ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Адсорбционные методы из "Высокопористые углеродные материалы" Весьма информативными при исследовании структуры высокодисперсных и пористых тел являются адсорбционные методы (физическая адсорбция паров и газов, хемосорбция, капиллярная конденсация, адсорбция из растворов). Адсорбционные методы позволяют исследовать структуру пористых и высокодисперсных тел с порами от молекулярных размеров до 100 нм, определять объем микропор и переходных пор, удельную поверхность и ее распределение по размерам пор, размер преобладающих пор и другие характеристики. [c.31] Адсорбция — это поверхностное явление и в общем случае чем больше поверхность сорбента, тем большей адсорбционной активностью он обладает. Однако, как будет показано далее, для микропористых сорбентов (активные угли, углеродные молекулярные сита) представления о полимолекулярной адсорбции в микропорах и о их поверхности не имеют строгого физического смысла, ибо в этом случае 90% атомов углерода в образце должны быть доступны молекулам адсорбата, а его структура должна обладать прочностью реального активного угля [2]. Поэтому для таких сорбентов основным параметром является объем микропор [14]. [c.32] Адсорбция газов и паров. В общем случае физическая адсорбция — процесс, в ходе которого происходит концентрирование газа, причем адсорбат может образовывать на поверхности твердого тела один или большее число молекулярных слоев. [c.32] На основе анализа большого числа изотерм адсорбции Брунауэр с соавт. [55] выделил пять основных типов изотерм (рис. 3). На практике встречаются изотермы, для которых в области р рв характерно наличие подъема кривой (обозначены тo кaми) [2]. [c.32] При построении графиков зависимости величин р/а=/(р) и alp=f(a) должны получаться прямые [6], и значения атТ Ь находят по наклону прямой и по отрезку, отсекаемому ей на оси ординат. [c.34] При полимолекулярной адсорбции (кривые II—V на рис. 3) для определения а используют уравнение БЭТ (16). Кроме того, йт может быть найдено из графика зависимости pl[a ps—p)]=f plps), выражающегося прямой с тангенсом угла наклона (С—1)/(отС) и отсекающей на оси ординат отрезок 1/(а С). [c.34] Наиболее надежные значения am получают по изотерме адсорбции, подобной изотерме типа II с явно выраженным плато. Точка на изотерме типа II, где заканчивается крутой подъем (окончание заполнения монослоя) и начинается прямолинейный участок (начало образования второго слоя), названа Эмметом и Брунауэ-ром [2] точкой В . [c.34] Для больщинства систем с сильным взаимодействием адсорбат — адсорбент уравнение БЭТ применимо в интервале pIps от 0,01—0,05 до 0,3—0,35, где изотерма типа II обычно имеет прямолинейный участок. [c.34] Для сорбентов с преобладанием микропор уд методом БЭТ определить нельзя, так как в порах молекулярных размеров адсорбат конденсируется в форме, близкой к объемной жидкости [2] и о послойном заполнении их поверхности говорить не приходится. Адсорбция в микропорах описывается теорией объемного заполнения микропор [14, 47]. [c.34] Для определения Худ пористых тел применяют статические и динамические методы. Статические методы можно разделить на объемные и весовые. К динамическим относится метод тепловой десорбции. [c.35] Для проверки точности измерений после получения последней точки (или в любой момент) ампулу с сорбентом нагревают до комнатной температуры. По достижении равновесия измеряют давление и рассчитывают общее количество десорбированного газа, которое должно быть близко к сумме всех предыдущих измерений. [c.36] Для получения изотермы десорбции эти операции проводят в обратном порядке. Совпадение точек адсорбции и десорбции на участке изотермы до начала гистерезиса говорит о качественно проведенных измерениях. [c.36] Для высокопористых материалов с относительно большой удельной поверхностью в качестве адсорбата применяют азот при температуре его кипения диапазон измеряемых давлений составляет 10 —10 Па. По выражению Грега и Синга [2], азот в качестве адсорбата имеет тенденцию всегда давать изотермы типа П. При низких 5уд использование азота становится бессмысленным, так как давление этого газа при температуре кипения равно 1 МПа и его количество, остающееся в измерительной части установки, слишком велико. В этом случае величина адсорбции представляет собой малую разность больших величин [53, с. 199]. Поэтому для измерения 5уд 1 м /г в качестве адсорбатов используют газы и пары, имеющие при температуре жидкого азота низкие зачения р. Для этих целей подходят криптон и ксенон [6], для которых /З8=133 Па при Г—198 и—169°С соответственно, причем преимущество ксенона заключается в том, что он имеет более высокую теплоту адсорбции. При использовании указанных газов измерения проводят в области более низких давлений, сводя к минимуму мертвые объемы установки, так как адсорбцию можно и не обнаружить. [c.36] Схема объемной криптоновой адсорбционной установки, ее описание, порядок подготовки и проведения измерений даны в [53, с. 198]. [c.36] Преимущества объемного метода — возможность исследования сорбентов с малой удельной поверхностью для этого используют большие навески вещества. При исследовании сорбентов с достаточно большой удельной поверхностью можно детально изучить начало изотермы. [c.36] Весовые методы позволяют непосредственно определять величину адсорбции путем непрерывного измерения и регистрации изменения массы сорбента. При этом не требуется предварительная калибровка измерительной части установки и ее термостатирование, достаточно тер-мостатировать ампулу с адсорбентом. Кроме того, измеренные величины адсорбции для каждой точки не зависят от предыдущих измерений и не влияют на последующие. [c.37] Помимо рассмотренных статических методов для определения удельной поверхности твердых тел все шире используется простой динамический метод тепловой десорбции [6], сущность которого заключается в следующем. По изменению, например, теплопроводности потока смеси газа-носителя (Не, Нг) и газа-адсорбата (N2, Аг), проходящего через колонку с адсорбентом, определяют количество адсорбированного из этой смеси сорбата при температуре жидкого азота и затем десорбированного при последующем повышении температуры до комнатной. Изменяя концентрацию адсорбата в смеси, получают несколько значений величины адсорбции, по которым строят изотерму и, используя уравнение БЭТ, определяют 5уд сорбента. [c.38] Этот метод часто называют хроматографическим, так как для его проведения применяют газовые хроматографы. Кроме того, в качестве адсорбатов иногда используют пары различных углеводородов при разных температурах. Метод позволяет определять величины 5уд от 0,1 до 500 м2/г [53]. [c.38] Другой динамический метод основан на определении адсорбции паров бензола или четыреххлористого углерода из потока смеси с носителем (N2, Аг) при изменении концентрации сорбата в потоке при комнатной температуре [57]. Ряд методов определения удельной поверхности, использующих различные физико-химические эффекты на границе поверхность твердого тела — среда, приводятся в [2, 6, 8, 55], а методы ее оценки — в [57, 58]. [c.38] Вернуться к основной статье