Особливості адсорбції парів води на мікро- і мезопористих активованих вугіллях
The investigation of the adsorption behavior of water vapour on porous carbon matrices is still relevant because the humidity of the environment can significantly affect the adsorption capacity of the carbon adsorbents to certain substances. Furthermore, the measurements of water isotherms could als...
Gespeichert in:
| Datum: | 2019 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2019
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/491 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543904874102784 |
|---|---|
| author | Guzenko, N. V. Lodewyckx, P. László, K. Thommes, M. |
| author_facet | Guzenko, N. V. Lodewyckx, P. László, K. Thommes, M. |
| author_sort | Guzenko, N. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:03:38Z |
| description | The investigation of the adsorption behavior of water vapour on porous carbon matrices is still relevant because the humidity of the environment can significantly affect the adsorption capacity of the carbon adsorbents to certain substances. Furthermore, the measurements of water isotherms could also be used to analyze the pore structure of activated carbons. The correlation between the adsorption characteristics of series of activated carbon samples (Norit, NL) with similar values of the specific surface area, but different pore size distribution (different volumes of micro- and mesopores), towards water vapour and their internal structure, defined on the basis of nitrogen adsorption isotherms, as well as the chemical composition and the nature of primary adsorption centers of the surface has been researched in the study. By the methods of Thermogravimetric Analysis (TGA), Temperature-Programmed Desorption Mass Spectrometry (TPD-MS) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) it has been determinated of quantitative and qualitative composition of the surface of investigated carbons; it has been shown that the mesoporous samples of activated carbon contain a greater total amount of surface oxygen-containing complexes than microporous samples. The adsorption and desorption branches of water adsorption isotherms for the microporous carbons come close to each other and give a plateau at high relative pressures wherein the water adsorption capacities for the microporous samples correspond to their micropore volumes determined from nitrogen adsorption isotherms. As opposed to this, a gradual rise of water uptake and the existence of wide hysteresis loops at high relative pressures are observed for the mesoporous carbons. Moreover, the maximum values of water adsorption in this case considerably exceed the micropore volumes, and are attributable to the capillary condensation in mesopores. Nevertheless, the total volumes of water uptake both for micro- and mesoporous activated carbons are significantly less than those determined from nitrogen adsorption. This could be due to a mechanism of cluster pore filling in which the water density is less than its bulk density. In addition, probably, the water can not condense in the larger mesopores. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:33Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-491 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-17T12:07:58Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-4912022-06-29T10:03:38Z The features of water vapour adsorption on micro- and mesoporous activated carbons Особенности адсорбции паров воды на микро- и мезопористых активированных углях Особливості адсорбції парів води на мікро- і мезопористих активованих вугіллях Guzenko, N. V. Lodewyckx, P. László, K. Thommes, M. activated carbons nitrogen adsorption pore structure characterization primary adsorption centre water vapour isotherm активированный уголь адсорбция азота характеристика структуры пор первичные адсорбционные центры изотермы адсорбции воды активоване вугілля адсорбція азоту характеристика структури пор первинні адсорбційні центри ізотерми адсорбції води The investigation of the adsorption behavior of water vapour on porous carbon matrices is still relevant because the humidity of the environment can significantly affect the adsorption capacity of the carbon adsorbents to certain substances. Furthermore, the measurements of water isotherms could also be used to analyze the pore structure of activated carbons. The correlation between the adsorption characteristics of series of activated carbon samples (Norit, NL) with similar values of the specific surface area, but different pore size distribution (different volumes of micro- and mesopores), towards water vapour and their internal structure, defined on the basis of nitrogen adsorption isotherms, as well as the chemical composition and the nature of primary adsorption centers of the