafikuan të dhënat e tyre duke përdorur ekuacionin
Pluhuri pirogjen silicë me madhësi grimcash 3-4 nm u shtyp për të marrë vëllime pore prej 0,22-0,11 cm3/g (dendësia e paketimit të silicës ishte 67-80%), që korrespondonte me formimin e poreve me diametër 22-12 A. Në grafikët, të paraqitur në koordinatat e ekuacionit të specifikuar, është e dukshme një ulje e pjerrësisë së linjave për një seri mostrash, gjë që tregon ndryshimet që ndodhin në to në rajon nga mbushja e plotë e vëllimit të poreve në një shtresë të vetme. veshja (kur një shtresë e vetme e adsorbatit mbush poret më të holla). Në këtë punë, konstantja C në grafikun e paraqitur në koordinatat BET kishte një vlerë prej 73 për pluhurin origjinal, të pashtypur dhe u rrit nga 184 në më shumë se 1000 me kalimin e kohës. si u ul diametri i poreve nga 22 në 12 A.
Metoda “Model pore” (MP). Brunauer, Mikhail dhe Bodor zhvilluan një metodë për përcaktimin e shpërndarjes karakteristike të madhësisë së poreve, duke përfshirë edhe një pjesë të zonës së zënë nga mikroporet.
Duke përdorur metodën Cranston-Inkley, e cila përfshin gjithashtu kurbën / dhe ekuacionin Kelvin, lakoret që karakterizojnë strukturën poroze të kampionit mund të llogariten për poret me rreze nga 10 në 150 A. Megjithatë, rezultatet e marra varen nga supozimi i bërë në lidhje me formën cilindrike të poreve.Meqenëse në fakt poret nuk janë cilindrike, llogaritja e shpërndarjes së madhësisë së poreve nuk pasqyron gjendjen reale të punëve, veçanërisht në prani të poreve të vogla.
Në metodën e “poreve të modelit” prezantohet koncepti i rrezes hidraulike “rh”, i përcaktuar si rh = V/S, ku V është vëllimi i sistemit poroz dhe 5 ■ është sipërfaqja e mureve të poreve. Raporti vlen për poret e çdo forme. Vlerat V dhe S llogariten nga izotermat e adsorbimit ose desorbimit. Kur ndodh desorbimi dhe zbrazet një grup poresh, një shtresë e vetme molekulash azoti mbetet në muret e tyre në presion p. Hapësira boshe e poreve quhet "bërthamë". Kjo vlerë përfaqëson vëllimin e desorbuar ■ me uljen e presionit nga p0 në p.
Kjo metodë ndryshon nga metoda Cranston dhe Inkley në atë që përdor ekuacionin Kiselev në vend të ekuacionit Kelvin.
U ds = Ar da "
Ku y është tensioni sipërfaqësor; ds është sipërfaqja që zhduket me mbushjen e poreve; - ndryshimi i potencialit kimik, da - numri i molekulave të lëngshme të vendosura në pore. (Ekuacioni i Kelvinit është një rast i veçantë i ekuacionit të mësipërm Kiselev, nëse merren parasysh poret cilindrike.) Ndryshimi në potencialin kimik llogaritet me ekuacionin -Ар = = -RT In (р/р0). Integrimi jep
S = -\ - RT Në da
Ku ah është numri i molekulave të përthithura në fillim të lakut të histerezës dhe po aq është numri i molekulave të përthithura në ngopje.
Ekuacioni i fundit është i integruar grafikisht në faza:
1. Gjatë desorbimit të ai moleve të një lënde, presioni relativ p/po zvogëlohet nga 1,0 në 0,95.
2. Vëllimi që rezulton i të gjitha bërthamave do të jetë i barabartë me produktin e a\ dhe vëllimin molar të adsorbatit; për rastin e azotit është 34,6 a/cm3.
3. Sipërfaqja si e bërthamave të formuara përcaktohet nga ekuacioni
Integrimi kryhet në mënyrë grafike.
4. rh është rrezja hidraulike e barabartë me vëllimin rezultues të bërthamave (faza 2) e ndarë me sipërfaqen e bërthamave të tilla (faza 3).
Pastaj në fazën e nëntë, kur një nishan desorbohet, vërehet si më poshtë:
1. Ulja e presionit relativ p/po nga rp/po në pn-l/po-
2. Vëllimi që rezulton i bërthamave është 34,6 ap cm3. Megjithatë, kur substanca desorbohet, shtohet një vëllim
Adsorboni v„ nga muret e poreve të formuara në të mëparshmen
Fazat. Ky vëllim vn llogaritet në bazë të ndërtimit të kurbës /-, e cila bën të mundur përcaktimin e vlerës së At, d.m.th., zvogëlimin e trashësisë së filmit të lëngshëm në të gjithë sipërfaqen totale të bërthamave të formuara deri në këtë pikë. . Vëllimi është kështu i barabartë me produktin e At dhe sipërfaqen totale të bërthamave. Futja e një ndryshimi të tillë është një pikë kyçe në llogaritje.
3. Ndryshimi a„ - vn jep vlerën e vëllimit të bërthamave të sapoformuara në fazën e n-të.
4. Sipërfaqja e bërthamave të reja Sn përcaktohet nga integrimi grafik, si në fazat e mëparshme.
Shpjegimi i mësipërm është i mjaftueshëm për të treguar ndryshimin midis kësaj "metode të poreve të modelit të korrigjuar" dhe metodës Cranston-Inkley. Për një përshkrim më të detajuar të metodës dhe shembujve të llogaritjeve, duhet t'i referoheni burimit origjinal.
Në shumicën e rasteve, metoda "model pore" jep një vlerë më të vogël të rrezes së poreve në maksimum të kurbës së shpërndarjes sesa ajo e marrë me metodën Cranston dhe Inkley. Për shembull, për mostrat me rreze pore në intervalin 5-10 A kur përdoret izotermi i desorbimit sipas kësaj metode vlera e rrezes në maksimum të lakores së shpërndarjes është përftuar të jetë rreth 6 A, dhe duke përdorur metodën Cranston-Inkley 10 A. Hannah et al.
