Способ определения распределения объема пор по размерам в пористых материалах

 

Изобретение касается определения свойств пористых материалов и может быть использовано для оценки качества сорбентов. Цель изобретения - повышение точности и упрощение процесса определения распределения пор по размерам. Цель достигается путем введения в поровое пространство сорбента растворов полимеров различных молекулярных масс, измерения количества сорбированного полимера в зависимости от его молекулярной массы и расчета по этой зависимости распределения пор по размерам. Применение способа позволяет повысить точность определения распределения пор по размерам, избегая при этом использования сложной высоковакуумной аппаратуры или установок высокого давления. 3 ил., 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

PECflYSЛИН (s1) 4 G 01 N 15/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫ11 НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHAM

ПРИ ГННТ СССР

Н А ВТОРСКОМЪГ СВИД=ТЕЛЬСТВУ (21) 4239593/3 1-25. (22) 04 ° 05 ° 87 (46) 15.08.89. Бюл. Ф 30 (71) Институт физической химии

АН СССР (72) Н.А.Эльтекова и Ю.А.Эльтеков (53) 539 ° 217. 1(088.8) (56) Грег С. и др ° Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1984, с. 186-207.

Авторское свидетельство СССР

h» 104315, кл. С 01 N 15/08, 1952. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

ОБЪЕМА ПОР ПО РАЗМЕРАМ В ПОРИСТЫХ

МАТЕРИАЛАХ (57) Изобретение касается определения свойств пористых материалов и может.

Изобретение относится к определению свойств пористых материалов, в частности функции распределения объема и внутренней поверхности пор по их размерам, и может быть использовано в научно-исследовательских и заводских лабораториях для оценки качества адсорбентов, выпускаемых промышленностью, а также других пористых тел — катализаторов, наполнителей, насадок хроматографических колонн.

Целью изобретения является повышение точности и упрощение процесса определения распределения объема пор по размерам.

На фиг.1-3 приведены диаграммы, характеризующие распределение пор по размерам.

„„SU„„15009 I 4 -: А4

2 быть использовано для оценки качества сорбентов. Цель изобретения — повышение точности и упрощение процесса определения распределения пор по размерам. Цель достигается путем введения в поровое пространство сорбента растворов полимеров различных молекулярных масс, измерения количества сорбированного полимера в зависимости от.его молекулярной массы и расчета по этой зависимости распределения пор по размерам. Применение способа позволяет повысить точность определения распределения пор по размерам, избегая при этом использования сложной высоковакуумной аппаратуры или установок высокого давления. 3 ил., 2 табл.

Сущность способа состоит в том, что в поровое пространство исследуемого материала вводят смачивающие рабочие жидкости, в качестве которых используют разбавленные растворы "узких" фракций полимеров с известными

М, и М„(И /М„61,1), где М,„и М„средневесовая и среднечисловая молекулярные массы, измеряют величины . адсорбции а этих фракций полимера . в поровом пространстве и по зависимости а от молекулярноч массы полимера находят искомое распределение.

В поры адсорбента проникают и адсорбируются на внутренней поверхности пор только такие клубки макромолекул полимера, размер которых меньше или равен диаметру пор. На фиг.1-3 приняSå. d а

3 150091 ты следующие обозначения; кривые 1 зависимости величин адсорбции (x "узких" фракций полистирола от диаметра клубков макромолекул полистирола в растворе; кривые 2 — зависимости объ" емов пор адсорбентов V которые доступны для макромолекул полистирола определенной молекулярной массы от диаметров пор; кривые 3 — искомые распределения объемов пор по размерам (AVg/dd). На кривых 1,(фиг.1-3) наблюдаются две ветви: восходящая и нисходящая. Первая ветвь обусловлена зависимостью величины адсорбции от молекулярной массы полистирола на равнодоступной поверхности адсорбента. Вторая ветвь обусловлена зависимостью величин адсорбции полимера от доли пор, доступных для клубков мак- 20 ромолекул данного размера. Зависимость доступного объема пор Ч от диаметра пор d рассчитывают по нисходящей ветви зависимости р от Й,, где а — величина адсорбции. 25

Зная массу адсорбента шд, массу раствора полимера m, концентрацию полистирола в растворе до адсорбции

С (мг/г) и измерив концентрацию полистирола в растворс после адсорбции 30

-С (мг/г), находят величину адсорбцич

g (мг/г) полимера в поровом пространстве

a = (C p - C)mmmm„. (1)

ПолагаЯ. Что пред ьная величина 35 адсорбции макромолекул полимера иа поверхности непористого адсорбента составляет А = 1 мг/м, находят доступную для макромолекул поверхность

S (м /г) в пористом адсорбенте S = 40 а/А.

