Pory są niczym innym jak wolnymi przestrzeniami pomiędzy atomami i cząsteczkami tworzącymi różnorodne materiały. Pory odznaczają się specjalnymi właściwościami adsorpcyjnymi zależnymi od ich wymiarów.
Taką klasyfikację ze względu na rozmiar porów zajmuje się IUPAC wprowadzając pojęcia:
→ Mikroporów,
To pory o średnicach mniejszych niż 2 nm. Odznaczają się bardzo silnym oddziaływaniem z adsorbatami. Przy ciśnieniu poniżej ciśnienia pary nasyconej mikropory zapełniają się dobrze adsorbatem gazowym. Wewnątrz takich porów oddziaływanie pomiędzy ścianami jest tak duże, że możliwe jest zaadsorbowanie tylko jednej warstwy. Adsorpcję w tego typu porach doskonale opisuje teoria objętościowego zapełniania mikroporów (TOZM), a najlepszym jej opisem jest równanie izotermy Dubinina-Raduszkiewicza oraz eksperymentalne równanie Freudlicha.
→ Mezopory,
To pory o rozmiarach pomiędzy 2 nm a 50 nm. W tym przypadku istnieje możliwość zajścia zjawiska histerezy kapilarnej. Adsorpcja przebiega w tym przypadku dwu etapowo – początkowo ze wzrostem ciśnienia powstaje coraz to grubsza warstwa na adsorbencie, aż do momentu kiedy przy pewnym ciśnieniu następuje gwałtowny proces kondensacji adsorbatu. Podczas takiej szybkiej desorpcji, por szybko się opróżnia pozostawiając pojedynczą warstewkę adsorbatu na ścianach adsorbentu.
→ Makropory,
To pory o wymiarach większych od 50nm.W tym przypadku nie występuje już zjawisko histerezy kapilarnej, a izotermy przypadku adsorpcji i desorpcji mają ten sam przebieg.
IUPAC wprowadził również klasyfikację porów według kształtu, lecz ze względu na to, iż kształt ma największe znaczenia dla mezoporów, a w niniejsza praca koncentrować się będzie na mikroporach, temat tej klasyfikacji pominięto.
Tematem właściwości adsorpcyjnych nanorurek węglowych zajmował się miedzy innymi R.T. Yang[14], który opisał i przebadał różne przykłady. Nanorurki posiadają cylindryczne pory. Cząsteczka adsorbatu oddziałuje z atomami węgla otaczając ściany nanorurki. Wykazał w badaniach, że pory o cylindrycznych porach mają dużo większe właściwości sorpcyjne niż pory zniekształcone o takiej samej średnicy. Powierzchnia nanorurek jest silnie aromatyczna i posiada wysoką gęstość elektronów π. Te dwa czynniki powodują, że nanorurka węglowa może adsorbować cząsteczki znacznie silniej niż węgiel aktywny. Te oczekiwane i teoretyczne przemyślenia zostały zbadane w rzeczywistości i udowodnione przez wiele symulacji adsorpcyjnych na przykładzie helu, ksenonu, metanu oraz azotu.
Ponieważ jednościenne nanorurki węglowe powstają na katalitycznej drodze reakcji chemicznych oraz przez odparowanie grafitu, wewnętrzne przestrzenie rurek są również ważne z punktu widzenia właściwości adsorpcyjnych. Rurki układają w sposób taki , że ich średnice tworzą trójkątną sieć krystaliczną zgodnie z zasadą najmniejszego upakowania, a cała ta struktura utrzymuje się dzięki siłą van der Wallsa. Heksagonalna konfiguracja struktury nanorurki jest używana w wielu symulacjach. W większości przypadków, średnica pora wewnątrz nanorurki jest znacznie mniejsza niż pory pomiędzy rurkami, więc adsorpcja wewnątrz rurki będzie znacznie silniejsza. Adsorpcja taka wewnątrz przestrzeni rurki jest często wykorzystywana w teoretycznych symulacjach. W wielu kalkulacjach, wewnątrz rurki używa się małych wielkości rzędu 0,26 nm.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz