Способ определения распределения объема пор по размерам в пористых материалах Советский патент 1989 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к определению свойств пористых материалов, в частности функции распределения объема и внутренней поверхности пор по их размерам, и может быть использовано в научно-исследовательских и заводских лабораториях для оценки качества адсорбентов, выпускаемых промышленностью, а также других пористых тел - катализаторов, наполнителей, насадок хроматографических колонн.

Целью изобретения является повышение точности и упрощение процесса определения распределения объема пор по размерам.

На фиг.1-3 приведены диаграммы, характеризующие распределение пор по размерам.

Сущность способа состоит в том, что в поровое пространство исследуемого материала вводят смачивакицие рабочие жидкости, в качестве которых используют разбавленные растворы узких фракций полимеров с известными МуиМп(Мц/М„ 1,1), где М и М „- средневесовая и среднечисловая молекулярные массы, измеряют величины адсорбции а этих фракций полимера в поровом пространстве и по зависимости а от молекулярной массы полимера находят искомое распределение.

В поры адсорбента проникают и адсорбируются на внутренней поверхности пор только такие клубки макромолекул полимера, размер которых меньше или равен диаметру пор. На фиг.1-3 приняел

о t со

4

3150

ты следующие обозначения: кривые 1 - зависимости величин адсорбции « узких фракций полистирола от диаметра клубков макромолекул полистирола в растворе; кривые 2 - зависимости объемов пор адсорбентов V , которые доступны для макромолекул полистирола определенной молекулярной массы от диаметров пор; кривые 3 - искомые распределения объемов пор по размерам (AVg/ud). На кривьпс 1 Хфиг.1-3) наблюдаются две ветви: восходящая и нисходящая. Первая ветвь обусловлена зависимостью величины адсорбции от молекулярной массы полистирола на равнодоступной поверхности адсорбента. Вторая ветвь обусловлена зависимостью величин адсорбции полимера от доли пор, доступных для клубков мак- ромолекул данного размера. Зависимость доступного объема пор Vg от ди аметра пор d рассчитывают по нисходящей ветви зависимости « от d, , где а - величина адсорбции.

Зная массу адсорбента т, массу раствора полимера т, кондектрацию полистирола в растворе до адсорбции С (мг/г) и измерив концентрацию полистирола в pacTBopss после адсорбции С (мг/г), находят величину адсорбции ci (мг/г) полимера в пор овом пространстве

а (С о - C)mp/m. (1)

Полагая, что предельная величина адсорбции макромолекул полимера на поверхности непористого адсорбента составляет А 1 мг/м, находят доступную для макромолекул поверхность SQ () в пористом адсорбенте S п

i ,7

а/А.

При допущении, что предельная величина адсорбции макромолекул полимера на поверхности непористого адсорбента составляет t мг/м, величину адсорбции я (мг/г) можно преобразовать в величину доступной поверхности S (м2/г).

Объем пор адсорбента V, доступ-т ный для макромолекул полимера определенной молекулярной массы, рассчитывают, принимая, что в пористом материале поры имеют цилиндрическую форм и диаметр пор d равен гидродинамическому диаметру клубка макромолекулы полистирола в растворе d.j.. Гидродинамический диаметр клубка макромолекулы полистирола в растворе предварительно рассчитывают из соотношени

, ,MiCl /J г (--ф- .

(2)

где М . - молекулярная масса полистирола

С п.- характеристическая вязкость Ф - константа, численно равная 2, 1 -10 моль - если Гг выражена в 100 . В табл, 1 приведены рассчитанные по соотношению (2) размеры клубков макромолекул полистирола, имеющие разную молекулярную массу (ММ), в растворе четыреххлористого углерода при .

Объем пор адсорбента Vq, доступный для макромолекул полистирола определенной молекулярной массы, рас- считьшают согласно выражению

V - 4

(3)

и строят интегральную кривую распределения объема пор по размерам V , Va(d) (кривые 2 на фиг.1-3). Затем путем графического дифференцирования интегральных кривых Va. Va(d) получают дифференциальные кривые, uVa/Ad f(d), т.е. искомое распределение объема пор по размерам,, (кривые 3 на фиг.1-3).

Пример. Определение распределения объема пор по размерам в сило- С-80.

В 11 стеклянных ампул емкостью ТО МП вводят по 0,2 г силохрома С-80 (зернение 80-100 мкм), предварительно высушенного при 100-1 , приливают по 7 г 0,5%-ного раствора полистирола с молекулярными массами, указанными в табл. 1. Ампулы запаивают и помещают в термостат, в котором поддерживают температуру и периодически встряхивают. Через 2 ч ампулы охлаждают и вскрывают, отбирают часть жидкости для анализа на интерферометре изменения концентрации полистирола в растворе после адсорбции (с) и вычисляют величины адсорбции полимера в поровом пространстве сило- хрома С-80 с помощью формулы (1). Затем строят график зависимости а a(d) величины адсорбции от диаметра пор в силохроме С-80 (кривай 1 на фиг.1).

Объем пор в силохроме С-80, доступный для макромолекул полистирола различной молекулярной массы (VOL), рассчитывают по соотношению (3) (кривая 2 на фиг.1). Путем графического дифференцирования интегральной кривой

51500S

V Vg(d) получают искомое распр1 де- .ление (кривая 3 на фиг.1).

В табл. 2 представлены результаты /сравнения предлагаемого способа с с известными ранее способами определения распределения объема пор по раз- керам.

Таким образом, предпагаемьга способ Ш обладает тем преимуществом по сравнению с известными способами аналогичного назначения, что он позволяет более проще, точнее и быстрее получить искомое распределение. Кроме того, 15 он не требует создания сложной высоковакуумной аппаратуры, использования больших количеств ртути и высоких давлений.

14

Формула изобретения

Способ определения распределения объема пор по размерам в пористых материалах, включающий введение в по- ррвое пространство исследуемого материала смачивающей рабочей жидкости, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности и упрощения процесса определения, в качестве рабочих жидкостей используют разбавленные растворы полимеров различных молекулярных масс, измеряют количество полимера, адсорбированного в поровом пространстве исследуемого материала, и по зависимости этого количества от молекулярной массы полимера находят искомое распределение.

Таблица 1

Изобретение касается определения свойств пористых материалов и может быть использовано для оценки качества сорбентов. Цель изобретения - повышение точности и упрощение процесса определения распределения пор по размерам. Цель достигается путем введения в поровое пространство сорбента растворов полимеров различных молекулярных масс, измерения количества сорбированного полимера в зависимости от его молекулярной массы и расчета по этой зависимости распределения пор по размерам. Применение способа позволяет повысить точность определения распределения пор по размерам, избегая при этом использования сложной высоковакуумной аппаратуры или установок высокого давления. 3 ил., 2 табл.

Капиллярная конденсация (базовый объект) Ртутная по- рометрия (прототип) Предлагаемый способ

Таблица2

30-200 А

15-20

100 А-7,мкм 30-40 4 А-0,5, мкм lO -IS

а.

-чг/г

(tVg/ad)-ro

т вЬй то d.A Фиг.1

гоо

Составитель М.Рогачев Редактор Т.Парфенова Техред Л.Олийнык Корректор И.Муска

Заказ 4858/38

Тираж 789

ВНИИПИ Государственниго комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное