porozni materijali teksturalne osobine€¦ · pore diameter (nm) dijametar pore (nm) molekularna...
TRANSCRIPT
-
POROZNI MATERIJALI Teksturalne osobine
Silica Carbon Zeolite
-
Važne osobine poroznih sistema su: • Površina – određuje se BET-metodom • Struktura pora • Hemijski sastav površine Tehnike kojima se ispituje sastav površine: • IR i Raman • X-ray fluorescentna (XRF) • Difrakcija elektrona niske energije (LEED) • X-ray fotoelektronska spektroskopija (ESCA) • Ožeova elektronska spektroskopija (AES)
-
Tekstura i morfologija poroznih sistema
– Veličina pora – Oblik pora – Distribucija pora po veličini – Zapremina pora – Specifična površina adsorbenta
Pore se formiraju u procesu sinteze datog materijala. Pore su dostupne željenom adsorbatu onda kada su prazne što se postiže aktiviranjem, najčešće zagrevanjem na određenoj temperaturi i u vakuumu.
-
Dijametar pora – mikropore (< 2 nm) – mezopore (2 - 50 nm) – makropore (> 50 nm)
Veličina i oblik pora
10nm 1nm
-
Aktivni ugalj se sastoji od: 1.Mikro pora radijusa manjeg od 1 nm
2.Mezo pora radijusa 1-25 nm 3.Makropora radiusa većeg od 25 nm
Velike pore služe da transportuju adsorbat u mezo- i mikro- pore.
-
SILICATE / ALUMINOSILICATE POROUS MATERIALS
Macroporous (>50nm)
Mesoporous (2-50nm)
Microporous (
-
Presek kuglice Cavilink polimera, čestice međusobno povezane
Kuglica Cavilink polimera Cavilink polimer sa potpuno otvorenom površinom – interkonekcija pora, kavezi imaju dijametar veći od 10,000 Å.
Cavilink polimer SEM
AFM imidž nanoporoznog aluminijumtrioksida, tamne površine pore prečnika s ~50nm)
SEM mikrografija tamne površine pore aluminujum-oksida prečnika ~25nm)
-
Definicije svojstava poroznih materijala •Porozni materijal materijal sa kavezima i kanalima koji su dubilji nego širi •Otvor pore kavez ili kanal sa otvorom na površini •Povezujuće pore pore koje koje su međusobno povezane-adsorbat ostvaruje komunikaciju između njih •Slepa pora (mrtva) Pora koja se nalazi na površini i nije povezana sa drugim porama •Zatvorena pora Kavez koji nije povezan sa površinom •Void Prazan prostor između čestica •Mikropora Pora manje od 2 nm •Mezopora Pora veličine između 2 i 50 nm •Makropora Pora veličine veće od 50 nm
-
• Veličina pore Širina pore (dijametar cilindrične pore, ili rastojanje između zidova
• Zapremina pore Zapremina određena datom metodom • Poroznost Odnos ukupne zapremine pora i prividne gustine
čvrste supstance • Totalna poroznost Odnos zapremine praznog prostora između čestica i
pora (otvorenih i zatvorenih) i zapremine koju zauzima čvrsta faza
• Otvorena poroznost Odnos zapremine slobodnog prostora između čestica i otvorenih pora i zapremine koju zauzima čvrsta faza
• Površina Ukupna površina određena nekom metodom pri određenim uslovima
• Spoljašnja površina Spoljašnja površina koja ne obuhvata površinu pora • Unutrašnja površina Površina zidova pora • Gustina Gustina čvrste faze, koja ne obuhvata pore i slobodne
prostore • Prividna gustina Gustina materijala koja uključuje zatvorene i dostupne
pore, određena datim metodom
-
Poroznost se najčešće definiše kao odnos zapremine pora i zapremine koju zauzima čvrsta faza. Poroznost čine kavezi i kanali koji imaju veću dubinu nego širinu.
U mnogim slučajevima unutrašnja površina je mnogo veća od spoljašnje površine.
Dostupnost pore A- zatvorena pora b,c,d,f otvorena pora b,f slepa pora e spoj pora Oblici pora c- cilindrična f-cilindrična slepa d-pora oblika dimnjaka g-hrapavost površine
-
Oblici pora
Procep -slit
Boca
Cilindar
Klin, oluk
a b
d c
-
Adsorpcija na zidovima pora
Cilindrična pora
Pora u obliku boce
Ink-bottle
Pora u međuprostoru između čestica koje su u gustom pakovanju
Adsorbovani sloj t
dp dm
-
Zašto je ovo važno? Veličina pora određuje difuzione procese kroz materijal.
Veličina pora i difiuzioni režim
Konfigurciona difuzija migracija po površini
1000 100 10 1 0.1
10-4
10-8
10-12
10-16
1000 100 10 1 0.1
100
50
0
Ea (kJ/mol)
D (m2/s)
Pore diameter (nm) Dijametar pore (nm)
Molekularna difuzija
Knudsen-ova difuzija
migracija po površini
• Knudsenov broj : Kn = λ/d λ = dužina srednjeg slobodnog puta molekula d= karakterističan dijametar pore Kn > 1 Knudsen-ov difizija
• Tipovi difuzije – Molekularna – Knudsen-ova – površinska
Cilindrična pora
dp dm
-
Tipovi adsorpcionih izotermi
III
n ad
p / p 0
VI
n ad
p / p 0
V
n ad
p / p 0
I
n ad
p / p 0 p / p
II
n ad
0 B
IV
n ad
p / p 0 B
p pritisak gasa, p0 je napon pare na datoj temperaturi, odnosno napon pare na temperaturi ključanja 1 atm na 77 K za N2
-
Langmuirova Adsorptiona Isoterma (Tip I)
pretpostavke: • homogena površina (svi adsorpcioni centri su energetski identični) • monomolekulska asorpcija • adsorbat ima osobine idealnog gasa • adsorbovani molekuli zauzimaju fiksne centre • nema interakcije između adsorbovanih molekula • toplota adsorpcije ne zavisi od stepena pokrivenosti.
pKpKnnn mmad +
⋅=θ⋅=1
I
n ad
p / p 0
Izoterma tipa I. Mikroporozni materijal sa malom spoljašnjom površinom, količina adsorbovane supstance je limitirana, dostiže se saturacija na vrlo niskoj vrednosti p/p0 adsorbent i adsorbat interaguju u maloj pori, molekulskih dimenzija.
nm θ =1
Ib
n ad
p / p 0
Ia
n ad
p / p 0
Vrlo uske mikro pore molekulskih dimenzija
mikropore različitih dimenzija i uske mezopore
-
Izoterme tipa II i IV Multislojna adsorpcija (početak u B)
Karakteristična za nanoporozne materijale i makroporozne materijale, debljina sloja raste bez ograničenja
Kondenzacija u porama
Slična sa tipom II pri malim pritiscima
Kondenzacija pri velikim pritiscima
Karakteristična za mezoporozne materijale Adsorpcione osobine određuje interakcija između adsorbenta i adsorbata u kondenzovanoj fazi . Gas se kondenzuje na pritisku manjem pod p0 Histerezus počinje u slučaju adsorpcije N2 na sloju debljine 4 nm
p / p
II
n ad
0
B
IV
n ad
p / p 0 B
Mezoporozni materijal koji ima pore manje širine ima kompletno reverzibilnu desorpcionu granu, cilindrične zatvorene pore ili kupaste pore
IVb
n ad
p / p 0
-
Izoterme tipa III i V III
n ad
p / p 0
V
n ad
p / p 0
Stroge kohezione sile između adsorbovanih molekula Nema karakterističnog monosloja, interakcija adsorbent-adsorbat je veoma slaba, molekuli adsorbata grade klastere na površini nano- i makroporoznih materijala
Vrlo slična kao tip III na malim pritiscima Relativno slaba interakcija adsorbent-adsorbat Kondenzacija na visokim pritiscima p Na visokim pritiscima molekuli adsorbata grade klastere ispunjavajući pore Ovaj tip se javlja pri adsorpciji vode na hidrofobnim mikroporoznim i mezoporoznim adsorbentima
VI
n ad
p / p 0
Reprezentuje sloj po sloj adsorpcije na energetski neuniformnoj površini i plato svakog sloja određuje kapacitet datog adsorpcionog centra Primer je adsorpcija Ar, Kr na niskim temperaturama na grafitizovanom aktivnom uglju
-
H1
n ad
p / p 0
H2a
n ad
p / p 0
H2b
n ad
p / p 0
p / p
H3
n ad
0 p / p
H4
n ad
0 p / p
H5
n ad
0
