Adsorption des gaz

Chez Micromeritics, nous fournissons des instruments de précision adaptés à l'analyse précise de l'adsorption de gaz, essentielle pour les applications en science des matériaux, en catalyse et dans d'autres domaines de pointe. Cette page présente les principes de l'adsorption de gaz, les technologies innovantes que nous utilisons et la manière dont nos instruments peuvent améliorer vos recherches et vos applications industrielles.

Qu'est-ce que l'adsorption de gaz ?

L'adsorption de gaz est le processus par lequel les molécules de gaz adhèrent à la surface d'un matériau. Il est essentiel de comprendre les types d'adsorption de gaz pour les applications techniques et scientifiques. L'adsorption physique (physisorption) et l'adsorption chimique (chimisorption) sont deux mécanismes fondamentaux par lesquels les gaz interagissent avec les surfaces des matériaux.

La physisorption implique une faible liaison entre les molécules de gaz, principalement par le biais des forces de van der Waals, qui sont réversibles et se produisent à différentes températures

Cette technique est utilisée dans diverses applications pour déterminer la surface BET et la porosité.

La chimisorption implique la formation de liaisons chimiques plus fortes entre les molécules de gaz et les atomes ou molécules de surface du matériau.

Ce processus entraîne généralement une adsorption irréversible et joue un rôle crucial dans la caractérisation des catalyseurs, la modification des surfaces et la compréhension de la cinétique des réactions.

Pourquoi la physisorption ?

Les instruments microméritiques sont finement calibrés pour mesurer la pression et la température qui sont utilisées pour déterminer le volume de gaz adsorbé sur l'échantillon. Les données sont collectées sous forme d'isothermes, typiquement de la basse pression (~0,00001 torr) à la pression de saturation (~760 torr). La plage de pression est déterminée en fonction des informations souhaitées.

Les données obtenues à partir des expériences de physisorption sont utilisées pour déterminer la surface spécifique (BET), la porosité et la capacité d'adsorption du matériau.

Applications :

Surface BET

La quantité de gaz adsorbée à la surface des matériaux peut être utilisée pour calculer la surface spécifique. La surface est une mesure de la surface exposée d'un échantillon solide à l'échelle moléculaire.
La théorie BET (Brunauer, Emmet et Teller) est le modèle le plus utilisé pour déterminer la surface spécifique.

En général, l'analyse BET est réalisée en utilisant de l'azote gazeux (N2) comme adsorbat en raison de sa grande affinité pour les surfaces solides. Le gaz est introduit à basse pression et les molécules commencent à s'adsorber sur la surface. Lorsque la pression du gaz augmente, une monocouche se forme, suivie d'une adsorption multicouche (nous avons une image montrant ce processus). La quantité adsorbée est déterminée pour calculer la surface à l'aide de l'équation BET. Pour les matériaux à faible surface, le krypton est couramment utilisé comme adsorbat alternatif. En raison de sa pression de vapeur plus faible (2,5 mmHg) que celle du N2 (760 mmHg) à 77,35 K, les analyses au Kr impliquent un changement de pression plus important au cours de l'étape d'adsorption à la même pression relative, ce qui se traduit par une plus grande précision.

La surface BET d'un matériau est calculée à partir de la capacité monocouche, qui est le volume de la première couche unique de molécules de gaz ou d'atomes adsorbés sur la surface.
L'équation BET est linéarisée pour calculer commodément la capacité monocouche à partir de la pente et de l'ordonnée à l'origine du tracé de la transformation BET, qui doit atteindre un coefficient de corrélation suffisamment élevé pour un calcul BET valide, qui est généralement de 0,999.