Për një gamë të gjerë gelesh të ndryshëm silicë, u arrit një marrëveshje e mirë në madhësitë e poreve duke përdorur azot ose oksigjen si një adsorbat në dy temperatura të ndryshme eksperimentale. Në disa raste të vërejtura në këtë punim, mostrat e silicës përmbanin mikro dhe mezopore.
Standard për përcaktimin e madhësive të poreve. Howard dhe Wilson
Ne përshkruam përdorimin e metodës "poret model" në një kampion silici mezoporoz Gasil(I), i përbërë nga sfera me një rreze mesatare prej 4,38 nm, të mbushura me një numër koordinimi prej 4. Silicë e tillë është një nga standardet
SCI/IUPAC/NPL për përcaktimin e sipërfaqes specifike dhe mund të përdoret gjithashtu si standard për përcaktimin e madhësive të poreve dhe për kalibrimin e pajisjeve që funksionojnë sipas parimit të metodës BET në të gjithë gamën e presionit.
Metoda MP u demonstrua nga Mikhail, Brunauer dhe Baudot. Ata treguan zbatueshmërinë e kësaj metode për studimin e mikroporeve dhe "metodën e poreve të korrigjuara të modelit" për studimin e poreve të mëdha. Kur kjo metodë zbatohet për xhel silicë, i cili ka mikro- dhe mezopore, metoda MP jep një vlerë të përgjithshme të sipërfaqes së poreve që është në përputhje me vlerën e gjetur nga metodat BET. Ky fakt tregon se, pavarësisht kundërshtimeve të ngritura kundër përdorimit të metodës BET për studimin e mostrave mikroporoze, kjo metodë mund të shpresojmë të sigurojë të dhëna të besueshme për sipërfaqe specifike edhe në këto raste.
Ekzaminimi i detajuar i strukturës së poreve të pesë xhel silicë nga Hagemassy dhe Brunauer mund të konsiderohet tipik i punës së këtij lloji në të cilën struktura e poreve është vlerësuar duke përdorur metodën MP. Ky artikull krahasoi ujin dhe avujt e azotit si adsorbate, dhe të dhënat e marra ishin në përputhje mjaft të mirë, duke dhënë diametra pore në maksimum të kurbave të shpërndarjes prej 4.1 dhe 4.6 A, respektivisht. Megjithatë, për adsorbentët që kanë sipërfaqe hidrofobike, duhet të përdoret azoti.
|
Supermikro - |
Baza për këtë klasifikim të propozuar është se supermikroporet dhe mezoporet, por jo mikroporet, mund t'i nënshtrohen studimit të detajuar.
U kritikua metoda e deputetit, pasuar nga një përgënjeshtrim i kritikave.
Ultramikroporet ose nënmikroporet. Poret e tilla kanë një rreze më të vogël se 3 A. Mekanizmi me të cilin mbushen këto pore ka mbetur tema kryesore e diskutimit. Natyrisht, nëse molekula më e vogël e njohur e gazit (helium) nuk është në gjendje të depërtojë në një pore, atëherë pori thjesht nuk ekziston, pasi kjo është konfirmuar
Një eksperiment. Kështu, kufiri i poshtëm i madhësive të poreve në të cilin mund të zbulohen këto pore varet nga madhësia e molekulës së adsorbatit të përdorur.
Çështja kryesore është të merret parasysh situata kur një molekulë hyn në një pore, diametri i të cilit është më pak se dyfishi i madhësisë së molekulës. Në këtë rast, ndërveprimi van der Waal është shumë i fortë dhe nxehtësia e përthithjes është dukshëm më e lartë se në një sipërfaqe të sheshtë. Prandaj, një situatë e tillë ndryshon nga ajo kur formimi i një polimolekulare të vetme? loja ose mbushja kapilar e poreve.
Sipas Dollimore dhe Heale, poret që janë ndoshta 7-10 A në diametër kur përcaktohen nga izotermat e përthithjes së azotit janë në fakt vetëm 4-5 A në diametër. Nënmikroporet në xhel silicë të përgatitur nga grimcat sol vetëm ~ 10 A rezultojnë të jenë kaq të vogla. se as molekulat e kriptonit nuk mund të hyjnë në to. Acidi monosilic është i njohur që polimerizohet me shpejtësi në vlera të ulëta të pH për të formuar grimca me përafërsisht të njëjtën madhësi. Dollimore dhe Hill përgatitën një xhel të tillë duke përdorur metodën e tharjes në ngrirje të një zgjidhjeje 1% të acidit monosilicik në një temperaturë nën 0°C. Meqenëse një sasi e madhe uji u hoq gjatë avullimit dhe ngrirjes, vlera e pH-së së sistemit gjatë procesit të xhelatimit ishte 1-2, pra pikërisht vlera kur vërehet rritja më e ngadaltë e grimcave. Silicë e tillë mund të quhet "poroze". , meqenëse molekulat e heliumit (dhe vetëm këto molekula) depërtuan në "pore" të tilla. Vini re se molekulat e heliumit depërtojnë gjithashtu në kuarcin e shkrirë, kështu që me qasjen e pranuar përgjithësisht, silicë e tillë konsiderohet jo poroze.
Nxehtësia izosterike e përthithjes. Nxehtësia e përthithjes në mikropore rezulton të jetë anormalisht e lartë. Singh dhe Ramakrishna zbuluan se përmes përzgjedhjes së kujdesshme të adsorbateve dhe përdorimit të metodës a5 të hetimit, ishte e mundur të dallohej midis adsorbimit kapilar dhe adsorbimit në vendet sipërfaqësore me energji të lartë. U tregua se në intervalin p/po prej 0,01-0,2, nxehtësia izosterike e përthithjes së azotit në xhel silicë që nuk përmban mezopore mbetet në thelb konstante në një nivel prej 2,0 kcal/mol. Në xhel silicë që përmban mezopore, vërehet një rënie e nxehtësisë nga 2,3 në 2,0 kcal/mol, dhe në xhel silicë mikroporoz, nxehtësia izosterike bie nga 2,7 në 2,0. Nxehtësia izosterike qst nën - lexohet nga izotermat e adsorbimit duke përdorur ekuacionin Clausius-Cliperon.
