rp  2cos Kapilláris telítéses porometria Dinamikus módszerekpórusos és diszperz szilárd anyagok jellemzésére ill. alkalmazások 2019.10.01.1

45

Dinamikus módszerek

pórusos és diszperz szilárd anyagok jellemzésére ill.

alkalmazások

A pórusok spontán telnek meg a nedvesítő folyadékkal

Inert gázárammal kihajtjuk a folyadékot.

- A kiszorítási nyomás összefügg a pórusmérettel (vö. Hg- porozimetria):

- A kiszorított folyadék térfogata: V

2 cos

  

r p

46

Kapilláris telítéses porometria

cos  =1

- Legszélesebb pórus?

- Permeabilitás?

- Roncsolódhatnak a pórusok a nagy nyomásnál - A Hg toxikus

- Kontaminálja a mintát

- Környezetvédelmi megfontolások

47

Permeabilitás (folyadékáteresztő képesség)

 



k  x

v p

k: Permeabilitás v: Áramlási sebesség

: Viszkozitás

p: Nyomáskülönbség

x: Mintaréteg magassága Folyadékkal és folyadék nélkül - összehasonlítás

Darcy

48

1 darcy =9.869233×10

m² = 0.9869233 (µm)²

Permeabilitás-mérésből felület

: porozitás

: a minta sűrűsége

: a közeg viszkozitása Kozeny-Carman egyenlet lamináris áramlás

 

7 3

1

 

 

 

   _térf

A

d P

S v

 d

 P

v térf

szabályos részecskegeometria feltételezésével

oldószerközeg (víz) pH

Zeta potenciál

+ +

+ + + +

+

+ – –

+ + +

+ + + +

+ + +

+ + + +

+ +

+ +

+ +

+ + +

+ +

+

– – –

– –

–

– – –

– –

–

– – –

– –

– –

–

–

– –

–

– –

– –

–

– + +

– –

–

–

pH < pH pH = pH pH > pH

(savas közeg)

határréteg a részecske felülete

(lúgos közeg)

IEP IEP IEP

4 q

 r

 

q: a részecske töltése

: a közeg permittivitása r: a részecske sugara

(nyírási sugár)

50

Elektrokinetikai potenciál

51

Áramlás töltött oszlopon

A lejátszódó folyamatok 1: pórusdiffúzió

2: szilárd diffúzió

3: fázishatáron történő átmenet fizi: szorpciós kinetika kemi: reakciókinetika 4: külső anyagátadás

5: a fluid fázis(ok) keveredése

52

Illékony vegyületek megkötése adszorbens (aktív szén) ágyon

Journal of Occupational Health, 2016

 ^– 

= ^{e e b} ln ^{in out}

b in v in out

c c W m W

t Qc k c c

 

t

: áttörési idő

W

: a (szén)töltet statikus szorpc. kapacitása m: a töltet tömege Q: térfogatáram

c

: a belépő koncentráció ρ

: a töltet látszólagos sűrűsége k

: bruttó adsz. seb. állandó c

: megengedett kilépő

koncentráció Wheeler-Jonas egyenlet félempírikus

csak a töltet és a gőz tulajdonságait veszi figyelembe,

adsz. mechanizmust nem

A kémiai tulajdonságok vizsgálata

 tömb (bulk) vs. felület

 információs mélység

 elemek eltérő detektálási érzékenysége + mátrixhatás

 kémiai környezet?

 reprezentativitás/mintaelőkészítés

 in situ vizsgálatok (közeg szerepe)

gáz (vákuum)/folyadék közegű módszerek

 2 p n  mkT

ΔGA ⁰

0

ln ⁿ

kol

RT V P S m

  

  

53

54

Inverz gázkromatográfia

 

0 0

~ 1 –

ret r

V v t t

m

V

Retenciós térfogat v

Gázáram

m Mintatömeg t Retenciós idők

2 3 4 5 6 7 8 9

-4 -2 0 2 4 6

lnVnet

szénatomszám

 2

CH = – ln ⁿ+1 n

G RT V V

csökkenő T Telített paraffin homológ sor

Alkalmazás: kölcsönhatási energiák meghatározása

55

0 0

= – ln  = – ln +

 ^A _A ⁿ   ^S

G RT V P RT

S m V C



 ln 

1 ^S

A

d V

H R R slope d T

= =

2.5 3.0

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3

lnVs n=3 lnVs n=4 lnVs n=5 lnVs n=6

-lnVs

1000/T

 A A 

A

H G

S T

 

 –

=

Módszer SIMS XPS AES XRF

Gerjesztés Ar⁺; 1-15 keV X; 1.1-4.5 keV e; 2-5 keV X, 1-100 keV

Mért sugárzás Ion, neutral e e X

Információs mélység 0,1-1 nm 2-5 nm 1-3 nm 100 m

Érzékenység, absz.

rel., % 10^-14g

10^-4 (at) 10^-9g

10^-1(at) 10^-10g

10^-1(at) 10^-8g 10^-4

Mélységi felbontás A párolgási

mélység 10 %-a 2 nm 20 nm 1 mm

Mélységi analízis + + + +

Laterális felbontás 20 nm 5 mm 5 nm 0.1 mm

Felületi topográfia + - + -

Kémiai szerkezeti info részleges + részleges -

Rendszám 1-92 3-92 3-92 9 < Z < 92

Többelemes info + + + +

Pontosság

relatív % 10-50%

20 5-10%

25 30%

10 0.2

Szelektivitás Nagyon jó Nagyon jó Jó Nagyon jó56

CA R B O N 5 0 ( 2 0 1 2 ) 5 7 7 –5 8 5

N1s

Mo3d C1s

Carbon 39 (2001) 1217 –122857

58

Folyadék közegű eljárások

ioncsere kapacitás

biner elegy adszorpció