CATALISIS POROSIDAD

POROSIDAD

Los soportes como sílice, alúmina y carbón generalmente contienen poros que ofrecen un área de superficie interna alta. El sistema de poros de un soporte suele tener una forma bastante irregular y contiene macroporos, debido a los espacios entre los cristalitos individuales, con diámetros del orden de 100 nm, y microporos con dimensiones características de 5-10 nm.

• Un buen soporte ofrece.
• superficie controlada y porosidad, estabilidad térmica
• alta resistencia mecánica contra aplastamiento y desgaste.

Dado que el área superficial y la estructura de poro son propiedades de importancia clave para cualquier catalizador o material de soporte, primero describiremos cómo se pueden medir estas propiedades. En primer lugar, es útil dibujar un límite claro entre la rugosidad y la porosidad. Si la mayoría de las características de una superficie son más profundas que anchas, llamamos a la superficie porosa (figura 5.16). Aunque es conveniente pensar en los poros en términos de cilindros huecos, uno debe comprender que los poros pueden tener todo tipo de formas. El sistema de poro de las zeolitas consiste en canales y jaulas microporosas, mientras que los poros de un soporte de gel de sílice están formados por los intersticios entre las esferas. La alúmina y el negro de carbón, por otro lado, tienen estructuras de plaquetas, lo que resulta en poros en forma de hendidura. Todos los materiales de puede contener micro, meso y macroporos (vea el cuadro de texto para las definiciones).

[pic 1]

METODO BET??

El principio subyacente a las mediciones del área de superficie es simple: fisisorb un gas inerte como argón o nitrógeno y determina cuántas moléculas se necesitan para formar una monocapa completa. Como, por ejemplo, la molécula de N2 ocupa 0.162 nm2 a 77 K, el área de superficie total sigue directamente. Aunque esto suena sencillo, en la práctica las moléculas pueden adsorberse más allá de la monocapa para formar multicapas. Además, las moléculas pueden condensarse en poros pequeños. De hecho, cuanto más angostos sean los poros, más fácil será la condensación de N2 en ellos. Este fenómeno de condensación de poro capilar, como se describe en la ecuación de Kelvin, se puede usar para determinar los tipos de poros y su distribución de tamaños dentro de un sistema. Pero primero necesitamos saber más sobre las isotermas de adsorción de las especies fisuradas. Por lo tanto, derivaremos la isoterma de Brunauer Emmett y Teller, generalmente llamada isoterma BET. Como se ilustra en la figura 5.17, dividimos la superficie en áreas que están descubiertas (fracción y0), cubiertas por una sola monocapa (y1), dos monocapas (y2), o por capas i (yi)

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Figura 5.17. Para derivar la isoterma BET, la superficie se divide en regiones cubiertas por i capas de adsorbato; cada región se caracteriza por una cobertura fraccional yi.

Supongamos que hay sitios N0 en la superficie, entonces el número de átomos adsorbidos es Na

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donde tenemos la regla de suma usual [pic 4]

 Si ahora suponemos que esta superficie a temperatura T está en equilibrio con un gas, entonces la tasa de adsorción es igual a la tasa de desorción. Como los átomos / moléculas se fisisorden en un potencial de adsorción débil, no hay barreras y el coeficiente de adherencia (la probabilidad de que una molécula se adsorba) es la unidad. Esto no es del todo consistente ya que existe una barrera entrópica para la adsorción directa en un sitio específico desde la fase gaseosa. Sin embargo, una menor probabilidad de adherencia no cambia las características generales del modelo. Por lo tanto, en equilibrio tenemos

[pic 5]

Ahora hemos expresado la cobertura total como una función de las constantes de velocidad y el flujo entrante, pero aún tenemos que eliminar teta:

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donde [pic 7] es la relación de las constantes de velocidad de desorción para la segunda y primera capa y

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es la relación de velocidad de adsorción y desorción de la segunda capa y superior. Para [pic 9] la cobertura total [pic 10] lo que significa que el adsorbato se condensa en multicapas en la superficie. Esta es la situación cuando el flujo entrante es igual a la tasa de desorción de las multicapas, lo que implica que P0 es simplemente la presión de equilibrio del gas condensado, un valor que se tabula en los manuales. Para proceder, nuestra muestra de área desconocida se monta en un volumen pequeño y se enfría a baja temperatura (75 K si usamos N2). La presión de equilibrio (P0) para N2 a 75 K es de 750 mbar. La cantidad de gas adsorbido se mide luego como una función de la presión, y se puede expresar convenientemente en términos de la cantidad de gas adsorbido en una monocapa, es decir

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