Метод ртутной порометрии кратко

Обновлено: 07.07.2024

Метод ртутной порометрии — даёт интегральную информацию о развитии трещин в образце с шириной раскрытия 1,3 мм … 150 мкм.

Правообладателям! В случае если свободный доступ к данному термину является нарушением авторских прав, составители готовы, по требованию правообладателя, убрать ссылку, либо сам термин (определение) с сайта. Для связи с администрацией воспользуйтесь формой обратной связи.

ISSN: 2587-9413 Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов.

Метод ртутной порометрии основан на том, что жидкость, не смачивающая твердое тело, проникает в его поры лишь при воздействии внешнего давления. Объем жидкости, заполняющей поры, является функцией внешнего давления, что и позволяет получить информацию о распределении пор по размерам.

Чтобы заполнить ртутью объем поры, необходимо приложить силу. Уравнение 1 является исходным для расчета кривой распределения объема пор по радиусам на основе данных ртутной порозиметрии:

Pr = -2 γ. cos (θ) / P

Pr – радиус пор;
γ – поверхностное натяжение ртути;
θ – краевой угол смачивания ртути;
P – давление при проникновении.

Допущения:

γ и θ постоянны в ходе проникновения
давление при проникновении должно быть равновесным
поры доступны для ртути и имеют цилиндрическую форму
образец считается стойким к воздействию давления

Так, например, при атмосферном давлении минимальный радиус пор, которые заполняются ртутью, составляет 7*10 -4 см. При постепенном повышении давления заполняются все более мелкие поры. При давлении примерно 70 МПа заполняются поры радиусом 10 нм, при 350 МПа – 2,0 нм, 500 МПа – 1,5 нм. Иными словами, максимальное давление, создаваемое порометром, определяет нижнюю границу пор, которые могут быть изучены методом вдавливания ртути.

Методом ртутной порозиметрии возможна оценка размеров частиц. Процесс анализа при этом протекает в два этапа: на первом этапе повышения давления ртуть проникает во внутренние пустоты частиц и разбивает агрегаты; на втором этапе ртуть проникает только во внутренние пустоты частиц. Получаемые данные позволяют судить о степени агрегации порошков и о распределении частиц по размерам.

Таким образом, метод ртутной порозиметрии позволяет определить следующие характеристики материала:

Объемная и кажущаяся плотность
Пористость в процентах
Распределение пор по объемам/размерам
Общий объем пор
Средний радиус пор
Удельная поверхность
Распределение частиц по размерам

Подобный метод нашел широкое применение для определения параметров твердых материалов в следующих областях:

Керамика
Катализаторы
Пористые оксиды (глиноземы, силикагели, и тд.)
Фармацевтика и пластмассы (например PVC)
Угли (активированные, кокс)
Почвы и горные породы (минералы)
Разделители аккумуляторных батарей
Радиоактивные материалы
Фильтры
Бумага

Общая характеристика ртутно-порометрических установок

В связи с таким широким диапазоном размер пор выполнение порометрических измерений проводится с использованием двух установок – высокого и низкого давления.
Ртутно-порометрические установки содержат два основных узла: систему создания давления для внедрения ртути в объемы пор твердого тела и систему измерения объема вдавленной в поры ртути.

Все порометрические установки снабжены оборудованием для вакуумирования образца перед измерением.

Метод основан на свойстве ртути не смачивать многие твердые тела. Связь между внешним давлением Р и капиллярным сопротивлением в порах твердого тела определяется уравнением капиллярного падения [224]:

Shgpm = — nojcos 0С. (5.25)

Здесь 5 — площадь поперечного сечения поры; h — высота капиллярного падения жидкости; я — периметр поры.

Так как hgpm = Р, то SP = —по cos Эс или

S/it = — a cos 0С/Р. (5.26)

Отношение площади поперечного сечения пор к периметру представляет собой гидравлический радиус ггидр, который всегда равен половине эквивалентного радиуса гэ поры при сечении любой формы:

''гидр = rJ2 = — a cos 0О/Р. (5.27)

Гя = — 2ctcos0c/P. (5.28)

Пористую структуру твердых тел исследуют на установке, состоящей из поромеров низкого и высокого давления. Приборы позволяют замерить эквивалентные радиусы пор от 3,5 до 35 ООО нм [51, 224].

Поромер низкого давления (рис. 5.9) предназначен для ваку - умирования образцов, заполнения их ртутью и определения объ
ема наиболее крупных пор. Перед началом опыта исследуемый образец загружают в дилатометр 12, представляющий собой стеклянный капсюль, плавно переходящий в капилляр. Затем дилатометр взвешивают на технических весах и помещают в цилиндр 13 поромера. Вакуумирование образца производят первоначально форвакуумным насосом, затем диффузионным И. В случае исследования термически стойких твердых тел с целью полного обезгажи - вания цилиндр поромера нагревают в трубчатой электрической печи до 250—300 °С. По достижении давления 13,3 мПа нагрев прекращают и дилатометр заполняют ртутью. Затем отключают форвакуумний насос, замеряют столб ртути в дилатометре и сопротивление электрической цепи поромера при полностью погруженной в ртуть плати ново-иридиевой проволоке дилатометра. После этого, впуская воздух в поромер, повышают давление в последнем до 133 кПа, при этом часть ртути входит в крупные поры катализатора и сопротивление проволоки изменяется. Давление в поромере повышают до атмосферного, замеряя сопротивление электрической цепи.

