Histereza izotermy adsorpcji i desorpcji Jak określić rozkład wielkości porów

Zawsze było sprawą dyskusyjną, czy należy wyznaczać rozkład wielkości porów wykorzystując izotermy adsorpcji czy izotermy desorpcji.

Uważa się, że histereza izotermy adsorpcji i desorpcji jest spowodowana stopniowym mechanizmem desorpcji (teoria perkolacji) ze względu na połączenie różnych rozmiarów porów. Teoria ta sugeruje, że rozkład wielkości porów uzyskany z izotermy desorpcji jest problematyczny w stosowaniu. Powszechnie uważa się, że rozkład wielkości porów uzyskany z izotermy adsorpcji sprawia mniej problemów i jest bliższy prawdziwej wartości.

Histereza Ad-desorpcji

Dodatkowo występuje zjawisko zamykania izotermy desorpcji względem strony izotermy adsorpcji przy tym samym ciśnieniu równowagowym nawet przy zmianie wielkości porów (bez szczególnego przypadku histerezy niskiego ciśnienia). Zjawisko to pokazuje, że przyczyna zamknięcia izoterm desorpcji nie jest związana z wielkością porów i wynika z adsorpcyjnych właściwości fizycznych w temperaturze adsorpcji. Takie zachowanie jest spowodowane kawitacją fazy adsorpcji w porach. Analiza rozkładu wielkości porów otrzymana z izotermy desorpcji ma zawsze pik dla porów o wielkości 3,4 nm, ze względu na ciśnienie kawitacji. Używając izotermy desorpcji N₂ w temp. 77 K, należy go zignorować, ponieważ nie jest związany z kondensacją w porach na materiale.

Desorpcja azotu z kawitacją w temp. 77,4 K

Rozkład wielkości porów krzemionki mezoporowatej Poniższe rysunki to wykres rozkładu wielkości porów i obraz z TEM porowatego materiału krzemionkowego

Pik odpowiadający porom o wielkości 29 nm, zaznaczony czerwonym kółkiem, obliczono z izotermy adsorpcji, a pik odpowiadający porom o wielkości 18 nm, zaznaczony niebieskim kółkiem, obliczono z izotermy desorpcji. Piki te różnią się o około 10 nm. Ich porównanie z wynikiem obrazem materiału uzyskanym w TEM wskazuje na dobrą zgodność wielkości porów z wielkością porów uzyskaną z izotermy adsorpcji. Również na tym materiale występują niejednorodne pory połączone w sposób złożony. Obecnie technika adsorpcji gazu jest przydatna do określania wielkości porów, ale trudno jest nią określić kształt porów. Dlatego konieczne jest dobranie odpowiedniej teorii analizy poprzez określenie kształtu porów z literatury lub obrazów uzyskaną metodami TEM/SEM.