1 Opiekun naukowy: Dr inż. Mirosław KwiatkowskiWyznaczanie parametrów struktury porowatej adsorbentów na podstawie izoterm adsorpcji par i gazów Autor: Mateusz Jeż Opiekun naukowy: Dr inż. Mirosław Kwiatkowski
2
3 Co to jest adsorpcja? ciecz – ciecz lub gaz – cieczciecz – ciało stałe lub gaz – ciało stałe Oczyszczanie i rozdzielanie gazów Osuszanie gazów i cieczy Oczyszczanie ścieków Filtracja wody pitnej Magazynowanie niebezpiecznych gazów
4 Materiały adsorpcyjnePodział adsorbentów Materiały adsorpcyjne Węglowe Kompozytowe Mineralne Węglowe sita molekularne Włókniny węglowe Żel węglowy Węgiel aktywny z surowców wtórnych Materiały porowate węglowo – mineralne Żel tytanowo – krzemowy Zeolity Silikażele Mineralne sita molekularne
5
6 Kondensacja kapilarnaProces kondensacji Wzrost ciśnienia par adsorbatu Efektywny promień kapilary
7 Obliczane parametry strukturyPowierzchnia właściwa S Funkcja potencjału e Objętość mikroporów W0 Rozkład objętości mikroporów od promienia efektywnego W=f(rk)
8 Wykorzystane metody obliczenioweMetoda Langmuira Metoda BET Metoda Harkinsa-Jury Równanie Freundlicha Metoda Dubinina-Raduszkiewicza Równanie Kelvina
9 Metoda Langmuira Liniowa postać równania Langmuiraam – pojemność jednej warstwy adsorbatu k – stała p – ciśnienie adsorbatu Powierzchnia właściwa wm – powierzchnia zajmowana przez jedną cząstkę adsorbatu
10 Metoda BET Postać liniowa równania Powierzchnia właściwaC – stała związana z różnicą między ciepłem adsorpcji pierwszej warstwy a ciepłem kondensacji ps – ciśnienie pary nasyconej adsorbatu nad płaską powierzchnią cieczy Powierzchnia właściwa
11 Metoda Harkinsa-Jury Równanie Powierzchnia właściwa A = am2B – nie ma interpretacji fizycznej Powierzchnia właściwa
12 Równanie Freundlicha Postać ogólna k i n – stałe empirycznem – ilość punktów pomiarowych na izotermie
13 Wyznaczanie k i n.
14 Wyznaczanie k i n.
15 Potencjalna teoria adsorpcjiZałożenia Siły adsorpcyjne działają w odległościach znacznie większych niż rozmiary cząsteczek Siły te nie są ekranowane przez pierwszą warstwę adsorbatu Podstawowe funkcje Potencjał adsorpcyjny e Objętość warstwy powierzchniowej W
16 Pole potencjału adsorpcyjnegoe – zmiana molowej energii swobodnej związana ze zmianą ciśnienia pary od ps do p Pole potencjału adsorpcyjnego faza gazowa powierzchnie ekwipotencjalne obszar adsorpcji adsorbent
17 Metoda Dubinina-RaduszkiewiczaFunkcja charakterystyczna związana jest z kapilarną budową adsorbentu logW0 Równanie D-R a tga = D
18 Krzywa charakterystyczna adsorpcji dla węgla aktywnego.
19 Rozkład objętości mikroporówRównanie Kelvina Dla menisku cylindrycznego rk adsorpcja desorpcja Efektywny promień
20 Węgiel aktywny na podłożu ceramicznym. CTC
21 Węgiel aktywny na podłożu ceramicznym. CTC
22 Węgiel aktywny na podłożu ceramicznym. CTC
23 Porównanie powierzchni właściwychMikrofotografia SEM przedstawiająca badany adsorbent.
24 Wpływ procesu pirolizy na właściwości adsorbentów.Analizie poddałem węgle aktywne otrzymane w procesie pirolizy drewna eukaliptusowego w różnych warunkach: 1. Tpir = 830oC t = 2h atm. N2 2. Tpir = 870oC t = 2h atm. N2 uboga w O2 – częściowe wypalenie 3. Tpir = 870oC t = 2h atm. N2
25 Porównanie rozkładu mikroporów
26 Porównanie rozkładu mikroporów
27 Porównanie rozkładu mikroporów
28 Dziękuję za uwagę. W mojej pracy wykorzystałem:J. Ościk Adsorpcja Warszawa 1973 PWN G. Bello, R. Garcia, R. Arriagada, A. Sepulveda-Escribano, F. Rodriguez-Reinoso, Carbon molecular sieves from Eucalyptus globulus charcoal. Microporous and Mesoporous Materials 56 (2002) 139–145 P.M. Barata-Rodrigues, T.J. Mays, G.D. Moggridge, Structured carbon adsorbents from clay, zeolite and mesoporous aluminosilicate templates. Carbon 41 (2003) 2231–2246