Adsorption de gaz

Il existe deux types d'adsorption de gaz : la physisorption et la chimisorption, chacune exploitant des mécanismes d'interaction uniques. Ces processus fournissent des informations essentielles sur les propriétés des matériaux, ce qui permet aux scientifiques et aux ingénieurs d'analyser la surface, la porosité et le comportement catalytique.

Physisorption

Les analyseurs par adsorption de gaz de Micromeritics sont conçus pour caractériser la surface et la structure des pores des matériaux. Ces instruments mesurent la quantité de gaz adsorbée dans des conditions de pression et de température contrôlées, fournissant des informations détaillées sur la porosité des matériaux, la distribution de la taille des pores et la surface spécifique. Ces données sont essentielles pour des secteurs tels que ceux des produits pharmaceutiques, des matériaux de batterie et du développement d'adsorbants.

Chimisorption

Les analyseurs de chimisorption de Micromeritics utilisés dans les études de chimisorption sont conçus pour évaluer la réactivité chimique et les sites actifs de surface des matériaux. Ces systèmes mesurent la force et la quantité des interactions gaz-surface, ce qui permet de caractériser les catalyseurs, optimiser leurs performances et surveiller les réactions de surface dans des processus tels que l'hydrogénation, le craquage et le reformage. Cette capacité est précieuse pour la recherche sur la catalyse et le développement de processus pour les secteurs de l'énergie et de la chimie.

La technologie avancée de Micromeritics assure des résultats reproductibles et des données fiables, ce qui permet aux chercheurs de comprendre et d'optimiser pleinement les propriétés des matériaux pour leurs applications spécifiques. 

La théorie Brunauer, Emmett et Teller (BET) est une méthode largement adoptée pour mesurer la surface spécifique des matériaux. En général, l'azote gazeux (N₂) est utilisé comme adsorbat en raison de son interaction favorable avec la plupart des surfaces. En analysant la quantité de gaz adsorbé à différentes pressions, l'équation BET facilite le calcul de la surface du matériau.

La surface BET d'un matériau est calculée à partir de la capacité de monocouche, c'est-à-dire le volume de la première couche de molécules de gaz ou d'atomes adsorbés à la surface.	L'équation BET est linéarisée pour calculer facilement la capacité de monocouche à partir de la pente et de l'ordonnée à l'origine du tracé de transformation BET, qui doit atteindre un coefficient de corrélation suffisamment élevé pour que le calcul BET soit valide, c'est-à-dire égal à 0,999, en général.

L'adsorption de gaz permet la caractérisation et l'analyse structurelle de la porosité des matériaux. Lorsque la pression du gaz augmente, les pores du matériau commencent à se remplir. Les pores les plus petits se remplissent en premier, puis les plus grands, jusqu'à ce qu'ils soient tous saturés. En général, l'adsorption de gaz s'applique aux pores présentant un diamètre compris entre 0,35 et 400 nm environ. Une fois que les données de la courbe isotherme sont exprimées avec précision sous la forme d'une série de valeurs de pression par rapport à la quantité adsorbée, un certain nombre de méthodes (théories ou modèles) différentes peuvent être appliquées pour déterminer la distribution de la taille des pores.

L'analyse par adsorption de gaz joue un rôle essentiel dans divers secteurs en fournissant des informations détaillées sur les propriétés des matériaux, ce qui permet l'optimisation des processus et des produits. Voici les principales applications et les avantages qu'elles représentent pour les différents secteurs :

Catalyse

Les performances des catalyseurs sont largement influencées par leur surface, leur porosité et la disponibilité de leurs sites actifs. Les techniques d'adsorption de gaz, telles que la chimisorption, permettent la caractérisation précise des surfaces de catalyseurs, aidant ainsi les chercheurs à évaluer les propriétés telles que la dispersion, les interactions métal-support et la résistance à l'adsorption. Ces données sont essentielles pour optimiser l'efficacité des réactions dans les processus tels que la synthèse chimique, le raffinage du pétrole et le contrôle des émissions.

Produits pharmaceutiques

Dans le développement de médicaments, la surface et la porosité des poudres pharmaceutiques ont un impact direct sur la solubilité, la vitesse de dissolution et la biodisponibilité. Les instruments d'adsorption de gaz sont utilisés pour analyser ces propriétés, assurant ainsi que les formulations de médicaments sont conçues pour offrir des performances, une stabilité et une administration optimales. Ceci est particulièrement important pour les médicaments inhalables et les formulations à libération contrôlée.

Caractérisation des matériaux de la batterie

Pour les technologies de stockage d'énergie, telles que les batteries lithium-ion et les batteries tout-solide, les matériaux à surface élevée et à porosité contrôlée des électrodes sont essentiels pour améliorer le stockage de charge et le transport des ions. L'analyse par adsorption de gaz permet d'évaluer précisément les caractéristiques de ces matériaux, contribuant ainsi au développement de batteries de plus grande capacité, plus durables et plus efficaces.

Science environnementale

L'adsorption de gaz est essentielle pour étudier les matériaux utilisés pour la capture et l'élimination des polluants, tels que le charbon actif et les zéolites. En analysant la capacité d'adsorption, la structure des pores et les interactions gaz-solides, les chercheurs peuvent optimiser les matériaux pour capturer les gaz à effet de serre, les composés organiques volatils et les métaux lourds. Cette technologie favorise un air et une eau plus propres ainsi que des pratiques industrielles durables.

L'analyse par adsorption de gaz est un outil indispensable pour faire avancer la recherche et l'innovation dans ces secteurs, en offrant des données précises et exploitables pour le développement de produits et l'optimisation des processus. 

Quelles sont les autres méthodes de caractérisation de la porosité des matériaux ?

La porosimétrie par intrusion de mercure et la porosimétrie à flux capillaires.

Quelle est la différence entre la physisorption et la chimisorption ?

La physisorption et la chimisorption sont les principaux types d'adsorption de gaz. Le tableau ci-dessous présentent leurs différences :

Physisorption (adsorption physique)	Chimisorption (adsorption chimique)
Non sélective	Sélective
Interactions faibles (van der Waals)	Interactions fortes (liaisons chimiques)
Énergie plus faible	Énergie plus élevée
Réversible	Irréversible et réversible

Chez Malvern Panalytical, nous offrons des solutions avancées pour l'analyse par adsorption de gaz, en intégrant les instruments de pointe de Micromeritics afin de fournir des données précises et fiables pour la caractérisation des matériaux. Ces systèmes sont conçus pour répondre aux besoins d'applications diverses, des mesures de surface de base aux analyses catalytiques et de porosité approfondies.

Grâce à ces solutions, nous aidons les chercheurs et les professionnels du secteur à obtenir des informations plus détaillées sur les propriétés des matériaux, ce qui permet le développement de produits innovants et de processus efficaces. L'expertise de Malvern Panalytical, combinée à la technologie éprouvée de Micromeritics, assure des résultats fiables et une assistance adaptée pour vos besoins d'analyse par adsorption de gaz.

• Note d'application : Caractérisation des anodes de batteries avancées avec détermination de la surface BET par adsorption de gaz et de l'énergie de surface à l'aide de la méthode DFT
• Note d'application : Analyse des adsorbants pour la capture directe dans l'air du dioxyde de carbone grâce à un processus révolutionnaire

Meilleures pratiques concernant la surface BET

Meilleures pratiques concernant la surface BET

Webinaire enregistré

Découvrez l'historique de la surface BET, la préparation des échantillons et la configuration des paramètres d'analyse, ainsi que le logiciel Micromeritics pour les mesures BET.