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! Laboratorio de área superficial (actualizando a 2009)

En este laboratorio se obtendrá una isoterma de adsorción de muestras sólidas porosas la cual será procesada por los alumnos para conseguir información acerca de su estructura porosa (ie. área superficial, distribución de tamaños de poros, volumen de poros).

!Tips (Informes de Lab)

* Es aconsejable realizar las búsquedas científicas en inglés, ya que hay (mucha) más información científica en este idioma.

* Redactar **BIEN**, aunque cada frase demore 15 minutos (o más en algunos casos), debe quedar __perfecta__: sin palabras menos ni palabras más, y cada una de ellas debe expresar el significado preciso. Algo que ayuda mucho es auto-criticarse, la manera mas fácil es leer nuevamente (un rato después de escribir) lo que nosotros mismos redactamos. Así nos damos cuenta de las cosas que podrían escribirse mejor, y demás está decir, que esta acción debe ser 'iterada'.

* Para familiarizarse con búsqueda de artículos electrónicos, comenzar utilizando [http://www.sciencedirect.com|ScienceDirect], es cómodo, simple y rápido. Busquen y lean (no completamente, sino que seleccionando las partes importantes) artículos de aquí. Si quedan atascados con algo en particular, pidan(me) ayuda!.

* Acerca de tablas y figuras: no tengan miedo de colocar varios gráficos en uno ni innovar en la manera de presentar. La idea de éstos (ya que son la parte más importante de un trabajo científico!) es que sean presentados de la mejor manera (cómodo) al lector. Por ejemplo: si se muestran 4 gráficos parecidos (por ejemplo... isotermas), es increíblemente incómodo tener cada una en una pagina distinta, por tanto, buscar la manera (varias isotermas en cada figura quizás?) de presentarlas ''perfectamente''.

* Para la bibliografía, existe software especializado, por ejemplo, [http://www.endnote.com/|EndNote]; este programa es excelente, ya que permite importar referencias desde motores de búsqueda (ScienceDirect, WebOfScience, ACS...) y colocarlas en Word con un 1-click. El software crea un archivo con la lista de referencias y la puede cambiar al formato que queramos. Ideal para cuando se tienen varias (>10).

* 'Por favor' colocar las referencias en un formato legible. Por ejemplo en [http://pubs.acs.org/page/iecred/submission/reference-guidelines.html|este link] muestran cómo.

!Listado de muestras (2009)

!!Grupo D (comienza 1 septiembre)

* **Alúmina** Al2O3 (conseguida en Cs. Quim.)

* **Mol Sieve** 13X 80-100

* **Alúmina** AlfaAesar (revisar pagina 3 libro Do - 1998 - Adsorption analysis.. Equilibria and kinetics, ICP)

* **Carbón** 'para asados'

!!Grupo L (comienza 3 septiembre)

* **Catalizador 5Co/MgO** de José Aldunce (CarboCat) ¿Qué significa esta notación?

* **Silica Gel 1** Utilizado en desecadores ¿utilizado para qué? (revisar pagina 3 libro Do - 1998 - Adsorption analysis.. Equilibria and kinetics, ICP)

* **Silica Gel 2** Utilizado en cromatografía

* **Grafito exfoliado** ¿Qué es? ¿Cómo se genera? Hay mucha literatura (tema de investigación reciente) acerca de esto.

!!Grupo F (comienza 6 octubre)

* **Spherocarb** aprovechen [http://www.cheric.org/PDF/KEHH/KH05/KH05-1-0105.pdf|este] artículo

* **Oxy absorbent 20/60** Alltech

* **FCC Catalyst 1**

* **FCC Catalyst 2**

!!Grupo E (comienza 3 noviembre)

* **Arena de cuarzo** tamaños.....

* **Zeolita** limpia

* **Zeolita** coquificada

!Listado de muestras (2007)

!!1º Grupo (2007)

* **Dem-AC-1000 12h**: Carbón mineral carbonizado a 1000ºC y activado físicamente con CO2 durante 12 h.

* **Zeolitas FCC**: Zeolitas utilizadas para cracking catalítico.

* **Silica Alumina**: Material mesoporoso de referencia Micromeritics. Isoterma de calibración disponible.

