Exemple de traitement d'une microporosité sur un échantillon d'un ...

Voici le résultat d'une isotherme réalisée sur un charbon : Conditions d'analyse :
- Masse d'échantillon analysé : 0,1192 g
- conditions de dégazage : 200°C pendant 72 heures.
- conditions d'analyse : gaz argon à la température de l'azote
liquide, 77,2 K.
Des incréments de volume de 3 cm3/g STP sont réalisés pour l'analyse
des micropores. La pression de saturation mesurée varie entre 198,48
et 196,14 mmHg.
[pic]
L'isotherme obtenue ressemble à une isotherme de type I ; cependant
l'atteinte d'un pseudo palier est longue et on peut soupçonner un
échantillon mixte ou bien avec des micropores relativement dispersés en
taille. (isotherme avec abscisse en log). La surface spécifique obtenue est :
. en appliquant la méthode BET entre 0,06 et 0,137 de pression relative:
en prenant 0,142 nm2 pour encombrement de la molécule d'Argon,
surface a = 1259 ± 6 m2/g
avec une constante C = 185 et un volume de monocouche VM = 330 cm3 STP/g.
. en appliquant la loi de Langmuir entre 0,06 et 0,137 de pression
relative :
en prenant 0,142 nm2 pour encombrement de la molécule d'Argon,
surface a = 1588 ± 18 m2/g
avec une constante b = 0,01813 et un volume de monocouche VM = 416
cm3STP/g.
Détermination du volume microporeux et de la surface externe, non due aux
micropores. .L'application de la méthode t peut nous permettre de déterminer la part de
la surface dite externe (non due aux micropores) de la part due aux
micropores, la somme des deux devant être de l'ordre de grandeur de la
surface totale.
Ainsi l'on applique la méthode t à cette isotherme entre 0 et 0,65 de
pression relative (ce qui correspond à une épaisseur t comprise entre 0,6
et 0,85 nm), et en voici le résultat en terme de graphe donnant le volume
adsorbé en fonction de l'épaisseur t (calculée avec la relation de Harkins
et Jura) et de valeurs caractéristiques obtenues.
Volume microporeux : 0,4922 cm3/g
Aire de micropore : 1124 m2/g
Surface externe : 135 m2/g, donnée par la pente de la droite, soit :
Surface externe = (106.0,00128).1000 ? 135 m2/g
Avec 106, pente en cm3/g STP/nm
0,00128, facteur de conversion Vads gaz Vads liq
1000, pour convertir l'unité. [pic] La méthode de Dubunin-Raduskevitch donne une valeur pour le volume
microporeux, de par la relation:
[pic]
B est une constante liée à l'énergie d'adsorption d'un gaz de référence,
E0.
( : constante d'affinité du gaz d'analyse, ici égale à 0,267.
Ci-après on donne le tracé de logV en fonction de (log P0/P)2 ; l'ordonnée
à l'origine fournit le volume de micropores VO, soit ici 462 cm3/g STP (en
volume de gaz équivalent), ou 0,591±0,006 cm3/g.
[pic]
On peut penser, de par l'allure de l'isotherme obtenue et de par
l'extrapolation du pseudo palier jusqu'à l'axe des ordonnées sur ce même
isotherme, que la valeur de 462 cm3/g STP est surestimée. La méthode t
donne donc un volume microporeux plus cohérent avec l'isotherme obtenue. Détermination de la distribution de micropores.
. La méthode d'Horvath et Kawazoe donne la distribution de micropores ci-
après.
La méthode est utilisée en prenant une géométrie de pores cylindrique
(correspondant à l'extension de Saïto et Foley). Ainsi, pour chacune des
valeurs de pression relative P/Po, l'équation suivante est résolue pour en
déduire rp:
[pic]
Les données sont ici :
-Pour l'adsorbat argon :
Dadsorbat = 0,295nm
NA : densité d'adsorbat = 7,608.1014 molécules/cm2.
AA : coefficient de dispersion de l'adsorbat : 6,442.1059erg.cm6
-Pour l'adsorbant carbone-graphite :
Dadsorbant = 0,34nm
NS : densité d'adsorbant = 3,845.1015 molécules/cm2.
AS : coefficient de dispersion de l'adsorbant : 1,403.1058erg.cm6 Le premier pic obtenu sur la distribution différentielle, à 1,2 nm environ,
est un artéfact.
La distribution de taille de pore est donc étalée entre 1,3 et 2,5 nm et ne
présente pas de mode bien défini.
[pic] . la méthode de Dubinin-Astakov donne d'une par le volume poreux, d'autre
part la distribution de taille des micropores. Elle est basée sur les
relations suivantes :
- pour la détermination du volume poreux,
[pic]
( : constante d'affinité du gaz d'analyse, ici égale à 0,267.
E0 : energie caractéristique d'adsorption, ici 18,329 kJ/mole
N : exponent optimisé, ici 2,4331.
L'ordonnée à l'origine permet d'accéder au volume microporeux, soit ici 358
cm3/g STP (en volume de gaz équivalent), soit 0,459±0,003 cm3/g. Cette
valeur est relativement cohérente avec la valeur obtenue par la méthode t,
elle semble cependant légèrement sous-estimée.
[pic] - pour la distribution de taille de micropores,
ordonnée de la distribution différentielle dV/dDi, en cm3/g/nm et
abscisse, Di, en nm.
[pic]
( : constante d'affinité du gaz d'analyse, ici égale à 0,267.
E0 : energie caractéristique d'adsorption, ici 18,329 kJ/mole
N : exponent optimisé, ici 2,4331.
Wo = V0.Cd, avec Cd, coefficient de conversion de densité, soit 0,00128
cm3liquide/cm3STP.
Wi = Vi.Cd, avec Cd, coefficient de conversion de densité, soit 0,00128
cm3liquide/cm3STP.
Di diamètre de pore équivalent (dans la relation en Å et dans le graphe en
nm). La distribution obtenue présente un mode à 1,6 nm.
[pic]