ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Природа поверхности и пористости адсорбентов из "Адсорбция и пористость" В огромном числе публикаций приводятся данные об удельной поверхности, объеме и размере пор и их распределении для многих адсорбентов и катализаторов. Характеристика дисперсных и пористых тел через численные значения этих параметров, введенная несколько десятилетий назад, сыграла свою положительную роль и во многих случаях дала возможность четко разделить влияние геометрии и химии поверхности на поведение адсорбентов и катализаторов. Однако известная формальность такой характеристики ограничивает дальнейшее развитие науки о дисперсных и пористых телах и ее приложений. Эту формальность усиливает почти исключительное применение лишь одной модели цилиндрических пор. С позиций такого описания трудно понять механизм образования пористости в том или ином конкретном случае, а значит и построить теорию направленного синтеза пористых тел также трудно понять механизм старения и изменений, вызванных разного рода воздействиями (химическими, механическими, термическими и гидротермальными). Теория прочности дисперсных материалов не может быть создана без данных об их строении. Определение оптимальной пористости структуры катализаторов и ее реализация в промышленных процессах также требуют точных знаний о геометрии пористого тела. [c.7] В связи с этим все чаще возникает потребность в знании детального строения пористых тел (элементов, из которых они состоят, их формы, размеров и взаимного расположения). Именно эти первичные данные определяют перечисленные выше параметры и позволяют развивать теорию явлений и процессов, происходящих в этих системах. Поэтому настала пора переходить от формальных определений и чисто эмпирических подходов к широким обобщениям и созданию теории геометрического строения дисперсных и пористых тел. [c.7] Полученная таким путем информация будет основой для развития теории. Рациональное моделирование позволит дать математическое описание как самих систем, так и происходящих в них процессов. [c.8] В настоящей работе рассмотрены данные о строении дисперсных и пористых материалов, классификация структур, основанная на этом строении, возможные модели структур И, 2]. [c.8] Глинистые минералы. Представители группы слоистых минералов могут иметь жесткую (каолинит, диккит, слюда, пирофиллит, тальк) или расширяющуюся (монтмориллонит, вермикулит) решетку [3]. [c.8] Рассмотрим геометрическое строение минералов первого типа на примере диккита (рис. 1). Его кристаллы в виде гексагональных пластинок имеют базисный размер от десяти до нескольких сотен микрометров и на порядок меньшую толщину. Такое соотношение должно приводить к частично упорядоченной (по оси с) упаковке пластинок. В двух других измерениях их упаковка беспорядочна (рис. 2). Это ведет к нескольким следствиям а) сообщающиеся поры соседних слоев имеют лабиринтообразный характер (см. рис. 2,а) б) щелевидные поры в каждом слое по ширине равны толщине частиц в) две щелевидные полости в смежных слоях могут быть соединены узкими проходами — образуются своеобразные бутылкообразные поры г) возможно, образование замкнутых пор д) общая поверхность частиц больше поверхности пор вследствие наложений пластинок и образования замкнутых пор. В случае укладки разных по толщине частиц (см. рис. 2,6) картина усложняется. Рис. 2 хорошо объясняет размытый характер распределения размеров пор, который наблюдался для каолинита [4]. [c.8] В минералах с расширяющейся решеткой смежные слои менее прочно связаны друг с другом и молекулы полярных адсорбатов (вода, спирты) способны внедряться между ними и раздвигать их. Поэтому изотермы адсорбции таких паров характеризуются гистерезисной петлей, простирающейся вплоть до начала координат. Бипористая структура этих минералов образована первичными щепевидными порами переменной толщины и вторичными порами, представляющими пространство между пластинчатыми кристаллами. [c.8] Очень важную группу неслоистых природных и синтетических алюмосиликатов составляют цеолиты [5, 6]. В них трехмерный алюмосили-катный каркас сшит прочными ковалентными связями. В цеолитах пористое пространство образуется из пустот и каналов непосредственно в самой кристаллической