تلعب المواد الماصة المسامية دورًا مهمًا في مجالات تنقية البيئة وتخزين الطاقة والتحويل التحفيزي نظرًا لبنيتها وخصائصها المسامية الفريدة. عادةً ما تحتوي المواد الماصة المسامية على مساحة سطح محددة عالية وتوزيع مسامي غني، مما يمكن أن يتفاعل بشكل فعال مع الجزيئات الموجودة في الغاز أو السائل. إن استخدام طريقة امتزاز الغاز الثابت لتوصيف المعلمات بدقة مثل توزيع BET و P ore D ، يمكن أن يساعد في الحصول على فهم أعمق لخصائص وأداء الامتزاز للممتزات المسامية.  

 

توزيع BET و P ore D للمواد الماصة المسامية 

 

الممتزات المسامية هي نوع من المواد ذات مساحة سطح محددة عالية وبنية مسامية غنية، يمكنها التقاط وتثبيت الجزيئات في الغاز أو السائل من خلال الامتزاز الفيزيائي أو الكيميائي. هناك أنواع عديدة منها، بما في ذلك الممتزات المسامية غير العضوية (الكربون المنشط، هلام السيليكا، وما إلى ذلك)، والممتزات البوليمرية العضوية (راتنجات التبادل الأيوني، وما إلى ذلك)، والبوليمرات التنسيقية (MOFs، وما إلى ذلك) والممتزات المسامية المركبة، وما إلى ذلك.

 

يعد الفهم الشامل للخصائص الفيزيائية للممتزات المسامية أمرًا بالغ الأهمية لتحسين الأداء وتوسيع مجالات التطبيق. تشمل اتجاهات تطبيق محلل المساحة السطحية وقياس المسامية BET في صناعة المواد الممتصة المسامية بشكل أساسي مراقبة الجودة، والبحث والتطوير للمواد الجديدة، وتحسين عمليات الفصل، وما إلى ذلك. ومن خلال الاختبار الدقيق لمساحة السطح المحددة وتوزيع المسام، وأداء الممتزات المسامية يمكن تحسينها بطريقة مستهدفة لتلبية احتياجات التطبيقات المحددة وتحسين الامتزاز الانتقائي للجزيئات المستهدفة. 

 

باختصار، يعد تحليل المساحة السطحية المحددة وتوزيع المسام للمواد الماصة المسامية من خلال توصيف امتصاص الغاز مفيدًا لتقييم قدرة الامتزاز والانتقائية والكفاءة، وله أهمية كبيرة في تعزيز تطوير مواد ماصة جديدة عالية الكفاءة. 

 

توصيف خصائص امتصاص الغاز لمواد الأطر العضوية المعدنية

 

أصبحت مواد الإطار المعدني العضوي (MOFs) نوعًا جديدًا من مواد الامتزاز التي جذبت الكثير من الاهتمام بسبب مساميتها العالية ومساحة سطحها الكبيرة المحددة وهيكلها القابل للتعديل وسهولة التشغيل. من خلال التنظيم التآزري لتعديل المجموعة الوظيفية وتعديل حجم المسام، يمكن تحسين أداء احتجاز _ثاني أكسيد الكربون وفصله في مواد الأطر العضوية المعدنية إلى حد ما. 

 

UiO-66 عبارة عن مادة ماصة للأطر العضوية المعدنية تستخدم على نطاق واسع، وغالبًا ما تستخدم في امتصاص الغاز، والتفاعلات التحفيزية، والفصل الجزيئي، ومجالات أخرى. فيما يلي حالة لتوصيف مادة UiO-66 باستخدام محلل المساحة السطحية وقياس المسامية CIQTEK V-3220&3210 BET .

 

As shown on the left side of Figure 1, the specific surface area of UiO-66 is 1253.41 m²/g. A high specific surface area can provide more active sites, which is beneficial to improving its adsorption performance. It can be seen from the N₂-BET Isotherm Linear Plot ( (in Figure 1) that the adsorption amount has a sharp upward trend in the low partial pressure area (P/P₀<0.1), indicating that there is a certain amount of microporous structure in the material, reaching a certain relative pressure. A plateau appears in the final adsorption, and as the pressure increases, the adsorption isotherm continues to rise until adsorption saturation.

 

From the SF-Pore Distribution (Right in Figure 1), it can be concluded that the most probable pore diameter of this sample is 0.56 nm. By designing and regulating the specific surface area and pore structure of MOFs materials, the adsorption selectivity and separation effect can be further improved.

 

In addition to surface structure characterization (BET surface area, Pore Distribution, Pore Volume, etc.), gas adsorption techniques can be used to evaluate the storage capacity of porous adsorbents for various gases, such as CO₂, CH₄ and H₂ etc. under applied pressure and application temperature conditions.

 

The CIQTEK H-2210&2420 High Temperature Hydrogen Storage Gas Adsorption Analyzer can be used to detect the adsorption and separation capabilities of materials for H₂, CO₂, N₂, O₂, CH₄ and other gases under different temperatures and pressure environments. It can effectively characterize key adsorption and desorption gas properties such as material adsorption and desorption characteristics, amount and selectivity.

