Традиционными методами

Определение поверхности и микропористости

Основные темы: классификация адсорбентов по размерам пор, применимость уравнения БЭТ, теория объемного заполнения микропор Дубинина, распределение объема микропор по их размерам, хемосорбционные методы измерения активной поверхности.

5.1. Терминология и классификация, основанные на размерах пор.

Измерения суммарной удельной поверхности, поверхности мезопор, объема и распределения микропор базируются на анализе начальных участков изотерм адсорбции (ИА). Начнем с определения терминов микро- мезо- и макро -поры. По классификации М.М. Дубинина, принятой в 1972 г. IUPAC в качестве официальной [1], поры с эффективным размером Х < 2 нм называют микропорами, с размерами Х в диапазоне 2 нм £ X £ 50 нм - мезопорами и с размерами Х > 50 нм - макропорами. Для определенности под эффективным размером будем подразумевать диаметр наибольшей окружности, которая может быть вписана в плоское сечение поры произвольной формы (т.е. диаметр цилиндрической поры или расстояние между стенками в щелевидной поре и т.д.).

Эта классификация базируется на особенностях адсорбции в порах разного размера, которые проявляется на изотермах и в теплотах адсорбции. Микропоры как области с повышенным адсорбционным (дисперсионным) потенциалом заполняются по специфическому объемному механизму без образования адсорбционной пленки на их поверхности (этот “специфический объемный механизм” будет расшифрован в более ясном виде в следующей лекции на основе моделирования методами молекулярной физики). Здесь достаточно отметить, что заполнение микропор в основном завершается при малых значениях Р/Р₀ до образования монослоя на поверхности более крупных пор), а такому механизму заполнения соответствуют и повышенные теплоты адсорбции.

В мезопорах сначала происходит моно- и полимолекулярная адсорбция, а затем объемное заполнение по механизму капиллярной конденсации, теплоты адсорбции обычно близки теплотам конденсации жидкого адсорбата. В макропорах обычно происходит лишь обратимая моно- и полимолекулярная адсорбция, а теплоты адсорбции также близки теплотам конденсации.

В последнее время микропоры дополнительно разделяют на ультрамикропоры и супермикропоры с границей между ними при Х около 1 нм.При этомтолькоультрамикропоры (X < 1 нм)рассматриваются как “истинные микропоры”, где действует особый механизм объемного заполнения с фазовым переходом адсорбата из состояния адсорбированного газа в конденсированную фазу без промежуточного образования моно- или полимолекулярной пленки на стенках пор. Супермикропоры (1 нм < X < 2 нм) по особенностям заполнения занимают промежуточное положение между “истинными” микропорами и мезопорами, здесь фазовому переходу может предшествовать образование конденсированной пленки на поверхности стенок пор.

Адсорбенты, имеющие поры с преимущественным размером в диапазоне микропор, называют микропористыми (или, соответственно, ультрамикропористыми или супермикропористыми), в диапазоне мезопор- мезопористыми, в диапазоне макропор - макропористыми. Системы с порами разных типов называ-ют, соответственно, микромезопористыми, микромакропористыми и т.д. или разнороднопористыми. В последнем случае адсорбция происходит одновременно в порах всех типов вплоть до полного заполнения микропор, далее продолжается в мезо- и макропорах по механизмам моно- и полимолекулярной адсорбции, затем в мезопорах начинается капиллярная конденсация при продолжаюшейся полимолекулярной адсорбции в крупных мезо- и макропорах, после предельного заполнения мезопор продолжается лишь полимолекулярная адсорбция на поверхности макропор.