При допущении, что предельная величина адсорбции макромолекул полимера на поверхности непористого адсорбента составляет 1 мг/м, величину адсорбции (мг/г) можно преобразовать в величину доступной поверхности S (м2 /r), Объем пор адсорбента V, доступный для макромолекул полимера определенной молекулярной массы, рассчиты50 вают, принимая, что в пористом материале поры имеют цилиндрическую форму н диаметр пор d равен "гидродинами ческому" диаметру клубка макромоле55 кулы полистирола в растворе d . Гидродинамический диаметр клубка макромолекулы полистирола в растворе предварительно рассчитывают из соотношения

4 4

И;И) л — (— — -) (2;, 4 э где M . .— молекулярная масса полистиI рола, С 11- характеристическая вязкость; ф — константа, численно равная

2, 1 10 моль, если Cy J выражена в 100 см /г.

В табл. 1 приведены рассчитанные по соотношению (2) размеры клубков макромолекул полистирола, имеющие разную молекулярную массу (ИИ), в растворе четыреххлорнстого углерода при 60 С.

Объем пор адсорбента V>, доступный для макромолекул полистирола определенной молекулярной массы, рассчитывают согласно выражению и строят интегральную кривую распределения объема пор по размерам V =

V >(d) (кривые 2 на фиг. 1-3) . Затем путем графического дифференцирования интегральных кривых V = V (d) полу9 чают дифференциальные кривые аЧ /М

= f(d), т.е. искомое распределение объема пор по размерам„(кривые 3 на фиг.1-3).

Ii р и м е р. Определение распределения объема пор по размерам в силохроме С-80 °

В 11 стеклянных амгул емкостью

10 мп вводят по 0,2 r силохрома С-80 (зернение 80-100 мкм), предварительно высушенного при 100-150"С, приливают по 7 r 0,57-ного раствора полистирола с молекулярными массами, укаэанными в табл. 1. Ампулы эапаивают и помещают в термостат, в котором поддерживают температуру 60 С и периодически встряхивают. Через 2 ч ампулы охлаждают и вскрывают, отбирают часть жидкости для анализа на интерферометре изменения концентрации полистирола в растворе после адсорбции (С) и вычисляют величины адсорбции полимера в поровом про транстве силохрома С-80 с помощью формулы (1). Затем строят график зависимости а = a(d) величины адсорбции от диаметра пор в силохроме С-80 (кривая 1 на фиг.1).

Объем пор в силохроме С-80, доступный для макромолекул полистирола различной молекулярной массы (Ч ), рассчитывают по соотношению (3) (кривая 2 на фиг.1). Путем графического дифференцирования интегральной кривой

1 1 ) MN d А МИ 1 А ИМ d А

19750

35 34000

50 50000

55 97200

85 111000

125 171000

170 370000

210 402000

300 498000

330 655000

420 830000

1987000

1700

Таблица 2

Способ определения

Определяемые размеры пор, d

Точность определения размеров пор, 7

30-200 А

15-20

О

100 А-7,мкм 30-40

О

4 А-0,5, мкм 10-15

5 15009

V = Vq(d) получают искомое распр де;ление dV>/dd (кривая 3 на фиг .1), В табл. 2 представлены результаты сравнения предлагаемого способа с известными ранее способами определения распределения объема пор по размерам.

Таким образом, предлагаемый способ 10 обладает тем преимуществом по сравнению с известными способами аналогичного назначения, что он позволяет более проще, точнее и быстрее получить искомое распределение. Кроме того, 15 он не требует создания сложной высоковакуумной аппаратуры, использования больших количеств ртути и высоких давлений.

Капиллярная конденсация (базовый объект)

Ртутная порометрия (прототип)

Предлагаемый способ

14 формула изобретения

Способ определения распределения объема пор по размерам в пористых материалах, включающий введение в поровое пространство исследуемого материала смачивающей рабочей жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения точности v. упрощения процесса определения, в качестве рабочих жидкостей используют разбавленные растворы полимеров различных молекулярных масс, измеряют количество полимера, адсорбированного в норовом пространстве исследуемого материала, и по зависимости этого количества от молекулярной массы полимера находят искомое распределение.

1500914

$0 фиа2 а, 02

400

Составитель М.Рогачев

Техред Л.Олийнык Корректор H,Ìóñêà

Редактор Т.Парфенова

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул. Гагарина, 101

6Ю dA

Заказ 4858/38 Тираж 789 Подписное

cf)vl0