Porosité

L'adsorption de gaz permet de caractériser la porosité d'un matériau, ce qui permet de mieux comprendre sa structure et ses propriétés. Lorsque la pression du gaz augmente, les pores du matériau commencent à se remplir. Ce processus commence par les pores les plus petits et progresse vers les plus grands jusqu'à ce qu'ils soient tous saturés. Globalement, l'adsorption de gaz s'applique à des pores dont le diamètre est compris entre ~0,35 nm et ~400 nm. Une fois que les détails de la courbe isotherme sont exprimés avec précision sous la forme d'une série de pressions en fonction de la quantité adsorbée, un certain nombre de méthodes différentes (théories ou modèles) peuvent être appliquées pour déterminer la distribution de la taille des pores.
Classification Taille Modèles de calcul typiques
Micropore <2 nm Théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) Méthode M-P Graphiques de Dubinin (D-R, D-A) Horvath Kawazoe (H-K) t-plot (surface totale des micropores)
Mésopore 2-5 nm Barrett, Joyner et Halenda (BJH) Théorie fonctionnelle de la densité (DFT) Dollimore-Heal (DH)
Macropore > 50 nm Barrett, Joyner et Halenda (BJH) Théorie fonctionnelle de la densité (DFT) Dollimore-Heal (DH)
*Considérations particulières >400 nm Pour les pores de plus de 400 nm, d'autres techniques telles que la porosimétrie par intrusion de mercure (lien vers la page) sont employées. Cette technique permet d'obtenir des informations sur les pores de plus grande taille, typiquement de 3 nm à 1100 µm.

Nos solutions

Instruments

3Flex

  • Système avancé d'adsorption des gaz
  • Analyse des micropores la plus performante
  • Analyse des vapeurs
  • Chimisorption statique et réactions dynamiques programmées en fonction de la température disponibles

ASAP 2020 Plus

  • Analyseur de surface et de porosité à haute résolution
  • Instrument de préparation et d'analyse indépendant dans une seule armoire
  • Idéal pour les applications de recherche, de développement et de contrôle de la qualité

TriStar II Plus

  • Analyse automatisée de la surface BET à haut débit
  • Les mesures parallèles à trois échantillons maximisent la productivité
  • Des transducteurs indépendants pour les ports d'échantillonnage, un système de vide dédié et une servovalve contrôlée par ordinateur permettent d'obtenir le temps de mesure le plus court possible pour l'analyse de plusieurs échantillons.
  • Configuration Krypton disponible pour les matériaux de faible surface

Gémeaux

  • Conception unique de la mesure différentielle
  • Mesure de la surface individuelle la plus rapide
  • Grande précision pour une faible surface en utilisant le gaz N2

ASAP 2460 &AMP; 2425

Services

Nous proposons une gamme complète de services de caractérisation, qu'il s'agisse de l'analyse d'un seul échantillon, du développement ou de la validation d'une méthode complexe, de l'évaluation de nouveaux produits ou de projets de fabrication à grande échelle.

Options disponibles

  • Surface multipoint utilisant de l'azote gazeux (ISO 9277)
  • Surface multipoint utilisant le gaz krypton (ISO 9277)
  • Surface multipoint et STSA utilisant de l'azote gazeux (ASTM D6556)
  • Surface multipoint à l'aide d'argon
  • Surface multipoint à l'aide de Co2
  • Isotherme d'adsorption d'azote en 40 points (20 A à 3000 A)
  • Isotherme d'adsorption d'azote et de désorption de 40 points (20 A à 3000 A)
  • Analyse des micropores à haute résolution et isotherme des mésopores (4 A à 3000 A)
  • Isothermes spéciales de CO2 à O °C
  • Isothermes d'adsorption dans des conditions définies par l'utilisateur (gaz spéciaux)
  • Isothermes à haute pression utilisant de l'hydrogène, de l'azote, de l'oxygène, du méthane ou d'autres gaz

FAQ

  • Quelles sont les autres méthodes permettant de caractériser la porosité d'un matériau ?

    Intrusion de mercure
    Flux capillaire
  • Quelle est la différence entre la physisorption et la chimisorption ?

    La physisorption et la chimisorption sont les principaux types d'adsorption de gaz.
    Les différences sont mises en évidence dans le tableau ci-dessous :

    Physisorption (Adsorption physique) Chimisorption (Adsorption chimique)
    Non sélectif Sélectif
    Interactions faibles (van der Waals) Interactions fortes (liaisons chimiques)
    Réduction de la consommation d'énergie Une énergie plus élevée
    RéversibleIrréversible et réversible

Ressources pertinentes

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