surface has been researched in the study. By the methods of Thermogravimetric Analysis (TGA), Temperature-Programmed Desorption Mass Spectrometry (TPD-MS) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) it has been determinated of quantitative and qualitative composition of the surface of investigated carbons; it has been shown that the mesoporous samples of activated carbon contain a greater total amount of surface oxygen-containing complexes than microporous samples. The adsorption and desorption branches of water adsorption isotherms for the microporous carbons come close to each other and give a plateau at high relative pressures wherein the water adsorption capacities for the microporous samples correspond to their micropore volumes determined from nitrogen adsorption isotherms. As opposed to this, a gradual rise of water uptake and the existence of wide hysteresis loops at high relative pressures are observed for the mesoporous carbons. Moreover, the maximum values of water adsorption in this case considerably exceed the micropore volumes, and are attributable to the capillary condensation in mesopores. Nevertheless, the total volumes of water uptake both for micro- and mesoporous activated carbons are significantly less than those determined from nitrogen adsorption. This could be due to a mechanism of cluster pore filling in which the water density is less than its bulk density. In addition, probably, the water can not condense in the larger mesopores. Исследование адсорбционного поведения молекул воды на поверхности пористых угольных матриц имеет большое значение, поскольку влажность внешней среды может заметно влиять на адсорбционную способность угольных сорбентов по отношению к тем или другим веществам. Кроме того измерение изотерм адсорбции воды может быть использовано для анализа пористой структуры активированного угля. В работе исследована взаимосвязь между адсорбционными характеристиками серии образцов активированного угля (Norit, Нидерланды) с близкими значениями величин удельной площади поверхности, но различным распределением пор по размерам (разным объемом микро- и мезопор), по отношению к воде и их внутренней структурой, определенной на основе изотерм адсорбции азота, а также химическим составом и природой первичных адсорбционных центров поверхности. Методами термогравиметрического анализа (ТГА), термо-программируемой десорбционной масс-спектрометрии (ТПД-МС) и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФС) определены качественный и количественный состав поверхности исследуемых образцов; показано, что мезопористые АУ содержат большее общее количество поверхностных кислородсодержащих комплексов, чем микропористые образцы. Адсорбционные и десорбционные ветви изотерм адсорбции воды для микропористых образцов активированного угля приближаются друг к другу и дают плато при высоком относительном давлении. При этом адсорбционная емкость микропористых образцов по отношению к воде соответствует их объему микропор, определенному из изотерм адсорбции азота. В отличие от этого, для мезопористого угля при высоком относительном давлении наблюдается постепенное нарастание поглощения воды и существование широких петель гистерезиса. Более того, максимальные значения адсорбции воды в этом случае значительно превышают объемы микропор и, по всей видимости, обусловлены капиллярной конденсацией в нижних пределах диапазона мезопор. Тем не менее, общие объемы поглощения воды как для микро-, так и для мезопористих образцов активированного угля значительно меньше, чем общий объем пор, определенный из изотерм адсорбции азота. Это может быть связано с механизмом кластерного заполнения пор, в котором плотность воды меньше, чем ее объемная плотность. Кроме того, вероятно, вода не способна конденсироваться в мезопорах большого размера. Дослідження адсорбційної поведінки молекул води на поверхні пористих вугільних матриць має велике значення, оскільки вологість зовнішнього середовища може помітно впливати на адсорбційну здатність вугільних сорбентів по відношенню до тих чи інших речовин. Крім того, вимірювання ізотерм адсорбції води може бути використано для аналізу пористої структури активованого вугілля (АУ). В роботі досліджено взаємозв'язок між адсорбційними характеристиками серії зразків активованого вугілля (Norit, Нідерланди) з близькими значеннями величин питомої площі поверхні, але різним розподілом пор за розмірами (різним об'ємом мікро- та мезопор), по відношенню до води та їх внутрішньою структурою, визначеною на основі ізотерм адсорбції азоту, а також хімічним складом та природою первинних адсорбційних центрів поверхні. Методами термогравіметричного аналізу (ТГА), термо-програмованої десорбційної мас-спектрометрії (ТПД-МС) та рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (РФС) визначено якісний та кількісний склад поверхні