* **Carbon black**: Material de baja porosidad de referencia Micromeritics. Isoterma de calibración disponible.

!!3º Grupo (2007)

* **Carbón activado químicamente**: Carbón desmineralizado (¿cómo?) procedente de mina Pecket, Magallanes, químicamente activado con ácido fosfórico.

* **Carbón activado físicamente**: Precursor desmineralizado semejante al anterior, pero carbonizado (¿Qué es carbonización o pirólisis?) a 1000ºC y activado con CO2 a 800ºC (Qué efecto tiene un tratamiento con CO2 a altas temperaturas?), hasta burnoffs cercanos a 40%.

* **Carbón activado Pittsburg**: Un tarro viejo de carbón activado comercial molido a tamaños cercanos de 1 mm.

* **Alltech Carbosphere 80/100**: ¿Qué es esto? ¿En que se utiliza? (Tip: GOOGLE!)

* **Zeolitas**: Matriz de sílica-alúmina utilizado para cracking catalítico.

Para cada uno de estos materiales, debemos saber sus características principales, su toxicidad y las propiedades esperadas, por ejemplo, PSD (¿Qué es PSD?), área superficial, volumen de poros)

!Artículos e información

!!Activación de carbón mediante ácido fosfórico

* ¿Cómo actúa? (Y algunas propiedades) doi:10.1016/S0008-6223(98)80123-1 (¿Que es doi? --> [http://dx.doi.org|Buscador de doi])

* Procedimiento utilizado: __(Teng, Carbon 1998)__ doi:10.1016/S0008-6223(98)00127-4

!!Dubinin-Radushkevich

* Apuntes de profesor Radovic

* doi:10.1016/S0008-6223(02)00173-2 (textual):The parameter β is called the affinity coefficient or similarity coefficient, and expresses the ratio of the characteristic free energies of adsorption for the test and reference vapours [7 and 8]. For the reference compound selected, β is defined as equal to 1. Benzene is by convention often used as reference compound for carbonaceous materials.

* Este es muy interesante, sobre todos las ecuaciones y las definiciones: http://dx.doi.org/10.1016/S0008-6223(00)00265-7

* Después de una no tan exhaustiva búsqueda, puedo recomendar [http://dx.doi.org/10.1016/j.carbon.2004.02.026|este] para que revisen lo de el coeficiente de afinidad

* Dubinin, J. Coll. Int. Sci. __75__, 34, 1980 [http://www.udec.cl/~fevallej/data/files/dubinin_jcollintsci1980.pdf|DOWNLOAD]

!Bibliografía

* S. J. Gregg, K. S. W. Sing "Adsorption, surface area, and porosity" Publisher: London ; Academic Press, 1982. **Pedir a Nando** [http://isbndb.com/d/book/adsorption_surface_area_and_porosity.html|LINK]

* **BET:** Brunauer S, Emmett  P H & Teller E. Adsorption of gases in multimolecular layers. Journal of the American Chemical Society 60:309-19, 1938. [http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja01269a023|version PDF]

* **BDDT:** Stephen Brunauer, Lola S. Deming, W. Edwards Deming, and Edward Teller, "On a Theory of the van der Waals Adsorption of Gases" JACS (1940) [http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja01864a025|LINK]{demac_isoth_th.jpg|Isoterma de mi carbon activado|demac_isoth.jpg}

* **BJH:** Barrett, E.P., L.G. Joyner, and P.P. Halenda, "The Determination of Pore Volume and Area Distributions in Porous Substances. I. Computations from Nitrogen Isotherms." J. Am. Chem. Soc., 1951. 73(1): p. 373-380. [http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja01145a126|LINK]

* **''t''-method:** Lippens, B.C. and J.H. de Boer, Studies on pore systems in catalysts : V. The t method. Journal of Catalysis, 1965. 4(3): p. 319-323. [http://www.sciencedirect.com/science/article/B6WHJ-4CFV60P-3X/2/26370dce85f9dddc885b09cf80ac541d|LINK]

* **HK:** Horváth, G. and K. Kawazoe, Method for the calculation of effective pore size distribution in molecular sieve carbon. Journal of Chemical Engineering of Japan, 1983. 16(6): p. 470-475. [http://www.journalarchive.jst.go.jp/english/jnlabstract_en.php?cdjournal=jcej1968&cdvol=16&noissue=6&startpage=470|LINK]

