Inhalt: Poröse Materialien Allgemeines
Poröse MaterialienPorösität - Porentypen
a) geschlossene Poren
b-f) offene Poren
b) blind ink-bottle-shapedc) open cylindrical poresd) slit-shapede) through poresf) blind cylindrical pores
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Poröse MaterialienPorösität - Definitionen
Dichten
„wahre Dichte“ Dichte des festen Netzwerkes (exklusive Porenund interpartikuläre Hohlräume)
„ scheinbare Dichte“ Dichte des Materials inklusive geschlossenerund nicht zugänglicher Poren
„Bulk-Dichte“ Dichte des Materials inklusive aller Poren undinterpartikulärer Hohlräume
(volume = solid phase + closed and open pores)
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Poröse MaterialienPorösität - Definitionen
Porenvolumen (Vp) Volumen der Poren
Porengröße Distanz zwischen zwei gegenüberliegenden(Porendurchmesser) Porenwänden
Porösität Porenvolumen (Vp) / scheinbare Volumen
spezifische Oberfläche zugänglich (messbare) Oberfläche pro Massedes Materials
PorendurchmesserMikroporen < 2 nmMesoporen 2 - 50 nmMakroporen > 50 nm
Poröse Feststoffe
nach IUPAC
Sing, Everett, Haul, Mouscou, Pierotti, Rouquerol, Siemieniewska, Pure & Appl. Chem. 1985, 57, 603.
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Poröse MaterialienPorösität - Definitionen
Makroporen Poren deutlich größer, als die mittlere freie Weglängeeines Gasmoleküls
geringe Permselektivitäten(Durchlässigkeit z.B. nur für eine Ionenart)
dominante Transportmechanismen- molekulare (bulk) Diffusion- viskose Strömung (bei Druckgradienten)
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Poröse MaterialienPorösität - Definitionen
Mesoporen Poren in der gleichen Größenordnung (oder kleiner)wie die mittlere freie Weglänge eines Gasmoleküls
dominante Transportmechanismen- Knudsen-Diffusion- Oberflächendiffusion (spez. Adsorptionsphänomene)
- Kapillarkondensation (geringe Flüchtigkeit, Mehrfachschichtenadsorption)
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Poröse MaterialienPorösität - Definitionen
Mikroporen Poren in der Größenordnung der Gasmolekülehohe Permselektivitäten
dominante Transportmechanismen- aktivierter Transport
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Poröse MaterialienPorösität - Gasadsorption
Adsorptiv fluide Phase (Gas)
Adsorbens Feststoff, der adsorbiert
Adsorbat adsorbierte Stoff
Ursache für die Adsorption sind Wechselwirkungen chemischer undphysikalischer Art.
Chemisorption: Adsorption bleibt auf eine Molekülschicht beschränktPhysisorption: beruht auf unspezifischen van der Waals-Wechsel-
wirkungenMöglichkeit der Mehrschichtbildung und Kondensationdes Gases.
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Poröse MaterialienPorösität - Gasadsorption
Adsorptiv Wahl des richtigen Gases wichtigzu große Moleküle führen zu einer zu kleinen spezifischen Oberfläche
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Poröse MaterialienPorösität - Gasadsorption
Mikroporen - die Adsorptionspotentiale beider Porenwände überlappen (Verstärkung)
- je enger die Poren umso tiefer wird das Potential- führt zu einer erhöhten Adsorptionsenergie bei sehr
kleinen Drücken
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Poröse MaterialienPorösität - Gasadsorption
Mikroporen - die kleinsten Poren werden zuerst gefüllt- parallel mit dem Füllen größerer Mikroporen erfolgt
auch Adsorption an den Porenwänden(secondary micropore filling)
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Poröse MaterialienPorösität - Gasadsorption
Mesoporen - Ausbildung von Mono- und danach Mehrfachschichten
- Kapillarkondensation
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Poröse MaterialienPorösität - Gasadsorption
Unporöse Substanz - Ausbildung von Mono- und danach Mehrfachschichten bei hohen Relativ-drücken
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Poröse MaterialienPorösität - Adsorptionsisothermen
Adsorptionsisothermen werden nach IUPAC in sechs Typenklassenunterteilt:
I: mikroporöse Substanzen & ChemisorptionII: unporös, makroporösIV: mesoporöse Materialien
III, V: Sonderfall von II bzw. IV schwache Adsorbat-
Adsorbens-WW.VI: stufenweise Adsorption
z.B. N2 auf Aktivkohle
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Poröse MaterialienPorösität - Adsorptionsisothermen
Die IUPAC klassifiziert vier verschiedene Hysteresetypen:
H1: offene Zylinderporen mit engerPorengrößenverteilung
H2: Porengrößen und –form nichteinheitlich, Netzwerk-Effekte
H3: Schlitzporen, Agglomerateplättchenförmiger Teilchen
H4: mikroporöse, schlitzförmige Poren