 

As shown in Figure 2, in order to study the adsorption performance of different materials on CO₂ gas, the adsorption of high-pressure CO₂ by two MOFs materials was tested at 25°C. The adsorption capacity of CO₂ by the two materials at 20 bar was 40.66 cm³/g and 84.71 cm³/g, desorption hysteresis was observed in both CO₂ isotherms, which was attributed to the structural changes of the MOFs material.

 

 

Characterization of specific surface area

and pore distribution of carbon nanomaterials

 

Carbon nanomaterials refer to carbon materials，include carbon aerogels, graphene, and CNT with at least one dimension of the dispersed phase smaller than 100 nm. They usually have high specific surface area, unique pore distribution, high conductivity and adjustable electronic structure. It has broad application prospects in the fields such as energy storage, conversion, catalysis and sensing.

 

The morphology and structure of carbon nanomaterials, especially basic parameters such as pore structure and specific surface area, determine their properties, functions and uses to a large extent. The CIQTEK V-Sorb X800 BET Surface Area & Porosimetry Analyzer was used to characterize the specific surface and pore distribution of carbon aerogel materials.

 

As shown on the left side of Figure 3, the specific surface area is calculated to be 1637.82 m²/g through the multi-point BET equation. Further analysis of N2-BET Isotherm Linear Plot (right in Figure 3) shows that it is a typical type I isotherm, and the adsorption amount increases rapidly in the low partial pressure area (P/P₀<0.1), indicating that the carbon aerogel contains rich microporous structure.

From the HK Pore  Distribution on the left side of Figure 4, it can be seen that the sample has a segmented nanopore structure, with concentrated pore distribution at 0.88nm, 1.31nm and 1.56nm. The pore size control method and performance of carbon nanomaterials can be preliminarily evaluated through pore size analysis. From the t-Plot (right of Figure 4), it can be concluded that the micropore volume of this sample is 0.63 ml/g, and the micropore area is 1627.51 m²/g, accounting for 99.37% of the total area. In-depth study of the specific surface area and influencing factors of carbon aerogels can provide a reference for its application and performance optimization.

 

 

Characterization of specific surface area

and pore distribution of activated carbon materials

 

Activated carbon is a porous carbon adsorbent that is widely used in the adsorption of gaseous or liquid phase pollutants, gas storage and catalyst carriers. Its adsorption performance is mainly affected by its physical parameters such as specific surface area, pore volume and distribution.

 

فيما يلي أمثلة لتوصيف أنواع مختلفة من مواد الكربون المنشط باستخدام  محلل المساحة السطحية وقياس المسامية CIQTEK V- 3220&3210 BET . في الشكل 5، بعد تسخين عينتي الكربون المنشط لمدة ساعتين تحت ظروف فراغ عند 300 درجة مئوية لإزالة الغاز، تم قياس المساحات السطحية المحددة للكربون المنشط بالخشب والكربون المنشط بقشرة جوز الهند لتكون 951.81 م ² / جم و1393.75 م2 ² / جرام على التوالي. المساحات السطحية المحددة الأكبر حجمًا تعني توفر مواقع أكثر نشاطًا لامتصاص الغاز أو الجزيئات السائلة.

من خلال تحليل الأيسوثرم (الشكل 6)، يمكن ملاحظة أن الكربون المنشط بالخشب هو الأيسوثرم المركب من النوع الأول والنوع الرابع، في حين أن الكربون المنشط لقشور جوز الهند ينتمي بشكل أساسي إلى الأيسوثرم من النوع الأول. يتمتع الكربون المنشط بقشرة جوز الهند بقدرة امتصاص أعلى في منطقة الضغط الجزئي المنخفض.

يُظهر تحليل حجم المسام الكامل NLDFT (الشكل 7) أن إجمالي حجم المسام للكربون المنشط بالخشب هو 0.55 مل/جم، ونسبة حجم المسام الدقيقة 62.90%. إجمالي حجم المسام للكربون المنشط بغلاف جوز الهند هو 0.62 مل/جم، ونسبة حجم المسام الصغيرة 89.13%، والكربون المنشط بغلاف جوز الهند يحتوي على حجم ونسبة أعلى للمسام الدقيقة، وهو ما يتوافق مع نتائج تحليل الأيسوثرم. بالإضافة إلى ذلك، يؤثر حجم المسام بشكل مباشر على أنواع وأحجام الجزيئات التي يمكن أن يمتصها الكربون المنشط، بينما يؤثر انتظام توزيع حجم المسام على كفاءة وانتقائية عملية الامتزاز. من خلال ضبط ظروف التحضير بدقة للتحكم في المعلمات مثل مساحة السطح المحددة وتوزيع حجم المسام للكربون المنشط، يمكن تصميم مواد ماصة فعالة مناسبة لاحتياجات محددة.