структуре. Форма и размеры пор зависят от расположения структурных элементов — кубооктаэдров, а также типа и места локализации катионов. [c.9] Сажа состоит из частиц практически шарообразной формы (рис. 4). Детальное исследование обнаружило их тонкую, частично упорядоченную структуру в виде групп параллельных слоев углерода (рис. 5) [9, 10]. По-видимому, различия в плотности упаковки групп параллельных слоев и в степени заполнения промежутков между ними аморфным углеродом приводят к тому, что в одних сортах саж (ацетиленовая, печная, ламповая, форсуночная) частицы ненористы, в других (канальные сажи) они имеют внутреннюю пористость [11]. Частицы сажи связаны в цепочки и образуют рыхлый пространственный каркас. Пористая структура саж образована переходными порами между глобулами и ш елевидными микропорами в глобулах канальных саж. [c.9] Белой[ сажей называют аэросил, состояш ий из глобул кремнезема. Он имеет очень сходное с сажей строение. [c.9] Таким образом, готовый ксерогель — корпускулярная система, состоящая из сферических (аморфных) или ограненных (кристаллических) частиц, связанных в пространственный каркас большей или меньшей плотности. Как и многие аморфные ксерогели, силикагель и алюмосиликагель состоят из глобул (рис. 6). Гели окиси вольфрама состоят из стержнеобразных частиц [13], сульфата бария — веретенообразных частиц [14], пятиокиси ванадия — палочкообразных и нитевидных частиц [9]. Различные модификации гелей гидроокиси алюминия имеют форму глобул, призм, пирамид, игл [9]. [c.10] Продукты топохимических реакций. Большой класс пористых тел образуется при топохимических реакциях, когда плотность продукта реакции больше плотности исходного вещества [15]. Примерами являются диссоциация карбонатов, окислов, сульфидов, восстановление окислов, дегидратация гидроокисей. Очень часто при этом внешние размеры и форма исходных кристаллов сохраняются (псевдоморфизм) и изменение плотности приводит к появлению пористости внутри частиц. Так, при дегидратации призм и пирамид байеритной гидроокиси алюминия в них образуется тонкая щелевидная пористость (рис. 7). Обезвоживание игольчатых кристаллов бемитной гидроокиси алюминия изменяет лишь их химическую природу структура беспорядочно расположенных непористых иголок сохраняется (рис. 8). Нагревание игловидных кристаллов гидроокиси железа приводит к появлению микропористой структуры в иглах за iвт псевдоморфного превращения в окись [18]. [c.10] Продукты удаления части йещества из твердых тел очень часто также имеют пористое строение. Удаление вещества достигается химическим или физическим процессом. [c.10] При действии кислот на натриевоборосиликатное стекло удаляется натриевоборатный компонев[т и остается кремнеземный остов. Б ряде полученных таким образом стекол их пористая структура была образована бутылкообразными порами с широкими полостями и узкими горлами [21]. [c.11] При анодном окислении алюминия в растворах серной и хромовой кислот образуется окисная пленка, которая имеет удивительно правильную систему закрытых с одного конца цилиндрических пор [22]. [c.11] Пленки красителей пронизаны порами, представляющими, по-видимому, каналы, по которым происходило удаление пара при высыхании загустевшей массы красителя. [c.11] В процессах кристаллизации из растворов или паровой фазы промежутки между полученными кристаллами образуют систему пор в виде извилистых каналов и полостей различной формы. [c.11] Кроме этих двух основных классов можно выделить еще два, а именно класс регулярных структур (пористые кристаллы, анодные окисно-алю-миниевые пленки) и класс смешанных структур Ц, 2]. В последнем комбинируются два вида пор. Губчатые поры могут пронизывать отдельные частицы промежутки между этими частицами образуют систему пор корпускулярной структуры. В другой комбинации (активный уголь) широкие лоры переменного сечения (губчатые поры) проходят в разных направлениях через гранулу промежутки между этими каналами сложены из множества мелких кристаллитов и образуют корпускулярную систему. Наконец, еще один пример указан Ждановым [211 в широкопористой губчатой структуре пористых стекол имеются отложения высокодисперсного кремнезема, образующие тонкую корпускулярную структуру. [c.13] Вернуться к основной статье