Os adsorventes porosos desempenham um papel importante nas áreas de purificação ambiental, armazenamento de energia e conversão catalítica devido à sua estrutura e propriedades porosas únicas. Adsorventes porosos geralmente têm alta área superficial específica e rica distribuição de poros, que podem interagir efetivamente com moléculas em gás ou líquido. O uso do método estático de adsorção de gás para caracterizar com precisão parâmetros como BET e distribuição de minério pode ajudar a obter uma compreensão mais profunda das propriedades e do desempenho de adsorção de adsorventes porosos.  

 

BET e P ore D istribuição de adsorventes porosos 

 

Adsorventes porosos são um tipo de material com alta área superficial específica e rica estrutura de poros, que pode capturar e fixar moléculas em gás ou líquido por meio de adsorção física ou química. Existem muitos tipos deles, incluindo adsorventes porosos inorgânicos (carvão ativado, sílica gel, etc.), adsorventes de polímeros orgânicos (resinas de troca iônica, etc.), polímeros de coordenação (MOFs, etc.) e adsorventes porosos compostos, etc.

 

Uma compreensão completa das propriedades físicas dos adsorventes porosos é fundamental para otimizar o desempenho e expandir as áreas de aplicação. As direções de aplicação do Analisador de Área de Superfície e Porosimetria BET na indústria de adsorventes porosos incluem principalmente controle de qualidade, pesquisa e desenvolvimento de novos materiais, otimização de processos de separação, etc. pode ser melhorado de maneira direcionada para atender às necessidades específicas da aplicação e melhorar a adsorção seletiva de moléculas alvo. 

 

Em resumo, analisar a área superficial específica e a distribuição de poros de adsorventes porosos através da caracterização da adsorção de gases é benéfica para avaliar a capacidade de adsorção, seletividade e eficiência, e é de grande importância na promoção do desenvolvimento de novos adsorventes de alta eficiência. 

 

Caracterização das propriedades de adsorção de gases de materiais MOFs

 

Os materiais de estrutura metal-orgânica (MOFs) tornaram-se um novo tipo de material de adsorção que tem atraído muita atenção devido à sua alta porosidade, grande área superficial específica, estrutura ajustável e fácil funcionalização. Através da regulação sinérgica da modificação do grupo funcional e do ajuste do tamanho dos poros, o desempenho de captura e separação de CO ₂ dos materiais MOFs pode ser melhorado até certo ponto. 

 

UiO-66 é um adsorvente de MOFs amplamente utilizado, frequentemente usado em adsorção de gases, reações catalíticas, separação molecular e outros campos. A seguir é apresentado um caso de caracterização do material UiO-66 usando o Analisador de Área de Superfície e Porosimetria CIQTEK V-3220 e 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.

 

A seguir estão exemplos de caracterização de diferentes tipos de materiais de carvão ativado usando o  Analisador de Área de Superfície e Porosimetria CIQTEK V- 3220 e 3210 BET . Na Figura 5, depois que as duas amostras de carvão ativado foram aquecidas por 2 horas sob condições de vácuo a 300°C para desgaseificação, as áreas superficiais específicas do carvão ativado de madeira e do carvão ativado de casca de coco foram medidas como sendo 951,81 m ² /g e 1393,75 m ² /g respectivamente. As áreas de superfície específicas maiores significam que mais locais ativos estão disponíveis para adsorver moléculas de gás ou líquido.

Ao analisar as isotermas (Figura 6), verifica-se que o carvão ativado da madeira é uma isoterma composta do tipo I e do tipo IV, enquanto o carvão ativado da casca de coco pertence principalmente à isoterma do tipo I. O carvão ativado com casca de coco possui maior capacidade de adsorção na área de baixa pressão parcial.

Uma análise adicional do tamanho total dos poros do NLDFT (Figura 7) mostra que o volume total dos poros do carvão ativado da madeira é de 0,55 ml/g e a proporção do volume dos microporos é de 62,90%. O volume total de poros do carvão ativado de casca de coco é de 0,62ml/g, e a proporção de volume de microporos é de 89,13%, o carvão ativado de casca de coco tem maior volume e proporção de microporos, o que é consistente com os resultados da análise isotérmica. Além disso, o tamanho dos poros afeta diretamente os tipos e tamanhos das moléculas que o carvão ativado pode adsorver, enquanto a uniformidade da distribuição do tamanho dos poros afeta a eficiência e a seletividade do processo de adsorção. Ajustando com precisão as condições de preparação para controlar parâmetros como a área superficial específica e a distribuição do tamanho dos poros do carvão ativado, podem ser projetados adsorventes eficientes adequados para necessidades específicas.