جذب فیزیکی روشی قدرتمند در تحلیل ساختار مواد متخلخل به خصوص پایه های کاتالیستی است. با پیدایش دستگاه های مبتنی بر جذب فیزیکی، با استفاده از داده های مربوط به حجم گاز جذب شده روی سطح ماده متخلخل در فشارهای نسبی متفاوت، اطلاعات بسیار مفیدی مانند سطح ویژه با استفاده از تئوری های مختلف، حجم، اندازه و همچنین توزیع اندازه حفرات بدست می آید. با بررسی نتایج بدست آمده مانند شکل منحنی جذب و دفع هم دما، می توانیم تخمینی از شکل حفرات بدست آوریم. در این مقاله، سعی برآن شده است که مفاهیم جذب فیزیکی، روش های مرسوم اندازه گیری سطح ویژه، حجم تخلخل و توزیع اندازه حفرات به طور اختصار ارائه شود.
مواد متخلخل به میزان قابل توجهی در واکنش های شیمیایی و فرآیندهای جداسازی مورد استفاده قرار می گیرند. چگونگی عملکرد یک ماده متخلخل بیشتر به صورت سطح ویژه داخلی با استفاده از داده های تجربی جذب گاز اندازه گیری می شود. تئوری برونر، امت و تلر به طور گسترده ای برای اندازه گیری سطح ویژه مواد مورد استفاده قرار می گیرد. ایده اصلی اندازه گیری سطح ویژه به تئوری جذب تک لایه لانگمایر برمی گردد که بعدها این مدل با استفاده از تئوری BET به مدل جذب چند لایه تبدیل شد. امروزه روش BET برای تعیین سطح ویژه مواد متخلخل شامل مواد آمورف و بلوری به کار می رود.
اگر یک ماده جامد، غیرقابل نفوذ و شکل کاملا پایداری داشته باشد مساحت سطح کل آن به صورت تقریبی قابل اندازه گیری است، اما در مورد نمونه هایی با ساختار متخلخل، برای تعیین میزان تخلخل و همچنین مساحت سطح کل آن دشواری هایی وجود دارد. یکی از مهم ترین روش ها به منظور اندازه گیری دقیق مساحت کل نمونه های متخلل روش BET است که براساس جذب برخی گونه های مولکولی خاص در حالت گاز روی سطح آن ها استوار است.
بیشتر مواد جامد در داخل ساختار خود دارای حفراتی هستند که با عنوان تخلخل شناخته شده و براساس اندازه، نوع و شکل خود تقسیم بندی می شوند. تخلخل عبارت است از تمام خلل و فرج های موجود که به دو صورت کل یا موثر بیان می شود. تخلخل کل شامل تمام منافذ موجود در ماده است که از نسبت حجم حفره های موجود به حجم کل ماده بدست می آید. تخلخل موثر یا مفید شامل حفره های بهم متصل بوده که قادر است مایعات را از خود عبور دهد. این تخلخل از نسبت حجم حفره های متصل بهم به حجم کل ماده بدست می آید. براساس دسته بندی که توسط آیوپاک صورت گرفته است، ساختار محیط متخلخل با توجه به میانگین ابعاد حفره ها، می تواند حاوی حفره هایی کوچکتر از 2 نانومتر با نام میکروحفره مانند زئولیت ها، کربن فعال و مواد چهارچوب فلز-آلی ، حفره هایی بین 2 تا 50 نانومتر با نام مزوحفره مانند سیلیکا و نوعی از کربن فعال و حفره های بزرگتر از 50 نانومتر با نام ماکروحفره مانند فلزات و سرامیک های پخته شده باشد.
در بررسی تخلخل سنجی سه عامل سطح ویژه، حجم و اندازه حفرات مطرح می شود. سطح ویژه نسبت مساحت کل جسم متخلخل بر جرم آن و درصد تخلخل نسبت حجم مجموع حفرات بر حجم کل جسم است.
این مقاله در شماره 24 «فصلنامه تخصصی دانش آزمایشگاهی ایران»، زمستان 1397 منتشر شده است.
