Адсорбция и процессы переноса молекул воды в пористых и мелкодисперсных средах

• Автор: Курмашева, Дарья Маратовна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 112 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. Кинетика диффузии воды в пористых средах

1.1. Особенности сорбции воды в сравнении с другими газами

1.2. Явления переноса и аналогии между ними

1.2.1. Диффузионные процессы переноса

1.2.2. Электрическая модель диффузионных процессов

1.2.3. Диффузия в порах

1.3. Математическое описание кинетики диффузии в пористых средах

1.3.1 Кинетика сорбции в плотноупакованных системах

1.3.1.1 Сопротивление массовому и тепловому потокам
1.3.1.2 Изотермическая однокомпонентная сорбция: управление диффузией в микропорах
1.3.1.3 Неизотермическая сорбция
1.4. Методы измерения переноса молекул в пористых средах
1.4.1. Метод объёмного анализа
1.4.2. Гравиметрический метод анализа
1.4.3. Поглощение газа из потока (хроматография)
1.4.4. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса
1.4.5. Обобщение и выводы по методам
Глава 2. Техника и методы измерения кинетических явлений переноса
2.1. Диодно-лазерный спектрометр для измерения адсорбции
2.1.1. Оптическая часть
2.1.2. Электронные узлы спектрометра
2.1.3. Программное обеспечение
2.1.4. Обработка спектров
2.1.5. Усовершенствованный прибор для проведения измерений
2.1.6. Апробация прибора
2.2. Релаксационные кривые

2.2.1. Методика проведения эксперимента
2.2.2. Методика обработки экспериментальных данных
2.3. Техника снятия изотерм с использованием кинетических кривых
Глава 3. Экспериментальные данные по кинетике сорбции и их анализ
3.1. Результаты измерений кинетики сорбции на различных образцах
3.1.1. Модель для описания релаксационных кривых
3.1.1.1. Проведение эксперимента
3.1.1.2. Моделирование
3.1.1.3. Результаты моделирования
3.2. Неизотермическая сорбция: влияние нагрева на кинетику сорбции
3.2.1. Действие концентрационно-теплового градиента
3.2.2. Кинетика адсорбции молекул воды на поверхности пористого кремния
3.3. Быстрый способ снятия изотерм сорбции
3.3.1. Аппроксимация изотермой Ленгмюра
3.3.2 Аппроксимация изотермой БЭТ (Брунауэр-Эммет-Теллер)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Настоящая диссертация направлена на расширение представлений о кинетике адсорбционно-диффузионных процессов, с участием одного из самых распространенных на поверхности Земли и исключительно важного для человечества соединения — молекулы воды, в широком спектре пористых и мелкодисперсных материалов, а также на фундаментальное обобщение наблюдаемых неравновесных эффектов.
Поглощательная спектроскопия в ПК-диапазоне является эффективным инструментом зондирования молекул в газовой фазе. Развиваемый в настоящей диссертации метод измерения базируются на использовании диодно-лазерной спектроскопии как прецизионного количественного способа мониторинга газовой смеси.
В силу отсутствия в настоящий момент фундаментальных обобщений механизмов тепло- и массопереноса в пористых и мелкодисперсных средах, созданное оборудование и предлагаемые методики открывают новое направление для фундаментальных научных исследований в области неравновесной газодинамики. В диссертации делается попытка обобщения закономерностей диффузии молекул воды в материалах в различных термодинамических условиях в зависимости от ширины временного окна наблюдения.
В работе накоплено' большое количество данных в виде временных зависимостей концентрации молекул воды в ограниченном объеме при контакте с адсорбентом. Полученные данные представляют не только фундаментальный интерес, но могут быть полезными также и при проведении исследований и диагностических работ материалов и их адсорбционных свойств в области энергетики, геологии, экологии, медицины, пищевой и нефтегазовой промышленности.
Найденные и проанализированные эффекты, связанные с проникновением молекул ЬЬО в пористую матрицу материалов, имеют общий характер и могут быть расширены на другие газы. Полученные закономерности могут быть

и а’ переопределена как (йо/С5)(/2 /Д.). В предельном случае быстрой диффузии уравнения (34) и (35) сводятся к уравнению (28) - выражение для регулирования теплопередачи.
Пример системы (1 - октан - 13Х цеолит), в которой скорость поглощения контролируется объединёнными эффектами теплопереноса и диффузии в слое, представлен на Рис. 12. Кривые поглощения для кристаллов диаметром 24 мкм и 39 мкм по существу одинаковые, показывают, что внутри кристаллическая диффузия достаточно быстрая, даже в этих сравнительно крупных кристаллах, и не влияет на скорость поглощения. При низких давлениях сопротивление теплопередаче также влияет незначительно, а скорость поглощения контролируется в основном диффузионным слоем. По мере того как увеличивается концентрация сорбата, тепловые эффекты становятся все более важными и ведут к изменению формы кривых поглощения, которые при больших концентрациях удовлетворяют уравнениям (33) и (35).
Изменение постоянной времени теплопередачи (Иа/С5) и постоянной времени диффузионного слоя й/12 с давлением показано для нескольких различных систем на Рис. 13 и 14.