Adsorption bei unterschiedlichen Temperaturen

Messgeräte

AUTOSORB-iQ-Serie
QUADRASORB-Serie
NOVAe-Serie
AQUADYNE DVS
HYDROSORB-1000

 

Adsorption bei unterschiedlichen Temperaturen

 

Standardmethode für die Gasadsorption ist die Messung mit N₂ bei 77 K zur Bestimmung der BET-Oberfläche und zur Porenanalyse. Im Falle anderer Adsorptive oder für besondere Aufgabenstellungen wird dagegen bei anderen Temperaturen gemessen, zur Bestimmung der Wasseraufnahme z.B. meist in der Nähe der Raumtemperatur.

Messmethode

Für die Porenstrukturanalyse ergibt sich die Möglichkeit, im Relativdruckbereich von 0 – 1 die Isotherme eines Messgases bei der Siedetemperatur des Messgases zu bestimmen. Aufgrund eines niedrigen Preises und guter Verfügbarkeit wird traditionell mittels N₂ bei der Siedetemperatur des N2 (77 K) gemessen. Dessen ungeachtet kann man prinzipiell jedes Messgas bei jeder Messtemperatur bzgl. seines Adsorptionsverhaltens untersuchen bzw. seine Eignung für eine Porenstrukturanalyse diskutieren.

In der Praxis haben sich folgende Untersuchungen bewährt:

- Argon / 87 K   für Mikroporencharakterisierungen
- Krypton / 77 K  zur Bestimmung sehr kleiner BET-Oberflächen
- Krypton / 87 K Analyse kleiner Mesoporen in dünnen porösen Schichten
- CO₂ / 273 K    Untersuchung kleinster Mikroporen
- H₂, CH₄, CO₂ u. a. bei verschiedenen Temperaturen zur Untersuchung von Gasspeicherprozessen
- Diverse Adsorptive bei verschiedenen Messtemperaturen zum Vergleich von Adsorptionsprozessen
  oder die Gültigkeit von Stoffparametern und Auswertemodelle für die Porenanalyse
- Isothermen eines Adsorptivs bei verschiedenen Temperaturen können der Ermittlung von
  Adsorptionsenthalpien (isosteren Adsorptionswärmen) dienen
- Chemisorption:y H₂, CO, NH_3, Pyridine u.a. für die die Charakterisierung aktiver Oberflächen an
  Katalysatoren

Vorteile

Die Anwendung alternativer Temperaturen bei der Gasadsorption kann für die Lösung spezieller Aufgabenstellungen erforderlich und Vorteile zur Charakterisierung bestimmter Probenarten bringen.
Mit dem Cryostat für das AUTOSORB-iQ (s. Abb.) lassen sich solche Analysen zwischen 77 - 200 K durchführen.

Beispiel

Es wurden zwei Holzkohlen mit mehreren Adsorptiven untersucht, um das völlig unterschiedliche Adsorptionsverhalten von Stickstoff bei 77 K zu verstehen. Es wurden Isothermen an zwei Holzkohlen gemessen: N₂ 77 K, CO₂ 273 K, N₂ 298 K, H₂O 298 K. Man erkennt jeweils ähnliche Isothermenabschnitte, außer für N₂ bei 77 K. Dies wird durch engste Mikroporen mit Poreneingängen kleiner als 0,5 nm bei Probe B (blau) und einhergehender kinetisch stark gehemmter Adsorption hervorgerufen: während bei 77 K das N₂-Molekül nicht in sinnvollen Messzeiten in die engsten Poren diffundieren kann, wird Stickstoff bei 298 K deutlich mehr adsorbiert.

Literatur

QUANTACHROME PowderTechNote 52, S. 1 - 6
Partikelwelt 13, S. 12 - 19
Partikelwelt 10, S. 10 - 12
Partikelwelt 7, S. 18 - 22
Partikelwelt 5, S. 8 - 11