Микропористые и ультрамикропористые материалы

Согласно установленной терминологии к микропорам относят поры размером до 2 нм; выделяются ультрамикропоры размером менее 0,7 нм, сопоставимые с размером молекул наиболее широко используемых адсорбентов  (1-2 молекулярных диаметра). По классификации Брунауэра изотерма адсорбции в микропорах относится к первому типу.

Механизм адсорбции в микропорах отличается от такового в мезо- и макропорах и описывается в рамках теории объемного заполнения пор. К микропористым материалам относят активированные угли, силикагели, цеолиты, некоторые типы глин и др.

Ниже приведен пример изотермы адсорбции азота на активированном угле:

• Удельная площадь поверхности по полному уравнению БЭТ составляет 1123 м²/г
• Удельная площадь поверхности по уравнению Дубинина-Радушкевича составляет 1161 м²/г
• Средний размер пор по уравнению Ховарта-Кавазое 0,65 нм

Крутизна изотермы адсорбции обусловлена полным заполнением молекулами адсорбата пространства пор при низких значениях парциального давления. Угол наклона начального участка изотермы зависит не только от природы адсорбата и адсорбента, но и от геометрии пор - их формы и размера, и он тем выше, чем больше объем микропор и чем меньше их размер.

Определение характеристик твердых тел методом измерения физической адсорбции осуществляется с помощью порозиметров типа Surfer от Thermo Scientific. Используемый в приборе Surfer статический волюметрический принцип адсорбции газа позволяет исследовать микроструктуру твердых тел и порошков при полном контроле давления и температуры. Общий принцип измерения состоит в том, что прибор шаг за шагом повышает давление над предварительно дегазированным образцом от 0 до давления насыщенного пара. В таком эксперименте измеряется 2 параметра: равновесное давление и соответствующий объем адсорбированного газа. Встроенное программное обеспечение, интерпретируя полученные данные, позволяет определить такие характеристики материала, как удельная поверхность, удельный объем пор, распределение ультрамикро- и микропор по размерам.

Для исследования микропористых материалов оптимальной конфигурацией прибора является Surfer Micropore и расширенная версия для исследования ультрамикропористых материалов типа цеолитов Surfer Ultramicropore.

Литература:

Карнаухов А.П. Адсорбция. Текстура дисперсных и пористых материалов. — Новосибирск: Наука, 1999. — 470 с.