Histerezisne petlje Informacije o obliku pora Histerezisne petlje su karakteristične za višeslojnu adsorpciju, generalno su povezane sa kapilarnom kondenzacijom, zavise od oblika pora, njihove povezanosti i različitih načina na koji pore mogu da budu blokirane
Uniformne mezo delimično blokirane
Uniformne mezo- Uniformne uređene mezo
Agregati pločastih struktura koji slabo interaguju
Zeolitski agregati Blokirane i parcijalno blokirane
-
Svojstva adsorbata koji se koriste u fizisorpcionim merenjima
Adsorbate Boiling Point (K) Am (nm2/molecule)
N2 77.3 0.162
Ar 87.4 0.142
CO2 194.5 0.17
Kr 120.8 0.152
Adsorbate
Boiling Point (K)
Am (nm2/molecule)
N2
77.3
0.162
Ar
87.4
0.142
CO2
194.5
0.17
Kr
120.8
0.152
-
Dijametri pora i tehnike meranja • Eksperimentalne tehnike
– Kapilarna kondenzacija – Utiskivanje žive - Hg intrusion – Mikroskopija
mikro mezo makro 2nm 50nm
N2 (Kr..) kapilarna kondenzacija
Živina porozimetrija
-
Adsorpcione izoterme
1. Volumerijski metod 2. Gravimetrijski metod
0
5
10
15
20
25
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1p/p 0
n ad (
mm
ol/g
) 1
Adsorpcija
Desorpcija
p pritisak gasa po napon pare na datoj temperaturi
0
5
10
15
20
25
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
p/p
0
n
ad
(
mmol
/g)
1
-
Zapreminska adsorpciona merenja 1. Precizno merenje pritiska 2. Visoki vakuum 3. Precizna kalibracija sistema 4. Održavanje temperature na temperaturi ključanja gasa sa kojim se
meri adsorpcija
N2 (77.3 K) ili
Ar, He, CH4, CO2, Kr
adsorbate
adsorbent
pressure gauge
P V 1
V 2
high vacuum PV=nRT Kako izračunati broj molova adsorbovanog gasa i njegovu zapreminu? • Poznate zapremine V1 i V2 • Meri se precizno pritisak
-
BET ADSORPCIONA IZOTERMA Pretpostavke: •Na svaki sloj se primenjuje se Langmirov model adsorpcije. •Entalpija adsorpcije, ΔHads za prvi sloj ima vrednost za interakciju adsorbent-adsorbat, a za svaki naredni sloj se uzima entalpija isparavanja ΔHvap. •isparavanje (ili desorpcija) se odvija sa eksponirane površine . •Brzina isparavanja je jednaka sa brzinom kondenzacije datog sloja.
-
realnost model θ5
θ4 θ3
θ2 θ1
θ0
( )...321 210mad +θ+θ+θ==θ∑ nni
1-nn1-n1
0
nn1-n1
0101
0
111
00
θ=θ=θθ=θ
θ=θ=θθ=θ
− pKpkkkpk
pKpkkkpk
d
and
na
d
ada1st layer
nth layer
Langmuir-ov model za svaki sloj
RTH
RTH
RTH
KKK
KKcondn
ads
ee
e
0,n0,nn
0,11
∆−
∆−
∆−
≈=
=
( )
−+
−
=
0
0
0m
ad
111ppC
pp
pp
Cnn
RTHH
Ccondads
e∆−∆
=
BET Model
-
BET (Brunauer, Emmett, Teller) Metod
• Modifikacija Langmirove izoterme • Monoslojna i multislojna adsorpcija • Slojevi adsorbovanih molekula se razlikuju po:
– Prvi sloj se adsorbuje sa entalpijom adsorpcije ΔHad,1 – Drugi i sledeći slojevi se adsorbuju sa Had,2 = ΔHcond
BET izoterma:
• BET jednačina ne fituje sve tipove adsorpcionih
izotermi – Različiti mehanizmi igraju različitu ulogu pri niskim i
visokim p
( ) 0mm0ad11
pp
CnC
Cnppnp
⋅−
+=−
∆−∆=
RTHHC condadexp
-
( ) ( )[ ]x1c1x1cx
Vv
m −+−=
BET jednačina p pritisak gasa po napon pare Vm zapremina monomolekulskog sloja V je merena zapremina adsorbovanog gasa
1: Crta se x / [V(1-x)] su f-ji od x
2: odrediti iz linernog dela grafika
odsečak 1 / (cVm)
nagib (c-1) / (cVm)
3: izračunati c, Vm
Vm = 1/ (nagib + odsečak)
( )( )
o
mm
ppxwherecV
xccVxV
x
/
,111
=
−+=
−
Vm se koristi za određivanje specifične površine.
