Opiekun naukowy: Dr inż. Mirosław Kwiatkowski Wyznaczanie parametrów struktury porowatej adsorbentów na podstawie izoterm adsorpcji par i gazów Autor: Mateusz Jeż Opiekun naukowy: Dr inż. Mirosław Kwiatkowski

Co to jest adsorpcja? ciecz – ciecz lub gaz – ciecz ciecz – ciało stałe lub gaz – ciało stałe Oczyszczanie i rozdzielanie gazów Osuszanie gazów i cieczy Oczyszczanie ścieków Filtracja wody pitnej Magazynowanie niebezpiecznych gazów

Materiały adsorpcyjne Podział 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

Kondensacja kapilarna Proces kondensacji Wzrost ciśnienia par adsorbatu Efektywny promień kapilary

Obliczane parametry struktury Powierzchnia właściwa S Funkcja potencjału e Objętość mikroporów W0 Rozkład objętości mikroporów od promienia efektywnego W=f(rk)

Wykorzystane metody obliczeniowe Metoda Langmuira Metoda BET Metoda Harkinsa-Jury Równanie Freundlicha Metoda Dubinina-Raduszkiewicza Równanie Kelvina

Metoda Langmuira Liniowa postać równania Langmuira am – pojemność jednej warstwy adsorbatu k – stała p – ciśnienie adsorbatu Powierzchnia właściwa wm – powierzchnia zajmowana przez jedną cząstkę adsorbatu

Metoda BET Postać liniowa równania Powierzchnia właściwa C – stała związana z różnicą między ciepłem adsorpcji pierwszej warstwy a ciepłem kondensacji ps – ciśnienie pary nasyconej adsorbatu nad płaską powierzchnią cieczy Powierzchnia właściwa

Metoda Harkinsa-Jury Równanie Powierzchnia właściwa A = am2 B – nie ma interpretacji fizycznej Powierzchnia właściwa

Równanie Freundlicha Postać ogólna k i n – stałe empiryczne m – ilość punktów pomiarowych na izotermie

Wyznaczanie k i n.

Wyznaczanie k i n.

Potencjalna teoria adsorpcji Założenia 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

Pole potencjału adsorpcyjnego e – zmiana molowej energii swobodnej związana ze zmianą ciśnienia pary od ps do p Pole potencjału adsorpcyjnego faza gazowa powierzchnie ekwipotencjalne obszar adsorpcji adsorbent

Metoda Dubinina-Raduszkiewicza Funkcja charakterystyczna związana jest z kapilarną budową adsorbentu logW0 Równanie D-R a tga = D

Krzywa charakterystyczna adsorpcji dla węgla aktywnego.

Rozkład objętości mikroporów Równanie Kelvina Dla menisku cylindrycznego rk adsorpcja desorpcja Efektywny promień

Węgiel aktywny na podłożu ceramicznym. CTC

Węgiel aktywny na podłożu ceramicznym. CTC

Węgiel aktywny na podłożu ceramicznym. CTC

Porównanie powierzchni właściwych Mikrofotografia SEM przedstawiająca badany adsorbent.

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

Porównanie rozkładu mikroporów

Porównanie rozkładu mikroporów

Porównanie rozkładu mikroporów

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