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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


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)



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.



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)



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)



Mikroporen Poren in der Größenordnung der Gasmolekülehohe Permselektivitäten

dominante Transportmechanismen- aktivierter Transport


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.



Adsorptiv Wahl des richtigen Gases wichtigzu große Moleküle führen zu einer zu kleinen spezifischen Oberfläche



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



Mikroporen - die kleinsten Poren werden zuerst gefüllt- parallel mit dem Füllen größerer Mikroporen erfolgt

auch Adsorption an den Porenwänden(secondary micropore filling)



Mesoporen - Ausbildung von Mono- und danach Mehrfachschichten

- Kapillarkondensation



Unporöse Substanz - Ausbildung von Mono- und danach Mehrfachschichten bei hohen Relativ-drücken


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


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

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