-
Specifična površina & Monomolekularna adsorpcija
S = nmAmN
Monomolekulski kapacitet (mol/g)
Specifična površina (m2/g)
Površina koju zauzima jedan molekul (m2/molekulu)
Avogadroova konstanta
(molekula/mol)
BET model: SBET
t model: St
-
Nizak p/p0:
• ispunjavaju se mikropore
• favorizovano je popunjavanje najaktivnijih centara (heterogenost)
Visok p/p0:
• kapilarna kondenzacija
Opseg 0.05 < p/p0 < 0.3 se koristi za određivanje SBET
BET jednačina
Porozna silika i alumina
p
/
p
0
n
ad
/
n
m
(B)
(A)
-
t-metod • BET
– Važi samo u intervalu malih pritisaka only – Interpretacija nije laka
• Debljina (t) adsorbovanog sloja se izračunava
• Grafik t u funkciji p za neporozne materijale ima vrednost površine
• t-grafik pomaže u interpretaciji rezultata
0.354 nm
-
t-metod
nm354.0m
ad ⋅=nnt
tnS
NAt
nS
NAnS
ad6t
m9ad
t
mmt
1073.5
10354.0
⋅⋅=⇒
⋅⋅⋅⋅=⇒
⋅⋅=
−
−
nad
t
Proporcionalno sa St
-
Oblik t-grafika
nm354.0m
ad ⋅=nnt
t
nad
t
nad
t
nad
Non-porous Microporous Micro- andmesoporous
St
Smesopores
p
nad
Adsorption isotherm
t = f(p)
-
t-krive
p/p0
Adso
rbed
-laye
r thi
ckne
ss t
(nm
)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
a
b
Halsey
Harkins-Jura-de Boer
( )333.0
0/ln00.5354.0
−⋅=
ppt
( )5.0
0/log034.099.131.0
−
⋅=pp
t
Grafiek1
1E-201E-20
0.0010.001
0.0020.002
0.0040.004
0.0060.006
0.0080.008
0.0090.009
0.010.01
0.020.02
0.030.03
0.040.04
0.050.05
0.10.1
0.150.15
0.20.2
0.250.25
0.30.3
0.350.35
0.40.4
0.450.45
0.50.5
0.550.55
0.60.6
0.650.65
0.70.7
0.750.75
0.80.8
0.850.85
0.90.9
0.930.93
0.0835651164
0.1701344602
0.2147341261
0.3181868097
0.2262514779
0.3294858946
0.2398459716
0.3425985674
0.2490312614
0.3513309451
0.2562278321
0.3581053871
0.2593597081
0.3610358402
0.2622608008
0.3637410261
0.2841275421
0.3838582698
0.2997653716
0.3979721019
0.3125693902
0.4093746724
0.3237153888
0.4191962356
0.3678312202
0.4572273347
0.4038204523
0.4874073565
0.436883614
0.5145894384
0.4689859344
0.5405689081
0.5012201662
0.5663173408
0.5343686529
0.5925093056
0.569111211
0.6197155255
0.6061324336
0.6485019083
0.6462000859
0.6795023473
0.6902449508
0.7134951784
0.7394642931
0.751507607
0.7954769579
0.7949834137
0.8605787643
0.8460838492
0.9381968684
0.9082849955
1.0337664282
0.9877124569
1.1565976562
1.0966424651
1.3244120293
1.2652596566
1.4612740947
1.430909426
Blad1
p/p0t (HJB)t(Halsey)
1E-200.08356511640.1701344602
0.0010.21473412610.3181868097
0.0020.22625147790.3294858946
0.0040.23984597160.3425985674
0.0060.24903126140.3513309451
0.0080.25622783210.3581053871
0.0090.25935970810.3610358402
0.010.26226080080.3637410261
0.020.28412754210.3838582698
0.030.29976537160.3979721019
0.040.31256939020.4093746724
0.050.32371538880.4191962356
0.10.36783122020.4572273347
0.150.40382045230.4874073565
0.20.4368836140.5145894384
0.250.46898593440.5405689081
0.30.50122016620.5663173408
0.350.53436865290.5925093056
0.40.5691112110.6197155255
0.450.60613243360.6485019083
0.50.64620008590.6795023473
0.550.69024495080.7134951784
0.60.73946429310.751507607
0.650.79547695790.7949834137
0.70.86057876430.8460838492
0.750.93819686840.9082849955
0.81.03376642820.9877124569
0.851.15659765621.0966424651
0.91.32441202931.2652596566
0.931.46127409471.430909426
12.0284737815
Blad2
Blad3
-
γ-alumina
0
2
4
6
8
10
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2t ( nm)
nad
(mm
ol/g
)
St,micro= 0 m2/g
V t,micro = 0 ml/g
mesopores
macropores
St,micro = 0 m2/g
Vt,micro = 0 ml/g
St = 200 m2/g
Interpretacija t-krive nm354.0
m
ad ⋅=nnt
0
2
4
6
8
10
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
t
(
nm
)
n
ad
(
mmol
/g)
S
t,micro
= 0 m
2
/g
V
t,micro
= 0 ml/g
-
Dubinin-Radushkevich jednačina:
Gde Ɛx predstavlja rad uložen da se savlada sila kojom adsorbent drži molekule adsorbata i da se molekul adsorbata nađe na rastojanju l od površine.
ppRT ox ln=ε
Vo je zapremina pora a V, zapremina zauzeta pri datoj vrednosti po/p.
−=
pp
ERTVV oo lnlnln
2
Zapremina mikropora
)exp( 2εbVV o −=
Zapremina mikropora Adsorpciona izoterma tipa I ima horizontalni plato i daje kapacitet za adsorpciju u mikroporama np odakle se može izračunati zapremina mikropora Vp uz pretpostavku da se pore popunjavaju kondenzujući gas do normalnog tečnog stanja. (Gurivič, ref u IUPAC Tec. Rep). Drugi veoma često korišćen metod je Dubinin Raduškevič jednačina.
