News vom 01.08.2019

Mit dem cryoTune leicht gemacht: BET-Oberflächen mit Argon 87 K nach ISO 9277 und IUPAC-Empfehlung 2015

Die spezifische Oberfläche von Feststoffen – z. B. Adsorbentien und Katalysatorpellets – ist ein wichtiges Charakteristikum, das routinemäßig mittels Stickstoffadsorption bei 77 K und dem BET-Modell (Brunauer, Emmett und Teller) bestimmt wird. Allerdings ist die Eignung von Stickstoff für die Oberflächencharakterisierung kritisch zu betrachten, wie auch im aktuellen technischen IUPAC Bericht 2015 und in ISO 9277:2010 angegeben.

Grund dafür ist das Quadrupolmoment, das durch die nicht kugelsymmetrische Ladungsverteilung der Elektronen um die Atomkerne des Stickstoffmoleküls hervorgerufen wird. Durch das Quadrupolmoment wechselwirken Stickstoffmoleküle in spezifischer Weise mit funktionellen Oberflächengruppen und Ionen. Im Gegensatz dazu besitzen die atomar adsorbierenden Gase Argon oder Krypton kein Quadrupolmoment und eine kugelförmige Geometrie. Diese Edelgase nehmen stets den gleichen Platz auf der Oberfläche ein – im Unterschied zu den ellipsoidischen Stickstoffmolekülen.

Schematischer Vergleich des Stickstoffmoleküls bei 77 K mit Ar und Kr

Schematischer Vergleich des Stickstoffmoleküls bei 77 K mit den beiden Edelgasen Argon bei 87 K und Krypton bei 120 K, bei denen sich jeweils nur eine Position ergibt.

Der Artikel der Arbeitsgruppe von Prof. Fröba (Universität Hamburg) in Partikelwelt 17 behandelt die vergleichende Untersuchung von BET-Oberflächen von verschiedenen Metal-Organic Frameworks (MOFs) mit Argon bei 87 K sowie Stickstoff bei 77 K (siehe Tabelle). Es ist ersichtlich, dass alle per Stickstoffsorption ermittelten BET-Oberflächen-Werte geringer sind als diejenigen, die mit Argon bestimmt wurden. Anhand der Differenz zwischen den unterschiedlich bestimmten Werten (Tabelle, rechte Spalte) ist erkennbar, dass es keinen gleichbleibenden, bestimmten Faktor zwischen den Werten der verschiedenen Adsorptive bei den untersuchten MOFs gibt. Um wissenschaftlich richtige Ergebnisse zu erzielen, ist daher die Messung mit dem atomaren Adsorptiv Argon bei 87 K zu empfehlen.

BET-OF Ar 87 K / m2g-1

BET-OF N2 77 K / m2g-1

Vergleich BET N2 77 K vs. BET Ar 87 K / %

HKUST-1

1533

1674

+ 9,2

UHM-30

1648

1806

+ 9,6

UHM-31

1376

1808

+ 31,4

UHM-36

1223

1385

+ 13,2

UHM-37

1178

1305

+ 10,8

UHM-38

1198

1264

+ 5,5

UHM-39

1019

1213

+ 19,0

3P Instruments cryoTune

Der cryoTune mit Stickstoff-Dewar.

Die Messung von Argon-Isothermen ist in der Praxis oftmals mit dem Problem der Verfügbarkeit von Flüssigargon zur Kühlung verbunden. Mit dem cryoTune bieten wir eine hervorragende Alternative zur Verwendung von Flüssigargon (87 K). Unter Verwendung von Flüssigstickstoff lässt sich mit dem cryoTune eine Messtemperatur von 87 K einstellen. Die Realisierung von Messtemperaturen im Bereich bis 125 K kann sehr energiesparend und völlig geräuschlos mit dem cryoTune erfolgen.

In der jüngsten Ausgabe der Chemie Ingenieur Technik stellen wir in einem Beitrag Beispiele des Vergleichs von Stickstoff- und Argon-BET-Oberflächen nichtmikroporöser Materialien wie Aluminiumoxid, Ruß und mesoporöses Glas vor. Auch aus diesen Untersuchungen typischer nichtmikroporöser Materialien geht die wissenschaftliche Notwendigkeit der Verifizierung von BET-Oberflächen mit Edelgasmessungen, besonders für Argon bei 87 K, hervor.

cryoTune Chemie Ingenieur Technik CIT

Inzwischen wurden von 3P Instruments Adsorptionsgeräte unterschiedlicher Hersteller mit cryoTunes nachgerüstet. Gerne prüfen wir auf Anfrage, ob dies auch für Ihr Sorptionsgerät mit entsprechender Softwareversion möglich ist. Schreiben Sie uns gerne an info@3P-instruments.com oder rufen Sie uns an: + 49 8134 9324 0.

Darüber hinaus werden wir über weitere Untersuchungen beim 3P Workshop zur Gasadsorption am 12.05.2020 in Leipzig berichten. Weitere Informationen und Anmeldung: info@3P-instruments.com

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