Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education
Chemical Engineering

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

פורוסימיטריה של אבקת סיליקה אלומינה
 
Click here for the English version

פורוסימיטריה של אבקת סיליקה אלומינה

Overview

מקור: קרי מ. דולי ומייקל בנטון, המחלקה להנדסה כימית, אוניברסיטת לואיזיאנה סטייט, באטון רוז', לוס אנג'לס

שטח פנים והפצת גודל נקבוביות הם תכונות המשמשות יצרנים ומשתמשים סופגים וזרזים כדי להבטיח בקרת איכות ולקבוע מתי המוצרים נמצאים בסוף חייהם השימושיים. שטח הפנים של מוצק נקבובי קשור ישירות ליכולת הספיגה שלו או לפעילות קטליטית. התפלגות גודל הנקבוביות של ספיחה או זרז נשלטת כך שהנקבוביות גדולות מספיק כדי להודות בקלות במולקולות מעניינות, אך קטנות מספיק כדי לספק שטח פנים גבוה לכל מסה.

שטח הפנים והתפלגות גודל הנקבבוביות ניתן למדוד על ידי הטכניקה של ספיחה חנקן איזותרמי / desorption. בניסוי זה, פורוסימטר חנקן ישמש למדידת שטח הפנים והתפלגות גודל הנקבוביות של אבקת סיליקה / אלומינה.

Principles

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

שטחים פני השטח של מיקרו (<2 ננומטר נקבוביות) ומזופוריים (2 - 50 ננומטר נקבוביות) מוצקים יכולים להיות גדולים כמו כמה מאות מ'2/g. מדידה מדויקת דורשת משוואה המתייחסת לשטח הפנים לנפח ספיחה (מודעותV) ולחץ בטמפרטורה קבועה (האיזותרמי). לאחר מכן חוזרים על משוואת האיזותרמי כדי לקבוע את פרמטרי ההתאמה. השיטה הרגילה של דיווח על שטח הפנים היא לחלק את אזור המדגם ב m2 על ידי המסה המוצקה בגרמים כדי להניב את מה שנקרא לעתים קרובות שטח הפנים הספציפי, A.

ניתן לחלק את כל איזותרפיות הספיחה לחמש כיתות(איור 1). 1 עבור ספיפה פיזית, רק סוגים II או IV רלוונטיים; השאר מתארים איזותרמה מליטה ("ספיפה כימית"). סוג I הוא לנגמויר, וסוגים III ו- V הם איזותרמה "נפיחות" שנמצאת לעתים קרובות עם ספיחות פולימריות. נקודות Vads = Vm בסוגים II ו- IV מייצגים (בערך) את המיקום של monolayerספיח . שאר העקומה מייצגת ספיחות מרובות שכבות ולאחר מכן עיבוי נימי.

Figure 1
איור 1. הסיווג של ברונאואר של איזותרמה סופת סופות.

שלוש משוואות האיזותרם הנפוצות ביותר הן אלה בשל לנגמויר; פרוינדליך; וברונאואר, אמט וטלר(BET). רק משוואת BET יכולה לקשר Vm ואת הפרמטרים אנרגיית ספיקור ספיגה של אדים כדי כמות ספיח.

ספיחה היא תרכובת בשלב גז או נוזל המתחבר לפני השטח של ספיחה מוצקה הנחקרת. ספיח פיזי תלוי בכוחות בין-מולקולריים חלשים בלבד. ΔH של ספיח כזה הוא <3 פעמים את החום של אידוי. זה חשוב רק בטמפרטורות נמוכות ליד ומתחת לטמפרטורת הרוויה של הספיחה. N2 ספיחה / desorption המשמש פורוסימיטר מתרחש בנקודת הרתיחה הרגילה של נוזלי N2 (77 K). התהליך מהיר והפך. monolayer היא שכבה אחת של מולקולות המכסות לחלוטין את משטחי הנקבוביות של חומר נקבובי.

פנים הפורוסימטר מכיל שני תאים עם מתמר לחץ רגיש אחד, בקר זרימה לתא 1 ומשאבת ואקום. חדר 1 מכיל את המתמר ומוחזק בטמפרטורת החדר. חדר 2 מכיל את הדגימה ויושב באמבט N2 נוזלי. כדי להפעיל פורוסימטר חנקן, תחילה שני התאים מפונים. לאחר מכן כמות קטנה של חנקן מתווספת לחדר 1. ניתן לחשב את כמות הגז (ΔN1) מ- V 1 , מתמרהלחץוחוק הגז האידיאלי.

Equation 4(1)

כאשר ΔP1 הוא העלייה בלחץ שנקרא על ידי המתמר. ברגע שהשסתום בין שני התאים, ~ 5 דקות חולפות שבמהלכם סופגת מתרחשת בתא 2 והמערכת בסופו של דבר מגיעה לשיווי משקל. הספיגה על פני השטח מסירה את N 2 משלב הגז, מה שמפחית אתהלחץ שנקרא על ידי המתמר. הסכום שסופג במהלך שלב זה הוא:

Equation 5(2)

שלבים (2 – 3) חוזרים על עצמם עד להגעה ללחץ ליד הרוויה P0. הליך זה מהווה את "ענף הספיגה" של המחזור. עבור desorption, התהליך הוא הפוך. יותר מעורב בתהליך זה מאשר מוצג כאן (למשל,נפח המדגם חייב להיות גם בחשבון, הטמפרטורה של אמבטיה N2 נוזלי חייב להיות ידוע במדויק, ותיקון אי אידיאליות מוחל בדרך כלל). עבור כל מחזור של שלבים (2 - 3) נאסף דאטום אחד של כמות ספיח (המתבטא בדרך כללכמודעותV נפח גז , שוב באמצעות חוק הגז האידיאלי) לעומת לחץ (מבוטא כמו P / P0) נאסף. כל הנתונים הנאספים בטמפרטורה קבועה נקרא איזותרמיה סופגת (כאשר P2 גדל ברציפות) או איזותרמה desorption (כאשר P2 הוא הוריד).

איזותרמה BET עוקבת אחר שתי הנחות. ההנחה הראשונה היא שכל מולקולה בשכבה הראשונה (המונו-שכבתית) מספקת רק אתר אחד לשכבות השניות והעקביות (מרובות). ספיפה מתרחשת בתחילה שכבה אחר שכבה. ההנחה השנייה היא כי החום של ספיחה, ΔH1, חל על monolayer הראשון, ואילו החום של הנזלה של האדים, ΔHL, חל על ספיחה בשכבות 2, 3 וכו '. Brunauer ואח ' פישט את ההערכה של Vm ואת הפרמטרים האנרגיה למשוואת איזותרמית הבאה:2

Equation 6(3)

Equation 7(4)

כאשר P0 הוא לחץ הרוויה בטמפרטורה נתונה, T. ביטוי זה מייצג איזותרמה מסוג II או IV בטווח 0.05 < P/P0 < 0.35. יש התקדמות מספיחה רב שכבתית (P/P0 ל- ~ 0.3-0.35) לעיבוי נימי (P/P0גבוה יותר ) שבו הנקבוביות הקטנות יותר מתמלאות לחלוטין. זה קורה כי fugacity (לחץ אדים) בנקבובית קטנה מופחתת, בהתאם למשוואת קלווין (משוואה 5), על ידי מתח פני השטח (σ). 1

Equation 8(5)

הצד השמאלי נותן P/P0 שבו עיבוי נימי מתרחש נקבובית גלילית עם זווית מגע סופגת θ וקוטר נקבובית D. האפקט נימי הוא משמעותי רק נקבוביות < ~ 200 ננומטר קוטר. נקבוביות גדולות יותר מזה הן נדירות ברוב הנקבוביות המסחריות וזרזים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Procedure

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. התחלת הפורוסימטר

  1. התחל את הפורוסמטר ואפשר לו להתייצב.
  2. שקול את מחזיק צינור הפלסטיק, צינור מדגם, הכנסת זכוכית, שסתום פלסטיק כי ברגים לתוך החלק העליון של הצינור.
  3. ואז לטעון את המדגם בצינור ולשקול מחדש. בעת הטעינה, נסה לקבל לפחות 20 מ'2 של שטח הפנים הכולל בצינור. חפש טווח שטח פנים טיפוסי עבור סוג המוצק בו אתה משתמש. עם זאת, לעולם אל תשתמש בפחות מ 50 מ ג של מדגם.
  4. באמצעות התוכנה עבור הפורוסימיטר, לאתחל דוגמה חדשה על-ידי לחיצה על 'קובץ' ואחריו 'דוגמה חדשה' ובחר את השיטה המתאימה. הזן את שני המשקולות (מנגנון ומנגנון + מדגם) לתוכנית ושנה את שם המדגם.
  5. טען את הדגימה ואת O-ring לתוך יציאת degas ולהתאים את תנאי degas לפי הצורך. התוכנית הבאה צריכה להיות אחריו: המדגם צריך להיות מחומם תחילה ופינוי ל 12 מיקרומטר של Hg בטמפרטורה נמוכה (90 °C (50 °F) במהלך 'שלב הפינוי'. לאחר מכן, רמפה לטמפרטורה הסופית הרצויה (בדרך כלל 300 °C (300 °C) עבור חומרים אנאורגניים פחמנים) ולהחזיק את הזמן הרצוי ("שלב החימום").
  6. טען את צינור הדגימה ואת O-טבעת לתוך היציאה לדוגמה. לדחוף כלפי מעלה על הצינור מעט לפני הפיכת האגוז לעסוק הסיכה שפותחת את שסתום הפלסטיק יכול לעסוק. הקפד להחזיק את הצינור אנכית.
  7. מניחים גלימת חימום מתחת לנורה ומחזיקים את צינור הדגימה, ותומכים במעטפת החימום עם שקע מעבדה. אל תנענעו את הנורה - החזק את המעטפת בחוזקה.
  8. הצג את סכמטי degas על-ידי לחיצה תחת "דגה" ובחירה "הצג סכמטי של דגה". בחר "יחידה 1", ולאחר מכן "התחל דגה". לחץ על "עיון" כדי לבחור את הקבצים לדוגמה ולאחר מכן על "התחל". שלב דגה מסיר את כל עקבות המים ופחמן דוחמצני מהדגימה לפני ניסוי הספיחה. N2 לא יכול לעקור גם מים וגם CO2! לאחר הלחץ והטמפרטורה הרצויים הגיעו, ניתן לדלג על מדרגות דגה.
  9. כאשר שלב דגה מגיע לשלב "להתקרר", להוריד את גלימת החימום ולתת צינור מדגם להתקרר לטמפרטורת החדר.
  10. מלאו את הדגימה בהליום. אם הלחץ אינו מתקרב 800 מ"מ Hg, אז צינור המדגם אולי קפץ מתוך ההתאמה. במידת הצורך, להחזיק במקום עם הידיים.
  11. לאחר השלמת הסילוק, שקול את המדגם ואת המנגנון וערוך את המסה בקובץ לדוגמה.

2. מדידת פורוסימטריה

  1. מלאו את בקבוקון Dewar של פורוסימטר בנוזל N2.
  2. שים את ז'קט הפלסטיק על צינור הדגימה, ותטען את הדגימה ואת טבעת ה-O בנמל שמעל בקבוקון דיואר. חבר את כיסוי בידוד הפלסטיק על דיואר ליד נמל המדגם.
  3. לחץ על 'יחידה 1', ולאחר מכן על 'ניתוח מדגם'. אתר את קובץ הדוגמה המנוגד לגז, ולאחר מכן לחץ על 'התחל' כדי להתחיל לבצע מדידות.
  4. ודא שהפינוי הראשוני יושלם בהצלחה. אם זה נכשל, נסה להגדיר מחדש את הצינור ביציאה (בדוק את O-טבעת ולהדק מחדש את האגוז). המדידות ייאספו באופן אוטומטי במשך מספר שעות. ניתן להוריד תוצאות לגיליון אלקטרוני של Excel.

פורוסימיטריה היא טכניקה למדידת שטחים ונקבוביות של מוצקים נקבוביים. הוא נפוץ במדעי החומרים. לדוגמה, בייצור קרמי, פני השטח של אבקות מבשר וחתיכות מוגמרות מפעילים השפעה חזקה על תכונות פיזיות. פורוסימיטריה שימושית גם בהנדסה כימית. זרזים הטרוגניים נתמכים דורשים יחסי שטח-נפח גדולים כדי למטב את מהירויות התגובה. וחומרי ספיחה זקוקים לשטחי פנים גדולים כדי לבצע הפרדות. סרטון זה ממחיש את עקרונות הפורוסימטריה, מדגים הליך למדידות שטח פנים וגודל נקבוביות, ודן ביישומים קשורים.

ספיחה היא התהליך שבו מולקולות נוזל לדבוק ולהתרכז על פני השטח של מוצק. סוג אחד של ספיחה, המכונה physisorption, מתחיל עם מולקולת גז, ספיחה, יצירת קשר עם המשטח המוצק, ספיחה. האלקטרונים הערכיים של אטומי הגז מתפרקים למסלולים של האטומים המוצקים ויוצרים אינטראקציה בין-מולקולרית חלשה. ככל שיותר מולקולות גז physisorb על פני השטח, הם יוצרים שכבות. ספיחה לא יכול לחדור את מוצק, אבל זה יכול להפקיד ב micropores, mesopores וניימים, אשר להגדיל מאוד את שטח הפנים זמין עבור ספיחה. Physisorbtion היא תופעת שיווי משקל המגבירה עם הלחץ ומתהפכת לירידה ככל שהלחץ פוחת. גרף של ספיח כתפקוד של לחץ בטמפרטורה קבועה ידוע בשם איזותרמה ספיפה. גזים מתוארים בצורה הטובה ביותר באמצעות איזותרמה BET. הוא מתייחס לנפח הגזי הנסוח לנפח של מונו-שכבתית גזית ולתפקוד של האנרגיה המשתחררת באמצעות ספיפה. בלחצים נמוכים, מודל BET מניח שמולקולות גז יוצרות מונוליות רציפים על המשטח המוצק. עם זאת, מעל 1/3 הלחץ הקריטי, ספיח מתנדם והוא מעוצב טוב יותר על ידי משוואת קלווין. עכשיו שראינו איך ספייחה עובדת, בואו נראה איך זה מיושם בפורוסימטר.

פורוסימטר הוא מכשיר אנליטי המסוגל לבצע מדידות אוטומטיות ביותר של שטח פנים ונקבוביות. זה מורכב משני תאים המחוברים על ידי שסתום. התא הראשון מכיל מפרצון גז מבוקר זרימה ומתמר לחץ. השני מחזיק את המדגם של ספיח והוא מקורר על ידי חנקן נוזלי. שני התאים מתחברים למשאבת ואקום. בתחילה, התאים מפונים והשסתום המחבר נסגר. גז חנקן עובר דרך מפרצון לתוך החדר הראשון. הכמות הטוחנת של חנקן נקבעת ממדידת הלחץ. לאחר מכן, השסתום בין שני התאים נפתח, ומולקולות החנקן מתחילות לספג על המוצק. הלחץ יורד בהתאמה עד לשיווי משקל, ואת ספיחת הטוחנת מחושבת. ואז יותר גז חנקן מתווסף לתא הראשון, והמחזור חוזר על עצמו. מדידות הספיגה הטוחנות זוממות לאחר מכן כדי ליצור איזותרמה של ספיחה. כדי לחשב את איזותרמה desorption, משאבת ואקום משמשת לפינוי חלקי של התא, למעשה היפוך התהליך. אלה העקרונות. עכשיו בואו נבחן את הליך ההפעלה במעבדה.

בניסוי זה, שטח הפנים והתפלגות גודל הנקבוביות של אבקת אלומינה סיליקה יימדדו באמצעות פורוסימטר חנקן. התחל על ידי הפעלת הפורוזימטר ומאפשר לו לייצב. מחזיק המדגם מורכב מארבעה רכיבים. צינור דגימה. מחזיק צינור. תוספת זכוכית. ושסתום פלסטיק. תשקול את ההרכבה. ואז לטעון את הדגימה לתוך הצינור. השתמש לפחות 50 מיליגרם של מדגם מספיק כדי לספק לפחות 20 מטרים רבועים של שטח הפנים. לאטום את המדגם ולשקול אותה שוב. באמצעות תוכנת הבקרה, אתחל דוגמה חדשה ובחר שיטה. הזן את משקולות מחזיק הדגימה הריקות והטעונות. החל O-טבעת על צינור מדגם לטעון את המדגם לתוך יציאת degas. שלבי דגה נדרשים כי חנקן לא יכול לספח על משטח שכבר ספיח מים או פחמן דו חמצני. הגדר את ואקום degas ואת הטמפרטורה להגדיר נקודות לערכים אופייניים עבור חומרים אנאורגניים, כגון ואקום של 12 microtorr עם טמפרטורה משתוללת מ 90 מעלות צלזיוס לטמפרטורה הסופית הרצויה. מניחים גלימת חימום מתחת לנורה המחזיקה את צינור הדגימה ותומכים במעטפת החימום עם שקע מעבדה. הזן את סכמטי דגה. לחץ על יחידה אחת. תתחילו את דגה. בחר את הקובץ לדוגמה והתחל. כאשר הליך degas מגיע לשלב התקררות שלה, להוריד את גלימת החימום מחזיק את צינור המדגם במקום, במידת הצורך, ולאפשר צינור מדגם להתקרר לטמפרטורת החדר. דגה מסתיים עם צינור הדגימה להיות גב מלא הליום. שקול את צינור המדגם לאחר סילוק דייס הושלם. הזן את נתוני המסה בקובץ לדוגמה. באמצעות ציוד בטיחות קריוגני, מלאו את Dewar של הפורוסימטר בחנקן נוזלי, וחברו את כיסוי בידוד הפלסטיק. שמירה על הצינור אנכי, לטעון את צינור המדגם ו O-טבעת לתוך יציאת המדגם עד שסתום הפלסטיק עוסק. לחץ על יחידה אחת, ניתוח מדגם. אתר את הקובץ לדוגמה עבור הדוגמה המנוגדת ולחץ על התחל. ודא שהפינוי הראשוני יושלם בהצלחה. לאחר מכן ניתן להשאיר את היחידה ללא השגחה עד להשלמת המדידות.

בהדגמה זו, חנקן נסחח ו desorbed על ספיח סיליקה אלומינה. האיזותרמים מדגימים היסטריה. זה מרמז או היווצרות של מניסקוס מאוחר במחזור ספיחה המפחית את שטח הפנים זמין desorption, או גיאומטריות מניסקוס שונות עבור מחזורי ספיחה ו desorption. באזור הלחץ הנמוך שבו חלה איזותרמה BET, ספיחה טוחנת כפונקציה של לחץ מוכפלת על ידי השטח הממוצע הכבוש על ידי מולקולת חנקן אחת כדי להשיג שטח פנים. רגרסיה של נתונים אלה, על פי משוואת BET, מניבה את שטח הפנים של המדגם. ניתוח דיפרנציאלי באמצעות הצורה הגלילית של משוואת קלווין, מניב את התפלגות גודל הנקבוביות ומציע כי גיאומטריית הנקבוביות אכן גלילית.

פורוסימיטריה משמשת באופן שגרתי במדע החומרים ובייצור כימי מיוחד. קצף אירוג'ל פחמן הם רשתות פחמן נקבוביות מאוד, תלת מימדיות, המתאימות לתמיכות זרזים ו קבלי-על. המחקר מתקדם לתוך טכניקות ייצור חדשות, כגון סינתזת ג'ל סול, המאפשרים שליטה גבוהה על שטח הפנים. פורוסימיטריה היא חלק הכרחי של בקרת איכות עבור החומרים המתקבלים. סלעי פחמתיים תת-קרקעיים טבעיים מפגינים נקבוביות על פני השטח ופחמן דו-חמצני. עם זאת, תהליך ספיירה מושפע נוכחות של נוזל בלחץ גבוה במספר שלבים. פורוסימיטריה משמשת למדידת שטח הפנים, בעוד טומוגרפיה של קרני רנטגן משמשת לחקר לא פולשני של תהליך הספיגה. מחקרים אלה נדרשים לפיתוח טכנולוגיות לכידת ואחסון פחמן.

הרגע צפית בהקדמה של ג'וב לפורוסימטריה. עכשיו אתה צריך להכיר את תהליך הספיגה, הליך למדידת שטח הפנים, וכמה יישומים. כמו תמיד, תודה שצפית.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

באזור העיבוי הנימי, האיזותרמיה מראה בדרך כלל היסטזיס, כך שלחץ שיווי המשקל לכאורה שנצפו בניסויי ספיחות וייאוש שונים(איור 2). ענף הייאוש תמיד נמצא בפוגאציות ולחץ נמוכים יותר. ההיסטרזיס מתחיל ב- P/P0 = ~ 0.6, שם עיבוי נימי מתחיל לשלוט בתהליך הספיגה, אם כי אלגוריתם התפלגות גודל הנקבבובית משתמש באיזותרמית כולה. נפח הנקבבוביות הכולל המחושב, באמצעות חוק הגז האידיאלי והנפח הטוחן של נוזל N2, הוא 0.63 ס"מ3/g.

Figure 2
איור 2. ספיח נפח (בסיס שלב גז) לעומת לחץ יחסי (איזותרמה) עבור ספטת N2 על סיליקה-אלומינה S/N 3001.

