Classificação e análise do mecanismo de adsorção

A isotemperatura de adsorção é uma fonte de informação sobre a estrutura dos orifícios do adsorbente, o calor de adsorção e outras características físicas e químicas. As linhas isotérmicas de adsorção do adsorbido podem ser obtidas em temperaturas constantes e em condições de pressão relativa de uma ampla gama. Para uma melhor compreensão das informações contidas nas isotles de adsorção, a seguinte é uma breve introdução à classificação das isotles de adsorção e ao mecanismo da adsorção [1, 8, 10, 19, 20, 33, 53-55]: os numerosos isotles de adsorção podem ser divididos em seis tipos (classificação da IUPAC), como mostrado nas Figuras 1-11. Para os adsorentes microporosos com uma área externa muito pequena, sua adsorção se manifesta como uma isotemperatura de adsorção tipo I, a isotemperatura de adsorção tipo I e a linha de pressão parcial P / Po são concavas e caracterizadas pela formação de uma plataforma, a plataforma é horizontal ou próxima da horizontal, com a chegada da pressão de saturação isotemperatura de adsorção ou diretamente com P / Po = 1 se cruza ou se manifesta como uma "cauda arrastada". A parte inicial da isotemperatura de adsorção representa o processo de preenchimento de microporos estreitos no adsorente, cuja capacidade de adsorção limite depende do volume de microporos acessíveis em vez da área da superfície, e a inclinação da plataforma sob pressões relativas mais altas é causada pela adsorção de camadas múltiplas em superfícies não microporosas, como os buracos médios ou grandes e superfícies externas. A isotermia de adsorção tipo II é normalmente uma adsorção de camada única a camada múltipla não rigorosa causada por adsorentes porosos ou grandes. A presença de um ponto de viragem indica a transição da adsorção de camada única para a adsorção de camadas múltiplas, ou seja, a conclusão da adsorção de camada única e o início da adsorção de camadas múltiplas. A isotemperatura de adsorção do tipo III é geralmente associada a uma interação adsorbente-adsorbante mais fraca e a uma interação adsorbante-adsorbante mais forte, neste caso, o efeito de sinergia leva à formação de adsorção de várias camadas antes de uma única camada de adsorção uniforme ainda ser concluída, causando assim que a capacidade de adsorção aumente rapidamente à medida que a adsorção ocorre, e a interação entre adsorbente-adsorbente tem um impacto importante no processo de adsorção. A adsorção de vapor de água em superfícies não porosas é um exemplo de linha isotérmica de adsorção tipo III. A característica óbvia da linha isotérmica de adsorção do tipo IV é a sua presença de circuito atrasado, que tem muito a ver com a ocorrência da condensação capilar, e mantém uma capacidade de adsorção constante na faixa de pressão parcial mais alta e mais ampla, a sua parte inicial é semelhante à linha isotérmica de adsorção do tipo II, que corresponde à adsorção de camada única a camada múltipla na parede do orifício. Alguns poços médios ou micropoços de carvão em poucos adsorentes apresentam água tipo V

As isotermas de adsorção, como as isotermas de adsorção tipo III, são muito fracas em comparação com as interações adsorbente-adsorbente, o que inclui, claro, os casos em que as moléculas de água formam ligações de hidrogênio. A linha isotérmica de adsorção do tipo VI é equivalente, mas tem um significado teórico especial, representando a formação gradual de adsorção de camadas múltiplas em superfícies homogéneas não porosas, como o carvão de grafito, e a altura de cada etapa fornece a capacidade de adsorção de camadas diferentes.

Figura 1-11 IUPAC classificação de adsorção isotermas

Figura-11 Tipos de isolinhas de adsorção de acordo com a União de Química Pura e Aplicada (IUPAC)

A isometria de adsorção é a superposição de adsorção por diferentes orifícios em proporção à área total de superfície ou ao volume do poro ocupado, para os poros do tipo de fenda, a isometria de adsorção N (P) pode ser expressa pela seguinte fórmula [56-60]:

Dos quais

N(P) é o número de moles de adsorção quando a pressão relativa é P;

Hmin e Hmax são pequenos e grandes aberturas zui no adsorbente;

ρ(P,H) é a densidade molar da abertura H, quando a pressão relativa é P, N;

f(H) é a função do orifício correspondente à largura do orifício H, caracterizando a distribuição do orifício do adsorbente.

Evans [58] e seus colegas adotaram uma aproximação da termodinâmica estatística das propriedades dos líquidos adsorvidos dentro dos poros, a teoria da função de densidade de campo média. Densidade Funcional Teoria) foi estudada. A teoria da função de densidade de campo média divide as interações entre moléculas líquidas na fase média-líquida em teorias aproximadas da repulsão de curta distância e da gravidade de longa distância. Os efeitos das interações remotas sobre o desempenho dos líquidos podem ser tratados de acordo com uma aproximação teórica da função de densidade de campo média; O efeito de repulsão de curta distância é modelado pela disposição equivalente da bola dura. A teoria da função de densidade de campo média para a fase de equilíbrio de adsorção dentro de poros maiores é equivalente ao modelo de adsorção proposto com base em métodos de análise termodinâmica, enquanto que a descrição de moléculas de adsorção dentro de poros menores é mais próxima da realidade, em particular, é capaz de prever a espessura da camada de adsorção na parede do orifício e é capaz de mostrar mudanças no tamanho do orifício crítico da condensação capilar ao preenchimento do orifício. As interações intermoléculares são calculadas usando a equação de energia potencial de Lennard-Jones descrita anteriormente. Em 1989, Seaton e outros usaram a teoria da função de densidade para determinar a distribuição de abertura do adsorbente de carbono do microporo ao poro médio. com

Mais tarde, Oliver e Conklin [571] (Micromérica) Ins. Corp.) propõe métodos de cálculo mais genéricos que usam aproximações de densidade não-locais ou uniformes. ou suavizado densidade O tratamento de aproximação regularizado é ampliado ainda mais para a faixa de grandes orifícios (0,4 nm a 400 nm). Os autores do método DFT [55] e alguns acadêmicos estrangeiros [59-62] caracterizaram a distribuição de poros de adsorentes de carbono, mostrando que o DFT é um algoritmo baseado em isotermos de adsorção de alta resolução que é mais fácil e com apenas um método para caracterizar toda a gama de poros de sólidos porosos (microporos a grandes poros). Além disso, a simulação molecular atualmente comum também é o método de Monte-Carlo [63-65], que é semelhante ao método DFT mencionado anteriormente, e não é mais discutido aqui. Em resumo, a partir da pesquisa atual sobre adsorentes de carbono e os artigos publicados em publicações relacionadas, a simulação molecular sobre a adsorção de adsorentes de carbono e a distribuição de aberturas são pontos quentes da pesquisa atual.