Адсорбционная деформация Na-монтмориллонита при взаимодействии с парами метанола
А.В. Твардовский
ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.293
Оригинальная статья
Аннотация: Классические представления об адсорбционном процессе всегда исходили из того, что адсорбент при взаимодействии с газами или парами остается инертным и не изменяет своих размеров. Его роль сводится лишь к тому, чтобы создавать адсорбционное поле, куда попадают молекулы адсорбтива. Именно, на основе этого принципа, были выведены известные адсорбционные уравнения Генри, Лэнгмюра, Фаулера – Гуггенгейма, Брунауэра – Эмметта – Теллера и прочие. Однако, современные экспериментальные исследования показывают, что адсорбенты в адсорбционном процессе деформируются. Этот факт существенно изменяет всю картину рассмотрения данного явления. Например, при изменении геометрических размеров пор адсорбента при деформации последнего серьезно изменяется адсорбционное поле, в которое попадают молекулы адсорбтива. И это влияет на величину калориметрической теплоты адсорбции, снимаемой во время исследований. Таким образом, адсорбент является равноправным участником процесса адсорбции наряду с адсорбтивом, и адсорбционную систему следует рассматривать как двухкомпонентную. В связи с этим при проведении адсорбционных исследований необходим комплексный подход, включающий снятие изотерм, измерение калориметрических теплот адсорбции, а также проведение дилатометрических экспериментов по изучению адсорбционной деформации адсорбентов. Такой комплексный подход был применен для системы Na-монтмориллонит – пары метанола. Дифференциальная теплота и изотерма адсорбции при Т = 293 К были получены с помощью микрокалориметра Кальве типа и микровесов Мак-Бена-Бакра. Измерение деформаций адсорбента проводилось с помощью высокочувствительного дилатометра. Основной частью этого дилатометра был линейный дифференциальный трансформатор, сердечник которого был связан с адсорбентом посредством стержня. Любые изменения геометрических размеров адсорбента изменяли положение сердечника в трансформаторе, что влияло на сигнал, снимаемый со вторичной обмотки трансформатора. Имея калибровку дилатометра, определялась адсорбционная деформация адсорбента. Такой комплексный подход позволил существенно детализировать описание адсорбционного процесса для данной изученной системы.
Ключевые слова: адсорбция, адсорбент, изотерма адсорбции, калориметрическая теплота адсорбции, адсорбционная деформация адсорбента, дилатометрический метод
- Твардовский Андрей Викторович – д.ф.-м.н., профессор, и.о. ректора, ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет»
Ссылка для цитирования:
Твардовский, А.В. Адсорбционная деформация Na-монтмориллонита при взаимодействии с парами метанола / А.В. Твардовский // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 293-299. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.293. ⎘
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Tvardovskiy, A.V. Investigation of cation – substituted vermiculite deformation upon water vapor sorption / A.V. Tvardovskiy, A.A. Fomkin, Y.I. Tarasevich et al. // Journal of Colloid and Interface Science. – 1994. – V. 164. – I. 1. – P. 114-118. DOI: 10.1006/jcis.1994.1149.
2. Tvardovskiy, A.V. Sorptive deformation of organo-substituted laminar silicates and hysteresis phenomena / A.V. Tvardovskiy, A.A. Fomkin, Y.I. Tarasevich, A.I. Zhukova // Journal of Colloid and Interface Science. – 2001. – V. 241. – I. 2. – P. 297-301. DOI: 10.1006/jcis.2001.7713.
3. Yakovlev, V.Yu. Adsorption and deformation phenomena at the interaction of CO2 and microporous carbon adsorbent / Yu.V. Yakovlev, A.A. Fomkin, A.V. Tvardovskiy // Journal of Colloid and Interface Science. – 2003. – V. 268. – I. 1. – P. 33-36. DOI: 10.1016/S0021-9797(03)00696-9.
4. Yakovlev, V.Yu. Adsorption and deformation phenomena at the interaction of N2 and microporous carbon adsorbent / Yu.V. Yakovlev, A.V. Tvardovskiy, A.A. Fomkin // Journal of Colloid and Interface Science. – 2004. – V. 280. – I. 2. – P. 305-308. DOI: 10.1016/j.jcis.2004.07.029.
5. Tvardovskiy, A.V. Sorbent deformation / A.V. Tvardovskiy. In book series: Interface Science and Technology. – V. 13. – Amsterdam, Boston, London etc.: Academic Press, 2006. – 286 p.
6. Твардовский, А.В. Изменение термодинамических характеристик углеродного адсорбента ФАС-3 при адсорбции бензола / А.В. Твардовский, Д.С. Зайцев, А.А. Фомкин // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2020. – Вып. 12. – С. 190-199. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.190.
7. Школин, А.В. Развитие подхода к оценке предельных величин адсорбционно-стимулированной деформации микропористых углеродных адсорбентов / А.В. Школин, А.А. Фомкин, И.Е. Меньщиков и др. // Химическая промышленность сегодня. – 2021. – Вып. 6. – С. 50-55. DOI: 10.53884/27132854_2021_6_50.
8. Школин, А.В. Метод измерения деформации нанопористых материалов, стимулированной адсорбцией газов и паров / А.В. Школин, И.Е. Меньщиков, А.А. Фомкин // Российские нанотехнологии. – 2022. – Т. 17. – Вып. 6. – С. 858-864. DOI: 10.56304/S1992722322040239.
9. Shkolin, A.V. Isotropic and anisotropic properties of adsorption-induced deformation of porous carbon materials / A.V. Shkolin, I.E. Menshchikov, E.V. Khozina, V.Yu. Yakovlev, A.A. Fomkin // Adsorption. – 2023. – V. 29. – I. 5-6. – P. 237-253. DOI: 10.1007/s10450-022-00370-y.
10. Школин, А.В. Деформация металлоорганического координационного полимера UIO-66, стимулированная адсорбцией метана / А.В. Школин, А.А. Фомкин, Е.В. Хозина и др. // Успехи в химии и химической технологии. – 2024. – Т. 38. – Вып. 3 (282). – С. 126-128.
11. Школин, А.В. Стресс-эффект адсорбционной деформации углеродного адсорбента на основе каменноугольного сырья при адсорбции метана / А.В. Школин, А.А. Фомкин, И.Е. Меньщиков // Физикохимия поверхности и защита материалов. – 2024. – Т. 60. – Вып. 3. – С. 227-240. DOI: 10.31857/S0044185624030018.
12. Coudert, F.-X. Adsorption deformation of microporous composites / F.-X. Coudert, A.H. Fuchs, A.V. Neimark // Dalton Transactions. – 2016. – V. 45. – I. 10. – P. 4136-4140. DOI: 10.1039/C5DT03978A.
13. Neimark, A.V. Adsorption - induced deformation of microporous solids: a new insight from a century-old theory / A.V. Neimark, I. Grenev // The Journal of Physical Chemistry. – 2020. – V. 124. – I. 1. – P. 749-755. DOI: 10.1021/Acs.Jpcc.9B10053.
14. Ludescher, L. In-situ small-angle neutron scattering investigation of adsorption-induced deformation in silica with hierarchical porosity / L. Ludescher, R. Morak, C. Balzer et al. // Langmuir. – 2019. – V. 35. – I. 35. – P. 11590-11600. DOI: 10.1021/acs.langmuir.9b01375.
15. Тарасевич, Ю.И. Адсорбция на глинистых минералах / Ю.И. Тарасевич, Ф.Д. Овчаренко. – Киев: Наукова думка, 1975. – 351 с.