-
Kelvinova jednačina za azot
m0
12lnrRT
Vpp Lγ−=
micro meso macro
VL = 34.68⋅10-6 m3/mol molarna zapremina
γ= 8.88 mN/m površinski napon
r radijus površine
dm (nm)
Rel
ativ
e pr
essu
re p
/p0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0.1 1 10 100 1000 10000
Model Kanali sa cilindričnim porama
Raspodela veličine pora
Grafiek1
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.19
0.2
0.22
0.24
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
2
5
10
20
50
100
500
1000
5000
10000
20000
0.0000000047
0.0000001156
0.0000011326
0.0000062708
0.0000237355
0.0000415718
0.0000688428
0.0001645262
0.0003400546
0.001679728
0.0082971553
0.0216343262
0.0409844847
0.0646869532
0.091088722
0.1188720227
0.1470861184
0.383518081
0.6815760754
0.8255762081
0.908612243
0.9623907358
0.9810151558
0.9961738643
0.9980850987
0.9996167261
0.9998083447
0.9999041677
Blad1
V=0.00003468
gamma=0.00888
R=8
T=77.3
rmdmp/p0ln(p/po)
0.050.10.0000000047-19.1673702394
0.120.0000001156-15.9728085329
0.140.0000011326-13.6909787425
0.160.0000062708-11.9796063997
0.180.0000237355-10.6485390219
0.190.0000415718-10.0880895997
0.10.20.0000688428-9.5836851197
0.220.0001645262-8.7124410179
0.240.0003400546-7.9864042664
0.30.001679728-6.3891234131
0.40.0082971553-4.7918425599
0.50.0216343262-3.8334740479
0.60.0409844847-3.1945617066
0.70.0646869532-2.7381957485
0.80.091088722-2.3959212799
0.90.1188720227-2.1297078044
0.510.1470861184-1.9167370239
120.383518081-0.958368512
2.550.6815760754-0.3833474048
5100.8255762081-0.1916737024
20200.908612243-0.0958368512
25500.9623907358-0.0383347405
501000.9810151558-0.0191673702
2505000.9961738643-0.003833474
50010000.9980850987-0.001916737
250050000.9996167261-0.0003833474
5000100000.9998083447-0.0001916737
10000200000.9999041677-0.0000958369
Blad2
Blad3
-
vo
Dijametar pore
vo
Dijametar pore
Široke pore
Uske pore
Unimodalna distribucija
Multimodalna distribucija
-
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
1 10 100 1000dp (nm)
dV/d
d (m
l/g/n
m)
o
o
ppRT
Vtrln
2γ+=
nm354.0m
ad ⋅=nnt
−=
pp
ERTVV oo lnlnln
2
Raspodela veličine pora γ−alumina
-
N2 Adsorpciona izoterma na ZSM-5 zeolitu
0
1
2
3
4
5
6
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
p/p0
nad
(mm
ol/g
) 1
Jaka adsorpcija pri niskom p zbog kondenzacije u mikroporama
Pri višim p dolazi do saturacije zbog konačne zapremine mikro pora
0
1
2
3
4
5
6
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
p/p
0
n
ad
(
mmol
/g)
1
-
t-kriva fizisorpcije N2 na ZSM-5 zeolitu
t (nm) 0 0.5 1
n2 n1
n1 = liquid N2
n2 = solid N2
n ad (
mm
ol/g
) 6
3
0
-
Živina porozimetrija
pd 14860p =
• Hg ne kvasi površine; potreban pritisak da bi se živa utisnula u pore
(d u nm, p u bar-ima) • Odgovarajući metod da se odredi zapremina i veličina pora
-
Hg porozimetrija na γ-alumini
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0.1 1 10 100 1000p (MPa)
V (m
l/g)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0.1
1
10
100
1000
p
(
MPa
)
V
(ml/g)
-
Razlike između SHg i SBET za mikroporozne materijale
• Hg ne može da prodre u male mikro pore, N2 može
• Nepouzdane vrednosti kontaktnog ugla i vrednosti površinskog napona
-
Teksturalna svojstva komercijalnih katalizatora Material Mean dp (nm) SBET (m2/g)
Catalyst supports
Silica gel 10 200
6 400
4 800
γ-Al2O3 10 150
5 500
Zeolite 0.6-2 400-800
Activated carbon 2 700-1200
TiO2 400-800 2-50
Aerosil SiO2 - 50-200
Catalysts
MeOH synthesis (Cu/ZnO/Al2O3) 20 80
NH3 synthesis (Fe/Al2O3/K2O) 100 10
Reforming (Pt/Re/Al2O3) 5 250
Epoxidation (Ag/α-Al2O3) 200 0.5
Material
Mean dp (nm)
SBET (m2/g)
Catalyst supports
Silica gel
10
200
6
400
4
800
(-Al2O3
10
150
5
500
Zeolite
0.6-2
400-800
Activated carbon
2
700-1200
TiO2
400-800
2-50
Aerosil SiO2
-
50-200
Catalysts
MeOH synthesis (Cu/ZnO/Al2O3)
20
80
NH3 synthesis (Fe/Al2O3/K2O)
100
10
Reforming (Pt/Re/Al2O3)
5
250
Epoxidation (Ag/(-Al2O3)
200
0.5
-
