Структурна характеризація складних адсорбентів в рамках теорії функціоналу густини та процедури самоузгодженої регуляризації
Highly disperse or porous complex and hybrid materials and nanocomposites characterized by the presence of several phases, nonuniform particulate morphology, and complicated porosity with contributions of pores of various shapes are widely used in various applications in industry and medicine. Accur...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/538 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Репозитарії
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543917598572544 |
|---|---|
| author | Gun'ko, V. M. |
| author_facet | Gun'ko, V. M. |
| author_sort | Gun'ko, V. M. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:02:32Z |
| description | Highly disperse or porous complex and hybrid materials and nanocomposites characterized by the presence of several phases, nonuniform particulate morphology, and complicated porosity with contributions of pores of various shapes are widely used in various applications in industry and medicine. Accurate determination of their textural characteristics is of importance from a practical point of view because these characteristics play an important role in practically all applications of the materials. The aim of this study, to solve the mentioned task, is to develop a self-consistent regularization (SCR) procedure applied to integral adsorption equations based on complex models with slit-shaped and cylindrical pores and voids between spherical particles packed in random aggregates (SCV model) for two or three types of components (such as activated carbon, carbon black, silica gel, and fumed silica) in composites, mechanically treated, with application of the density functional theory (DFT) method. The pore size distribution (PSD) functions calculated using the DFT SCV/SCR method are compared to the PSD calculated for the same materials with the SCV/SCR method based on the modified BET/Kelvin equations (MND method) previously developed. The DFT SCV/SCR method works better than the latter since it gives smaller model errors and better describes the PSD functions of composite components alone. The DFT SCV/SCR method could be used to study the textural characteristics of various complex and hybrid materials and composites which are characterized by a nonuniform porosity. It should be noted that the PSD functions of similar complex adsorbents are difficult to be calculated using standard approaches distributed with firm software due to restriction on the type of material (typically one) and the absence of SCR. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:55Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-538 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:08Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5382022-06-29T10:02:32Z Textural characteristics of composite adsorbents analyzed with density functional theory and self-consistent regularization procedure Структурная характеризация сложных адсорбентов в рамках теории функционала плотности и процедуры самосогласованной регуляризации Структурна характеризація складних адсорбентів в рамках теорії функціоналу густини та процедури самоузгодженої регуляризації Gun'ko, V. M. complex adsorbents pore size distributions textural characteristics binary mixtures ternary mixtures DFT with self-consistent regularization комплексні адсорбенти розподіл пор за розмірами текстурні характеристики бінарні суміші потрійні суміші теорії функціоналу густини з самоузгодженою регуляризацією комплексные адсорбенты распределение пор по размерам текстурные характеристики бинарные смеси тройные смеси теория функционала плотности с самосогласованной регуляризацией Highly disperse or porous complex and hybrid materials and nanocomposites characterized by the presence of several phases, nonuniform particulate morphology, and complicated porosity with contributions of pores of various shapes are widely used in various applications in industry and medicine. Accurate determination of their textural characteristics is of importance from a practical point of view because these characteristics play an important role in practically all applications of the materials. The aim of this study, to solve the mentioned task, is to develop a self-consistent regularization (SCR) procedure applied to integral adsorption equations based on complex models with slit-shaped and cylindrical pores and voids between spherical particles packed in random aggregates (SCV model) for two or three types of components (such as activated carbon, carbon black, silica gel, and fumed silica) in composites, mechanically treated, with application of the density functional theory (DFT) method. The pore size distribution (PSD) functions calculated using the DFT SCV/SCR method are compared to the PSD calculated for the same materials with the SCV/SCR method based on the modified BET/Kelvin equations (MND method) previously developed. The DFT SCV/SCR method works better than the latter since it gives smaller model errors and better describes the PSD functions of composite components alone. The DFT SCV/SCR method could be used to study the textural characteristics of various complex and hybrid materials and composites which are characterized by a nonuniform porosity. It should be noted that the PSD functions of similar complex adsorbents are difficult to be calculated using standard approaches distributed with firm software due to restriction on the type of material (typically one) and the absence of SCR. Высокодисперсные и пористые комплексные и гибридные материалы и нанокомпозиты, характеризующиеся наличием нескольких фаз, неоднородной морфологией частиц и сложной топологией пор разной формы, широко используют в разных технологиях в индустрии и медицине. Точное определение их текстурных характеристик важно с практической точки зрения, поскольку эти характеристики играют важную роль практически во всех применениях этих материалов. Цель работы: для решения этой задачи была разработана процедура самосогласованной регуляризации (SCR), которая используется для решения интегральных адсорбционных уравнений, которые описывают адсорбцию в сложных порах на основе модели щелевых