* **Langmuir:** Langmuir, I., The constitution and fundamental properties of solids and liquids. Part I. Solids. J. Am. Chem. Soc., 1916. 38(11): p. 2221-2295. [http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja02268a002|LINK]

* **Nando PSD HK:** Revisión de algunos métodos para calculo de distribución de tamaños de poros en soportes con especial atención en HK. [http://www.udec.cl/~fevallej/data/files/vallejos-burgos_metinv2007.pdf|DOWNLOAD]

* **PSD Review:** Katsumi Kaneko **(mi amigo)** Determination of pore size and pore size distribution 1. Adsorbents and catalysts. Journal of Membrane Science, Volume 96, Issues 1-2, 28 November 1994, Pages 59-89. [http://dx.doi.org/10.1016/0376-7388(94)00126-X|DOI Link]

!!Objetivo General

Determinar el área superficial, volumen medio de poros y distribución de tamaños de poros de un material sólido poroso.

!!Objetivos específicos

* Revisar antecedentes teóricos relativos a la caracterización de sólidos porosos y especialmente los aspectos fundamentales involucrados en la teoría de Langmuir, Brunauer Emmett y Teller (BET) y Ecuación de Kelvin.

* Conocer la técnica experimental de adsorción volumétrica de Nitrógeno para la determinación de área superficial.

* Obtener y analizar la isoterma de adsorción de un material sólido entregado por el instructor.

* Determinar área superficial (aplicar teorías de Langmuir y BET), volumen y radio de poros y comentar en relación a aplicabilidad del material sólido entregado. Comparar con valores dados por software del equipo experimental.

* Analizar y discutir resultados.

!!Metodología

Les entregaré un material sólido poroso cuyas características superficiales (área superficial deberán ser determinadas.

Los alumnos deberán presentar los aspectos teóricos involucrados así como también presentar los procedimientos de cálculo necesarios para determinar los parámetros superficiales del sólido poroso, como área superficial, radio, distribución de tamaños  y volumen de poros.

Los alumnos realizarán ensayos de adsorción volumétrica, en N2 a 77 K, en el equipo Micromeritics instalado en el Laboratorio de Carbones del Departamento.

Los resultados obtenidos deberán ser analizados en relación a lo esperado desde el punto de vista teórico como también de acuerdo a la aplicación que se dará al material entregado y que será informada por el instructor.

!!Equipo

El equipo a utilizar es un adsorbedor volumétrico [http://www.unm.edu/~cmem/research/facilities/fac/Bet%20Surface.htm|Micromeritics Gemini]. El pretratamiento de las muestras será hecho en un desgasificador Micromeritics VacPrep a presiones cercanas a 0.2 mbar.

!!Procedimiento experimental

Previo a la determinación de área debe limpiarse la superficie del sólido, sometiéndolo a calentamiento a 350 ºC durante 8 horas en condiciones de vacío. Esta etapa se conoce como desgasificación de la muestra.

Determinación de la isoterma de adsorción:

Utilizando el equipo mencionado y siguiendo las instrucciones de operación que se entregarán en la sesión de reconocimiento, deberán obtenerse los datos experimentales necesarios para la obtención de la isoterma de adsorción de N2 y posterior determinación del área superficial aplicando tanto el modelo BET com de Langmuir.

Adicionalmente deberá determinarse el volumen de poros, la distribución de tamaños y el radio de medio de poros del sólido entregado.  Los valores obtenidos serán comparados con los entregados por el software de tratamiento de datos del equipo experimental.

!!Antecedentes teóricos

Los siguientes temas deben ser desarrollados por los alumnos en el capítulo correspondiente a  “principios teóricos”.

* Adsorción. Definición. Descripción.

* Adsorción física vs. adsorción química. Diferencias fenomenológicas y parámetros de discriminación entre ambos tipos.

* Equilibrio de adsorción.  Existencia de isotermas de adsorción. Tipos de isotermas.

* Modelación de isotermas de adsorción. Ecuación B.E.T., ecuación de Langmuir.

* Determinación de superficie específica a partir de datos de adsorción.

* Tamaño de poros, distribución de tamaños de poros