Estudio de la adsorción de gases en poros de curvatura no constante: el caso de poros elipsoidales
El avance en la síntesis de materiales porosos ha permitido generar sólidos con estructura elíptica. Esta geometría porosa dificulta obtener propiedades texturales de manera sencilla debido a que no se tiene un modelo para poros elipsoidales mediante la adsorción de gases. Por este motivo es necesar...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2022 |
| País: | México |
| Institución: | Universidad Autónoma Metropolitana |
| Repositorio: | Repositorio Institucional de la UAM Iztapalapa |
| Idioma: | español |
| OAI Identifier: | oai:bindani.izt.uam.mx:5d86p0712 |
| Acceso en línea: | https://doi.org/10.24275/uami.5d86p0712 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | info:eu-repo/classification/LEM/Adsorption info:eu-repo/classification/LEM/Adsorción info:eu-repo/classification/LEM/Porosity info:eu-repo/classification/LEM/Porosidad info:eu-repo/classification/cti/2 |
| Sumario: | El avance en la síntesis de materiales porosos ha permitido generar sólidos con estructura elíptica. Esta geometría porosa dificulta obtener propiedades texturales de manera sencilla debido a que no se tiene un modelo para poros elipsoidales mediante la adsorción de gases. Por este motivo es necesario incorporar este tipo de geometría en los métodos de caracterización existentes. En este trabajo se planteó una metodología que describe la termodinámica de adsorción en un poro con geometría elipsoidal, mediante una modificación a la aproximación de Broekhoff y de Boer (BDB). Además, los resultados obtenidos con BDB se compararon con los calculados mediante simulación molecular Monte Carlo (MC) usando el modelo de gas reticulado adaptado a una geometría elipsoidal. La modificación a BDB consistió en dos partes: i) se incorporó el potencial intermolecular tipo Lennard Jones (12 − 6) para la interacción fluido – fluido y fluido – sólido; y ii) se adaptó la curvatura de la interfase líquido – vapor a la geometría del poro. El potencial de interacción fluido – sólido fue sustituido por una integral sobre el sustrato sólido, del tipo Steele 10−4 y 10−4−3, que resultó ser función de los dos semiejes (a y c) que describen al poro y el ángulo azimutal, θ, así como de la densidad del sólido y los parámetros de interacción intermolecular (ϵfs, σfs). La curvatura de la interfase líquido – vapor fue incorporada con los dos principales radios de curvatura de la cavidad, considerando una película adsorbida de espesor, tad, que es función de a, c, θ, y la presión a una temperatura dada. Se examinó la geometría de los poros para dos casos: oblatos (a > c) y prolatos (c > a), utilizando Ar a 87.3 K y N2 a 77.4 K para fines de determinación de textura. Como parámetro de caracterización de los semiejes de los poros se utilizó la excentricidad1 , ξ. Se establecieron los criterios de criticidad2 para condensación capilar a partir de la primera, segunda y tercera derivada de la energía libre de Gibbs. Se definieron como parámetros en la condensación capilar, θ o cc, θ p cc, t o cc y t p cc (donde los superíndices o y p indican oblato y prolato, respectivamente; y cc indica condensación capilar). La inestabilidad de la interfase líquido – vapor que originó la 1Relación que determina que tan esférico o alargado es el elipsoide, cuando ξ es igual a cero, es el caso de una esfera y cuando ξ tiende a 1, el de un elipsoide muy alargado. 2Tamaños críticos de espesor de capa adsorbida, presión y semiejes que determinan la condensación capilar. vcondensación capilar se dio en las regiones con mayor valor de curvatura de cada poro; que resultaron, θ o cc = π/2 y θ p cc = 0, π. Por su parte las cantidades t o cc y t p cc, varían como una función de los semiejes a y c, y la presión, p. Se calcularon los tamaños críticos de los semiejes a partir de las derivadas de la energía libre respecto al espesor de capa adsorbida. Se encontró que solo uno de los dos semiejes del poro determina la criticidad. Este semieje es: a o C en oblatos y c p C en prolatos (donde C se refiere al valor crítico). De esta manera, para poros con alguno de los semiejes mayores a las cantidades anteriores se obtuvieron los valores del espesor de capa adsorbida correspondientes a una presión dada para determinar las isotermas de adsorción. En general, cuando la excentricidad de los poros tiende a 1, la presión de condensación capilar en oblatos es mayor que en prolatos, y conforme tiende a 0 la presión de condensación capilar de los oblatos y prolatos se aproxima hasta igualarse a la de una esfera. Se observó también que el tamaño de los poros y la excentricidad determinan el desarrollo de la condensación capilar durante la adsorción multicapa, este efecto se vio reflejado en una modificación en la distribución de espesores de la capa adsorbida. El valor del espesor es más grande en las regiones de mayor curvatura, θ o cc y θ p cc, y aumenta de valor conforme la excentricidad crece. Además, los resultados de las isotermas de adsorción se compararon con los obtenidos con poros esféricos y cilíndricos. Por otro lado, el modelo de gas reticulado elipsoidal permitió evaluar los efectos de excentricidad en las isotermas de adsorción, mostrando que estas se recorren a valores más bajos de µ conforme la excentricidad aumenta. Además, se siguió la evolución del llenado capilar mediante dibujos de planos del poro a diferentes valores de densidad, estos resultados sugieren regiones asociadas a ciertos valores de θ donde se adsorbe mayor cantidad de fluido. Finalmente, se realizó una comparación cualitativa de las isotermas de adsorción de MC con las isotermas de BDB que permitió identificar algunas coincidencias, principalmente, los efectos de excentricidad. Los resultados obtenidos durante el desarrollo de esta tesis se encuentran publicados en [1, 2]: ⋄ Aguilar-Huerta, E.; Cordero-Sánchez, S.; Rojas-González, F.; DomínguezOrtiz, A. y Villegas-Cortez, J. Adsorption 2020, 26, 553-561. DOI: 10.1007/s10450-021-00326-8 ⋄ Aguilar-Huerta, E.; Cordero-Sánchez, S.; Rojas-González, F. y Villegas- Cortez, J. Adsorption 2021, 27, 1003-1011. DOI: 10.1007/s10450-020-00235-2 |
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