Рис. 5.9. .Схема поромера низкого

Давления: 1,'Ю — форбаллои;. 2 — манометрическая трубка; 3 — контакты цилиндра;- 4 — кран; 5 — капилляр для подачи ртути; 6 — пробка; 7 — сосуд для ртути; 8 — ртутные манометры; 9 — манометр Мак-Леода; // — диффузионный иасос; 12 — дилатометр; 13 — цилиндр пороме pa; 14 — ловушка паров ртути

Поромер высокого давления (рис. 5.10) позволяет определять объем пор размером от 3 до 6000 нм. Дилатометр помещают в полость бомбы поромера. Перед повышением давления замеряют начальное сопротивление электрической цепи. Давление в бомбе (6—8 МПа) создают азотом из баллона. После использования азота включают масляный насос; создается определенное давление, при котором замеряют сопротивление цепи.

Расчет объема и радиуса пор производят следующим образом. Объем ртути (см3), заполняющий поры сорбента при данном давлении в бомбе поромера, рассчитывают по формуле:

Здесь Кк — константа дилатометра, см3/Ом (определяется специальной градуировкой и показывает, какой объем ртути должен войти в поры, чтобы сопротивление электрической цепи изменилось на 1 Ом); Rp — сопротивление пепи при данном давлении, Ом; R0 — начальное сопротивление цепи, Ом.

Удельный объем пор (см®/г) составит:

Здесь ДУрТ — поправка на сжатие всего объема ртути в дилатометре (вводят, начиная с давления 1 МПа):

ДРрт = mVTNP, (5.31)

Трт — масса ртути в дилатометре, г; NР — средний поправочный коэффициент при соответствующем давлении [224].

ЧЭквивалентный радиус капилляров гэ (нм), заполняемых при данном давлении Р, равен:

Гэ = 2а cos6c/Pnp„B. (5.32)

Здесь о = 480-10~2 Н/м (для ртути); 0С = 140° (для ртути); Рприв — приведенное давление, МПа:

Рщ>и* = Рж + Р* — &Р. (5-33)

Рм — манометрическое давление, МПа; Рн—начальное давление, МПа; ДР — уменьшение давления столба ртути в капилляре дилатометра, МПа.

При графическом изображении интегральной порограммы по оси ординат откладывают объем пор фсв (см3/см3) или оуд (см3/г), а по оси абсцисс — логарифмы их эквивалентных радиусов. Порограммы различных образцов катализаторов приведены в гл. 2.

По истинной рист (г/см3) и кажущейся ркаж (г/см3) плотностям можно достаточно точно рассчитать суммарный удельный объем пор (t)w, см®/г) катализатора [51, 2171:

'Vyn = 1/Ркаш — 1/Рист - (5.34)

Истинная плотность — масса единицы объема собственно твердого материала без учета объема пор. Наиболее распространен пикнометрический способ определения истинной плотности твердых тел. В качестве пикнометрической жидкости можно использовать бензол, этанол, воду и другие растворители [51, 216].

Кажущаяся плотность — масса единицы объема твердого материала, включая объем пор. Кажущуюся плотность определяют на установке, изображенной на рис. 5.11. Для этого навеску образца 6 помещают в предварительно взвешенный прибор 5. Нижнюю часть прибора вакуумным шлангом 4 соединяют с бюреткой 1, а верхнюю — с форвакуумным насосом, с помощью которого откачивают воздух из образца. Остаточное давление замеряют вакуум-манометром 3. Далее открывают краны, и ртуть заполняет образец. Затем краны закрывают, и ртуть вдавливается

Рис. ЗЛІ. Установка для определения кажущейся плотности: 1 — бюретка со ртутью; 2 —"ртуть; 3 — вакуум-маиометр; 4 — вакуумный шланг; — прибор для определения кажущейся плотности; б — образец; 7 —^штатив

В поры под атмосферным| явлением. После этою насос отключают, прибор очищают от ртути и взвешивают. Кажущуюся плотность рассчитывают по формуле:

Ркаж = 13,54aKaT/[m1 — (т2— якат)]

Здесь 13,54 — плотность ртути при 20 °С, г/см3; т1 г; тг — масса прибора с образцом и ртутью, г.

Суммарную пористость катализатора можно также определить с помощью водопоглощения W (% от массы образца) [51]:

W (акат 1 акат о)-ЮО/акато. (5.36)

Здесь акат0 и акат1 — масса испытуемого образца до и пссле насыщения соответственно.

Читайте также: