Gma Sorption 01 13

Grundlagen der Materialanalytik / Prof. Behrens

GMA-SORP-1

Oberflächen im Rasterelektronenmikroskop

Quarzkristalle

Zeolithkristalle

Radiolarie

gebrannter Ton

dendritisches Gold

Aktivkohle

Celluloseacetat-Filter

Ruß

Schmuck-Opal

Grundlagen der Materialanalytik / Prof. Behrens

GMA-SORP-2

Poröse Materialien

MikroAMM

Meso-

Makro-

-porosität

poröse Gele und Gläser

M41S

"pillared clays"

Zeolithe Porendurchmesser / nm 1

5

10

50

100

500 nm

poröses Glas

poröses Kieselgel

mesoporöses M41S-Material

mikroporöser Zeolith

Grundlagen der Materialanalytik / Prof. Behrens

GMA-SORP-3

Modellvorstellungen zum Sorptionsvorgang

poröses Modellpartikel mit Rissen und Poren

Monoschicht-Bedeckung des porösen Modellpartikels (ca. 15 % der Sättigung)

Multischicht- / Kapillarkondensation (ca. 70 % der Sättigung)

vollständige Auffüllung der Poren / Multischicht-Bedeckung der äußeren Oberfläche (ca. 100 % der Sättigung)

Grundlagen der Materialanalytik / Prof. Behrens

GMA-SORP-4

Modellvorstellungen zum Sorptionsvorgang nur Kondensation in Monoschichtadsorption Mikroporen

Va

1 3 2

2 1

P / P0

3

Multischichtenadsorption / Kapillarkondensation 1

2

4

5

Va 4 5 1

3

2

P / P0

3

Grundlagen der Materialanalytik / Prof. Behrens

GMA-SORP-5

Standard-Sorptionsisothermen Mikroporen

starke Adsorbat-AdsorbatWechselwirkungen

Multischichtensorption

I

II

III

IV

V

VI

Va

P/P

0 Multischichten- / KapillarMultischichtensorption / kondensation bei starken Kapillarkondensation Adsorbat-AdsorbatWechselwirkungen

energetisch heterogene Oberfläche

Standard-Hysteresetypen H1

H2

H3

H4

H5

Grundlagen der Materialanalytik / Prof. Behrens

GMA-SORP-06

Auswertung von Sorptionsmessungen Sorptionsmessung

25

25

20

20

nad / mmol g−1

nad / mmol g−1

Silicagel

15 10 5 0 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

15 10 5 0 0.0

1.0

γ-Aluminiumoxid

0.2

0.4

P / P0

0.6

0.8

1.0

P / P0 p / [na (p / p0)] in g/mmol

p / [na (p / p0)] in g/mmol

BET-Plot 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.0

0.1

0.2

0.3

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.0

0.1

p / p0

0.2

0.3

p / p0 sBET = 196 m2/g C = 97

sBET = 78 m2/g C = 146

Porenweitenverteilung 0.5

dV / dd / ml g−1 nm−1

dV / dd / ml g−1 nm−1

0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00

1

10

100

dpore / nm

1000

0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

1

10

100

dpore / nm

1000

Grundlagen der Materialanalytik / Prof. Behrens

r1

GMA-SORP-7

Modellvorstellungen zum Sorptionsvorgang Multischichtenadsorption / Kapillarkondensation r2

r3

Va

P / P0 Va

Va

P / P0 r1

r2

r3

P / P0 Va

P / P0

Grundlagen der Materialanalytik / Prof. Behrens

GMA-SORP-8

Modellvorstellungen zum Sorptionsvorgang Kapillarkondensation Kelvin-Gleichung p* = p0

2 g VL 1 RT rm 1

relativer Fülldruck p* / p0

ln

g Grenzflächenspannung p* Fülldruck VL molares Volumen rm Radius des Meniskus der Flüssigkeit

0.8

0.6

0.4

für Stickstoff: -6 3 VL = 34.68 x 10 m /mol g = 8.88 mN/m

0.2

0 0.1

1

10

100

1000

10000

dm (nm)

Porenweitenverteilungen r1

r2

r3

1

2

3

Va

Va

3 2

2

1

1 3

P / P0

rp

Grundlagen der Materialanalytik / Prof. Behrens

GMA-SORP-9

Auswertung von Sorptionsmessungen BJH-Porenweitenverteilungen

MCM-48

Grundlagen der Materialanalytik / Prof. Behrens

Auswertung von Sorptionsmessungen DFT-Porenweitenverteilungen

Flüssigkeit Gas

GMA-SORP-10

Grundlagen der Materialanalytik / Prof. Behrens

GMA-SORP-11

Sorptionsmessgerät

Probenhalter

Grundlagen der Materialanalytik

GMA-SORP-12

Quecksilberintrusionsporosimetrie

Hg

Washburn-Gleichung: 2γ cos Θ ΔP = rPore

Θ 2r

Intrusionsmessung

1.2

1.2

1.0

1.0

Vad / ml g−1

Vad / ml g−1

Silicagel

0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0.1

γ-Aluminiumoxid

0.8 0.6 0.4 0.2

1

10

100

0.0 0.1

1000

1

P / MPa

10

100

1000

1000

10000

P / MPa

Porenweitenverteilung 0.5

dV / dd / ml g−1 nm−1

dV / dd / ml g−1 nm−1

0.08 0.06 0.04 0.02 0.00

1

10

100

dpore / nm

1000

10000

0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

1

10

100

dpore / nm

0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.1

1

10

100

1000

relatives Porenvolumen

Vad / cm3 g−1 500 nm

50

10

p / MPa

100

dpore / nm

Vad / cm3 g−1

0.5

500 nm

0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.1

1

10

100

1000

relatives Porenvolumen

CPG® 70 nm

0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.1

1

10

p / MPa

Rasterelektronenmikroskopie

100

dpore / nm

CPG® 100 nm

nm 500500nm

50

10

p / MPa

Vad / cm3 g−1

Controlled Pore Glass CPG®

Quecksilberintrusionsporosimetrie

0.5

100

1000

relatives Porenvolumen

GMA-SORP-13 Grundlagen der Materialanalytik

CPG® 50 nm

50

10

dpore / nm

Quecksilberintrusionsporosimetrie

100