SHg i SBET
Adsorbent SHg SBET θ
m2/g m2/g deg
Iron Oxide 14.3 13.3 130
Tungsten Oxide 0.11 0.10 130
Anatase 15.1 10.3 130
Hydroxy Apatite 55.2 55.0 130
Carbon Black (Spheron-6) 107.8 110.0 130
0.5 % Ru/γ-Al2O3 237.0 229.0 140
0.5 % Pd/γ-Al2O3 115.0 112.0 140
TiO2 Powder 31.0 25.0 140
Sintered Silica Pellets 20.5 5.0 140
Zeolite H-ZSM-5 39.0 375.0 140
Norit Active Carbon R1 Extra 112.0 915.0 140
Adsorbent
SHg
SBET
(
m2/g
m2/g
deg
Iron Oxide
14.3
13.3
130
Tungsten Oxide
0.11
0.10
130
Anatase
15.1
10.3
130
Hydroxy Apatite
55.2
55.0
130
Carbon Black (Spheron-6)
107.8
110.0
130
0.5 % Ru/(-Al2O3
237.0
229.0
140
0.5 % Pd/(-Al2O3
115.0
112.0
140
TiO2 Powder
31.0
25.0
140
Sintered Silica Pellets
20.5
5.0
140
Zeolite H-ZSM-5
39.0
375.0
140
Norit Active Carbon R1 Extra
112.0
915.0
140
-
Teksturalna svojstva N2-physisorption Hg-porosimetry
SBET St Vp dp SHg Vp dpm2/g m2/g ml/g nm m2/g ml/g nm
Wide Pore Silica 78 52 0.91 47 80 0.92 54
γ-Alumina 196 202 0.49 10 163 0.49 10
α-Alumina 9 8 0.12 112 12 0.48 150
Active Carbon 1057a 28 0.51 2 0.6 0.46 106
Raney Ni 76 - 0.14 5.80 - - -
ZSM-5 345 344 0.19 0.58 11 1.1 820b
a p/p0 range of 0.01-0.1 was used in the calculation.b intraparticle voids.
N2-physisorption
Hg-porosimetry
SBET
St
Vp
dp
SHg
Vp
dp
m2/g
m2/g
ml/g
nm
m2/g
ml/g
nm
Wide Pore Silica
78
52
0.91
47
80
0.92
54
(-Alumina
196
202
0.49
10
163
0.49
10
(-Alumina
9
8
0.12
112
12
0.48
150
Active Carbon
1057a
28
0.51
2
0.6
0.46
106
Raney Ni
76
-
0.14
5.80
-
-
-
ZSM-5
345
344
0.19
0.58
11
1.1
820b
a p/p0 range of 0.01-0.1 was used in the calculation.
b intraparticle voids.
-
N2 adsorpcione izoterme & raspodela veličine pora
0
5
10
15
20
25
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1p/p 0
nad (
mm
ol/g
) 1
wide-pore silica γ-alumina
0
5
10
15
20
25
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1p/p 0
n ad (
mm
ol/g
) 1
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
1 10 100 1000d pore (nm)
dV/d
d (m
l/g/n
m)
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
1 10 100 1000d pore (nm)
dV/d
d (m
l/g/n
m)
0
5
10
15
20
25
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
p/p
0
n
ad
(mmol/g)
1
0
5
10
15
20
25
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
p/p
0
n
ad
(mmol/g)
1
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
1
10
100
1000
d
pore
(nm)
d
V
/d
d
(ml/g/nm)
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
1
10
100
1000
d
pore
(nm)
d
V
/d
d
(ml/g/nm)
-
α-alumina activated carbon
0
5
10
15
20
25
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1p/p 0
nad (
mm
ol/g
) 1
0
5
10
15
20
25
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1p/p 0
nad (
mm
ol/g
) 1
0.000
0.002
0.004
0.006
0.008
0.010
1 10 100 1000d pore (nm)
dV/d
d (m
l/g/n
m)
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
1 10 100 1000d pore (nm)
dV/d
d (m
l/g/n
m)
} Tensile strength effect
N2 adsorpcione izoterme & raspodela veličine pora
0
5
10
15
20
25
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
p/p
0
n
ad
(mmol/g)
1
0
5
10
15
20
25
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
p/p
0
n
ad
(mmol/g)
1
0.000
0.002
0.004
0.006
0.008
0.010
1
10
100
1000
d
pore
(nm)
d
V
/d
d
(ml/g/nm)
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
1
10
100
1000
d
pore
(nm)
d
V
/d
d
(ml/g/nm)
}
Tensile strength effect
-
Raney Ni ZSM-5
0
5
10
15
20
25
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1p/p 0
nad (
mm
ol/g
) 1
0
5
10
15
20
25
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1p/p 0
nad (
mm
ol/g
) 1
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
1 10 100 1000d pore (nm)
dV/d
d (m
l/g/n
m)
0
2
4
6
8
10
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0d pore (nm)
dV/d
d (m
l/g/n
m)
N2 adsorpcione izoterme & raspodela veličine pora
0
5
10
15
20
25
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
p/p
0
n
ad
(mmol/g)
1
0
5
10
15
20
25
