Моделирование структуры коллекторной компоненты ПФС

Для описания свойств пористых материалов применяют различные модели. По предмету описания все модели делятся на два класса:

- первые моделируют структуру пространства пор,

- вторые – структуру скелета пористого тела.

Эти два класса моделей взаимно дополняют друг друга.

К первому классу относятся модели, заменяющие сложное пространство пор совокупностью характерных элементов – пор определённой формы и размера.

Ко второму классу относятся модели, представляющие скелет пористого тела в виде некоторой укладки твёрдых частиц простейшей формы.

При описании процессов, протекающих в порах, предпочтительнее использовать модели первого класса, а при описании физико-химических свойств пористых материалов (прочности, упругости) – второго класса.

Общепринятым в настоящее время является деление пористых тел на корпускулярные и губчатые.

В телах корпускулярного строения поры образованы промежутками (пустотами) между компактными частицами, составляющими скелет тела (чёрные и белые сажи, аэросилы, ксерогели и пр.). Размер и форма пор в этих материалах определяются размером и формой составляющих их частиц, а также их взаимным расположением.

В телах губчатого строения поры представляют собой каналы и полости в сплошном твердом теле (пористые стекла, некоторые угли, ряд синтетических катализаторов и электродов).

Многие материалы имеют смешанную структуру, являющуюся комбинацией губчатой и корпускулярной. Они относятся к бидисперсным структурам, поры в которых можно разделить на две группы, резко отличающиеся по размерам. Например, некоторые пористые стёкла и никелевые катализаторы, представляют собой корпускулярную структуру из частиц стекла или никеля, пронизываемую губчатыми порами, образовавшимися после удаления порообразователя. В активном угле губчатые поры переменного сечения пронизывают систему мелких кристаллитов, образующих корпускулярную структуру. Можно представить себе и противоположную картину, когда частицы губчатой структуры образуют корпускулярное пористое тело.

Кроме губчатых и корпускулярных структур выделяют пластинчатые (слоистые) структуры, состоящие из пластинок, ширина которых много больше толщины. К ним относятся глинистые минералы каолинит и диккит и пр. Поры в таких материалах имеют щелевидную и клиновидную форму. Особый класс представляют волокнистые материалы, состоящие из волокон, нитей, полых трубок или частиц иглообразной формы. К ним относятся различные фильтры, ткани, асбест, галлуазит и пр.

К отдельным классам относятся цеолиты, полимерные мембраны и ряд других микропористых материалов.

Широко распространена систематизация пористых структур по характерным размерам в пространстве пор (по Дубинину М.М.):

макропоры - эффективный радиус более 100 нм;

мезопоры (переходные поры) - эффективный радиус от 15 нм до 100 нм;

микропоры – поры с эффективным радиусом менее 15 нм.

Такое разделение соответствует специфике адсорбционных методов исследования пористых структур.

Наглядное геометрическое представление о пористой среде теряет смысл, когда размер пустот соизмерим с размерами молекул. Примерами таких материалов служат цеолиты, природные и синтетические алюмосиликаты, различные полимерные мембраны. Поверхность является макроскопическим свойством, и поэтому ею не могут обладать отдельные молекулы или ионы небольшой молекулярной массы. В этом случае материалы причисляются к пористым материалам не столько по геометрическим свойствам структуры, сколько по их физическим свойствам, а именно по способности поглощать и удерживать в макроскопических количествах различные вещества. Количество удерживаемого в равновесных условиях вещества пропорционально не внешней поверхности пористого материала, а его объему. При этом с внутренней поверхностью и пористостью можно связать измеряемые физические величины.

Определим понятие объёмной пористости и представительного элементарного объёма (ПЭО), связанного с ней.

Дата добавления: 2014-12-23