Mikroporoziteti thjesht mund të karakterizohet duke vizatuar varësinë e nxehtësisë izosterike nga p/p0, e marrë nga izotermat e përthithjes së azotit.
Janë kryer studime kalorimetrike të mikroporozitetit, në të cilat është matur nxehtësia e lëshuar gjatë adsorbimit të benzenit në xhel silicë. Ata konfirmuan se energjia e përthithjes ishte më e larta në mikropore dhe matën sipërfaqen që ishte ende e disponueshme për adsorbimin e molekulave të azotit në faza të ndryshme të adsorbimit të benzenit.
Dubischin karakterizoi mikroporozitetin duke përdorur ekuacionin
Ku a është sasia e substancës së përthithur; T - temperatura absolute; Wo është vëllimi maksimal i mikroporeve; v* është vëllimi molar i adsorbatit; B është një parametër që karakterizon madhësinë e mikroporeve.
Në rastin kur kampioni përmban pore të dy madhësive, atëherë a shprehet si shuma e dy termave të ngjashëm që ndryshojnë në vlerat e Wо dhe B.
Në temperaturë konstante ekuacioni merr formën
Aty ku C në O mund të llogaritet nga izotermat e adsorbimit dhe të konvertohet në vlerat Wо dhe B. Dubinin e përdori këtë metodë për të marrë karakteristikat e një kampioni silicagel që përmban mikropore me diametër në intervalin 20-40 A. Kjo metodë është ende duke u rafinuar .
Adsorbate që ndryshojnë në madhësi molekulare. Adsorbate të tilla mund të përdoren në kërkime duke ndërtuar /-kurba për të marrë shpërndarjen e madhësisë së mikroporeve. Mikhail dhe Shebl përdorën substanca të tilla si ujë, metanol, propanol, benzen, heksan dhe tetraklorur karboni. Ndryshimet në të dhënat e marra u shoqëruan me madhësinë e poreve të kampionit të silicës, si dhe shkallën e hidroksilimit të sipërfaqes së saj. Molekulat e shumicës së adsorbateve të listuara nuk janë të përshtatshme për matjen e sipërfaqeve të silicave që përmbajnë pore të imta.
Bartell dhe Bauer kishin kryer më parë studime me këto avuj në temperaturat 25, 40 dhe 45°C. Fu dhe Bartell, duke përdorur metodën e energjisë pa sipërfaqe, përcaktuan sipërfaqen duke përdorur avuj të ndryshëm si adsorbate. Ata zbuluan se vlerat e sipërfaqes në këtë rast ishin përgjithësisht në përputhje me vlerat e përcaktuara nga përthithja e azotit.
Uji mund të përdoret për të matur sipërfaqen e materialeve të ngurta që përmbajnë mikropore të një madhësie që e bën të vështirë për molekulat relativisht të mëdha të azotit depërtimin në to. Metoda MP, ose "metoda e poreve të korrigjuara të modelit", u përdor nga autorët e punës për të studiuar silikatin e kalciumit të hidratuar.
Një mënyrë tjetër për të përcaktuar karakteristikat mikroporoze është të merren matje në presione relative afër ngopjes. Ndryshimet në vëllimet e absorbimit tregojnë se ky vëllim dhe madhësi pore nuk lejon që molekulat e mëdha të përzgjedhura të adsorbatit të depërtojnë në to, ndërsa molekulat më të vogla të përdorura, si molekulat e ujit, tregojnë depërtim "të plotë" në këto pore, të përcaktuara nga vëllimi i përthithjes.
Kur mikroporet janë shumë të vogla për të hyrë në molekulat e metanolit ose benzenit, atëherë ato janë ende në gjendje të thithin ujin. Vysotsky dhe Polyakov përshkruan një lloj xheli silicë që përgatitej nga acidi silicik dhe dehidratohej në temperaturë të ulët.
Greg dhe Langford zhvilluan një qasje të re, të ashtuquajturën metodë para-adsorbimi, për të identifikuar mikroporet në qymyr në prani të mezoporeve. Fillimisht u përthith nonani, i cili depërtoi në mikropore në temperaturën 77 K, më pas u pompua në temperaturë të zakonshme, por mikroporet mbetën të mbushura. Pas kësaj, sipërfaqja e mostrës u mat duke përdorur metodën e azotit BET në mënyrën e zakonshme dhe rezultatet e këtij përcaktimi ishin në përputhje me sipërfaqen e matur gjeometrikisht që u gjet nga mikroskopi elektronik.Një metodë e ngjashme para-adsorbimi për studimin e mikroporeve sigurisht që mund të përdoret me silicën, por në këtë rast, ndoshta do të duhej të përdoret një adsorbat shumë më polar. për të bllokuar mikroporet, të tilla si dekanoli.
Shpërndarja e rrezeve X në kënde të vogla. Ritter dhe Erich përdorën këtë metodë dhe krahasuan rezultatet e marra me matjet e adsorbimit. Longman et al krahasuan metodën e shpërndarjes me metodën e indentacionit të merkurit. Edhe më herët, mundësitë e kësaj metode janë përshkruar nga Poraj-Kositz et al., Poroda dhe Imelik, Teichner dhe Carteret.
18 Urdhri nr 250
Metoda e shtypjes së merkurit. Merkuri nuk e lag sipërfaqen e silicës dhe kërkohet presion i lartë për të detyruar merkurin e lëngshëm në poret e vogla. Washburn nxori ekuacionin
Ku p është presioni i ekuilibrit; a - tensioni sipërfaqësor i merkurit (480 dynes/cm); 0 - këndi i kontaktit midis merkurit dhe murit të poreve (140°); gr - rrezja e poreve.
Nga ky ekuacion del se prodhimi pgr = 70,000 nëse p shprehet në atmosferë dhe grp në angstrom. Mërkuri mund të depërtojë në poret me një rreze prej 100 A në presione mbi 700 atm. Prandaj, duhet të aplikohen presione shumë të larta për të depërtuar merkurin në mikropore.
Një problem është se nëse xheli silicë nuk është shumë i fortë, struktura e kampionit shkatërrohet nga presioni i jashtëm i merkurit përpara se merkuri të mund të depërtojë në poret e imta. Është për këtë arsye që metoda e matjes së izotermave të përthithjes së azotit është e preferueshme për qëllime kërkimore. Megjithatë, për lëndët e forta si katalizatorët industrialë të silicës, porozometria e merkurit është shumë më e shpejtë, jo vetëm në drejtim të kryerjes së vetë eksperimentit, por edhe në përpunimin e të dhënave për të ndërtuar kurba të shpërndarjes së madhësisë së poreve.
Porozometrat komercialë të merkurit janë gjerësisht të disponueshëm dhe versionet e përmirësuara të kësaj metode janë përshkruar në punime. De Wit dhe Scholten krahasuan rezultatet e marra nga porozometria e merkurit me rezultatet e metodave të bazuara në adsorbimin e azotit. Ata arritën në përfundimin se metoda e futjes së merkurit nuk ka gjasa të përdoret për të studiuar poret, diametri i të cilave është më pak se 10 nm (d.m.th., një rreze më e vogël se 50 A). Në rastin e pluhurit Aerosil të shtypur, rrezja e poreve, e përcaktuar nga dhëmbëzimi i merkurit, në maksimum të kurbës së shpërndarjes rezultoi të jetë rreth 70 A, ndërsa metoda e adsorbimit të azotit dha vlerat 75 dhe 90 A gjatë llogaritjes. kurba e shpërndarjes me metoda të ndryshme. Mospërputhja mund të jetë për shkak të një menisku merkuri të lakuar me një rreze prej rreth 40 A, i cili ka një tension sipërfaqësor më të ulët (pothuajse 50%) sesa në rastin e kontaktit të merkurit me një sipërfaqe të sheshtë. Sipas Zweitering, ekziston një marrëveshje e shkëlqyer midis këtyre metodave kur diametri i poreve është rreth 30 nm. Frevel dhe Kressley paraqitën një përshkrim të detajuar të funksionimit të një porozometri komercial merkuri (ose penetrometër), futjen e korrigjimeve të nevojshme dhe metodën aktuale për llogaritjen e madhësive të poreve. Autorët dhanë edhe kurba porozometrike teorike për rastet e paketimeve të ndryshme të sferave me përmasa uniforme.
, mikroporet , monodispersi , morfologjia e nanostrukturave , nanopluder , nanoporet , nanostruktura , nanogrimca Përcaktimi i varësisë së numrit (vëllimit, masës) të grimcave ose poreve nga madhësia e tyre në materialin në studim dhe kurba (histogram) varet nga kjo. Përshkrim
Kurba e shpërndarjes së madhësisë pasqyron shpërndarjen e sistemit. Në rastin kur kurba duket si një majë e mprehtë me një bazë të ngushtë, d.m.th. grimcat ose poret kanë pothuajse të njëjtën madhësi, ato flasin për një sistem monodispers. Sistemet polidisperse karakterizohen nga kurba të shpërndarjes që kanë maja të gjera pa maksimum të përcaktuar qartë. Nëse ka dy ose më shumë maja të përcaktuara qartë, shpërndarja konsiderohet përkatësisht bimodale dhe polimodale.
.Duhet të theksohet se shpërndarja e llogaritur e madhësisë së grimcave (poreve) varet nga modeli i miratuar për interpretimin e rezultateve dhe metoda për përcaktimin e madhësisë së grimcave (poreve), prandaj kurbat e shpërndarjes janë ndërtuar sipas metodave të ndryshme për përcaktimin e grimcës (pore) madhësia, vëllimi i tyre, sipërfaqet specifike, etj. mund të ndryshojnë
.Metodat kryesore për studimin e shpërndarjes së madhësisë së grimcave janë përpunimi statistikor i të dhënave nga mikroskopi optik, elektronik dhe i forcës atomike dhe sedimentimi. Studimi i shpërndarjes së madhësisë së poreve zakonisht kryhet duke analizuar izotermat e adsorbimit duke përdorur modelin BJH. Autorët
Lidhjet- Manuali i Simboleve dhe Terminologjisë // Pure Appl. Kimik. - v.46, 1976 - f. 71
- Setterfield Ch. Kursi praktik i katalizës heterogjene - M.: Mir, 1984 - 520 f.
- Karnaukhov A.P. Adsorbimi. Tekstura e materialeve të shpërndara dhe poroze - Novosibirsk: Nauka, 1999. - 470 f.
Metodat për certifikimin dhe kontrollin e nanomaterialeve dhe diagnostikimin e vetive funksionale të tyre
Materiale poroze, duke përfshirë filtrat
Shihni edhe në fjalorë të tjerë:
cipë, udhë- Term membrane, track Term në anglisht track etched membrane Sinonime Shkurtesat Terma të lidhura dializë, membranë Përkufizimi Shtresa të holla kristalore, fletë metalike ose filma (zakonisht polimer, me trashësi 5–25 mikron), sistem ...
