Los adsorbentes porosos desempeñan un papel importante en los campos de la purificación ambiental, el almacenamiento de energía y la conversión catalítica debido a su estructura y propiedades porosas únicas. Los adsorbentes porosos suelen tener una superficie específica alta y una rica distribución de poros, que pueden interactuar eficazmente con moléculas en gas o líquido. El uso del método de adsorción de gas estático para caracterizar con precisión parámetros como BET y distribución de poros puede ayudar a obtener una comprensión más profunda de las propiedades y el rendimiento de adsorción de los adsorbentes porosos .  

 

BET y P ore Distribución de adsorbentes porosos 

 

Los adsorbentes porosos son un tipo de material con una alta superficie específica y una rica estructura de poros, que pueden capturar y fijar moléculas en gas o líquido mediante adsorción física o química. Hay muchos tipos de ellos, incluidos adsorbentes porosos inorgánicos (carbón activado, gel de sílice, etc.), adsorbentes de polímeros orgánicos (resinas de intercambio iónico, etc.), polímeros de coordinación (MOF, etc.) y adsorbentes porosos compuestos, etc.

 

Una comprensión profunda de las propiedades físicas de los adsorbentes porosos es fundamental para optimizar el rendimiento y ampliar las áreas de aplicación. Las direcciones de aplicación del analizador de porosimetría y área de superficie BET en la industria de adsorbentes porosos incluyen principalmente control de calidad, investigación y desarrollo de nuevos materiales, optimización de procesos de separación, etc. Al probar con precisión el área de superficie específica y la distribución de poros, el rendimiento de los adsorbentes porosos se puede mejorar de manera específica para satisfacer necesidades de aplicación específicas y mejorar la adsorción selectiva de las moléculas objetivo. 

 

En resumen, analizar el área de superficie específica y la distribución de poros de adsorbentes porosos mediante la caracterización de la adsorción de gases es beneficioso para evaluar la capacidad, selectividad y eficiencia de adsorción, y es de gran importancia para promover el desarrollo de nuevos adsorbentes de alta eficiencia. 

 

Caracterización de las propiedades de adsorción de gases de materiales MOF.

 

Los materiales de estructura organometálica (MOF) se han convertido en un nuevo tipo de material de adsorción que ha atraído mucha atención debido a su alta porosidad, gran superficie específica, estructura ajustable y fácil funcionalización. A través de la regulación sinérgica de la modificación del grupo funcional y el ajuste del tamaño de los poros, el rendimiento de captura y separación de CO ₂ de los materiales MOF se puede mejorar hasta cierto punto. 

 

UiO-66 es un adsorbente de MOF ampliamente utilizado, a menudo utilizado en adsorción de gases, reacciones catalíticas, separación molecular y otros campos. El siguiente es un caso de caracterización del material UiO-66 utilizando el analizador de porosimetría y área de superficie BET CIQTEK V-3220 y 3210 .

 

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.

 

Los siguientes son ejemplos de caracterización de diferentes tipos de materiales de carbón activado utilizando el  analizador de porosimetría y área de superficie CIQTEK V- 3220 y 3210 BET . En la Figura 5, después de calentar las dos muestras de carbón activado durante 2 horas en condiciones de vacío a 300°C para desgasificarlas, se midieron las áreas superficiales específicas del carbón activado de madera y del carbón activado de cáscara de coco en 951,81 m ² /g y 1393,75 m ² /g respectivamente. Las áreas de superficie específicas más grandes significan que hay más sitios activos disponibles para adsorber moléculas de gas o líquido.

Al analizar las isotermas (Figura 6), se puede ver que el carbón activado de madera es una isoterma compuesta de tipo I y tipo IV, mientras que el carbón activado de cáscara de coco pertenece principalmente a la isoterma de tipo I. El carbón activado de cáscara de coco tiene una mayor capacidad de adsorción en el área de baja presión parcial.

Un análisis adicional del tamaño de poro completo del NLDFT (Figura 7) muestra que el volumen total de poros del carbón activado de madera es de 0,55 ml/g y la proporción de volumen de microporos es de 62,90 %. El volumen total de poros del carbón activado de cáscara de coco es de 0,62 ml/g, y la proporción de volumen de microporos es de 89,13%; el carbón activado de cáscara de coco tiene un mayor volumen y proporción de microporos, lo que concuerda con los resultados del análisis de isoterma. Además, el tamaño de los poros afecta directamente los tipos y tamaños de moléculas que el carbón activado puede adsorber, mientras que la uniformidad de la distribución del tamaño de los poros afecta la eficiencia y selectividad del proceso de adsorción. Al ajustar con precisión las condiciones de preparación para controlar parámetros como el área de superficie específica y la distribución del tamaño de los poros del carbón activado, se pueden diseñar adsorbentes eficientes adecuados para necesidades específicas.