Analiza własności materiałów porowatych

Nasza wiedza i doświadczenie 

Analizą własności materiałów porowatych takich jak sorbenty i katalizatory zajmujemy się od ponad 20 lat. Nasza firma była autoryzowanym przedstawicielem  firmy Quantachrome Instruments do 2018 roku  kiedy to w wyniku zmian własnościowych Quantachrome stało się częścią firmy Anton Paar. Dostarczyliśmy i zainstalowaliśmy w Polsce ponad 100 urządzeń do pomiaru powierzchni właściwej i porowatości zapewniając pełne wsparcie techniczne i serwisowe naszym Użytkownikom.

Po zakończeniu współpracy z Quantachrome uznaliśmy, że nasza wiedza i doświadczenie są ważnym atutem i podjęliśmy decyzję o rozpoczęciu dystrybucji urządzeń do charakteryzacji materiałów porowatych produkowanych przez firmę 3P Instruments. Firma ta powstała w wyniku przekształcenia byłego europejskiego centrum marki Quantachrome w Odelzhausen w Niemczech. Tak szybkie rozpoczęcie produkcji było możliwe dzięki temu, że firma ta była już od wielu lat producentem własnych rozwiązań analitycznych sprzedawanych między innymi pod marką Quantachrome.  Produkcja i dystrybucja  nowych urządzeń 3P Instruments odbywa się przy współpracy z europejską siecią firm pracujących wcześniej dla Quantachrome, które przez wiele lat budowały wizerunek tej marki oraz własne doświadczenie i wiedzę związaną z rozwiązaniami analitycznymi stosowanymi w aparaturze do analizy własności sorbentów.
Urządzenia produkowane przez 3P Instruments to aparaty sorpcyjne do pomiarów dystrybucji wielkości porów w zakresie mezo i mikroporów, urządzenia do analizy procesów sorpcyjnych gazów i par, aparaty do pomiaru gęstości rzeczywistej i nasypowej. Marka 3P Instruments współpracuje także z kilkoma partnerami – w tym między innymi z firmą Altamira , która od wielu lat postrzegana jest jako lider rynku urządzeń i systemów do pomiarów sorpcji chemicznej (w tym analizatory przepływowe umożliwiające wykonywanie eksperymentów TPR, TPD, TPO, TPx). Dodatkowo portfolio firmy 3P obejmuje także urządzenia firm Bettersize oraz Dispersion Technology Inc. przeznaczone do pomiarów dystrybucji wielkości cząstek oraz potencjału zeta.

Analiza własności materiałów porowatych

Materiały porowate są od wielu lat przedmiotem badań i analiz z uwagi na ich interesujące własności związane z transportem ciepła (izolatory), filtrowaniem różnych mediów, chłonnością czyli możliwością pochłaniania/magazynowania gazów i par. Szczególną grupą materiałów porowatych są sorbenty czyli materiały, które są w stanie w swoich porach (strukturze porowatej) gromadzić stosunkowo duże ilości gazów i par cieczy a następnie – w odpowiednich warunkach – uwalniać te media. Sorbenty znajdują wiele zastosowań praktycznych. Ich skuteczność i własności sorpcyjne są ściśle związane z ilością i rozmiarami porów znajdujących się w tych materiałach. Trwają wciąż intensywne badania nad wykorzystaniem sorbentów do magazynowania niektórych mediów (np. wodoru, metanu, dwutlenku węgla).

Sorpcja fizyczna i chemiczna gazów

Sorpcja (adsorpcja) gazów jest cenną metodą pomiarową, która umożliwia analizę własności różnych sorbentów. Analizy wykonywane metodą sorpcji wykorzystują dwa rodzaje oddziaływań molekuł gazu z powierzchnią analizowanych materiałów:

• Sorpcja fizyczna: Molekuły gazu są adsorbowane na powierzchni próbek dzięki słabym oddziaływaniom powierzchniowym. Pomiary wymagają zanurzenia próbek w chłodziwie kriogenicznym (np. ciekły azot). Metoda ta pozwala na pomiar powierzchni właściwej i dystrybucji wielkości porów w zakresie od 0.35 do 500 nm.
• Sorpcja chemiczna (chemisorpcja): Molekuły gazów są adsorbowane na powierzchni poprzez tworzenie silnych wiązań chemicznych pomiędzy molekułami a centrami aktywnymi na powierzchni próbek. Pomiary te wymagają dostarczenia energii potrzebnej do zainicjowania reakcji chemicznych dlatego próbki umieszczane są w piecu wysokotemperaturowym. Metoda ta pozwala na pomiar aktywnej powierzchni metalu, średniego rozmiaru krystalitów oraz uzyskiwanie profili temperaturowych TPR (termo programowana redukcja), TPD (termo programowana desorpcja), TPO (termo programowane utlenianie).

Powierzchnia właściwa i porowatość

• Powierzchnia właściwa (ang.surface area) to całkowita powierzchnia ciała stałego z uwzględnieniem powierzchni wszystkich nieciągłości oraz powierzchni struktury porowatej. Jednostką powierzchni jest m²/g. Niektóre sorbenty mogą mieć powierzchnię nawet rzędu kilku tysięcy metrów kwadratowych na gram. Powierzchnia właściwa jest ważnym parametrem charakteryzującym własności fizykochemiczne ciał stałych. Wyznaczenie powierzchni pozwala określić między innymi jak materiał będzie się rozpuszczał, palił czy wchodził w reakcję chemiczną z innymi substancjami. Istnieje szereg metod określania powierzchni właściwej. Niektóre z nich oparte są na przeliczeniach geometrycznych (np. przeliczenia na podstawie średnicy cząstek) lub analizie przepuszczalności materiału.  Najdokładniej i w sposób powtarzalny wartość powierzchni wyznaczyć można wykorzystując metodę adsorpcji/sorpcji gazu. Metoda ta jest popularnie określana jako BET – od nazwisk trzech twórców teorii opisującej zjawisko adsorpcji gazu (Brunauer, Emmet, Teller).

• Porowatość i rozkład (dystrybucja) wielkości porów to parametry, które charakteryzują  własności fizykochemiczne materiałów porowatych takich jak sorbenty czy katalizatory. Porowatość wyrażana jest w procentach i oznacza stosunek objętości struktury porowatej (suma objętości porów) do objętości badanego materiału. Dystrybucja wielkości porów przedstawia udział ilościowy/objętościowy poszczególnych frakcji porów znajdujących się w badanej próbce. Analizatory sorpcyjne pozwalają uzyskać informację o rozkładzie porów o średnicach zakresie od 0.35 do 500 nm. 

• Sorpcja gazów oraz pomiar powierzchni właściwej i porowatości
• Pomiary sorpcji chemicznej
• Sorpcja par cieczy
• Analiza sorpcji mieszanin gazów
• Sorpcja wysokociśnieniowa