Distribución del tamaño de poros

Optimice los materiales con análisis detallados de distribución del tamaño de los poros

¿Qué es el tamaño de los poros y la distribución del tamaño de los poros?

El tamaño de los poros se refiere al diámetro de los espacios vacíos dentro de un material. Estos poros pueden variar de nanómetros a micrómetros y son fundamentales para el rendimiento de materiales como membranas, catalizadores, adsorbentes, cerámica y componentes de baterías.

La distribución del tamaño de los poros describe el rango y el volumen ocupado por diferentes tamaños de poros dentro de un material. Proporciona un perfil completo que muestra cuántos poros hay en rangos de tamaño específicos.

Tanto el tamaño como la distribución de los poros son parámetros clave que influyen en el comportamiento de un material en aplicaciones del mundo real. La medición y el control exactos permiten un mejor diseño del material, un rendimiento constante y mejores resultados del proceso.

Aplicaciones

  • Catalizadores y adsorbentes: Un menor tamaño de los poros aumenta el área de superficie, lo que aumenta los sitios de reacción y, de esta forma, la eficiencia de tasas y captura, pero también puede ralentizar los análisis limitando la difusión; por lo tanto, es importante que los catalizadores sean de tamaños óptimos
  • Cerámicas: La integridad estructural está influenciada por el tamaño y la distribución de los poros
  • Membranas y filtros: La selectividad y la velocidad de flujo se ven afectadas por la estructura de los poros
  • Baterías y celdas de combustible: Las redes de poros rigen el movimiento de iones y gases, lo que afecta las tasas de carga/descarga y la eficiencia energética
  • Productos farmacéuticos: El tamaño de los poros y el área de superficie afectan la administración del fármaco, la capacidad de carga del principio activo y la estabilidad del producto

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Cómo calcular la distribución del tamaño de los poros

Se utilizan varias técnicas para medir la distribución del tamaño de los poros. En muchos casos, la combinación de técnicas proporciona la imagen más completa de la distribución del tamaño de los poros y el comportamiento del material.

La adsorción de gases mide la cantidad de gas adsorbido a diferentes presiones relativas; se utilizan modelos tales como Barrett-Joyner-Halenda (BJH) y la Teoría del Funcional de Densidad (DFT, del inglés "Density Functional Theory") para derivar la distribución del tamaño de los poros.

  • Rango de poros típico: 0,3 nm-50 nm (de microporos a mesoporos)
  • Ideal para: polvos de alta área superficial, estructuras metalorgánicas (MOF, del inglés "Metal Organic Framework"), estructuras orgánicas covalentes (COF, del inglés "Covalent organic frameworks"), zeolitas, carbonos activados

En la porosimetría de intrusión de mercurio, se introduce mercurio a presión en el poro; la ecuación de Washburn se utiliza para inferir el tamaño del poro según el volumen introducido en cada presión.

  • Rango de poros típico: 3 μm-1000 μm (de mesoporos a macroporos)
  • Ideal para: distribuciones amplias que incluyen poros grandes, sólidos rígidos (cerámica, catalizadores, comprimidos)

La porometría de flujo capilar mide la presión necesaria para desplazar un líquido humectante desde los poros que atraviesan completamente el material; distingue entre las vías de flujo más pequeñas y más grandes.

  • Rango de poros típico: 0,02-500 µm (poros que atraviesan completamente el material)
  • Ideal para: membranas, separadores, filtros

Las técnicas de adquisición de imágenes, tales como la difracción de rayos X (XRD, del inglés "X-Ray Diffraction"), la microscopía electrónica de escaneo (SEM, del inglés "Scanning Electron Microscopy") y la microscopía electrónica de transmisión (TEM, del inglés "Transmission Electron Microscopy"), proporcionan una visualización directa de las estructuras de poros en 2D o 3D.

  • Rango de poros típico: depende de la resolución
  • Ideal para: complementar métodos cuantitativos

La porometría líquido-líquido mide la presión necesaria para que un líquido desplace otro líquido de los poros.

  • Rango de poros típico: 20 nm-1 µm
  • Ideal para: membranas hidrofílicas o hidrófobas

Instrumentos para el análisis del tamaño de los poros

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