nanopluhur- Termi nanopuder Termi në anglisht nanopluder Sinonime Shkurtesat Termat e ndërlidhura sinteza hidrotermale, dispersitet, tranzicion sol-xhel, procesi sol-xhel, ngjeshja e nanopluhurave, kriopuder, kristalit, BET, metoda, metoda BJH,... ... Fjalor Enciklopedik i Nanoteknologjisë
izotermi i adsorbimit- Termi izotermi i adsorbimit Termi në anglisht izotermi i adsorbimit Sinonime Shkurtesat Termat e ndërlidhura adsorption, BET, metoda, metoda BJH, shpërndarja e madhësisë (poret, grimcat) Përkufizimi Varësia e sasisë së substancës së përthithur... ... Fjalor Enciklopedik i Nanoteknologjisë
monodisperse- Termi monodisperse Termi në anglisht monodisperse Sinonime Shkurtesat Termat e ndërlidhura nanopuder, shpërndarje madhësie (poret, grimcat) Përkufizim Një sistem quhet monodisperse nëse grimcat (poret) që përfshihen në përbërjen e tij kanë... ... Fjalor Enciklopedik i Nanoteknologjisë
mikroporet- Termi mikropore Termi në anglisht micropores Sinonime Shkurtesat Termat e ndërlidhura macropores, nanopores, material poroz, porometri, sorbent, sita molekulare, mikromorfologjia, shpërndarja e madhësisë (poret, grimcat), poroziteti, poret... ... Fjalor Enciklopedik i Nanoteknologjisë
makroporet- Termi makropore Termi në anglisht macropores Sinonimet Shkurtesat Termat e ndërlidhura mesopore, mikropore, nanopore, material poroz, porometri, mikromorfologji, shpërndarja e madhësisë (poret, grimcat), poroziteti, poret Përkufizimi Poret... ... Fjalor Enciklopedik i Nanoteknologjisë
mezoporet- Termi mezopore Term në anglisht Sinonime Shkurtesat Termat e ndërlidhura macropores, material mezoporoz, morfologjia e nanostrukturave, nanoporet, materiali poroz, porometria, sorbent, mikromorfologjia, shpërndarja e madhësisë (poret, grimcat),... ... Fjalor Enciklopedik i Nanoteknologjisë
nanoporet- Termi nanopore Termi në anglisht nanopore Sinonime Shkurtesat Termat e ndërlidhura makropore, mezopore, mikropore, morfologjia e nanostrukturave, nanoobjekt, material nanoporoz, material poroz, porozometria, shpërndarja e madhësisë (poret,... ... Fjalor Enciklopedik i Nanoteknologjisë
temperatura kritike e micelës- Termi temperaturë kritike e formimit të micelës Term në anglisht Temperatura e kraftit Sinonime Temperatura e kraftit Shkurtesat Terma të lidhura amfifil, surfaktant amfoterik, ndërveprim hidrofobik, kimi koloidale, koloidale... ... Fjalor Enciklopedik i Nanoteknologjisë
shpërhapja e neutroneve me kënd të vogël- Termi shpërndarja e neutronit me kënd të vogël Termi në anglisht Shpërndarja e neutronit me kënd të vogël Sinonime Shkurtesat MNR, SANS Terma të lidhura shpërndarja e madhësisë (poret, grimcat) Përkufizimi shpërndarje elastike e një rreze neutron mbi johomogjenitetet... Fjalor Enciklopedik i Nanoteknologjisë
morfologjia e nanostrukturave- Termi morfologjia e nanostrukturave Termi në anglisht morfologjia e nanostrukturave Sinonime Shkurtesat Termat e ndërlidhura agregat, sintezë hidrotermale, mezopore, morfologji, nanohisker, nanofibër, nanokapsula, nanoencapsulim, bulbous... ... Fjalor Enciklopedik i Nanoteknologjisë
nanostrukturë- Termi nanostrukturë Term në anglisht nanostrukturë Sinonime Shkurtesat Terma të ndërlidhura nanomateriale biomimetike, kapsidë, ndarje mikrofaze, nanogrimca shumëfunksionale në mjekësi, nanoionikë, eksfolim, shpërndarje mbi... ... Fjalor Enciklopedik i Nanoteknologjisë
nanogrimca- Termi nanoparticle Termi në anglisht nanoparticle Sinonime Shkurtesat Termat e ndërlidhura "materiale të zgjuara", veshje biokompatibile, sintezë hidrotermale, shtresa elektrike e dyfishtë, aliazhe ngurtësuese në dispersion, kapsid, grumbull... Fjalor Enciklopedik i Nanoteknologjisë
Materiale shumë të shpërndara, shumë poroze dhe materiale të tjera tradicionale, duke përfshirë fragmente nën mikron- Nënseksionet Sorbentë të bazuar në sisteme koloidale Materiale karboniNapolimere të strukturuara, fibra dhe kompozita të bazuara në to Materiale poroze, duke përfshirë filtratArtikujt fibra kompozite "të zgjuara", dializa e desorbimit të karbonit koloid... Fjalor Enciklopedik i Nanoteknologjisë
Metodat për diagnostikimin dhe kërkimin e nanostrukturave dhe nanomaterialeve- Nënseksionet Metodat e sondës së mikroskopisë dhe spektroskopisë: forca atomike, tunelizimi i skanimit, forca magnetike, etj. Mikroskopi elektronik skanues Mikroskopi elektronik transmetues, duke përfshirë rezolucion të lartë lumineshent... ... Fjalor Enciklopedik i Nanoteknologjisë
Adsorbentët e përdorur:
1) Azoti (99,9999%) në temperaturën e azotit të lëngshëm (77,4 K)
2) Nëse klienti siguron reagentë, është e mundur të kryhen matje duke përdorur të ndryshme, përfshirë. adsorbentë të lëngshëm: ujë, benzen, heksan, SF 6, metan, etan, etilen, propan, propilen, n-butan, pentan, NH 3, N 2 O, He, Ne, Ar, Xe, Kr, CO, CO 2 ( pas marrëveshjes me specialistë të KR).
Gama e punës e presionit absolut - 3.8 10 -9 - 950 mm Hg. Art.
Gabim i matjes instrumentale - 0,12-0,15%
Është e mundur të matet shpejtësia e përthithjes në presione relative të specifikuara. Është gjithashtu e mundur të matet nxehtësia izosterike e përthithjes (nëse përdoruesi siguron gazra të lëngshëm të ndryshëm në temperaturë nga azoti i lëngshëm për një banjë me temperaturë të ulët).
