Гистерезисные явления при изучении адсорбционной деформации адсорбентов
А.В. Твардовский
ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.300
Оригинальная статья
Аннотация: Как известно, адсорбционный гистерезис – это явление, которое возникает в процессах физической адсорбции. При нем количество адсорбированного вещества отличается при добавлении газа (или пара) и при его удалении, т.е. адсорбционная ветвь не совпадает с десорбционной ветвью при снятии изотермы адсорбции. В литературе приводятся разные причины этого явления: поверхностные и объемные фазовые переходы в адсорбате; капиллярные эффекты в порах определенной геометрии; упругая и пластическая деформация адсорбента; наличие потенциального энергетического барьера для проникновения адсорбата в поры и другие. Понятно, что в случае капиллярной конденсации в порах адсорбента действительно характерна необратимость адсорбции, т.е. несовпадение кривых адсорбции и десорбции, и эти кривые образуют петлю адсорбционного гистерезиса. Предполагается, что в остальных случаях ключевую роль в этом эффекте играет адсорбционная деформация адсорбента. Использование современного высокочувствительного дилатометра для снятия кривых адсорбционной и десорбционной деформации адсорбента, наряду с традиционным измерением изотерм адсорбции, позволяет детально изучить эту проблему. В настоящей работе приводятся результаты такого комплексного подхода. В качестве адсорбентов использовались органозамещенный пыжевский монтмориллонит и ораганозамещенный синтетический фторгекторит. Изучалось их взаимодействие с парами гексана и бензола. Проведен детальный анализ полученных данных, позволяющий утверждать, что адсорбционная деформация адсорбента играет ключевую роль в адсорбционном гистерезисе.
Ключевые слова: адсорбция, адсорбент, изотерма адсорбции, адсорбционный гистерезис, 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. Гистерезисные явления при изучении адсорбционной деформации адсорбентов / А.В. Твардовский // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 300-307. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.300. ⎘
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. Тарасевич, Ю.И. Адсорбция на глинистых минералах / Ю.И. Тарасевич, Ф.Д. Овчаренко. – Киев: Наукова думка, 1975. – 351 с.
13. Хейфец, Л.И. Многофазные процессы в пористых средах / Л.И. Хейфец, А.В. Неймарк. – М.: Химия, 1982. – 319 с.
14. Kabanova, O.N. Low – pressure hysteresis in the cyclopentane – activated charcoal system / O.N. Kabanova, T.S. Yakubov, V.V. Serpinski // Russian Chemical Bulletin. – 1988. – V. 37. – I. 7. – P. 1311-1314. DOI: 10.1007/BF00962728.
15. Gusev, V. High – pressure adsorption of Xe on NaX zeolite by microcalorimetry and isosteric analysis / V.Gusev, A. Fomkin // Journal of Colloid and Interface Science. – 1994. – V. 162. – I. 2. – P. 279-283. DOI: 10.1006/jcis.1994.1040.