Les adsorbants poreux jouent un rôle important dans les domaines de la purification de l'environnement, du stockage d'énergie et de la conversion catalytique en raison de leur structure et de leurs propriétés poreuses uniques. Les adsorbants poreux ont généralement une surface spécifique élevée et une distribution riche des pores, qui peuvent interagir efficacement avec les molécules du gaz ou du liquide. L’utilisation d’une méthode d’adsorption statique de gaz pour caractériser avec précision des paramètres tels que le BET et la distribution des pores peut aider à mieux comprendre les propriétés et les performances d’adsorption des adsorbants poreux.  

 

BET et P ore D istribution des adsorbants poreux 

 

Les adsorbants poreux sont un type de matériau doté d'une surface spécifique élevée et d'une structure de pores riche, qui peut capturer et fixer des molécules dans un gaz ou un liquide par adsorption physique ou chimique. Il en existe de nombreux types, parmi lesquels les adsorbants poreux inorganiques (charbon actif, gel de silice, etc.), les adsorbants polymères organiques (résines échangeuses d'ions, etc.), les polymères de coordination (MOF, etc.) et les adsorbants poreux composites, etc.

 

Une compréhension approfondie des propriétés physiques des adsorbants poreux est essentielle pour optimiser les performances et élargir les domaines d'application. Les domaines d'application de l'analyseur de surface et de porosimétrie BET dans l'industrie des adsorbants poreux comprennent principalement le contrôle de la qualité, la recherche et le développement de nouveaux matériaux, l'optimisation des processus de séparation, etc. En testant avec précision la surface spécifique et la distribution des pores, les performances des adsorbants poreux peut être amélioré de manière ciblée pour répondre aux besoins d’applications spécifiques et améliorer l’adsorption sélective des molécules cibles. 

 

En résumé, l'analyse de la surface spécifique et de la distribution des pores des adsorbants poreux via la caractérisation de l'adsorption de gaz est bénéfique pour évaluer la capacité, la sélectivité et l'efficacité de l'adsorption, et revêt une grande importance pour promouvoir le développement de nouveaux adsorbants à haute efficacité. 

 

Caractérisation des propriétés d'adsorption de gaz des matériaux MOF

 

Les matériaux de structure métallo-organiques (MOF) sont devenus un nouveau type de matériau d'adsorption qui a beaucoup attiré l'attention en raison de sa porosité élevée, de sa grande surface spécifique, de sa structure réglable et de sa fonctionnalisation facile. Grâce à la régulation synergique de la modification des groupes fonctionnels et de l'ajustement de la taille des pores, les performances de capture et de séparation du CO ₂ des matériaux MOF peuvent être améliorées dans une certaine mesure. 

 

L'UiO-66 est un adsorbant MOF largement utilisé, souvent utilisé dans l'adsorption de gaz, les réactions catalytiques, la séparation moléculaire et d'autres domaines. Ce qui suit est un cas de caractérisation du matériau UiO-66 à l'aide de l' analyseur de surface et de porosimétrie CIQTEK V-3220 et 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.

 

Voici des exemples de caractérisation de différents types de matériaux à base de charbon actif à l'aide de l'  analyseur de surface et de porosimétrie CIQTEK V- 3220 et 3210 BET . Sur la figure 5, après que les deux échantillons de charbon actif ont été chauffés pendant 2 heures sous vide à 300 °C pour le dégazage, les surfaces spécifiques du charbon actif de bois et du charbon actif de noix de coco ont été mesurées comme étant de 951,81 m ² /g et 1 393,75 m. ² /g respectivement. Les surfaces spécifiques plus grandes signifient que davantage de sites actifs sont disponibles pour adsorber des molécules gazeuses ou liquides.

En analysant les isothermes (Figure 6), on constate que le charbon actif de bois est une isotherme composite de type I et de type IV, tandis que le charbon actif de coque de noix de coco appartient principalement à l'isotherme de type I. Le charbon actif de coque de noix de coco a une capacité d'adsorption plus élevée dans la zone de basse pression partielle.

Une analyse plus approfondie de la taille des pores par NLDFT (Figure 7) montre que le volume total des pores du charbon actif du bois est de 0,55 ml/g et que le rapport volumique des micropores est de 62,90 %. Le volume total des pores du charbon actif de coquille de noix de coco est de 0,62 ml/g et le rapport volumique des micropores de 89,13 %, le charbon actif de coquille de noix de coco a un volume et une proportion de micropores plus élevés, ce qui est cohérent avec les résultats de l'analyse isotherme. De plus, la taille des pores affecte directement les types et les tailles des molécules que le charbon actif peut adsorber, tandis que l'uniformité de la distribution de la taille des pores affecte l'efficacité et la sélectivité du processus d'adsorption. En ajustant avec précision les conditions de préparation pour contrôler des paramètres tels que la surface spécifique et la distribution de la taille des pores du charbon actif, des adsorbants efficaces adaptés à des besoins spécifiques peuvent être conçus.