Karakteristikat e nevojshme:
1) është e dëshirueshme të keni informacion për mungesën / praninë e porozitetit në mostër; nëse është e pranishme, natyra e porozitetit (mikro dhe mezo-), renditja e madhësisë së sipërfaqes specifike
2) qëllimi i studimit: Sipërfaqja BET, shpërndarja e madhësisë së poreve dhe vëllimi i poreve (laku i histerezës izotermike dhe/ose rajoni me presion të ulët) ose izotermi i plotë i adsorbimit
3) temperatura maksimale e lejuar e degazimit të mostrës në vakum (50-450°C me rritje 1°C, e rekomanduar për materialet okside 150°C, për materialet mikroporoze dhe zeolitet 300°C).
Shembuj të kërkesave dhe shënimeve:
1) Matjet e izotermës së adsorbimit kryhen vetëm për mostrat e shpërndara (pluhur).
2) Sasia minimale e kërkuar e një kampioni të panjohur është 1 g (nëse sipërfaqja specifike e kampionit është më shumë se 150 m 2 / g, atëherë sasia minimale është 0,5 g, nëse sipërfaqja specifike tejkalon 300 m 2 /g, atëherë sasia minimale është 0,1 g). Sasia maksimale e kampionit është 3-7 g (në varësi të densitetit të masës së materialit).
3) Përpara matjes, mostrat duhet të degazohen në vakum kur nxehen. Mostra duhet fillimisht të thahet në furrë; gjatë degazimit nuk duhet të lirohen substanca toksike; kampioni nuk duhet të reagojë me tubin matës prej xhami.
4) Sipërfaqja minimale specifike e materialit të përdorur për matje është 15 m 2 / g (mund të ndryshojë në varësi të natyrës së sipërfaqes dhe përbërjes së mostrës).
5) Përcaktimi i sipërfaqes specifike duke përdorur metodën BET, për shkak të kufizimeve teorike, është i pamundur për materialet me mikroporozitet.
6) Gjatë matjes së përthithjes së azotit nga faza e gazit, përcaktimi i shpërndarjes së madhësisë së poreve është i mundur për poret me gjerësi/diametër 0,39 – 50 nm (kur përdoret metoda BDC deri në 300 nm, në varësi të mostrës). Ndërtimi i një lakore të shpërndarjes së madhësisë së poreve bëhet në bazë të modeleve të ndryshme strukturore: pore në formë të çarë, cilindrike ose sferike; Është e pamundur të përcaktohet forma e poreve nga izotermi i adsorbimit; ky informacion jepet nga përdoruesi.
" onclick="window.open(this.href," win2 return false > Print
VLERËSIMI I SHPËRNDARJES SË VËLLIMIT TË PORËS
SIPAS MADHËSISË TË MATERIALEVE TË KOMPOZITAVE POLIMER ME NANO
Shumë veti të materialeve të përbëra polimer, duke përfshirë ato me madhësi nanoz, varen jo vetëm, dhe në disa raste jo aq shumë nga natyra e tyre kimike, por nga struktura e tyre fizike. Ndër parametrat strukturorë që përcaktojnë karakteristikat e synuara të shumë materialeve është madhësia e zbrazëtirave ose poreve midis elementeve strukturorë të trupave të ngurtë. Për më tepër, në të njëjtin mostër, poret individuale mund të ndryshojnë ndjeshëm në madhësi. Shpërndarja e madhësisë së poreve është një nga treguesit kryesorë të përshtatshmërisë operacionale të materialeve polimere të përdorura si sorbentë, fibra, filma, membrana. Prandaj, metodat eksperimentale për vlerësimin e shpërndarjes së vëllimit të poreve sipas madhësisë zënë një vend qendror në karakterizimin e çdo nanomateriali. si në praktikën kërkimore ashtu edhe në nanoteknologji.
Qasja kryesore eksperimentale për matjen e shpërndarjes së vëllimit të poreve sipas madhësisë së materialeve të ngurta të shpërndara është metoda e thithjes në temperaturë të ulët të avullit të azotit në ndërfaqen e ngurtë/gazit. Përparësitë e tij janë: shpejtësia, natyra universale, lehtësia e përgatitjes së mostrës, saktësia dhe riprodhueshmëria. Konceptet teorike që qëndrojnë në themel të kësaj metode kanë vërtetuar besueshmërinë e tyre të lartë eksperimentale. Prandaj, metoda e sorbimit në fakt është bërë metoda standarde për karakterizimin e çdo nanomateriali. Kjo u lehtësua nga zhvillimi i një gjenerate të re instrumentesh për matjet e thithjes, përfshirë analizuesin automatik TriStar 3020 të prodhuar nga Micromeritics (SHBA).
Kjo punë laboratorike: “Matja e shpërndarjes së vëllimit të poreve sipas madhësisë së nanomaterialeve me metodën e sorbimit duke përdorur analizuesin TriStar 3020” synon të trajnojë studentët për të punuar në këtë pajisje moderne.
SHQYRTIMI punë laboratorike "Matja e shpërndarjes së vëllimit të poreve sipas madhësisë së materialeve me madhësi nano duke përdorur një sipërfaqe automatike të adsorbimit të gazit dhe analizues të porozitetit TriStar 3020" - marrja e aftësive në studimin eksperimental të proceseve të adsorbimit në pajisjet moderne dhe marrja e një lakore të shpërndarjes së vëllimit të poreve sipas madhësisë për materiale me përmasa nano.
.
PËRKUFIZIMET THEMELORE.
Adsorbimi- pasurimi (d.m.th. adsorbimi pozitiv, ose thjesht adsorbimi) ose shterimi (d.m.th. adsorbimi negativ) i një ose më shumë komponentëve në shtresën ndërfaqe.
Sorbimi- adsorbimi në një sipërfaqe, thithjen nga depërtimi i molekulave në rrjetën e një kondensimi të ngurtë dhe kapilar në pore.
Adsorbat (sorbat)– një substancë e gaztë ose e lëngshme që thithet në kufirin e absorbuesit
Adsorbimi fizik– adsorbimi për shkak të forcave jospecifike të van der Waals me rreze të shkurtër
Adsorbimi kimik(kimisorbimi) - thithja për shkak të ndërveprimeve kimike specifike me formimin e përbërjeve të qëndrueshme sipërfaqësore
Izotermi i adsorbimit (sorbimit).– varësia e sasisë së thithur nga presioni i gazit (avullit) në një temperaturë konstante. Forma e izotermës së thithjes karakterizon morfologjinë dhe vetitë fiziko-kimike të sipërfaqes së sorbuesit dhe natyrën e ndërveprimit të saj me sorbatin.
Njësitë sasia e substancës së përthithur – mol/g adsorbent. Gjatë thithjes së gazeve, sasia e substancës së absorbuar shpesh shprehet në cm3 gaz në N. u. / 1 g adsorbent
TEORI E SHKURTËR.
Ka shumë lloje të sistemeve poroze. Si në mostra të ndryshme ashtu edhe në të njëjtin mostër, poret individuale mund të ndryshojnë ndjeshëm si në formë ashtu edhe në madhësi. Me interes të veçantë në shumë raste mund të jetë madhësia tërthore e poreve, për shembull diametri i poreve cilindrike ose distanca midis mureve të poreve të ngjashme me të çarat.
Klasifikimi i poreve sipas madhësisë së propozuar është pranuar zyrtarisht nga Unioni Ndërkombëtar i Kimisë së Pastër dhe të Aplikuar (IUPAC) (Tabela 1). Ky klasifikim bazohet në parimin e mëposhtëm: çdo interval i madhësisë së poreve korrespondon me vetitë karakteristike të adsorbimit, të cilat shprehen në izotermat e adsorbimit.
Tabela 1. Klasifikimi i poreve sipas madhësisë .
Emri pore | Madhësitë e poreve, nm |
Mikroporet Mesopore (poret e tranzicionit) Mikroporet |
NË mikroporet për shkak të afërsisë së mureve të poreve, potenciali për ndërveprim me molekulat e absorbuara është shumë më i madh se në poret më të gjera, dhe madhësia e adsorbimit në një presion të caktuar relativ (veçanërisht në rajonin e vlerave të ulëta fq/ p0) është përkatësisht edhe më i madh. NË mezoporet ndodh kondensimi kapilar; Në izotermat vërehet një lak karakteristik i histerezës. Makroporet aq i gjerë sa është e pamundur që ata të studiojnë në detaje izotermën e adsorbimit për shkak të afërsisë së saj me vijën e drejtë. fq/p0 = 1 Për të marrë informacion të plotë rreth natyrës së strukturës poroze të sorbentit, është e nevojshme të merren kurba diferenciale të shpërndarjes së vëllimit të poreve përgjatë rrezeve të tyre DCR.
Për të llogaritur DCR, është e nevojshme të përcaktohen rrezet e poreve të vendosura në një sorbent real (r) dhe vëllimet që kanë poret e një rrezeje të caktuar (DV).
Për sorbentët me një lloj të përzier poresh, izotermat zakonisht kanë një formë S-je me histerezë thithëse (Fig. 1). Prania e kësaj të fundit tregon për shfaqjen e kondensimit kapilar në pore.
Oriz. 1 Izotermi i thithjes në një sorbent mezoporoz.
Siç dihet, në këtë rast, një menisk konkav i lëngut të kondensuar formohet midis shtresave të adsorbimit në muret e poreve (Fig. 2) me një rreze lakimi rк, e cila mund të llogaritet duke përdorur ekuacionin Thomson-Kelvin të modifikuar për të dhënat e adsorbimit.
Fig..2. Seksioni i një pore cilindrike.
rk – rrezja e korteksit, rm – rrezja e meniskut në ekuacionin Kelvin;
t është trashësia e filmit adsorbues.
(1)
Ku r/r0- presioni relativ i avullit në ekuilibër me një menisk që ka një rreze lakimi rm, s është tensioni sipërfaqësor i lëngut, Vmol është vëllimi i tij molar, R është konstanta universale e gazit; T - temperatura absolute.
Duhet të kihet parasysh se gjatë kondensimit kapilar, muret e poreve janë tashmë të mbuluara me një film adsorbimi, trashësia t e cila përcaktohet nga presioni relativ (Fig. 2). Kështu, kondensimi kapilar nuk ndodh në vetë poret, por në "bërthamë" e tij - të ashtuquajturën "korja". Kjo do të thotë që ekuacioni Kelvin na lejon të përcaktojmë jo madhësinë e poreve, por madhësinë e "kores" së saj.
Rrezja e poreve do të jetë e barabartë me:
Ku t – trashësia e shtresës së adsorbimit.
Siç dihet, gjatë procesit të thithjes në vlera të ulëta p/ps mbushen poret më të holla të sorbentit dhe me rritjen e presionit mbushen pore gjithnjë e më të mëdha. Përkundrazi, procesi i desorbimit fillon me pore më të mëdha dhe me uljen e presionit, poret gjithnjë e më të imta lëshohen. Ky proces hap pas hapi i mbushjes ose zbrazjes së poreve mund të përdoret për të llogaritur DCR. Megjithatë, duhet pasur parasysh se në procesin e drejtpërdrejtë të thithjes, molekulat e ajrit mund të mbeten në muret e poreve, duke e bërë të vështirë lagjen e mureve të poreve me lëng të kondensuar. Ajri zhvendoset gradualisht nga poret nga lëngu i thithur dhe në p/ps = 1 ai zhvendoset pothuajse plotësisht. Prandaj, procesi i kundërt - desorbimi - nuk është më i ndërlikuar nga prania e ajrit. Kjo është një nga arsyet e mundshme të histerezës së absorbimit, d.m.th., vonesa e izotermave të absorbimit nga izotermat e desorbimit dhe çon në një rreze të ndryshme të lakimit të meniskut të lëngut të kondensuar në të njëjtat pore gjatë procesit të thithjes dhe desorbimit. Prandaj, është më e saktë të llogariten rrezet e poreve duke përdorur izoterët e desorbimit.