и цилиндрических пор и промежутков между сферическими наночастицами, которые образуют случайные агрегаты (SCV модель), для двух- и трехкомпонентных систем, включающих активированный уголь, сажу, силикагель и нанокремнезем. Этот подход был разработан на основе метода теории функционала плотности (DFT). Распределения пор по размерам (PSD), рассчитанные методом DFT SCV/SCR, были сопоставлены с PSD, рассчитанными для тех же материалов с использованием модифицированного уравнения БЭТ и уравнения Кельвина (MND метод) и SCV/SCR процедуры, разработанной ранее. Метод DFT SCV/SCR работает лучше, поскольку он дает меньшие ошибки модели для всех бинарных и тройных систем и лучше соответствует PSD компонентов, входящих в композиты. Метод DFT SCV/SCR может быть использован для изучения текстурных (структурно-адсорбционных) характеристик разных комплексных и гибридных материалов. Следует отметить, что PSD таких сложных адсорбентов сложно рассчитывать с использованием стандартных приближений, используемых в программном обеспечении разных фирм, изготовляющих адсорбционное оборудование, поскольку есть ограничение на типы материалов (в оной модели – один) и отсутствие SCR процедуры. Високодисперсні та пористі комплексні та гібридні матеріали і нанокомпозити, які характеризуються наявністю кількох фаз, неоднорідною морфологією частинок та складною топологією пор різної форми, широко використовують в різних технологіях в індустрії та медицині. Точне визначення їхніх текстурних характеристик є важливим з практичної точки зору, оскільки ці характеристики відіграють важливу роль практично у всіх застосуваннях цих матеріалів. Мета роботи: для вирішення цієї задачі було розроблено процедуру самоузгодженої регуляризації (SCR), що використовується для рішення інтегральних адсорбційних рівнянь, що описують адсорбцію у складних порах на основі моделі щілинних та циліндричних пор та проміжок між сферичними наночастинками, що утворюють випадкові агрегати (SCV модель), для двох- чи три-компонентних систем, що включають активоване вугілля, сажу, силікагель та нанокремнезем. Цей підхід було розроблено на основі методу теорії функціоналу густини (DFT). Розподіли пор за розмірами (PSD), розраховані методом DFT SCV/SCR, було порівняно з PSD, розрахованими з використанням модифікованого рівняння БЕТ та рівняння Кельвіна (MND метод) та SCV/SCR процедури, який було розроблено раніше. Метод DFT SCV/SCR працює краще, оскільки він дає меншу похибку моделі для усіх бінарних та потрійних систем та краще відповідає PSD компонентів, що входять до композитів. Метод DFT SCV/SCR може бути використано для вивчення текстурних (структурно-адсорбційних) характеристик різних комплексних та гібридних матеріалів. Треба зазначити, що PSD таких складних адсорбентів важко розраховувати з використанням стандартних наближень, які використовують у програмному забезпеченні різних фірм, які виробляють адсорбційне обладнання, оскільки є обмеження на типи матеріалів (зазвичай в одній моделі - один) та відсутність SCR процедури. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2020-05-27 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/538 10.15407/hftp11.02.163 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 11 No. 2 (2020): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 163-174 Химия, физика и технология поверхности; Том 11 № 2 (2020): Химия, физика и технология поверхности; 163-174 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 11 № 2 (2020): Хімія, фізика та технологія поверхні; 163-174 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp11.02 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/538/541 Copyright (c) 2020 V. M. Gun'ko |
| spellingShingle | комплексні адсорбенти розподіл пор за розмірами текстурні характеристики бінарні суміші потрійні суміші теорії функціоналу густини з самоузгодженою регуляризацією Gun'ko, V. M. Структурна характеризація складних адсорбентів в рамках теорії функціоналу густини та процедури самоузгодженої регуляризації |
| title | Структурна характеризація складних адсорбентів в рамках теорії функціоналу густини та процедури самоузгодженої регуляризації |
| title_alt | Textural characteristics of composite adsorbents analyzed with density functional theory and self-consistent regularization procedure Структурная характеризация сложных адсорбентов в рамках теории функционала плотности и процедуры самосогласованной регуляризации |
| title_full | Структурна характеризація складних адсорбентів в рамках теорії функціоналу густини та процедури самоузгодженої регуляризації |
| title_fullStr | Структурна характеризація складних адсорбентів в рамках теорії функціоналу густини та процедури самоузгодженої регуляризації |
| title_full_unstemmed | Структурна характеризація складних адсорбентів в рамках теорії функціоналу густини та процедури самоузгодженої регуляризації |
| title_short | Структурна характеризація складних адсорбентів в рамках теорії функціоналу густини та процедури самоузгодженої регуляризації |
| title_sort | структурна характеризація складних адсорбентів в рамках теорії функціоналу густини та процедури самоузгодженої регуляризації |
| topic | комплексні адсорбенти розподіл пор за розмірами текстурні характеристики бінарні суміші потрійні суміші теорії функціоналу густини з самоузгодженою регуляризацією |
| topic_facet | complex adsorbents pore size distributions textural characteristics binary mixtures ternary mixtures DFT with self-consistent regularization комплексні адсорбенти розподіл пор за розмірами текстурні характеристики бінарні суміші потрійні суміші теорії функціоналу густини з самоузгодженою регуляризацією комплексные адсорбенты распределение пор по размерам текстурные характеристики бинарные смеси тройные смеси теория функционала плотности с самосогласованной регуляризацией |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/538 |
| work_keys_str_mv | AT gunkovm texturalcharacteristicsofcompositeadsorbentsanalyzedwithdensityfunctionaltheoryandselfconsistentregularizationprocedure AT gunkovm strukturnaâharakterizaciâsložnyhadsorbentovvramkahteoriifunkcionalaplotnostiiprocedurysamosoglasovannojregulârizacii AT gunkovm strukturnaharakterizacíâskladnihadsorbentívvramkahteoríífunkcíonalugustinitaprocedurisamouzgodženoíregulârizacíí |