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
p/p
0
n
ad
(mmol/g)
1
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
1
10
100
1000
d
pore
(nm)
d
V
/d
d
(ml/g/nm)
0
2
4
6
8
10
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
d
pore
(nm)
d
V
/d
d
(ml/g/nm)
-
Hg porozimetrija & raspodela veličine pora wide-pore silica γ-alumina
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0.1 1 10 100 1000p (MPa)
V (m
l/g)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0.1 1 10 100 1000p (MPa)
V (m
l/g)
0
0.02
0.04
0.06
0.08
1 10 100 1000 10000
d pore (nm)
dV/d
d (m
l/g/n
m)
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
1 10 100 1000 10000d pore (nm)
d V/d
d (m
l/g/n
m)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0.1
1
10
100
1000
p
(MPa)
V
(ml/g)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0.1
1
10
100
1000
p
(MPa)
V
(ml/g)
0
0.02
0.04
0.06
0.08
1
10
100
1000
10000
d
pore
(nm)
d
V
/d
d
(ml/g/nm)
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
1
10
100
1000
10000
d
pore
(nm)
d
V
/d
d
(ml/g/nm)
-
α-alumina activated carbon
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0.1 1 10 100 1000p (MPa)
V (m
l/g)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0.1 1 10 100 1000p (MPa)
V (m
l/g)
0.000
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
1 10 100 1000 10000d pore (nm)
dV/d
d (m
l/g/n
m)
0.000
0.002
0.004
0.006
0.008
0.010
1 10 100 1000 10000d pore (nm)
dV/d
d (m
l/g/n
m)
Hg porozimetrija & raspodela veličine pora
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0.1
1
10
100
1000
p
(MPa)
V
(ml/g)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0.1
1
10
100
1000
p
(MPa)
V
(ml/g)
0.000
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
1
10
100
1000
10000
d
pore
(nm)
d
V
/d
d
(ml/g/nm)
0.000
0.002
0.004
0.006
0.008
0.010
1
10
100
1000
10000
d
pore
(nm)
d
V
/d
d
(ml/g/nm)
-
ZSM-5
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0.1 1 10 100 1000p (MPa)
V (m
l/g)
0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
1 10 100 1000 10000 100000d pore (nm)
dV/d
d (m
l/g/n
m)
Hg porozimetrija & raspodela veličine pora
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0.1
1
10
100
1000
p
(MPa)
V
(ml/g)
0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
1
10
100
1000
10000
100000
d
pore
(nm)
d
V
/d
d
(ml/g/nm)
-
BET- & t-krive wide-pore silica γ-alumina
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30p/p 0
p/[
nad
(p0 -
p)]
(g/
mm
ol)
S BET = 78 m2/g
C = 146
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30p/p 0
p/[
nad
(p0 -
p)]
(g/
mm
ol)
S BET = 196 m2/g
C = 97
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2t ( nm)
nad
(mm
ol/g
)
S t,micro=28 m2/g
V t,micro = 0.013 ml/g
0
2
4
6
8
10
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2t ( nm)
nad
(mm
ol/g
)
S t,micro= 0 m2/g
V t,micro = 0 ml/g
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
p/p
0
p
/
[n
ad
(
p
0
-
p
)] (g/mmol)
S
BET
= 78 m
2
/g
C
= 146
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
p/p
0
p
/[
n
ad
(
p
0
-
p
)] (g/mmol)
S
BET
= 196 m
2
/g
C
= 97
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
t
( nm)
n
ad
(mmol/g)
S
t,micro
=28 m
2
/g
V
t,micro
= 0.013 ml/g
0
2
4
6
8
10
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
t
( nm)
n
ad
(mmol/g)
S
t,micro
= 0 m
2
/g
V
t,micro
= 0 ml/g
-
α-alumina activated carbon
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30p/p 0
p/[
nad
(p0 -
p)]
(g/
mm
ol)
S BET = 9.3 m2/g
C = 142
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30p/p 0
p/[n
ad(p
0 -p)]
(g/m
mol
)
SBET = 1057 m2/g
C = 1057p/p 0 = 0.01 - 0.1
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2t ( nm)
nad
(mm
ol/g
)
S t, micro= 1.4 m2/g
V t,mcro = 0.001 ml/g
0
5
10
15
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2t ( nm)
nad
(mm
ol/g
)
S t,micro = 856 m2/g
V t,micro = 0.42 ml/g
BET- & t-krive
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
p/p
0
p
/[
n
ad
(
p
0
-
p
)] (g/mmol)
S
BET
= 9.3 m
2
/g
C
= 142
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
p/p
0
p
/[
n
ad
(
p
0
-
p
)] (g/mmol)
S
BET
= 1057 m
2
/g
C
= 1057
p/p
0
= 0.01 - 0.1
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
t
( nm)
n
ad
(mmol/g)
S
t, micro
= 1.4 m
2
/g
V
t,mcro
= 0.001 ml/g
0
5
10
15
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
t
( nm)
n
ad
(mmol/g)
S
t,micro
= 856 m
2
/g
V
t,micro
= 0.42 ml/g
-
Raney Ni ZSM-5
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30p/p 0
p/[
nad
(p0 -
p)]
(g/
mm
ol)
S BET = 76 m2/g
C = 46
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30p/p 0
p/[n
ad(p
0 -p)]
(g/m
mol
)
SBET = 345 m2/g
C = -245
p/p 0 : 0.01 -0.1
0
1
2
3
4
5
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2t ( nm)
n ad
(mm
ol/g
)
St,micro = 0 m2/g
Vt,micro = 0 ml/g
0
2
4
6
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2t ( nm)
nad (
mm
ol/g
)
St,micro= 344 m2/g
Vt,micro = 0.18 ml/g
BET- & t-krive
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
p/p
0
p
/[
n
ad
(
p
0
-
p
)] (g/mmol)
S
BET
= 76 m
2
/g
C
= 46
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
p/p
0
p
/[
n
ad
(
p
0
-
p
)] (g/mmol)
S
BET
= 345 m
2
/g
C
= -245
p/p
0
: 0.01 -0.1
0
1
2
3
4
5
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
t ( nm)
n
ad
(mmol/g)
S
t,micro
= 0 m
2
/g
V
t,micro
= 0 ml/g
0
2
4
6
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
t ( nm)
n
ad
(mmol/g)
S
t,micro
= 344 m
2
/g
V
t,micro
= 0.18 ml/g
-
Gas Purification
H2O/olefin-containing cracked gas,
natural gas, air, synthesis gas, etc. Silica, alumina, zeolite (3A)
CO2/C2H4, natural gas, etc. Zeolite, carbon molecular sieve
Hydrocarbons, halogenated organics,
solvents/vent streams Activated carbon, silicalite, others
Sulfur compounds/natural gas, hydrogen,
liquefied petroleum gas (LPG), etc. Zeolite, activated alumina
SO2/vent streams Zeolite, activated carbon
Odors/air Silicalite, others
Indoor air pollutants—VOCs Activated carbon, silicalite, resins
Tank-vent emissions/air or nitrogen Activated carbon, silicalite
Hg/chlor-alkali cell gas effluent Zeolite
-
Liquid Purifications
H2/organics, oxygenated organics,
halogenated organics, etc., dehydration Silica, alumina, zeolite, corn grits
Organics, halogenated organics,
oxygenated organics,etc./H2O—water purification Activated carbon, silicalite, resins
Inorganics (As, Cd, Cr, Cu,
Se, Pb, F,Cl, radionuclides, etc.)/H2O—waterpurification Activated carbon
Odor and taste bodies/H2O Activated carbon
Sulfur compounds/organics Zeolite, alumina, others
Decolorizing petroleum fractions, syrups,vegetable oils, etc. Activated carbon
Various fermentation products/fermentor effluent Activated carbon, affinity agents
Drug detoxification in the body Activated carbon
-
Liquid Bulk Separations
Normal paraffins/isoparaffins, aromatics Zeolite
p-xylene/o-xylene, m-xylene Zeolite
Detergent-range olefins/paraffins Zeolite
p-Diethyl benzene/isomer mixture Zeolite
Fructose/glucose Zeolite
Chromatographic analytical separations Wide range of inorganic, polymer, and affinity agents
Slide Number 1Slide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide Number 14Slide Number 15Slide Number 16Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19Slide Number 20Slide Number 21Slide Number 22Slide Number 23Slide Number 24Slide Number 25Slide Number 26Slide Number 27Slide Number 28Slide Number 29Slide Number 30Slide Number 31Slide Number 32Slide Number 33Slide Number 34Slide Number 35Slide Number 36Slide Number 37Slide Number 38Slide Number 39Slide Number 40Slide Number 41Slide Number 42Slide Number 43Slide Number 44Slide Number 45Slide Number 46Slide Number 47Slide Number 48Slide Number 49Slide Number 50Slide Number 51Slide Number 52Slide Number 53Slide Number 54Slide Number 55Slide Number 56Slide Number 57