досліджуваних зразків; показано, що мезопористі АУ містять більшу загальну кількість поверхневих кисневмісних комплексів, ніж мікропористі зразки. Адсорбційні та десорбційні гілки ізотерм адсорбції води для мікропористих зразків активованого вугілля наближаються одна до одної і дають плато при високому відносному тиску. При цьому, адсорбційна ємність мікропористих зразків по відношенню до води відповідає їх об'єму мікропор, визначеному з ізотерм адсорбції азоту. На відміну від цього, для мезопористого вугілля при високому відносному тиску спостерігається поступове наростання поглинання води та існування широких петель гістерезису. Більш того, максимальні значення адсорбції води в цьому випадку значно перевищують обсяги мікропор і, по всій видимості, обумовлені капілярною конденсацією в нижніх межах діапазону мезопор. Тим не менше, загальні об'єми поглинання води як для мікро-, так і для мезопористих зразків активованого вугілля значно менші, ніж загальний об’єм пор, визначений з ізотерм адсорбції азоту. Це може бути пов’язано з механізмом кластерного заповнення пор, в якому густина води менше, ніж її об’ємна густина. Крім того, ймовірно, вода не здатна конденсуватися у мезопорах великого розміру. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2019-02-27 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/491 10.15407/hftp10.01.022 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 10 No. 1 (2019): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 22-37 Химия, физика и технология поверхности; Том 10 № 1 (2019): Химия, физика и технология поверхности; 22-37 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 10 № 1 (2019): Хімія, фізика та технологія поверхні; 22-37 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp10.01 uk https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/491/493 Copyright (c) 2019 N. V. Guzenko, P. Lodewyckx, K. L?szl?, M. Thommes |
| spellingShingle | активоване вугілля адсорбція азоту характеристика структури пор первинні адсорбційні центри ізотерми адсорбції води Guzenko, N. V. Lodewyckx, P. László, K. Thommes, M. Особливості адсорбції парів води на мікро- і мезопористих активованих вугіллях |
| title | Особливості адсорбції парів води на мікро- і мезопористих активованих вугіллях |
| title_alt | The features of water vapour adsorption on micro- and mesoporous activated carbons Особенности адсорбции паров воды на микро- и мезопористых активированных углях |
| title_full | Особливості адсорбції парів води на мікро- і мезопористих активованих вугіллях |
| title_fullStr | Особливості адсорбції парів води на мікро- і мезопористих активованих вугіллях |
| title_full_unstemmed | Особливості адсорбції парів води на мікро- і мезопористих активованих вугіллях |
| title_short | Особливості адсорбції парів води на мікро- і мезопористих активованих вугіллях |
| title_sort | особливості адсорбції парів води на мікро- і мезопористих активованих вугіллях |
| topic | активоване вугілля адсорбція азоту характеристика структури пор первинні адсорбційні центри ізотерми адсорбції води |
| topic_facet | activated carbons nitrogen adsorption pore structure characterization primary adsorption centre water vapour isotherm активированный уголь адсорбция азота характеристика структуры пор первичные адсорбционные центры изотермы адсорбции воды активоване вугілля адсорбція азоту характеристика структури пор первинні адсорбційні центри ізотерми адсорбції води |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/491 |
| work_keys_str_mv | AT guzenkonv thefeaturesofwatervapouradsorptiononmicroandmesoporousactivatedcarbons AT lodewyckxp thefeaturesofwatervapouradsorptiononmicroandmesoporousactivatedcarbons AT laszlok thefeaturesofwatervapouradsorptiononmicroandmesoporousactivatedcarbons AT thommesm thefeaturesofwatervapouradsorptiononmicroandmesoporousactivatedcarbons AT guzenkonv osobennostiadsorbciiparovvodynamikroimezoporistyhaktivirovannyhuglâh AT lodewyckxp osobennostiadsorbciiparovvodynamikroimezoporistyhaktivirovannyhuglâh AT laszlok osobennostiadsorbciiparovvodynamikroimezoporistyhaktivirovannyhuglâh AT thommesm osobennostiadsorbciiparovvodynamikroimezoporistyhaktivirovannyhuglâh AT guzenkonv osoblivostíadsorbcííparívvodinamíkroímezoporistihaktivovanihvugíllâh AT lodewyckxp osoblivostíadsorbcííparívvodinamíkroímezoporistihaktivovanihvugíllâh AT laszlok osoblivostíadsorbcííparívvodinamíkroímezoporistihaktivovanihvugíllâh AT thommesm osoblivostíadsorbcííparívvodinamíkroímezoporistihaktivovanihvugíllâh AT guzenkonv featuresofwatervapouradsorptiononmicroandmesoporousactivatedcarbons AT lodewyckxp featuresofwatervapouradsorptiononmicroandmesoporousactivatedcarbons AT laszlok featuresofwatervapouradsorptiononmicroandmesoporousactivatedcarbons AT thommesm featuresofwatervapouradsorptiononmicroandmesoporousactivatedcarbons |