Physisorption

Physisorption

Charakterisierung von Porengrößenverteilungen und Porennetzwerkstrukturen einer Probe

Physisorptionsanalysen stellen eine wichtige Methode zur Bestimmung der Porengrößenverteilung und Charakterisierung von Porennetzwerkstrukturen einer mikroporösen Probe dar. Die Analyse beruht auf der Sorption von Gasen, welche Poren mit verschiedenen Durchmessern bei unterschiedlichen Partialdrücken befüllen. Aus einer kompletten Adsorptions- und Desorptionsisotherme kann man eine vollständige Porengrößenverteilung im Micro-, Meso- und Makroporenbereich ermitteln. Zusätzlich lassen sich auch Aussagen über das Porennetzwerk einer Probe treffen. Unser Labor verfügt über eine Reihe an verschiedenen Gasen (N2, Ar, Kr und CO2), welche je nach Fragestellung der Kunden für Physisorptionsmessungen herangezogen werden können.

Abbildung 1: Vergleich von zwei Sorptionsisothermen eines Tonsteins, gemessen mit Stickstoff (N2) und Argon (Ar). Dargestellt ist die sorbierte Menge des verwendeten Gases (mmol/g) als Funktion des Partialdruckes (p/p0). Beide Isothermen zeigen den selben Verlauf, erkennbar ist jedoch die sorbentienabhängige Abweichung am Knickpunkt des Desorptionszweiges (N2 = 0,55 und Ar = 0,47 p/p0). Für nanoporöse Materialien ist Argon aufgrund seines kleineren Atomdurchmessers im Vergleich zu Stickstoff das besser geeignete Sorptionsgas. Der für die Bestimmung der spezifischen Oberfläche einer Probe relevante Partialdruckbereich (ca. 0,05 bis 0,35 p/p0) ist gelb hinterleg.

Anwendungen

Physisorptionsanalysen werden primär von Universitäten und Forschungseinrichtungen durchgeführt, können aber auch in der Industrie eine starkes Werkzeug für Materialcharakterisierung sein. Einige Anwendungen sind im Folgenden aufgeführt:
  • Charakterisierung der Porösität von Gesteinen, z.B. für relevante Lithologien der nuklearen Endlagerung
  • Bestimmung der Porengrößenverteilung und Porennetzwerkstruktur von Membranen oder Filter
  • Strukturanalyse von nanoporösen Materialien für Speicherapplikationen, z.B. Metallorganische Gerüstverbindungen
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