הוצעו שני הסברים לאפקט זה. 1 במהלך ספיחות, רב שכבתי לבנות על קירות נקבוביות, אבל מניסקוס שלם לא נוצר עד רוויה הוא הגיע. לכן, שטח הפנים לספיגה (משטחי הקיר) עולה על זה של desorption (מניסקוס בלבד) באזור עיבוי נימי. ענף הספיגה של האיזותרמיה נשלט אפוא על ידי איזותרמיה רב שכבתית מקבילה למשוואת BET, אך הירידה באזור העיבוי הנימי נשלטת על ידי משוואת קלווין (משוואה 5). ההבדלים בענפים יכולים לנבוע גם מהבדל בצורת המניסקוס. במהלך הספיגה הנקבבובית מתמלאת רדיאלית ונוצר מניסקוס גלילי. במהלך הייאוש, המניסקוס הוא חצי כדור הארץ ומשוואת קלווין חלה. על פי כל אחד מהארגונים, יש להשתמש רק באיזותרמית desorption כדי לחשב את התפלגות גודל הנקבבובית באזור ההיסטרזיס, אם כי אף אחד מהטיעונים אינו נכון לחלוטין. חילוקי דעות מהתיאוריה נובעים סטיות בצורת הנקבוביות מגיאומטריה גלילית פשוטה ומהעובדה שמיקרוסקופיית אלקטרונים שידור וטכניקות אחרות מצביעות על כך ששני ההסברים נכונים חלקית. בפרט, הפיזיקה של ספיחת מכתיבה כי חייב להיות קצת חומר ספיח הנקבוביות, נצמד לקירות אפילו מתחת קלווין Pv/ P0 = P / P0. יש לתקן את החלל הכבוש על ידי חומר ספיח רב שכבתי זה בחישוב גודל הנקבוביות של קלווין - זה נקרא "תיקון עלילה t" בספרות. משוואות תיאורטיות שונות ניתן להשתמש כדי לחשב את עובי שכבה זו ספיח (= t), כפונקציה של P / P0. עבור המערכת שלנו, תיקון הלסי-פאס כדי להשיג t משמש באופן אוטומטי בתוכנת המכונה, ואת התפלגות גודל הנקבבובית עבור שני הענפים מחושב באופן אוטומטי.

משוואת BET מניבה קו ישר כאשר היא משוותת באופן ליניארי (ראה משוואה 3), כדי לתת Vm ו- c מהשיפוע וליירט. שטח הפנים הספציפי, A, נמצא בהנחה שהאזור הממוצע הכבוש עלידי מולקולה אחת של ספיחה(m)ידוע (עבור N2, 0.1620 nm2):1

Equation 9(6)

כאשר Vm [=] ס"מ3/g, A [=] m2/g, ו- L = המספר של אבוגדרו.

התוויית BET טיפוסית (איור 3) המציגה נתונים והתאימות רגרסיה מוצגת להלן. הערך של R2 (מקדם מתאם) ואת הסטייה היחסית הממוצעת של ההתאמה מדווחים. ניתן להשתמש במגבלות הביטחון על השיפוע וליירט מהרגרסיה הלינארית כדי להעריך את מגבלת הביטחון ב- A, מהתפשטות של תיאוריית השגיאות. הערכים נסוגים (צפויים) הם: c = 139, Vm = 49.3 ס"מ3/g STP, A = 214 m2/g, R2 = 0.9998, ARD = 0.59%.

Figure 3
איור 3: חלקת BET עבור דגימת סיליקה-אלומינה S/N 3001.

התפלגות טיפוסית של גודל נקבובית עבור אותה דגימה מוצגת באיור 4. עבור מדגם זה, הנקבבובית הממוצעת D מההתפלגות חושבה כ- 8.6 ננומטר, בעוד שהערכת הנקבבובית הגלילית (4 PV/A) הייתה 8.0 ננומטר (PV הוא נפח נקבוביות /מסה). זה הסכם די טוב, מה שמרמז על כך שהנקבוביות האלה בערך גליליות. באמצעות ספיגה ו desorption dV / dD קוטר הנקבבובית הממוצע ניתן לקבוע מן המאפיינים של התפלגות הסתברות. שים לב כי (dV/dD) x (dD) הוא ההסתברות של נפח ספיח, לידי ביטוי כנפח שלב גז, ב- D. ממוצע desorption, D, הוא תמיד קטן יותר מהממוצע ספיח, כפי שחזה משוואה 5. הסיבה לכך היא, כפי שמוצג באיור 2, הפוגות שלו (Pv, Pv = P) במודעות Vנתונות קטנות יותר.

