Adsorción de gas

La adsorción de gases se puede clasificar ampliamente en dos tipos distintos: La fisisorción y la quimisorción, cada una impulsada por mecanismos de interacción únicos. Estos procesos brindan conocimientos fundamentales sobre las propiedades del material, lo que permite a los científicos e ingenieros analizar el área de la superficie, la porosidad y el comportamiento catalítico.

Fisisorción

Los analizadores de adsorción de gases Micromeritics son ideales para caracterizar el área de superficie y la estructura de poros de los materiales. Estos instrumentos miden la cantidad de gas adsorbido en condiciones de presión y temperatura controladas, lo que proporciona información detallada sobre la porosidad del material, la distribución del tamaño de los poros y el área de superficie específica. Estos datos son esenciales para industrias como los productos farmacéuticos, los materiales de batería y el desarrollo adsorbente.

Quimisorción

Para los estudios de quimisorción, los analizadores de quimisorción Micromeritics están diseñados para evaluar la reactividad química y los sitios de superficie activa de los materiales. Estos sistemas miden la concentración y la cantidad de interacciones gas-superficie, lo que ayuda a caracterizar los catalizadores, monitorear las reacciones de superficie y optimizar el rendimiento del catalizador en procesos como hidrogenación, agrietamiento y reformación. Esta capacidad es invaluable en la investigación de catálisis y el desarrollo de procesos para las industrias de energía y sustancias químicas.

La tecnología avanzada de Micromeritics garantiza resultados reproducibles y datos sólidos, lo que permite a los investigadores comprender y optimizar completamente las propiedades del material para sus aplicaciones específicas. 

La teoría de Brunauer-Emmett-Teller (BET) es un método ampliamente adoptado para medir el área de superficie específica de los materiales. Normalmente, el gas nitrógeno (N₂) se utiliza como el adsorbato debido a su interacción favorable con la mayoría de las superficies. Mediante el análisis de la cantidad de gas adsorbido a varias presiones, la ecuación BET facilita el cálculo del área de superficie del material.

El área de superficie BET de un material se calcula a partir de la capacidad de monocapa, que es el volumen de la primera capa única de moléculas de gas o átomos adsorbidos en la superficie.	La ecuación BET se linealiza para calcular convenientemente la capacidad monocapa a partir de la pendiente y la intersección y del gráfico de transformación BET, que debe alcanzar un coeficiente de correlación suficientemente alto para que el cálculo BET sea válido, que suele ser de 0,999.

La adsorción de gases permite la caracterización y el análisis estructural de la porosidad del material. A medida que aumenta la presión del gas, los poros dentro del material comienzan a llenarse. Este proceso comienza con poros más pequeños y avanza a poros más grandes hasta que todos estén saturados. En general, la adsorción de gas se aplica a los poros que oscilan entre ~0,35 y ~400 nm de diámetro. Una vez que los detalles de la curva isotérmica se expresan con exactitud como una serie de presión frente a la cantidad adsorbida, se pueden aplicar varios métodos diferentes (teorías o modelos) para determinar la distribución del tamaño de los poros.

El análisis de adsorción de gas desempeña un papel fundamental en diversas industrias, ya que proporciona información detallada sobre las propiedades de los materiales, lo que permite la optimización de procesos y productos. A continuación, se muestran las aplicaciones clave y cómo benefician varios sectores:

Catálisis

El rendimiento de los catalizadores se ve fuertemente influenciado por su área de superficie, porosidad y disponibilidad del sitio activo. Las técnicas de adsorción de gases, como la quimisorción, permiten la caracterización precisa de las superficies de catalizadores, lo que ayuda a los investigadores a evaluar propiedades como la dispersión, las interacciones de soporte metálico y la fuerza de adsorción. Estos datos son fundamentales para optimizar la eficiencia de la reacción en procesos como la síntesis química, el refinamiento de petróleo y el control de emisiones.

Productos farmacéuticos

En el desarrollo de medicamentos, el área de superficie y la porosidad de los polvos farmacéuticos afectan directamente la solubilidad, las tasas de disolución y la biodisponibilidad. Los instrumentos de adsorción de gases se utilizan para analizar estas propiedades, lo que garantiza que las formulaciones de medicamentos estén diseñadas para un rendimiento, una estabilidad y una administración óptimos. Esto es particularmente importante para los medicamentos inhalables y las formulaciones de liberación controlada.

Caracterización de los materiales de baterías

Para tecnologías de almacenamiento de energía, como baterías de iones de litio y de estado sólido, los materiales de electrodos con áreas de superficies altas y porosidad controlada son esenciales para mejorar el almacenamiento de carga y el transporte de iones. El análisis de adsorción de gases permite la evaluación precisa de estas características del material, lo que contribuye al desarrollo de baterías de mayor capacidad, más duraderas y más eficientes.

Ciencia ambiental

La adsorción de gases es clave para estudiar los materiales utilizados en la captura y eliminación de contaminantes, tales como carbonos y zeolitos activados. Mediante el análisis de la capacidad de adsorción, la estructura de los poros y las interacciones gas-sólido, los investigadores pueden optimizar los materiales para capturar gases de efecto invernadero, compuestos orgánicos volátiles y metales pesados. Esta tecnología favorece un aire y un agua más limpios y unas prácticas industriales sostenibles.

El análisis de adsorción de gas es una herramienta indispensable para promover la investigación e innovación de materiales en todas estas industrias, lo que ofrece datos precisos y factibles para el desarrollo de productos y la optimización de procesos. 

¿Cuáles son otros métodos para caracterizar la porosidad de los materiales?

Intrusión de mercurio y flujo capilar

¿Cuál es la diferencia entre la fisisorción y la quimisorción?

La fisisorción y la quimisorción son los tipos primarios de adsorción de gas. Las diferencias se resaltan en la siguiente tabla:

Fisisorción (Absorción física)	Quimisorción (adsorción química)
No selectivo	Selectivo
Interacciones débiles (van der Waals)	Interacciones fuertes (enlaces químicos)
Menor energía	Mayor energía
Reversible	Irreversible y reversible

En Malvern Panalytical, proporcionamos soluciones avanzadas para el análisis de adsorción de gases, incorporando los instrumentos líderes en la industria de Micromeritics a fin de proporcionar datos precisos y confiables para la caracterización de materiales. Estos sistemas están diseñados para abordar diversas aplicaciones, desde mediciones básicas del área de superficie hasta análisis de porosidad y catalíticos en profundidad.

Con estas soluciones, potenciamos a los investigadores y profesionales de la industria para obtener más información sobre las propiedades de los materiales, lo que permite el desarrollo de productos innovadores y procesos eficientes. La experiencia de Malvern Panalytical, en combinación con la tecnología comprobada de Micromeritics, garantiza resultados confiables y un excelente respaldo para sus necesidades de análisis de adsorción de gases.

• Nota de aplicación: Caracterización de ánodos avanzados de batería con área de superficie BET de adsorción de gas y energía de superficie DFT
• Nota de aplicación: análisis de adsorbentes para la captura directa de aire de dióxido de carbono mediante un análisis innovador

Prácticas recomendadas para el área de superficie BET

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