Porenvolumen

Porenvolumina-Bestimmungen

Porenvolumina-Bestimmungen

Porenvolumenverteilungen können entweder durch Physisorption von Gasen (typischerweise N2, Kr, Ar oder CO2) oder durch Quecksilberporosimetrie bestimmt werden. Mit Hilfe der Physisorption können Porendurchmesser zwischen 3,5 bis etwa 4000 Å aufgelöst werden.

Die Quecksilberporosimetrie ist für die Auflösung von Porendurchmessern zwischen 30 Å und 900 µm geeignet.

Physisorption

Um die Porengröße durch Physisorption zu bestimmen, werden Isothermen beginnend bei niedrigen Drücken (etwa 0,00001 Torr, Minimum) bis zum Sättigungsdruck (etwa 760 Torr) aufgezeichnet. Der Druckbereich wird durch den Größenbereich der zu messenden Poren bestimmt. Isothermen von mikroporösen Materialien werden über einen Druckbereich von etwa 0,00001 Torr bis 0,1 Torr aufgenommen. Isothermen von mesoporösen Materialien werden typischerweise über einen Druckbereich von 1 Torr bis etwa 760 Torr aufgenommen.

Anhand der erhaltenen Isotherme (adsorbiertes Volumen in Abhängigkeit des Relativdrucks p/p0) kann eine Vielzahl verschiedener Verfahren (Theorien oder Modelle) angewendet werden, um die Porengrößenverteilung zu bestimmen. Zu den verfügbaren Mikroporenverfahren gehören: Dichtefunktionaltheorie (DFT), MP-Methode, Dubinin-Plots (Dubinin-Radushkevich D-R, Dubinin-Astakov D-A) und Horvath-Kawazoe (H-K) -Berechnungen. Verfügbare Mesopore-Methoden umfassen: Barrett, Joyner und Halenda-Methode (BJH) und Dichtefunktionaltheorie (DFT). Die t-plot-Analyse ist auch für den gesamte Mikroporenbereich verfügbar.

Quecksilberporosimetrie:

Die Quecksilberporosimetrie beinhaltet das Einbringen der Probe in ein spezielles Probenrohr (Penetrometer) und anschließendes Füllen des Probenraums mit Quecksilber. Quecksilber ist für die meisten Materialien aufgrund der hohen Oberflächenspannung eine nichtbenetzende Flüssigkeit, sodass es Hohlräume nicht freiwillig und nur unter Druck ausfüllt. Der Druck, mit dem Quecksilber in eine Pore eindringt, ist umgekehrt proportional zur Größe der Öffnung des Hohlraums.

Da Quecksilber gezwungen wird, in die Poren des Probenmaterials einzudringen, wird das Volumen im Quecksilberzulauf (Kapillare) geringer. Das inkrementelle Volumen, das nach jeder Druckänderung verbraucht wird, wird durch Messen der Kapazitätsänderung der Kapillare bestimmt. Dieses Intrusionsvolumen wird mit dem entsprechenden Druck bzw. der Porengröße aufgezeichnet.

HINWEIS: Die maximale Porengröße, die ein Quecksilberporosimeter auflösen kann, hängt von einer Reihe von Faktoren ab. Die primären begrenzenden Faktoren sind 1) der Kontaktwinkel zwischen Quecksilber und dem Probenmaterial und 2) der Kopfdruckgradient, der mit einem Quecksilbervolumen verbunden ist sowie das Volumen des Probenmaterials, das diesen Drücken ausgesetzt wird.