Porosimétrie - Gwenaëlle Raimbeaux

Laboratoire de Génie Chimique
SAP Service Analyses et Procédés
Porosimétrie Gaz / Porosimétrie Mercure
Principe et grandeurs mesurées à partir des isothermes
Gwénaëlle Raimbeaux
1
Laboratoire de Génie Chimique
SAP Service Analyses et Procédés
Porosimétrie Gaz
Définition d’un matériau poreux
Phénomène d’adsorption physique d’un gaz
Détermination des isothermes d’adsorption
Aires spécifiques et distribution de taille de pores
Présentation de l’équipement du laboratoire
2
Porosimétrie Gaz – Définition d’un matériau poreux
pores borgnes
pores en
intercommunication
pores fermés
inaccessibles aux fluides
irrégularités (rugosité)
Les différentes classes de pores :
- Micropores : ∅pore < 2 nm
- Mésopores : 2 nm < ∅pore < 50 nm
- Macropores : ∅pore > 50 nm (500A)
Les propriétés d’un matériau poreux dépendent de :
- la géométrie et la taille de ses pores
- ainsi que leur distribution
3
Porosimétrie Gaz
Phénomène d’adsorption physique d’un gaz
Adsorption physique
A
d
s
o
r
b
a
n
t
Adsorbat
Interactions physiques
en multicouches
Phénomène réversible
Adsorption chimique
A
d
s
o
r
b
a
n
t
Adsorbat
Absorption
A
d
s
o
r
b
a
n
t
Adsorbat
Formation d’une liaison
Diffusion dans le solide
chimique en monocouche
Phénomène irréversible
Avant d’effectuer toute analyse, la surface des échantillons doit
être débarrassée de toute espèce retenue par adsorption physique.
4
Porosimétrie Gaz – Détermination des isothermes d’adsorption
4
3
1
2
1
Adsorption localisée
Remplissage des micropores
2 Monocouche
3 Multicouches
4 Condensation capillaire
Condensation capillaire
Edification d’une monocouche
Adsorption multimoléculaire
Adsorption localisée
Remplissage des micropores
5
Porosimétrie Gaz
Aires spécifiques et distribution de taille de pores
Aire spécifique BET
Surface du solide
Capacité
monomoléculaire
Surface occupée par
une molécule adsorbée
à la surface du solide
Aire spécifique
(m²/g)
Masse de l’adsorbant
Constante d’Avogadro
6
Porosimétrie Gaz
Détermination des isothermes d’adsorption
Classification donnée par l’IUPAC
Non poreux ou
macroporeux
Microporeux
Peu ou pas
d’adsorption
Mésoporeux
Peu ou pas
d’adsorption
Structure
en feuillets
7
Porosimétrie Gaz
Aires spécifiques et distribution de taille de pores
Classification par l’IUPAC des différentes boucles d’hystérésis observées
Mésoporeux
Mésoporeux
Agrégats
Microporeux
L’estimation d’une distribution de taille de mésopores nécessite
d’analyser soigneusement l’allure de la boucle d’hystérésis.
8
Porosimétrie Gaz
Aires spécifiques et distribution de taille de pores
Le calcul de la répartition poreuse est basé sur l’analyse pas à pas
de la branche de désorption ou d’adsorption de l’isotherme.
.
9
Porosimétrie Gaz - Exemple
Isotherme d’adsorptiondésorption de diazote à
77 K sur une alumine
Variation du volume cumulatif en fonction du
diamètre des mésopores d’une alumine
Distribution en volume de la taille
des mésopores d’une alumine
10
Porosimétrie Gaz
Présentation de l’équipement du laboratoire
Appareil de marque Micromeritics ASAP 2010
- Gaz : azote
- 2 postes de dégazage 450°C
- 1 poste d’analyse
11
Laboratoire de Génie Chimique
SAP Service Analyses et Procédés
Porosimétrie Mercure
Pourquoi le mercure ?
Méthode
Exemple
Présentation de l’équipement du laboratoire
12
Porosimétrie Hg – Pourquoi le mercure ?
Le mercure ne mouille pas et ne dissout pas la surface des solides.
il faut exercer une pression pour le faire pénétrer dans les pores
13
Porosimétrie Hg – Méthode
L’échantillon est placé dans un pénétromètre en verre comportant un
capillaire calibré dont la partie externe est métallisé.
Avant d’injecter le mercure, le vide est réalisé dans le pénétromètre, le
mercure est injecté à une pression de 0.0035 Mpa 400 Mpa.
14
Porosimétrie Hg - Méthode
15
Porosimétrie Hg - Méthode
Les rayons des pores, supposés cylindriques, envahis par le
mercure sont calculés par l’équation suivante :
Tension de surface du Hg
= 0.48 N/m
Angle de contact Hg-Solide
(135°à 140°)
Pression d’intrusion du Hg
Tailles de pores accessibles : de 2 nm à 350 µm
16
Porosimétrie Hg - Exemple
Une argile compactée sous différentes contraintes
Taille des pores
Volume poreux
17
Porosimétrie Hg – Présentation de l’équipement du laboratoire
Appareil de marque Micromeritics
AUTOPORE IV
- 2 postes BP (dégazage)
- 1 poste HP
- méthode destructive
18
Laboratoire de Génie Chimique
SAP Service Analyses et Procédés
Merci de votre attention
19