Chương 1. KHÁI QUÁT VỀ VẬT LIỆU MAO QUẢN (porous materials)
1.1. Khái niệm và phân loại vật liệu mao quản (VLMQ) Cấu trúc xốp của VLMQ bao gồm hai khái niệm: độ hạt (particle) và độ rỗng hoặc độ xốp (porosity). Thông thường người ta sử dụng các đại lượng sau đây liên quan đến khái niệm độ hạt và độ xốp của VLMQ rắn: - Sự phân bố kích thước các hạt. - Hình dáng và kích thước các tập hợp hạt. - Độ xốp: trong VLMQ (và vật liệu xốp nói chung), thể tích của chúng gồm 2 phần: phần chất rắn (Vrắn) và phần không gian rỗng (Vtổng-Vrắn). Độ xốp β được định nghĩa là tỉ lệ giữa thể tích phần rỗng (Vtổng-Vrắn) trên thể tích tổng (Vtổng): β = (Vtổng-Vrắn)/Vtổng = 1-Vrắn/Vtổng = 1-ρb/ρt (ρb = m/Vtổng; ρt = m/Vrắn) trong đó: ρt là khối lượng riêng thực; ρb là khối lượng riêng biểu kiến; m là khối lượng chất hấp phụ. - Bề mặt riêng (m2/g): diện tích bề mặt tính cho một đơn vị khối lượng. Đó là tổng diện tích bề mặt bên trong mao quản và bên ngoài các hạt. - Thể tích lỗ xốp (mao quản) riêng (m3/g): không gian rỗng tính cho một đơn vị khối lượng, nó bao gồm độ rỗng giữa các hạt và bên trong mỗi hạt. - Hình dáng mao quản: trong thực tế rất khó xác định chính xác hình dáng các mao quản. Tuy nhiên, có bốn loại hình dáng mao quản thường được thừa nhận: mao quản hình trụ, hình cầu, hình khe và hình chai. - Phân bố kích thước của các mao quản hoặc phân bố lỗ xốp. Theo quy định của IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) có thể phân chia VLMQ thành bốn loại sau đây dựa vào đường kính trung bình của mao quản (d): + Vật liệu vi mao quản (micropore): d 2 nm. Ví dụ: zeolit (Y, ZSM5,...) + Vật liệu mao quản trung bình (mesopore): 2 < d < 50 nm. Ví dụ: M41S, SBA. + Vật liệu mao quản lớn (macropore): d 50 nm. Ví dụ: Thuỷ tinh. Kích thước trung bình của mao quản được xác định theo sự phân bố kích thước mao quản như đã nói trên. Trong một số trường hợp, có thể tính toán một các gần đúng theo công thức: V/n.S, trong đó n là thừa số hình dáng, đối với mao quản hình trụ n = 0,5 (theo công thức của Gurwitsch), V là thể tích mao quản, S là bề mặt riêng.
Nguyễn Phi Hùng, Bài giảng Vật liệu mao quản và ứng dụng
3