Për të llogaritur DCR. Izotermia e desorbimit ndahet në një numër seksionesh në intervale të caktuara fq/ ps(»0.05). Sipas ur. 1, llogariten vlerat e poshtme r1 dhe r2 të sipërme të rrezeve të poreve të lëshuara në këtë zonë.
Rrezja mesatare e poreve të lëshuara në çdo fazë është
https://pandia.ru/text/80/219/images/image006_163.gif" width="112" height="25 src="> (4)
Ky lloj llogaritjeje kryhet për çdo fazë të desorbimit.
Për të ndërtuar DCR në çdo fazë të desorbimit, llogariten edhe vlerat e intervaleve të rrezeve https://pandia.ru/text/80/219/images/image008_81.jpg" alt="IMG_2322" width="193" height="228">!} 
Fig.3. Fig.4.
Pamje e përgjithshme e analizatorit Tristar 3020. Stacioni i degazimit të mostrës
Stacioni ju lejon të përgatisni deri në 6 mostra njëkohësisht. Mostrat mund të mbahen në vakum ose në një gaz inert (helium) në një temperaturë të caktuar nga temperatura e dhomës deri në 4000C.
Analizuesi Tristar 3020 funksionon nën kontrollin e një programi kompjuterik të specializuar në mjedisin Windows.
Në bazë të izotermave të marra të absorbimit dhe desorbimit, llogariten automatikisht parametrat e specifikuar të strukturës poroze të mostrave.
Si një raport për matjen e DCR, pajisja mund të prodhojë të dhëna tabelare për thithjen e azotit, grafikët izotermikë të thithjes. Si një raport për matjen e vëllimit total të poreve, pajisja mund të prodhojë të dhëna tabelare për thithjen e avullit të azotit, grafikët e izotermës së thithjes, një raport përmbledhës, i cili paraqet vlerat specifike të sipërfaqes, vëllimin total të poreve dhe rrezen mesatare të poreve të kampionit të studiuar, dhe kurbat e shpërndarjes së vëllimit të poreve mbi rreze.
PROGRESS.
Përgatitja e një kampioni për kërkime
1. Në një provëz analize, merrni një mostër të nanomaterialit për të përcaktuar sipërfaqen specifike në një balancë analitike me një saktësi prej 0,0001 g. Sasia optimale është rreth 300 mg. Për mostrat me sipërfaqe të vogël specifike (më pak se 1 m2/g), sasia duhet të rritet në 1 g.
2. Degazoni kampionin duke përdorur një stacion degazimi, për të cilin:
Vendoseni epruvetën e peshuar me kampionin në stacionin e shkarkimit të gazit dhe lidheni me linjën e vakumit. Vendosni temperaturën e shkarkimit të gazit. Shënim: Temperatura e degazimit duhet të jetë jo më pak se 200 nën temperaturën e kalimit të qelqit të materialit.
Ngroheni mostrën për kohën e caktuar.
Peshoni tubin në fund të degazimit dhe përcaktoni masën e kampionit.
3. Sigurojeni epruvetën me kampionin e degazuar në një nga 3 portat e analizuesit në krye të dhomës së punës.
Përgatitja e analizatorit për funksionim .
1. Hidhni azot të lëngshëm në balonën Dewar të përfshirë me analizuesin. Vendoseni balonën e mbushur Dewar në tryezën ngritëse të pajisjes.
2. Mbyllni dyert plastike.
3. Furnizoni gazrat e heliumit dhe azotit në analizues duke rrotulluar rubinetat e lidhjes së gazit të vendosura në matësit e presionit të cilindrit të gazit
4. Lidhni pompën e vakumit të përparmë, e vendosur prapa analizuesit dhe e lidhur me të me një zorrë vakumi, me furnizimin me energji AC.
5. Ndizni çelësin e energjisë elektrike të vendosur në panelin e pasmë të analizatorit.
Aktivizimi i programit të kontrollit të matjeve
1. Ndizni kompjuterin që përfshihet në instalim. Nisni programin TriStar. Programi do të kontrollojë lidhjen midis kompjuterit dhe analizuesit. Pas përfundimit të kontrollit, do të shfaqet dritarja e punës e programit.
2. Krijo një skedar informacioni për kampionin në studim, duke ndjekur rrugën:
Skedar → Hap → Informacion mostër
3. Plotësoni kartën e mostrës: emri i mostrës, emri i operatorit, emri i klientit,
masa e kampionit.
4. Në skedën Kushtet e analizës, zgjidhni kushtet e analizës: ADSDES. NE RREGULL.
4. Në skedën Opsionet e raportit, zgjidhni të njëjtin program të daljes së raportit: ADSDES. NE RREGULL.
6. Tregoni se në cilën portë ndodhet epruveta me kampionin e provës. Ne ndjekim rrugën Njësia1 → Analiza e mostrës, shfaqet një dritare. Në të, përballë portit, për shembull, Porta 1, klikoni butonin Browse. Nga lista, zgjidhni një mostër që do të filmohet në këtë port.
7. Filloni eksperimentin - klikoni Start.
Funksionimi i mëtejshëm i analizuesit TriStar ndodh automatikisht
Gjatë funksionimit, në dritaren e punës së programit ekziston një diagram instalimi për të cilin
Shfaqet presioni aktual i gazit në kolektor dhe epruveta dhe pozicioni i valvulave.
Shiriti i statusit tregon procesin aktual.
Duke kaluar te opsioni Operacioni, mund të shihni rezultatet aktuale
Oriz. 6 Dritarja e programit analizues TRISTAR 3020 me një diagram instalimi dhe një tregues të procesit aktual
USHTRIMI
Pas përfundimit të eksperimentit studioni dhe printoni raportin e përgjithshëm, të dhënat tabelare, grafikun izotermik adsorbimi-desorbimi, kurba e shpërndarjes së vëllimit të poreve sipas rrezes Analizoni rezultatet e marra. Nxirrni një përfundim për natyrën e porozitetit të kampionit të studiuar