Figure 4
איור 4. התפלגות מחושבת של הנתונים באיור 2, ענף desorption.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Applications and Summary

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

שיטת המדידה והחישוב המוצגת כאן היא תקן הזהב בפורוסימטריה. טכניקת הפורוסימטריה הכספית היא אלטרנטיבה, אך הלחצים הגבוהים שלה והאפשרות לחשיפה לכספית הם חסרונות. מתמרים לחץ טובים יותר, משאבות ואקום ותוכנה הרחיבו מאוד את התועלת של פורוסימטריה N2, והשיטה מעניקה את כל 3 המדידות המורפולוגיות העיקריות(A,נפח נקבוביות, התפלגות גודל נקבוביות) בניסוי אחד. הוא גם מספק מידע על צורת נקבובית.

זרזים מסחריים ו adsorbents מיוצרים לעתים קרובות מפרטים גודל נקבוביות הדוק. הדרך המהירה ביותר לקבוע אם המורפולוגיה הנכונה קיימת היא למדוד את התפלגות גודל הנקבבוביות. לדוגמה, בקרת טמפרטורה לא אחידה בשלב calcining (טיפול בחום) במהלך הייצור יכול לשנות מאוד את ההפצה. עבור זרזים רבים, תוחלת החיים מתקצרת מאוד אם נקבוביות גדולות יותר אינן קיימות, גם אם שטח הפנים עדיין גבוה, מכיוון שהנקבוביות הגדולות הללו משמשות לעתים קרובות כשערים להסרת שאריות פחמן אוליגומריות ("קוקאין") שאחרת היו מרעילות אתרים פעילים רבים.

עבור נקבוביות גליליות קוטר הנקבוביות הממוצע, D, צריך גם שווה 4PV/ A (PV הוא נפח נקבוביות / מסה). התוכנה מדווחת על ההערכות הגליליות הן לענפי ספיחות והן לענפי ההשפלה, וגודל ההבדלים ביניהם בין הקטרים הממוצעים המחושב מההפצות עצמן נותן מושג על הסטייה של החומר הנקבובי מהנקבוביות הגליליות לחלוטין. כמה מוצקים יש נקבוביות כי הם כמו חריץ, עם ממד קצר קריטי (h) מקביל לקוטר של 2 PV / A עבור נקבוביות חריץ ארוך מאוד רחב. מצא הן את אומדני הספיגה והן את הערכות ההשמדה של הממוצע, ולאחר מכן קבע אם המוצק הנקבובי דומה יותר לחתוך, והשווה את הערכות הענף השונות לערכים מדויקים יותר שנוצרו מהתפלגות ההסתברות. אם הערכות גליליות וחריץ הן שגויות באופן משמעותי, מה זה אומר? חישובים דומים ניתן לעשות כדי לבדוק צורות נקבוביות אחרות.

ניתן להתאים את הפורוסימטרים בקלות כדי למדוד שטחים קטנים כמו 0.01 מ'2/למשל(למשל,בבטון, אם כי Kr או Xe משמשים במקום N2) ונקבוביות גדלים פחות מ 1 ננומטר(למשל,בזאוליטים, אם כי Ar משמש ונהלים מיוחדים הדרושים). אמנם נכון כי זאוליטים הם זרזים חשובים ספיחות מסחריות, השימוש העיקרי שלהם הוא דטרגנטים, שם הם יכולים לקשור כמעט את כל לכל לכלוך הוסר מכביסה.

בנוסף, חשוב גם לדעת את המאפיינים המורפולוגיים של חומרי טאבלט, כגון excipients (חומרי סיכה) וקלסרים, כדי לשלוט בתהליך הטבליות הגלולה ואת פירוק והשפלה של פגזים החיצוניים כדי להבטיח שחרור מבוקר של מרכיב פארמה פעיל ב vivo.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

References

  1. Gregg and K.S.W. Sing, Adsorption, Surface Area, & Porosity, 2nd Ed., Academic, 1982 , and D. Ruthven, Principles of Adsorption and Adsorption Processes, Wiley, New York, 1984.
  2. J. Amer. Chem. Soc., 60, 309-319 (1938).

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter